Synthesegas-Aufbereitung

Das Produktgas aus der Vergasung von Kohle, auch Synthesegas genannt, enthält brennstoffbedingte Schadstoffanteile. Zu den Schadstoffen zählen Staubpartikel aus Restkoks und Asche, flüchtige Schwermetalle, die Alkaliverbindungen NaCl und KCl, die Halogene HCl und HF, die Stickstoffverbindungen HCN und NH₃ und die Schwefelverbindungen H₂S und COS. Bei der Verwendung des Synthesegases z. B. als Brenngas im Pre-Combustion-Verfahren muss es von den Schadstoffen gereinigt, d. h. aufbereitet werden, um die Anforderungen der Gasturbinenhersteller und die gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte erfüllen zu können. Die wichtigsten Verfahrensschritte bei der Synthesegasaufbereitung sind:

• die Entstaubung des Synthesegases,
• die Wasserwäsche, mit der noch vorhandene Flugstaubpartikel, NH₃, HCl, HF, NaCl und KCl sowie die flüchtigen Schwermetalle abgeschieden werden,
• die katalytische Hydrolyse von COS zu H₂S und
• die Entschwefelung des Synthesegases d. h. die Abscheidung von H2S z. B. durch physikalische, chemische oder physikalisch-chemische Nassverfahren.

In Kohle-Kombikraftwerken mit integrierter Kohlevergasung werden zur Entstaubung der Synthesegase sowohl trockene Verfahren wie Fliehkraft- oder Filtrationsabscheider als auch Nassentstauber wie Venturi-Wäscher eingesetzt. Bei dem Einsatz von Fliehkraftabscheidern ist eine Feinentstaubung durch eine Wasserwäsche z. B. mit Venturi-Wäscher erforderlich. Die höchsten Abscheidewirkungsgrade für Staub werden mit keramischen Filtrationsabscheidern, sogenannten Filterkerzen erreicht. Bei deren Einsatz ist eine Feinentstaubung durch eine Wasserwäsche nicht erforderlich. Vor der Entschwefelung des Synthesegases muss zunächst die Schwefelverbindung COS in Schwefelwasserstoff umgewandelt werden, da nicht bei allen Entschwefelungsverfahren COS simultan mit H₂S entfernt werden kann. Die Umwandlung erfolgt üblicherweise durch katalytische Hydrolyse: COS + H₂O → H₂S + CO₂. Für die Entschwefelung des Synthesegases eignen sich physikalische Absorptionsverfahren wie die Rectisolwäsche, die Selexolwäsche oder die Purisolwäsche. Diese sind auch für IGCC-Kraftwerke mit zusätzlicher CO2-Abscheidung geeignet. Es können aber auch chemische Absorptionsverfahren mit aminbasierten Lösungsmitteln wie MDEA oder chemisch-physikalische Absorptionsverfahren wie der Sulfinol-Prozess eingesetzt werden. Der letzte Verfahrensschritt betrifft die Umwandlung des abgeschiedenen Schwefelwasserstoffs in Elementarschwefel, die zumeist nach dem Claus-Verfahren erfolgt. Ein Nachteil der nassen Gasreinigungsverfahren ist, dass das Synthesegas auf Temperaturen von bis zu 40 °C abgekühlt und wieder aufgeheizt werden muss. Eine Alternative ist die Entwicklung eines trockenen Heißgasreinigungsverfahrens, dass bei Temperaturen um ca. 600 °C arbeitet. Die Heißgasreinigung ist in Verbindung mit der Entwicklung einer katalytischen Hochtemperatur-H2-Membran eines der langfristigen Ziele bei der Weiterentwicklung des IGCC-Prozess.