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WO2015014459A1 - Verfahren und anlage zur anreicherung eines mittels vergasung erzeugten synthesegases mit wasserstoff - Google Patents

Verfahren und anlage zur anreicherung eines mittels vergasung erzeugten synthesegases mit wasserstoff Download PDF

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WO2015014459A1
WO2015014459A1 PCT/EP2014/002016 EP2014002016W WO2015014459A1 WO 2015014459 A1 WO2015014459 A1 WO 2015014459A1 EP 2014002016 W EP2014002016 W EP 2014002016W WO 2015014459 A1 WO2015014459 A1 WO 2015014459A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrolysis
gas
synthesis gas
hydrogen
gasification
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2014/002016
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald GAUBE
Dirk BAUERSFELD
Holger KITTELMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of WO2015014459A1 publication Critical patent/WO2015014459A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1846—Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a method and a plant for enriching a synthesis gas generated by gasification with hydrogen.
  • Feedstock also referred to as gasification process for short, are known.
  • coal or biomass are used as starting material for such processes.
  • biomass gasification processes for example, used wood and forestry wood or so-called energy wood, but also agricultural residues such as straw or chaff are used.
  • synthetic biofuel can be obtained in its
  • GTL gas-to-liquids
  • CTL coal-to-liquid
  • Processes and plants for the at least partial gasification of solid, organic feedstock are also known, for example, from EP 0 745 114 B1, DE 41 39 512 A1 and DE 42 09 549 A1.
  • the present application relates in particular to such processes or plants which use a low-temperature gasifier and a
  • Biomass by partial gasification with a gasification agent at temperatures between about 300 ° C and 600 ° C to coke (so-called in the case of biomass
  • Smoldering Registration referred to as "smoldering". Smoldering is known to be characterized by a stoichiometric oxygen supply and thus an incomplete
  • Synthesis gas can also be referred to as (synthesis) raw gas at this point.
  • the synthesis gas thus produced is brought into contact with coke from the low-temperature gasifier, for example in a quench unit integrated in the high-temperature gasifier or in a quench unit connected downstream of it.
  • the coke may be previously treated separately (e.g., by grinding and sifting) and then introduced into the quench unit.
  • the latter is cooled to about 900 ° C. This causes partial conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide.
  • the carbon monoxide-rich synthesis gas thus produced can then be further conditioned.
  • the conditioning includes, for example, another
  • Synthesis gas resulting from such gasification typically has a relatively low hydrogen to carbon monoxide ratio (H / CO ratio), typically reaching values of 0.7.
  • H / CO ratio hydrogen to carbon monoxide ratio
  • Carbon monoxide to hydrogen ratio of about 2: 1 is reached.
  • a disadvantage here is considered that in this case also resulting carbon dioxide for many subsequent processes, for example, to provide liquid
  • Hydrocarbons is not usable, and thus lost for such processes.
  • Patent claim 1 and a system with the features of claim 6.
  • the yield may be, for example,
  • Hydrocarbon products are significantly increased in subsequent processes for processing synthesis gas over conventional solutions with shift process.
  • the electrolysis is carried out as high-pressure electrolysis.
  • High-pressure electrolysis processes have a particularly high efficiency and preferably operate at pressure ratios of 3-40 bar.
  • oxygen produced during the electrolysis is used in the course of the gasification for the production of synthesis gas.
  • a usually used for the gasification air separation for oxygen production can be made smaller or completely eliminated.
  • the hydrogen-enriched synthesis gas is subjected to a Fischer-Tropsch synthesis to provide liquid hydrocarbons.
  • the Fischer-Tropsch synthesis provides a very convenient process for the heterogeneous-catalytic conversion of synthesis gas into a wide range of gaseous and liquid hydrocarbons.
  • Liquid hydrocarbons have a high energy density and can be stored in pressureless tanks. This represents a significant advantage over so-called power-to-gas concepts.
