EP1590295A1 - Method for desulphurising carbon monoxide gas - Google Patents

Method for desulphurising carbon monoxide gas

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EP1590295A1
EP1590295A1 EP04700125A EP04700125A EP1590295A1 EP 1590295 A1 EP1590295 A1 EP 1590295A1 EP 04700125 A EP04700125 A EP 04700125A EP 04700125 A EP04700125 A EP 04700125A EP 1590295 A1 EP1590295 A1 EP 1590295A1
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EP
European Patent Office
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gas
sulfur compounds
content
less
sulfur
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04700125A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Breuer
Karl-Heinz Köhler
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Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayer MaterialScience AG filed Critical Bayer MaterialScience AG
Publication of EP1590295A1 publication Critical patent/EP1590295A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds
    • B01D53/50Sulfur oxides
    • B01D53/508Sulfur oxides by treating the gases with solids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/40Carbon monoxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/80Phosgene
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141Feedstock

Definitions

  • EP-A 1180544 describes in column 6, lines 16-40, the use of tri-iron-tetra-oxide at 400 ° C for the absorption of hydrogen sulfide on the contact in the form of iron sulfide; in a downstream stage, residual amounts of hydrogen sulfide are bound to zinc oxide as zinc sulfide.
  • EP-A 722 774 describes in the examples the use of iron (LTI) oxide in combination with molybdenum oxide on an alumina support at at least 350 ° C for the absorption of hydrogen sulfide as sulfide on the contact.
  • This CO gas which contains predominantly hydrogen sulfide as a sulfur component, is then continuously in a chemical absorption stage over
  • the erfmdungshiele method is characterized by high efficiency, efficiency and availability, which is given by the following factors:
  • the used in the inventive method, loaded with sulfur compounds CO gas should be largely dust-free, before the first stage of
  • Binder for increasing the mechanical strength fabrics such as e.g. Cement, lime or gypsum.
  • loosening agents are used, which increase the gas diffusion into the material, so that in addition to the surface of the granular, porous masses and the deeper layers participate in the chemical absorption.
  • a loosening agent e.g. Sawdust or sawdust in question (see DE-A 28 45 725, DE-A 20 06 758), wherein care must be taken that these loosening agents contain no acids which can react with the binders in the masses.
  • the grid baskets are separated by the bottom and / or cover plates so that each grid basket forms its own separate gas space, but preferably all grid baskets are coupled to common inlet and outlet lines.
  • Preferably used mesh baskets are flown by the CO gas to be desulfurized from above, so that the CO gas flows through a 120 to 180 cm high, preferably about 150 cm high Biogasmasse bed and exits through a located in the bottom region of the basket horizontally arranged grid plate , Between this grid plate and the bottom plate of the basket, the exiting CO gas is deflected to a centrally disposed discharge line, via which it leaves the Abso ⁇ tionsturm.
  • the desulfurized CO gas is then fed to the activated carbon adsorption stage.
  • the temperature in the heat exchanger is adjusted so that the CO gas inlet temperature in this stage is less than 50 ° C, preferably not more than 35 ° C.
  • the CO gas Before entering the CO gas in the activated carbon adsorption towers is the CO gas but not mixed with an amount of at least 150 mg / Nm 3, more homogeneous than 310 mg / Nm 3 of gaseous ammonia.
  • the oxygen content in the CO gas which is in excess of the oxidation reaction in the preceding chemical absorption stage, should not be more than 0.15% by volume.
  • the activated carbon adsorption towers are available in multiple places and can flow through both in series and in parallel, depending on the operational requirements become.
  • the activated carbon towers are fixed-bed reactors and designed as cylindrical apparatus with a sieve bottom; they contain a continuous package of granular activated carbon, which flows through from top to bottom. Suitable granular activated carbons have a sufficient strength to avoid unacceptably high Feinabriebmengen, which may arise in particular during regeneration operations.
  • the particle size distribution should be chosen so that the pressure drop of the CO gas in the entire adsorption stage is not more than 0.4 bar.
  • Activated carbons with a specific surface area of 1,000 to 1,200 m 2 / g and a pore volume with pore sizes below 20 nm are from 0.5 to 0.7 ml / g, eg. the activated carbon "D 47-4" of company "VFT".
  • an active column adsorption tower If an active column adsorption tower has reached the sulfur loading limit, it is separated from the composite with the remaining towers and regenerated separately.
  • the CO gas leaves the plant with a content of organic and inorganic sulfur compounds of less than 5 mg / Nm 3 , preferably less than 2 mg / Nm 3 . This corresponds to an adsorption rate of the sulfur compounds of more than 95%.
  • the thus purified CO gas is brought to a pressure of 3.5 bar, and in a subsequent classical drying step according to the prior art by precondensation in a brine heat exchanger at a temperature of 3 ° C and by subsequent drying in silica gel-filled Towers dewatered to a residual content of less than 10 ppm.
  • the entire process is continuously monitored analytically at various points in the entire process in order to be able to detect and respond to limit value violations of substance concentrations in CO gas with sufficient speed.
  • the following substances in the CO gas are continuously monitored by so-called online analytical methods:
  • Ammonia in the CO gas is determined photometrically using the "BINOS” device from Endress and Hauser Oxygen in the CO gas is determined by a paramagnetic measurement method with the "OXLMAT” device from Siemens.
  • sampling points in the input and output stream of the CO gas are attached to the process sections to be monitored in order to assess the efficiency of a part of the process. By periodic decommissioning of individual turbine towers due to capacity creation and regeneration required, the sampling points are allocated accordingly; an exception are the conversion towers, as there is no regular regeneration required.
  • the analytical data are registered and recorded in evaluable form. If predetermined limit values are exceeded, alarms are issued, in critical
  • BASF D 10-10) filled towers of the conversion stage Before entering the conversion towers, an amount of 100 kg / h of steam is continuously added to the CO gas.
  • the CO gas is at this stage at a pressure of 2.8, bar.
  • the CO gas leaving the conversion stage is cooled via cross-flow heat exchangers, in which part of the heat of the escaping gas is released to the gas entering the conversion stage, via the water heat exchanger to about 30 ° C.
  • the continuous analytical examination of the exiting CO gas by so-called "on-line gas chromatography” gives for the content of organic sulfur compounds 50 mg / Nm 3 and for the content of inorganic sulfur compounds 3,450 mg / Nm 3 , which corresponds to a conversion rate of the organic sulfur compounds of 98 , 5% corresponds.
  • the CO raw gas generation source, the apparatus used, and the physical conditions pressure and temperature are identical to Example 1.
  • the sulfur content of the CO gas is significantly increased compared to Example 1, the gas flow rate is reduced.
  • the CO gas leaving the conversion stage has, after continuous analytical examination, a content of organic sulfur compounds of 100 mg / Nm 3 and an inorganic sulfur compound content of 5,900 mg / Nm 3 , which corresponds to a conversion rate of the organic sulfur compounds of 98.3%.

Abstract

The invention relates to a method for producing carbon monoxide gas (CO gas) which is as free as possible of sulphur compounds, to a method for desulphurising a CO gas containing sulphur, and to the use of said gas in chemical syntheses, e.g. for the synthesis of phosgene from carbon monoxide and chlorine.

Description

Verfahren zur CO-Gas-Entsch efelungProcess for CO gas degassing
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid-Gas (CO-Gas), das weitestgehend frei von Schwefelverbindungen ist. ein Verfahren zur Entschwefelung eines schwefelhaltigen CO-Gases, sowie die Verwendung dieses Gases in chemischen Synthesen, z.B. zur Synthese von Phosgen aus Kohlenmonoxid und Chlor.The present invention relates to a process for the production of carbon monoxide gas (CO gas), which is largely free of sulfur compounds. a process for the desulfurization of a sulfur-containing CO gas, and the use of this gas in chemical syntheses, e.g. for the synthesis of phosgene from carbon monoxide and chlorine.
Für viele chemische Synthesen ist die Verfügbarkeit von möglichst reinem CO-Gas äußerst wünschenswert, da CO-Gase häufig mit Verunreinigungen, wie z.B. Schwefelverbindung, kontaminiert sind, welche als Katalysatorgifte, Nebenreaktionsinitiatoren wirken oder auf anderen Wegen zu Betriebsstörungen bis hin zu Totalausfällen in der Produktion fuhren.For many chemical syntheses, the availability of as pure CO gas as possible is very desirable, as CO gases are often contaminated with, e.g. Sulfur compound are contaminated, which act as catalyst poisons, side reaction initiators or in other ways to malfunction lead to total failure in production.
Es wurde deshalb in der Vergangenheit schon vielfach versucht, zu reinen Darstellungsformen dieses Gases zu gelangen.It has therefore been tried many times in the past to arrive at pure forms of representation of this gas.
So ist z.B. das Verfahren der Konvertierung von organischen Schwefelverbindungen in Gegenwart von Wasserdampf an einem Aluminiumoxid-Kontakt bei Temperaturen von ca. 160°C zu Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid in der DE-A 43 21 542 auf S. 3, Zeile 6 ff. beschrieben, allerdings ohne nähere Angaben zum Konvertierungsgrad der organischen Schwefelverbindungen.For example, e.g. The method of converting organic sulfur compounds in the presence of water vapor on an aluminum oxide contact at temperatures of about 160 ° C to hydrogen sulfide and carbon dioxide in DE-A 43 21 542 on page 3, line 6 ff. Described, but without further Information on the degree of conversion of organic sulfur compounds.
Die DE-A 41 04 202 beschreibt auf S. 3, Zeile 14 ff. die fast quantitative Hydrolyse von Kohlenoxydsulfid bei deutlich niedrigeren Temperaturen von 20 - 150°C an Aluminiumoxid-Kontakten, die allerdings sehr aufwendig mit weiteren Übergangsmetallen dotiert worden sind. Die EP-A 0 324 526 beschreibt in Spalte 2, Zeile 9 ff, sowie in Spalte 7, Zeile 20 ff. die Verwendung eines Titandioxid-Kontakts zur Hydrolyse von COS und CS2 bei Temperaturen oberhalb von 300°C bei einem geringeren Konvertierungsgrad zwischen 90 und 96 % (bez. auf organ. Schwefel- verb.). Diese Verfahren verwenden jedoch mit dotierten Alumimumoxiden bzw. Titandioxid aufwendig herzustellende und teure Kontakte.DE-A 41 04 202 describes on page 3, line 14 ff. The almost quantitative hydrolysis of carbon monoxide at significantly lower temperatures of 20 - 150 ° C on alumina contacts, which have been very expensive doped with other transition metals. EP-A 0 324 526 describes in column 2, line 9 ff, as well as in column 7, line 20 ff. The use of a titanium dioxide contact for the hydrolysis of COS and CS2 at temperatures above 300 ° C at a lower degree of conversion between 90 and 96% (based on organic sulfur verb.). However, these methods use costly to produce and expensive contacts with doped alumimumoxides or titanium dioxide.
