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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer nicht-entflammbaren,
wässrigen
Monoethanolaminlösung
in einer Kohlendioxid-Rückgewinnungsanlage.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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In
den vergangenen Jahren erfuhr der Treibhauseffekt des Kohlendioxids
eine Aufmerksamkeit als Faktor, der für das globale Erwärmungsphänomen verantwortlich
ist, wobei intensiv nach Gegenmaßnahmen durch weltweite Anstrengungen
gesucht wurde, um die Umwelt der Erde zu schützen. Die Quelle des Kohlendioxids
ist in jedem Gebiet der menschlichen Aktivitäten allgegenwärtig, die
die Verbrennung von fossilen Brennstoffen umfassen, wobei ein Trend
hinzu strengeren Emissionskontrollen des Kohlendioxids bestehen. Hinsichtlich
dieser werden Energiestudien erstellt, die mit der Wiedergewinnung
von Kohlendioxid aus Verbrennungsgasen befasst sind, insbesondere
mit jenen, die von stromgewinnenden Anlagen, wie beispielsweise
Dampfkraftanlagen emittiert werden, die große Volumen an fossilen Brennstoffen
verbrennen und mit der Lagerung des wiedergewonnen Kohlendioxid
ohne es in die Atmosphäre
freizusetzen.
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Als
ein Weg zur Wiedergewinnung des Kohlendioxids aus Verbrennungsgasen,
die Kohlendioxid umfassen, wurde ein in 6 dargestelltes System vorgeschlagen. 6 zeigt lediglich die Hauptbestandteile unter
Auslassung von Hilfsausstattungen.
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6 zeigt einen turbinen-getriebenen
Generator 2, wobei Dampf, welcher durch einen Boiler 1 hergestellt
wurde, über
eine Leitung 3 zur Stromerzeugung geleitet wird. Das in
dem Boiler 1 emittierte Verbrennungsgas wird durch die
Leitung 4 in einen Kühler 5 geleitet,
wo es durch Kontakt mit Kühlwasser
gekühlt
wird, wonach das gekühlte
Gas über
die Leitung 6 zu einem Absorber 7 transferiert
wird. Der Absorber 7 wird von oben mit einer wässrigen
Lösung
von Monoethanolamin mit einer Konzentration von etwa 20 bis etwa
30 Gew.-% über
die Leitung 8 gespeist. Die wässrige Monoethanolaminlösung wird
im Gegenstrom mit dem Verbrennungsgas in Kontakt gebracht, nimmt
das Kohlendioxid aus dem Gas auf und als eine wässrige Monoethanolaminlösung umfassend
das absorbierte Kohlendioxid fließt es aus dem Fuß der Absorberkolonne 7 und wird
durch die Leitung 9 zu einem wässrigen Monoethanolaminregenerator 10 geleitet.
Das Verbrennungsgas, aus welchem das Kohlendioxid durch Absorption
entfernt wurde, wird aus der Spitze des Absorbers 7 in
die Atmosphäre
durch die Leitung 11 entlassen.
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Innerhalb
des wässrigen
Monoethanolaminregenerators 10 wird die wässrige Monoethanolaminlösung, die
das Kohlendioxid absorbierte, durch Erhitzen mit Dampf aus einem
Nacherhitzer 13 rgeneriert, wobei die regenerierte Lösung in
den Absorber 7 über
die Leitung 8 zurückgeführt wird.
Das Kohlendioxid wird durch die Leitung 14 in ein Wiedergewinnungsschritt
geleitet. Falls notwendig, kann ein Wärmetauscher installiert werden,
um einen Wärmeaustausch
zwischen den Leitungen 8 und 9 zu bewirken. Für eine Wärmezuführung zu
dem Nacherwärmer 13 wird
entweder durch den Boiler 1 hergestellter Dampf oder Niedrigdruck-Seitenstromdampf,
der aus dem turbinen-getriebenen Generator 2 extrahiert
wird, durch die Leitung 12 zum Nacherwärmer geführt.
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Während die
Wärmegewinnung
fortschreitet, wird das Kohlendioxid in dem oben beschriebenen System
durch Absorption aus dem Verbrennungsgas wiedergewonnen, wobei die
Menge an Dampf, der durch den Nacherwärmer 13 verbraucht
wird, mindestens etwa 20% der Gesamtdampfproduktion durch den Boiler 1 beträgt. Andererseits
variiert die Nachfrage an Elektrizität über den Tag in einem großen Bereich.