  • the non-salable or difficult to sell by-products of the Fischer-Tropsch synthesis can also be considered as stored electrical energy and stored. Because these products are easy to transport, they can also be made easier
  • liquid hydrocarbons provided are converted into electrical energy, in particular using a combustion turbine. It is conceivable, for. B. to use the mentioned by-products as fuel for a generator and to use the power thus generated in turn for the discussed electrolysis but in particular for feeding into the power grid.
  • the conversion power can be chosen to be, for example, substantially larger (for example, fifty times greater) than the
  • the invention provides a higher utilization of carbon from biogenic fuels, such as wood, in the synthesis. With the invention, a seasonal storage of electrical energy without the use of fossil carbon is possible. For storage of the hydrocarbons generated are no
  • FIG. 1 shows, in a schematic view, an exemplary system which is used for
  • Figure 2 shows a preferred embodiment of the method according to the invention in the form of a flow chart.
  • FIG. 1 schematically shows a system which is set up to carry out a preferred embodiment of the method according to the invention and designated as a whole by 100.
  • the plant 100 includes a gasification device 110.
  • the gasification device 110 may, for example, a
  • a feedstock such as biomass, such as wood or equivalent waste
  • oxygen is fed into the gasification device.
  • the line 112 is supplied with oxygen from two oxygen sources, as explained in more detail below.
  • the low-temperature gasifier is set up to blaze the solid organic feedstock.
  • the low temperature carburetor externally, for example, with waste heat of Hochtemperaturvergasers, to a suitable temperature, for example 300 ° C to 600 ° C, heated. In a start-up phase of the plant and starting torch can be used.
  • the high temperature carburetor transferred.
  • the high temperature carburetor is
  • the carbonization gas is partially oxidized with a supplied oxygen-containing gas, resulting in temperatures of, for example, 1400 ° C to 2000 ° C. As a result, a synthesis gas is obtained. The synthesis gas can then subsequently the
  • Quenchieri are supplied, where, for example, ground coke from the low-temperature carburetor is introduced (not shown). As a result of the endothermic reactions taking place in this way, the gas temperature cools to about 900 ° C. in a short time, at least partial reduction occurs.
  • Gas mixture which is a high-carbon synthesis gas in this state, can be fed to a cooler, and there, for example, cooled to a temperature of 600 ° C.
  • the synthesis gas can then be in a
  • Gas cleaning system to be cleaned.
  • gas cleaning system to be cleaned.
  • Gas purification plant is called a Reisolis, in which the synthesis gas is released from substances not required for the synthesis.
  • a gas purification system is shown schematically and designated 120.
  • the purified synthesis gas is then fed to a device for performing a Fischer-Tropsch synthesis 130.
  • the purified synthesis gas is reacted in the device 130 heterogeneously catalytically in a synthesis reaction to hydrocarbons such as paraffins, olefins and alcohols.
  • End products or the Fischer-Tropsch product are, for example, gasoline (synthetic gasoline), diesel, heating oil, as well as raw materials for the chemical industry.
  • the reaction already arrives
  • Atmospheric pressure and at a temperature of 160 to 200 ° C instead. It also higher pressures and temperatures are used.
  • Fischer-Tropsch Synthesis many different catalysts can be used.
  • transition metals such as cobalt, iron, nickel or ruthenium may be mentioned.
  • porous metal oxides with large specific surface areas are used as supports.
  • a typical Fischer-Tropsch product contains liquified gases, gasoline, kerosene (diesel oil), soft paraffin and hard paraffin. These different hydrocarbons are then separated from one another in a refining device 140 and stored in suitable storage devices 150.
  • the illustrated system further includes an electrolyzer 160 in which water is converted into oxygen and hydrogen using electrical energy (eg, from the power grid).
  • the electrolysis device 160 can be acted upon via a line 166 with electric current, from the power grid or another suitable source.
  • the hydrogen produced in this way is added to the purified synthesis gas via a line 162, so that the total hydrogen content of the purified
  • Synthesis gas is increased. Typical purified synthesis gases are included
  • Hydrogen is conveniently provided at a ratio of 2: 1.
