CH642558A5 - Procedimento bistadio per la decarbonatazione di gas mediante assorbimento con soluzioni di carbonati alcalini e di alcanolamine. - Google Patents
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Description
La presente invenzione concerne un procedimento per la decarbonatazione di gas, mediante assorbimento con soluzioni di carbonati alcalini e di alcanolammine.
Procedimenti del genere sono particolarmente vantaggiosi quando si voglia ridurre il contenuto di anidride carbonica nel gas trattato fino al livello di poche parti per milione sfruttando nella maniera migliore le diverse caratteristiche delle due soluzioni assorbenti.
Il procedimento bistadio usuale consiste in due stadi successivi di decarbonatazione; il primo costituito da un lavaggio con una soluzione di carbonati alcalini caldi che consente di ottenere un gas con circa il 2% in volume di C02 ed il secondo da un lavaggio con una soluzione fredda di alcanolammine che riduce ulteriormente il livello di C02 nel gas a poche ppm.
Il gas decarbonatare entra alla base di una prima colonna di assorbimento in pressione, risale la colonna in controcorrente con una soluzione calda di carbonati alcalini, esce dalla testa della colonna ed entra, dopo raffreddamento a 40°C, alla base di una seconda colonna di assorbimento in pressione alimentata in testa con una soluzione di alcanolammine in particolare etanolammina.
Le soluzioni di carbonato e di alcanolammina esaurite e raccolte rispettivamente alla base della prima e della seconda colonna di assorbimento, passano direttamente alle rispettive colonne di rigenerazione operanti a pressione circa atmosferica e rimesse poi in ciclo mediante l'impiego di pompe.
Una turbina idraulica inserita sulla tubazione di adduzione della soluzione di carbonato esaurita consente di sfruttare il salto di pressione esistente tra la colonna di assorbimento e di rigenerazione recuperando parte dell'energia richiesta dalle pompe.
La rigenerazione della soluzione di alcanolammina e di quella di carbonato calda viene effettuata fornendo calore. II procedimento combinato rappresenta un miglioramento notevole rispetto ai processi utilizzanti una sola soluzione assorbente, ma presenta tuttavia problemi di costo di esercizio in connessione con la rigenerazione delle soluzioni assorbenti.
Si è ora sorprendentemente trovato che è possibile limitare notevolmente il costo per la rigenerazione delle soluzioni assorbenti sfruttando opportunamente il calore disponibile.
Il procedimento secondo l'invenzione, come definito nella rivendicazione 1, è un procedimento bistadio per la decarbonatazione di gas mediante assorbimento con soluzioni di carbonati alcalini (25) e di alcanolammine (28) comprendente la rigenerazione (30, 35) delle soluzioni assorbenti mediante calore caratterizzato dal fatto che il calore per la rigenerazione della soluzione di carbonati alcalini (35) è il calore diretto dei vapori di testa della colonna di rigenerazione della soluzione di alcanolammine (30) ed il calore di una corrente d'aria satura d'acqua riscaldata per scambio termico indiretto (37, 35) con il fluido condensante in testa alla colonna di rigenerazione della soluzione di carbonati alcalini.
Secondo una forma preferita di esecuzione, la rigenerazione della soluzione di carbonato alcalino viene realizzata in una colonna (35) posta al di sopra della colonna di rigenerazione (30) della soluzione di alcanolammina.
È sorprendente il fatto che è possibile utilizzare per rigenerare la soluzione di carbonati alcalini aria satura d'acqua ad una temperatura inferiore a quella necessaria per la rigenerazione sfrattando calore a bassa temperatura recuperato dal condensatore di testa.
Il procedimento verrà ora descritto con riferimento alla figura allegata.
Il gas da- decarbonatare costituito, nel caso esaminato, essenzialmente da H2 e N2 con il 18,2% voi. di C02, entra saturo d'acqua alla temperatura di 120°C e alla pressione di 30 ata alla base della colonna di assorbimento (25), attraverso la tubazione (1) e risale la colonna in controcorrente con una soluzione calda di carbonato di potassio al 25 % in peso.
Il gas esce caldo dalla testa della colonna (25) con circa il 2% voi. di C02 e giunge attraverso la tubazione (2) al refrigeratore (26) dove viene raffreddato fino a 40°C e, dopo separazione dell'acqua condensata in (27), passa attraverso la tubazione (3) al fondo della seconda colonna di assorbimento (28).