Die Nachfrage ist insbesondere tagsüber, von etwa 10 Uhr am Morgen
bis etwa 5 Uhr am Nachmittag besonders hoch. Daher ist es wichtig
die Stromproduktion für
diese Spitzenzeit ausreichend hoch zu halten. Wie zuvor ausgeführt, wird etwa
20% der Dampfproduktion für
die Krafterzeugung für
die Regeneration der wässrigen
Monoethanolaminlösung
benötigt,
wobei eine Verminderung der Stromerzeugung einhergeht. Übereine
Lösung
dieses Problems wurde nachgedacht.
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Des
weiteren wurde vor dem vorliegenden öffentlichen Interesse hinsichtlich
der Wiedergewinnung von Kohlendioxid, das in Verbrennungsgasen enthalten
ist, Monoethanolamin verwendet, um Kohlendioxid aus verbrennbaren
Gasen, wie beispielsweise natürlichem
Gas, Ammoniumgas und Wasserstoffgas zu entfernen, und ist immer
noch für
diese Zwecke in Gebrauch. Monoethanolamin wird gewöhnlich in
niedriger Konzentration in wässriger
Lösung
umfassend 40 Gew.-% oder weniger eingesetzt und ist an sich nicht
entflammbar. Entflammbar ist die Stammlösung, die zum Ergänzen des
Monoethanolamins verwendet wird, das während dem Wiedergewinnen des
Kohlendioxids verbraucht wurde, oder zum Einstellen der Konzentration
der Absorptionslösung.
Die Stammlösung
wird üblicherweise
entweder in Form einer hochkonzentrierten wässrigen Lösung oder unverdünnt, 100%
Monoethanolamin in einem Tank oder ähnlichem innerhalb der Wiedergewinnungsanlage
gelagert. Zum Minimieren des Volumens des Tanklagers wird die Lagerung
vorzugsweise in unverdünnter Form
vorgenommen. Jedoch hat das 100%ige Monoethanolamin eine Verfestigungstemperatur
von 10,5°C, und
um eine Verfestigung während
kaltem Wetter zu vermeiden, wird es manchmal durch eine entflammbare wässrige Lösung mit
einer hohen Konzentration von etwa 85 Gew.-% (nicht gefrierbarer
Typ) gelagert. Soweit die Ausrüstung
zum Wiedergewinnen des Kohlendioxids aus verbrennbaren Gasen hinsichtlich
des obigen bezogen ist, wird diese vorzugsweise zum Behandeln von
verbrennbaren Gasen entworfen, wobei alle Motoren, Messinstrumente,
elektrische Einrichtungen usw. explosionsfest hergestellt werden.
Feuerlöscheinrichtungen werden
natürlich
ebenfalls zur Verfügung
gestellt. Dementsprechend war es nicht notwendig einen zusätzlichen
Schutz gegen Explosionsgefahren durch die Lagerung der entflammbaren Stammlösung des
Monoethanolamins bei solch hohen Konzentrationen zu berücksichtigen.
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Jedoch,
wie zuvor beschrieben, gewinnt die Absorption von Kohlendioxidgas
aus Verbrennungsgasen mehr Aufmerksamkeit, wobei die folgenden Probleme
festgestellt wurden. Das ist, dass die Situation für eine Ausrüstung zum
Absorbieren des Kohlendioxids aus einem Verbrennungsgas vollständig unterschiedlich
von der ist, bei der ein konventioneller Apparat zum Wiedergewinnen
von Kohlendioxid aus verbrennbaren Gasen ist. Das Gas, das behandelt
wird, ist von der Natur aus nicht entflammbar. Praktisch das einzige
entflammbare Mittel, das eine explosionsfeste Geräte und Feuerlöscheinrichtungen
benötigt
ist die Stammlösung
des Monoethanolamins zur Verwendung in der Ergänzung des Monoethanolamins,
das zum Wiedergewinnen des Kohlendioxids verbraucht wurde, oder
zur Verwendung zur Einstellung der Konzentration dieser Lösung. Da
jedoch die entflammbare Stammlösung
gelagert und innerhalb der Kohlendioxidwiedergewinnungsanlage verwendet
wird, muss diese viele Komponenten aufweisen, die gegen Explosionen
schützt,
wobei Feuerlöschgeräte wie in
dem Fall der oben erwähnten
Ausrüstung
zum Wiedergewinnen des Kohlendioxid aus verbrennbaren Gasen eingesetzt
werden. Überflüssig zu
sagen, dass die Verwendung von explosionsfesten Motoren, Messgeräten und
elektrischen Einrichtungen plus Vorlöschgeräte in etwa soviel kostet, wie
das Absorptionssystem ohne Explosionsschutz.
