WO2011035993A1 - Verfahren zum betrieb einer koksofenanordnung - Google Patents

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WO2011035993A1
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a coke oven arrangement, wherein the coke oven gas occurring in the coking process is supplied as useful gas to a material utilization.
  • the coke oven gas obtained in a coking process is usually burned and thus only used energetically, although coke oven gas contains large amounts of the valuable components hydrogen and methane. Reservations against use result from the fact that coke oven gas is no longer available as fuel gas in case of material use and the lack of heating energy has to be provided elsewhere.
  • the present invention has for its object to allow for the operation of a coke oven assembly, a flexible and efficient use of the resulting Koksofengases.
  • the object of the invention and solution of the problem is a method for operating a coke oven arrangement with the features described above, which is characterized in that for providing at least a portion of the required for the coking process thermal energy as fuel gas, a synthesis gas is supplied, which by means of a gasification process fossil fuel is generated.
  • a synthesis gas is supplied, which by means of a gasification process fossil fuel is generated.
  • the use of a fossil fuel to produce the synthesis gas results in a particularly high flexibility of the method for operating a coke oven arrangement.
  • the provision of the fossil fuel and the implementation of the gasification process for producing the synthesis gas are associated with additional investment and process costs, the recovery of the valuable components contained in the coke oven gas results in overall economic advantages. This is particularly the case when coal is used as the fossil fuel, which is comparatively cheap compared to other fossil fuels suitable for carrying out the gasification process, such as natural gas, and which is already available for carrying out the coking process.
  • inventive method can thus be used independently of other production cities such as coal mines or blast furnaces.
  • a blast furnace system is provided in the immediate vicinity, it is also possible to supply an additional portion of the generated synthesis gas for thermal utilization to a blast furnace.
  • the process for the coking process and possibly also a blast furnace missing amount of energy by means of Gasification from the fossil fuel produced synthesis gas is replaced.
  • the raw synthesis gas produced usually only needs to be desulphurized before it is supplied as a fuel gas to provide a portion of the thermal energy required for the coking process and used in particular for undercutting coke oven batteries.
  • the synthesis gas formed from the fossil fuel can be provided to use the synthesis gas formed from the fossil fuel exclusively for the provision of thermal energy as fuel gas. According to a preferred embodiment of the invention, however, more synthesis gas is generated than is necessary for the replacement of the inventively recycled Koksofengases. Thus, it can be provided that a first portion of the synthesis gas produced is used as fuel gas and that an additional portion of the synthesis gas generated is used for further conversion and material utilization.
  • the coke oven gas obtained in the coking process is first freed in a manner known per se from impurities such as tar, naphthalene, aromatic hydrocarbons (BTX components), sulfur and ammonia, as in the prior art in a conventional coking process is provided.
  • the previously purified coke oven gas for the separation of hydrogen and / or hydrocarbons is compressed.
  • a pressure swing adsorption (PSA) can be provided in a PSA plant, wherein the hydrogen is recovered on the pressure side of the PSA plant in highly pure form.
  • PSA pressure swing adsorption
  • the pressure swing absorption can be carried out both in a conventional PSA plant or a vacuum PSA plant (VPSA plant).
  • a methane-rich gas is recovered, which is separated in further treatment steps of the remaining gas components, in particular carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen, acetylene and hydrogen still containing.
  • the removal of nitrogen, carbon monoxide and hydrogen still contained can be carried out for example by a cryogenic distillation, with previously carbon dioxide and steam with suitable methods, eg. B. by means of an Armin wash and / or a molecular sieve drying are to be removed.
  • the hydrocarbon components thus obtained as useful gas can be supplied to a natural gas network and / or kept ready for further synthesis.
  • the gas components obtained from the coking gas can be used as end products or in even higher quality products be converted, for further synthesis and conversion and a proportion of the synthesis gas formed in the gasification of the fossil fuel can be used.
  • Advantageous possibilities of use are explained below.
