DE29924190U1

DE29924190U1 - Vorrichtung für ein Split-Flow Verfahren

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Publication number: DE29924190U1
Application number: DE29924190U
Authority: DE
Original assignee: Fluor Corp
Current assignee: Fluor Corp
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2009-11-23

Description

Vorrichtung fur ein Split-Flow Verfaliren
Gebiet der Erfindung

Das Gebiet der Erfindung ist die Entfernung einer gasförmigen Komponente aus einem Prozessgas.

Hintergrund der Erfindung

Verschiedene Methoden sind im Stand der Technik für die Entfernung einer gasförmigen

Komponente aus einem Strom eines Prozessgases bekannt, einschließlich eines weiten Bereiches I

von Destinations-, Adsorptions- und Absorptionsprozessen und ein ziemlich übliches Verfahren benutzt Regenerator-Absorber-Systeme.

In einem typischen Regenerator-Absorber-System wird Gas in den Absorber eingeführt, wo das Gas ein dünnes Lösemittel kontaktiert, das die Säule hinunterläuft. Die gasförmige Komponente wird zumindest teilweise vom dünnen Lösemittel kontaktiert und das gereinigte Prozessgas verlässt den Absorber für eine weitere Verarbeitung oder Austragung. Das die gasförmige Komponente enthaltende dünne Lösemittel (d.h. das angereicherte Lösemittel) fließt durch einen Kreuzstromwärmeaustauscher, wodurch es seine Temperatur erhöht. Das erhitzte angereicherte Lösemittel wird dann bei niedrigem Druck in einem Regenerator ausgedämpft. Das ausgedämpfte Lösemittel (d.h. dünne Lösemittel) wird zurück durch den Kreuzstromwärmeaustauscher geschickt, um die Temperatur im dünnen Lösemittel vor der Vervollständigung der Schleife zurück zum Absorber zu verringern. Das Regenerator-Absorber-System-Verfaliren erlaubt üblicherweise die kontinuierliche Durchführung der Entfernung einer gasförmigen Komponente aus einem Prozessgas bei relativ niedrigen Kosten. Jedoch ist die Effizienz der Entfernung der gasförmigen Komponente nicht immer zufriedenstellend und insbesondere, wenn die gasförmige Komponente Kohlendioxid ist, können strenge Emissionsstandards mit einem standardisierten Regenerator-Absorber-System häufig nicht erreicht werden. Zur Überwindung von Problemen mit niedriger Effizienz kann die Temperatur oder der Druck im Reaktor erhöht werden. Jedoch begrenzen die Korrosivität und der Abbau des Lösemittels im allgemeinen das Ausmaß der Optimierung für dieses Verfahren.

Hi

Ein verbessertes Regenerator-Absorber-System wird von Shoeld in US-Patent Nr. 1,971,798 gezeigt. Dieses umfasst einen Absorptionskreislauf mit geteilter Schleife, in welcher die Hauptmenge des Lösemittels aus einem mittleren Stadium der Regeneratorsäule entfernt wird und zu einem mittleren Stadium des Absorbers recycled wird. In dieser Anordnung wird nur ein kleiner Teil des Lösemittels bis zur kleinsten Konzentration entgast und ein hohes Verhältnis von Dampf zu Flüssigkeit für das Entgasen wird in den Grandböden des Absorbers erreicht, was in einer irgendwie niedrigeren Energieverwendung bei geringen Ausgangskonzentrationen resultiert. Jedoch ist die Verringerung im Energieverbrauch aufgrund der thermodynamischen Ineffizienzen bei der Entgasung relativ gering, hauptsächlich aufgrund von Variationen in der Zusammensetzung des Lösemittels, wenn es innerhalb der geteilten Schleife zirkuliert.

Um zumindest einen Teil der Probleme mit dem Split Loop-Verfahren zu umgehen, wurden verschiedene Verbesserungen vorgenommen. Beispielsweise ist eine Verbesserung des Split-Loop-Verfahrens die genauere Kontrolle der Konzentration der Lösemittel. Um die Konzentrationen der Lösemittel genauer zu kontrollieren, sind im allgemeinen zwei Modifikationen generell notwendig. Die erste Modifikation umfasst einen mittleren Reboiler, welcher an einem Hauptregenerator installiert ist, um Wasser vom halbdünnen Lösemittel abzukochen, um die Konzentration des halbdünnen Lösemittelstromes an die Konzentration des dünnen Lösemittels zu adjustieren. Die zweite Modifikation umfasst einen seitlichen Regenerator (side-regenerator), um aus dem Hauptregenerator Kondensat zu regenerieren. Das Kondensat vom Hauptregenerator wird zum oberen Abschnitt des Hauptregenerators geschickt,

fc wo es einem: partiellen Abgasen unterliegt, und wird dann im seitlichen Generator weiter zu einer sehr geringen Konzentration von gelöstem Gas gelöst, bevor es zum Bodenreboiler des Hauptregenerators zurückgeführt wird.