Als entfernterer Stand der Technik ist die GB-A 22 48 444 anzusehen, in der die Verwendung eines Alumimumoxid-Kontakts zur Umsetzung von Schwefelwasserstoff mit Kohlendioxid bei 60 - 120°C zu Kohlenoxydsulfid und Wasser als Umkehrreaktion beschrieben wird; das entstandene Kohlenoxydsulfid wird anschließend thermisch zersetzt. Die EP-A 0 234 433 beschreibt die Verwendung von Aluminiumoxid-Kontakt, . der mit Alkali dotiert ist, zur Absorption (nicht zur Konvertierung) von sauren Gasen, u.a. von Schwefelwasserstoff. Diese Verfahren haben jedoch denAs a more remote prior art, the GB-A 22 48 444 is to be considered, in which the use of a alumimumoxide contact for the reaction of hydrogen sulfide with carbon dioxide at 60 - 120 ° C to carbonyl sulfide and water is described as a reverse reaction; the resulting carbon monoxide is then thermally decomposed. EP-A 0 234 433 describes the use of alumina contact,. which is doped with alkali for absorbing (not converting) acid gases, i.a. of hydrogen sulfide. However, these methods have the
Nachteil, dass die verwendeten Al2O3-Kontakte entweder aufwendig und teuer vorbehandelt werden müssen oder einen zu geringen Konvertierungsgrad bewirken oder einen zu hohen Energieeinsatz erfordern. Diese Nachteile können durch das erfindungsgemäße Verfahren überraschenderweise vermieden werden, indem bei Einsatz von kostengünstigen, handelsüblichen Al2O3-Kontakten genau definierteDisadvantage that the Al 2 O 3 contacts used must either be pretreated expensive and expensive or cause too low a degree of conversion or require too high an energy input. These disadvantages can be surprisingly avoided by the method according to the invention by exactly defined when using cost-effective, commercial Al 2 O 3 contacts
Verfahrensbedingungen eingehalten werden.Process conditions are met.
Das Verfahren der chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff an Eisenhydroxid-haltigen Massen unter Mitverwendung von Sauerstoff wurde bereits in der DE-A 20 06 758 erwähnt; hier wird auf der S. 2 die Optimierung der Absorptionsmassen bezüglich des Gehaltes an Eisenhydroxid und Lockerungsmittel beschrieben. In der DE-A 28 45 725 wird die Herstellung von Eisenhydroxid-haltigen Absorptionsinassen im wesentlichen auf der Basis von Eisen-(II)-sulfat und Calcium- oxid und deren Verwendung zur chemischen Bindung von Schwefelwasserstoff beansprucht. Die DD-A 15 72 62 erwähnt auf S. 3 den Einsatz von Raseneisenerz alsThe process of chemical absorption of hydrogen sulfide on iron hydroxide-containing compositions with the concomitant use of oxygen has already been mentioned in DE-A 20 06 758; Here on page 2, the optimization of the absorption masses with respect to the content of iron hydroxide and loosening agent is described. In DE-A 28 45 725, the production of iron hydroxide-containing Absorptionsinassen essentially on the basis of iron (II) sulfate and calcium oxide and their use for the chemical bonding of hydrogen sulfide claimed. DD-A 15 72 62 mentioned on page 3 the use of lawn iron ore as
Eisenhydroxid-haltiger Masse zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus CO- haltigen Gasen. Solche Absorptionsmassen werden auch im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Durch die Anwendung definierter Verfahrensparameter im erfmdungsgemäßen Verfahren wird jedoch überraschenderweise eine Verbesserung der Absorptionsrate erreicht. In der US-A 6 126 911 wird die Verwendung von Eisenoxiden (Anspruch 3) oder Eisenoxidhydraten (Spalte 5, Zeile 18) in Kombination mit Befeuchtungsmitteln wie Glykolen, etc. zur Absorption von Schwefelwasserstoff aus trockenen Gasen beschrieben, wobei im günstigsten Fall nur 67 % des im Gasstrom enthaltenen Schwefelwasserstoffs zurückgehalten werden (Spalte 1, Zeile 55). In WO-AAn iron hydroxide-containing mass for the removal of hydrogen sulfide from CO-containing gases. Such absorption masses are also used in the process according to the invention. By using defined process parameters in the inventive method, however, an improvement in the absorption rate is surprisingly achieved. US Pat. No. 6,126,911 describes the use of iron oxides (claim 3) or iron oxide hydrates (column 5, line 18) in combination with humectants such as glycols, etc. for absorbing hydrogen sulfide from dry gases, in the most favorable case only 67 % of the hydrogen sulfide contained in the gas stream (column 1, line 55). In WO-A
93/13184 ist die Absorption von Schwefelwasserstoff aus trockenen Gasen an Eisenoxiden auf Siθ2-haltigen Trägermaterialien in Gegenwart von Sauerstoff bei wesentlich höheren Temperaturen von ca. 200°C beschrieben (S. 22, Zeile 20 ff. bis S. 23, Zeile 22 ). Der Schwefelwasserstoff wird dabei als elementarer Schwefel mit einer Effizienz von nur 80 % auf dem Kontakt zurückgehalten. Die Restmengen an93/13184, the absorption of hydrogen sulfide from dry gases to iron oxides on SiO 2 -containing support materials in the presence of oxygen at much higher temperatures of about 200 ° C is described (page 22, line 20 et seq. To page 23, line 22). , The hydrogen sulfide is retained as elemental sulfur with an efficiency of only 80% on the contact. The residual quantities
Schwefel werden nach katalytischer Hydrierung des Gasgemisches zur vollständigen Umwandlung von Schwefelverbindungen in Schwefelwasserstoff an Aktivkohle adsorbiert, die. mit Eisenoxid dotiert ist. Die EP-A 1180544 beschreibt in Spalte 6, Zeilen 16 — 40, die Verwendung von Tri-Eisen-tetra-oxid bei 400°C zur Absorption von Schwefelwasserstoff auf dem Kontakt in Form von Eisensulfid; in einer nachgeschalteten Stufe werden Restmengen an Schwefelwasserstoff an Zinkoxid als Zinksulfid gebunden. Die EP-A 722 774 beschreibt in den Beispielen die Verwendung von Eisen-(LTI)-oxid in Kombination mit Molybdänoxid auf einem Aluminiumoxid-Träger bei mindestens 350°C zur Absorption von Schwefelwasser- stoff als Sulfid auf dem Kontakt. Diese Verfahren benutzen jedoch alle entweder unerwünschte Hilfsmittel (Glykol) oder sie erfordern einen viel. zu hohen Energie- Einsatz, bzw. technisch aufwendige Folgeschritte (Abscheidung von Schwefel) um zu brauchbaren Resultaten zu gelangen. Diese Nachteile können bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens überraschenderweise vermieden werden.Sulfur are adsorbed after catalytic hydrogenation of the gas mixture for complete conversion of sulfur compounds in hydrogen sulfide to activated carbon, the. doped with iron oxide. EP-A 1180544 describes in column 6, lines 16-40, the use of tri-iron-tetra-oxide at 400 ° C for the absorption of hydrogen sulfide on the contact in the form of iron sulfide; in a downstream stage, residual amounts of hydrogen sulfide are bound to zinc oxide as zinc sulfide. EP-A 722 774 describes in the examples the use of iron (LTI) oxide in combination with molybdenum oxide on an alumina support at at least 350 ° C for the absorption of hydrogen sulfide as sulfide on the contact. However, these methods either all use undesirable auxiliaries (glycol) or they require a lot . To high energy use, or technically complicated subsequent steps (deposition of sulfur) to arrive at usable results. These disadvantages can be surprisingly avoided when using the method according to the invention.
Das Verfahren der physikalischen Adsorption von Gasen an Aktivkohle ist allgemeiner Stand der Technik. Zur Adsorption von Schwefelwasserstoff aus CO- Gas wird in der DE-A 4321542 eine Aktivkohle beansprucht, die mit Jod- bzw. Eisenverbindungen dotiert ist und einen Restgehalt an Schwefelwasserstoff im CO- Gas von weniger als 10 mg/m3 ermöglicht. Die WO-A 93/13184 beschreibt (S. 23,The process of physical adsorption of gases to activated carbon is well known in the art. For the adsorption of hydrogen sulfide from CO gas is claimed in DE-A 4321542 an activated carbon, which is doped with iodine or iron compounds and allows a residual content of hydrogen sulfide in the CO gas of less than 10 mg / m 3 . WO-A 93/13184 describes (p. 23,
Zeile 12 ff.) die Verwendung einer Eisenoxid-haltigen Aktivkohle, an der Schwefel- Wasserstoff in Gegenwart von Sauerstoff bei 50°C zu elementarem Schwefel oxidiert und bis zu einem Restgehalt von 2 Vol-ppm Schwefelwasserstoff im CO-Gas adsorbiert wird. Bei diesen Verfahren ist jedoch eine Vorbehandlung der Aktiv- Kohle erforderlich und in einigen Fällen zu hohe Absorptionstemperaturen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Mitverwendung eines zusätzlichen chemischen Agens (Ammoniak), mit dessen Hilfe überraschenderweise die vollständige Absorption aller restlichen Schwefelverbindungen auf der Aktivkohle in technisch einfacher Weise gelingt.Line 12 ff.) The use of an iron oxide-containing activated carbon, on the sulfur Hydrogen oxidized in the presence of oxygen at 50 ° C to elemental sulfur and adsorbed to a residual content of 2 vol-ppm hydrogen sulfide in the CO gas. However, these processes require pretreatment of the activated carbon and, in some cases, too high absorption temperatures. The advantage of the method according to the invention lies in the additional use of an additional chemical agent (ammonia), with the help of which, surprisingly, the complete absorption of all residual sulfur compounds on the activated carbon succeeds in a technically simple manner.
Aufgabe der Erfindung war es demnach, ein kostengünstiges und sicheres Verfahren zu finden, mit dem gasförmige schwefelhaltige Verbindungen als Nebenbestandteile im CO-Gas kontinuierlich und in vertretbar kurzen Reaktionszeiten möglichst quantitativ entfernt werden können ohne die Nachteile des Standes der Technik aufzuweisen. Das entschwefelte CO-Gas soll als Einsatzstoff für chemische Synthesen verwendet werden, bei denen unerwünschte Nebenreaktionen durch dieThe object of the invention was therefore to find a cost-effective and safe method, can be removed as quantitatively as possible with the gaseous sulfur-containing compounds as minor constituents in the CO gas continuously and in reasonably short reaction times without having the disadvantages of the prior art. The desulfurized CO gas is to be used as a feedstock for chemical syntheses in which undesired side reactions by the
Anwesenheit von Schwefelverbindungen ausgelöst würden, sodass es zusätzlich gilt, diese auf jeden Fall im CO-Gas zu vermeiden.Presence of sulfur compounds would be triggered, so it also applies to avoid these in any case in the CO gas.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass durch Kombination ent- sprechender Schritte ein solches Verfahren erreichbar ist. Dabei wird das rohe CO-It has now surprisingly been found that such a process can be achieved by combining corresponding steps. The raw CO-
Gas, welches anorganische und organische Schwefel- Verbindungen enthält, die unter den Verfahrensbedingungen gasförmig sind, im ersten Schritt einer sog. Konvertierungsstufe unterzogen, indem das rohe CO-Gas kontinuierlich mit Wasserdampf beladen und mit erhöhter Temperatur einem Aluminiumoxid-Kontalct zugeführt wird. Dabei werden organische Schwefelverbindungen weitestgehend in Kohlendioxid undGas, which contains inorganic and organic sulfur compounds which are gaseous under the process conditions, in the first step of a so-called. Conversion stage by the crude CO gas is continuously loaded with steam and fed with increased temperature to a Aluminiumoxid Kontalct. This organic sulfur compounds are largely in carbon dioxide and
Schwefelwasserstoff umgewandelt. Die Einhaltung definierter Verfahrensbedingungen ermöglicht einen hohen Konvertierungsgrad.Converted hydrogen sulfide. Compliance with defined process conditions allows a high degree of conversion.
