DE2045984C2 - Verfahren zur Entfernung von CO↓2↓ und/oder H↓2↓ S aus Gasgemischen - Google Patents

Description

Zur Reinigung von industriellen f äsen, die CO: und/ oder HiS enthalten, werden bei einem der am meisten angewandten Verfahren wäßrige Kaliumcarbonatlösungen verwendet, die in einem zyklischen Verfahren zwischen einer Absorptionsstufe, in der die sauren Gase absorbiert werden, und einer Regenerierstufe, in der die absorbierten sauren Gase durch Abtreiben oder Abstreifen mit Wasserdampf desorbiert werden, umgewälzt werden. Zur Erzielung eines hohen thermischer Wirkungsgrades werden die Absorptions- und Regenerierstufen wenigstens zum größten Teil bei den gleichen Temperaturen, nämlich bei Temperaturen in der Nähe der Siedetemperatur der Waschlösung bei Normaldruck betrieben, wodurch die sonst hohen Wärmeverluste vermieden werden, die auftreten, wenn die Lösung zwischen den Absorptions- und Regenerierstufen abwechselnd erhitzt und gekühlt wird.

In den letzten Jahren wurden die in solchen »isothermalen« Waschprozessen verwendeten Kaliumcarbonatlösungen durch Zusatz von Aktivatoren, insbesondere Alkanolamine^ verbessert, die die Absorptionsgeschwindigkeit erheblich steigern und außerdem den Gleicligewichtsausdruck oder -rückdruck aus der Lösungsenken.

Zur Erzielung eines hochreinen Produktgases wird beispielsweise gemäß DE-OS 18 13 118 mit einem Zweistufensystem gearbeitet, in dem die Hauptmenge des sauren Gases zunächst in der ersten Stufe durch den isothermalen Prozeß unter Verwendung einer heißen Kaliumcarbonatlösung bis auf Werte von beispielsweise 0,5 bis 2% entfernt wird. Die Feinreinigung (d. h. die Entfernung der restlichen Mengen des sauren Gases bis zu Werten von beispielsweise 100 bis 3000 Teilen pro Million) wird in einer zweiten Stufe durchgeführt, indem das teilweise gereinigte Gas beispielsweise mit einer kalten Monoäthanolamin- oder Diäthanolaminlösung in Berührung gebracht wird.

Mit dem vorstehend beschriebenen Zweistufenverfahren kann zwar ein hochreines Produktgas hergestellt werden, jedoch ist das Arbeiten bei niedrigen Absorptionstemperaturen in der zweiten Stufe thermisch unwirtschaftlich, da die Lösung zwischen der Absorptionsstufe, wo das Gas bei niedrigen Temperaturen behandelt wird, und der Regenerierstufe, wo die Lösung bei Temperaturen in der Nähe der Siedetemperatur der Lösung bei Atmosphärendruck mit Wasserdampf abgestreift wird, abwechselnd über einen weiten Temperaturbereich erhitzt und gekühlt werden muß. Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß es notwendig sein kann, den Gasstrom zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe zu kühlen, um eine Überhitzung der kalten Lösung in der zweiten Stufe zu vermeiden. Die aus der ersten Heißabsorptionsstufe austretenden Gase haben eine Temperatur von beispielsweise 105 bis 120⁼C und sind mit Wasserdampf gesättigt. Wenn das Gasgemisch in diesem Zustand beispielsweise in einen kalten, mit Monoäthanolamin gefahrenen Absorber eingeführt wird, werden erhebliche Wärmemengen auf die kalte Monoäthanolaminlösung übertragen, wodurch der Absorptionswirkungsgrad verschlechtert wird. Gleichzeitig kann die Monoäthanolaminlösung durch die Kondensation des im Gasstrom enthaltenen Wasserdampfes übermäßig stark verdünnt werden. Ein dritter Nachteil von Lösungen wie Monoäthanolamin- oder Diäthanolaminlösungen ist ihre erhebliche Flüchtigkeit, die häufig zu erheblichen Verlusten dieser Reagenzien, insbesondere vährend der durch Abtreiben mit Wasserdampf durchg .-führten Regenerierung führt.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 zu verbessern und die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man das Gasgemisch in einer ersten Stufe mit einer wäßrigen Wasci/iösung. welche 15—45 Gew-% Kaliumcarbonat und bis 5 Gew.-% Alkanolamin enthält in einer Absorptionszone, die unter einem Druck von wenigstens 7 atü und einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes der Waschlösung bei Atmosphärendruck gehalten wird, zusammenführt und danach das Gasgemisch in einer zweiten getrennten Absorptionsstufe, die unter einem Druck von wenigstens 7 atü und bei einer niedrigeren Temperatur, nämlich von 50—90³C gehal'en wird, mit einer wäßrigen Waschlösung, enthaltend 10 bis 25 Gew.-% Kaliumcarbonat und 6 bis 15Gew.-°/o Alikanolamio. behandelt.