Da nur ein relativ kleiner Teil des gesamten Lösemittels (typischerweise ca. 20%) bis zur ultraniedrigen Konzentration entgast wird, erlaubt das Verfahren, relativ niedrige Ausgangskonzentrationen mit relativ geringer Energieverwendung zu erreichen. Weiterhin kann, wenn Methyldiethanolamin (MDEA) im verbesserten Split-Loop-Verfahren als Lösemittel verwendet wird, die Zirkulation der Flüssigkeit um ungefähr 20% verringert werden. Jedoch erfordern die Modifikationen zur Verbesserung der Energieverwendung und der niedrigeren Lösemittelzirkulation im allgemeinen eine wesentliche Modifikation in der Konfiguration des Hauptregenerators, "und die Installation eines seitlichen Regenerators, was beides zu

beträchtlichen Kosten und einer signifikanten Ausfallzeit für ein existierendes Absorber-Regenerator-System führen kann.

Eine andere Verbesserung am Split-Loop-Verfahren, in welchem zwei Regeneratorsäulen benutzt werden, wird von Shethna und Towler beschrieben [&ldquor;Gas Sweetening to Ultra-low Concentrations using Alkanolamines Absorption"; Paper 46f, AlChE Spring Meeting, New Orleans 1996], Ein primärer Regenerator produziert ein halbdünnes Lösemittel und ein sekundärer Regenerator produziert ein ultradünnes Lösemittel. Ein kleiner Teil des gereinigten Prozessgases, das den Absorber verlässt, wird auf ein geringeres Druckniveau expandiert, wodurch ein gekühltes gereinigtes Prozessgas erzeugt wird. Der erhitzte ultradünne

k Lösemittelstrom, der den sekundären Regenerator verlässt, wird durch das gekühlte gereinigte Prozessgas gekühlt, wodurch ein erhitztes gereinigtes Prozessgas entsteht, das anschließend in den zweiten Regenerator eingeführt wird. Das rezyklierte Gas wird dann vom sekundären Regenerator wiedergewonnen und wieder in den Betriebsgasstrom beim Absorber eingeführt.

Die Verwendung eines Ersatzdampfes anstelle eines nachgesiedeten Lösemittels am sekmidären Regenerator erniedrigt auf vorteilhafte Weise den Teildruck des Lösemitteldampfes im sekundären Regenerator und ermöglicht dem sekundären Regenerator, bei einer niedrigeren Temperatur zu arbeiten als die primäre Regeneratorsäule. Das Operieren des sekundären Regenerators bei einer reduzierten Temperatur resultiert typischerweise in einer reduzierten Korrosivität des Lösemittels, was wiederum die Verwendung von billigeren Materialien wie

fe Kohlenstoffstahl anstelle des üblichen rostfreien Stahles ermöglichen kann. Weiterhin kann ein Split-Loop-Verfahren, das die Dampfsubstitution verwendet, mit der &ldquor;fixed-bed irreversible absorption "-Technologie kombiniert werden, d.h. die Entfernung von H2S und/oder COS aus dem Kreislaufgas in einem Bett eines festen Sorbtionsrnittels, wodurch ein relativ langes Bettleben des Absorbers gesichert ist. Jedoch erfordert das Split-Loop-Verfahren, das Dampfsubstitution verwendet, die Verwendung von zumindest zwei Regeneratorsäulen und es kann weiterhin notwendig sein, die oberen Stufen eines vorhandenen Absorbers erneut mit Böden zu versehen, um sich an die Notwendigkeiten dieses besonderen Verfahrens anzupassen.

Außerdem kann aufgrund des Umlaufgases und der Verwendung einer sekundären Regeneratorsäule das Umrüsten von vorhandenen Absorber-Regenerator-Kombinationen relativ teurer und zeitaufwendig sein.