Dieses CO-Gas, das überwiegend Schwefelwasserstoff als Schwefelkomponente enthält, wird anschließend in einer chemischen Absorptionsstufe kontinuierlich überThis CO gas, which contains predominantly hydrogen sulfide as a sulfur component, is then continuously in a chemical absorption stage over
Reaktionstürme geleitet, in denen sich eine Eisenhydroxid-haltige, körnige und poröse Masse befindet, an der Schwefelwasserstoff in Gegenwart von definierten Mengen an Sauerstoff und Wasser als Eisensulfid und elementarer Schwefel gebunden wird. Die Sauerstoff- und Schwefelgehalte in dieser Absorptionsstufe können an verschiedenen Stellen kontinuierlich überwacht werden, um entweder die Sauer- stoff-Dosierung anzupassen, bzw. eine rechtzeitige Umschaltung von Absorptionstürmen in der Anlage vorzunehmen, bevor der Schwefelgehalt im austretenden CO-Gas unzulässig hoch wird. Diese Umschaltung bedeutet, dass ein in Serie später angeströmter, und daher geringer mit Schwefel beladener Absorptionsturm von höherer Aufnahme-Kapazität so geschaltet wird, dass er in der Serie der Absorp- tionstürme als erster von dem eintretendem CO-Gas angeströmt wird. Der maximal beladene Absorptionsturm wird außer Betrieb genommen und die verbrauchte, maximal beladene Biogasmasse wird der weiteren Verwertung zugeführt. Während der neuen Bestückung des Turmes mit Biogasmasse kann entweder ein bereits frisch bestückter Turm als Ersatz in die Serie als letzter Turm dieser Absorptionsstufe zugeschaltet werden, oder aber der abgeschaltete Turm selbst wird nach erfolgterGuidance storms conducted in which an iron hydroxide-containing, granular and porous mass is bound to the hydrogen sulfide in the presence of defined amounts of oxygen and water as iron sulfide and elemental sulfur. The oxygen and sulfur contents in this absorption stage can be continuously monitored at various points to either adjust the oxygen dosage or to make a timely change of absorption towers in the plant before the sulfur content in the exiting CO gas becomes unacceptably high. This switching means that an absorption tower of higher absorption capacity, which is subsequently flown in, and therefore loaded with less sulfur, is switched so that it is the first to be exposed to the incoming CO gas in the series of absorption towers. The maximally loaded absorption tower is taken out of service and the used, maximally loaded biogas mass is sent for further utilization. During the new equipping of the tower with biogas mass, either an already freshly equipped tower can be added as a replacement for the series as the last tower of this absorption stage, or the deactivated tower itself can be turned off
Neubestückung wieder als letzter Turm dieser Absorptionsstufe in die Serie eingeschaltet.Reassembly again switched as the last tower of this absorption stage in the series.
In einem dritten Schritt wird das so gereinigte CO-Gas in der sog. Adsorptionsstufe über Alctivkoliletürme geleitet, wobei in Gegenwart von definierten Mengen anIn a third step, the thus purified CO gas in the so-called adsorption is passed over Alctivkoliletürme, wherein in the presence of defined amounts of
Ammoniak Reste' von organischen und anorganischen Schwefelverbindungen an derAmmonia residues' of organic and inorganic sulfur compounds on the
Aktivkohle fast quantitativ adsorbiert werden. Die Sauerstoff- und Schwefelgehalte in dieser Adsorptionsstufe werden ebenfalls an verschiedenen Stellen kontinuierlich überwacht, um entweder die Sauerstoff-Dosierung anzupassen, bzw. eine rechtzeitige . Umschaltung von AMivkohletürmen in der Anlage vorzunehmen, bevor derActivated carbon adsorbed almost quantitatively. The oxygen and sulfur levels in this adsorption step are also continuously monitored at various points to either adjust the oxygen dosage or timely. Switching of AMivkohletürmen in the plant make before the
Schwefelgehalt im austretenden CO-Gas unzulässig hoch wird. Diese Umschaltung bedeutet, dass ein in Serie später angeströmter, und daher geringer mit Schwefel beladener AMvkohleturrn von höherer Aufnahme-Kapazität so geschaltet wird, dass er in der Serie der Aktivkohletürme als erster von dem eintretendem CO-Gas angeströmt wird; der maximal beladene Aktivkohleturm wird außer Betrieb genommen und regeneriert. Während der Regenerierung des Turmes kann entweder ein bereits regenerierter Turm als Ersatz in die Serie als letzter Turm dieser Absorptionsstufe zugeschaltet werden, oder aber der abgeschaltete Turm selbst wird nach erfolgter Regenerierung wieder als letzter Turm dieser Absorptionsstufe in die Serie eingeschaltet.Sulfur content in the exiting CO gas is unacceptably high. This switching means that a higher-capacity incombustible coal loaded in series later, and therefore less heavily loaded with sulfur, is switched to be first exposed to the incoming CO gas in the series of activated carbon towers; the maximum laden activated carbon tower is taken out of service and regenerated. During the regeneration of the tower can either an already regenerated tower can be added as a replacement for the series as the last tower of this absorption stage, or the deactivated tower itself is turned on again after regeneration as the last tower of this absorption stage in the series.
Die einzehien Verfahrensschritte können alle online- analytisch überwacht und gesteuert werden, um optimale Verfahrensbedingungen zu gewährleisten.The one-step process steps can all be monitored and controlled online analytically to ensure optimum process conditions.
Das die Aktivkohle verlassende entschwefelte CO-Gas hat einen Restgehalt an anorganischen und organischen Schwefelverbindungen von jeweils weniger als 5 mg/Nm3, vorzugsweise weniger als 2 mg/Nm3.The desulfurized CO gas leaving the activated carbon has a residual content of inorganic and organic sulfur compounds of less than 5 mg / Nm 3 , preferably less than 2 mg / Nm 3 .
Dieses nach dem erfinderischen Verfahren hergestellte CO-Gas ist darüber hinaus weitgehend frei von weiteren Verunreinigungen, wie Wasserstoff, Sauerstoff, Koh- lendioxid, Methan und Wasser. Es wird für chemische Synthesen verwendet, bei denen alle genannten Verunreinigungen stören würden, bspw. insbesondere zur Phosgensynthese.Moreover, this CO gas produced by the inventive process is substantially free of further impurities, such as hydrogen, oxygen, carbon dioxide, methane and water. It is used for chemical syntheses in which all mentioned impurities would interfere, for example, in particular for phosgene synthesis.
Das erfindungsgemäße Entschwefelungsverfahren für CO-Gas ist eine Kombination aus drei kontinuierlich betriebenen Verfahrensschritten, die in ihrer Kombination und in ihrer Ausführung überraschenderweise eine besonders hohe Effizienz der CO-Gas- Entschwefelung unter wirtschaftlichen Aspekten ermöglichen und die zu einer besonderen Reinheit des CO-Gases führen.The desulfurization process according to the invention for CO gas is a combination of three continuously operated process steps, which surprisingly allow in their combination and in their execution a particularly high efficiency of CO gas desulfurization under economic aspects and which lead to a special purity of the CO gas ,
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Entschwefelung eines CO-Gases, das als Nebenbestandteile Schwefelverbindungen enthält, die unter den Verfahrensbedingungen gasförmig sind. Ein solches CO-Gas kann z.B. aus einer sog. Partial- oxidations-Anlage stammen, in der Kohlenstoffreiche Brennstoffe wie z.B. Steinkohlenkoks, Pechkoks, Petrolkoks, Graphit oder Anodenreste aus der Alummium- Herstellung in Gegenwart von reinem Sauerstoff und reinem Kohlendioxid unterThe invention accordingly relates to a process for the desulfurization of a CO gas, which contains as secondary constituents sulfur compounds which are gaseous under the process conditions. Such a CO gas may e.g. come from a so-called. Partial oxidation plant, in the carbon-rich fuels such. Coal coke, pitch coke, petroleum coke, graphite or anode residues from the Alummium- production in the presence of pure oxygen and pure carbon dioxide under
Nutzung des Boudouard-Gleichgewichtes bis zur Stufe des Kohlenmonoxids umgesetzt werden. Bevorzugt werden Anodenreste und Kokssorten mit einem Schwefelgehalt von kleiner als 2,5, besonders bevorzugt kleiner 1,5, ganz besonders bevorzugt kleiner 1,0 Gew.-% und einem Aschegehalt von weniger als 10, besonders bevorzugt weniger als 3 und ganz besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-% eingesetzt. Unter diesen reduzierenden Reaktions-bedingungen bilden sich aus den in den Brennstoffen enthaltenen Schwefelverbindungen praktisch keine Schwefeloxide sondern überwiegend Schwefelverbindungen wie z.B. Kohlenoxidsulfid, Schwefelkohlenstoff, Mercaptane und Schwefelwasserstoff. Für die Entfernung solcher Verbindungen aus dem CO-Gas ist das erfindungsgemäße Entschwefelungs-Verfahren besonders geeignet.Use of the Boudouard equilibrium up to the stage of carbon monoxide be implemented. Preference is given to anode residues and coke varieties having a sulfur content of less than 2.5, more preferably less than 1.5, most preferably less than 1.0 wt .-% and an ash content of less than 10, more preferably less than 3 and most preferably less than 1 wt .-% used. Under these reducing reaction conditions, the sulfur compounds contained in the fuels form virtually no sulfur oxides but predominantly sulfur compounds such as carbon dioxide sulfide, carbon disulfide, mercaptans and hydrogen sulfide. For the removal of such compounds from the CO gas, the desulfurization process according to the invention is particularly suitable.
Das erfmdungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch hohe Wirtschaftlichkeit, Effizienz und Verfügbarkeit aus, die durch folgende Faktoren gegeben ist:The erfmdungsgemäße method is characterized by high efficiency, efficiency and availability, which is given by the following factors:
1.) Verwendung von einfachen, handelsüblichen Reaktionskontakten oder1.) Use of simple, commercial reaction contacts or
Hilfsstoffen, die nicht zusätzlich behandelt sind;Excipients that are not additionally treated;
2.) Apparativ einfaches Konti-Verfahren an Festbettreaktoren mit hoher Variabilität der Anlage, bei der je nach Bedarf Reaktoren parallel oder in Serie geschaltet werden können und somit Reserven bei Ausfall einzelner2.) Apparativ simple Konti procedure on fixed bed reactors with high variability of the plant in which reactors can be connected in parallel or in series according to need and thus reserves in case of failure of individual
Reaktoren gegeben sind;Reactors are given;
3.) Keine aufwendigen Regenerier-Kreisläufe (abgesehen von Aktivkohle-Stufe), sondern optimale Nutzung von Reaktions-Kontakten mit anschließender Verwertung;3.) No elaborate Regenerier cycles (apart from activated carbon stage), but optimal use of reaction contacts with subsequent recycling;
4.) Energie-Rückführung in der Konvertierungs-Stufe;4.) Energy feedback in the conversion stage;
5.) Hohe Variabilität in den Gasdurchsätzen in der gesamten Anlage. Die online erfolgende analytische Kontrolle der Reaktionsprozesse im erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht eine optimale Nutzung von Anlagenkapazitäten und damit auch hohe Umsetzungsgrade in den einzelnen Verfahrens-Stufen.5.) High variability in the gas flow rates throughout the plant. The on-line analytical control of the reaction processes in the process according to the invention enables optimal utilization of plant capacities and thus also high degrees of conversion in the individual process stages.