Bei diesem neuen Verfahren wird die Hauptmenge des sauren Gases in einer ersten Reinigungsstufe unter Anwendung des sogenannten isothermalen Systems entfernt, bei dem das Gasgemisch mit der ersten Waschlösung in einer Absorptionszone behandelt wird, die unter einem wesentlichen Überdruck und bei einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes der Waschlösung bei Atmosphärendruck gehalten wird. Die Feinreinigung der Gase wird in einer zweiten Stufe durch Behandlung des teilweise gereinigten Gases mit der zweiten Waschlösung, die eine andere Zusammensetzung als die erste Waschlösung hat und Kaliumcarbonat und wenigstens 6 Gew.-% eines Alkanolamins enthält, in einer zweiten, getrennten Absorptionszone durchgeführt, die unter einem wesentlichen Überdruck und bei Zwischentemperaturen von 50 bis 90°C. vorzugsweise 60 bis 80= C gehalten wird.

Die Verwendung von Kaliumcarbonatlösungen, die

wesentliche Konzentrationen eines Alkanolamins enthalten, bei diesen Zwischentemperaturen für die auf die Entfernung der Hauptmasse der sauren Gase folgende zweite Reinigungsstufe nach dem heißen isothermalen Verfahren stellt ein ideales Zweistufenverfahren angesichtE der folgenden Erwägungen dar, zu denen man durch eingehende Untersuchungen der Eigenschaften von Kaliumcarbonatlösungen gelangt ist, die Alkanolamine enthalten. Bei reinen Kaliumcarbonatiösungen (d. h. Lösungen, die kein Alkanolamin als Aktivator enthalten) fällt bekanntlich bei sinkender Absorptionstemperatur der Rückdruck oder Staudruck des sauren Gases aus der Lösung ziemlich schnell ab. Gleichzeitig sinkt jedoch die Geschwindigkeit der Absorption der sauren Gase durch solche Lösungen mit sinkenden Temperaturen scharf ab, so da3 die Verwendung "solcher Lösungen bei Temperaturen unter 90° C unzweckmäßig ist.

Bei Verwendung reiner wäßriger Alkanolaminlösungen ist andererseits die Absorptionsgeschwindigkeit sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen sehr hoch, jedoch steigt der GleichgewichViStaudruck oder -rückdruck aus der Lösung mit der Temperatur schnell an, so daß in der Praxis solche Lösungen bei niedrigen Temperaturen von beispielsweise 30 bis 35° C verwendet werden müssen.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß Gemische von Kaliumcarbonat mit wesentlichen Mengen von Alkanolaminen (d. h. wenigstens 6 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% Alkanolamin) bei Zwischentemperatüren von 50 bis 90° C hohe Absorptionsgeschwindigkeiten haben, die mit den mit reinen Alkanolaminlösungen erzielten Absorptionsgeschwindigkeiten vergleichbar sind. Gleichzeitig ist der Gegendruck oder Rückdruck des CO2 aus solchen Lösungen bei diesen Temperaturen, insbesondere bei niedrigem oder mäßigem Gehalt der Lösung an saurem Gas, mit den niedrigen Rückdrücken vergleichbar, die mit reinen Kaliumcarbonatlösungen erzielt werden.

Durch diese überraschende Kombination von hohen Absorptionsgeschwindigkeiten und niedrigen Gleichgewichtsrückdrücken des sauren Gases bei diesen Zwischentemperaturen werden die Nachteile ausgeschaltet, die vorstehend für die Verwendung einer kühlen Absorptionsstufe für die Feinreinigung genannt wurden. Auf Grund der erheblich höheren Temperaturen, die gemäß der Erfindung in der Feinreinigungsstufe angewandt werden, ist es nicht notwendig, den heißen Gasstrom aus der ersten, heißen Absorptionsstufe zu kühlen, und das Ausmaß der in der zweiten Stufe stattfindenden Wasserkondensation ist erheblich geringer. Gleichzeitig wird in der zweiten Stufe eine hohe Absorptionsgeschwindigkeit aufrechterhalten, die für die mit reinem Amin erzielten Absorptionsgeschwindigkeiten charakteristisch ist, und auf Grund des niedrigen Gleichgewichtsrückdrucks der Lösung, der mit dem mit reinen Kaliumcarbonatlösungen erhaltenen Rückdruck vergleichbar ist, ist eine Reinigung bis auf niedrige Restgehalte an saurem Gas möglich. Da schließlich Alkanolamin in Mischung mit Kaliumcarbonat viel weniger flüchtig ist als eine reine Alkanolaminlösung, sind die Verluste durch die Flüchtigkeit stark verringert.

