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Verfahren zur Abtrennung von C02 aus Gasgemischen.
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(Zusatz zu atent.00.....(Patentanmeldung P 15 19 95500)) Gegenstand
des Hauptpatents ..... (Patentanmeldung P 15 19 955.0) ist ein Verfahren zur Abtrennung
von Kohlendioxyd aus Gasgemischen durch Absorption in einer wässrigen Lösung von
Kaliumcarbonat bei erhöhten Drucken und Regenerierung der Absorptionslösung durch
Dampf bei Drucken nahe dem Normaldruck, wobei die Kaliumcarbonatlösung kontinuierlich
zwischen der Absorptionsstufe und der Regenerierungsstufe umläuft und sowohl die
Absorption als auch die Regenerierung in der Nähe der Siedetemperatur der Absorptionslösung
vorgenommen werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Ealiumcarbonatlösung
gearbeitet wird, der geringe Mengen Äthanolamine zugesetzt worden sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens des Hauptpatents
wird ein kleiner Teil der heißen regenerierten Lösung auf eine Temperatur gekühlt,
die um nicht mehr als 400C unter der Temperatur der aus der Regenerierkolonne austretenden
Lösung liegt. Dieser kleine gekühlte Teil wird oben auf die Absorptionskolonne gegeben,
während der größere Teil der regenerierten Lösung ohne wesentliche
Kühlung
an einem Zwischenpunkt in die Absorptionskolonne eingeführt wird. Durch die Kühlung
der Lösung am oberen Ende der Absorptionskolonne wird der C02-Rückdruck aus der
Lösung gesenkt und daher eine Senkung des aO2-Partialdrucks in dem aus dem Absorber
austretenden Gas auf niedrigere Restwerte ermöglicht0 Es wurde nun gefunden, daß
es bei dieser bevorzugten Ausführungsform häufig vorteilhaft ist, den kleineren
Teilstrom der regenerierten Lösung um mehr als 400C zu kühlen, und daß die Senkung
des C02-Restgehaltes im gereinigten Gas optimal ist, wenn die Temperatur des oben
auf den Absorber aufgegebenen kleineren Teils der regenerierten Lösung innerhalb
des Bereichs von 50 bis 900C, vorzugsweise 60 bis 800C gehalten wird, Gegenstand
der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlendioxyd aus Gasgemischen
durch Absorption in einer wässrigen Lösung von Kaliumcarbonat bei erhöhten Drucken
und Regenerierung der Absorptionslösung durch Dampf bei Drucken nahe dem Normaldruck,
wobei die Kaliumcarbonatlösung kontinuierlich zwischen der Absorptionsstufe und
der Regenerierungsstufe umläuft, sowohl die Absorption als auch die Regenerierung
in der Nähe der Siedetemperatur der Absorptionslösung vorgenommen werden und mit
einer Kaliumcarbonatlösung gearbeitet wird, der geringe Mengen Äthanolamine zugesetzt
worden s:.igstjesordere Patent000...0..(Patentanmeldung P 15 19 955o0). Das Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Teil der heißen regenerierten Lösung
oben auf den Absorber aufgegeben wird, nachdem er auf eine mehr als 40°C unter der
Temperatur der aus der Regenerierkolonne austretenden Lösung liegende Temperatur
gekühlt worden ist, die so gewählt wird, daß der kleinere Teilstrom bei einer Temperatur
von 50 bis 900C, vorzugsweise 60 bis 800C, oben in den Absorber eintritt, während
der größere Teil der heißen regenerierten Lösung ohne wesentliche Kühlung an einem
Zwischenpunkt
in den Absorber eingeführt wird.
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Es überraschend, daß die ziemlich starke Kühlung des kleineren regenerierten
Stroms, der oben auf den Absorber aufgegeben wird, eine optimale Senkung des C02-Gehalts
des behandelten Gases zur Folge hat, da der umgekehrte Effekt erhalten wird, wenn
reine Kaliumcarbonatlösungen, die kein zugesetztes Äthanolamin enthalten, verwendet
werden. Dieser überraschende Effekt wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht,
die unter gleichen Bedingungen die Ergebnisse vergleichen, die erhalten werden,
wenn der kleinere Teilstrom oben auf den Absorber aufgegeben wird, wobei in einem
Fall eine Äthanolamin enthaltende Kaliumcarbonatlösung und im anderen Fall eine
Kaliumcarbonatlösung ohne Zusatz von Äthanolamin verwendet wird.
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Die Erfindung wird nachstehend ausführlich an Hand der Abbildungen
beschrieben.
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Fig.1 ist ein Fließschema, das eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung darstellt.
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Fig.2 ist ein Fließschema einer etwas einfacheren und weniger bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die veranschaulicht, wie der
Restgehalt an C02 im gereinigten Gas sich mit der Temperatur eines kleineren Teilstroms,
der oben auf den Absorber aufgegeben wird, ändert, wenn Kaliumcarbonatlösungen verwendet
werden, die Äthanolamin enthalten.
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Fig.4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung des C02-Restgehalts
zur Temperatur des am Kopf des Absorbers aufgegebenen Teilstroms in einem System,
das mit dem von Fig.3 identisch ist, wobei jedoch die Kaliumcarbonatlösung kein
Äthanolamin enthält, veranschaulicht.
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-i.5 veranschaulicht graphisch die Änderung des C02-Restgehaltes mit
den Temperaturen des abgezweigten Stroms für
ein zweites System,
bei dem eine Kaliumcarbonatlösung mit zugesetztem Äthanolamin verwendet wird.
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Fig.6 ist eine graphische Darstellung, die wiederum die Änderung des
C02-Restgehaltes mit den Temperaturen des abgezweigten Stroms für ein System veranschaulicht,
das mit dem von Fig05 identisch ist, wobei jedoch die Kaliumcarbonatlösung kein
zugesetztes Äthanolamin enthält.
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Bei der in Fig,i dargestellten Ausführungsform wird das kohlendioxydhaltige
rohe Gas durch Leitung 1 unten in die Absorptionskolonne 2 eingeführt. Der Kolonne
2 wird eine wässrige Kaliumcarbonatlösung, die eine geringe Menge von beispielsweise
3 Gew.-% Diäthanolamin enthält, durch die Leitungen 3 und 4 zugeführt. Die Lösung
wird durch die Leitung 3 oben auf die Kolonne aufgegeben und durch die Leitung 4
an einem Zwischenpunkt der Kolonne eingeführt.
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Die Absorptionskolonne kann ein beliebiger geeigneter Typ einer Gegenstrom-Waschkolonne
sein, die eine innige Berührung zwischen der Waschlösung und dem zu reinigenden
Gasgemisch herbeizuführen vermag. Die schraffierten Abschnitte A und B stellen ein
geeignetes Püllmaterial oder Böden oder andere Einbauten dar, die eine innige Berührung
zwischen Gas und Flüssigkeit sicherstellen. Die Absorberkolonne 2 wird bei Überdruck
auf die in der Hauptanmeldung beschriebene Weise betrieben.
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Nach der Berührung mit der Waschlösung in den Xbschnitten B und A
des Absorbers 2 verläßt dßs gereinigte Gas, dessen C°2 zum größten Teil entfernt
wurde, den Absorber oben durch die Leitung 5. Bei typischen Anwendungen der Erfindung
liegt der C02-Restgehalt in der Größenordnung von einigen Zehntel Prozent oder weniger,
z.B. bei 0,03 bis 0,5, jedoch meistens im Bereich von 0,05 bis 0,2foO Falls erforderlich,
wird der durch Leitung 5 aus dem Absorber austretende Gasstrom durch einen Kühler
6 geleitet, und das wässrige Kondensat wird durch Leitung 7 wieder oben auf den
Absorber
aufgegeben. Das gereinigte Gas verläßt den Kohler durch Leitung 8.
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Das Verfahren wird mit den gleichen Konzentrationen des Kaliumcarbonats
und des zugesetzten Äthanolamins in der wässrigen Waschlösung wie beim Verfahren
des Hauptpatents durchgefuhrt.
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Nachdem die Waschlösung von oben nach unten durch den Absorber im
Kontakt mit dem C02-haltigen Gasstrom geflossen ist, wird die Waschlösung, die absorbiertes
C02 enthält, vom Fuß der Kolonne durch die Leitung 9 abgezogen und ueber ein Druckminderventil
11, wo die Lösung auf etwa Bormnldruek entspannt wird, dem oberen Ende der Regenerier-
oder Dampf abstreifkolonne 10 zagefUhrt. Auf Grund der Entspannung des Drucks der
Lösung wird ein Teil des absorbierten C02 sofort von der Lösung freigegeben, sobald
diese zusammen mit etwas Wasserdampf in das obere Sunde der Regenerierkolonne 10
eintritt. Die Lösung fließt dann von oben nach unten durch die Kolonne 10 im Gegenstrom
zu Wasserdampf, der am unteren Ende der Kolonne eingeblasen oder erzeugt wird und
zusätzliches CO2 aus der Lösung abtreibt. Das Gemisch von Wasserdampf und desorbiertem
C02 am oberen Ende der Kolonne 10 wird durch Leitung 12 abgezogen und durch einen
Kühler 13 geführt, wo so viel Wasserdampf kondensiert wird, daß die richtige Wasserbilanz
im System aufrecht erhalten wird. Das wässrige Kondensat wird durch Leitung 14 zum
oberen Ende der Stripperkolonne zurtickgefmirt. Das aus dem Kühler austretende Gas,
das weitgehend aus C02 besteht, wird durch Leitung 15 abgeführt.
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Wie bereits erwähnt, kann zum Abtreiben direkter oder indirekter Wasserdampf
oder eine Kombination von beiden verwendet werden, d.h. der Wasserdampf kann im
unteren Teil der Kolonne beispielsweise durch Verwendung einer geschlossenen Aufkocher-
oder Reboilerschlange erzeugt werden, die die Lösung indirekt zum Sieden erhitzt.
Binde solche Anordnung ist in Fig.1 dargestellt, wo die geschlossene Reboiler-
schlange
16 im Reboiler 17 angeordnet ist, durch den die Lösung vom Fuß der Kolonne 10 und
wieder zurück durch Leitung 18 und 19 umgewälzt wird. Es ist auch möglich, Frischdampf
direkt in die Lösung am Fuß der Kolonne einzublasen oder gegehenenfalls den zum
Abtreiben verwendeten Wasserdampf durch eine Kombination einer Reboilerschlange
mit direkter Einblasung von Wasserdampf zu erzeugen. Die Wahl zwischen diesen Alternativen
hängt von praktischen Erwägungen ab, z.B. vom Druck, bei dem der Wasserdampf verfügbar
ist, der Aufrechterhaltung der richtigen Wasserbilanz im System usw.
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Die schraffierten Abschnitte C und D der Kolonne 10 sind mit FvlOlkörpern
oder Böden versehen, um innige Berührung zwischen der/oben nach unten fließenden
Lösung und dem aufsteigenden Wasserdampf sicherzustellen, Zwischen dem oberen gefüllten
Abschnitt a der Kolonne und dem unteren gefüllten Abschnitt D ist ein schematisch
bei 20 angedeuteter Sammel- oder Auffangboden vorgesehen, der die Waschlösung auffängt,
so daß ein Teil der Gesamtlösung aus der Regenerierkolonne durch Leitung 21 an einem
Zwischenpunkt abgezogen und durch die Kreislaufpumpe 22 und Leitung 4 an einem Zwischenpunkt
auf die Absorberkolonne aufgegeben werden kann. Ein verhältnismäßig kleiner Teil
der von oben nach unten durch die Regenerierkolonne 10 fließenden Gesamtlösung läuft
am Boden 20 über, wird über die Füllkörper im Abschnitt D der Kolonne verteilt und
im Abschnitt D erneut mit Wasserdampf abgestreift. Dieser verhältnismäßig kleine
Teil der Lösung, die zum Fuß der Kolonne 10 gelangt, wird durch Leitung 23 abgezogen
und durch die Umwälzpumpe 24 durch den Kühler 25 und die Leitung 3 zum oberen Ende
des Absorbers 2 zurückgeführt.
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Bei der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform wird der vom Fuß der
Regenerierkolonne durch Leitung 23 abgezogene Teil der Lösung durch das zusätzliche
Abtreiben mit Dampf, dem er im unteren gefüllten Abschnitt D unterworfen wird, sorg-
fältiger
regeneriert als der durch Leitung 21 vom Zwischenpunkt abgezogene Teil. Der relative
Regenerierungsgrad der durch Leitung 21 abgezogenen weniger gut regenerierten Lösung
und der durch Leitung 23 abgezogenen sorgfältiger regenerierten Lösung kann nach
Belieben durch Einstellung des Volumenverhältnisses der Füllung im oberen Abschnitt
C und der Füllung im unteren Abschnitt D eingestellt werden.
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Da die Regenerierkolonne oder Dampfstripperkolonne 10 bei Normaldruck
oder dicht bei Normaldruck gefahren wird, liegt die Temperatur der Lösung, die durch
die Leitungen 21 und 23 aus der Regenerierkolonne austritt, bei oder dicht bei ihrer
Siedetemperatur bei Normaldruck. In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, die
Regenerierkolonne 10 bei Drucken zu fahren, die etwas über Normaldruck liegen, z.B.
bei Drücken bis 2,1 kg/cm2. Die Siedetemperatur der Lösung ändert sich in einem
gewissen Umfange je nach dem Druck in der Regenerierkolonne sowie auch in Abhängigkeit
von der Kaliumcarbonatkonzentration. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren können
die Temperaturen der die Regenerierkolonne verlassenden Lösung zwischen etwa 105
und 1400C variieren, jedoch liegen sie im allgemeinen im Bereich von etwa 108 bis
12000.
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Bei der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform macht die sorgfältiger
regenerierte Lösung, die am Fuß der Regenerierkolonne 10 durch Leitung 23 austritt,
einen geringen Anteil der Gesamtlösung aus. Beispielsweise kann die Menge der Lösung,
die durch Leitung 23 austritt und durch Leitung 3 oben auf die Kolonne aufgegeben
wird, etwa 10 bis 40*, Jedoch zweckmäßiger etwa 15 bis 30* der Gesamtlösung betragen,
die durch die Leitungen 3 und 4 in den Absorber eingeführt wird. Dementsprechend
macht die weniger gut regenerierte Lösung, die den Absorber durch die Leitung 21
verläßt, den größeren Teil der Gesamtlösung, nämlich 60 bis 90%, vorzugsweise 70
bis 85* der insgesamt in den Absorber eingeführten Lösung aus. Gemäß der Erfindung
wird der weniger gut regene-
rierte Hauptstrom im wesentlichen ohne
Kühlung durch Leitung 4 in den Absorber zurückgeführte Demzufolge tritt er im wesentlichen
bei der Temperatur der Regenerierkolonne von 105 bis 14000, gewUhnlich 108 bis 12OOC,
in den Absorber ein. Der kleinere, sorgfältiger regenerierte Strom, der durch Leitung
3 in den Absorber eintritt, wird dagegen im Kühler 25 einer starken Kühlung unterworfen,
bevor er durch Leitung 3 oben auf den Absorber aufgegeben wird. Wie bereits erwähnt,
werden optimale Ergebnisse erhalten, wenn dieser kleinere Teilstrom auf eine Temperatur
von etwa 50 bis 9000, vorzugsweise 60 bis 800C, gekühlt wird0 Der entscheidend wichtige
vorteilhafte Effekt auf den C02-Restgehalt des gereinigten Gases, der durch Kühlung
dieses kleineren Teilstroms auf eine Temperatur im oben genannten Bereich erzielt
wird, wird in den später folgenden Beispielen veranschaulicht.
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Die in Fig.2' dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet
sich von der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform dadurch, daß die gesamte Lösung
bis zu dem gleichen Grad regeneriert wird und nicht der kleinere Teilstrom wie bei
der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform sorgfältiger regeneriert wird. Bei der
in Fig.2 dargestellten Anlage wird das kohlendioxydhaltige Rohgas durch Leitung
26 am Fuß der Absorberkolonne 27 eingeführt. Der Absorber 27 enthält Abschnitte
E und F, die durch Schraffieren angedeutet und mit geeigneten Füllkörpern oder Kontaktböden
versehen sind, und denen eine wässrige Kaliumcarbonatlösung, die Äthanolamin enthält,
durch die Leitungen 28 bzw. 29 zugeführt wird. Das durch die Abschnitte E und F
nach oben strömende Gas kommt mit der ihm entgegenströmenden Waschlösung in Berührung
und verläß den Absorber, in dem der größte Teil des im Gas enthaltenen C02 entfernt
worden ist, durch die Leitung 30. Das gereinigte Gas strömt durch den Kühler 31,
wo der Wasserdampf kondensiert wird, worauf er durch Leitung 32 in den Absorber
zurückgeführt wird, um die
richtige Wasserbilanz im System wieder
herzustellen. Das gereinigte Gas wird durch die Leitung 33 abgezogen.
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Die ausgebrauchte Waschlösung trittlam Fuß des Absorbers durch die
Leitung 34 aus und wird über ein Druckmindertentil 35, wo die Lösung auf etwa Normaldruck
entspannt wird, dem oberen Ende der Regenerierkolonne 36 zugeführt. Die Regenerierkolonne
36 hat einen einzelnen Abschnitt G, der mit geeigneten Füllkörpern gefüllt oder
mit Kontaktböden versehen ist. Die durch Leitung 34 oben auf die Kolonne aufgegebene
Waschlösung fließt durch den Abschnitt G nach unten im Gegenstrom zu dem zum Abstreifen
dienenden Wasserdampf, der am Fuß der Kolonne durch den Aufkocher 42 erzeugt wird,
der mit einer Dampfschlange 41 versehen ist, und durch den die Lösung kontinuierlich
durch die Leitungen 43 und 44 umgewälzt wird.
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Das Gemisch von Wasserdampf und C02, das von der Lösung abgetrieben
wird, tritt am oberen Ende der RegenBierkolonne durch die Leitung 37 aus, wird durch
den Küchler 38 geführt und verläßt die Regenerierkolonne durch die Leitung 40.
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Das Kondensat aus dem Kühler 38 wird durch Leitung 39 zum oberen Ende
der Abstreifkolonne zurückgeführt.
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Die regenerierte Lösung tritt am Fuß der Kolonne durch Leitung 45
bei einer Temperatur von 105 bis etwa 14000, vorzugsweise etwa 108 bis 1200C aus
und wird durch die Umwälzpumpe 46 und Leitung 47 in den Absorber zurückgeführt.
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Ein Teil der durch die Leitung 47 gehenden Lösung wird durch die Leitung
29 im wesentlichen ohne Kühlung an einem Zwischenpunkt in den Absorber eingeführt.
Ein zweiter kleinerer Teil von 10 bis 40*, vorzugsweise 15 bis 30% des Stroms geht
durch den Kühler 50 und die Leitung 28 zum oberen Lande des Absorbers oberhalb des
Abschnitts E. Dieser kleinere Teil des Stroms wird im Kühler 50 auf eine Temperatur
von etwa 50 bis 90°C, vorzugsweise von 60 bis 800C gekühlt, bevor er oben auf den
Absorber aufgegeben wird.
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Die Durchflußregelventile 48 und 49 können verwendet werden,
um
die Anteile der Lösung einzustellen, die durch die Leitungen 29 bzw. 28 gehen Mit
den in Fig,.1 und 2 dargestellten Systemen kann der C02-Gehalt auf niedrige Restwerte
in der Größenordnung von einigen Zehntel Prozent bei hohen thermischen Wirkungsgraden
gesenkt werden, jedoch wird das in Fig.1 dargestellte System bevorzugt, wenn der
C02-Gehalt auf ein Minimum von beispielsweise 0,1% oder weniger gesenkt werden soll.
Bei dem in Fig01 gezeigten System erniedrigt die bessere Regenerierung des oben
auf den Absorber aufgegebenen kleineren gekühlten Teilstroms den CO2-Rückdruck über
der Lösung in diesem Abschnitt und ermöglicht die Senkung des C02-Gehalts auf niedrigere
Restwefte. Da nur ein geringer leil der Gesamtlösung, beispielsweise 25%, der sorgfältigeren
Regenerierung unterworfen wird, wird der thermische Wirkungsgrad des Verfahrens
nicht wesentlich beeinträchtigt. Das einfachere System von Fig.2 ist häufig in Fällen
ausreichend, in denen der Gesamtdruck im Absorber sehr hoch, z.B. 35 kg/ cm2, oder
höher ist.
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Beispiele Die folgenden Beispiele beschreiben die Anwendung der Erfindung
zur Abtrennung von C02 aus unreinem Wasserstoff, der 18 C02 enthält und durch Reformierung
von Erdgas hergestellt worden ist und für die Ammoniaksynthese verwendet werden
soll. Der C02-Gehalt von Wasserstoff für die Ammoniaksynthese muß auf sehr niedrige
Werte in der Größenordnung von einigen Teilen pro Million gesenkt werden, bevor
der Wasserstoff der Syntheseanlage zugeführt wird. Bei einem bevorzugten Verfahren
geschieht dies, indem die Hauptmenge des C02 in einer einzigen Reinigungsstufe bis
auf eine Höhe von beispielsweise 0,1 bis 0,2% gesenkt und diese C02-Restmenge anschließend
der katalytischen Methanisierung (unter Bildung von CH4 und H20) unterworfen wird,
wodurch der C02-Gehalt auf einen Endwert von einigen Teilen pro
Million
gesenkt wird, wie dies für die Ammoniaksynthese erforderlich ist. Die katalytische
Methanisierung als Endstufe der C02-Entfernung ist jedoch nur dann wirtschaftlich,
wenn der C02-Gehalt des der Methanisierung zugeführten Gases in der Größenordnung
von einigen Zehntelprozent oder weniger liegt. Wenn der C02-Gehalt höher ist als
einige Zehntelprozent, wird der Wasseratoffverbrauch in der Methanisierungsstufe
übermäßig groß (4 Mol H2 werden pro Mol des entfernten C02 verbraucht), und ferner
findet eine übermäßige Anreicherung des gebildeten Methans in dem Kreislaufgas der
Ammoniaksynthese statt, wodurch sich wiederum weitere Wasserstoffverluste ergeben,
wenn der Kreislaufstrom gereinigt wird, um die Anreicherung von Methan zu verhindern.
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Die folgenden Beispiele veranschaulichen den außerordentlich großen
Einfluß der Kühlung des oben auf den Absorber aufgegebenen kleineren Teilstroms
auf einen verhältnismäßig engen, entscheidend wichtigen Bereich von Temperaturen
auf den C02-Restgehalt, wenn mit Äthanolamin enthaltenden Kaliumoarbonatlösungen
gearbeitet wird, im Gegensatz zu dem im wesentlichen umgekehrten Effekt, der eintritt,
wenn reine Kaliumcarbonatlösungen verwendet werden.
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Hierdurch ist es möglich, den C02-Restgehalt auf Werte in der Größenordnung
von 0,1* oder weniger ohne Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrades und ohne
Erhöhung der Anlagekosten zu senken. Der Wasserstoff, der auf diesen niedrigen C02-Restgehalt
gereinigt worden ist, eignet sich sehr gut als Einsatzgas für eine katalytische
Methanisierung, wo die geringe C02-Restmenge in wirtschaftlicher Weise auf die Werte
gesenkt werden kann, die für die Ammoniaksynthese erforderlich sind.
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In einer ersten Reihe von Versuchen, nämlich in den Versuchen 1 bis
5, wurde als Waschlösung eine wässrige Lösung verwendet, die 30 Gew.-* Kaliumcarbonat
und 3 Gew.-* Diäthanolamin enthält. In einer zweiten Versuchsreihe, nämlich
in
den Versuchen A bis F, diente als Waschlösung eine wässrige Kaliumcarbonatlösung,
die kein Äthanolamin enthält.
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Bei beiden Versuchsreihen waren das verwendete Waschsystem und die
Arbeitsbedingungen (ausgenommen die Zusammensetzung der Waschlösung) identisch.
Die Versuche wurden in dem System durchgeführt, das in Fig. 1 dargestellt ist, wobei
eine aus zwei Abschnitten bestehende Regenerierkolonne verwendet wurde und 3/4 der
Gesamtlösung nur im oberen Abschnitt C behandelt wurden und durch Leitung 21 aus
traten, während 1/4 der Lösungsowohl im oberen Abschnitt a als auch im unteren Abschnitt
D behandelt wurde und am Fuß der Regenerierkolonne durch Leitung 23 austrat, In
jedem Fall wurde der weniger gut regenerierte Hauptstrom auf eine Kaliumbicarbonatfraktion
von 40 regeneriert. Er verfließt die Regenerierkolonne bei einer Temperatur von
110°C und wurde in den Absorber ohne Kühlung an einem Zwischenpunkt (d.h. bei einer
Temperatur von 110°C) durch Leitung 4 eingeführt, Der kleinere Teilstrom (25% der
gesamten Lösung) der sorgfältiger regenerierten Lösung wurde durch zusätzliches
Abstreifen mit Dampf im Abschnitt D auf eine Kali um bicarbonatfraktion von 28 regeneriert
und verließ die Regenerierkolonne am Fuß durch Leitung 23 bei einer Temperatur von
11000. Die Wärmezufuhr zur Regenerierkolonne war bei beiden Versuchsreihen die gleiche.
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Der hier gebrauchte Ausdruck "Kaliumbicarbonatfraktion" bedeutet den
in Prozent ausgedrückten Anteil des ursprünglichen Kaliumcarbonats (K2G02), der
durch Reaktion mit C°2 in Kaliumbicarbonat umgewandelt worden ist. Beispielsweise
wird eine Lösung mit einer Kaliumbicarbonatfraktion von 25aus durch Umwandlung von
25 Mol- des Kaliumcarbonatgehaltes der Lösung in Kaliumbicarbonat erhalten, so daß
das Verhältnis von Kaliumatomen, die als Carbonat vorhanden sind, zu Kaliumatomen,
die als Bicarbonat vorhanden sind, 3:1 beträgt. Da 2 Mol Kaliumbicarbonat pro Mol
Kaliumcarbonat gebildet werden, beträgt das Molverhältnis von K2C03 KHC03 bei einer
Bicärbonatfraktion von 25 3:20
Der durch Leitung 23 am Fuß der
Regenerierkolonne austretende kleinere Teilstrom wurde im Kühler 25 unterschiedlich
stark gekühlt, und zwar wurde seine Temperatur bei einem Versuch unverändert gelassen
und bei den anderen Versuchen auf unterschiedliche Temperaturen bis hinab zu 40°C
gesenkt.
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Anschließend wurde dieser Teilstrom durch Bettung 5 oben auf den Absorber
aufgegeben. Der obere Abschnitt A des Absorbers enthielt 31,01 m3 Füllkörper, während
der untere Abschnitt B 93,7 m³ Füllkörper enthielt. Das in den Absorber eingeführte
Rohgas bestand im wesentlichen aus Wasserstoff, der 18% C02 enthielt und in einer
Menge von 56.640 Nm32/Std.
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eingeführt wurde. Der Absorberdruck betrug 24,5 kg/cm².
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Die Ergebnisse, die bei den Versuchen 1 bis 5 (unter Verwendung einer
Lösung, die 30% S2C03 und 3% Diäthanolamin enthielt) und bei den Versuchen A bis
F (unter Verwendung der gleichen Lösung ohne Äthanolaminzusatz) erhalten wurden,
sind nachstehend in den Tabellen 1 und II angegeben.
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Tabelle I Ver- Tempe- Temperatur Vol,- Thermischer such ratur des
am Kopf CO im Wirkungsgrad des in des Absor- geSeinig- (pro kg Dampf den Ab- bers
eintre- ten Gas entferntes C02, sorber tenden ge- Nm³) eintre- kühlsten kleitenden
neren Stroms, Haupt- O, stroms, 0 1 110 110 0,30 0,465 2 110 90 0,12 3 110 70 0,10
4 110 50 0,14 0,428 5 110 40 0,22 0,414
Tabelle II Ver- Temperatur
Temperatur Vol¢-% Thermischer such des in den des am Kopf CO im Wirkungsgrad Absorber
des Absorbers getei- (pro kg Dampf eintreten- eintretenden nigten entferntes C02,
den Haut- gekühlten Gas N3 stroms,O kleinren Stroms, m °C A 110 110 1,0 0,44) B
110 100 1,0 C 110 90 1,1 0,44 D 110 70 1,5 0,4D2 E 110 50 1,9 0,425 F 110 40 2,3
0,415 Wie die Werte in Tabelle I zeigen, nahm der C02-Gehalt im gereinigten Gas
ohne Kühlung des oben auf den Absorber aufgegebenen Teilstroms von 0,3% auf ein
Minimum von 0,1 ab, wenn der oben auf den Absorber aufgegebene Teilstrom auf 70°C
gekühlt wurde, und stieg dann auf einen Wert von 0,22%, wenn die oben auf den Absorber
aufgegebene Lösung auf 40t gekühlt wurde. Tabelle I zeigt ferner, daß der thermische
Wirkungsgrad des Systems, gemessen an der C02-Menge in m3, die pro Kilogramm verbrauchten
Dampf entfernt wurde, mit der Seitkq der Temperatur auf 70°C konstant blieb und
dann etwas schlechter wurde.
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Aus den Werten in Tabelle II, die die Ergebnisse der ohne Zusatz von
Äthanolamin durchgeführten Versuche angibt, ist festzustellen, daß der C02-Gehalt
im gereinigten Gas ohne Kühlung der Lösung 1,0% betrug und durch die Kühlung des
oben auf den Absorber aufgegebenen Teilstroms von 110 auf 40°C stieg,anstatt zu
fallen.
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Die bei den Versuchen 1 bis 5 sowie A bis F erhaltenen Ergebnisse
sind in Fig.3 und 4 dargestellt, wo die Änderung des 002-Gehalts im gereinigten
Gas in Abhängigkeit von der Temperatur der Lösung dargestellt ist, die am oberen
Ende des Absorbers zugeführt wird. Wie aus Fig 3 ersichtlich ist, fiel der C02-Restgehalt
auf ein Drittel (von 0,3 ohne Küh-
lung des oben auf den Absorber
aufgegebenen Teilstroms auf 0,1%, wenn dieser Teilstrom auf 700C gekühlt wurde),
während der Lffekt der Kühlung des oben aufgegebenen Teilstroms bei den Versuchen
A bis F in Fig.4 genau umgekehrt war: Der 002-Gehalt stieg von einem Restwert von
1,0% ohne Kühlung auf einen Wert von 1,5 bei 700C und auf noch höhere Werte, wenn
die Lösung weiter auf 400C gekühlt wurde.
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Eine dritte und vierte Reihe von Versuchen (Versuche 6-10, deren Ergebnisse
in Tabelle III angegeben sind, und Versuche G bis L, die in Tabelle IV zusammengestellt
sind) veranschaulichen die verhältnismäßig geringe Wirkung einer wesentlichen Vergrößerung
des Füllkörpervolumens im oberen Abschnitt des Absorbers im Gegensatz zu der sehr
großen Wirkung, die durch Kühlung des oben auf den Absorber aufgegebenen abgezweigten
Teilstroms erzielt wird, wenn die Lösung Äthanolamin enthält. Bei den Versuchen
6 bis 10, bei denen eine 30ige wässrige Kaliumcarbonatlösung verwendet wurde, die
3> Diäthanolamin enthielt, waren alle Bedingungen die gleichen wie bei den Versuchen
1 bis 5 mit dem Unterschied, daß die Füllkörpermenge im oberen Abschnitt A des Absorbers
von 31 m3 auf 45,3 m3 vergrößert wurde (eine Vergrößerung des durch Füllkörper eingenommenen
Volumens um etwa 50*).