Einzelne Verfahrensschritte, bevorzugt das ganze Verfahren, werden bei Drucken oberhalb Normaldruck durchgeführt.Individual process steps, preferably the whole process, are carried out at pressures above atmospheric pressure.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere sehr gut geeignet für kleine und mittelgroße Produktionsanlagen mit CO-Gas-Durchsätzen von 1.000 bis 15.000 NmVh CO-Gas bei einer Schwefelbeladung bis zu 6.000 mg/Nm3, vorzugsweise fürThe inventive method is particularly well suited for small and medium-sized production plants with CO gas throughputs of 1,000 to 15,000 NmVh CO gas at a sulfur loading up to 6,000 mg / Nm 3 , preferably for
Anlagen mit CO-Durchsätzen von 1.000. bis 10.000 Nm3/h und Schwefelgehalten von 1.000 bis 5.000 mg/Nm3 und besonders bevorzugt für Anlagen mit CO- Durchsätzen von 3.000 bis 8.000 Nm3/h und Schwefelgehalten von 2.000 bis 5.000 mg/Nm3.Systems with CO throughputs of 1,000. up to 10,000 Nm 3 / h and sulfur contents of 1,000 to 5,000 mg / Nm 3 and particularly preferred for systems with CO throughputs of 3,000 to 8,000 Nm 3 / h and sulfur contents of 2,000 to 5,000 mg / Nm 3 .
1 Nm3 steht dabei für ''Norrnkubiktneter'', d.h. einer Menge die 1 m3 bei 20°C und 1,01325 bar entspricht. 1 Nm 3 stands for "Norrnkubiktneter", ie an amount corresponding to 1 m 3 at 20 ° C and 1.01325 bar.
Das im erfmdungsgemäßen Verfahren eingesetzte, mit Schwefelverbindungen beladene CO-Gas sollte weitgehend staubfrei sein, bevor es der ersten Stufe derThe used in the inventive method, loaded with sulfur compounds CO gas should be largely dust-free, before the first stage of
Schwefellconvertierung zugeführt wird. Die Entstaubung kann sowohl durch einSulfur converting is supplied. The dedusting can be done both by a
Nass- Verfahren als auch durch eine Trockenentstaubung vorgenommen werden. Das staubfreie, die Schwefelverbindungen enthaltende CO-Gas wird vorzugsweise inWet process as well as by a dry dedusting be made. The dust-free, the sulfur compounds containing CO gas is preferably in
Dampfwärmetauschern auf eine Temperatur von mindestens 280°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 300°C erhitzt, die in einem engen Bereich von + 5°C konstant gehalten wird. Vor dem Eintritt in die Konvertierungstürme wird das GO-Steam heat exchangers to a temperature of at least 280 ° C, preferably heated to a temperature of 300 ° C, which is kept constant in a narrow range of + 5 ° C. Before entering the conversion towers, the GO
Gas mit einer ausreichenden Menge an Wasserdampf beaufschlagt, die abhängig von der Beladung mit Schwefelverbindungen und abhängig von dem Feuchtegehalt des' eintretenden Gases ist. Die Dampfinenge sollte so gewählt sein, dass der Wasser- gehalt im CO-Gas mindestens 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 3,0 Gew.-% bezogen aufGas is supplied with a sufficient amount of water vapor, which is dependent on the loading of sulfur compounds and dependent on the moisture content of the ' entering gas. The amount of steam should be selected so that the water content in the CO gas is at least 2.5% by weight, preferably 3.0% by weight, based on
CO-Gas beträgt. Das heiße, mit Dampf beaufschlagte CO-Gas wird mit erhöhtem Druck, der üblicherweise zwischen 1,5 und 10 bar, vorzugsweise zwischen 1,5 und 5 bar liegt, sogenannten Kpnvertierungstürmen zugeführt. Dies sind klassische Festbettreaktoren mit einem Siebboden, die eine durchgehende, kompakte Füllung aus Aluminiumoxid- Kontakt (Al2O3) in Form von festen Körnern enthalten, und die von oben nach unten durchströmt wird. Es können zwei oder mehrere Konvertierungstürme in Serie oder parallel geschaltet sein; bei den oben genannten Schwefelbeladungen ist ein einziger Durchlauf durch einen Konvertie ngsturm üblicherweise ausreichend.CO gas is. The hot, pressurized with CO gas is gas at elevated pressure, which is usually between 1.5 and 10 bar, preferably between 1.5 and 5 bar, fed so-called Kpnvertierungstürmen. These are classic fixed bed reactors with a sieve bottom containing a continuous, compact filling of alumina (Al 2 O 3 ) in the form of solid grains, which flows through from top to bottom. Two or more conversion towers can be connected in series or in parallel; for the above sulfur loadings, a single pass through a converter tower is usually sufficient.
Es kann jede beliebige Art von gesintertem Aluminiumoxid eingesetzt werden, das als Kontakt' oder Trägeπnaterial geeignet ist und eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt. Die Schütthöhe und die Korngröße des Aluminiumoxid-Kontakts sollte so gewählt sein, dass der Druckverlust im Festbettreaktor kleiner als 0,2 bar ist. Geeignet sind zylindrische Granulate mit einer Länge von 10 mm und einem Durchmesser von 4 mm in einer Schütthöhe von weniger als 8 m. Die spezifische Oberfläche des Aluminiumoxid-Kontaktes sollte mindestens 200 m2/g, vorzugsweise 230 m2/g betragen; das Porenvolumen sollte bei mindestens 0,5 ml/g, vorzugsweise 0,7 ml/g liegen.It can be used by any type sintered alumina, which is suitable as a contact 'or Trägeπnaterial and has a sufficient mechanical strength. The bed height and the grain size of the alumina contact should be selected so that the pressure drop in the fixed bed reactor is less than 0.2 bar. Suitable cylindrical granules with a length of 10 mm and a diameter of 4 mm in a bed height of less than 8 m. The specific surface area of the alumina contact should be at least 200 m 2 / g, preferably 230 m 2 / g; the pore volume should be at least 0.5 ml / g, preferably 0.7 ml / g.
An diesem Aluminiumoxid-Kontal t werden organische Schwefelverbindungen, insbesondere Kohlenoxidsulfid und Schwefelkohlenstoff mit Wasser zu Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid hydrolysiert (s. Gleichungen 1. und 2.):At this alumina Kontal t organic sulfur compounds, in particular carbon sulfide and carbon disulfide are hydrolyzed with water to hydrogen sulfide and carbon dioxide (see equations 1 and 2):
Gl. 1.: CS2 + 2 H2O -» 2 H2S + CO2 Eq. 1: CS 2 + 2 H 2 O - »2 H 2 S + CO 2
Gl. 2.: COS + H2O -> CO2 + H2SEq. 2 .: COS + H 2 O -> CO 2 + H 2 S
Unter den erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen wird die Kapazität solcher Konvertierungstürme optimal genutzt, sodass die mittlere Verweilzeit des CO-Gases in einem solchen Konvertierungsturm weniger als 2 min., vorzugsweise weniger als 1,5 min. beträgt. Dabei wird eine Konvertierungsrate der organischen Schwefelverbindungen von mehr als 95 %, meist sogar mehr als 98 %, bezogen auf die Eintrittsmenge erreicht. Der Umsatz in diesen Konvertierungstürmen wird durch Online-Analyse des ein- und austretenden CO-Gas-Stromes kontrolliert.Under the reaction conditions according to the invention, the capacity of such conversion towers is optimally utilized so that the mean residence time of the CO gas in such a conversion tower is less than 2 minutes, preferably less than 1.5 min. is. In this case, a conversion rate of the organic sulfur compounds of more than 95%, usually even more than 98%, based on the amount of entry is achieved. The conversion in these conversion towers is controlled by online analysis of the incoming and outgoing CO gas stream.
Zur Optimierung der Energiebilanz in der Konvertierungsstufe findet ein Wärmeaustausch zwischen ein- und ausströmendem CO-Gas in einem Kreuzstrom- Wärmetauscher statt.To optimize the energy balance in the conversion stage, a heat exchange between incoming and outflowing CO gas takes place in a cross-flow heat exchanger.
Das so konvertierte CO-Gas wird nach Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb von 50°C jedoch oberhalb von 20°C , vorzugsweise auf 30°C, der chemischen Absorptionsstufe zugeleitet. Vor Eintritt in die Absorptionstürme wird dem CO-Gas je nach Beladung mit Schwefelwasserstoff eine Menge von mindestens 4.000 mg/Nm3, ggf. mehr als 7.000 mg/Nm3 an reinem Sauerstoff beigemischt. Diese Sauerstoff-Zusatzmenge vor der Absorptionsstufe ist begrenzt durch die maximal zulässige Sauerstoff-Konzentration von 0,15 Vol-% am Eintritt in die Aktivkohle- Adsorptionsstufe (s.S. 8). Das CO-Gas sollte Wasserdampf-gesättigt sein, mindestens jedoch 10.000 ppm Wasser enthalten; dem CO-Gas wird ggf. Wasserdampf zugesetzt. Die Absorptionstürme sind mit einem Eisenhydroxid-haltigen, porösen Material gefüllt, an dem in Gegenwart von ausreichenden Mengen an Wasser undThe CO gas thus converted, after cooling to a temperature below 50 ° C but above 20 ° C, preferably fed to 30 ° C, the chemical absorption stage. Before entering the absorption towers, the CO gas is mixed with at least 4,000 mg / Nm 3 , possibly more than 7,000 mg / Nm 3 of pure oxygen, depending on the charge of hydrogen sulfide. This oxygen addition amount before the absorption stage is limited by the maximum permissible oxygen concentration of 0.15% by volume at the entry into the activated carbon adsorption stage (see page 8). The CO gas should be saturated with water vapor but contain at least 10,000 ppm water; If necessary, steam is added to the CO gas. The absorption towers are filled with an iron hydroxide-containing, porous material, in which in the presence of sufficient amounts of water and
Sauerstoff die Umsetzung von Schwefelwasserstoff zu Eisensulfid und zu elementarem Schwefel stattfindet. Bei der Oxidation von Eisensulfid zu elementarem Schwefel wird in Gegenwart von Wasser die aktive Form des Eisenhydroxids wieder zurückgebildet und so die Kapazität des Kontaktes bezogen auf die Standzeit erhöht. Die chemischen Reaktionen bei der Beladung und bei der Regenerierung desOxygen, the conversion of hydrogen sulfide to iron sulfide and elemental sulfur takes place. In the oxidation of iron sulfide to elemental sulfur, the active form of the iron hydroxide is re-formed in the presence of water and thus increases the capacity of the contact relative to the service life. Chemical reactions during loading and regeneration of the
Absorptionsmaterials sind in den Gleichungen 3 und 4 dargestellt:Absorbent material is shown in equations 3 and 4:
Gl. 3.: 2 Fe O(OH) + 3 H2S -» Fe2S3 + H2O [Beladungsreaktion]Eq. 3: 2 Fe O (OH) + 3 H 2 S - Fe 2 S 3 + H 2 O [loading reaction]
Gl. 4.: 2 Fe2S3 + 3 O2 + 2 H2O ^ 4 Fe O(OH) + % S8 [Regenerierungsreaktion] Als geeignete Ausgangsstoffe für die Eisenhydroxid-haltigen Massen kommen verschiedene in technischen Maßstäben anfallende Produkte infrage, wie z.B. die Laugenrückstände aus der Bauxit- Aufarbeitung, oder die sog. Bechamp-Rückstände aus der Reduktion von organischen Nitroverbindungen mit Eisenspänen, oder das sog. Raseneisenerz, oder synthetische Materialien, wie sie bei der Umsetzung vonEq. 4: 2 Fe 2 S 3 + 3 O 2 + 2 H 2 O 4 Fe O (OH) +% S 8 [regeneration reaction] Suitable starting materials for the iron hydroxide-containing masses are various industrial scale products in question, such as the lye residues from the bauxite workup, or the so-called. Bechamp residues from the reduction of organic nitro compounds with iron shavings, or the so-called. or synthetic materials, as used in the implementation of
Eisen-(II)-sulfat mit Calciumliydroxid und anschließender Luftoxidation entstehen (s. DE-A 28 45 725). Um eine ausreichende Absorptionskapazität zur Verfügung zu stellen, ist ein Eisenhydroxid-Gehalt von mindestens 15 Gew.-% (gerechnet als Fe), vorzugsweise größer 20 Gew.-% bezogen auf die Massen erforderlich . Die in den Absorptionstürmen eingesetzten Massen, auch Biogasmassen genannt, enthalten alsIron (II) sulfate with calcium hydroxide and subsequent air oxidation arise (see DE-A 28 45 725). In order to provide a sufficient absorption capacity, an iron hydroxide content of at least 15% by weight (calculated as Fe), preferably greater than 20% by weight, based on the masses, is required. The masses used in the absorption towers, also called biogas masses, contain as
Bindemittel zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit Stoffe wie z.B. Zement, Kalk oder Gips. Zur Erhöhung der Kapazität dieser Massen werden Lockerungsmittel eingesetzt, die die Gasdiffusion in das Material erhöhen, sodass neben der Oberfläche der gekörnten, porösen Massen auch die tiefergelegenen Schichten an der chemischen Absorption teilnehmen. Als Lockerungsmittel kommen z.B. Sägespäne oder Sägemehl infrage ( s. DE-A 28 45 725, DE-A 20 06 758), wobei darauf zu achten ist, dass diese Lockerungsmittel keine Säuren enthalten, die mit den Bindemittel in den Massen reagieren können.Binder for increasing the mechanical strength, fabrics such as e.g. Cement, lime or gypsum. To increase the capacity of these compositions loosening agents are used, which increase the gas diffusion into the material, so that in addition to the surface of the granular, porous masses and the deeper layers participate in the chemical absorption. As a loosening agent, e.g. Sawdust or sawdust in question (see DE-A 28 45 725, DE-A 20 06 758), wherein care must be taken that these loosening agents contain no acids which can react with the binders in the masses.
