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Verfahren und Vorrichtung zur Desorption selektiv aus Gemischen absorbierter Gase
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von schwachen Säuren aus Alkalilösungen oder aus organischen Lösungsmitteln, insbesondere zur Desorption beladener Absorptionsmittel. und auf eine
Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
Es ist bekannt, schwache Säuren, z. B. Schwefelwasserstoff, aus einer Alkalilösung, z. B. aus einer Natriumkarbonatlösung, mittels Luft auszutreiben. Bei einem bekannten Verfahren wird hiezu nicht vor- behandelte Luft verwendet. Der Zustand der Luft ist durch die jeweilige Wetterlage bestimmt, in jedem Falle reicht ihre Wärmeeinheit nicht aus, um die Desorptionswärme zu decken. Das an sich schon ungünstige Temperaturniveau wird durch den Wärmeentzug noch weiter erniedrigt, und man benötigt zur Desorption Luft in Mengen, die eine wirtschaftliche Anwendung des Verfahrens, zum. mindesten im technischen Betrieb, ausschliessen.
Mit geringeren Luftmengen kommt man aus, wenn man, wie weiter bekannt ist, zum Durchblasen der Lösung erhitzte trockene Luft verwendet. In diesem Falle muss man jedoch mit einem starken Aufkonzentrieren der Lösung rechnen und auf einem Temperaturniveau arbeiten, auf dem die Anwendung billiger Abwärme zum Aufheizen der Luft nicht mehr möglich ist.
Weiterhin ist bekannt, Lösungen zum Austreiben schwacher Säuren mit Direktdampf als Abstreifer zu behandeln. Das Verfahren ist jedoch wegen der damit verbundenen Wärmeverluste unwirtschaftlich, besonders, wenn das desorbierte Gas keinen Anreiz zur Weiterverarbeitung bietet.
Es wurde ein Verfahren zur Desorption selektiv aus Gemischen absorbierter Gase, insbesondere schwacher Säuren, aus dem beladenen Absorbens mittels Luft gefunden, das es gestattet, die aufgezeigten, mit den bekannten Arbeitsweisen verbundenen Nachteile zu vermeiden und die beladenen Absorptionsmittel auf ein für den Wärmeaufwand und das Austreiben günstiges Temperaturniveau zu desorbieren, sowie insbesondere schwache Säuren aus Alkalilösungen oder aus organischen Lösungsmitteln in wirtschaftlicher Weise zu entfernen.
Erfindungsgemäss wird so vorgegangen, dass man die zum Abstreifen verwendete Luft vor Eintritt in die Desorptionszone durch Kontakt mit dem bereits entladenen Absorbens befeuchtet und anwärmt und hierauf durch Behandeln mit warmem Wasser auf eine Temperatur, die etwa 5 bis etwa 150 C über der Eintrittstemperatur des beladenen Absorbens liegt, und auf einen Sättigungsgrad von 95 bis dz bringt.
Dabei kann man die Endkonzentration des entladenen Absorbens in weiten Grenzen exakt steuern, wenn man einen mehr oder weniger grossen Teilstrom der Luft mit dem entladenen Absorbens in Kontakt bringt. Man kann auf diese Weise z. B. das entladene Absorbens mit der gleichen Salzkonzentration zum Absorber zurückführen, mit der das beladene Absorbens aus dem Absorber anfällt.
Der Wärmebedarf kann wegen des niedrigen Temperaturniveaus, auf dem das Verfahren abläuft, aus Abwärme gedeckt werden, es können z. B. Kondensat oder auch niedrig gespannter Abdampf zum Erwärmen der Luft bzw. zum Aufbringen der Desorptionswärrne herangezogen werden.
Die Temperatur der Abluft bzw. des austretenden Gas-Dampf-Luft-Gemisches kann niedrig gehalten werden ; sie braucht nur etwa 1-3 C über der Temperatur zu liegen, mit der das beladene Absorbens in den Desorber eintritt.
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Zur Ausübung des Verfahrens bedient man sich mit Vorteil einer Vorrichtung, die in der beigefügten
Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform schematisch dargestellt ist. Sie besteht aus einer zweiteiligen Befeuchtungskolonne 1, deren unterer Teil 2 mit einer Berieselungseinrichtung 3 für Lauge und Belüftungsstutzen 4 versehen ist und deren oberer Teil 5 eine Verteilereinrichtung 6 für warmes Was- ) ser aufweist, und die weiter einen mit überdachten Schloten versehenen, zwischen dem oberen und unte- ren Teil angeordneten Boden 7 enthält.
