DE2425939C2

DE2425939C2 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerkes

Info

Publication number: DE2425939C2
Application number: DE2425939A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 6380 Bad Homburg Rudolph; Emil Dipl.-Ing. 6051 Dietzenbach Supp
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1974-05-30
Filing date: 1974-05-30
Publication date: 1982-11-18
Also published as: CS203089B2; US3959972A; DE2425939A1; ZA752113B; GB1498429A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerkes, vorzugsweise für Spitzenbelastung, durch Vergasung von fossilen Brennstoffen mit Sauerstoff als Bestandteil der Vergasungsmittel bei erhöhtem Druck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Primärgas und Entschwefelung des Primärgases.

Derartige Kraftwerke müssei oft sehr schnell auf wechselnde Belastung eingestellt werden; außerdem wird die Leistung in der Nacht und täufig auch am Wochenende zumeist auf Null reduziert

Es ist bekannt, als Brennstoffe bei Kraftwerken anstelle von Kohle oder Kernbrennstoffen durch Druckvergasung von Kohle entstehende Gase zu verwenden (Combustion, Februar 1971, Seiten 12 und 13).

Es ist ferner bekannt. Kohlenwasserstoffe unter Druck mit Dampf zu vergasen und in ein C-Oxide, H2 und gasförmige Kohlenwasserstoffe enthaltendes Heizgas umzuwandeln. Das abgekühlte Gas wird mit Methan angereichert und nach Konvertierung ein kleiner Teil der im Gas enthaltenen C-Oxide in Methanol überführt Das Gas wird als Stadtgas eingesetzt Bei höherem Bedarf wird ein Teil des Ausgangsproduktes, z. B. Naphtha, durch ein Gemisch aus Methanol und Methan, das normalerweise zur Anreicherung benutz· wird, ersetzt (GB-PS 11 67 493).

Auch verflüssigte Gase können unter Erzeugung mechanischer Energie vergast werden. Das verflüssigte Gas wird hierbei unter indirektem Wärmetausch mit einem wärmeübertragenden Medium in Kontakt gebracht. Dieses Medium wird im geschlossenen Kreislauf geführt und durch indirekten Wärmetausch mit den Abgasen einer Verbrennungsmaschine erwärmt Anschließend wird das verflüssigte Gas unter indirektem Wärmetausch mit Luft in die Verbrennungsmaschine geführt und vergast (US-PS 31 83 666).

Aus US-PS 32 96 449jst weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem elektrische Energie aus chemischer Energie gewonnen wird. Hierbei werden Kohlenwasserstoffe, wie CH4, Unter H₂OZusatz yergäst und das entstehende Gas in eine HrFraktion Und in eine Kohleristoff (CO) enthaltende Heizgas-Fraktion getrennt. Das CO enthaltende Gas wird in eine Wärmekraftmaschine geführt, welche mit einem elektrischen Generator verbunden ist Die H₂-Fraktion wird gelagert, ein Teil in die Wärmekraftmaschine geführt und zum Teil in eine bei niedriger Temperatur arbeitende elektrochemische Brennstoffzelle überführt In diese Brennstoffzelle wird Luft geführt und elektrische Energie gewonnen, die gespeichert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennstoffzufuhr bei Kraftwerken schnell zu regelte, um den Betrieb des Kraftwerkes den wechselnden Belastungen anpassen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Primärgas bei niedrigerer Kraftwerksbelastung in zunehmendem Anteil zu Methanol umwandelt und speichert und bei höherer Kraftwerksbelastung einen zunehmenden Anteil an gespeichertem Methanol als Brennstoff im Kraftwerk neben entschwefelteii Primärgas einsetzt

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird während der Stillstandszeit des Kraftwerkes die Erzeugung von Primärgas fortgesetzt, das der Herstellung und Speicherung von Methanol zugeführt wird.
Als zu vergasende Brennstoffe kommen flüssige Kohlenwasserstoffe oder auch Kohle in Frage. Als Vergasungsmittel wird noch Wasserdampf oder gelegentlich auch KohlendiG «id benutzt

Eine Verbundschaltung zwischen der Erzeugung von Heizgas und der Methanolerzeugung gibt die Möglichkeit einer sehr schnellen Regelung, da bei plötzlicher Lasterhöhung Methanol aus dem gespeicherten Vorrat als Brennstoff verwendet wird und bei plötzlicher Lastabsenkung die Methanolproduktion erhöht werden kann. Bei den Belastungsschwankungen des Kraftwerkes braucht jedoch die Durchsatzleistung der Gaserzeugung nicht geändert zu werden, was sehr von Vorteil ist

Durch die zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens, daß während der Stillstandszeit des Kraftwerkes die Erzeugung von Primärgas fortgesetzt wird, das der Herstellung und Speicherung von Methanol zugeführt wird, genügt es, die Gaserzeugung und Gasreinigung einschließlich der Luftzerlegungsanlage zur Sauerstoffgewinnung nur für etwa 50 bis 70% der Leistung zu dimensionieren, welche ohne die Erzeugung und Speicherung von Methanol notwendig wäre.

Ein Verfahrensbeispiel wird mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert, wobei von der ölvergasung ausgegangen wird.