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Des
weiteren wurden hinsichtlich der Temperatur des Verbrennungsgases
die folgenden Probleme festgestellt, wenn Kohlendioxidgas aus Verbrennungsgas
unter Verwendung einer Monoethanolaminlösung absorbiert wurde.
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3 zeigt die Sättigungskurve
mit einem Partialdruck des Kohlendioxids von 8 Vol.-% der Atmosphäre, wenn
eine wässrige
Lösung
von Monoethanolamin mit einer Konzentration von etwa 30 Gew.-% zur
Absorption von Kohlendioxid enthaltend im Verbrennungsgas verwendet
wird. Die Abszisse der 3 ist
die Temperatur (°C)
und die Ordinate ist die Zahl an Molen an absorbiertem Kohlendioxid
pro Moleinheit an Monoethanolamin. Aus 3 wird offensichtlich, dass je geringer
die Temperatur des Kohlendioxid ist, das in Kontakt mit der Lösung kommt,
desto höher
ist die Menge an durch die wässrige
Monoethanolaminlösung
absorbiertem Kohlendioxid. Ein weiterer Grund weswegen eine geringe
Gastemperatur bevorzugt ist, wenn das Gas mit der wässrigen
Monoethanolaminlösung
in Kontakt tritt, ist dass die Absorption von Kohlendioxid durch
die Monoethanolaminlösung
eine Erwärmung
mit sich bringt. Es wurde daher angenommen, dass es notwendig ist, das
Gas zu kühlen,
beispielsweise auf einem Bereich von etwa 30 bis etwa 50°C. Dementsprechend
wurde in üblichen
Ausrüstungen
zum Wiedergewinnen von Kohlendioxid aus Verbrennungsgasen teure
Gaskühlungsinstallationen
eingesetzt.
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Der
Betrieb der Wiedergewinnungseinrichtung ist ebenfalls kostenintensiv,
weil ein Wärmeaustauscher
oder ähnliches
eingesetzt werden muss, um das Kühlwasser
für solche
Gaskühleinrichtungen
zu kühlen. Insbesondere
zeigen Verbrennungsgase von einem Boiler oder anderem Ofen, der
natürliches
Gas verbrennt, Probleme, die nicht bei Verbrennungsgasen von der
Verbrennung von Kohle oder Schweröl auftreten. Beispielsweise
kühlt die
Gastemperatur nicht leicht ab, wobei lediglich ein Befeuchten erzielt
wird, welches durch das Kontaktieren des Gases mit Kühlwasser
erzielt wird; das Gas muss durch In-Kontakt-Bringen mit Wasser gekühlt werden,
welches insbesondere unter Verwendung eines Wärmeaustauschers gekühlt wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme, die mit der Elektrizitätsgewinnung
bei gleichzeitiger Wiedergewinnung des Kohlendioxids durch Absorption
aus dem Verbrennungsgas des Boilers in einem solchen System wie
in 6 gezeigt, erzielt
wird, haben die Erfinder umfangreiche Untersuchungen für eine Lösung vorgenommen.
Als Ergebnis wurde nun festgestellt, dass das Problem durch zur
Verfügung
stellen der Verwendung gemäß Anspruch
1 gelöst
werden kann.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verminderung der Entflammbarkeit
von einer Monoethanolaminlösung,
die zur Absorption des Kohlendioxids verwendet wird.
