DE1444952C - Verfahren zum vollständigen Auswaschen saurer Komponenten aus Gasgemischen - Google Patents
Verfahren zum vollständigen Auswaschen saurer Komponenten aus GasgemischenInfo
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- DE1444952C DE1444952C DE1444952C DE 1444952 C DE1444952 C DE 1444952C DE 1444952 C DE1444952 C DE 1444952C
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vollständigen Auswaschen von sauren Komponenten,
z. B. von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxyd, Cyanwasserstoff aus Gasen, die bei der Veredelung von
Brennstoffen oder aus natürlichen Vorkommen anfallen und welche die sauren Komponenten in vergleichsweise
hoher Konzentration enthalten. Der^ artige Gase sind beispielsweise konvertiertes Wassergas,
durch Vergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf unter Druck er-■
zeugte Gase (»Druckvergasungsgas«), manche Crackgase und viele Naturgase, in denen die Summe der
Partialdrücke von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd 1 at wesentlich übersteigt.
:-. Es ist bekannt, saure Komponenten aus Gasgemischen
mittels alkalisch reagierender Absorptionslösungen bei normalem oder erhöhtem Druck
und bei Umgebungstemperatur oder höheren Temperaturen auszuwaschen und aus der beladenen
Lödiing durch Entspannen, Erwärmen und gegebenenfalls
Ausblasen mit einem Inertgas wieder auszutreiben. Die Absorptionslösung wird dabei im Kreislauf durch
einen Absorptionsturm und einen Regenerationsturm geführt. Als Absorptionslösungen für diese Verfahren
sind wäßrige Lösungen organischer Basen, z. B. Mono-, Di-, Triäthanolamine, oder Alkalisalze schwacher
organischer Säuren, z. B. der einfachen Aminosäuren, Glykokoll, Alanin und der Oxyaromaten, oder Alkalisalze
schwacher anorganischer Säuren, z. B. der der Kohlensäure, der Borsäure, der arsenigen Säure, der
Phosphorsäure, bekannt.
Da das Absorptionsvermögen dieser chemisch reagierenden Absorptionslösungen den stöchiometrischen
Gesetzen unterliegt, eignen sich diese Verfahren vorzugsweise zur Reinigung von Gasen, in denen
die Konzentration und damit auch der Partialdruck der sauren Komponenten verhältnismäßig gering
ist. Bei hohen Konzentrationen der sauren Komponenten müssen große Waschmittelmengen durch den
Absorptionsturm und den Regenerationsturm umgewälzt werden.
Hinzu kommt, daß der Energieaufwand bei der Regeneration der alkalisch reagierenden mit sauren
Gaskomponenten beladenen Absorptionslösungen beträchtlich ist, weil er die Trennung einer chemischen
Bindung herbeiführen muß. Da der Reinheitsgrad des behandelten Gases vom Regenerationsgrad der beladenen
Lösung abhängt, werden die alkalischen Gaswäschen oft zweistufig ausgeführt, wobei in beiden
Stufen die gleichen oder auch verschiedene Absorptionslösungen verwendet werden können, wobei aber
in jedem Fall die Absorptionslösung der zweiten Stufe durch Erwärmen und Strippen mit Dampf
oder Luft bis zur Restbeladung O getrieben wird.
Zur Reinigung von Gasen mit einem hohen Gehalt an sauren Komponenten werden vorzugsweise' Vcf-■*"'·"*
fahren mit physikalisch lösenden Absorptionsmitteln angewendet, deren Absorptionsvermögen proportional
dem Partialdruck der zu absorbierenden Komponenten und sinkender Temperatur wächst. Das einfachste
physikalisch wirkende Absorptionsmittel ist das Wasser. Die bekannte Druckwasserwäsche zur Abscheidung
von Kohlendioxyd und Schwefel wasserstoff aus komprimierten Gasen ist verhältnismäßig einfach
und wird zu einer Grobreinigung kohlendioxydreicher f>5
Gase oft verwendet. Das mit Kohlendioxyd angereicherte Wasser wird durch Entspannen und Belüften
entgast und der Waschstufe wieder zugeführt. Andere Verfahren dieser Art verwenden als physikaliscl
wirkende Absorptionsmittel organische polare Flüb sigkeiten, vorzugsweise Methanol oder Aceton, um
erreichen bei Absorptionstemperaturen bis -6O0C
und einer scharfen Regeneration des Absorptionsmit . tels durch fraktionierende Destillation sehr hohl
Reinheitsgrade im behandelten Gas. Diese Arbeits weise, mittels welcher aus einem Gasgemisch alk
Komponenten bis auf die permanenten Gase gemeinsam ausgewaschen werden, dient vorzugsweise zu;
Herstellung reinster Synthesegase in großen Mengen
- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zuir.