Obwohl verschiedene Verbesserungen am allgemeinen Layout eines Absorber-Regenerator-Verfahrens im Stand der Technik bekannt waren, leiden alle oder beinahe alle davon an einem oder mehr als einem Nachteil. Es besteht daher ein Bedürfnis, verbesserte Vorrichtungen für die Entfernung von gasförmigen Komponenten aus Prozessgasen bereit zu stellen.
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Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wiederaufbereitungsanlage zur Wiedergewinnung einer gasförmigen Komponente aus einem Prozessgas, die einen Absorber hat, der ein dünnes Lösemittel und ein halbdünnes Lösemittel benutzt, welche die gasförmige Komponente aus dem Prozessgas absorbieren, wodurch ein angereichertes Lösemittel, ein halb angereichertes Lösemittel und ein dünnes Prozessgas erzeugt wird. Ein Regenerator ist an den Absorber gekuppelt, worin der Regenerator die gasförmige Komponente aus dem angereicherten Lösemittel entfernt, wodurch das dünne Lösemittel und das halbdünne Lösemittel wiedergewonnen werden. Ein Element für die Kontrolle des Lösemittelflusses ist an den Absorber gekoppelt und kombiniert mindestens einen Teil des halb angereicherten Lösemittels mit zumindest einem Teil des halbdünnen Lösemittels, um ein gemischtes Lösemittel zu bilden. Ein Kühler ist an den Absorber gekoppelt, der das gemischte Lösemittel kühlt, und das gekühlte gemischte Lösemittel wird anschließend durch ein verbindendes Element in den Absorber geführt.

In einem Aspekt des erfinderischen Gegenstandes ist das Prozessgas ein Rauchgas aus einer Verbrennungsturbine, das einen Druck von weniger als 20 psia hat, wenn es in den Absorber geführt wird, und worin die gasförmige Komponente Kohlendioxid ist. Die Konzentration von Kohlendioxid ist vorzugsweise größer als 2 Mol%, mehr bevorzugt größer als 5 Mol% und am meisten bevorzugt größer als 10 Mol%.

In einem anderen Aspekt des erfinderischen Gegenstandes umfasst das Lösemittel ein chemisches Lösemittel, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Monoethanolamin, Diethanolamin, Diglykolamin und Methyldiethanolamin. Es ist auch bevorzugt, dass geeignete Lösemittel eine konkave Gleichgewichtskurve haben.

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Verschiedene Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher offensichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten AusflUirungsformen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeiclinungen, in welchen gleiche Ziffern gleiche Komponenten bedeuten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schema einer verbesserten Anlage zur Entfernung von CO2 gemäß dem erfinderischen Gegenstand.

Fig. 2 ist ein Flussdiagramm für ein verbessertes Verfaliren für die Entfernung von CO2 aus einem Rauchgas.

Detaillierte Beschreibung

Der Ausdruck &ldquor;Absorber", wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf einen Apparat, in welchem signifikante Mengen von mindestens einer gasförmigen Verbindung aus einer Mischung von gasförmigen Komponenten entfernt werden, und das in Betrieb ein Lösemittel enthält, das im wesentlichen selektiv gegenüber dieser Verbindimg ist. Der Ausdruck &ldquor;im wesentlichen selektiv" bedeutet, dass das Lösemittel die Verbindung zu einem signifikant größeren Ausmaß (d.h. mehr als 20%) als die anderen in der Mischung von gasförmigen Verbindungen enthaltenen Verbindungen absorbiert. Das Lösemittel mit der höchsten Konzentration der absorbierten gasförmigen Verbindung, das den Absorber verlässt, wird als &ldquor;angereichertes Lösemittel" bezeichnet, wohingegen das Lösemittel mit der niedrigsten Konzentration der absorbierten gasförmigen Verbindung, das den Regenerator verlässt, als &ldquor;dünnes Lösemittel" bezeichnet wird. Der Ausdruck &ldquor;halbdünnes Lösemittel" bezieht sich auf das Lösemittel, das den Regenerator verlässt, welches eine höhere Konzentration am absorbierten gasförmigen Verbindung hat als das dünne Lösemittel. Das Lösemittel, das den Absorber verlässt und eine niedrigere Konzentration an absorbierter Verbindung als das angereicherte Lösemittel hat, wird als &ldquor;halb angereichertes Lösemittel" bezeichnet.

Der Ausdruck &ldquor;Regenerator", wie er auch hierin benutzt wird, bezieht sich auf einen Apparat, in welchem eine., ab&orbisrte ..gasförmige. Korr*pqHen|«·, zumipdeßt teilweise von einem

angereicherten Lösemittel unter erhöhten Temperaturen von ungefähr 110⁰C bis ungefähr 13O⁰C entfernt wird.