Nel risalire la colonna (28) il gas viene in contatto con una soluzione di DEA al 20% p. che ne riduce ulteriormente il contenuto di C02 fino ad un livello di circa 100 ppm. Il' gas con circa 100 ppm di C02 esce dalla testa della colonna (28) e attraverso la tubazione (4) passa all'utilizzo.
La soluzione DEA esaurita in uscita dal fondo della colonna (28) passa direttamente attraverso la tubazione (7) allo scambiatore (29) dove viene preriscaldata e poi attraverso la tubazione (8) in testa alla colonna di rigenerazione
(30) che opera ad una pressione di poco superiore a quella atmosferica, dove si raccoglie opportunamente riscaldata e rigenerata sul fondo.
Il riscaldamento è effettuato fornendo calore indiretto (vapore o gas caldi eventualmente disponibili) al ribollitore
(31).
La soluzione di DEA rigenerata è inviata dal fondo della colonna (30) mediante la pompa (32) e attraverso la tubazione (9), prima allo scambiatore (29) dove viene parzialmente raffreddata, poi attraverso la tubazione (10) al refrigeratore (33) dove viene ulteriormente raffreddata fino a 40°C ed infine attraverso la tubazione (11) in testa alla colonna di assorbimento (28).
La soluzione calda di carbonato di potassio esaurita raccolta al fondo della colonna di assorbimento (25), passa attraverso la tubazione (5) alla turbina idraulica (34), dove espandendosi consente di ottenere parte dell'energia richiesta dalle pompe, e successivamente a traverso la tubazione (6) alla testa della colonna di rigenerazione (35).
La rigenerazione della soluzione di carbonato nella colonna (35) viene realizzata in modo adiabatico utilizzando i vapori caldi di testa della colonna (30) nonché una corrente di aria calda satura.
L'aria viene compressa con l'impiego del ventilatore (36) e dopo essere stata riscaldata e contemporaneamente saturata nel condensatore di testa (37) della colonna (35) è inviata alla base della colonna (35) attraverso la tubazio-
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ne (22); è così possibile recuperare una parte del calore di condensazione dell'acqua contenuta nei vapori di testa della colonna di rigenerazione (35), calore che, dato il basso livello termico dei vapori stessi non sarebbe altrimenti possibile recuperare.
La soluzione di carbonato rigenerata è prelevata dal fondo della colonna di assorbimento (25).
I vapori di testa della colonna (35) giungono attraverso la tubazione (12) allo scambiatore (37) dove parte dell'acqua in essi contenuta condensa, viene raccolta in (39) prelevata attraverso la tubazione (13) della pompa (40) ed inviata in parte attraverso la tubazione (20) in testa alla colonna (30) ed in parte attraverso la tubazione (19) allo scambiatore (37) insieme all'aria proveniente dal ventilatore (36) attraverso la tubazione (21).
io
I vapori che escono dal separatore (39) passano attraverso la tubazione (14) al refrigeratore (41) dove vengono raffreddati fino a 50°C e poi al separatore dell'acqua condensata (42) prima di essere scaricati all'atmosfera attraverso la tubazione (16).
L'acqua condensata raccolta in (42) viene prelevata attraverso la tubazione (15) dalla pompa (43) ed inviata in parte attraverso la tubazione (17) ai limiti di batteria, in parte attraverso la tubazione (18) alla base della colonna (35) e la parte restante attraverso la tubazione (23) come riflusso in testa alla colonna (30).
Forniremo ora nelle tabelle 1, 2 e 3 i dati di una realizzazione pratica non limitativa dell'invenzione che fa ri-15 ferimento alla figura allegata.
Posizione
1
2
3
4
Tipo fluido gas + CO,
testa 25
testa 27
testa 28
t—°C
120
65
40
40
p-ata
30
30
30
30
Port. Vol.
%v.
Port. Vol.
%v.
Port. Vol.
% v.
Port. Vol.
%v.
Nm3/h
Nm3/h
Nm3/h
Nm3/h h2+n2
96589
75,06
96589
97,17
96589
97,75
96589
co2
23411
18,19
1973
1,98
1973
2,00
100 ppm
99,75
h20
8684
6,75
845
0,85
248
0,25
243
0,25
Soluzione dea 20 %p
—
—
—
—
—
—
—
—
Soluzione K2C03 25 %p
—
—
—
—
—
—
—
—
Totale
128684
100,00
99407
100,00
98810
100,00
96832
100,00
Posizione 5 6 7 8
Tipo fluido Soluzione carbonato Soluzione carbonato Soluzione DEA Soluzione DEA
esaurita esaurita esaurita esaurita
T—°C 80 80 56 100
P-ATA 30 30 1,4
Port, peso Kg/h indice di carbon.