Die Stutzen 4 sind über die Leitungen 9 und 10 mit einer Belüftungseinrichtung 8 verbunden, deren oberer Abzweig 9 einen Mengenregler 11 enthält, dessen konzentrationsabhängiger Impulsgeber 12 ir dem
Absorbenssammler 14 angeordnet ist.
Die Vorrichtung besitzt weiterhin einen Warmwasserbereiter 15, eine Förderpumpe 16, einen Stand- regler 17 und Leitungen 18, die den Ablauf des Bodens 7 über den Standregler, die Förderpumpe und den
Warmwasserbereiter mit der Verteilereinrichtung 6 verbinden.
In der Zeichnung bezeichnen 19 die Desorptionskolonne, 20 eine Zulaufleitung für das beladene Ab- sorbens, 21 einen Verteiler für das beladene Absorbens, 22 einen Abgasstutzen, 23 eine Zuleitung für die aufbereitete Luft, 24 eine Ableitung für entladene Absorbens und 25 eine Förderpumpe.
Im Betrieb fliesst dem Desorber 19 laufend beladene Lösung über die Leitung 20 zu. Aus dem Ver- teiler 21 rieselt oder sprüht diese Lösung auf die Füllkörperschicht. Gegen die durch die Schicht zum
Kolonnenboden dringende Flüssigkeit strömt Luft, die auf 5 - 150 C über Absorbenseintritts-Temperatur erwärmt und auf 95-1000/0 auf gesättigt ist. Das denDesorber über den Stutzen 22 verlassende Gemisch kann abgeblasen oder auch einem Wiedergewinnungsverfahren für das ausgetriebene Gas unterworfen werden.
Das entladene Absorbens wird über Leitung 24 durch Pumpe 25 in den unteren Teil 2 der Befeuch- tungskolonne 1 gefördert und mittels eines Verteilers 3 über der Füllkörperschicht verteilt. Die im De- sorber durch Kondensation des Feuchtigkeitsanteils der Luft verdünnte Lösung fliesst gegen den über die
Leitung 10 eintretenden Luftanteil und wird dabei aufkonzentriert. Durch einen Regler 11, der in den obe- ren Abzweig 9 der Leitung 10 eingebaut ist, kann die über den unteren Stutzen 4 eintretende Luftmenge indirekt geregelt werden. Dadurch hat man die Möglichkeit, die Endkonzentration des Absorbens auf einen bestimmten Wert, z. B. auf die Anfangskonzentration am Desorber, einzustellen. Der Impulsge- ber 12 ist gemäss der Zeichnung in einem Sammler angeordnet.
Die über Leitung 9 eintretende Luft beeinflusst die Konzentration des Absorbens nicht. Diese Luft strömt mit der aus der-Füllkörperschicht austretenden Luft durch den oder die Schlote des Bodens 7 in den oberen Teil 5 der Befeuchtungseinrichtung. Die Luft durchdringt die im Teil 5 untergebrachte Füllkörper- schicht von unten nach oben und wird auf diesem Wege erwärmt und aufgesättigt. Die Endtemperatur und
Endfeuchtigkeit, mit der die Luft den Befeuchter verlässt, hängen bei genügender Bemessung der Füllkör- perschicht nur von der Wassermenge und von der Wassertemperatur ab. Die für einen gewünschten Endzu- stand der Luft erforderlichen Wassermengen und Temperaturen können mit bekannten Mitteln, z. B. mit T emperatur-und Feuchtigkeitsreglerneingestellt werden.
Die Einstellung kann, wenn man mit einem ge- ringen Wasserüberschuss fährt, auch allein durch einen Temperaturregler erfolgen, dessen Fühler z. B. in der Luftleitung 23 oder dessen Regelorgan in der Energiezuleitung des Wärmeaustauschers angeordnet wer- den kann. Besonders einfach gestaltet sich diese Regelung der Wassertemperatur bei einer Kreislaufschal- tung für das Befeuchtungswasser, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist.
Das aus der Füllkörperschicht des oberen Teiles 5 austretende Wasser wird durch den Zwischenboden 7 gehindert, in den unteren Teil 2 der Befeuchtungskolonne einzutreten ; es fliesst dem Standregler 17 zu.
