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Achtung:
Die Synthesegas Erzeugung wird nicht komplett abgefragt, sondern nur ein Teil.
Steam- Reforming- Verfahren
1. Testteil
Einleitung
Unter Synthesegas versteht man Gasgemische die im wesentlichen aus CO und H2 bestehen (Für NH3 Herstellung H2 und N2). Erhebliche Mengen der Synthesegasproduktion werden für die Amoniak- und Methanolherstellung benötigt.
Entschwefelung
Das Prozesserdgas (15°C, 45bar) wird über einen mit Aktivkohle gefüllten Kohlenwasserstoffadsorber gefahren um Längerkettige Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Dann wird das Gas über einen Rauchgaskanal gefahren wo es sich erhitzt. Anschließend wird es mit Wasserstoffreichem Prozessgas vermischt und tritt mit 380°C in einen mit Co/Mo Katalysator gefüllten Reaktor ein in dem die Kohlenwasserstoffe unter Entstehung von H2S hydriert werden. (H2S ist ein starkes Katalysatorgift)
C4H8S + 2 H2 --> C4H10 + H2S
Anschliesend wird das Gás über ZnO geleitet, wo das H2S adsorbiert wird. Austausch von ZnO nach einer Beladung von 18%.
ZnO + H2S --> ZnS + H2O
Primärreforming
Katgifte sind S <0,5ppm, H2S, As, Pb
Dem Gas (Methan – Butan) wird Wasserdampf im Verhältnis 3Dampf : 1Methan beigemischt. Als Reaktionspartner und um Kohlenstoffablagerungen zu verhindern. Anschliesend wird das Gas im Rauchgaskanal auf 510°C erhitzt und von oben in die Senkrechten mit Gas oder Öl beheizten, aus Chrom/Nickel Stahl gefertigten Röhren gefahren. Der Kat. in denRöhren ist Nickel auf Al2O3 als Trägersubstanz und K2O als Aktivator.
Reaktionsbed. : 30bar, max. Spalttemp. 820°C, Reaktion = Allotherm.
Das Methan wird mit Wasserdampf teilweise über CO zu CO2 + H2 umgesetzt. Restgehalt CH4 = 7% - 12%
CH4 + H2O <----> CO + 3 H2
CO + H2O <----> CO2 + H2
Sekundärreforming
Das Prozessgas gelangt jetzt zur Nachspaltung mit ca. 800°C in den Sekundärreformer, wo mit auf 30bar und 490°C erhitzte und verdichtete Luft der Methanrest so verbrannt wird, das sich das N2:H2 Verhältnis für die NH3 Herstellung einstellt. Die Temp. steigt dabei aufgrund der exothermen Reaktion auf 1300°C. Das Gas wird jetzt durch die Nickel Katalysatorschicht geführt, bei der dort ablaufenden endothermen Reaktion fällt die Temp auf 990°C. Der Gesamtvorgang im Sekundärreformer ist daher Autotherm. Die Reaktorausmauerung ist Al2O3 mit nur geringem SiO Anteil da SiO Wasserdampfflüchtig ist.
2 H2 + O2 --> 2 H2O
2 CH4 + 3 O2 --> 2 CO + 4 H2O
CH4 + 2 O2 <----> CO2 + 2 H2O
CH4 + H2O <----> CO + 3 H2
CO + H2O <----> CO2 + H2
Gaszusammensetzung: H2=56%; N2=20%; CO=12%; CO2=8% Ar=0,4% CH4=0,3%
Das Gas wird auf 350°C unter Dampferzeugung abgekühlt
2. Testteil
Hochtemperatur Konvertierung
Im nun folgenden HT Konverter, wo am Fe3O4 Kat. CO + H2O zu CO2 + H2 bei 420°C konvertiert, sinkt der CO Gehalt auf 3%; Katgifte H2S, Cl2, Alkene, Alkine.
CO + H2O <----> CO2 + H2
Tieftemperatur Konvertierung
Die Konvertierung ist eine Gleichgewichtsreaktion mit Verschiebung zu den Ausgangsstoffen bei Steigender Temp. Daher wird das Gas auf 210°C (unter Dampfgewinnung) abgekühlt und dem TT Konverter zugeführt wo am CuO/ZnO Kat CO und H2O unter Entstehung von CO2 + H2 Konvertiert. CO Gehalt sinkt auf 0,2%. Kat Gift = H2S
CO + H2O <----> CO2 + H2
MDEA Wäsche
Nach dem TT Konverter gelangt das Prozessgas über einen Wärmetauscher, unter Abscheidung von Prozesskondensat zur Gegenstrom MDEA Absorptionskolonne. Absorptionsmittel ist 40%ige wässrige MDEA Lsg. (MDEA= Methyldiethanolamin) Das im Gas befindliche CO2 bindet sich bis auf einen 0,001%igen Rest an das MDEA. Die mit CO2 beladene MDEA Waschlauge wird durch 2 Desorber und 1 Stripper geführt, wo das CO2 entfernt wird und den Wäschern erneut zugeführt wird.
Methanisator
Am Methanisator wird das restliche CO, CO2 bei 320°C – 370°C an einem Nickelkat. mit H2 zu CH4 umgesetzt. (Rest an CO und CO2 <1ppm) Auch wird N2 zur Einstellung des N2:H2 Verhältnis für die NH3 Synthese zugeführt.
CO + 3 H2 <----> CH4 + H2O
CO2 + 4 H2 <----> CH4 + H2O
Dann wird das Synthesegas mit 5 Wärmetauschern auf 35°C abgekühlt, in einem Abscheider von flüssigen Bestandteilen getrennt und mit 25bar ins Netz abgegeben.
Gaszusammensetzung: H2=74,2%; N2=24,8%; CH4=0,7%; Ar=0,3%