Port, peso Kg/h indice di carbon.
Port, peso Kg/h
% p-
Port, peso Kg/h
%D.
h2+n2 co2 h2o
Soluzione DEA 20 %p Soluzione K^CC^ 25 %p Totale
—
—
—
3876
3,76
3876
3,76
1 223 410 1 223 410
1,90 1,90
1 223 410 1 223 410
1,90 1,90
99285 103161
96,24 100,00
99285 103161
96,24 100,00
Posizione
9
10
11
12
Tipo fluido
T—°C P-ATA
Soluzione DEA
rigenerata
119
Soluzione DEA
rigenerata
73
Soluzione DEA rigenerata 40 30
TESTA 35 75
Port, peso Kg/h
%p.
Port, peso Kg/.h
%P-
Port, peso Kg/h
% p-
Port. vol. Nm3/h
% v.
Aria co2 h2o
Soluzione DEA 20 %p Soluzione K2C03 25 %p Totale
99281 99281
100 100
99281 99281
100 100
99281 99281
100 100
47000 23411 45606
116017
40,51 20,18 39,31
100,00
642558
4
Posizione
13
14
15
16
Tipo fluido
Condense
Testa 39
Condense
Testa 42
T—°C
73
73
50
50
P-ATA
Atm.
Port, peso
%P-
Port. vol.
% V.
Port, peso
%P-
Port. vol.
%v.
Kg/h
Nm3/h
Kg/h
Nm3/h
Aria
47000
45,71
—
47000
60,64
co2
—
23411
22,77
—
—
23411
30,20
h2o
10600
100
32415
31,52
20344
100
7098
9,16
Soluzione DEA 20 %p
—
—
—
—
—
—
—
—
Soluzione K^CC^ 25 %p
—
—
—
—
—
—
—
—
Totale
10600
100
102826
100,00
20344
100
77509
100,00
Posizione
17
18
19
20
Tipo fluido
Condense
Condense
Condense
Condense
T-°C
50
50
73
73
P-ATA
1,4
Port, peso
% p.
Port, peso
%p.
Port, peso
%P-
Port, peso
%p.
Kg/h
Kg/h
Kg/h
Kg/h
Aria
—
—
—
—
—
—
—
—
h2o
2161
100
3527
100
9230
100
1370
100
Soluzione DEA 20 %p
—
—
—
—
—
—
—
—
Soluzione K2C03 25 %p
—
—
—
—
—
—
—
—
Totale
2161
100
3527
100
9230
100
1370
100
Posizione
21
22
23
24
Tipo fluido
Aria
Aria
Condense
Soluzione carbonato
35
rigener.
T—°C
65
50
65
P-ATA
1,4
30
Port. vol.
% V.
Port. vol.
%v.
Port, peso
%p.
Port, peso
Indice
Nm3/h
Nm3/h
Kg/h
Kg/h carb.
Aria
47000
96,03
47000
77,78
—
—
—
—
co2
—
—
—
—
—
—
—
h2o
1944
3,97
13430
22,22
14656
100
—
—
Soluzione DEA 20 %p
—
—
—
—
—
—
—
—
Soluzione K2C03 25 %p
—
—
—
—
—
—
1 175 000
1,45
Totale
48944
100
60430
100
14656
100
1 175 000
1,45
1 foglio disegni
Claims (2)
1. Procedimento bistadio per la decarbonatazione di gas mediante assorbimento con soluzioni di carbonati alcalini (25) e di alcanolammine (28), comprendente la rigenerazione (30, 35) delle soluzioni assorbenti mediante calore, caratterizzato dal fatto che il calore per la rigenerazione della soluzione di carbonati alcalini (35) è il calore diretto dei vapori di testa della colonna di rigenerazione della soluzione di alcanolammine (30) ed il calore di una corrente d'aria satura d'acqua riscaldata per scambio termico indiretto (37, 35) con il fluido condensante in testa alla colonna di rigenerazione della soluzione di carbonati alcalini
2. Procedimento come da rivendicazione 1, dove la rigenerazione della soluzione di carbonato alcalino viene realizzata in una colonna (35) posta al di sopra della colonna di rigenerazione (30) della soluzione di alcanolammina.
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| IT27123/79A IT1193510B (it) | 1979-11-08 | 1979-11-08 | Procedimento per la decarbonatazione di gas |
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| CH690780A CH642558A5 (it) | 1979-11-08 | 1980-09-15 | Procedimento bistadio per la decarbonatazione di gas mediante assorbimento con soluzioni di carbonati alcalini e di alcanolamine. |
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