  • the oxygen produced in the electrolysis is the gasifier 1 10 via a line 164, which opens in the line 1 12 added.
  • the oxygen can in this case be supplied to the low-temperature gasifier and / or the high-temperature gasifier. This is a very effective overall use of the electrolysis products
  • Hydrogen and oxygen provided in the context of a synthesis gas production or a Fischer-Tropsch synthesis.
  • the illustrated device additionally has an air separation device 170, which is supplied with electrical current via an electrical line 176.
  • the air separation device 170 produced oxygen is fed via a line 174, which also opens in the line 1 12, the gasification device 1 0.
  • the air separation device 170 can be dimensioned substantially smaller than conventional devices. It is also conceivable to completely dispense with the air separation device 170.
  • Hydrocarbons can now be recycled in an appropriate manner.
  • Such "hard-to-sell" products stored in the storage device 150 may be supplied, at least in part, to a combustion turbine 180 having a generator 190.
  • This electrical energy generated for example, the power grid, or the electrolysis device 160 and / or the
  • Air separation device 170 are supplied.
  • the supply of electricity in these facilities or the power grid can be variable and concrete
  • a synthesis gas is generated in a gasification device.
  • the synthesis gas is purified.
  • hydrogen is added to the purified synthesis gas by means of electrolysis.
  • Electrolyzer 160 provided oxygen, optionally with the addition of oxygen produced in the air separator 170 of the gasification device 1 10 is supplied (step 235).
  • a Fischer-Tropsch synthesis of the purified, hydrogen-enriched synthesis gas takes place.
  • the Fischer-Tropsch product is then refined in a refinery facility 140 (step 250) and subsequently stored in suitable storage facilities 150 (step 260).
  • stored refinery products are supplied to a combustion turbine 180 having a generator 190 for generating electrical energy (step 270).
  • the electrical energy thus generated can be supplied to the electrolysis device 160 or to an air separation device 170, or else to the power grid (step 280).

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Anreicherung eines mittels Vergasung erzeugten Synthesegases mit Wasserstoff, wobei dem Synthesegas mittels Elektrolyse erzeugter Wasserstoff zugegeben wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anlage zur Anreicherung eines mittels Vergasung erzeugten
Synthesegases mit Wasserstoff
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Anreicherung eines mittels Vergasung erzeugten Synthesegases mit Wasserstoff.
Stand der Technik
Verfahren zur Herstellung von Synthesegas z. B. aus festem organischem
Einsatzmaterial, auch kurz als Vergasungsverfahren bezeichnet, sind bekannt.
Vorteilhafterweise kommen als Einsatzmaterial für solche Verfahren Kohle oder Biomasse zum Einsatz. Bei Biomassevergasungsverfahren werden beispielsweise Alt- und Waldrestholz oder sogenannte Energiehölzer, aber auch Agrarreststoffe wie Stroh oder Häcksel verwendet.
Durch eine Vergasung von Biomasse zu Synthesegas mit nachgeschalteten
Verfahrensschritten (sogenannte Biomass-to-Liquids-Verfahren, BTL) kann
beispielsweise synthetischer Biokraftstoff gewonnen werden, der in seinen
physikochemischen Eigenschaften bekannten Gas-to-Liquids-(GTL-) und Coal-to- Liquids-(CTL-)Kraftstoffen ähnlich ist. Ein Beispiel einer Anlage zur Herstellung von BTL-Kraftstoffen ist bei Kiener, C. und Bilas, I.: Synthetischer Biokraftstoff der zweiten Generation. Weltweit erste kommerzielle BTL-Produktionsanlage. Energy 2.0, Juli 2008, S. 42 - 44, gezeigt.