In Fig. 1 hat eine Wiedergewinnungsanlage 100 einen Absorber 110 und einen Regenerator 120. Ein Strom eines Prozessgases 160, der eine gasförmige Komponente umfasst, tritt in den Absorber ein, und ein Strom von angereichertem Lösemittel 117 verlässt den Absorber durch die Pumpe 111 für angereichertes Lösemittel. Der Strom für angereichertes Lösemittel wird im Kreuzstromwärmeaustauscher 130 erhitzt und tritt in den Regenerator 120. Die gasförmige Komponente ist Kohlendioxid und wird vom angereicherten Lösemittel an zwei unterschiedlichen Stellen entfernt, wodurch ein halbdünner Lösemittelstrom 127 an einer Position erzeugt wird, die höher ist als der Strom 126 von dünnem Lösemittel. Ein Teil des dünnen Lösemittelstromes 126 wird durch die Pumpe 121 für dünnes Lösemittel zum Bodenreboiler 122 umgeleitet und tritt erneut in den Regenerator 120 ein. Die gasförmige Komponente verlässt den Regenerator in einem Strom 150 von gasförmiger Verbindung, wohingegen übertragenes Lösemittel aus dem Strom von gasförmiger Verbindung durch den Kondensator 123 und die Kondensatorpumpe 125 aufgefangen und wiedergewonnen wird. Sowohl der dünne Lösemittelstrom wie auch der halbdünne Lösemittelstrom werden im Kreuzstromwärmeaustauscher 130 gekühlt, und der dünne Lösemittelstrom 126 wird weiter durch den zusätzlichen Kühler 114 gekühlt, bevor er in den Absorber 110 eintritt. Der halbdünne Lösemittelstrom 127 wird im Kontrollelement 170 für den Lösemittelfluss mit halb angereichertem Lösemittelstrom 118 gemischt, der vom Absorber 110 durch eine Pumpe 113 für das halb angereicherte Lösemittel geliefert wird. Ein gemischter Lösemittelstrom 171 wird weiter durch einen Kühler 112 gekühlt und der gekühlte gemischte Lösemittelstrom 172 tritt durch das verbindende Elemente 173 an einer tieferen Position als der dünne Lösemittelstrom in den Absorber ein. Ein Strom von dünnem Prozessgas 140 verlässt den Absorber 110 durch den Kondensator 116 und eine Kondensatorpumpe 115 pumpt die Kondensatflüssigkeit zurück in den Absorber.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Absorber 110 in einer Kohlendioxid-Wiedergewinnungsanlage 1000 ein statistisch gepackter Bettabsorber mit einem Durchmesser von ungefähr 20 Fuß und einer Höhe von ungefähr 70 Fuß, und so konfiguriert, um ungefähr 30 Millionen Standardkubikfuß Prozessgas in der Stunde zu verarbeiten. Der Regenerator 120 ist ein Standardregenerator mit einem Durchmesser von ungefähr 10 Fuß und einer Höhe von ungefähr 50 Fuß, der einen Strom 150 von Kohlendioxid erzeugt. Das Prozessgas 160 ist

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Rauchgas aus einer Verbrennungsturbine mit einem Kohlendioxidgehalt von ungefähr 13 Mol%₅ das einen Druck von ungefähr 2 psig hat, wenn es in den Absorber geleitet wird, und das dünne Prozessgas 140 hat einen Kohlendioxidgehalt von ungefähr 3 Mol%. Das Lösemittel in allen Lösemittelströmen ist Monoethanolamin, welches die gasförmige Komponente Kohlendioxid absorbiert. Der dünne Lösemittelstrom 126 hat eine Kohlendioxidbeladung von weniger als 0.25, wohingegen die Kohlendioxidbeladung im halbdünnen Lösemittelstrom 127 näherungsweise 0.4 beträgt. Der angereicherte Lösemittelstrom 117 hat eine Kohlendioxidbeladung von ungefähr 0.5 und der halb angereicherte Lösemittelstrom 118 hat eine Kohlendioxidbeladung von größer als 0.3. Der angereicherte Lösemittelstrom 117 wird in einem standardisierten

1.0 Rreuzstroniwärmeaustauscher 130 erhitzt, bevor er in den Regenerator eintritt, und sowohl der dünne Lösemittelstrom wie auch der halbdünne Lösemittelstrom werden im Kreuzstromwärmeaustauscher gekühlt. Das Kontrollelement 170 für den Lösemittelfluss ist ein statischer Mischer mit zwei Eingangsöffhungen und einer Ausgangsöffhung, durch die der gemischte Lösemittelstrom 171 das Kontrollelement für den Lösemittelfluss verlässt. Die Küliler 112 und 114 sind Standard-Seitenkühler mit Wasser als Kühlmittel oder Luftkühler. Der gekühlte gemischte Lösemittelstrom 172 ist näherungsweise 20⁰C kühler als der gemischte Lösemittelstrom 171 und wird in den Absorber durch eine Leitung 173 gefuhrt. Der mit Dampf betriebene Reboiler 122 erhitzt erneut einen Teil des dünnen Lösemittelstromes 121, bevor der dünne Lösemittelstrom in den Regenerator zurückgeführt wird. Die Pumpen 111, 113, 115, 121, und 125, Kondensatoren 116 und 123, und alle Leitungen, sind Standardelemente in Anlagen für die Behandlung von industriellen Gasen und im Stand der Technik gut bekannt.