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Im
Hinblick auf die Situation mit der Ausrüstung zur Absorption des Kohlendioxids
aus Verbrennungsgasen haben die vorliegenden Erfinder umfangreiche
Untersuchungen an dem Monoethanolamin vorgenommen, dass als Stammlösung für die Absorptionslösung eingesetzt
wurde. Als ein Ergebnis haben sie nun festgestellt, dass die oben
erwähnte
wässrige
Lösung
mit einer Konzentration von etwa 85 Gew.-% durch Verdünnen mit
einer geringen Menge an Wasser feuerfest gemacht werden kann, und
dass der Einsatz dieser nicht-entflammbaren
wässrigen
Monoethanolaminlösung
auf einfache Weise die obigen Probleme löst. Dies führte die Erfinder zum dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft dementsprechend ein Verfahren zur
Wiedergewinnung von Kohlendioxid aus einem Verbrennungsgas, welches
Kohlendioxid enthält,
unter Verwendung einer wässrigen
Lösung von
Monoethanolamin als Absorptionslösung,
gekennzeichnet durch die Verwendung einer nicht-entflammbaren wässrigen
Monoethanolaminlösung
als Stammlösung
zur Ergänzung
oder zur Einstellung der Konzentration der Absorptionslösung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine schematische
Darstellung eines Kraftwerks, das mit einer Kohlendioxidwiedergewinnungsanlage
ausgerüstet
ist;
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2 ist eine schematische
Darstellung einer beispielhaften Wiedergewinnungsanlage zum Wiedergewinnen
von Kohlendioxid;
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3 ist eine schematische
Darstellung einer beispielhaften Wiedergewinnungsanlage zur Wiedergewinnung
von Kohlendioxid;
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4 ist eine Zeichnung, ist
eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Gaskontaktierungstemperatur
(als Abszisse) und die Menge an Absorption durch die wässrige Monoethanolaminlösung (als
Ordinate, in Molzahlen an Kohlendioxid, welches pro Mol der Monoethanolamin
in der Lösung
absorbiert wurde) erzielt durch die Ausrüstung der 3 in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 ist eine Grafik, die die
Sättigungskurve
mit Kohlendioxid einer wässrigen
Monoethanolaminlösung
zeigt; und
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6 ist eine schematische
Darstellung eines Beispiels einer konventionellen Kraftwerks mit
einer Kohlendioxidwiedergewinnungsausrüstung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformel
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Ein
Kraftwerk mit einer hierin angeschlossenen Kohlendioxidgewinnungsanlage
ist beispielhaft in 1 dargestellt.
Nur die Hauptkomponenten sind gezeigt und die Hilfsausstattungen
sind nicht dargestellt. Wo notwendig sind Ventile, Pumpen, Wärmeaustauscher,
usw. installiert. Die Teile, die jenen die in 6 ähnlich
sind, sind mit ähnlichen
Nummern bezeichnet.
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1 zeigt einen Tank 15 als
Lagereinheit für
die Kohlendioxid absorbierende Lösung
mit absorbiertem Kohlendioxid und einen Tank 16 als Lagereinheit
für die
regenerierte Kohlendioxidabsorptionslösung. Diese Einheiten ermöglichen
dem Absorber 7 als Kohlendioxidabsorber Tag und Nacht zu
arbeiten, solange die Stromerzeugung vonstatten geht. Jedoch wird
die Absorptionslösung,
die Kohlendioxid absorbiert hat, nicht während der Zeitspanne, beispielsweise
tagsüber.
wenn die Stromproduktion knapp wird im Vergleich zum ansteigenden
Bedarf, regeneriert. Dementsprechend wird tagsüber kein Dampf aus der Leitung 12 entnommen und
die Erzeugung von Strom kann entsprechend gesteigert werden. Während dieser
Zeitspanne wird die kohlendioxidenthaltende Absorptionslösung aus
dem Absorber 7 in dem Tank 15 gelagert und während einer
Zeitspanne mit niedrigem Bedarf, beispielsweise bei Nacht, wird
der Regenerator 10 zur Regeneration betrieben. Der periodische
Betrieb des Regenerators 10 macht die Einrichtung des Tanks 16 zur
Lagerung der regenerierten Kohlendioxidabsorptionslösung notwendig.
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Die
Kapazitäten
dieser Tanks variieren teilweise mit den tatsächlichen Unterschieden des
Strombedarfs zwischen Tag und Nacht. Im Allgemeinen haben diese
Tanks vorzugsweise Kapazitäten,
um zumindest ein Drittel bis eine Hälfte der täglichen Bearbeitungskapazitäten des
Absorbers 7 beziehungsweise des Regenerators 10 zu
fassen.