Für das Betreiben der Absorptionstürme mit diesen sog. Biogasmassen ist es wichtig, dass der Druckverlust des CO-Gases in der Absorptionszone auch bei Serienschaltung von Abso tionstürmen nicht unzulässig hoch wird, d.h. eine Druckdifferenz von 0,5 bar, vorzugsweise 0,4 bar nicht überschreitet. Dies wird im wesentlichen durch geeignete Auswahl der Biogasmasse und durch apparative Maß- nahmen erreicht.For operating the absorption towers with these so-called. Biogasmassen it is important that the pressure drop of the CO gas in the absorption zone is not unacceptably high even when series connection of Abso tion storms, i. does not exceed a pressure difference of 0.5 bar, preferably 0.4 bar. This is essentially achieved by suitable selection of the biogas mass and by means of equipment.
Geeignete Biogasmassen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie auch im beladenen Zustand unter Berücksichtigung des sich abscheidenden elementaren Schwefels, der stellenweise zu erheblicher Verfestigung der schwefelbeladenen Biogasmasse führen kann, eine ausreichend hohe Durchlässigkeit des körnigen Materials gewährleisten.Suitable biomass masses are characterized in that they ensure a sufficiently high permeability of the granular material even in the loaded state, taking into account the depositing elemental sulfur, which can lead in places to considerable solidification of the sulfur-laden biogas mass.
Eine ausreichende Durchlässigkeit der Biogasmasse, auch im beladenen Zustand, wird durch eine optimale Korngrößen-Verteilung erreicht, wobei die Korngröße maximal 10 mm und minimal 3 mm beträgt, und der Anteil der Korngrößen zwischen 5 mm und 8 mm mindestens 45 Gew.-% beträgt.A sufficient permeability of the biogas mass, even when loaded, is achieved by an optimal particle size distribution, the grain size is a maximum of 10 mm and a minimum of 3 mm, and the proportion of grain sizes between 5 mm and 8 mm is at least 45 wt .-%.
Geeignete Apparate sind z.B. Absorptionstürme, in denen die Biogasmassen in mehreren Gitter-Körben mit jeweils begrenzter aber gleicher Schütthöhe untergebracht sind. Solche Gitterkörbe sind grundsätzlich so konstruiert, dass die Biogasmasse von dem zu entschwefelnden CO-Gas über die Oberfläche frei angeströmt werden kann, und dass die Biogasmasse durch ein hinreichend engmaschiges Gitter mechanisch von der Abströmseite' des entschwefelten CO-Gases so getrennt ist, dass keine größeren Mengen an Biogasmasseteilchen von dem Gasstrom mitgerissen werden können. Man bedient sich ggf. feinkörniger, inerter Feststoffe (wie z.B. feinkörniger Brechkoks) als Filterschicht zwischen Biogasmasse und der Gitterkonstruktion. Durch feste Wandungen sind die An- und Abströmseite von- einander getrennt. Weiterhin sind die Gitterkörbe durch Boden und oder Deckbleche so voneinander getrennt, dass jeder Gitterkorb einen eigenen separaten Gasraum bildet, bevorzugt sind jedoch alle Gitterkörbe an gemeinsame Zu- und Abflussleitungen gekoppelt. Bevorzugt eingesetzte Gitterkörbe werden von dem zu entschwefelnden CO-Gas von oben angeströmt, sodass das CO-Gas durch eine 120 bis 180 cm hohe, vorzugsweise ca. 150 cm hohe Biogasmasse-Schüttung strömt und durch ein im Bodenbereich des Korbes befindliches waagerecht angeordnetes Gitterblech austritt. Zwischen diesem Gitterblech und dem Bodenblech des Korbes wird das austretende CO-Gas zu einer mittig angeordneten Abflussleitung umgelenkt, über die es den Absoφtionsturm verlässt. Die bevorzugt verwendeten Gitterkörbe können im Absorptionsturm so übereinander gestapelt werden, dass durch definierte Abstände entlang der Außenwände der Körbe das CO-Gas seitlich in die Körbe eintreten und die Biogasmasse von oben anströmen kann. In der Mitte eines jeden Korbes befindet sich ein senkrecht angeordnetes Rohrsegment, das zwischen Gitterblech und Bodenblech Eintrittsöffhungen enthält, so dass im überein- andergestapelten Zustand aller Körbe eine zentrale Abflussleitung für das CO-Gas entsteht. Am Boden und am Kopf des Absorptionsturmes befindet sich jeweils eine Abdichtung der Abflussleitung gegen den übrigen Gasraum (zu entschwefelndes CO- Gas) des Absorptionsturmes.Suitable apparatuses are, for example, absorption towers in which the biogas masses are accommodated in several lattice baskets each having a limited but the same bed height. Baskets of this kind are basically designed in such a way that the biogas mass can be freely flowed over the surface by the CO gas to be desulphurised, and that the biogas mass is mechanically separated from the downstream side of the desulphurised CO gas by a sufficiently close-meshed grid such that none larger amounts of Biogasmasseteilchen be entrained by the gas stream. If necessary, fine-grained, inert solids (such as fine-grained crushed coke) are used as a filter layer between the biogas mass and the grid construction. By solid walls, the inflow and outflow sides are separated from each other. Furthermore, the grid baskets are separated by the bottom and / or cover plates so that each grid basket forms its own separate gas space, but preferably all grid baskets are coupled to common inlet and outlet lines. Preferably used mesh baskets are flown by the CO gas to be desulfurized from above, so that the CO gas flows through a 120 to 180 cm high, preferably about 150 cm high Biogasmasse bed and exits through a located in the bottom region of the basket horizontally arranged grid plate , Between this grid plate and the bottom plate of the basket, the exiting CO gas is deflected to a centrally disposed discharge line, via which it leaves the Absoφtionsturm. The preferably used mesh baskets can be stacked in the absorption tower so that by defined distances along the outer walls of the baskets, the CO gas laterally enter the baskets and the biogas mass can flow from above. In the center of each basket is a vertically arranged pipe segment, which contains inlet openings between the grid plate and bottom plate, so that in the stacked state of all baskets, a central outflow line for the CO gas is produced. There is one at the bottom and at the top of the absorption tower Sealing of the discharge line against the remaining gas space (CO gas to be desulphurised) of the absorption tower.
Da die auf der Biogasmasse ablaufenden Reaktionen schwach exotherm sind, ist es u.U. vorteilhaft, das CO-Gas zwischen den Absorbertürmen in einem Wärmetauscher nochmals herunterzukülilen.Since the reactions occurring on the biogas mass are weakly exothermic, it may be. advantageous to herunterzukülilen the CO gas between the absorber towers in a heat exchanger again.
Das zu entschwefelnde CO-Gas kann die Absorptionstürme je nach den betrieblichen Gegebenheiten, wie Durchsatz und Schwefel-Beladung, sowohl in Serie als auch parallel durchströmen. Die Verminderung der Absorptions-Kapazität eines Absorptionsturmes kann durch online-analytische Messungen des Schwefelgehaltes im eintretenden und im austretenden CO-Gas-Strom kontrolliert werden, sodass ein solcher Apparat rechtzeitig unter Vermeidung unzulässig hoher Schwefelgehalte im austretenden CO-Gas gezielt außer Betrieb genommen werden kann. Bei optimaler Fahrweise der Anlage verlässt das CO-Gas die chemische Absorptionsstufe mit einem Gehalt an organischen und anorganischen Schwefelverbindungen im Bereich von jeweils ca. 50 bis 100 mg/Nm3 CO-Gas. Dies entspricht einer Absorptionsrate von mehr als 98 %, bezogen auf die Eintrittsmenge an anorganischen Schwefelverbindungen.The CO gas to be desulphurised can flow through the absorption towers both in series and in parallel, depending on the operational conditions, such as throughput and sulfur loading. The reduction in the absorption capacity of an absorption tower can be controlled by online analytical measurements of the sulfur content in the incoming and outgoing CO gas stream, so that such an apparatus can be taken out of service in good time while avoiding unacceptably high levels of sulfur in the exiting CO gas , When the plant is operating optimally, the CO gas leaves the chemical absorption stage with a content of organic and inorganic sulfur compounds in the range of approximately 50 to 100 mg / Nm 3 CO gas. This corresponds to an absorption rate of more than 98%, based on the amount of inorganic sulfur compounds.
Das so entschwefelte CO-Gas wird anschließend der Aktivkohle-Ädsorptions-Stufe zugeleitet. Die Temperatur im Wärmetauscher wird so eingestellt, dass die CO-Gas- Eintritts-Temperatur in diese Stufe kleiner als 50°C ist, vorzugsweise nicht mehr als 35°C beträgt. Vor Eintritt des CO-Gases in die Aktivkohle-Adsorptionstürme wird dem CO-Gas eine Menge von mindestens 150 mg/Nm3, aber nicht mehr als 310 mg/Nm3 gasförmiges Ammoniak homogen beigemischt. Der Sauerstoffgehalt im CO-Gas, der als Überschuss aus der Oxidationsreaktion in der vorangegangenen chemischen Absorptionsstufe vorliegt, sollte nicht mehr als 0,15 Vol-% betragen.The desulfurized CO gas is then fed to the activated carbon adsorption stage. The temperature in the heat exchanger is adjusted so that the CO gas inlet temperature in this stage is less than 50 ° C, preferably not more than 35 ° C. Before entering the CO gas in the activated carbon adsorption towers is the CO gas but not mixed with an amount of at least 150 mg / Nm 3, more homogeneous than 310 mg / Nm 3 of gaseous ammonia. The oxygen content in the CO gas, which is in excess of the oxidation reaction in the preceding chemical absorption stage, should not be more than 0.15% by volume.