  • the separated hydrogen can generally be used as hydrogenating hydrogen in adjacent chemical plants, for example refineries. According to a preferred embodiment, it is provided to subject the hydrogen produced and a portion of the synthesis gas formed by the gasification of the fossil fuel to further conversion, the hydrogen being reacted with a portion of the carbon monoxide of the synthesis gas to give higher-value products.
  • a synthesis of methanol and beyond the production of fuel by an MTG process methanol to gasoline
  • the synthesis of diesel by a Fischer-Tropsch process or the synthesis of ammonia can be provided.
  • the use of the recovered hydrogen with the synthesis gas obtained from the fossil fuel, which essentially comprises carbon monoxide is provided for a further synthesis, there is the advantage that a specific hydrogen / carbon monoxide ratio is released by a corresponding inflow control in a wide range can be chosen.
  • a proportion of the synthesis gas produced to undergo CO conversion can be made for a proportion of the synthesis gas produced to undergo CO conversion.
  • the CO conversion can be carried out with the addition of water vapor, after a desulfurization of the converted synthesis gas carbon-
  • this thermally recovered off-gas is a proportion of the total required to provide the thermal energy fuel gas.
  • part of the thermal energy required for the coking process is provided by a synthesis gas as fuel gas, which is obtained by means of a gasification process from the fossil fuel, preferably by coal gasification.
  • a synthesis gas as fuel gas obtained by means of a gasification process from the fossil fuel, preferably by coal gasification.
  • the residual and exhaust gases produced in various subsequent process stages can also be used for combustion.
  • the off-gas of the preferably provided PSA plant usually still contains large amounts of combustible components that can be thermally recycled by combustion.
  • high-quality fuels with a higher calorific value, such as natural gas can also be admixed. Such admixture may be required to set a desired Wobbe number or to balance an energy requirement not yet covered by the other fuel gases.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Koksofenanordnung, wobei das in dem Kokereiprozess anfallende Koksofengas als Nutzgas einer stofflichen Verwertung zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird zur Bereitstellung zumindest eines Teils der für den Kokereiprozess erforderlichen thermischen Energie als Brenngas ein Synthesegas zugeführt, welches mittels eines Vergasungsprozesses aus einem fossilen Brennstoff, vorzugsweise Kohle, erzeugt wird.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Koksofenanordnung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Koksofenanordnung, wobei das in dem Kokereiprozess anfallende Koksofengas als Nutzgas einer stofflichen Verwertung zugeführt wird. In der Praxis wird das bei einem Kokereiprozess anfallende Koksofengas üblicherweise verbrannt und somit nur energetisch genutzt, obwohl Koksofengas große Anteile der Wertstoffkomponenten Wasserstoff und Methan enthält. Vorbehalte gegen eine Nutzung ergeben sich daraus, dass bei einer stofflichen Nutzung das Koksofengas nicht mehr als Heizgas zur Verfügung steht und die fehlende Heizenergie anderweitig bereitgestellt werden muss.
Aus der DE 34 244 24 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das in dem Kokereiprozess anfallende Koksofengas als Nutzgas einer stofflichen Verwertung zugeführt wird . Dabei wird Wasserstoff abgetrennt und ein geeignetes H2-CO-Verhältnis eingestellt, um nachfolgend durch Methanisierung ein synthetisches Erdgas zu erzeugen. Da das Koksofengas bei einer stofflichen Nutzung nicht mehr zur Erzeugung der für den Kokereiprozess erforderlichen thermischen Energie zur Verfügung steht, wird als Ersatzgas für die Unterfeuerung der Koksofengasbatterie Gichtgas oder Grubengas vorgeschlagen. Der Einsatz von Gicht- oder Grubengas kommt dann in Frage, wenn sich in unmittelbarer Nähe der Kokerei ein Stahlwerk oder Kohlebergwerk befindet und der Einsatz dieser Ersatzgase sich als wirtschaftlich herausstellt. Da diese Vorgaben in der Praxis nur selten erfüllt sind, erfolgt, wie eingangs beschrieben , übl icherweise nur eine Verwertung des Koksofengases zu Heizzwecken.