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Bei den Versuchen G bis L wurden genau die gleichen Bedingungen angewendet
wie in den Versuchen 6 bis 10, außer daß die Lösung kein Diäthanolamin enthielt.
Die Änderung des C02-Gehaltes im gereinigten Gas in Abhängigkeit von der Temperatur
der oben auf den Absorber aufgegebenen Lösung ist für die Versuche 6 bis 10 in Fig.5
und für die Versuche G bis L in Fig.6 dargestellt.
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Tabelle III Ver- Temperatur Temperatur VolO- Thermischer such des
in den des am Kopf CO im Wirkungsgrad Absorber des Absorbers geiei- (pro kg Dampf
antreten- eintretenden nigten entferntes CO den Haut- gekühlten Gas Nm3) stroms,C
kleineren Stroms,oC 6 110 110 0,26 0,458 7 110 90 0,08 0,46) 8 110 70 0,04 0,465
9 110 50 0,06 0,464 10 110 40 0,12 0,461 Tabelle IV G 110 110 0,80 0,449 H 110 100
0,75 0,45 I 110 90 0,80 0,448 J 110 70 1,05 0,458 K 110 50 1,40 0,4)4 L 110 40 1,95
0,42) Ein Vergleich der Versuche 6 bis 10 mit den Versuchen G bis L veranschaulicht
wiederum die umgekehrte Wirkung, die erzielt wird, wenn der oben auf den Absorber
aufgegebene kleinere Teilstrom einer reinen Kaliumcarbonatlösung gekühlt wird, im
Gegensatz zu den Wirkungen, die erzielt werden, wenn eine Kaliumcarbonatlösung,
die Äthanolamin enthält, unter den gleichen Bedingungen behandelt wird0 Fig.5 (Versuche
6 bis 10 unter Verwendung von 3% Diäthanolamin) zeigt, daß die Kühlung die Verringerung
des C02-Restgehaltes von 0,26% (ohne Kühlung) auf ein Minimum von 0,04 bei 700C
bewirkte, d.h. den C02-Gehalt auf 1/6 senkte.
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Andererseits zeigt Fig.6 (Versuche G bis L), daß bei Verwendung einer
reinen Kaliumcarbonatlösung ohne Zusatz von Diäthanolamin die Senkung des C02-Restgehaltes
nur gering war (von 0,8 auf 0,75), wenn die Lösung von 1100 auf 100% gekühlt wurde0
Wen dagegen die Lösung auf niedrigere
Temperaturen gekühlt wurde,
stieg der C02-Gehalt stetig an und erreichte bei 500C 1,4%, d.h. fast den doppelten
Wert, der bei 1.1000 ohhe Kühlung erhalten wurde.
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Ein Vergleich der Versuche 1 bis 6 zeigt, daß die Senkung des C02-Gehaltes
durch Kühlung der Äthanolamin enthaltenden Lösung erreicht wurde, die verhältnismäßig
geringen Senkungen, die durch Vergrößerung des mit Füllkörpern gefüllten Raumes
erhalten wurden, stark überschatteten. Der Versuch 6 ist mit dem Versuch 1 identisch
mit dem Unterschied, daß der obere Abschnitt des Absorbers 50* mehr Füllkörper enthielt.
Diese wesentliche Vergrößerung des mit Füllkörpern gefüllten Raumes ohne Kühlung
der Lösung ergab eine Senkung des C02-Gehalts von 0,3* in Versuch 1 auf nur 0,26%
in Versuch 6, d.h0 die Senkung betrug nur etwa 14%. Wenn dagegen die Lösung beim
Versuch 1 von 11000 auf 700C ohne Vergrößerung des Füllkörperraumes gekühlt wurde,
wurde der 002 Restgehalt um 300% (d.h. von 0,3% auf 0,1%) gesenkt. Die geringe Wirkung
des vergrößerten Füllkörperraums wird in ähnlicher Weise durch einen Vergleich der
Versuche A bis F mitten Versuchen G bis L veranschaulicht. Dieser Vergleich zeigt,
daß die erhebliche Vergrößerung des mit Füllkörpern gefüllten Raumes den 002-Gehalt
in allen Fällen nur wenig senkt, Wie Figg. 3 und 5 zeigen, ergibt eine Kühlung des
am oberen Ende des Absorbers aufgegebenen kleineren Teilstroms die maximale Senkung
des C02-Restgehaltes über einen entscheidend wichtigen Bereich von Temperaturen
von etwa 50 bis 900C. Wie die Werte des thermischen Wirkungsgrades in den Tabellen
I und III zeigen, werden diese Senkungen praktisch ohne Verschlechterung des thermischen
Wirkungsgrades des Prozesses erreicht.