AT219008B - Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxyd aus Synthesegasen - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxyd aus Synthesegasen 
Für Hochdrucksynthesen, wie z. B. die Ammoniaksynthese, die Alkoholsynthese und die Hydrierung der verschiedensten Verbindungen, ist eine weitgehende Entfernung des bei der Gaserzeugung und des bei der Kohlenmonoxydkonvertierung gebildeten Kohlendioxyds aus dem Synthesegas erforderlich. 



   Nach einem bekannten Verfahren wird dies dadurch erreicht, dass die Gase unter erhöhtem Druck mit Wasser im Gegenstrom behandelt werden. Das verwendete Wasser, von dem ausser der Kohlensäure auch andere unerwünschte Stoffe, wie schwefelhaltige Verbindungen und Kohlenwasserstoffe, aufgenommen werden, wird durch Entspannen und anschliessende Belüftung regeneriert. Die bei der Entspannung des Druckwassers freiwerdende Energie wird meist mittels Turbinen nutzbar gemacht und zur Kompression von Frischwasser verwendet. 



   Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Tatsache, dass infolge der vorliegenden Löslichkeitsverhältnisse stets ein Teil des Wasserstoffs und der andern Komponenten des Synthesegases mit dem Kohlendioxyd entfernt werden. Die auf diese Weise entstehenden Gas-, insbesondere Wasserstoffverluste, die anderseits zu einer Verunreinigung des abgetrennten Kohlendioxyds führen, liegen bei einem Kohlendioxydgehalt des Synthesegases von 30 bis 40% je nach der Wassertemperatur, der Beschaffenheit des Wassers und den technischen Bedingungen in der Grössenordnung von 3 bis   5%.   Zur Verminderung dieser Verluste, die einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der jeweiligen Synthese haben, und insbesondere zur Erzielung eines reinen Kohlendioxyds wurde das Verfahren mehrfach abgeändert. So wird z.

   B. die Entspannung des beladenen Wassers in mehreren Stufen vorgenommen, wobei in den ersten Stufen der Wasserstoff, gegebenenfalls neben Stickstoff und Kohlenmonoxyd, bevorzugt anfällt, während in den weiteren Stufen ein mehr oder weniger reines Kohlendioxyd erhalten wird (deutsche Auslegeschrift Nr. 1017737). Andere Verfahren gehen vom Wasser als Waschmittel ab und benutzen z. B. eine heisse Pottaschelösung oder gekühlte organische Lösungsmittel, wie Methanol. 



   Die Wirksamkeit des Verfahrens der stufenweisen Entspannung ist von den Partialdruckverhältnissen der Gasgemische abhängig, so dass weder bei den in den ersten Stufen entspannten Inertgasen, noch bei dem in den weiteren Stufen entspannten Kohlendioxyd eine befriedigende Reinheit erreicht wird. Den andern Verfahren liegen meist komplizierte Technologien zugrunde. 



   Es wurde nun gefunden, dass die oben angeführten Nachteile vermieden werden, wenn man sich bei der Entfernung des Kohlendioxyds aus Synthesegasen in bekannter Weise einer Gegenstrombehandlung mit Wasser unter erhöhtem Druck und einer anschliessenden Wasserregeneration mit einer mehrstufigen Entspannung des Wassers bei gleichzeitiger Rückgewinnung der bei der Entspannung freiwerdenden wasserstoffhaltigen Inertgase bedient. Dabei werden erfindungsgemäss die Entspannungsgase der ersten Stufe verdichtet, einer Tieftemperaturzerlegungsanlage zugeführt und dort in eine wasserstoffhaltige Fraktion und reines Kohlendioxyd getrennt.

   Das gewonnene reine Kohlendioxyd wird ganz oder teilweise in einer Expansionsturbine, die mit einer zur Verdichtung des zu zerlegenden Gasgemisches auf den Zerlegungsdruck notwendigen Kompressionsanlage direkt oder indirekt gekoppelt ist, unter Arbeitsleistung entspannt. 



   In der zweiten Stufe der Wasserentspannung wird das Wasser in bekannter Weise vom restlichen, vorwiegend aus Kohlendioxyd bestehenden Gas befreit, und hierauf in die Gegenstromwäsche zurückgeführt. 



   Um eine möglichst grosse Inertgasmenge, insbesondere Wasserstoffmenge, zurückzuerhalten und gleichzeitig energetisch günstig zu arbeiten, führt man das Verfahren zweckmässigerweise so aus, dass man die Entspannung in der ersten Stufe der Wasserregeneration auf einen Druck von 5, 0 bis 2, 0 at vornimmt. 