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Beispiele
der Kohlendioxidabsorptionslösung
umfassen wässrige
alkalische Lösungen,
wie jene von sterisch gehinderten Aminverbindungen und Kaliumcarbonat;
wässrige
Alkanolaminlösungen,
wie beispielsweise von Monoethanolamin, Diethanolamin, Trieethanolamin,
Methyldiethanolamin, Diisopropanolamin und Diglycolamin; und Mischungen
dieser wässrigen
Lösungen.
Vorzugsweise wird eine wässrige
Monoethanolaminlösung
eingesetzt.
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Die
vorliegende Erfindung macht den Einsatz der Tanks 15 und 16 zusätzlich zu
den konventionellen Anlagen notwendig, die in 6 dargestellt sind. Jedoch ist es sinnvoll
erwähnt
zu werden, dass der ökonomische
Vorteil einer verstärkten
Stromerzeugung tagsüber,
wenn der Bedarf stark unterschiedlich ist, die Nachteile einer Zusatzinvestition
bezüglich
der Tanks aufwiegt. Gegenwärtig
ist bekannt, dass der Aufbau eines Kraftwerks, beispielsweise eines
600 MW Kraftwerks etwa hunderttausend Yen pro Kilowatt erzeugter Leistung
kostet. Des weiteren werden 30% des Niedrigdruckdampfes zur Regeneration
der kohlendioxidenthaltenden Absorptionslösung hergestellt. Unter Berücksichtigung
dieses schätzen
wir, dass der Einbau der vorliegenden Erfindung es dem Kraftwerk
ermöglicht,
10% mehr Elektrizität
zu generieren, so dass es möglich ist,
etwa sechs Milliarden Yen auf die Investition der Installation wiederzugewinnen.
Der Zusatz von zwei Tanks, beispielsweise, mit einer jeweiligen
Kapazität
von etwa 40.000 m3 einer kohlendioxidabsorbierenden Lösung, wie
beispielsweise einer wässrigen
Monoethanolaminlösung,
beinhaltet eine Ausgabe von etwa einer Milliarde Yen. Es ist klar,
dass die vorliegende Erfindung eine wesentliche Verringerung der
Kosten ermöglicht.
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Wie
zuvor im Detail beschrieben, ist es für ein Kraftwerk möglich, welches
Strom erzeugt und welches einen Kohlendioxidabsorber zum Entfernen
des Kohlendioxid aus dem Verbrennungsgas verwendet, dass dieses
effizient und so betrieben werden kann, dass es tagsüber auf
einen erhöhten
Strombedarf tagsüber
eingestellt wird.
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2 zeigt ein Beispiel einer
Ausrüstung,
die in dem Verfahren der Erfindung zur Absorption des Kohlendioxids
aus Verbrennungsgasen enthaltend Kohlendioxid eingesetzt werden
kann. Lediglich Hauptvorrichtungen sind gezeigt, wobei Pumpen und
andere Hilfskomponenten in 2 ausgelassen
sind.
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Verbrennungsgas
wird über
die Leitung 5 in ein Verbrennungsgaskühler 21 geleitet,
wo es gekühlt
und über
die Leitung 26 in einen Absorber 22 geführt wird.
In den Absorber 22 wird von oben eine wässrige Lösung von Monoethanolamin mit
einer Konzentration von etwa 20 bis 30 Gew.-% über die Leitung 29 gegeben.
Die Monoethanolaminlösung
fällt im
Gegenstrom und kontaktiert das Verbrennungsgas, nimmt Kohlendioxid
aus dem Gas auf und fließt
als eine wässrige
Monoethanolaminlösung
enthaltend das absorbierte Kohlendioxid aus dem Fuß der Absorberkolonne
und wird über
die Leitung 27 zu einem wässrigen Monoethanolaminregenerator 23 geleitet.
Das Verbrennungsgas, aus dem Kohlendioxid durch Absorption entfernt
wurde, wird aus der Spitze des Absorbers 22 in die Atmosphäre über die
Leitung 28 geführt.
Dampf aus einem Nacherhitzer 32 wird durch den wässrigen
Monoethanolaminregenerator 23 geleitet und regeneriert
die wässrige
Monoethanolaminlösung.