Weitere Verfahren, bei denen Koksofengas einer stofflichen Nutzung zugeführt wird, sind aus der DE 35 15 250 A1 sowie der DE 38 05 397 A1 bekannt. Bei diesen Verfahren ist jeweils vorgesehen, dass das einen hohen Wasserstoffanteil aufweisende Koksofengas mit dem einen hohen Kohlenmonoxidanteil aufweisenden Hüttengas vermischt wird . Die bekannten Verfahren setzen voraus, dass Hüttengas, welches zunächst aufwendig gereinigt werden muss, in einem ausreichenden Maße zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem Betrieb einer Koksofenanordnung eine flexible und effiziente Nutzung des anfallenden Koksofengases zu ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb einer Koksofenanordnung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bereitstellung zumindest eines Teils der für den Kokereiprozess erforderlichen thermischen Energie als Brenngas ein Synthesegas zugeführt wird, welches mittels eines Vergasungsprozesses aus fossilen Brennstoff erzeugt wird. Durch die Verwendung eines fossilen Brennstoffes zur Erzeugung des Synthesegases ergibt sich eine besonders hohe Flexibil ität des Verfahrens zum Betrieb einer Koksofenanordnung. Obwohl die Bereitstellung des fossilen Brennstoffes und die Durchführung des Vergasungsprozesses zur Erzeugung des Synthesegases mit zusätzlichen Investitions- und Prozesskosten verbunden sind, ergeben sich durch die Gewinnung der in dem Koksofengas enthaltenden Wertstoff- komponenten insgesamt wirtschaftliche Vorteile. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als fossiler Brennstoff Kohle eingesetzt wird, die im Vergleich zu anderen für die Durchführung des Vergasungsprozesses geeigneten fossilen Brennstoffen wie beispielsweise Erdgas vergleichsweise günstig ist und für die Durchführung des Kokereiprozesses ohneh in bereitgehalten wird . Das
erfindungsgemäße Verfahren kann damit unabhängig von weiteren Produktionsstädten wie Kohlebergwerken oder Hochöfen eingesetzt werden. Wenn in unmittelbarer Nähe jedoch eine Hochofenanlage vorgesehen ist, besteht auch die Möglichkeit einen zusätzlichen Anteil des erzeugten Synthesegases zur thermischen Nutzung einem Hochofen zuzuführen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die bei dem Kokereiprozess in dem Koksofengas anfallenden Gaskomponenten wie Wasserstoff und/oder Methan abzutrennen und entweder als Endprodukt zu verwenden oder in noch höherwertige Produkte umzuwandeln, wobei dann die für den Kokereiprozess und eventuell auch einen Hochofen prozess fehlende Energiemenge durch das mittels Vergasung aus dem fossilen Brennstoff erzeugte Synthesegas ersetzt wird. Das erzeugte Rohsynthesegas muss in der Regel nur entschwefelt werden, bevor es zur Bereitstellung eines Teils der für den Kokereiprozess erforderlichen thermischen Energie als Brenngas zugeführt und insbesondere zur Unterfeuerung von Koksofenbatterien eingesetzt wird. Eine aufwendige Aufbereitung des Synthesegases, die unter anderem auch die Entfernung von Kohlendioxid umfasst, ist bei dem als Brenngas genutzten Synthesegas nicht erforderlich.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein das aus dem fossilen Brennstoff gebildete Synthesegas ausschließlich zur Bereitstellung thermischer Energie als Brenngas zu nutzen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch mehr Synthesegas erzeugt als für den Ersatz des erfindungsgemäß stofflich verwerteten Koksofengases erforderlich ist. So kann vorgesehen sein, dass als Brenngas ein erster Anteil des erzeugten Synthesegases eingesetzt wird und dass ein zusätzlicher Anteil des erzeugten Synthesegases für eine weitere Umwandlung und stoffliche Nutzung verwendet wird.