In alternativen Aspekten des erfinderischen Gegenstandes muss der Absorber nicht auf einen statistisch gepackten Bettabsorber mit einem Durchmesser von ungefähr 20 Fuß und einer Höhe von ungefähr 70 Fuß begrenzt sein, der für die Verarbeitung von ungefähr 30 Millionen Standardkubikfuß in der Stunde ausgelegt ist, sondern kann verschiedene alternative Typen, Größen und Kapazitäten beinhalten. Wenn verringerte Materialkosten erwünscht sind, kann man sich Absorber vorstellen, die strukturierte Absorber mit gepacktem Bett beinhalten, wohingegen bei Anwendungen, die rohe Prozessgase beinhalten, oder Gase mit einem relativ hohen Anteil an Verunreinigungen, ein mit Böden versehener Absorber verwendet werden kann. Wenn relativ große Kapazitäten an Prozessgas gereinigt werden sollen, können mehrere Absorber mit gleicher oder unterschiedlicher Kapazität benutzt werden. Die vorgestellten Prozessgaskapazitäten beinhalten Flussgeschwindigkeiten von zwischen 1-50 Millionen Standardkubikfuß pro Stunde (MMSCF/hr), jedoch sind .auch hqhere FJussgeschwiadigkeiterj zwischen 50 - 100 MMSCF/hr

vorstellbar. Wenn kleinere Mengen an Prozessgas gereinigt werden sollen, sind Flussgeschwindigkeiten zwischen 0.1 - 50 MMSCF/hr und weniger vorstellbar. Folglich kann die Größe von geeigneten Absorbern zwischen 1 und 30 Fuß im Durchmesser variieren, und die Höhe kann zwischen 50 und 100 Fuß variieren.
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In Hinblick auf Prozessgas 160 ist vorstellbar, dass verschiedene Gase, anders als Rauchgas aus Verbrennungsturbinen mit einem Kohlendioxidgehalt von ungefähr 13 Mol%, ebenfalls geeignet sind.

Beispielsweise kann der Kohlendioxidgehalt in Abhängigkeit von der Brennstoffquelle und dem Verbrennungsprozess zwischen weniger als 3 Mol% und mehr als 20 Mol% variieren. Daher kann der Kohlendioxidgehalt größer als 2 Mol%, größer als 5 Mol% und größer als 10 Mol% sein. Es sollte weiterhin klar erkannt werden, dass andere Gase als Rauchgas aus einer Verbrennungsturbine vorstellbar sind, einschließlich natürlichem Gas, verschiedenen Raffineriegasen oder Gasen aus Spaltrohranlagen (steam reformers), die alle vorbehandelt oder nicht vorbehandelt sein können. Die erwogene Vorbehandlung kann daher Fraktionierung, Filtration, Gaswäsche, und eine Kombination oder Verdünnung mit anderen Gasen umfassen. Es wird weiterhin erwogen, dass der Druck des Prozessgases nicht auf 2 psig begrenzt sein muss, wenn es in den Absorber eingeführt wird, sondern auch größere Drucke aufweisen kann.

Vorstellbare höhere Drucke beinhalten Drucke von weniger als 20 psia, weniger als 50 psia, weniger als 150 psia und weniger als 300 psia.

Es ist auch vorstellbar, dass das Lösemittel in allen Lösemittelströmen nicht auf Monoethanolamin (MEA) begrenzt sein muss, sondern verschiedene alternative Lösemittel umfassen kann, einschließlich physikalischer und chemischer Lösemittel, und jede vernünftige Kombination hiervon. Beispielsweise beinhalten physikalische Lösemittel Selexol und Methanol, wohingegen chemische Lösemittel organische Amine und gemischte Amine beinhalten. Insbesondere erwogene organische Lösemittel sind MEA, Diethanolamin, Diglykolamin und Methyldiethanolamin. Es sollte weiterhin klar erkannt werden, das Co-Lösemittel in Kombination mit den erwogenen Lösemitteln ebenfalls angemessen sind. Weiterhin können die erwogenen Lösemittel Additive, einschließlich Anti-Oxidantien, Korrosionsinhibitoren und Antischäumungsrnitteln umfassen. In Hinblick auf die Kohlendioxidbeladung der verschiedenen Lösemittel sollte es erkannt werden, dass die Kohlendioxidbeladung in den verschiedenen Lösemitteln variieren. ka,nn, was hauptsächlich vom

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Kohlendioxidgehalt im Prozessgas abhängt. Daher sollen die angegebenen Daten für den dünnen Lösemittelstrom, den halbdünnen Lösemittelstrom, den halb angereicherten Lösemittelstrom und den angereicherten Lösemittelstrom nicht einschränkend sein.