Auswaschen saurer Komponenten aus Gasgemischen unter erhöhtem Druck in zwei Stufen mir* einem
physikalisch und einem chemisch wirkenden Absorptionsmittel, die jeweils für sich durch Entspannen
und bzw. oder Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft regeneriert werden. !
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß aus dem rohen Gas in der ersten
Stufe die sauren Komponenten mit N-Methylpyrrolidon,
das allein durch Entspannen auf Atmosphärendruck regeneriert wird, in bekannter Weise auf einen
Restpartialdruck von 0,8 bis 0,6 kg/cm2 ausgewaschen werden und daß der Rest der sauren Komponenten
mit einer solchen Menge eines bekannten Alkanolamine, das durch Entspannen, Erwärmen und Strippen
mit Dampf oder Luft regeneriert wird, ausgewaschen wird, daß die Alkanolaminlösung mit den im vorgereinigten
Gas verbliebenen sauren Komponenten bis zu mindestens 80% ihres maximalen Absorptionsvermögens
belädt.
Die Erfindung geht aus von der Erfahrung, daß der spezifische Aufwand an Regenerationsenergie für
alkalische Absorptionslösungen, beispielsweise der Dampfverbrauch je Nm3 (H2S + CO2) mit zunehmender
Beladung der Absorptionslösung an diesen sauren Komponenten geringer wird und ein Minimum erreicht,
wenn das Absorptionsmittel bis zur maximal nutzbaren Aufnahmefähigkeit beladen wird.
Bei der Kombination einer Vorwäsche mit einem ■physikalisch lösenden Absorptionsmittel und einer
Feinwäsche mit einem alkalisch reagierenden Waschmittel gibt es erfindungsgemäß ein Minimum für
das Anlagevolumen und den Bedarf an Renenerationsenergie, wenn in der ersten Waschstufe mit dem
physikalisch lösenden Absorptionsmittel, das lediglich durch Entspannen regeneriert wird, so viel
von den sauren Gaskomponenten ausgewaschen werden, daß in der Feinwäsche die alkalische Absorptionslösung bei dem verlangten Reinheitsgrad des behandelten
Gases bis zu mindestens 80% ihres maximal nutzbaren Aufnahmevermögens beladen wird. Der
Energiebedarf-der Regeneration in der ersten, mit einem physikalisch lösenden Absorptionsmittel betriebenen
Stufe darf gegenüber dem der Regeneration des chemisch bindenden Absorptionsmittel* vernachlässigt
werden. .. v?,. ;^;··-
In den Diagrammen 1 und 2 sind die Gleichgewichtskurven für die Absorption von U2S und bzw. oder
CO2 durch einige alkalisch reagierende Absorptionslösungen, nämlich 2()%igc Diäthanolaminlösung, eine
Dimethylglykoikaliumlösung und eine Kalium-Arscnit-Lösung
dargestellt.
Aus diesen Diagrammen ergibt sich, daß die, als
strichpunktierte Linien eingetragenen Aufladungen der einzelnen Lösungen von etwa HO bis 90% ihres
maximalen Absorptionsvermögens, d. h. die vorn
.irtialdruck der sauren Gasbestandteile praktisch
!abhängigen Sättigungsbeladungen, bei Partialdrükn des Schwefelwasserstoffes und bzw. oder des
jhlendioxyds von 0,6 bis 0,8 kg/cm2 erreicht werden.
ird das Rohgas in der Vorwäsche auf diesen Restrtialdruck der sauren Komponenten vorgereinigt,
nn ergeben sich für beide Stufen die kleinsten lrmhöhen und für die letzte Stufe der kleinste
jfwand an Regenerationsenergie. Das möge das chfolgende Beispiel zeigen.