Bei der Erfindung wird in der ersten Reinigungsstufe, in der die Hauptmenge des sauren Gases entfernt wird, eine Kaliumcarboratlösung verwendet, die mit einer Alkanolaminmenge aktiviert ist, die geringer (nicht mehr als 5 Gew.-%) ist ids in der Kaliumcarbonatlösung, die in der zweiten Stufe, der Feinreinigung, verwendet wird. Beispielsweise werden bei Verwendung einer 2 bis 3% Alkanolamin enthaltenden Kaliumcarbonatlösung in der ersten Stufe und einer 10% Alkanolamin enthaltenden Kaliumcarbonatlösung in der zweiten Stufe sehr gute Ergebnisse erzielt. Der Wahl verhältnismäßig niedriger Alkanolaminkonzentrationen in der ersten Stufe liegt die Feststellung zugrunde, daß bei Kaliuracarbonatwaschlösungen, die bei Temperaturen in der Nähe ihrer Siedetemperatur bei Atmosphärendruck verwendet werden, der Zusatz verhältnismäßig geringer Alkanolaminmengen als Aktivatoren sich insofern äußerst günstig auswirkt, als eine wesentliche Steigerung der Absorptionsgeschwindigkeit sowie eine günstige Verschiebung im Gleichgewichtsrückdruck aus der Lösung stattfinden. Während die Absorptionsgeschwindigkeit bei Verwendung größer werdender Äthanolaminmengen weiterhin steigt, ist die Geschwindigkeit des Anstieges der Absorptionsgeschwindigkeit mit steigenden Alkanolaminmengen wesentlich geringer, besonders wenn die Menge über 5 Gew.-% er'.- r.ht wird. Es wurde ferner gefunden, daß bei so hohen Ai beitsternpcraturen der Gleichgewichtsrückdruck aus der Lösung mit zunehmenden Alkanolaminmengen zu steigen beginnt. Dieser Anstieg des Gleichgewichtsrückdrucks ist besonders ausgesprochen, wenn der Gehalt an saurem Gas in der Lösung hoch ist, d. h. wenn die Lösung einen verhältnismäßig hohen Gehalt an absorbiertem CO2 und/oder HjS aufweist. Dieser letztgenannte Faktor ist ein wichtiger Gesichtspunkt in der ernten Stufe, in der die Hauptmenge des sauren Gases entfernt wird, wobei die Lösung im unteren Teil des Absorbers einen hohen Gehalt an saurem Gas hat. Die vorstehenden Überlegungen im Zusammenhang mit dem zweistufigen Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem jede Absorptionsstufe bei anderen Temperaturen und mit anderen Zusammensetzungen der Lösung arbeitet, hatten das Ergebnis, daß es äußerst erwünscht ist, die erste, bei hoher Temperatur durchgeführte isothermale Absorptionsstufe mit Kaliumcarbonatlösungen, die mit Alkanolamin aktiviert sind und nicht mehr als 5%, vorzugsweise 1 bis 3°. j Alkanolamin enthalten, zu betreiben.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Abbildung beschrieben, die ein Fließschema einer besonders bevorzugten Ausführun^sform der Erfindung darstellt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet eine Absorptionskolonne, die für Betrieb bei Überdrücken ausgebildet ist und zwei Absorptionszonen A und B enthält. Diese Absorptionskolonne mit den beiden Absorptionszonen wird bei Drücken von wenigstens 7 atü, vorzugsweise von wenigstens 14 atü gehalten. Absorberdrücke bei typischen Anwendungen der Erfindung liegen im allgemeinen im Bereich von 173 bis 105 atü. Die untere Zor"" A des Absorbers ist mit dem schraffierten Abschnitt A' versehen, der geeignetes Füllmaterial darstellt, mit dem ein= innige Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit erzielt wird. Geeignet sind beispielsweire Raschigringe, Berlsättel, Intaloxsattel oder andere Arten von Füllkörpern, die dem durch die Füllkörper strömenden Gas eim. große Flüssigkeitsoberfläche darbieten. Außei Füllkörpern können auch andere Einbauten, z. B. Glockenboden, Siebboden oder andere Mittel, die eine innige Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit gewährleisten, verwendet werden. Die obere Zone B des Absorbers ist im schraffierten Abschnitt ß'mit ähnlichen Mitteln versehen, die innige Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit gewährleisten.

Der unteren Zone A des Absorbers wird durch Leitung 11 ein regenerierter Waschlösungsstrom züge-

führt, der über die Füllkörper oder Böden im Abschnitt A'nach unten fließt und sich am Boden der Kolonne im Sumpf 12 sammelt und durch Leitung 13 aus der Kolonne abgezogen wird. Der oberen Zone B des Absorbers wird durch Leitung 14 regenerierte Waschlösung zügeführt, die über die Füllkörper oder Böden S'nach unten fließt und sich am Boden der Zone B auf dem Sammelboden 15 sammelt und vom unteren F.nde der Zone B durch Leitung 16 abgezogen wird. Der zu behandelnde Gasstrom, der CO2 und/oder H2S enthält, tritt durch Leitung 19 unten in die Kolonne 10 ein und strömt nach oben im Gegenstrom zu der nach unten fließenden Waschlösung durch die Absorberzone A, wo die Hauptmenge des sauren Gases entfernt wird, geht dann durch den im Sammelboden 15 vorgesehenen Kamin 17, strömt dann im Gegenstrom zu der nach unten fließenden Flüssigkeit in der Zone B des Absorbers, wo die Feinreinigung stattfindet, und verläßt den Absorber im gereinigten Zustand durch Leitung 20. Faiis erforderlich, kann das den Absorber verlassende Gas durch einen Kühler-Kondensator geführt werden, um Wasserdampf herauszukondensieren, wobei ein wäßriges Kondensat gebildet wird. Das wäßrige Kondensat kann gegebenenfalls teilweise oder ganz wieder oben auf den Absorber aufgegeben werden, um die Wasserbilanz im System aufrechtzuerhalten.

Es ist festzustellen, daß die Zone A und die Zone B der Absorberkolonne 10 bezüglich der Strömung der Waschlösung vollständig voneinander getrennt sind. Mit anderen Wor; n, jede Zone erhält getrennt ihren eigenen Strom, und die Waschlösung wird getrennt vom unteren Ende jeder Zone abgezogen. So wird die Zone A mit Lösung durch die Leitung 11 gespeist, und die Lösung wird aus der Zone A durch Leitung 13 abgezogen. Die Zone B erhält die Waschlösung durch Leitung 14, und ausgebrauchte Waschlösung wird vom unteren Aar 7nn

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Pc ICt 711 Umwälzpumpe 46 und Leitung 11 zum oberen Ende der Absorptionszone A zurückgeführt.

Ausgebrauchte Waschlösung, die die Zone B durch Leitung 16 verläßt, strömt durch das Druckminderventil 47, wo der Druck auf den am oberen Ende der Zone C herrschenden Druck entspannt wird, und wird dann durch Leitung 48 oben auf die Zone C aufgegeben. Von dort fließt sie nach unten durch den Abschnitt C im Gegenstrom zum Abstreifdampf, der am unteren Ende der Zone Cdurch Leitung 27 eingeführt wird. Die regenerierte Waschlösung sammelt sich am unteren Ende der Zone Cim Sumpf 23. Die Lösung aus dem Sumpf 23 wird zum oberen Ende der Absorptionszone S zurückgeführt. Hierzu fließt sie durch die Leitung 49, die Umwälzpumpe 50, die Leitung 51, durch den Kühler 52, wo sie so weit gekühlt wird, daß die durchschnittliche Lösungstemperatur in der Zone B im Bereich von 50 bis 90" C liegt, worauf sie durch Leitung 14 oben auf die Zone Saufgegeben wird.

Da die Hauptmenge des sauren Gases in dem aus der Absorptionszone A und der Regenerierzone D bestehenden Absorptionskreis absorbiert wird, während nur geringfügige Mengen des sauren Gases in dem aus der Absorptionszone B und der Regenerierzone C bestehenden Absorptionskreis absorbiert werden, ist die durch den ersten Absorptionskreis fließende Lösungsmenge erheblich größer als die verhältnismäßig geringe Menge, Sit im zweiten Absorptionskreis umläuft. In typischen Fällen macht die im zweiten Absorptionskreis umlaufende Lösungsmenge 5 bis 35%, im allgemeinen 10 bis 20% der insgesamt in beiden Kreisen umlaufenden Lösung aus.

Bei der in der Abbildung dargestellten Ausführungsform wird der Abstreifdampf für die beiden Regenerierzonen durch Lösungsaufkocher 22 und 28 geliefert, die die Regenerierzonen C bzw. D bedienen. Beiderdargectollt<»n Δ licfiihrimocf/MTn u/nr/lAn \\o\Aa Δ tifL-s^tkAr

bemerken, daß der Eintritt der durch die Zone B nach unten fließenden Lösung in die Zone A durch den Sammelboden 15 und durch eine Ablenkhaube 18 verhindert wird, die über dem Kamin 17 angeordnet ist und den Durchgang des Gases von unten nach oben aus der Zone A in die Zone B gestattet, aber den Durchfluß von Lösung aus der Zone B in die Zone A verhindert.

Die ausgebrauchte Lösung, die die Zone A und die Zone B der Absorberkolonne durch die Leitungen 13 bzw. 16 verläßt, wird der Regenerierkolonne 21 zugeführt, wo jeder Lösungsstrom getrennt regeneriert wird. Die Regenerierkolonne 21 enthält zwei getrennte Regenerierzonen C und D₁ die mit schraffierten Abschnitten C und D' versehen sind, die Füllkörper, Böden oder ähnliche Einbauten darstellen, die innigen Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit gewährleisten. Die ausgebrauchte Lösung, die aus der Zone A des Absorbers durch Leitung 13 austritt, geht durch das Druckminderventii 42, wo der Druck auf den am oberen Ende der Regenerierzone D herrschenden Druck entspannt wird, und wird dann durch Leitung 43 oben auf die Zone D aufgegeben. Durch die scharfe Drucksenkung wird eine gewisse Menge des sauren Gases zusammen mit einer gewissen Wasserdampfmenge am oberen Ende der Regenerierkolonne abgetrieben, und die teilweise regenerierte Lösung fließt dann durch den Abschnitt D' nach unten im Gegenstrom zu Abstreifdampf, der durch Leitung 32 unten in die Zone D eingeführt wird. Die rege- es nerierte Waschlösung sammelt sich am unteren Ende der Zone D auf dem Sammelboden 44 und wird aus der Zone D durch Leitung 45 abgezogen und durch die durch heißes, wasserdampfhaltiges Prozeßgas erhitzt, das der Behandlung zur Entfernung des darin enthaltenen sauren Gases unterworfen und durch Leitung 33 in das System eingeführt wird. Es kann sich beispielsweise um ein Gas handeln, das 15 bis 20% CO₂ enthält und durch Reformierung von Erdgas bei einer Temperatur von beispielsweise 12O⁰C gebildet worden ist und mit Wasserdampf gesättigt ist. Das heiße gesättigte Einsatzgas wird durch Leitung 33 in die Schlange 34 des Aufkochers 28 eingeführt, wo ein Teil der im Gas enthaltenen Wärme auf die Waschlösung übertragen wird. Das teilweise gekühlte Prozeßgas wird dann durch Leitung 35 in die Schlange 36 des Aufkochers 22 eingeführ». wo weitere Wärme auf die Waschlösung übertragen wird, worauf das gekühlte Prozeßgas durch Leitung 37 und Leitung 19 unten in die Absorberkolonne 10 zur Entfernung seines COrGehalts eingeführt wird. Im Aufkocher 22 wird Waschlösung aus dem Sumpf 23 umgewälzt Diese Waschlösung wird durch Leitung 24 in den Aufkocher eingeführt Die Lösung läuft dann über das Umlenkblech 26 über und wird durch Leitung 25 zum Sumpf 23 zurückgeführt Der Wasserdampf, der im Aufkocher 22 durch Kochen der Waschlösung erzeugt wird, wird durch Leitung 27 unten in die Zone Ceingeführt

Waschlösung aus dem Sumpf 44a am unteren Ende der Zone D wird durch Leitung 29 in den Aufkocher 28 eingeführt Die Lösung läuft über das Umlenkblech 31 über und wird dann durch Leitung 30 in den Sumpf 44a zurückgeführt Der Wasserdampf, der im Aufkocher 28 durch Kochen der Waschlösung erzeugt wird, wird durch Leitung 32 in den unteren Teil der Zone D einge-

führt.

Es ist zu bemerken, daß ein Kamin 53 im Sammelboden 44 vorgesehen ist. Dieser Kamin gestattet den Durchgang des Abstreifdampfes und des desorbierten CO2 aus der Zone C nach oben in die Zone D, wo es in Berührung mit Waschlösung, die durch Leitung 43 eingefüh··' wird, weiter nach oben steigt. Durch den Sammelbod^n 44 und die Ablenkhaubc 54 wird verhindert, daß Waschlösung aus der Zone D in die Zone Cgelangt. Bei dieser Anordnung wird Abstreifdampf, der aus dem Aufkocher 22 unten in die Zone Ceingeführt wird, in der Zone D wiederverwendet. Die Wiederverwendung des Wasserdampfes aus der Zone C in der Zone D ist möglich, wenn der Zone C ein solcher Überschuß an Abstreifdampf zugeführt wird, daß das am unteren Ende der Zone Deintretende Gemisch von Wasserdampf und CO2 verhältnismäßig arm an CO2 ist. Der COj-Gehalt des Abstreifdampfes aus der Zone C ist in iedem Fall gering, weil die in der Regenerierzone C behandelte ausgebrauchte Waschlösung als Folge der verhältnismäßig niedrigen Konzentration von saurem Gas in dem in der Absorptionszone B behandelten Gasstrom eine verhältnismäßig niedrige Konzentration an saurem Gas aufweist. Es ist vorteilhaft, der Zone CAbstreifdampf im Überschuß zuzuführen, da hierdurch die Waschlösung in der Zone C sehr sorgfältig regeneriert wird und der Abstreifdampf, der CO2 nur in geringen Konzentrationen enthält, vorteilhaft zum Abtreiben in der Zone D wiederverwendet werden kann.

Eir Gemisch von saurem Gas und Wasserdampf, das sich am oberen Ende der Regenerierkolonne 21 sammelt, wird durch Leitung 38 abgezogen und dem Kühler 39 zugeführt, wo ein Teil des Wasserdampfes kondensiert wird. Das wäßrige Kondensat wird durch Leitung 41 zum oberen Ende des Regenerierturms zurückgeführt, um die richtige Wasserbilanz im System aufrechtzuerhalten. Gegebenenfalls kann zur Äufrechterhaitung der richtigen Wasserbilanz ein Teil des Kondenswassers zum oberen Ende der Regenierzone C zurückgeführt werden. Das Gemisch von saurem Gas und restlichem Wasserdampf wird durch Leitung 40 für jeden gewünschten Gebrauch aus dem System abgezogen.

Beispiel

45

Die Arbeitsweise der in der Abbildung dargestellten Anlage wird durch das folgende typische Beispiel erläutert Ein heißes Prozeßgas, das durch Reformierung von Erdgas mit Wasserdampf und anschließende Wassergaskon vertierung erzeugt worden ist. 18% CO2 enthält, eine Temperatur von 170° C hat, unter einem Druck von 28 atü steht und mit Wasserdampf gesättigt ist, wird durch Leitung 33 in die Anlage eingeführt Das heiße Prozeßgas durchströmt die Aufkocher 28 und 22 nacheinander in der dargestellten Weise, wobei Abstreifdampf für die Regenerierzonen C und D in der oben beschriebenen Weise erzeugt wird. Das nunmehr auf eine Temperatur von 125° C gekühlte Prozeßgas wird durch Leitung 19 unten in die Absorptionskolonne 10 eingeführt, die unter einem Druck von "27,4 atü gefahren wird. Die erste Absorptionszone A, in der die Hauptmenge des sauren Gases entfernt wird, erhält eine Waschlösung, die aus einer 30%igen, 3 Gew.-% Diäthanolamin enthaltenden Kaüumcarbonatlösung besteht und durch Leitung II bei einer Temperatur von 108⁰C zugeführt wird. Durch Kontakt mit dieser Waschlösung in der Zone A wird der CCVGehalt des in die Zone B eintretenden Gases auf 1,0% gesenkt Der Zone B wird eine 20Gew.-% Kaliumcarbonat und 10Gew.-% Diethanolamin enthaltende Waschlösung zugeführt, die bei einer Temperatur von 60" C in die Zone B eintritt. Durch Berührung mit dieser Waschlösung in der Zone B wird der CCVGehalt des gereinigten Gases auf 100 ppm (Teile pro Million) gesenkt. Das Gas verläßt den Absorber durch Leitung 20. Die Lösung, die im zweiten, aus der Absorptionszone A und der Regenerierzone C bestehenden Absorptionskreis umläuft, macht 15% der insgesamt in beiden Kreisen umlaufenden Lösung aus.

Die Waschlösung sammelt sich am unteren Ende der Zone A im Sumpf 12 bei einer Temperatur von etwa 118° C und mit einer Kaliumbicarbonatfraktion von 76%. (Der hier gebrauchte Ausdruck »Kaliumbicarbonatfraktion« bedeutet den in Prozent ausgedrückten Anteil des ursprünglichen Kaliumcarbonats (K2CO3), der durch Umsetzung mit CO2 in Kaliumbicarbonat umgewandelt worden ist. Beispielsweise wird eine Lösung mit einer Kali'imbicarbonatfraktion von 25% durch Umwandlung von 25 Mol-% des Kaliumcarbonatgehalts der Lösung in Kaliumbicarbonat erhalten, so daß das Verhältnis von Kaliumionen, die als Kaliumcarbonat vorhanden sind, zu Kaliumionen, die als Kaliumbicarbonat vorhanden sind, 3 :1 beträgt. Da pro Mol Kaliumcarbonat 2 Mol Kaliumbicarbonat gebildet werden, beträgt das Molverhältnis von K₂CO₃ : KHCO3 bei einer Bicarbonatfraktion von 25% 3 : 2.) In der Regenerierzone D, die im wesentlichen bei Atmosphärendruck gefahren wird, sammelt sich die regenerierte Lösung aus der Zone D auf dem Sammelboden 44 bei einer Temperatur von 108⁰C und mit einer Bicarbonatfraktion von 38%. Sie wird ohne Kühlung durch die Umwälzpumpe 46 und Leitung U zur Zone A zurückgeführt. Ausgebrauchte Waschlösung aus der Zone B sammelt sich auf dem Sammelboden 15 bei einer Temperatur von 80° C und einer Kaliumbicarbonatfraktion von 35% und wird durch Leitung 16 abgezogen und in der Regenerierzone Cregeneriert Die regenerierte Lösung sammelt sich am unteren Ende der Zone Cim Sumpf 23 bei einer Temperatur von 115° C und bei einer Bicarbonatfraktion von 25%. Sie wird durch die Umwälzpumpe 50, den Kühler 52, wo sie auf eine Temperatur von 6O⁰C gekühlt wird, und durch Leitung 14 zum oberen Ende der Zone A zurückgeführt.

Es ist festzustellen, daß bei dem vorstehend als Beispiel beschriebenen Versuch das in der ersten Absorptionszone A behandelte Gas unmittelbar ohne Kühlung von der Zone A zur Zone B mit den oben beschriebenen Vorteilen geführt wird. Auf Grund der in der zweiten Absorptionszone B angewandten höheren Temperaturen im Gegensatz zu den bei einer kalten Wäsche angewandten wesentlich niedrigeren Temperaturen ist der thermische Wirkungsgrad der Gesamtanlage wesentlich höher.

Die Verwendung von Kaliumcarbonatlösungen in beiden Absorptionszonen, nämlich einer Lösung mit einem verhältnismäßig niedrigen Alkanoiamingehalt und der anderen Lösung mit relativ höherem Alkanoiamingehalt, hat den weiteren Vorteil, daß keine Schwierigkeiten durch die Überführung geringer Lcs'ingsmengen von einer Zone in eine andere entstehen. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn Lösung aus der Zone A in dem durch den Kamin 17 der Absorberkolonne 10 gehenden Gasstrom oder Lösung oder gewisse Bestandteile der Lösung im Abstreifdampf, der durch den Kamin 53 der Regenerierkolonne 21 strömt, mitgetragen werden. Die sich hieraus ergebenden geringfügigen Änderungen der Zusammensetzung der Lösung lassen

sich leicht durch Einstellung der Zusammensetzung der normalen Mengen der Ergänzungslösung, die von Zeit zu Zeit erforderlich sind, korrigieren.

Als Waschlösung, die in der ersten Absorptionszone zur Entfernung det Hauptmenge des sauren Gases verwendet wird, werden wäßrige Kaliumcarbonatlösungen eingesetzt, die 15 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 22 bis 35 Gew.-% Kaliumcarbonat enthalten (wobei diese Konzentrationen unter der Annahme berechnet sind, daß das gesamte Kaliumcarbonat als Kaliumcarbonat vorhanden ist). Es werden mit Alkanolaminen aktivierte Kaliumcarbonatlösungen besonders bevorzugt, in denen die Konzentration an Alkanolamin, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 4% liegt, wobei eine Alkanolaminkonzentration im Bereich von 1 bis 3 Gew.-% noch vorteilhafter ist.

Als Waschlösung in der zweiten Absorptionsstufe wird für die Feinreinigung des Gases eine Kaliumcarbonatlösung verwendet, die wenigstens b^u/o und nicht mehr als 15% eines Alkanolamins enthält, wobei eine Alkanolaminkonzentration von 8 bis 12 Gew.-% bevorzugt wird. Die Kaliumcarbonatkonzentration in der Lösung beträgt 10 bis 25 Gew.-%. Im allgemeinen erwies es sich als zweckmäßig, in der zweiten Feinreinigungsstufe Waschlösungen zu verwenden, die relativ niedrigere Kaliumcarbonatkonzentrationen haben als die Waschlösungen, die in der ersten Absorptionsstufe, in der die Hauptmenge des sauren Gases entfernt wird, verwendet werden, weil solche stärker verdünnten Lösungen wesentlich höhere Absorptionsgeschwindigkeiten haben. Ihre Aufnahmefähigkeit für saures Gas ist zwar geringer, jedoch ist ein hohes Aufnahmevermögen für die in der zweiten Feinreinigungsstufe verwendete Lösung nicht erforderlich.

Für die Waschlösung, die in der ersten oder in der zweiten Absorptionsstufe verwendet wird, eignen sich

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Monoäthanolamin H₂NCH₂CH₂OH oder Triäthanolamin N(CH₂CH₂OH)₃,

Monopropanolamin H₂NCH₂CH₂CH₂OH,

Dimethyiaminoäthanol
(CH₃J₂N-CH₂CH₂OH oder

Diäthylaminoäthanol

(C₂Hs)₂N-CH₂CH₂OH

oder ähnliche Alkanolamine
verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Regenerierung der Waschlösung in beiden Regenerierzonen bei Normaldruck oder in der Nähe von Atmosphärendruck. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine oder beide Regenerierzonen bei mäßigen Oberdrücken, nämlichen Drücken in der Größenordnung von 035 bis 2,46 atü, zweckmäßiger im Bereich von 0,7 bis 2,1 atü zu fahren.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend beschriebene spezielle Ausführungsform beschränkt, vielmehr fallen auch andere Ausführungsformen in den Rahmen der Erfindung. Beispielsweise kann die in der Abbildung dargestellte Anlage vorteilhaft durch Einfügung eines indirekten Wärmeaustauschers modifiziert werden, durch den ein indirekter Wärmeaussausch zwischen der unten aus der Regenerierzone C austretenden heißen Lösung und der durch Leitung 16 unten aus der Absorptionszo-e B austretenden, relativ kühleren Lösung stattfindet. Mit Hilfe eines solchen Wärmeaustauschers kann der thermische Wirkungsgrad des Systems durch Erhöhung der Temperatur der durch Leitung 48

5 oben auf die Regenerierzone C aufgegebenen Lösung gesteigert und gleichzeitig die erforderliche Kühlleistung des Kühlers 52 durch Senkung der Temperatur der regenerierten Waschlösung vor dem Durchgang durch den Kühler 52 verringert werden.

ίο Ebenso sollte der Betrieb des den ersten Absorber A und den Regenerator D umfassenden Absorptionskreises isothermal sein, jedoch kann eine gewisse Kühlung der regenerierten Lösung vor der Einführung in die erste Absorptionszone zuweilen erwünscht sein. Beispielsweise kann es in gewissen Fällen zweckmäßig sein, heiße, regenerierte Lösung, die durch Leitung 11 fließt. p..it relativ kühlerer, durch Leitung 16 aus der Abscrptionv zone B abgezogenen ausgebrauchten Lösung in Wärmeaustausch zu bringen. Auf diese Weise wird die Temperatur der oben auf die Absorptionszone A aufgegebenen Lösung etwas gesenkt, während die Temperatur der oben auf die Regenerierzone C aufgegebenen ausgebrauchten Lösung wesentlich erhöht werden kann, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Regenerierzone Cerhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung von CO2 und/oder HiS aus-Gasgemischen, unter Verwendung von al·· kanolaminhaltigen Kaliumcarbonatlösungen. dadurch gekennzeichnet, daß man das Gasgemisch in einer ersten Stufe mit einer wäßrigen Waschlösung, welche 15—45 Gew.-°/o Kaliumcarbonat und bis 5 Gew.-°/o Alkanolamin enthält, in einer Absorptionszone, die unter einem Druck von wenigstens 7 atü und einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes der Waschlösung bei Atmosphärendruck gehalten wird, zusammenführt und danach das Gemisch in einer zweiten getrennten Absorptionsstufe, die unter einem Druck von wenigstens 7 atü und bei einer niedrigeren Temperatur, nämlich von 50 bis 90° C gehalten wird, mit einer wäßrigen Waschlösung, enthaltend 10 bis 25 Gew.-% Kaliumcarbonat end 6 bis 15 Gew.-% Alkanolamin. behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man die Waschlösung der ersten und zweiten Absorptionszone durch Abtreiben mit Wasserdampf regeneriert und die Mischung von Wasserdampf und saurem Gas. die nadi dem Abtreiben der Waschlösung der zweiten Absorptionszone gebildet wird, zur Wasserdampf-Abtreibung der Waschlösung der ersten Absorptionszone wiederverwendet.