Verfahren und Anlagen zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial sind auch beispielsweise aus EP 0 745 114 B1 , DE 41 39 512 A1 und DE 42 09 549 A1 bekannt. Die vorliegende Anmeldung betrifft hierbei insbesondere solche Verfahren bzw. Anlagen, die einen Niedertemperaturvergaser und einen
Hochtemperaturvergaser aufweisen, wie nachfolgend erläutert. Gegenüber anderen Verfahren ermöglichen diese u.a. einen niedrigeren Verbrauch an Einsatzmaterial und weisen einen höheren Kaltgaswirkungsgrad auf. In einem Niedertemperaturvergaser wird das Einsatzmaterial, beispielsweise
Biomasse, durch Teilvergasung mit einem Vergasungsmittel bei Temperaturen zwischen ca. 300 °C und 600 °C zu Koks (im Fall von Biomasse sogenanntem
Biokoks) und Schwelgas umgesetzt. Die Umsetzung wird im Rahmen dieser
Anmeldung als "Schwelen" bezeichnet. Schwelen zeichnet sich bekanntermaßen durch ein unterstöchiometrisches Sauerstoffangebot und damit eine unvollständige
Verbrennung bei vergleichsweise geringer Temperatur aus. Das Schwelgas wird anschließend in eine Brennkammer des
Hochtemperaturvergasers überführt und dort mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise mit mehr oder weniger reinem Sauerstoff, aber auch mit Luft und/oder sauerstoffhaltigen Abgasen, z.B. aus Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren, partiell oxidiert. Durch diese Oxidation freiwerdende Wärme bewirkt einen Temperaturanstieg auf 1.200 °C bis 2.000 °C, beispielsweise 1.400 °C. Bei derartigen Bedingungen werden in dem Schwelgas enthaltene Aromaten, Teere und Oxoverbindungen vollständig zersetzt. Hierdurch bildet sich ein Synthesegas, das im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf besteht. Das
Synthesegas kann an dieser Stelle auch als (Synthese-)Rohgas bezeichnet werden.
In einer weiteren Stufe wird, beispielsweise in einer in dem Hochtemperaturvergaser integrierten oder in einer diesem nachgeschalteten Quencheinheit, das so erzeugte Synthesegas mit Koks aus dem Niedertemperaturvergaser in Kontakt gebracht. Der Koks kann zuvor gesondert (z.B. durch Mahlen und Sichten) aufbereitet und dann in die Quencheinheit eingebracht werden. Durch endotherme Reaktionen zwischen Koks und Synthesegas wird letzteres auf etwa 900 °C abgekühlt. Dies bewirkt eine teilweise Umsetzung des Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid.
Das so erzeugte kohlenmonoxidreiche Synthesegas kann anschließend weiter konditioniert werden. Die Konditionierung umfasst beispielsweise eine weitere
Abkühlung, eine Entstaubung, eine Verdichtung und/oder die Abtrennung von
Restkohlendioxid.
Bei einer derartigen Vergasung entstehendes Synthesegas weist typischerweise ein relativ niedriges Wasserstoff- zu Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis (H/CO-Verhältnis) auf, wobei hier typischerweise Werte von 0,7 erreicht werden. Für viele anschließende Verfahren zur Verwertung von Synthesegas werden jedoch höhere Wasserstoff- zu Kohlenstoffmonoxidverhältnisse benötigt. Hierzu ist es bislang üblich, einen Teil des Kohlenstoffmonoxids mit Wasser in einer Wassergas-Shift-Reaktion zu
Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff umzusetzen, bis beispielsweise ein
Kohlenstoffmonoxid-Wasserstoff-Verhältnis von etwa 2:1 erreicht ist. Als nachteilig hierbei wird angesehen, dass hierbei auch entstehendes Kohlenstoffdioxid für viele anschließende Verfahren, beispielsweise zur Bereitstellung von flüssigen
Kohlenstoffwasserstoffen, nicht verwendbar ist, und somit für derartige Prozesse verloren geht.
