DD260618A3

DD260618A3 - Verfahren zur reinigung von prozesskondensat aus synthesegaserzeugungsanlagen

Info

Publication number: DD260618A3
Application number: DD86293547A
Authority: DD
Inventors: Klaus SCHUEBEL; Horst Bendix; Bernd Hochmuth; Franz Riedel; Dieter Johannes; Winfried Lausch; Bodo Lakenmacher; Brigitte Kreil; Hannelore Knape
Original assignee: Piesteritz Agrochemie
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1988-10-05

Abstract

Das erfindungsgemaesse Verfahren betrifft eine energetisch guenstige Reinigung von Prozesskondensat aus Anlagen zur Erzeugung von Synthesegas, z. B. fuer die Ammoniakherstellung. Ziel der Erfindung ist es, den ueberwiegenden Teil des bisher erforderlichen exergetisch wertvollen Heizdampfes zur Erzeugung von Strippdampf fuer den Prozesskondensatstripper durch exergetisch minderwertigere Energieformen zu ersetzen, wobei gleichzeitig der apparative Aufwand minimal sein soll. Erfindungsgemaess wird das Ziel dadurch erreicht, dass als Energiequelle fuer die Strippdampferzeugung des Prozesskondensatstrippers exergetisch minderwertige Waerme des Rauchgases der Konvektionszone eines Dampfreformers genutzt wird. Dazu wird gereinigtes Prozesskondensat aus dem Prozesskondensatstripper ausgekreist, im Druck erhoeht, in einem Waermeuebertrager in dieser Konvektionszone auf eine hoehere als die Siedetemperatur im Sumpf des Prozesskondensatstrippers aufgewaermt, zu diesem Sumpf rueckgefuehrt und setzt dort durch Entspannungsverdampfung die erforderliche Strippdampfmenge frei.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur energetisch günstigen Reinigung von Prozeßkondensat aus Anlagen zur Erzeugung von Synthesegas, ζ. B. für die Ammoniakherstellung. Dabei wird zur Herstellung von Synthesegas das Dampfreformierungsverfahren von Kohlenwasserstoffen angewendet, wobei zumindest in einem Dampfreformer die Reformierungsreaktion durchgeführt wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In Anlagen zur Herstellung von Synthesegas, ζ. B. zur Herstellung von Ammoniak, auf Basis des Dampfreformierungsprozesses von Kohlenwasserstoffen müssen die nicht umgesetzten Wasserdampfanteile im Zuge der Synthesegasreinigung auskondensiert und abgeschieden werden. In dem sogenannten Prozeßkondensat sind Verunreinigungen enthalten, die eine wünschenswerte direkte Wiederverwendung als Kesselspeisewasser zur Dampferzeugung im allgemeinen verbieten. Diese Verunreinigungen, im wesentlichen Ammoniak, Methanol und Kohlendioxid, werden deshalb in der überwiegenden Mehrzahl der Prozeßanlagen abgetrennt und das so gereinigte Prozeßkondensat direkt oder über weitere geeignete Prozeßstufen zu Dampferzeugern geführt.

Am weitesten verbreitet ist ein Verfahren zur Reinigung von Prozeßkondensat in einem Prozeßkondensatstripper, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Reinigung bei einem Druck von 0,17 MPa bis 0,264MPa und einer Temperatur von 114⁰C bis 128°C in einer Füllkörper- oder Bodenkolonne durchgeführt wird und der erforderliche Strippdampf durch direkte Einblasung von Wasserdampf (0,45MPa, 270⁰C) oder durch Beheizung eines Reboilersim Sumpf der Kolonne mit Wasserdampf (0,45MPa, 270⁰C) bereitgestellt wird. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß es insbesondere in modernen Anlagen noch günstige Möglichkeiten der Nutzung dieses Niederdruckdampfes (Turbinenantrieb für Kompressoren oder Generatoren) gibt und er außerdem sehr gut zur Heizung von Industrieanlagen bzw. Kommunalgebäuden eingesetzt werden kann. Nachteilig ist weiterhin, daß bei diesem Verfahren vergleichsweise hochwertige Energie zur Deckung der verfahrensbedingten Wärmeenergiebilanzlücke zwischen dem eingehenden ungereinigten Prozeßkondensat (meist mit 50⁰C bis 8O⁰C) und dem gestrippten Prozeßkondensat (meist mit ca. 100°C) verwendet werden muß.