Die regenerierte Lösung
wird zum Absorber 22 über die
Leitung 29 zurückgeführt. Das
Kohlendioxid wird über
die Leitung 30 zu einem Wiedergewinnungsverfahren geleitet.
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Während dieses
Kohlendioxidabsorptions-Wiedergewinnungssystem betrieben wird, geht
das Monoethanolamin allmählich
durch Abbauprodukte oder teilweise durch Mitströmen mit dem ausströmenden Gas verloren.
Zum Ausgleich dieses Verlusts wird beispielsweise eine Stammlösung von
Monoethanolamin aus dem Tank 24 zur Verfügung gestellt
und wahlweise wird Verdünnungswasser
aus dem Tank 31 in die Leitung 27 eingespeist.
Die Monoethanolaminstammlösung
wird üblich
zur Befüllungung
durch ein Tankwagen oder ähnlichem
geliefert.
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Die
vorliegende Erfindung ist durch die Verwendung einer nicht-entflammbaren
Monoethanolaminlösung
als Stammlösung
anstatt der konventionellen Monoethanollösung gekennzeichnet, welches
im wesentlichen das einzige entflammbare Material in einer Kohlendioxidwiedergewinnungsanlage
ist. Soweit die Monoethanolaminstammlösung, die im Tank 24 für die Nachfolgeverwendung
enthalten ist, nicht entflammbar ist, ist das gesamte Kohlendioxidwiedergewinnungssystem
frei von entflammbaren Materialien. Dies macht es praktisch unnötig Vorsichtsmaßnahmen
zur Handhabung entflammbarer Materialien zu treffen. Dementsprechend ist
es nicht notwendig, dass alle Motoren, Messinstrumente, elektrische
Einrichtungen usw., die eingesetzt werden, explosionsfest sind,
und Feuerlöscheinrichtungen
sind nicht weiter notwendig. Obwohl die vorliegende Erfindung einen
etwas größeren Tank
notwendig macht als üblicherweise
für die
Monoethanolstammlösung ist
dieser Nachteil gering verglichen mit der großen Sicherheit und dem ökonomischen
Gewinn der Herstellung der gesamten Ausstattung ohne Flammschutzmaßnahmen.
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Die
in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Monoethanolaminstammlösung ist
eine nicht-entflammbare wässrige
Lösung.
Die Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen der Monoethanolaminkonzentration
in der wässrigen
Lösung
und die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Flammpunkt
und der Feuerpunkt. Tabelle
1
- *
- nicht untersucht
- **
- fing kein Feuer, konnte
dementsprechend nicht gemessen werden
-
Der
Flammpunkt wurde gemäß dem Cleveland-Verfahren
gemessen. Die Tabelle zeigt, dass die maximale Konzentration an
Monoethanolamin bis zu der die wässrige;
Lösung
nicht entflammbar bleibt, in etwa zwischen 75% und 80% beträgt. Es ist
leicht zu verstehen, dass die maximale Konzentration leicht durch
Verdünnen
einer wässrigen
Monoethanolaminlösung
mit einer Konzentration von etwa 85 Gew.-% (nicht gefrierender Typ)
oder einer Lösung
mit einer verminderten Verfestigungstemperatur, die häufig in üblichen
Ausstattungen für
Kohlendioxidwiedergewinnung aus verbrennbaren Gasen eingesetzt wird,
mit einer geringen Menge an Wasser erhalten werden kann. Die in
dieser Erfindung eingesetzte Stammlösung ist einsetzbar, falls
diese nicht-entflammbar ist und eine genügend hohe Konzentration zur
Verwendung als Absorptionslösung
aufweist. Um das Volumen des Lagertanks für die Stammlösung zu
minimieren und gleichzeitig genügend
Sicherheit zu bieten, ist es wünschenswert
eine wässrige
Monoethanolaminlösung
mit einer Konzentration von über 70
bis 75 Gew.-% einzusetzen.
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Wie
zuvor dargelegt, bringt die Verwendung einer nicht-entflammbaren
wässrigen
Monoethanolaminlösung
hergestellt gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung als Stammlösung für die Lösung zur Absorption des Kohlendioxids
aus einem Verbrennungsgas eine spürbare Verbesserung in der Sicherheit
der Kohlendioxidswiedergewinnungsanlage gegen Feuergefahren mit
sich. Alle Motoren, Messinstrumente, elektrische Einrichtungen usw.
benötigen
keinen Explosionsschutz. Zusätzlich
sind Feuerlöscheinrichtungen
nicht länger
notwendig.