Weiterhin ist in Abhängigkeit von der Natur des Prozessgases und den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Lösemittels der Strom der gasförmigen Komponente 150 nicht auf Kohlendioxid begrenzt, sondern kann Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Helium, etc. umfassen.

In weiteren alternativen Aspekten des erfinderischen Gegenstandes kann der Regenerator verschiedene Generatoren beinhalten, die sich vom Standardregenerator mit einem Durchmesser von ungefälir 10 Fuß und einer Höhe von ungefähr 50 Fuß unterscheiden. Beispielsweise können für die Reinigung von relativ geringen Mengen Prozessgas kleine Regeneratoren ausreichend sein, wohingegen für die Reinigung von relativ hohen Mengen an Prozessgas ein einzelner großer Regenerator oder mehrere Regeneratoren vorstellbar sind. Im allgemeinen ist der Regenerator in der Größe oder Anzahl nicht begrenzt, solange angemessene Regeneratoren genügende Mengen an dünnen und halbdünnen Lösemittelströmen erzeugen und die gasförmige Komponente freisetzen. Desgleichen ist der Reboiler 122 nicht auf einen mit Dampf betriebenen Reboiler beschränkt, sondern kann auch alternative Reboiler, einschließlich mit Öl beheizten, oder mit einer Flamme erhitzten oder elektrisch geheizten Reboilern sein.

In Hinblick auf das Erhitzen des angereicherten Lösemittelstromes 117 und der Kühlung des dünnen Lösemittelstromes 126 und des halbdünnen Lösemittelstromes 127 ist vorstellbar, dass verschiedene Vorrichtungen, anders als ein Kreuzstromwärmeaustauscher, geeignet sind.

Beispielsweise kann der angereicherte Lösemittelstrom 117 unter Verwendung von Resthitze aus einem dampfgetriebenen Reboiler erhitzt werden oder von Wärmequellen anders als einem Wärmeaustauscher, einschließlich heißen Flüssigkeiten, heißen Gasen und Elektrizität. Es ist insbesondere vorstellbar, dass das erhitzte angereicherte Lösemittelsystem zur Spitze eines Regenerators in einen einzigen Lösemittelstrom geführt wird. Jedoch sind auch alternative Konfigurationen vorstellbar. Geeignete Konfigurationen beinhalten das Einführen des erhitzten angereicherten Lösemittels an einer oder mehr als einer Stelle an der Seite des Regenerators.

Ähnlich kann die Abkühlung des dünnen Lösemittelstromes 126 und des halbdünnen Lösemittelstroi:aes..l27 reit einem einaigen oder zwe;· unabhängigen Kühlvorrichtungen, die

Wasser, Luft oder andere Kühlmittel benutzen, durchgeführt werden. Die Kühlvorrichtungen können auf diese Weise energetisch gekuppelt sein oder unabhängig vom Gasreinigungsverfahren sein. Obwohl die Kühler 112 und 114 vorzugsweise seitliche Kühler sind, die an den Absorber gekoppelt sind, sind verschiedene alternative Konfigurationen vorstellbar, einschließlich mehrfacher seitlicher Kühler oder einem einzigen seitlichen Kühler mit zwei unabhängigen Kanälen für die zwei Lösemittelströme. Im allgemeinen sind die Größe, die Natur des Kühlungsmittels und die Kühlungskapazität für die Kühler nicht beschränkend, solange der gekilhlte gemischte Lösemittelstrom kälter als der gemischte Lösemittelstrom und solange der gekühlte dünne Lösemittelstrom kühler ist als der dünne Lösemittelstrom.

Vorstellbare Kühler reduzieren vorzugsweise die Temperatur des dünnen Lösemittelstromes und des gemischten .Lösemittelstromes um mehr als 10⁰C, mehr bevorzugt um mehr als 25 ⁰C und am meisten bevorzugt um mehr als 5O⁰C. Es ist weiterhin vorstellbar, dass das verbindende Element 173 nicht auf eine Leitung beschränkt sein muss, sondern verschiedene Größen, Gestalten oder Formen hat, solange das verbindende Element das gekühlte gemischte Lösemittel in den Absorber leitet. Beispielsweise umfassen vorstellbare verbindende Elemente eine einfache Öffnung, ein einziges oder mehrfache Rohre oder Leitungen, die flexibel sein können oder nicht, oder ein Flansch oder andere Befestigungsmittel.