Dort werden die verbrauchten Wassermengen ersetzt. Die Regelung des Ersatzes erfolgt z. B. in Abhän- gigkeit vom Flüssigkeitsstand auf dem Boden 7. Die Pumpe] 6 fördert das Wasser durch den Wärmeaus- tauscher 15 zum Verteiler 6 und zu neuem Kreislauf in die Füllkörperschicht des oberen Teiles 5 der Be- feuchtungskolonne 1. An Stelle derFüllkörperschicht in der Desorptions- und Befeuchtungseinrichtung kön- nen z. B. auch Glockenböden oder andere bekannte Bodenarten verwendet-werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung sind insbesondere zum Austreiben von CO, H S und HCN geeignet. Die Erfindung kann aber auch allgemein für die Entfernung von schwachen Säu- ren aus wässerigen alkalischen Lösungen oder wasserhaltigen organischen Lösungsmitteln benutzt werden.
Beispiel 1 : Aus einer Absorptionsanlage fallen stündlich 131 m3 mit 2660 Nm3 CO ! beladenes K-Taurinat in 17%piger, 700 C warmer Lösung an. Dieses Absorbens wird mittels Luft einem Desorptionsverfahren unterworfen und in gleicher 17% figer Konzentration zur Absorptionsanlage zurückgeführt.
Man führt das Absorbens in den Kopf einer Desorptionskolonne in Form einer Füllkörperkolonne 19 von 4,5 m Durchmesser und 10 m Schichthöhe. Gleichzeitig leitet man 34000 Nm ?/h Strippluft, die vor Eintritt in die Desorptionskolonne auf eine Temperatur von 770 C und einen Sättigungsgrad von 970/0 ge-
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bracht wurde, von unten nach oben durch die Kolonne.
Die Strippluft führt man vor Eintritt in die Desorptionskolonne durch eine Befeuchtungsvorrich- tung 5,6 der beschriebenen Art mit 4,5 m Durchmesser und Füllkörperschichten von je 2,5 m Höhe.
Die den Desorber verlassende Lösung weist eine Temperatur von 760 C auf ; sie hat durch Kondensation eines Teiles des in der Strippluft enthaltenen Dampfes etwa 4 m3/h Wasser aufgenommen. Diese verdünn- te Lösung wird über der unteren Füllkörperschicht 2 verteilt und durch die entgegenströmende Luft aufkon- zentriert.
Die Füllkörp6rschicht des oberen Teiles 5 der Befeuchtungskolonne wird mit 440 mS/h Wasser von
850 C beaufschlagt. Das Wasser kühlt sich unter dem Einfluss der Luft auf 650 C ab ; es wird über den 7. wi- schenboden 7 abgezogen und über den Standregler zur Ergänzung der Menge und über den mit Abwärme der Absorptionsanlage betriebenen Wärmeaustauscher 15 in den oberen Teil 5 der Befeuchtungskolonne zu- rückgeführt.
Man erhält am Fuss der Kolonne über Leitung 13 ein Absorbens, dessen mittlere Konzentration etwa
17% beträgt.
Beispiel 2 : Wird gefordert, dass das Absorbens an Stelle einer um 17% leicht schwankenden Kon- zentration mit einer Konzentration zurückgeführt wird, die in sehr engen Grenzen um 17% gehalten wird, so führt man einen Teilstrom der Frischluft über das Regelventil 11 in die Kolonne.
Die durch die Leitung 9 strömende Luftmenge wird mittels eines Impulsgebers 12, der in dem Ab- sorbenssammler 14 angeordnet ist, in Abhängigkeit von der Endkonzentration so geregelt, dass immer so viel Luft durch die untere Füllkörperschicht 2 strömt, wie zur Aufnahme der erforderlichen Wassermenge notwendig ist.
Hiebei strömen durchschnittlich etwa 31000 Nnf'/h Luft durch die untere Füllkörperschichtder Kolon- ne und etwa 3000 Nnr'/h durch die Umgehungsleitung 9. Man erhält eine Lösung, die auf praktisch ge- nan 17% aufkonzentriert ist und eine Temperatur von 470 C aufweist.
Durch Änderung der Mengenverhältnisse und der Konzentrationseinstellung kann gewünschtenfalls das entladene Absorbens auch ohne weiteres auf andere als die nach den Beispielen erzielten Temperaturen oder Verdiinnungsgrade gebracht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Desorption selektiv aus Gemischen absorbierter Gase, insbesondere schwacher Säuren, aus dem beladenen wässerigen oder wasserhaltigen Absorbens mittels Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Abstreifen verwendete Luft vor Eintritt in die Desorptionszone durch Kontakt mit dem bereits ent- ladenen Absorbens befeuchtet und angewärmtwird und hierauf durch direktes Behandeln mit warmem Wasser auf eine Temperatur, die etwa 5 bis etwa 150 C über der Eintrittstemperatur des beladenen Absorbens liegt, und auf einen Sättigungsgrad von 95 bis 100% gebracht wird.