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3 zeigt, als ein Beispiel,
eine Ausstattung, die in dem Verfahren gemäß im vierten bis sechsten Gesichtspunkt
der Erfindung zur Wiedergewinnung von Kohlendioxid durch Absorption
aus Verbrennungsgas, welches Kohlendioxid umfasst, eingesetzt werden
kann. Lediglich die Hauptvorrichtungen sind gezeigt und Hilfskomponenten
sind in 3 ausgelassen.
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Für das Verfahren
zur Wiedergewinnung des Kohlendioxids ist es wichtig, dass das Verbrennungsgas in
Kontakt mit einer wässrigen
Monoethanolaminlösung
gebracht wird, nachdem das Gas auf eine Temperatur im Bereich von über 50°C bis 80°C, vorzugsweise
von 55°C
bis 80°C
eingestellt wurde. Die Temperatureinstellung, um diese in den Bereich
von 50°C
bis 80°C
zu bringen, wird wünschenswert
durch Nasskühlung
ausgeführt,
wobei ein Apparat, wie beispielsweise ein Kühler 41, gezeigt in 3, eingesetzt wird, wobei
die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Verbrennungsgas aus
einem Boiler oder ähnlichem
wird über
einen Kamin geführt
und eingeleitet, üblich
bei 100°C
bis 150°C,
in einen Verbrennungsgaskühler 41 über eine
Leitung 45. Das Gas wird in dem Kühler befeuchtet und durch Gegenstrom
mit Wasser in Kontakt gebracht, welches durch Leitung 53 mit
einer Pumpe 52 zirkuliert wird.
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Es
ist nicht notwendig das Gas durch den Kühler 41 unterhalb
auf einem Bereich von 30°C
bis 50°C zu
kühlen,
wie dies in üblichen
Verfahren notwendig ist. Das Gas muss nicht unterhalb des Bereiches
von über 50°C bis 80°C gekühlt werden.
Der Wärmeaustauscher,
der konventionell benötigt
wird, ist in Leitung 53 nicht notwendig; gemäß der vorliegenden
Erfindung zirkuliert in der Leitung lediglich Wasser in flüssiger Form.
Das Wasser ist nicht auf frisches Wasser aus Flüssen begrenzt, sondern kann
auch Meerwasser sein. Der Wasserverlust, der durch das Nasskühlen bedingt
ist, wird durch Leitung 55 in die Leitung 53 von
einer Quelle, die nicht gezeigt ist, ergänzt. Der Kühler 41 bringt lediglich
das Wasser und das Gas in Kontakt, wobei das Vorhandensein von Packmaterialien
oder ähnlichem
in der Kolonne kein Erfordernis ist. Die Gastemperatur am Ausgang
des Kühlers
kann durch die Menge an Wasser eingestellt werden, welches durch
die Pumpe 52 zirkuliert wird.
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Das
nass auf eine Temperatur im Bereich von über 50°C bis 80°C gekühlte Gas wird durch die Leitung 46 in
einen Absorber 42 transferiert. Der Absorber 42 wird
von oben mit einer wässrigen
Lösung
von Monoethanolamin mit einer Konzentration von etwa 20 bis 30 Gew.-% über die
Leitung 49 beschickt. Die wässrige Monoethanolaminlösung fällt im Gegenstrom,
wobei es das Verbrennungsgas kontaktiert, nimmt Kohlendioxid aus
dem Gas auf und fließt
aus dem Fuß der
Kolonne als eine wässrige
Monoethanolaminlösung
enthaltend das absorbierte Kohlendioxid und wird durch die Leitung 47 zu
einem wässrigen
Monoethanolaminregenerator 43 geleitet. Das Verbrennungsgas,
aus dem das Kohlendioxid durch Absorption entfernt wurde, wird von
der Spitze des Absorbers 42 in die Atmosphäre über die
Leitung 48 freigesetzt. Erwärmen mit Dampf aus einem Nacherhitzer 54 regeneriert
die wässrige
Monoethanolaminlösung
in dem wässrigen
Monoethanolaminregenerator 43, und die regenerierte Lösung wird
in den Absorber 42 über
die Leitung 49 zurückgeführt. Kohlendioxid
wird durch die Leitung 50 zu einer Wiedergewinnungsstation
geleitet.
