DE1000356B - Process for the separation and recovery of carbonic acid from gas mixtures - Google Patents
Process for the separation and recovery of carbonic acid from gas mixturesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Es ist bekannt, die Absorption von Kohlensäure aus kohlensäurehaltigen Gasgemischen mit Hilfe verschiedener Absorptionslösungen durchzuführen, zu denen als die bekanntesten die alkalisch reagierenden Lösungen von Salzen, wie Karbonaten, Phosphaten, Boraten, ein- und mehrwertigen. Phenolaten des Natriums, Kaliums und Ammoniums sowie Lösungen von Aminoalkoholen gehören.It is known that the absorption of carbonic acid from carbonated gas mixtures with the help of various Carry out absorption solutions, the most popular of which are alkaline Solutions of salts such as carbonates, phosphates, borates, monovalent and polyvalent ones. Phenolates des Include sodium, potassium and ammonium as well as solutions of amino alcohols.
Es sind bereits zahlreiche Versuche, insbesondere zur Verbesserung der geringen Absorptionsgeschwindigkeit gemacht worden, welche kennzeichnend für die vorerwähnten Absorptionsflüssigkeiten ist und damit für die Abmessungen der Anlage, sowie hinsichtlich des erforderlichen Wärmeaufwands für die Durchführung der Verfahren zur Abtrennung und Wiedergewinnung von CO2 aus Gasgemischen, die, wie bekannt, zwei Phasen, nämlich eine Absorptionsphase und eine Regenerationsphase, umfassen.Numerous attempts have already been made, in particular to improve the low absorption rate, which is characteristic of the above-mentioned absorption liquids and thus of the dimensions of the system, as well as with regard to the heat required to carry out the process for the separation and recovery of CO 2 from gas mixtures, which, as is known, comprise two phases, namely an absorption phase and a regeneration phase.
Es ist beispielsweise bekannt, daß zahlreiche Versuche vorgenommen wurden, um den Einfluß von verschiedenen Stoffen, wie Glykol, Glycerin, Glucose, Dextrose, Phosphaten, Amiden usw., auf die alkalisch reagierenden Salzlösungen zu untersuchen, wobei jedoch die Ergebnisse von keiner oder nur einer geringfügigen technischen Bedeutung waren.. «5It is known, for example, that numerous attempts have been made to reduce the influence of various substances, such as glycol, glycerin, glucose, dextrose, phosphates, amides, etc., to the alkaline to investigate reacting saline solutions, with the results of none or only one insignificant technical importance were .. «5
Es ist ferner bekannt, daß neuerdings die alkalischen Lösungen mit Erfolg aktiviert, d. h. für den beabsichtigten Zweck durch den Zusatz von Stoffen aus der Gruppe der Proteide oder Aminosäuren besser geeignet gemacht werden.It is also known that recently the alkaline solutions have been successfully activated; H. for the intended Purpose through the addition of substances from the group of proteins or amino acids better be made suitable.
Es wurde nun gefunden, daß die Absorption von Kohlensäure durch den Zusatz von anorganischen und organischen As(III)-Verbindungen zu den alkalischen Lösungen stark erhöht wird, wodurch derartige Absorptionslösungen zur technischen Verwendung besonders geeignet sind.It has now been found that the absorption of carbonic acid by the addition of inorganic and organic As (III) compounds to the alkaline solutions is greatly increased, whereby such Absorption solutions are particularly suitable for technical use.
Eine solche aktivierende Wirkung ist sowohl bei Lösungen alkalischer Salze, wie die Karbonate, Phosphate, Borate, ein- und mehrwertigen Phenolate des Natriums, Kaliums und Ammoniums, als auch bei Lösungen von Aminalkoholen, wie Äthanolamin u. dgl., festgestellt worden.Such an activating effect is found in solutions of alkaline salts, such as the carbonates, Phosphates, borates, monohydric and polyhydric phenates of sodium, potassium and ammonium, as well in solutions of amine alcohols such as ethanolamine and the like.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Absorption unter atmosphärischem Druck oder erhöhtem Druck, von Kohlensäure aus kohlensaurehaltigen Gasgemischen mittels alkalischer Lösungen, denen anorganische oder organische As(III)-Verbindungen zugesetzt worden sind.The invention is therefore a method for absorption under atmospheric pressure or increased pressure, of carbonic acid from carbonic acid-containing gas mixtures by means of alkaline solutions, to which inorganic or organic As (III) compounds have been added.