Aufgabe der Erfindung ist die effektive Bereitstellung eines mit Wasserstoff
angereicherten Synthesegases. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 sowie eine Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Mittels der erfindungsgemäßen Maßnahme, dem Synthesegas mittels Elektrolyse erzeugten Wasserstoff zuzugeben, kann die Ausbeute beispielsweise an
Kohlenwasserstoffprodukten bei nachfolgenden Verfahren zur Weiterverarbeitung von Synthesegas gegenüber herkömmlichen Lösungen mit Shift-Verfahren signifikant erhöht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Elektrolyse als Hochdruckelektrolyse ausgeführt wird. Hochdruckelektrolyseverfahren weisen einen besonders hohen Wirkungsgrad auf und arbeiten bevorzugt bei Druckverhältnissen von 3-40 bar. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Elektrolyse erzeugter Sauerstoff im Rahmen der Vergasung zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt. Durch diese Maßnahme kann ein üblicherweise für die der Vergasung verwendeter Luftzerleger zur Sauerstofferzeugung kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen. Besonders bevorzugt ist, dass das mit Wasserstoff angereicherte Synthesegas einer Fischer-Tropsch-Synthese zur Bereitstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen unterzogen wird. Die Fischer-Tropsch-Synthese stellt ein sehr günstiges Verfahren zur heterogen-katalytischen Umwandlung von Synthesegas in ein breites Spektrum gasförmiger und flüssiger Kohlenwasserstoffe zur Verfügung.
Insgesamt ist somit in wirksamer Weise elektrische Energie aus dem Stromnetz in Form von flüssigen Kohlenwasserstoffen speicherbar. Flüssige Kohlenwasserstoffe weisen eine hohe Energiedichte auf, und lassen sich in drucklosen Tanks speichern. Dies stelle einen signifikanten Vorteil gegenüber sogenannten Power-to-Gas- Konzepten dar.
Die nicht oder schwer verkäuflichen Nebenprodukte der Fischer-Tropsch-Synthese können ebenfalls als gespeicherte elektrische Energie betrachtet und gespeichert werden. Da diese Produkte gut transportierbar sind, können sie auch in einfacher
Weise entfernt von ihrem Erzeugungsort eingesetzt werden. Denkbar ist zum Beispiel eine Verwendung im Zusammenhang mit Netzknoten an denen Strommangel auftritt.
Zweckmäßigerweise werden die bereitgestellten flüssigen Kohlenwasserstoffe insbesondere unter Verwendung einer Verbrennungsturbine in elektrische Energie umgewandelt. Es ist denkbar, z. B. die erwähnten Nebenprodukte als Brennstoff für einen Generator zu verwenden und den so erzeugten Strom wiederum für die diskutierte Elektrolyse aber insbesondere zur Einspeisung in das Stromnetz zu verwenden.
Bei derartigen Generatoren kann die Wandlungsleistung so gewählt werden, dass sie zum Beispiel wesentlich größer (beispielsweise fünfzigfach größer) als der
Energiebedarf der Elektrolyse ist. Dadurch ist gesichert, dass die Elektrolyse und damit die Synthese auch bei Strommangel stabil betrieben werden können und dennoch eine Netzstabilisierung erreicht wird.
Durch eine derartige asymmetrische Kapazitätsauslegung können die
unterschiedlichen Anforderungen, welche sich aus den Restriktionen eines
kontinuierlichen Betriebes einer Vergasungs- und Syntheseanlage einerseits, und des stark schwankenden Elektroenergiebedarfs für die Netzstabilisierung andererseits ergeben, im Wesentlichen überwunden werden. Die Erfindung gestattet eine
Stabilisierung des Stromnetzes ohne den Einsatz von fossilem Kohlenstoff bzw.