Die Aktivkohle- Adsorptions-Türme sind mehrfach vorhanden und können je nach den betrieblichen Erfordernissen sowohl in Serie als auch parallel durchströmt werden. Die Aktivkohle-Türme sind Festbett-Reaktoren und als zylindrische Apparate mit einem Siebboden ausgeführt; sie enthalten eine durchgehende Packung mit körniger Aktivkohle, die von oben nach unten durchströmt wird. Geeignete gekörnte Aktivkohlen besitzen eine hinreichende Festigkeit zur Vermeidung von unzulässig hohen Feinabriebmengen, die insbesondere bei Regenerier- Vorgängen entstehen können. Die Korngrößenverteilung sollte so gewählt sein, dass der Druckverlust des CO-Gases in der gesamten Adsorptionsstufe nicht mehr als 0,4 bar beträgt. Geeignet sind Aktivkohlen mit einer spezifischen Oberfläche von 1.000 bis 1.200 m2/g und einem Porenvolumen bei Porengrößen unterhalb 20 nm von 0,5 bis 0,7 ml/g, z.B . die Aktivkohle „D 47-4" von Firma „VFT".The activated carbon adsorption towers are available in multiple places and can flow through both in series and in parallel, depending on the operational requirements become. The activated carbon towers are fixed-bed reactors and designed as cylindrical apparatus with a sieve bottom; they contain a continuous package of granular activated carbon, which flows through from top to bottom. Suitable granular activated carbons have a sufficient strength to avoid unacceptably high Feinabriebmengen, which may arise in particular during regeneration operations. The particle size distribution should be chosen so that the pressure drop of the CO gas in the entire adsorption stage is not more than 0.4 bar. Activated carbons with a specific surface area of 1,000 to 1,200 m 2 / g and a pore volume with pore sizes below 20 nm are from 0.5 to 0.7 ml / g, eg. the activated carbon "D 47-4" of company "VFT".
Auf der Aktivkohle werden die restlichen Schwefelverbindungen, wie z.B. nicht konvertierte organische Schwefelverbindungen, elementarer Schwefel und Schwefelwasserstoff zurückgehalten. In Gegenwart von Ammoniak und Spuren von Sauer- stoff bildet sich dabei u.a. Ammoniumsulfat, das bei der Regenerierung mit Wasserdampf von der Aktivkohle abgelöst werden kann. Die chemischen Reaktionen sind in den Gleichungen 5 und 6 dargestellt:On the activated carbon, the remaining sulfur compounds, e.g. unconverted organic sulfur compounds, elemental sulfur and hydrogen sulfide are retained. In the presence of ammonia and traces of oxygen, u.a. Ammonium sulfate, which can be replaced by the activated carbon during regeneration with steam. The chemical reactions are shown in Equations 5 and 6:
Gl. 5.: NH3 + H2S -» NH4SHEq. 5 .: NH 3 + H 2 S -> NH 4 SH
Gl. 6.: NH4SH + 2 O2 + NH3 - (NH4)2SO4 Eq. 6 .: NH 4 SH + 2 O 2 + NH 3 - (NH 4 ) 2 SO 4
Die Sauerstoff-, Ammoniak- und Schwefelgehalte werden an verschiedenen Stellen in der Adsorptionsstufe kontinuierlich überwacht, um ggf. die Stoff-Zudosierungen zu korrigieren, oder um eine rechtzeitige Umschaltung von Aktivkohle-Türmen in der Anlage vorzunehmen, bevor eine unzulässige Überschreitung des Schwefelgehaltes im austretenden CO-Gas eintreten könnte.The oxygen, ammonia and sulfur contents are monitored continuously at various points in the adsorption stage in order to correct, if necessary, the metered additions, or to make a timely change of activated charcoal towers in the plant, before an inadmissible exceeding the sulfur content in the exiting CO gas could occur.
Hat ein Aktivkolile-Adsorptions-Turm die Schwefel-Beladungsgrenze erreicht, so wird er aus dem Verbund mit den übrigen Türmen abgetrennt und separat regeneriert.If an active column adsorption tower has reached the sulfur loading limit, it is separated from the composite with the remaining towers and regenerated separately.
Die Regenerierung der Aktivkohle- Adsorptions-Türme wird in zwei Schritten durch- geführt. Dazu können Apparate aus verschiedenen Verfahrensstufen miteinander verschaltet werden. Im ersten Schritt wird die beladene Aktivkohle mit ca. 1.000 Nm3/h entschwefeltem CO-Gas, das am Ende des Herstell-Prozesses entnommen und in einem Wärmetauscher auf mindestens 280°C,vorzugsweise 300°C, erhitzt wird, von oben nach unten durchströmt. Das austretende CO-Gas wird dem CO-Ein- gangsstrom zur Schwefel-Konvertierungs-Stufe vor dem Kreuzstrom- Wärmetauscher wieder zugeführt. Dieser „Spül-Prozess" wird solange durchgeführt, bis der Schwefelgehalt im austretenden CO-Gas unter 100 mg/Nm3 liegt. Danach wird im zweiten Schritt Wasserdampf, vorzugsweise 5-bar-Dampf durch den Aktivkohle-Turm von oben nach unten geleitet, wobei das schwefelhaltige Dampfkondensat am Boden desThe regeneration of the activated charcoal adsorption towers is carried out in two steps. guided. For this purpose, apparatuses from different process stages can be interconnected. In the first step, the loaded activated carbon with about 1,000 Nm 3 / h desulfurized CO gas, which is taken at the end of the manufacturing process and heated in a heat exchanger to at least 280 ° C, preferably 300 ° C, from top to bottom flows through. The exiting CO gas is returned to the CO input stream to the sulfur conversion stage before the crossflow heat exchanger. This "rinsing process" is carried out until the sulfur content in the exiting CO gas is below 100 mg / Nm 3. Thereafter, in the second step, steam, preferably 5 bar steam is passed through the activated carbon tower from top to bottom, wherein the sulfur-containing vapor condensate at the bottom of
Turmes abgeführt wird.Tower is dissipated.
Bei optimaler Fahrweise der Alctivkohle- Adsorptions-Stufe im bestimmungsgemäßen Betrieb verlässt das CO-Gas die Anlage mit einem Gehalt an organischen und anorganischen Schwefel Verbindungen von jeweils weniger als 5 mg/Nm3, vorzugsweise weiniger als 2 mg/Nm3. Dies entspricht einer Adsorptionsrate der Schwefelverbindungen von mehr als 95 %.With optimum mode of operation of the activated carbon adsorption stage during normal operation, the CO gas leaves the plant with a content of organic and inorganic sulfur compounds of less than 5 mg / Nm 3 , preferably less than 2 mg / Nm 3 . This corresponds to an adsorption rate of the sulfur compounds of more than 95%.
Das so gereinigte CO-Gas wird auf einen Druck von 3,5 bar gebracht, und in einer anschließenden klassischen Trocknungsstufe nach bekanntem Stand der Technik durch Vorkondensation in einem Sole- Wärmetauscher bei einer Temperatur von 3°C und durch anschließende Trocknung in Kieselgel-gefüllten Türmen auf einen Restgehalt von weniger als 10 ppm entwässert.The thus purified CO gas is brought to a pressure of 3.5 bar, and in a subsequent classical drying step according to the prior art by precondensation in a brine heat exchanger at a temperature of 3 ° C and by subsequent drying in silica gel-filled Towers dewatered to a residual content of less than 10 ppm.
Das aus dieser Entschwefelungsanlage austretende CO-Reingas enthält jeweils weniger als 5, vorzugsweise weniger als 2 mg/Nm3 an organischen und an anorganischen Schwefelverbindungen, weniger als 1,5 Vol-% Wasserstoff, weniger als 0,15 Vol-% Sauerstoff, weniger als 50 ppm Methan und weniger als 10 ppm Wasser.The CO clean gas leaving this desulphurisation plant contains less than 5, preferably less than 2 mg / Nm 3 of organic and inorganic sulfur compounds, less than 1.5% by volume of hydrogen, less than 0.15% by volume of oxygen, less as 50 ppm methane and less than 10 ppm water.
Die einzelnen Stufen liegen bevorzugt in mindestens zweifacher apparativerThe individual stages are preferably at least twice more apparative
Ausführung vor, wobei die Apparate je nach Bedarf parallel oder in Serie von CO- Gas durchströmt werden und wobei einzelne Apparate verschiedener Verfahrensstufen je nach Bedarf gezielt mit einander verschaltet werden können. Dadurch kann beispielsweise der ganze Prozess kontinuierlich geführt werden, indem die' Apparate im Wechsel betrieben bzw. regeneriert werden können.The apparatuses may be provided in parallel or in series of CO Gas to be flowed through and wherein individual apparatuses of different process stages can be selectively interconnected with each other as needed. As a result, for example, the entire process can be performed continuously by the 'apparatuses can be operated alternately or regenerated.
Der gesamte Verfahrensablauf wird an verschiedenen Stellen des gesamten Prozesses kontinuierlich analytisch überwacht, um Grenzwert-Verletzungen bei Stoffkonzentrationen im CO-Gas hinreichend schnell erkennen und darauf reagieren zu können. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende Stoffe im CO-Gas kontinuierlich mit sog. online-analytischen Methoden überwacht:The entire process is continuously monitored analytically at various points in the entire process in order to be able to detect and respond to limit value violations of substance concentrations in CO gas with sufficient speed. In the process according to the invention, the following substances in the CO gas are continuously monitored by so-called online analytical methods:
• organische Schwefelverbindungen• organic sulfur compounds
(wobei die Geräte-Eichung mit folgenden chemischen Verbindungen vorgenommen wurde: Schwefelkohlenstoff, Kohlenoxidsulfid, Methylmercaptan, Ethylmercaptan )(the device calibration was carried out with the following chemical compounds: carbon disulfide, carbon monoxide, methylmercaptan, ethylmercaptan)
• anorganische Schwefelverbindungen (Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid)• inorganic sulfur compounds (hydrogen sulfide, sulfur dioxide)
• Sauerstoff• oxygen
• Ammoniak• ammonia
• (darüber hinaus: Rest- Wasser-Gehalt und Reinheit)• (in addition: residual water content and purity)
Die Bestimmung der -anorganischen und der organischen Schwefelverbindungen geschieht z.B. mit Online-Gaschromatographen der Fa. Siemens und zwar mit Geräten des Typs: Sicromat RGC 202 R 219 in Bereichen hoher Schwefelbeladungen des CO-Gases und mit Sicromat RGC 202 R 220 in Bereichen geringer Schwefel- beladung des CO-Gases. Die jeweiligen Messwerte beziehen sich auf den Schwefelgehalt der chemischen Verbindungen und bedeuten mg [S]/Nm3 CO-Gas.The determination of the inorganic and organic sulfur compounds is done, for example, with online gas chromatographs from Siemens using devices of the type: Sicromat RGC 202 R 219 in areas of high sulfur loading of the CO gas and with Sicromat RGC 202 R 220 in areas of low sulfur - Loading the CO gas. The respective measured values relate to the sulfur content of the chemical compounds and mean mg [S] / Nm 3 CO gas.
Ammoniak im CO-Gas wird photometrisch mit dem Gerät „BINOS" von Fa. Endress und Hauser bestimmt. Sauerstoff im CO-Gas wird durch ein paramagnetisches Messverfahren mit dem Gerät „OXLMAT" von Fa. Siemens bestimmt. Bei den Schwefelbestimmungen sind Probenahmestellen jeweils im Eingangs- und im Ausgangsstrom des CO-Gases an den zu überwachenden Verfahrens- Abschnitten angebracht, um die Effizienz eines Verfahrensteils beurteilen zu können. Durch periodische Außerbetriebnahme einzelner Anlagen-Türme infolge Kapazitätser- Schöpfung und erforderlicher Regenerierung werden die Probenahmestellen dementsprechend umgelegt; eine Ausnahme sind die Konvertierungstürme, da dort keine regelmäßige Regenerierung erforderlich ist.Ammonia in the CO gas is determined photometrically using the "BINOS" device from Endress and Hauser Oxygen in the CO gas is determined by a paramagnetic measurement method with the "OXLMAT" device from Siemens. For the sulfur determinations, sampling points in the input and output stream of the CO gas are attached to the process sections to be monitored in order to assess the efficiency of a part of the process. By periodic decommissioning of individual turbine towers due to capacity creation and regeneration required, the sampling points are allocated accordingly; an exception are the conversion towers, as there is no regular regeneration required.
Die analytischen Daten werden registriert und in auswertbarer Form erfasst. Bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte erfolgen Alarmierungen, in kritischenThe analytical data are registered and recorded in evaluable form. If predetermined limit values are exceeded, alarms are issued, in critical
Fällen, wie bei Sauerstoff und Ammoniak sind damit auch Sicherheits-Abschaltungen in der Anlage verbunden.Cases such as oxygen and ammonia are also associated with safety shutdowns in the system.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren illustrieren ohne es jedoch einzuschränken. The following examples are intended to illustrate the process of the invention without, however, limiting it.
BeispieleExamples
Beispiel 1:Example 1:
Aus einer CO-Rohgas-Erzeugungsquelle wird ein CO-Gas mit weniger als 1,5 Vol-%CO raw gas source becomes CO gas less than 1.5 vol%
Wasserstoff, weniger als 0,15 Vol-% Sauerstoff, weniger als 50 ppm Methan, einem Gehalt an organischen Schwefelverbindungen von 3.300 mg/Nm3 und einem Gehalt an anorganischen Schwefel Verbindungen von 200 mg/Nm3 in Mengen von 8.400 NmVli kontinuierlich einem Dampf- Wärmetauscher der Konvertierungs stufe zuge- führt. Dabei stammt ein Teil des Gasstromes mit einer Temperatur von 50°C aus einer Nassentstaubung stammen und wird über eine Vorverdichtungsstufe und einen Kreuzstrom- Wärmetauscher einem Wärmetauscher zugeführt. Ein anderer Teil des Gasstromes entstammt mit einer Temperatur von ca. 200°C einer Trockenent- staubung des CO-Rohgases und wird direkt dem Wärmetauscher zugeführt. Dort wird das CO-Rohgas auf ca. 300°C erhitzt und den mit Aluminiumoxid-Kontakt (Fa.Hydrogen, less than 0.15% by volume of oxygen, less than 50 ppm of methane, an organic sulfur compounds content of 3300 mg / Nm 3 and an inorganic sulfur compounds of 200 mg / Nm 3 in amounts of 8,400 NmVli continuously a vapor - Heat exchanger fed to the conversion stage. In this case, a part of the gas stream at a temperature of 50 ° C comes from a wet dedusting and is fed via a Vorverdichtungsstufe and a cross-flow heat exchanger to a heat exchanger. Another part of the gas stream comes from a dry dedusting of the CO raw gas at a temperature of about 200 ° C and is fed directly to the heat exchanger. There, the crude CO gas is heated to about 300 ° C and the with alumina contact (Fa.
BASF D 10-10) gefüllten Türmen der Konvertierungsstufe zugeführt. Vor Eintritt in die Konvertierungstürme wird dem CO-Gas kontinuierlich eine Menge von 100 kg/h an Wasserdampf zugesetzt. Das CO-Gas befindet sich in dieser Stufe auf einem Druck von 2,8, bar. Das die Konvertierungsstufe verlassende CO-Gas wird über Kreuzstrom- Wärmetauscher, in denen ein Teil der Wärme des austretenden Gases an das in die Konvertierungsstufe eintretende Gas abgegeben wird, über Wasser- Wärmetauscher auf ca. 30°C abgekühlt. Die kontinuierliche analytische Überprüfung des austretenden CO-Gases durch sog. „Online-Gaschromatographie" ergibt für den Gehalt an organischen Schwefelverbindungen 50 mg/Nm3 und für den Gehalt an anorganischen Schwefelverbindungen 3.450 mg/Nm3, was einer Konvertierungsrate der organischen Schwefelverbindungen von 98,5 % entspricht.BASF D 10-10) filled towers of the conversion stage. Before entering the conversion towers, an amount of 100 kg / h of steam is continuously added to the CO gas. The CO gas is at this stage at a pressure of 2.8, bar. The CO gas leaving the conversion stage is cooled via cross-flow heat exchangers, in which part of the heat of the escaping gas is released to the gas entering the conversion stage, via the water heat exchanger to about 30 ° C. The continuous analytical examination of the exiting CO gas by so-called "on-line gas chromatography" gives for the content of organic sulfur compounds 50 mg / Nm 3 and for the content of inorganic sulfur compounds 3,450 mg / Nm 3 , which corresponds to a conversion rate of the organic sulfur compounds of 98 , 5% corresponds.
Das so konvertierte, abgekühlte CO-Gas wird mit einer Menge an Sauerstoff von 25The thus converted, cooled CO gas is used with an amount of oxygen of 25
Nm3/h (bzw. 4.250 mg/Nm3 CO) versetzt und den Absoφtionstürmen der chemische Absorptionsstufe bei einem Druck von 2,6 bar kontinuierlich zugeleitet. Dort findet auf der Eisenhydroxid-haltigen porösen Masse (Produkt: BIOGASMASSE von Fa. RAG) in Gegenwart von Sauerstoff und Wasser die Absorption von Schwefelverbindungen und die Umwandlung in elementaren Schwefel statt. Das CO-Gas durchläuft vier Absorptionstürme in Serie. Die entstehende Reaktionswärme wird durch zwischengeschaltete Wasser-Wärmetauscher soweit abgeführt, dass eine CO-Gas- Temperatur von ca. 30°C nach Verlassen der Absorptionsstufe noch eingehalten wird. Das CO-Gas verlässt die chemische Absorptionsstufe mit einem Gehalt an organischen und anorganischen Schwefelverbindungen von jeweils 50 mg/Nm3. Dies entspricht einer Absorptionsrate von anorganischen Schwefelverbindungen von 98,6 %.Nm 3 / h (or 4,250 mg / Nm 3 CO) and fed to the Absoφtionstürmen the chemical absorption stage at a pressure of 2.6 bar continuously. There, on the iron hydroxide-containing porous mass (product: BIOGASMASSE from Fa. RAG) in the presence of oxygen and water, the absorption of sulfur compounds and the conversion into elemental sulfur instead. The CO gas goes through four absorption towers in series. The resulting heat of reaction is dissipated by interposed water heat exchanger so far that a CO gas temperature of about 30 ° C after leaving the absorption stage is still maintained. The CO gas leaves the chemical absorption stage with a content of organic and inorganic sulfur compounds of 50 mg / Nm 3 . This corresponds to an absorption rate of inorganic sulfur compounds of 98.6%.
Das so entschwefelte CO-Gas wird mit einer Menge von 1,7 Nm3/h (bzw. 154 mg/Nm3 CO-Gas) an Ammoniak versetzt und bei einem Druck von 2,2 bar kontinuierlich den mit körniger Aktivkohle (Fa. VFT, Typ D 47-4) gefüllten Türmen der Aktivkohle-Adsorptionsstufe zugeführt. Das CO-Gas durchläuft vier Adsorp- tionstürme in Serie. Hier werden die restlichen Schwefelverbindungen aus dem CO-The thus desulfurized CO gas is mixed with an amount of 1.7 Nm 3 / h (or 154 mg / Nm 3 CO gas) of ammonia and at a pressure of 2.2 bar continuously with the granular activated carbon (Fa. VFT, type D 47-4) filled towers of the activated carbon adsorption stage. The CO gas passes through four adsorption towers in series. Here, the remaining sulfur compounds from the CO-
Gas in Gegenwart von max. 0,15 Vol-% Sauerstoff und bei einer Temperatur von 30°C und einem Druck von 2,0 bar zurückgehalten. Das CO-Gas verlässt die Aktivkohle-Adsorptionsstufe mit einem Gehalt an organischen und anorganischen Schwefelverbindungen von jeweils weniger als 2 mg/Nm3. Dies entspricht einer Adsorp- tionsrate von anorganischen und organischen Schwefelverbindungen von jeweils mehr als 96 %.Gas in the presence of max. 0.15 vol% oxygen and retained at a temperature of 30 ° C and a pressure of 2.0 bar. The CO gas leaves the activated carbon adsorption stage with a content of organic and inorganic sulfur compounds of less than 2 mg / Nm 3 . This corresponds to an adsorption rate of inorganic and organic sulfur compounds of more than 96% each.
Das so gereinigte CO-Gas wird in einer Endverdichtung auf einen Druck von 3,5 bar gebracht, und in einer anschließenden klassischen Trocknungsstufe nach bekanntem Stand der Technik durch Vorkondensation in einem Sole-Wärmetauscher bei einerThe thus purified CO gas is brought in a final compression to a pressure of 3.5 bar, and in a subsequent classical drying step according to the prior art by precondensation in a brine heat exchanger at a
Temperatur von 3°C und durch anschließende Trocknung in Kieselgel-gefüllten Türmen auf einen Restgehalt von weniger als 10 ppm entwässert.Temperature of 3 ° C and dehydrated by subsequent drying in silica gel-filled towers to a residual content of less than 10 ppm.
Das aus dieser Entschwefelungsanlage austretende CO-Reingas enthält jeweils weniger als 2 mg/Nm3 an organischen und an anorganischen Schwefelverbindungen, weniger als 1,5 Vol-% Wasserstoff, weniger als 0,15 Vol-% Sauerstoff, weniger als 50 ppm Methan und weniger als 10 ppm Wasser.The CO clean gas leaving this desulphurisation plant contains in each case less than 2 mg / Nm 3 of organic and inorganic sulfur compounds, less than 1.5% by volume of hydrogen, less than 0.15% by volume of oxygen, less than 50 ppm of methane, and less than 10 ppm of water.
Beispiel 2:Example 2:
Die CO-Rohgas-Erzeugungsquelle die verwendeten Apparate, sowie die physikalischen Bedingungen Druck und Temperatur sind identisch mit Beispiel 1. Der Schwefelgehalt des CO-Gases ist wesentlich gegenüber Beispiel 1 erhöht, der Gasdurchsatz ist verringert.The CO raw gas generation source, the apparatus used, and the physical conditions pressure and temperature are identical to Example 1. The sulfur content of the CO gas is significantly increased compared to Example 1, the gas flow rate is reduced.