  Das dabei gewonnene Kohlendioxyd enthält   15-7%   Wasserstoff und wird nach Verdichtung der Tieftemperaturzerlegungsanlage zugeführt. Es ist besonders günstig, die Entspannung des Wassers auf den Druck vorzunehmen, der der statischen Höhe der Belüftungstürme der Wasserregeneration entspricht. 



   Die in der Tieftemperaturzerlegungsanlage gewonnene wasserstoffhaltige Fraktion, die gegebenenfalls noch Kohlenmonoxyd, Stickstoff, Argon und andere Gase enthält, wird zweckmässigerweise auf den Druck des Synthesegases gebracht und diesem vor oder nach der Gegenstromwäsche wieder zugesetzt. Auf   diese Weise werden die bei der Synthesegasreinigung auftretenden Wasserstoffverluste erheblich gesenkt, was eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses zur Folge hat. Ausserdem ist es auf diese   

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Weise möglich, grosse Mengen reines Kohlendioxyd zu erzeugen, was für nachfolgende Synthese, wie z. B. für die Harnstoffsynthese, besonders erstrebenswert ist. 



   Ferner ist es möglich, eine überschüssige, in der Zerlegungsanlage selbst nicht benötigte Kältemenge einer anderweitigen Verwertung zuzuführen, z. B. zur Kühlung des Wassers für die Gegenstromwäsche zu benutzen. 



   Der Wärmeaustausch zwischen dem zu zerlegenden Gasgemisch und dem reinen Kohlendioxyd geschieht zweckmässigerweise in drei zwangsgesteuerten Regeneratoren. Dabei kann die Steuerung so vorgenommen werden, dass die Verunreinigungen des Gasgemisches in dem Regenerator verbleiben und somit nicht die Funktion der Trennapparatur stören, und dass gleichzeitig das unter Druck gewonnene reine Kohlendioxyd in einer Expansionsturbine ohne Störungen zur Deckung der Kälteleistung entspannt wird. 



   In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt.   100. 000 Nm3 Synthesegasjroh   mit einem Kohlendioxydgehalt von 35% werden unter einem Druck von 30 at durch die Leitung 1 in den Wascher 2 eingeleitet. Im Gegenstrom zu dem Synthesegas wird durch die Leitung 4 das mit der Pumpe 15 auf einen Druck oberhalb 30 at gebrachte Wasser in den Wascher 2 geleitet. Es nimmt dort 33. 400 Nm3 Kohlendioxyd zusammen mit 3200 Nm3 Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd und andern Gasen auf. Durch die Leitung 5 wird das mit Kohlendioxyd, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd und andern Gasen beladene Wasser in einer Wasserturbine 6 auf die barometrische Höhe des Belüftungsturmes 12 entspannt.   63. 400 Nm3 Synthesegasj   halbrein verlassen den Wascher durch die Leitung 3.

   In dem Abscheider 7 wird das bei der Entspannung auf 5 at freiwerdende Gasgemisch, bestehend aus 2900 Nm3 Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd und andern Gasen und 11. 400 Nm3 Kohlendioxyd, von dem noch mit 22. 000 Nm3 Kohlendioxyd und 300 Nm3 Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd und andern Gasen beladenen Wasser getrennt und durch die Leitung 8 der Tieftemperaturzerlegungsanlage zugeführt. Das entspannte Wasser wird durch die Leitung 11   dem Belüftungsturm 12 zugeleitet. Dort findet die Austreibung der Restgase statt. Diese werden am Kopf 13    des Belüftungsturmes 12 ins Freie geführt, während das Wasser durch die Leitung 14 über die Pumpe 15 dem Wascher 2 wieder zugeleitet wird. 



   Das durch die Leitung 8 der Tieftemperaturzerlegungsanlage zugeführte Gasgemisch, bestehend aus 11. 400 Nm3 Kohlendioxyd und 2900 Nm3 Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxyd und andern Gasen, ist mit Wasser gesättigt. Es wird im Turbo-Kompressor 9 auf einen Zerlegungsdruck von 10 at gebracht. 