Bekannt sind weiterhin Verfahren zur Reinigung von Prozeßkondensat unter Verwendung von hochgespanntem Dampf (US-PS 4410503, DD 142 203, SU 793930). Diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß die Reinigung des Prozeßkondensates bei derartigen Drücken durchgeführt wird, daß der Strippdampf, welcher zu einem hohen Anteil die im Prozeßkondensat vorhandenen flüchtigen Verunreinigungen enthält, direkt zu der Verfahrensstufe der Dampfreformierung geführt wird und dort als Prozeßdampf eingesetzt wird. Im allgemeinen wird demzufolge der Strippdampf direkt in den Prozeßkondensatstripper eingeführt, wobei der Druck je nach Anlagengröße zwischen 1,5MPa und 4,2MPa liegt. Nachteilig ist bei diesen Verfahren, daß Hochdruckausrüstungen erforderlich sind und demzufolge die Apparatekosten deutlich über denen von Niederdruckreinigungsprozessen liegen. Entscheidender energetischer Nachteil ist jedoch, daß in Verstärkung zum oben beschriebenen Sachverhalt hier sogar 1,5 MPa-Dampf bis 4,2 MPa-Dampf zur Deckung der Wärmeenergiebilanzlücke zwischen Kondensateingangs- und Kondensatausgangstemperatur verwendet wird, was den oben beschriebenen ökonomischen Schaden potenziert. Selbst bei Einsatz sehr großer Wärmeübertrager für die Wärmerückgewinnung zur Minimierung der Temperaturdifferenz ergeben sich Verluste von 1 bis 2t/h Hochdruckdampf.

Weiterhin wird im US-PS 3826815 ein Verfahren zur Reinigung von Ammoniak enthaltenden Prozeßkondensaten beschrieben, was dadurch gekennzeichnet ist, daß der Druck im Prozeßkondensatstripper zwischen 0,14MPa und 2,8MPa liegt und zum Eintrag der erforderlichen Wärmeenergie Dampf mit entsprechend hohen Drücken eingesetzt wird. Zur Unterstützung der Reinigung im Prozeßkondensatstripper werden Sauerstoff und CO₂ eingeblasen. Neben den oben bereits beschriebenen Nachteilen wie Erfordernis von Hochdruckausrüstungen und Einsatz hochwertiger Energieträger zur Deckung der Wärmebilanzlücke kommt hier noch hinzu, daß die Zugabe von CO₂ und Sauerstoff im Sumpf des Prozeßkondensatstrippers zwingend zu einer Überhöhung des CO₂- und Sauerstoffgehalts im Sumpfprodukt führt. Dieses Sumpfprodukt wird sehr häufig als Kesselspeisewasser für Dampferzeuger eingesetzt. Bei Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens ist ein sonst möglicher direkter Einsatz jedoch auf Grund der hohen Sauerstoff- und CO₂-Gehalte nicht möglich, es ist vielmehr der Einsatz von Entgasungseinrichtungen erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den überwiegenden Teil des bisher erforderlichen exergetisch wertvollen Heizdampfes zur Erzeugung von Strippdampf für den Prozeßkondensatstripper durch exergetisch minderwertigere Energieformen zu ersetzen, wobei gleichzeitig der apparative Aufwand minimal sein soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung von Prozeßkondensat, welches in Anlagen zur Erzeugung von Synthesegas, z. B. für die NH₃-Herstellung nach dem Dampfreformierungsverfahren von Kohlenwasserstoffen, anfällt, unter Verwendung exergetisch minderwertiger Abfallenergie und unter besonderer Beachtung minimaler Apparatekosten vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende wesentlichen Verfahrensschritte gelöst:

1. Aufwärmung des Prozeßkondensates, welches mit dem Prozeßdruckeiner Anlage zur Erzeugung von Synthesegas, z.B. für die Ammoniakherstellung, gewöhnlich zwischen 1,5MPa und 3MPa, zu dem Prozeßkondensatreinigungssystem geführt wird, in einem Wärmeübertrager von einer Temperatur von 40⁰C bis 100⁰C auf eine Temperatur von 100⁰C bis 120⁰C unter Ausnutzung der Wärme eines Prozeßstromes, bestehend aus gereinigtem Prozeßkondensat, der im Masseverhältnis zum ungereinigten Prozeßkondensat von 2:1 bis 5:1 steht und sich entsprechend dem Masseverhältnis bei der Aufheizung des ungereinigten Prozeßkondensates von der Temperatur im Sumpf des Prozeßkondensatstrippers, die zwischen 110⁰C und 150⁰C liegt, um 4°C bis 4O⁰C abkühlt, aufgewärmt wird.

2. Zuführung des so vorgewärmten Prozeßkondensates zum Kopf des Prozeßkondensatstrippers, der beliebige Einrichtungen zur Stofftrennung enthalten kann, und Verteilung des Prozeßkondensates über geeignete Verteilungseinrichtungen über dem Querschnitt des Prozeßkondensatstrippers, wodurch^ich das ungereinigte Prozeßkondensat auf den Druck im Prozeßkondensatstripper, der zwischen 0,15MPa und 0,5MPa liegt und durch einen Druckregler in einer Ausblaseleitung konstantgehalten wird, entspannt.

3. Reinigung des Prozeßkondensates beim Durchlaufen des Prozeßkondensatstrippers, wobei im Gegenstrom Strippdampf, welcher im Sumpf des Prozeßkondensatstrippers bereitgestellt wird, geführt wird, der durch Abgabe eines Teiles seiner Kondensationswärme das ungereinigte Prozeßkondensat auf eine dem im Prozeßkondensatstripper herrschenden Druck entsprechende Siedetemperatur aufheizt und die im ungereinigten Prozeßkondensat enthaltenen Verunreinigungen aufnimmt und über die Ausblaseleitung aus dem Prozeßkondensatstripper führt und Sammlung des gereinigten Prozeßkondensates im Sumpf des Prozeßkondensatstrippers.

4. Abführung einer Menge gereinigten Prozeßkondensates aus dem Sumpf, die in einem Masseverhältnis von 2:1 bis 5:1 zum ungereinigten Prozeßkondensat steht, zu dem unter 1. genannten Wärmeübertrager, in welchem sie sich auf Temperaturen zwischen 70°C und 146⁰C abkühlt und Weiterleitung dieser Menge zu einer Pumpe, in welcher der Druck von 0,15MPa bis 0,5MPa auf Werte zwischen 0,5MPa bis 2,5MPa erhöht wird.

5. Aufteilung des aus gereinigtem Prozeßkondensat bestehenden Mengenstromes derart, daß ein Teil, der etwa der Menge des ungereinigten Prozeßkondensates entspricht, aus dem Prozeßkondensatreinigungssystem, z. B. als Kesselspeisewasser zu einem Dampferzeuger, geführt wird und der übrigbleibende Teil, im weiteren Kreislaufkondensat genannt, zu einem Wärmeübertrager, welcher sich im Rauchgaskanal des Dampfreformers einer Anlage zur Erzeugung von Synthesegas, z. B. für die NH₃-Erzeugung, befindet, geleitet wird.

6. Aufheizung des Kreislaufkondensates in diesem Wärmeübertrager auf Temperaturen von 130⁰C bis 200⁰C, auf jeden Fall jedoch um 10⁰C bis 4O⁰C über den entsprechenden Siedepunkt im Prozeßkondensatstripper, wobei als Wärmequelle Rauchgas des Dampfreformers dient, welches sich dabei von 23O⁰C bis 170°C auf 170⁰C bis 15O⁰C abkühlt.