Dem Wärmetauscher der Konvertierungsstufe wird in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, ein CO-Gas mit weniger als 1,5 Vol-% Wasserstoff, weniger als 0,15 Vol-% Sauerstoff, weniger als 50 ppm Methan, einem Gehalt an organischen Schwefelverbindungen von 5.650 mg/Nm3 und einem Gehalt an anorganischen Schwefelverbindungen von 350 mg/Nm3 in Mengen von 7.000 Nm3/h zugeführt. VorThe heat exchanger of the conversion stage, in the same manner as described in Example 1, a CO gas with less than 1.5% by volume of hydrogen, less than 0.15% by volume of oxygen, less than 50 ppm of methane, a content organic sulfur compounds of 5,650 mg / Nm 3 and a content of inorganic sulfur compounds of 350 mg / Nm 3 in amounts of 7,000 Nm 3 / h supplied. In front
Eintritt in die Konvertierungstüπne wird dem CO-Gas kontinuierlich eine Menge von 200 kg/h an Wasserdampf zugesetzt. Das die Konvertierungsstufe verlassende CO- Gas weist nach kontinuierlicher analytischer Überprüfung einen Gehalt an organischen Schwefelverbindungen von 100 mg/Nm3 und einen Gehalt an anorganischen Schwefelverbindungen von 5.900 mg/Nm3 auf, was einer Konvertierungsrate der organischen Schwefelverbindungen von 98,3 % entspricht.Entry into the conversion stage is continuously added to the CO gas at a rate of 200 kg / h of steam. The CO gas leaving the conversion stage has, after continuous analytical examination, a content of organic sulfur compounds of 100 mg / Nm 3 and an inorganic sulfur compound content of 5,900 mg / Nm 3 , which corresponds to a conversion rate of the organic sulfur compounds of 98.3%.
Das so konvertierte, abgekühlte CO-Gas wird mit einer Menge an Sauerstoff von 35 Nm3/h (bzw. 7.140 mg/Nm3 CO) versetzt und den Absorptionstürmen der chemische Absorptionsstufe bei einem Druck von 2,6 bar kontinuierlich zugeleitet. Das CO-The thus converted, cooled CO gas is mixed with an amount of oxygen of 35 Nm 3 / h (or 7.140 mg / Nm 3 CO) and continuously fed to the absorption towers of the chemical absorption stage at a pressure of 2.6 bar. The CO
Gas durchläuft vier Absorptionstürme in Serie. Bei optimaler Fahrweise der Anlage (s. Beispiel 1) verlässt das CO-Gas die chemische' Absorptionsstufe mit einem Gehalt an organischen und anorganischen Schwefelverbindungen von jeweils 100 mg/Nm3. Dies entspricht einer Absorptionsrate von anorganischen Schwefelverbindungen von 98,3 %. Das so entschwefelte CO-Gas wird mit einer Menge von 2,8 NmVh (bzw. 308 mg/Nm3 CO) an Ammoniak (Stoff C) versetzt und bei einem Druck von 2,2 bar kontinuierlich den mit körniger Aktivkohle (Fa. VFT, Typ D 47-4) gefüllten Türmen der Aktivkohle-Adsorptionsstufe zugeführt. Das CO-Gas durchläuft vier Absorp- tionstürme in Serie. Das CO-Gas verlässt die Alctivkohle-Adsorptionsstufe mit einemGas goes through four absorption towers in series. With optimal operation of the plant (s. Example 1) the CO gas exits the chemical 'absorption stage with a content of organic and inorganic sulfur compounds of 100 mg / Nm 3. This corresponds to an absorption rate of inorganic sulfur compounds of 98.3%. The thus desulfurized CO gas is mixed with an amount of 2.8 NmVh (or 308 mg / Nm 3 CO) of ammonia (substance C) and at a pressure of 2.2 bar continuously with the granular activated carbon (VFT Type D 47-4) filled towers of the activated carbon adsorption fed. The CO gas goes through four absorption towers in series. The CO gas leaves the activated carbon adsorption stage with a
Gehalt an organischen und organischen Schwefelverbindungen von jeweils weniger als 5 mg/Nm3. Dies entspricht einer Adsorptionsrate von anorganischen und organischen Schwefelverbindungen von jeweils mehr als 95 %.Content of organic and organic sulfur compounds of less than 5 mg / Nm 3 . This corresponds to an adsorption rate of inorganic and organic sulfur compounds of more than 95% in each case.
Das aus der Entschwefelungsanlage austretende CO-Reingas enthält bei dieser Fahrweise nach zusätzlicher Trocknung, wie in Beispiel 1 beschrieben jeweils weniger als 5 mg/Nm3 an organischen und an anorganischen Schwefelverbindungen, weniger als 1,5 Vol-% Wasserstoff, weniger als 0,15 Vol-% Sauerstoff, weniger als 50 ppm Methan und weniger als 10 ppm Wasser. The CO clean gas leaving the desulphurisation plant contains in this procedure, after additional drying, as described in Example 1, less than 5 mg / Nm 3 of organic and inorganic sulfur compounds, less than 1.5% by volume of hydrogen, less than 0, respectively. 15 vol% oxygen, less than 50ppm methane, and less than 10ppm water.

Claims

Patentansprflche Patentansprflche
1. Verfahren zur Herstellung eines schwefelarmen CO-Gases, dadurch gekennzeichnet, dass ein CO-Gas, das unter den Verfahrensbedingungen gasförmige Schwefelverbindungen enthält,1. A process for producing a low-sulfur CO gas, characterized in that a CO gas containing gaseous sulfur compounds under the process conditions,
a) kontinuierlich einer Konvertierungs-Stufe bei erhöhter Temperarur und mit einem definierten Wasserdampfgehalt zugeführt wird, wobei an einem Aluminiumoxid-Kontakt im CO-Gas enthaltene organische Schwefelverbindungen zu Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt werden,a) is continuously fed to a conversion stage at elevated temperature and with a defined water vapor content, wherein organic sulfur compounds contained in the CO gas are converted to hydrogen sulfide and carbon dioxide at an aluminum oxide contact,
b) das CO-Gas mit den so konvertierten Schwefel Verbindungen anschließend kontinuierlich einer chemischen Absorptionsstufe zuge- führt wird, wobei der im CO-Gas enthaltene Schwefelwasserstoff inb) the CO gas with the sulfur compounds thus converted is subsequently fed continuously to a chemical absorption stage, the hydrogen sulphide contained in the CO gas being introduced into the CO gas
Gegenwart von Sauerstoff und Wasser an einem Eisenhydroxid- haltigen, porösen Material in Eisensulfid und elementaren Schwefel umgewandelt und absorbiert wird,Presence of oxygen and water on a ferric hydroxide containing porous material is converted and absorbed into iron sulfide and elemental sulfur,
c) das so entschwefelte CO-Gas zur Entfernung von Spuren an Schwefelwasserstoff und ggf. anderen Schwefelverbindungen anschließend kontinuierlich einer Aktivkohle-Adsorptionsstufe zugeführt wird, wobei in Gegenwart von Ammoniak und Spuren von Sauerstoff ein Teil der im CO-Gas noch enthaltenen Schwefelverbindungen in wasserlösliche Ammonium-Verbindungen umgewandelt wird.c) the thus desulfurized CO gas to remove traces of hydrogen sulfide and optionally other sulfur compounds is then continuously fed to an activated carbon adsorption, wherein in the presence of ammonia and traces of oxygen, a portion of the CO gas still contained sulfur compounds in water-soluble ammonium Connections is converted.
2. Verfahren zur Herstellung eines CO-Gases gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumoxid-Kontakt eine spezifische Ober- fläche von mehr als 200 m2/g, und ein Porenvolumen von mindestens 0,5 ml/g besitzt. 2. A method for producing a CO gas according to claim 1, characterized in that the aluminum oxide contact has a specific surface area of more than 200 m 2 / g, and a pore volume of at least 0.5 ml / g.
3. Verfahren zur Herstellung eines CO-Gases gemäß Anspruch 1 dadurch gekeiinzeichήet, dass die Konvertierung der organischen Schwefelverbindungen bei Temperaturen von mehr als 280°C und einem Wasserdampf- gehalt von mind. 2,5 Gew.-% (bezogen auf CO-Gas) durchgeführt wird.3. A process for the preparation of a CO gas according to claim 1 characterized gekeiinzeichήet that the conversion of organic sulfur compounds at temperatures of more than 280 ° C and a water vapor content of at least. 2.5 wt .-% (based on CO gas ) is carried out.
4. Verfahren zur Herstellung eines CO-Gases gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der chemischen Absorptionsstufe b) ein Eisenhydroxid-haltiges, poröses Material eingesetzt wird, das mindestens 15 Gew.-% (gerechnet als Fe) an aktivem Eisen-III-oxid-hydrat (bezogen auf4. A method for producing a CO gas according to claim 1, characterized in that in the chemical absorption stage b) a ferrous hydroxide-containing, porous material is used, the at least 15 wt .-% (calculated as Fe) of active iron-III oxide hydrate (based on
Material) enthält.Material).
5. Verfahren zur Herstellung eines CO-Gases gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aktivkohle-Adsorptionsstufe c) die CO-Gas- Temperatur nicht mehr als 35°C beträgt.5. A method for producing a CO gas according to claim 1, characterized in that in the activated carbon adsorption c) the CO gas temperature is not more than 35 ° C.
6. Verfahren zur Herstellung eines CO-Gases gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aktivkohle- Adsorptionsstufe c) Ammoniak in einer Menge von minimal 150 und maximal 310 mg/m3 und Sauerstoff in einer Menge von maximal 0,15 % im CO-Gas anwesend ist.6. A process for the production of a CO gas according to claim 1, characterized in that in the activated carbon adsorption c) ammonia in an amount of a minimum of 150 and a maximum of 310 mg / m 3 and oxygen in an amount of not more than 0.15% CO gas is present.
7. Apparat zur Entschwefelung von CO-Gas, dadurch gekennzeichnet, dass Eisenhydroxid-haltiges, poröses Material in einem zylindrischen Apparat in mehreren, senkrecht übereinander angeordneten gasdurchlässigen Gitter- körben in einer Schütthöhe von jeweils max. 150 cm untergebracht ist.7. An apparatus for the desulfurization of CO gas, characterized in that iron hydroxide-containing, porous material in a cylindrical apparatus in a plurality of vertically stacked gas-permeable mesh baskets in a bed height of max. 150 cm is housed.
8. Apparat zur Entschwefelung von CO-Gas gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Gitterkörbe gleichzeitig von oben durch entsprechende Abstände zwischen den einzelnen Gitterkörben mit dem zu entschwefelnden CO-Gas angeströmt ' werden, und dass das entschwefelte CO-Gas jeweils zwischen einem Gitterrost und einem Trennblech am Boden eines jeden Gitterkorbes in eine zentrale Abflussleitung abgeführt wird.8. An apparatus for the desulfurization of CO gas according to claim 7, characterized in that all the mesh baskets are simultaneously 'flowed from above through corresponding distances between the individual grid baskets with the CO gas to be desulfurized', and that the desulfurized CO gas is discharged in each case between a grid and a separating plate at the bottom of each grid basket in a central drain line.
9. Entschwefeltes CO-Gas mit einem Restgehalt an Gesamt-Schwefel- Verbindungen von weniger als 5 mg/m3, mit einem Rest-Methan-Gehalt von weniger als 50 ppm, mit einem Rest-Sauerstoff-Gehalt von weniger als 0,159. Desulfurized CO gas with a residual content of total sulfur compounds of less than 5 mg / m 3 , with a residual methane content of less than 50 ppm, with a residual oxygen content of less than 0,15
Vol-%, mit einem Rest-Wasserstoff-Gehalt von weniger als 1,5 Nol-% und mit einem Rest- Wasser-Gehalt von weniger als 10 ppm.Vol%, with a residual hydrogen content of less than 1.5 Nol-% and with a residual water content of less than 10 ppm.
10. Verwendung von entschwefeltem CO-Gas gemäß Anspruch 9 für chemische10. Use of desulfurized CO gas according to claim 9 for chemical
Synthesen, insbesondere zur Herstellung von Phosgen. Syntheses, in particular for the production of phosgene.
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