In noch weiteren alternativen Aspekten des erfinderischen Gegenstandes muss der halb angereicherte Lösemittelstrom nicht auf einen einzigen halb angereicherten Lösemittelstrom mit einer Kohlendioxidbeladung von mehr als 0.3 begrenzt sein, sondern kann mehrere halb angereicherte Lösemittelströme mit identischer oder unterschiedlicher Kohlendioxidbeladimg einschließen, solange zumindest ein Teil des halb angereicherten Lösemittelstroms mit mindestens einem Teil des halbdünnen Lösemittelstromes gemischt ist. Beispielsweise können geeignete halb angereicherte Lösemittelströme an verschiedenen Stellen des Absorbers abgezogen werden, die den gleichen vertikalen Abstand von der Spitze des Absorbers aufweisen können oder auch nicht.

In Hinblick auf das Kontrollelement 170 für den Lösemittelfluss ist es vorstellbar, dass verschiedene alternative Vorrichtungen, anders als ein statischer Mischer mit zwei Eingangsöffnungen und einer Ausgangsöffnung, ebenfalls geeignet sind, solange wie zumindest ein Teil des halbdünnen Lösemittelstromes mit mindestens einem Teil des halb angereicherten Lösemittelstro,rn,es.,gemischt .jvirtt Beispielsweise .kopften ^erpit^ eine oder mehr als eine

einfache T- oder Y-förmige Rohrverbindungen ausreichend sein, insbesondere wo Teile des Kühlers 112 bei der Mischung der beiden Lösemittelströme helfen. Wo es erwünscht ist, das Verhältnis der Mischung der beiden Lösemittelströme zu kontrollieren, sind zusätzliche Elemente, einschließlich eines Ventils für die Flusskontrolle vorstellbar. Es sollte insbesondere erkannt werden, dass eine Konfiguration, bei der ein halbdünner Lösemitteistrom mit einem halb angereicherten Lösemittelstrom gemischt wird, um einen gemischten Lösemittelstrom zu bilden, und wo der gemischte Lösemitteistrom gekühlt wird, bevor er einen Absorber eintritt, die für die Entfernung von Kohlendioxid aus dem Rauchgas erforderliche thermische Energie reduziert. Weitere Vorteile dieses Designs beinhalten einen Zunahme an Lösemittelkapazität und eine Reduktion der 2[irkulationsgeschwindigkeit der Lösemittel.

In Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm 200 eine Methode für die Entfernung einer gasförmigen Komponente aus einem Prozessgas, worin im ersten Schritt 210 ein Strom von dünnem Lösemittel und ein Strom von halbdünnem Lösemittel geliefert wird. In einem zweiten Schritt 220 wird das Prozessgas in einem Absorber mit dem Strom von dünnem Lösemittel kontaktiert und der Strom von halbdünnem Lösemittel, um einen Strom von halb angereichertem Lösemittel und einen Strom von angereichertem Lösemittel zu bilden, und in einem nachfolgenden Schritt 230 werden zumindest ein Teil des Stromes an halb angereichertem Lösemittel und zumindest ein Teils des Stromes an halbdünnem Lösemittel kombiniert, um einen gemischten Lösemitteistrom zu bilden. In einem weiteren Schritt 240 wird der gemischte Lösemittelstrom gekühlt und der gekühlte gemischte Lösemittelstrom wird in den Absorber eingeführt, um die gasförmige Komponente zu absorbieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen sowohl der Strom an dünnem Lösemittel wie auch der Strom an halbdünnem Lösemittel MEA als Lösemittel und werden beide durch einen Regenerator produziert. Das Prozessgas ist ein unter niedrigem Druck befindliches Rauchgas von einer Verbrennungsturbine mit einem Druck von weniger als 20 psia, wenn es in den Absorber gefühlt wird, und die gasförmige Komponente im Rauchgas ist Kohlendioxid mit einer Konzentration von typischerweise weniger als 20 Mol% und noch typischer von weniger als 10 Mol%. Das unter niedrigem Druck stehende Rauchgas (d.h. weniger als 100 psia, wenn es in den Absorber geführt wird) wird im Absorber mit einem Gegenstrom von dünnem Lösemittel mit einer Kohlendioxidbelastung von ungefähr 0.2 und einem Strom von halbdünnem Lösemittel mit einem Kohlendioxidgehalt von ungefähr 0.4, um einen Strom von halb angereichertem Lösemittel mit .einer Kßhlendiaddbeladung von«mehr als «0.3 und einen Strom von

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angereichertem Lösemittel mit einer Kohlendioxidbeladung von ungefähr 0.5 zu erzeugen. Anschließend werden der Strom an halb angereichertem Lösemittel und der Strom von halbdünnen Lösemittel in einem statischen Mischer kombiniert, um einen gemischten Lösemittelstrom zu bilden. Anschließend wird der gemischte Lösemittelstrom mit einem seitlichen Kühler gemischt, um einen gekühlten gemischten Lösemittelstrom zu bilden, und der gekühlte gemischte Lösemittelstrom wird dann in den Absorber geleitet.