10000 Nirf/h Erdgas unter einem Druck von 60 atü
it einem Gehalt von 15 Volumprozent Schwefelisserstoff und 15 Volumprozent Kohlendioxyd sollen
if Restgehalte von 5 mg Schwefelwasserstoff und 0 mg Kohlendioxyd je Nm3 Reingas gebracht
;rden. In der ersten Waschstufe wird als physikach lösendes Absorptionsmittel N-Methylpyrrolidon
rwendet, das jeweils durch Entspannung auf Atmohärendruck regeneriert wird. In der zweiten Waschife
wird als alkalisch reagierendes Absorptionsmittel ie 20%ige wäßrige Lösung von Diäthanolamin
rwendet. Diese wird durch Erhitzen und Ausdämpfen generiert.
ίη der nachfolgenden Tabelle sind drei Versuche
/,ammengestellt, die sich durch den Grad der Ausischung
von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd der ersten Stufe unterscheiden. Die Tabelle gibt
■ jeden Fall den Auswaschungsgrad für (H2S + CO2)
Prozent von der Ausgangskonzentration im Roh-.s
in der ersten Stufe, die Restpartialdrücke für CO2
d H2S im vorgereinigten Gas, die Waschmittellläufe
in m3/h und die relativen Turmhöhen der !sorptionstürme beider Stufen und schließlich den
ifwand an Strom und Dampf für die Regeneration s alkalisch reagierenden Absorptionsmittels in der
eiten Stufe an.
40
Waschstufe (N-Methylpyrrolidon)
Auswaschungsgrad (CO2 + U2S), % ..
Restpartialdruck
Restpartialdruck
CO2, at
Restpartialdruck
H2S, at
Waschmittelumlauf,
m3/h
Relative Kolonnenhöhe
Waschstufe
(Diäthanolamin)
Endgasreinheit:
(Diäthanolamin)
Endgasreinheit:
I. | 2. |
93 | 99 |
0,84 | 0,09 |
ΙΟ"3 | ΙΟ"3 |
49 | 95 |
1 | 3,8 |
6 mg H2S
+50OnIgCO2ZNm3
Waschmittelumlauf,
m3/h
Relative Kolonnenhöhe
Stromverbrauch,
KW/h
Dampfverbrauch,
kg/h, beider Stufen
kg/h, beider Stufen
1. | 2. |
4 | 4 |
1 | 1 |
130 | 242 |
350 | 350 |
1,4
125
720
125
720
Das Beispiel. zeigt, daß der Versuch 1 sowohl anlagenmäßig
als auch betriebsmäßig am günstigsten ist, weil er in beiden Stufen bei kleinster Kolonnenhöhe
und kleinstem Waschmittelumlauf den kleinsten Energieverbrauch der Regeneration aufweist.
Aus der nachfolgenden Tabelle ist der Dampfbedarf der Regeneration je Nm3 Gas für verschiedene Beladungszustände
einer Monoäthanolaminlösung (Nm3 CO2 je Kubikmeter Lösung) zu entnehmen.
Beladung | Dampfverbrauch |
Nm3CO2Zm3 Lösung | kg Dampf/Nm3 CO2 |
5 | 9 |
10 | 5,6 |
15 | 4,5 |
20 | 4,0 |
25 | 3,7 |
30 | 3,4 |
85
1,55
1,55
ΙΟ"3 42
1
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Auswaschen saurer Komponenten aus Gasgemischen unter erhöhtem Druck in zwei Stufen mit einem physikalisch und einem chemisch wirkenden Absorptionsmittel, die jeweils für sich durch Entspannen und bzw. oder Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft regeneriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Rohgas in der ersten Stufe die sauren Gaskomponenten mit N-Methylpyrrolidon, das allein durch Entspannen auf Atmosphärendruck regeneriert wird, in bekannter Weise auf einen Restpartialdruck von 0,8 bis 0,6 kg/cm3 ausgewaschen werden und daß der Rest der sauren Komponenten mit einer solchen Menge eines bekannten Alkanolamine, das durch Entspannen, Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft regeneriert wird, ausgewaschen wird, daß sich die Alkanolaminlösung mit den im vorgereinigten Gas verbliebenen sauren Komponenten bis zu mindestens 80% ihres maximalen Absorptionsvermögens belädt.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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