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Während dieses
Kohlendioxidabsorptionswiedergewinnungssystem betrieben wird, geht
Monoethanolamin allmählich
aus dem System verloren, teilweise durch das freiwerdende Gas oder
teilweise als Nebenprodukt durch Abbau. Zum Ausgleich des Verlusts,
wird eine Stammlösung
von Monoethanolamin beispielsweise aus einem Tank 44 zugeführt, und
wahlweise wird Verdünnungswasser
aus einem Tank 51 zur Verfügung gestellt, beide durch
die Leitung 47.
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Wie
zuvor beschrieben, bringt der Kühler 41 lediglich
heißes
Gas und Wasser in Kontakt, wodurch das Gas nass auf dem Bereich
von über
50°C bis
80°C gekühlt wird.
Obwohl die Sättigungskurve
der wässrigen Monoethanolaminlösung mit
Kohlendioxid, die in 5 gezeigte
Tendenz aufweist, zeigt die wässrige
Monoethanolaminlösung
eine größere Kohlendioxidabsorptionskapazität bei Kontakt
mit dem Gas bei einer relativ hohen Temperatur, als wenn diese mit
einem Gas bei geringer Temperatur in Kontakt steht. Dies ist vermutlich zu
einem großen
Maß auf
die Kohlendioxidabsorptionsgeschwindigkeit der wässrigen Monoethanolaminlösung zurückzuführen.
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Das
lediglich durch Befeuchten gekühlte
Gas mit einer noch relativ hohen Temperatur kann in Kontakt mit
der wässrigen
Monoethanolaminlösung
gebracht werden. Dementsprechend benötigt die Leitung 53 keine Wärmetauscher
zur Kühlung
des zirkulierenden Wassers. Dies führt zu einer wesentlichen Reduktion
der Ausrüstungs-
und Betriebskosten.
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4 zeigt die Ergebnisse der
Untersuchungen, die hinsichtlich der Beziehung von der Temperatur des
Verbrennungsgases, das durch nasses Kühlen unter Verwendung der in 3 gezeigten Vorrichtung
gekühlt
wurde, und der durch eine wässrige
Monoethanolaminlösung
absorbierten Menge an Kohlendioxid. Die Abszissen- und Ordinateneinheiten
in 4 sind die gleichen
wie jene, die in 5 verwendet
wurden.
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Die
nassgekühlte
Temperatur des Gases wurde durch die Menge an zirkulierendem Wasser
eingestellt.
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Die
verwendeten experimentellen Bedingungen waren wie folgt:
| 1)
Gaszusammensetzung in Volumen-% | |
| Kohlendioxid: | 8,55 |
| Sauerstoff: | 2,41 |
| Stickstoff: | 71,77 |
| Wasserdampf: | 17,27 |
| 2)
Gastemperatur in Leitung 45 : | 100°C |
| 3)
Monoethanolaminkonzentration in wässriger Lösung in Leitung 49: | 30
Gew.-% |
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Wie
in 4 ersichtlich, steigt
die Menge an absorbiertem Kohlendioxid mit der Temperatur bis dieses näherungsweise
bei etwa 70°C
die Spitze erreicht. Dies legt nahe, dass es nicht notwendig ist,
das zu behandelnde Verbrennungsgas hinunter auf 30°C bis 50°C zu kühlen, der
akzeptierte Bereich in konventionellen Verfahren.
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Wie
im Detail beschrieben, ermöglichen
die vierten bis sechsten Aspekte der vorliegenden Erfindung, dass
Kohlendioxid durch Kühlen
des Gases in einen Bereich von über
50°C bis
80°C und
anschließendes In-Kontakt-Bringen
mit der Monoethanolaminlösung
wirksam aus einem Verbrennungsgas durch eine wässrige Monoethanolaminlösung absorbiert
wird. Lediglich Nasskühlen
mit Wasser genügt
zum Kühlen
des heißen Gases,
wobei nicht die Notwendigkeit besteht, Wärmetauscher oder ähnliches
einzusetzen, wie dies als notwendig in konventionellen Methoden
und Vorrichtungen für
verstärktes
Kühlen
des Kühlwassers
angesehen wurde.