Brennstoff. Insgesamt bietet die Erfindung einen höheren Nutzungsgrad des Kohlenstoffs aus biogenen Brennstoffen, beispielsweise Holz, bei der Synthese. Mit der Erfindung ist eine Saisonspeicherung von Elektroenergie ohne Einsatz von fossilem Kohlenstoff möglich. Zur Speicherung der erzeugten Kohlenwasserstoffe werden keine
geologischen Voraussetzungen wie beispielsweise Kavernen, wie dies bei Power-to- Gas-Konzepten notwendig ist, benötigt. Schließlich können bei der Synthese entstehende minderwertige Produkte, wie erläutert, effektiv verwertet werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur weiter erläutert, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht eine beispielhafte Anlage, die zur
Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, und
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Ablaufplans. Ausführungsform der Erfindung
In Figur 1 ist eine Anlage schematisch dargestellt, welche zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und insgesamt mit 100 bezeichnet ist. Die Anlage 100 umfasst eine Vergasungseinrichtung 110. Die Vergasungseinrichtung 110 kann beispielsweise einen
Niedertemperaturvergaser und einen Hochtemperaturvergaser (beide nicht im
Einzelnen dargestellt) umfassen.
In die Vergasungseinrichtung 110 kann ein Einsatzmaterial, beispielsweise Biomasse, wie etwa Holz oder entsprechende Abfälle, eingespeist werden. Über eine Leitung 112 wird ferner Sauerstoff in die Vergasungseinrichtung eingespeist. Die Leitung 112 wird von zwei Sauerstoffquellen mit Sauerstoff versorgt, wie weiter unten im Einzelnen erläutert wird. Der Niedertemperaturvergaser ist zum Verschwelen des festen organischen Einsatzmaterials eingerichtet. Hierzu kann der Niedertemperaturvergaser extern, beispielsweise mit Abwärme des Hochtemperaturvergasers, auf eine geeignete Temperatur, beispielsweise 300°C bis 600°C, aufgeheizt werden. In einer Anfahrphase der Anlage können auch Anfahrbrenner eingesetzt werden.
In dem Niedertemperaturvergaser wird ein Schwelgas erzeugt, und in den
Hochtemperaturvergaser überführt. Der Hochtemperaturvergaser ist
zweckmäßigerweise zweiteilig ausgebildet, und umfasst eine Oxidatiortseinheit und eine Quencheinheit (wiederum nicht im Einzelnen dargestellt). In der Oxidationseinheit wird das Schwelgas mit einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas teilweise oxidiert, wodurch sich Temperaturen von beispielsweise 1400°C bis 2000°C ergeben. Hierdurch wird ein Synthesegas erhalten. Das Synthesegas kann dann anschließend der
Quencheinheit zugeführt werden, wo beispielsweise vermahlener Koks aus dem Niedertemperaturvergaser eingeleitet wird (nicht dargestellt). Durch die hierdurch ablaufenden endothermen Reaktionen kühlt sich die Gastemperatur in kurzer Zeit auf etwa 900°C auf, es tritt eine zumindest teilweise Reduktion ein. Das erhaltene
Gasgemisch, das in diesem Zustand ein kohlenstoffmonoxidreiches Synthesegas darstellt, kann einem Kühler zugeführt, und dort beispielsweise auf eine Temperatur von 600°C abgekühlt werden. Das Synthesegas kann anschließend in einer
Gasreinigungsanlage gereinigt werden. Als Beispiel für eine derartige
Gasreinigungsanlage sei eine Rektisolwäsche genannt, in der das Synthesegas von nicht für die Synthese benötigten Stoffen befreit wird. Eine Gasreinigungsanlage ist schematisch dargestellt und mit 120 bezeichnet.
Das gereinigte Synthesegas wird anschließend einer Einrichtung zur Durchführung einer Fischer-Tropsch-Synthese 130 zugeführt. Das gereinigte Synthesegas wird in der Vorrichtung 130 heterogen-katalytisch in einer Aufbaureaktion zu Kohlenwasserstoffen wie Parafinen, Olefinen und Alkoholen umgesetzt. Endprodukte bzw. das Fischer- Tropsch-Produkt sind beispielsweise Benzin (synthetisches Benzin), Diesel, Heizöl, sowie Rohstoffe für die chemische Industrie. Die Reaktion findet bereits bei
Atmosphärendruck und bei einer Temperatur von 160 bis 200°C statt. Es werden auch höhere Drücke und Temperaturen eingesetzt. Im Rahmen der Fischer-Tropsch- Synthese können zahlreiche unterschiedliche Katalysatoren verwendet werden.