   Im Wärmeaustauscher 16 wird das Gasgemisch unter 10 at bis auf   +1     0 C   mit der in der Zerlegungsanlage gewonnenen wasserstoff- und kohlendioxydhaltigen Fraktion gekühlt. Dabei wird das Wasser in flüssiger Form abgeschieden und durch die Leitung 10 entfernt. Im Regenerator 17 a gibt das Gasgemisch seine fühlbare Wärme ab und wird dort bis an den Siedepunkt des Kohlendioxyds abgekühlt. Im Wärmeaustauscher 18 wird das Kohlendioxyd verflüssigt und von da zusammen mit den andern Bestandteilen 
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 durch die Leitung 24 dem Wärmeaustauscher 18 zur Abgabe der Verdampfungswärme und dem Regenerator 17 c zur Übernahme der fühlbaren Wärme zugeführt. Von dort wird das reine Kohlendioxyd mit einer Temperatur   von-5   C   durch die Leitung 25 der Expansionsturbine 26 zur Entspannung auf 1, 2 at zugeleitet.

   Im Wärmeaustauscher 27 erfolgt mittels Druckwassers durch die Leitung 28 die Regulierung des Kältehaushaltes der Anlage. Über die Leitung 29 und den Regenerator 17 b verlassen 7650 Nm3 reines Kohlendioxyd durch die Leitung 30 die Anlage. Zur Deckung der Dephlegmationswärme werden 850 Nm3 reines Kohlendioxyd durch die Leitung 22 in den mit einem Druck von 5, 5 at betriebenen Dephlegmator 23 entspannt und strömen gasförmig in die Leitung 29. 



   Am Kopf der Säule 19 werden 2900   Nm3 Wasserstoff, Stickstoff,   Kohlenmonoxyd und andere Gase zusammen mit 2900 Nm3 Kohlendioxyd gewonnen und durch die Leitung 20 dem Wärmeaustauscher 16 zugeführt. Nach Abgabe ihrer fühlbaren Wärme im Wärmeaustauscher 16 werden diese im Kompressor 21 auf den Druck des Synthesegases komprimiert und von dort in die Leitung 1 eingespeist. 



   Die Schaltung der Regeneratoren geschieht gemäss dem Schema in der Form, dass das zu zerlegende Gasgemisch zunächst durch den Regenerator 17 a, das aus der Turbine 26 kommende reine Kohlendioxyd durch den Regenerator 17 b und das aus der Trennsäule 19 kommende Kohlendioxyd durch den Regenerator 17 c geleitet wird. Nachdem die erforderliche Temperatur an den Regeneratoren erreicht ist, erfolgt die Schaltung so, dass der Regenerator 17 a, der mit Wasser beladen ist, durch das aus der Turbine 26 kommende reine Kohlendioxyd ausgeblasen wird.

   Der Regenerator 17 b, der gerade ausgeblasen worden war, wird mit dem aus der Trennsäule 19 kommenden reinen Kohlendioxyd beschickt und der Regenerator 17 c, der gerade mit reinem Kohlendioxyd aus der Trennsäule 19 beschickt worden war, wird mit dem zu zerlegenden Gasgemisch warmgeblasen. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxyd aus Synthesegasen durch Gegenstrombehandlung mit Wasser unter erhöhtem Druck und anschliessende Wasserregeneration mit einer mehrstufigen Entspannung EMI2.2 <Desc/Clms Page number 3> Inertgase, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsgase der ersten Stufe der Wasserregeneration verdichtet, einer Tieftemperaturzerlegungsanlage zugeführt, und dort in eine wasserstoffhaltige Fraktion und reines Kohlendioxyd getrennt werden, wobei das gewonnene reine Kohlendioxyd ganz oder teilweise in einer Expansionsturbine, die mit einer zur Verdichtung des zu zerlegenden Gasgemisches auf den Zerlegungs- druck notwendigen Kompressionsanlage direkt oder indirekt gekoppelt ist, unter Arbeitsleistung entspannt wird,

   während in der zweiten Stufe der Wasserentspannung das Wasser in bekannter Weise vom restlichen, vorwiegend aus Kohlendioxyd bestehenden Gas befreit und hierauf in die Gegenstromwäsche rückgeführt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannung des Wassers in der ersten Stufe der Wasserregeneration auf 5, 0-2, 0 at erfolgt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Tieftemperaturzerlegungsanlage gewonnene wasserstoffhaltige Fraktion dem Synthesegas vor oder nach der Gegenstromwäsche wieder zugesetzt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Expansionsturbine gewonnene überschüssige Kälteleistung zur Vorkühlung des Wassers für die Gegenstromwäsche benutzt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem zu zerlegenden Gasgemisch und dem gewonnenen reinen Kohlendioxyd in drei zwangsgesteuerten Regeneratoren durchgeführt wird.