Das bei dem Kokereiprozess anfallende Koksofengas wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst in an sich bekannter Weise von Verunreinigungen wie Teer, Naphthalin, aromatischen Kohlenwasserstoffen (BTX-Komponenten), Schwefel und Ammoniak befreit, wie dies auch gemäß dem Stand der Technik bei einem herkömmlichen Kokereiprozess vorgesehen ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das soweit gereinigte Koksofengas zur Abtrennung von Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen verdichtet. Zur Abtrennung des Wasserstoffs kann beispielsweise eine Druckwechseladsorption (PSA) in einer PSA-Anlage vorgesehen sein, wobei der Wasserstoff auf der Druckseite der PSA-Anlage in hochreiner Form gewonnen wird. Die Druckwechselabsorption kann sowohl in einer üblichen PSA-Anlage oder einer Vakuum-PSA-Anlage (VPSA-Anlage) durchgeführt werden.
Auf der Entspannungsseite der PSA-Anlage wird ein methanreiches Gas gewonnen, welches in weiteren Aufbereitungsschritten von den restlichen Gaskomponenten, insbesondere Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Stickstoff, Acetylen und noch enthaltendem Wasserstoff getrennt wird . Die Entfernung von Stickstoff, Kohlenmonoxid sowie dem noch enthaltenden Wasserstoff kann beispielsweise durch eine Tieftemperaturdestillation erfolgen, wobei zuvor noch Kohlendioxid und Wasserdampf mit geeigneten Verfahren, z. B. mittels einer Armin-Wäsche und/oder einer Molekularsiebtrocknung zu entfernen sind. Die so als Nutzgas gewonnenen Kohlenwasserstoff- komponenten können einem Erdgasnetz zugeführt und/oder für eine weitere Synthese bereitgehalten werden.
Wie bereits beschrieben, können die aus dem Kokereigas gewonnenen Gaskomponenten als Endprodukte verwendet oder in noch hochwertigere Produkte umgewandelt werden, wobei zur weiteren Synthese und Umwandlung auch ein Anteil des bei der Vergasung des fossilen Brennstoffs gebildeten Synthesegases genutzt werden kann. Vorteilhafte Möglichkeiten der Nutzung werden nachfolgend erläutert.
Der abgetrennte Wasserstoff kann in benachbarten Chemieanlagen, beispielsweise Raffinerien, allgemein als Hydrierwasserstoff eingesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen den erzeugten Wasserstoff und einen Anteil des durch die Vergasung des fossilen Brennstoffes gebildeten Synthesegases einer weiteren Umwandlung zu unterziehen, wobei der Wasserstoff mit einem Teil des Kohlenmonoxids des Synthesegases zu höherwertigen Produkten umgesetzt wird. So kann beispielsweise eine Synthese von Methanol sowie darüber hinausgehend die Erzeugung von Treibstoff durch ein MTG-Verfahren (Methanol to gasoline), die Synthese von Diesel nach einem Fischer-Tropsch-Verfahren oder auch die Synthese von Ammoniak vorgesehen sein.
Wenn für eine weitere Synthese die Nutzung des gewonnenen Wasserstoffs mit dem aus dem fossilenen Brennstoff gewonnenen Synthesegas, welches im Wesentlichen Kohlenmonoxid enthält, vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil, dass ein spezifisches Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Verhältnis durch eine entsprechende Zuflusssteuerung in einem weiten Bereich frei gewählt werden kann. Insbesondere um in Bezug auf das gesamte Verfahren die Wasserstoffausbeute noch weiter zu erhöhen, kann vorgesehen sein einen Anteil des erzeugten Synthesegases einer CO-Konvertierung zu unterziehen. Zu diesem Zweck kann die CO-Konvertierung unter Zusatz von Wasserdampf erfolgen, wobei nach einer Entschwefelung des konvertierten Synthesegases Kohlen-
dioxid zumindest teilweise entfernt wird, wobei nachfolgend der verbleibende Gasstrom zur Entfernung von Wasserstoff einer Druckwechseladsorption unterzogen wird und wobei das dabei anfallende um Wasserstoff abgereicherte Off-Gas als Brenngas für den Kokereiprozess eingesetzt wird. Üblicherweise stellt dieses thermisch verwertete Off-Gas einen Anteil des insgesamt zur Bereitstellung der thermischen Energie erforderlichen Brenngases dar.
Als weitere Nutzung des aus dem fossilen Brennstoff gebildeten Synthesegases kann auch die Erzeugung von Strom mit einem kombinierten Gas- und Dampfkraftwerk (GUD-Prozess) vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß wird ein Teil der für den Kokereiprozess erforderlichen thermischen Energie von einem Synthesegas als Brenngas bereitgestellt, welches mittels eines Vergasungsprozesses aus dem fossilen Brennstoff, vorzugsweise mittels Kohlevergasung, gewonnen wird. Um einen weiteren Teil der thermischen Energie bereitzustellen, können auch die in verschiedenen nachfolgenden Verfahrensstufen anfallenden Rest- und Abgase zur Verbrennung genutzt werden. Insbesondere das Off-Gas der bevorzugt vorgesehenen PSA-Anlage enthält in der Regel noch große Anteile brennbarer Komponenten, die durch eine Verbrennung thermisch verwertete werden können. Des Weiteren können auch hochwertige Brennstoffe mit einem höheren Heizwert, wie beispielsweise Erdgas zugemischt werden. Eine solche Zumischung kann erforderlich sein, um eine gewünschte Wobbe-Zahl einzustellen oder einen noch nicht durch die weiteren Brenngase gedeckten Energiebedarf auszugleichen.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Betrieb einer Koksofenanordnung , wobei das in dem Kokereiprozess anfallende Koksofengas als Nutzgas einer stofflichen Verwertung zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Bereitstellung zumindest eines Teils der für den Kokereiprozess erforderlichen ther- mischen Energie als Brenngas ein Synthesegas zugeführt wird, welches mittels eines Vergasungsprozesses aus einem fossilen Brennstoff erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als fossiler Brennstoff Kohle eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koksofengas verdichtet und entschwefelt wird, bevor daraus Wasserstoff entfernt und nachfolgend Kohlenwasserstoffe von Restgaskomponenten getrennt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Koksofengas Wasserstoff durch Druckwechseladsorption abgetrennt wird, wobei nachfolgend Kohlenwasserstoffe mittels einer Tieftemperaturdestillation abgetrennt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenngas ein erster Anteil des erzeugten Synthesegases eingesetzt wird und dass ein zusätzlicher Anteil des erzeugten Synthesegases für eine weitere Synthese mit dem aus dem Koksofengas abgetrennten Wasserstoff genutzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenngas ein erster Anteil des erzeugten Synthesegases eingesetzt wird und dass ein zusätzlicher Anteil des erzeugten Synthesegases einer CO- Konvertierung unterzogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die CO- Konvertierung unter Zusatz von Wasserdampf erfolgt, wobei nach einer Entschwefelung des konvertierten Synthesegases Kohlendioxid zumindest teilweise entfernt wird, wobei nachfolgend der verbleibende Gasstrom zur Entfernung von Wasserstoff einer Druckwechseladsorption unterzogen wird und wobei das dabei anfallende, um Wasserstoff abgereicherte Off-Gas als Brenngas für den Kokereiprozess eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenngas ein erster Anteil des erzeugten Synthesegases eingesetzt wird und dass ein zusätzlicher Anteil des erzeugten Synthesegases in einem Gas- und Dampfkraftwerk zur Stromerzeugung genutzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstel lung der für den Kokereiprozess erforderlichen thermischen
Energie zusätzlich zu dem Synthesegas ein weiteres Heizgas zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Anteil des erzeugten Synthesegases zur thermischen Nutzung einem Hochofen zugeführt wird.
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