Beispielhaft seien Übergangsmetalle wie etwa Kobalt, Eisen, Nickel oder Ruthenium genannt. Als Träger finden beispielsweise poröse Metalloxide mit großen spezifischen Oberflächen Verwendung.
Ein typisches Fischer-Tropsch-Produkt enthält Flüssiggase, Benzin, Kerosin (Dieselöl), Weichparaffin und Hartparaffin. Diese unterschiedlichen Kohlenwasserstoffe werden anschließend in einer Raffinierungseinrichtung 140 voneinander getrennt, und in geeigneten Speichereinrichtungen 150 gespeichert.
Die dargestellte Anlage weist ferner eine Elektrolyseeinrichtung 160 auf, in der Wasser unter Einsatz von elektrischer Energie (z. B. aus dem Stromnetz) in Sauerstoff und Wasserstoff umgewandelt wird. Die Elektrolyseeinrichtung 160 ist über eine Leitung 166 mit elektrischem Strom, aus dem Stromnetz oder einer anderen geeigneten Quelle beaufschlagbar.
Der hierbei erzeugte Wasserstoff wird dem gereinigten Synthesegas über eine Leitung 162 zugegeben, sodass insgesamt der Wasserstoffanteil des gereinigten
Synthesegases erhöht wird. Typische gereinigte Synthesegase weisen ein
Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis von 0,7 auf. Durch Zugabe von
Wasserstoff wird zweckmäßigerweise ein Verhältnis von 2: 1 bereitgestellt.
Mit einem derartigen Wasserstoff- zu Kohlenstoffmonoxidverhältnis ist z. B. die
Fischer-Tropsch-Synthese mit wesentlich höherem Wirkungsgrad durchführbar.
Der bei der Elektrolyse erzeugte Sauerstoff wird dem Vergaser 1 10 über eine Leitung 164, welche in der Leitung 1 12 mündet, zugegeben. Der Sauerstoff kann hierbei dem Niedertemperaturvergaser und/oder dem Hochtemperaturvergaser zugeführt werden. Hiermit ist insgesamt eine sehr effektive Verwendung der Elektrolyseprodukte
Wasserstoff und Sauerstoff im Rahmen einer Synthesegaserzeugung bzw. einer Fischer-Tropsch-Synthese zur Verfügung gestellt.
Die dargestellte Vorrichtung weist zusätzlich eine Luftzerlegungseinrichtung 170 auf, welche über eine elektrische Leitung 176 mit elektrischem Strom versorgt wird. Durch die Luftzerlegungseinrichtung 170 hergestellter Sauerstoff wird über eine Leitung 174, welche ebenfalls in der Leitung 1 12 mündet, der Vergasungseinrichtung 1 0 zugeführt.
Durch Einsatz der Elektrolyseeinrichtung 160 kann die Luftzerlegungseinrichtung 170 gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen wesentlich kleiner dimensioniert werden. Es ist auch denkbar, vollständig auf die Luftzerlegungseinrichtung 170 zu verzichten.
Die in der Speichereinrichtung 150 gespeicherten, unterschiedlichen
Kohlenwasserstoffe können nun in zweckmäßiger Weise verwertet werden.
Beispielsweise ist es möglich, gut verkäufliche Kohlenwasserstoffe, wie etwa Benzinoder Dieselprodukte, über eine Leitung 152 aus dem System abzuziehen und, beispielsweise mit Tanklastwagen, Tankstellen zuzuführen. Schwerer auf dem Markt verkäufliche Kohlenwasserstoffe können in besonders vorteilhafter Weise im Rahmen des dargestellten Systems verwendet werden, wie im Folgenden erläutert wird:
Derartige in der Speichereinrichtung 150 gespeicherten "schwer verkäufliche" Produkte können, wenigstens teilweise, einer Verbrennungsturbine 180 mit einem Generator 190 zugeführt werden. Hierbei entstehende elektrische Energie kann beispielsweise dem Stromnetz, oder auch der Elektrolyseeinrichtung 160 und/oder der
Luftzerlegungseinrichtung 170 zugeführt werden. Die Einspeisung von Strom in diese Einrichtungen bzw. das Stromnetz kann variabel erfolgen und konkreten
Gegebenheiten angepasst werden. Hiermit können auch Schwankungen des
Stromnetzes bzw. Einflüsse derartiger Schwankungen auf Komponenten der beschriebenen Anlage wirksam ausgeglichen werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand der Figur 2 dargestellt. In einem Schritt 210 wird ein Synthesegas in einer Vergasungseinrichtung erzeugt. In einem anschließenden Schritt 220 erfolgt eine Reinigung des Synthesegases. In einem Schritt 230 wird dem gereinigten Synthesegas mittels Elektrolyse erzeugter Wasserstoff zugegeben. Mittels der Elektrolyse in der
Elektrolysevorrichtung 160 bereitgestellter Sauerstoff wird, ggf. unter Hinzufügung von in dem Luftzerleger 170 erzeugtem Sauerstoff der Vergasungseinrichtung 1 10 zugeführt (Schritt 235). In einem anschließenden Schritt 240 erfolgt eine Fischer- Tropsch-Synthese des gereinigten, mit Wasserstoff angereicherten Synthesegases. Das Fischer-Tropsch-Produkt wird anschließend in einer Raffinerieeinrichtung 140 raffiniert (Schritt 250), und anschließend in geeigneten Speichereinrichtungen 150 gespeichert (Schritt 260). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden gespeicherte Raffinadeprodukte einer Verbrennungsturbine 180 mit einem Generator 190 zur Erzeugung von elektrischer Energie zugeführt (Schritt 270). Die hiermit erzeugte elektrische Energie kann der Elektrolysevorrichtung 160 oder einer Luftzerlegungsvorrichtung 170, oder auch dem Stromnetz, zugeführt werden (Schritt 280).

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Anreicherung eines mittels Vergasung erzeugten Synthesegases mit Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass dem Synthesegas mittels Elektrolyse erzeugter Wasserstoff zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse als Hochdruckelektrolyse ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Elektrolyse erzeugter Sauerstoff im Rahmen der Vergasung zur Erzeugung des Synthesegases eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Wasserstoff angereicherte Synthesegas einer Fischer-Tropsch- Synthese zur Bereitstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bereitgestellte flüssige Kohlenwasserstoffe insbesondere unter Verwendung einer Verbrennungsturbine in elektrische Energie umgesetzt werden.
Anlage, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist, mit-einem Vergaser (-1-1 O), n den_durch Schwelen_ei— teerhaltiges Schwelgas aus einem festen organischen Einsatzmaterial gewonnen werden kann und in dem das Schwelgas durch partielle Oxidation und
anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas umgesetzt werden kann, gekennzeichnet durch eine Elektrolyseeinrichtung (160), die derart eingerichtet ist, dass dem erzeugten Synthesegas mittels Elektrolyse erzeugter Wasserstoff zugegeben wird.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyseinrichtung (160) als Hochdruckelektrolysevorrichtung ausgebildet ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyseeinrichtung (160) so eingerichtet ist, dass mittels Elektrolyse erzeugter Sauerstoff der Vergasungseinrichtung (110) zugeführt wird.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine der
Vergasungseinrichtung (110) und einer Gasreinigungseinrichtung (120) nachgeschaltete Einrichtung (130) zur Durchführung einer Fischer-Tropsch- Synthese zur Bereitstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen.
10. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Verbrennungsturbine (180) mit Generator (190) zur Umsetzung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in elektrische Energie.
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