7. Rückführung des so aufgeheizten Kreislaufkondensates über eine Druckregeleinrichtung zum Sumpf des Prozeßkondensatstrippers und Entspannung des Kreislaufkondensates auf den Druck im Prozeßkondensatstripper, der zwischen 0,15MPa und 0,5MPa liegt, wodurch derfür die Reinigung des Prozeßkondensates erforderliche Strippdampf durch Partialverdampfung des Kreislaufkondensates zur Verfugung gestellt wird.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch den Reinigungsprozeß des Prozeßkondensates aus einer Ammoniaksyntheseanlage einer Kapazität von 1360t/Tag mit Erdgas als Hauptrohstoff. Das ungereinigte Prozeßkondensat gelangt über die Leitung 1 mit einer Menge von 67 800 kg/h, einem Druck von 0,3MPa und einer Temperatur von 80⁰C zum Wärmeübertrager 9 und wird auf 107⁰C vorgewärmt, bevor es dem Prozeßkondensatstripper 8 zugeführt wird. Im Prozeßkondensatstripper 8 erfolgt mittels Strippdampf bei einer Temperatur von 128⁰C und einem Druck von 0,254MPa die Reinigung des Prozeßkondensates. Dem Sumpf des Prozeßkondensatstrippers 8 werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 200000kg/h Prozeßkondensat durch die Leitung 3 mit einer Temperatur von 128°C entnommen und zum Wärmeübertrager 9 geführt. Das gereinigte Prozeßkondensat wird auf 117°C abgekühlt. Mit der Pumpe 10 wird der Druck des Prozeßkondensates auf 1,7MPa erhöht. Eine Menge von 67 300 kg/h wird vorder Konvektionszone 11 eines Dampf reformers 17 durch die Leitung 14 zur Dampferzeugung ausgekreist. Der übrigbleibende Teil von 132700 kg/h Kreislaufkondensat wird über die Leitung 15 dem Wärmeübertrager 12 in der Konvektionszone 11 eines Dampfreformers 17 zugeführt. Im Wärmeübertrager 12 wird das Kreislaufkondensat auf 147°C erwärmt, wobei sich das Rauchgas von 210⁰C auf 18O⁰C abkühlt, und über die Leitung 6 zum Druckregel ventil 13 geleitet. Über das Druckregel ventil 13 wird das Kreislauf kondensat durch die Leitung 16 in den Prozeßkondensatstripper 8 entspannt. Durch diese Entspannung werden die für die Reinigung des Prozeßkondensates benötigten 11,5t/h Dampferzeugt. Die Verunreinigungen des Kondensates und der Strippdampf verlassen den Prozeßkondensatstripper 8 über die Leitung 7.

Claims

Verfahren zur Reinigung von Prozeßkondensat aus Anlagen zur Synthesegaserzeugung mittels Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen durch Strippen mit Wasserdampf bei einem'Druck von 0,15 bis 0,5MPa und einer Temperatur von 110-150⁰C, gekennzeichnet dadurch, daß der Strippdampf unter Nutzung von Dampfreformerabwärme aus dem gereinigten Prozeßkondensat gewonnen wird, indem aus dem Sumpf des Prozeßkondensatstrippers (8) eine Menge gereinigtes Prozeßkondensat, die in einem Masseverhältnis von 2:1 bis 5:1 zum ungereinigten Prozeßkondensat steht, zu einer Pumpe (10) geführt wird, dort der Druck des Prozeßkondensates auf.0,5 bis 2,5MPa erhöht wird, aus diesem Strom ein der Menge des ungereinigten Prozeßkondensates, abzüglich der enthaltenen Verunreinigungen und der Dampfverluste entsprechender Teil abgetrennt wird und das verbleibende sogenannte Kreislaufkondensat zu einem Wärmeübertrager (12) geleitet wird, der sich in der Konvektionszone (11) eines Dampfreformers (17) befindet, dort auf Temperaturen.von 130-200°C erhitzt, dann druckgeregelt zum Sumpf des Prozeßkondensatstrippers zurückgeführt und auf den dort herrschenden Druck entspannt wird, wobei durch Partialverdampfung der Strippdampf gebildet wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung