DE2226619C2 - Verfahren und Anlage zur Reinigung schwefelwasserstoffhaltiger Gase mit Aminen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anlage entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 3 zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekanntlich lassen sich die sauren Verbindungen, wie z. B. Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, die in Gasen enthalten sind, durch Bindung an Aminbasen, besonders Alkanolamine, wie Monoäthanolamin und Diethanolamin, entfernen. Hierzu wird das Gas, das die sauren Verbindungen enthält, in einer Absorptionszone mit einer Aminlösung in Kontakt gebracht, die diese sauren Verbindungen in Form von Aminsalzen bindet, die unter den Druck- und Temperaturbedingungen in der Absorptionszone stabil sind. Das gereinigte Gas wird dann gegebenenfalls mit Soda gewaschen, wobei die letzten Spuren saurer Gase, die eventuell noch vorhanden sind, entfernt werden. Die Flüssigkeit, die aus der Absorptionszone abgezogen wird, besteht aus einer Aminlösung, die die sauren Verbindungen gebunden enthält. Sie wird zu einer Regenerierzone geführt, in der sie mit Dampf indirekt so hoch erhitzt wird, daß die sauren Gase durch Zersetzung ihrer während der Absorption gebildeten Aminsalze wieder in Freiheit gesetzt werden. Die so regenerierte Aminlösung wird in die Absorptionszone zurückgeführt. Die bei der Regenerierung in Freiheit gesetzten sauren Gase werden aufgefangen, um später weiterbehandelt zu werden.

Um eine hinreichende Entfernung der sauren Verbindungen, vor allem Schwefelwasserstoff, sicherzustellen, die in dem Gas enthalten sind, ist es erforderlich, bei der Regenerierung die Absorptionskapazität der Aminlösung für die sauren Gase so weitgehend und konstant wie möglich wieder herzustellen. Hierzu hält man im allgemeinen die Kopftemperatur der Regenerationskolonne auf einem bestimmten Wert, indem man die Heizdampfmenge regelt. Eine solche Methode ergibt wenig befriedigende Ergebnisse, denn die

t>5 Kopftemperatur der Regenerationskolonne ist nicht nur eine Funktion der Heizdampfmenge, sondern auch der Belastung der zu regenerierenden Aminlösung. So kann man durch alleinige Regelung dieser Temperatur durch

Änderung der Heizdampfmenge zu einer zu intensiv belriebenen Regenerierung der Aminlösung kommen, wobei man einen zu hohen Heizdampf-Verbrauch hat, oder auch zu einer unzureichenden Regenerierung der genannten Aminlösung, wodurch bei der nächsten Absorptionsphase weniger saure Verbindungen gebunden werden; hierbei resultiert eine Verunreinigung des so gereinigten Gases und ein zu hoher Sodaverbrauch bei der Endreinigung dieses Gases.

Ein Verfahren der einleitend angegebenen Gattung ist aus der US-PS 33 38 664 bekannt. Zur Entschwefelung der Aminlösung wird eine Regelung benutzt, bei der die Regelgröße zur Änderung der Heizdampfmenge ausschließlich von der Korrekturdampfmenge abhängt, die ihrerseits von dem Unterschied zwischen dem augenblicklichen Schwefelgehalt der regenerierten Aminlösung und dem Sollwert dieses Schwefelgehaltes abhängig ist. Eine derartige Regelung ist zu träge, um den raschen Änderungen des Augenblickswertes des Schwefelgehaltes in der regenerierten Aminierung, die auf kurzzeitige Slöreinflüsse in der Anlage zurückzuführen sind, Rechnung tragen zu können.

Bei der aus der gleichen US-PS bekannten Anlage der einleitend angegebenen Gattung bestimmt ein Vergleicher den Unterschied zwischen dem von einem Analysegerät gemessenen augenblicklichen Schwefelgehalt der regenerierten Aminlösung und einen für diesen Gehalt gewählten Sollwert. Ein diesem Unterschied entsprechendes Signal wird einem Regler zugeführt. Dieser bildet hieraus ein Stellsignal für einen Schieber in der Regenerationsdampfleitung zu der Regenerationskolonne, so daß die Dampfdurchflußmenge in Richtung einer Verringerung des Unterschiedes zwischen dem augenblicklichen, tatsächlichen Schwefelgehalt der regenerierten Aminlösung und dem Soll-Schwefelgehalt geändert wird.

Das bekannte Verfahren und die bekannte Anlage beruhen auf der Erkenntnis, daß die Betriebskosten bei einem bestimmten Schwefelgehalt der regenerierten Aminlösung ein Minimum durchlaufen. Die Heizdampfmenge, die theoretisch diesen bestimmten optimalen Schwefelgehalt in der regenerierten Aminlösung ergibt, wird mit Hilfe eines mathematischen Modells gefunden, in das die folgenden Größen eingehen: Der vorgegebene Schwefelgehalt, der Druck in der Regenerierungskolonne, die Menge der Aminlösung pro Zeiteinheit, die Temperatur der Aminlösung bei Eintritt in die Regenerierungskolonne und die Menge der sauren Verbindungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe tugrunde, ein Verfahren und eine Anlage der genannten Gattung zu schaffen, die zur weiteren Verbesserung der Wirtschaftlichkeit auch raschen Schwankungen des augenblicklichen Schwefelgehaltes der regenerierten Aminlösung Rechnung tragen.

Eine Lösung dieser Aufgabe durch übliche Wahl der Anlagenbestandteile (Analysator, Vergleicher, Regler) gemäß dem Stand der Technik bringt nur geringen Erfolg, da die Trägheit (oder Totzeit) der Regelkette unverändert groß bleibt, weil der erforderliche Analysator eine im Vergleich zu den Ansprechzeiten der anderen Bestandteile (Vergleicher, Regler) eine sehr lange Ansprechzeit hat.

Aus dem gleichen Grund ist eine Verbesserung des Regclverhaltens durch die aus der DE-AS 13 02 871 an sich bekannte Maßnahme der Aufteilung der Regelgröße in einen festen Anteil und einen veränderlichen Anteil nicht erreichbar.

Aus der DE-AS 12 99 453 ist es .:war auch schon bekannt, mit Hilfe eines Rechners eine dem Einfluß von Störgrößen unterliegende Regelstrecke nachzubilden und mit dem Differenzsignal aus Modell und tatsächlichem Ausgangsmeßwert in die Regelstrecke einzugreifen. Die durch den den Istwert liefernden Analysator bedingte, lange Totzeit läßt sich aber auch auf diese Weise nicht verringern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale, bei der Anlage zur Durchführung des Verfahrens durch die im Kennzeichen des Anspruches 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Die vorgeschlagene Lösung führt zu einer Einsparung von Regenerationsdampf im Bereich von 7 bis 10% entsprechend einer Dampfmenge von 2 bis 3 t/h bei einer Entschwefelungsanlage, die 10⁵ mVh Gas verarbeitet, das etwa 20 Volumenprozent HiS und CO? enthält.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Über die Zuleitung 28 mit einem Durchflußmengenmesser 45 tritt das zu reinigende Gas in die Absorptionskolonne 29 ein. Das gereinigte Gas wird über die Leitung 30 abgezogen, einem Behälter 31 für die Sodawäsche zugeführt und bei 32 aufgefangen. Über die Leitung 43 kommt in die Absorptionskolonne die regenerierte Aminlösung, deren Menge in einem konstanten Verhältnis zu der zu reinigenden Gasmenge mittels eines Reglers 60 gehalten wird, der die Drehzahl der Pumpe 42 regelt, und zwar nach Maßgabe des Signals eines Rechners 59, der das Ausgangssignal des Durchflußmengenmessers 45 und ein der Aminkonzcntration der regenerierten Lösung entsprechendes Signal bei 58 erhält.

Die Aminlösung, die die sauren Verbindungen einhält, verläßt die Absorptionskolonne 29 über die Leilung 33 zu einem Wärmetauscher 34 und wird über die Leitung 35 zur Regenerationskolonne 36 geleitel, die mit der Heizschlange 40 geheizt wird. Der erforderliche Dampf kommt über die Leitung 38 und durchläuft einen Durchflußmengenmesser 55. Ein Temperaturfühler 57 mißt die Temperatur der zu regenerierenden Aminlösung bei ihrem Eintritt in die Regenerationskolonne 36. Die bei der Regeneration in Freiheit gesetzten sauren Gase verlassen die Regenerationskolonne über die Leitung 37, an der auch der in der Kolonne herrschende Druck gemessen wird. Die regenerierte Aminlösung verläßt die Regenerationskolonne 36 über die Leitung 41, wird durch den Wärmetauscher 34 hindurchgeleitet und dann mittels der Pumpe 42 über die den Durchflußmengenmesser 44 enthaltende Leitung 43 in die Absorptionskolonne 29 zurückgeführt.

Ein Signal 47 entsprechend dem vorgegebenen Schwefelgehalt der regenerierten Aminlösung wird in einen Rechner 48 eingegeben, der außerdem die Signale der Durchflußmengenmesser 44 und 45, des Druckfühlers 56 sowie des Temperaturfühlers 57 erhält. Das Signal des Durchfiußmengenmessers 45 wird zuvor bei 46 mit einem Koeffizienten multipliziert, der dem gesamten molaren Anteil an sauren Gasen in dem zu reinigenden Gas entspricht. Darüber hinaus durchlaufen die SignJe der Durchflußmengenmesser 44 und 45 vor ihrer Eingabe in den Rechner 48 hier nicht dargestellte Netzwerke, die die dynamischen Verhältnisse in der Absorptionskolonne 29 simulieren, um so der Trägheit bei der Absorption Rechnuni? /n irnpon Mit Hilfp rlictpr

verschiedenen Größen errechnet der Rechner 48 eine Größe, die der theoretischen Dampfmenge für die zu regenerierende Aminlösung bei dem vorgegebenen Schwefelgehalt entspricht: er errechnet dann den Unterschied zwischen dieser Größe und der des , Durchflußmengenmesseis 55 und ein hieraus resultierendes Signal ab.

Das Analysegerät 49 an der Leitung 41 liefert eine Größe entsprechend dem Schwefelgehalt in der regenerierten Aminlösung, die in dem Differenzbildner 50 mit dem dem vorgegebenen Sehwefclgehalt entsprechenden Sollwert verglichen wird. Das Ausgangssignal des Differenzbildners 50 durchliiufl einen dynamischen Kompensator 51, der die Dampfmenge angibt, die zur Korrektur des augenblicklichen Schwcfelgehaltes auf den vorgegebenen Wert erforderlich ist. Die Signale des Rechners 48 und des Kompensator 51 werden in der Additionseinrichtung 52 addiert und ergeben eine Stellgröße für den Stellantrieb 53 des Schiebers 54 in der Rücklaul'leitung 39 des Hei/.dampfes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von Schwefelwasserstoff und gegebenenfalls andere saure Verbindung enthaltenden Gasen durch Absorption, wobei die zu reinigenden Gase mit einer die sauren Verbindungen bindenden Aminlösung in Kontakt gebracht werden, und die mit den sauren Verbindungen angereicherte Aminlösung durch Erhitzen mittels Heizdampf regeneriert und anschließend die regenerierte Aminlösung in die Absorptionsstufe zurückgeführt wird, wobei man den Schwefelgehalt der regenerierten Aminlösung bestimmt und eine Korrekturgröße entsprechend einer Korrektur-Dampfmenge errechnet, die den augenblicklichen Schwefelgehalt der regenerierten Lösung auf den vorgegebenen Wert bringt, und daß man die Heizdampfmenge entsprechend einer mit der Korrekturgröße in Verbindung stehenden Regelgröße ändert, dadurch gekennzeichnet, daß man aus den augenblicklich vorliegenden Betriebsdaten eine Größe entsprechend der theoretischen Dampfmenge zur Einstellung des vorgegebenen Schwefelgehaltes in der regenerierten Aminlösung errechnet, und man diese Größe mit der Korrekturgröße zur Ableitung der Regelgröße zur Änderung der Heizdampfmenge zusammenfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße zur Änderung der Heizdanipfmenge gleich der Summe aus einer Größe für eine fest eingestellte Dampfmenge, die nahezu der theoretischen Dampfmenge für die Einstellung des vorgegebenen Schwefelgehaltes in der regenerierten Aminlösung entspricht, aus der Korrekturgröße, und aus einer Größe entsprechend der Differenz zwischen der theoretischen und der fest eingestellten Darnpfmenge ist.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Absorptionskolonne, in deren unteren Teil eine einen Durchflußniengenmesser enthaltende Zuleitung für das zu reinigende Gas einmündet und deren oberer Teil eine Auslaßleitung für das gereinigte Gas aufweist, mit einer Regenerationskolonne, deren Kopfteil einen Gasauslaß und deren unterer Teil einen Siedebereich umfaßt, den eine Heizdampfleitung durchquert, die eintrittsseitig einen Dampfmengenmesser enthält, und wobei der Boden der Absorptionskolonne mit dem Kopfteil der Regenerationskolonne über eine die zu regenerierende Aminlösung führende Rohrleitung verbunden ist, die einen Temperaturfühler in der Nähe der Regenerationskolonne enthält, während der Boden der Regenerationskolonne mit dem oberen Teil der Absorptionskolonne über eine die regenerierte Aminlösung führende Rohrleitung verbunden ist, die einen Durchflußmengenmesser enthält, und mit einer Regelvorrichtung für den Heizdampfdurchsatz, bestehend aus einem Analysegerät für die Bestimmung des Schwefelgehaltes, das im Nebenschluß zu der Rohrleitung für die regenerierte Aminlösung liegt, aus einem Differenzbildner, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Analysegerätes und dessen anderer Eingang mit einem Sollwerteinsteller für den Schwefelgehalt verbunden ist, aus einem Kompensator zur Errechnung der Korrekturdampfmenge, dessen Eingang mit dem Ausgang des Differenzbildners verbunden ist, und aus einer Einrichtung zur Steuerung des Heizdampfdurchsat

zes, die einen Schieber in dem Rücklaufleil der Heizdampfleitung und einen Stellantrieb für den Schieber umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung einen Rechner (48) zur Bestimmung der theoretischen Dampfmenge, der mit seinen Eingängen mit den Durchflußmengeri-, Druck- und Temperaturgebern und dem Sollwerteinsteller für den Schwefelgehalt verbunden ist, sowie eine Additionseinrichtung (52) umfaßt, deren einer Eingang mit dem Ausgang des Rechners (48) und deren anderer Eingang mit dem Ausgang des Kompensator (51) und deren Ausgang mit dem Eingang des Stellantriebes (53) verbunden ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (48) ein Ausgangssignal liefert, das der Differenz zwischen der theoretischen, für die Regeneration notwendigen Dampfmenge und einer vorbestimmten, konstanten Dampfmenge entspricht, und daß die Additionsstelle (52) über einen dritten Eingang mit einer Einrichtung verbunden ist, die ein dieser vorbestimmten Dampfmenge entsprechendes Signal liefert.