5& Dem Vergasungsreaktor 1 werden über die Leitung 2 hochsiedende Kohlenwasserstoffe, z. B. schweres Heizöl, zugeführt Die Kohlenwasserstoffe werden zusammen mit Sauerstoff und Wasserdampf aus der Leitung 3 bei Temperaturen von etwa 1 200 bis 1 500" C und bei

Überdruck, häufig bei Drücken von mehr als 20 atm, im Reaktor 1 vergast Durch partielle Oxydation entsteht dabei in bekannter Weise ein Produktgas, nachfolgend auch Primärgas genannt, welches überwiegend Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält

Dieses Primärgas mit einer Temperatur von weit über i ööö⁸ C wird stufenweise durch Wärmeaustausch ge^ ikühlt, Wobei aus der fühlbaren Wärme des Gases Hochdruckdampf gewonnen wird. In der Zeichnung ist die Kühlung vereinfacht durch den Wärmeaustauscher 4 dargestellt Die Endtemperatur des gekühlten Primärgases richtet sich nach der anschließenden Gaswäsche 5, in welcher der Hauptteil der Verunreinigungen, insbesondere Schwefelverbindungen, aus dem Primärgas ent-

ferrit wird.

Wird die Gaswäsche mit flüssigem Methanol durchgeführt, so ist eine Eintrittstemperatur des Primärgases von etwa 30° C erwünscht In bekannter Weise kann die Gaswäsche 5 auch als Heißpottaschewäsche ausgestaltet sein.

Das gewaschene Primärgas kann nun wahlweise oder jeweils in einem Teilstrom in die Leitung 6 und damit zu einer Methanolsynthene, oder aber in der Leitung 7 direkt als Heizgas in das Kraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie geleitet werden. Die Aufteilung des gewaschenen Primärgases auf die Leitungen 6 und 7 erfolgt durch die regelbaren Ventile 8 und 9. Das Gas in der Leitung 7 wird in einem Teil des Wärmeaustauschers 4 wieder erwärmt and dann zur Entspannung durch eine Gasturbine 10 geleitet Die Gasturbine 10 treibt den Generator 11. Das entspannte Gas von der Gasturbine 10 wird in einen Dampfkessel 12 gegeben und dort unter Dampferzeugung verbrannt Der Dampf von Kessel 12 treibt dann eine Dampfturbine 13, die mit dem Generator 14 in Verbindung steht

Aus dem Primärgas in der Leitung 6 wird in bekannter Weise Methanol erzeugt Ein Verfahren ist z. ΪΙ in der deutschen Auslegeschrift 20 24 301 beschrieben. Zunächst erfolgt eine Feinreinigung 15, um auch noch die restlichen Schwefelverbindungen zu entfernen, die ansonsten als Katalysatorgifte wirken würden. Die Feinreinigung kann z. B. mit Aktivkohle durchgeführt werden. Danach wird ein Teilstrom des gereinigten Gases durch die Konvertierung 16 geführt, wo katalytisch CO + H2O zu CO2 + H2 umgesetzt wird. Der konvertierte Teilstrom wird zusammen mit dem nicht konvertierten Teilstrom aus der Leitung 17 in der Leitung 18 wieder vereinigt und gemeinsam durch eine weitere Gaswäsche 19 geleitet In der Wäsche 19 wird der größte Teil des verbliebenen Kohlendioxids entfernt, so daß das Gas die richtige Zusammensetzung für die nachfolgende Methanolsynthese 20 besitzt Hierfür müssen die Volumenanteile der verschiedenen Gaskomponenten die Bedingung erfüllen, daß (H₂ - CO₂) : (CO + CO₂) größer oder gleich 2,01 ist

Durch katalytische Umsetzung in der Methanolsynthese 20 wird das gewünschte Methanol erzeugt Das Methanol wird im Tank 21 flüssig gespeichert
Methanol aus dem Tank 21 wird bei Bedarf von der Pumpe 22 angesaugt und über das geöffnete Ventil 23 und den Verdampfer 28 in der Leitung 24 in die Leitung 7 eingespeist Dies geschieht dann, wenn die Belastung des Kraftwerkes so hoch ist daß das Heizgas aus der Leitung 7 allein nicht ausreicht

Es ist auch möglich, Flüssiges Methanol dem Tank 21 durch die Leitung 25 zu entnehmen und es für die Gaswäsche 5 und/oder Gaswäsche 19 zu .«rwenden.

Da tagsüber bei üblicher Belastung des Kraftwerkes etwa 10% des Primärgases der Methanolsynthese zugeführt werden, um den Betrieb der Methanolsynthese aufrechtzuerhalten, während der Stillstandszeiten des Kraftwerkes in der Nacht und an Wochenenden jedoch das gesamte Primärgas hierfür zur Verfügung steht, ist stets ein ausreichender Methanolvorrat im Tank 21 vorhanden.

Hierzu 1 Blatl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerkes, vorzugsweise für Spitzenbelastung, durch Vergasung von fossilen Brennstoffen mit Sauerstoff als Bestandteil der Vergasungsmittel bei erhöhtem Druck zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Primärgas und Entschwefelung des Primärgases, dadurch gekennzeichnet, daß man das Primärgas bei niedrigerer Kraftwerksbelastung in zunehmendem Anteil zu Methanol umwandelt und speichert und bei höherer Kraftwerksbelastung einen zunehmenden Anteil an gespeichertem Methanol als Brennstoff im Kraftwerk neben entschwefeltem Primärgas einsetzt

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Stillstandszeit des Kraftwerkes die Erzeugung von Primärgas fortgesetzt wird, das der Herstellung und Speicherung von Methanol ?ageführt wird.