In Hinblick auf identische Komponenten zwischen der bevorzugten Methode von Figur 2 und bevorzugten Komponenten von Figur 1 sind die gleichen Erwägungen wie zuvor diskutiert anwendbar.

Daher wurden spezifische Ausfuhrungsformen und Anwendungen von verbesserten Methoden und ein Apparat für die Entfernung einer gasförmigen Komponente aus einem Prozessgas offenbart. Es sollte fur den auf dem Gebiet bewanderten Fachmann jedoch offensichtlich sein, dass zusätzlich zu den bereits beschriebenen viel mehr Modifikationen möglich sind, ohne dass von den vorliegenden erfinderischen Konzepten abgegangen wird. Der erfinderische Gegenstand sollte daher nicht beschränkt werden, ausgenommen im Geist der angehängten Ansprüche. Darüber hinaus sollten bei der Interpretation der Beschreibung und der Ansprüche alle Ausdrücke auf breitest mögliche Art, die im Zusammenhang konsistent ist, interpretiert werden. Insbesondere sollten die Ausdrücke &ldquor;umfasst" und &ldquor;umfassend" auf eine nichtausschließliche Art als Verweis auf Elemente, Komponenten oder Schritte interpretiert werden, und angeben, dass die in Bezug genommenen Elemente, Komponenten oder Schritte vorliegen, benutzt oder mit anderen Elementen, Komponenten, oder Schritten kombiniert werden können, auf die nicht ausdrücklich verwiesen ist.

Claims

1. Eine Wiederaufbereitungsanlage, die aus einem Prozessgas eine gasförmige Komponente wiedergewinnt, umfassend:
einen Absorber, der ein dünnes Lösemittel und ein halbdünnes Lösemittel verwendet, welche die gasförmige Komponente aus dem Prozessgas absorbieren, wodurch ein angereichertes Lösemittel, ein halb angereichertes Lösemittel und ein dünnes Prozessgas produziert wird;
einen Regenerator, der fluid mit dem Absorber gekoppelt ist, worin der Regenerator die gasförmige Komponente aus dem reichen Lösemittel absorbiert, wodurch das dünne Lösemittel und das halbdünne Lösemittel regeneriert wird;
ein Kontrollelement für den Lösemittelfluss, das fluid mit dem Absorber gekoppelt ist, das mindestens einen Teil des halb angereicherten Lösemittels mit mindestens einem Teil des halbdünnen Lösemittel kombiniert, um ein gemischtes Lösemittel zu bilden;
einen Kühler; der fluid mit dem Absorber gekoppelt ist, wobei der Kühler das gemischte Lösemittel kühlt; und
ein verbindendes Element, welches das gekühlte gemischte Lösemittel in den Absorber einführt.

2. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin das Prozessgas ein Rauchgas aus einer Verbrennungsturbine umfasst.

3. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin das Prozessgas einen Druck von weniger als 20 psia aufweist, wenn es in den Absorber eingeführt wird.

4. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin das Prozessgas einen Druck von weniger als 300 psia aufweist, wenn es in den Absorber eingeführt wird.

5. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin die gasförmige Komponente Kohlendioxid ist.

6. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 5, worin das Kohlendioxid im Prozessgas eine Konzentration von mehr als 10 Mol% hat.

7. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 5, worin das Kohlendioxid im Prozessgas eine Konzentration von mehr als 5 Mol% hat.

8. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 5, worin das Kohlendioxid im Prozessgas eine Konzentration von mehr als 2 Mol% hat.

9. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin das Lösemittel ein chemisches Lösemittel umfasst.

10. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 9, worin das chemische Lösemittel mindestens eines von einem organischen Amin und einem gemischten Amin umfasst.

11. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 9, worin das chemische Lösemittel ausgewählt ist aus der Gruppe die besteht aus Monoethanolamin, Diethanolamin, Diglykolamin, und Methyldiethanolamin.

12. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 9, worin das chemische Lösemittel Monoethanolamin ist.

13. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin das angereicherte Lösemittel in einem einzigen angereicherten Lösemittelstrom in die Spitze des Regenerators gegeben wird.

14. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin der Kühler die Temperatur des gemischten Lösemittels um mehr als 50°C senkt.

15. Die Wiedergewinnungsanlage von Anspruch 1, worin der Kühler die Temperatur des gemischten Lösemittels um mehr als 10°C senkt.