Es wurde gemäß der Erfindung festgestellt, daß schon durch die ersten Zusätze von Arsenik oder dessen Verbindungen die Absorptionslösungen sehr stark aktiviert werden und daß die nachfolgenden Zugaben manchmal eine verringerte und weniger ausgeprägte Wirkung haben. Bei alkalischen Lösungen Verfahren zur AbtrennungIt was found according to the invention that even by the first additions of arsenic or whose compounds the absorption solutions are very strongly activated and that the subsequent additions sometimes have a diminished and less pronounced effect. With alkaline solutions Method of separation
und Wiedergewinnung von Kohlensäureand carbonation recovery
aus Gasgemischenfrom gas mixtures
Anmelder:
S. p. A. »Vetrocoke«, Turin (Italien)Applicant:
P. A. »Vetrocoke«, Turin (Italy)
Vertreter: Dipl.-Ing. A. Bohr, Dipl.-Ing. H. Bohr,Representative: Dipl.-Ing. A. Bohr, Dipl.-Ing. H. Bohr,
München 5, Müllerstr. 31,Munich 5, Müllerstr. 31,
und Dr.-Ing. H. Fincke, Berlin-Lichterfelde West,
Patentanwälteand Dr.-Ing. H. Fincke, Berlin-Lichterfelde West,
Patent attorneys
Beanspruchte Priorität:
Italien vom 6. Dezember 1954 und 8. Februar 1955Claimed priority:
Italy from December 6, 1954 and February 8, 1955
Giuseppe Giammarco, Venedig (Italien),
ist als Erfinder genannt wordenGiuseppe Giammarco, Venice (Italy),
has been named as the inventor
läßt sich ein maximales Absorptionsvermögen erreichen, wenn das Arsenik in einer Menge vorhanden ist, die stöchiometrisch der Bildung der Arsenverbindung entspricht (Me3 As O3 und Me As O2).A maximum absorption capacity can be achieved if the arsenic is present in an amount which corresponds stoichiometrically to the formation of the arsenic compound (Me 3 As O 3 and Me As O 2 ).
Es wurde ferner festgestellt, daß die Wirksamkeit der Zusätze der vorangehend genannten Arsenverbindungen größer ist, wenn die Absorption statt bei atmosphärischem Druck unter erhöhtem Druck stattfindet. Dies ist in der graphischen Darstellung der Fig. ι für die Verwendung alkalisch reagierenden Salzlösungen gezeigt, wobei auf der Abszisse die Mengen in Gramm je Liter des als Aktivierungsmittel der Absorptionslösung zugesetzten Arseniks aufgetragen sind und auf der Ordinate der restliche Kohlensäuregehalt nach dem Waschen mit diesen Lösungen.It was also found that the effectiveness of the additives of the aforementioned arsenic compounds is greater if the absorption takes place under increased pressure instead of at atmospheric pressure. This is in the graphic representation of Fig. Ι for the use of alkaline reacting Salt solutions are shown, with the abscissa the amounts in grams per liter of the activating agent the arsenic added to the absorption solution are plotted and the remaining on the ordinate Carbon dioxide content after washing with these solutions.
Die dargestellten Kurven sind das Ergebnis der mit einer Versuchsanlage gewonnenen Erfahrungen, die aus einer Absorptionskolonne und einer in an sich bekannter Weise unter Wärmezufuhr betriebenen Regenerationskolonne gewonnen wurden.The curves shown are the result of experience gained with a test facility, those consisting of an absorption column and one operated in a manner known per se with the supply of heat Regeneration column were obtained.
Die in Fig. 1 dargestellte Kurve ο stellt das Ergebnis der Erfahrungen dar, die mit Waschungen eines Gasgemisches von einem Kohlensäuregehalt von 10 % bei atmosphärischem Druck und einer Temperatur von 75° mittels einer Lösung von 170 g/l Natriumcarbonat bei fortlaufendem Zusetzen von Arsenik gemacht wurden. Die Kurve b ist das Ergebnis von Erfahrungen bei unter einem Druck von 12 Atmosphären und 75 ° durchgeführten WaschungenThe curve ο shown in Fig. 1 represents the result of the experience made with washing a gas mixture with a carbonic acid content of 10% at atmospheric pressure and a temperature of 75 ° by means of a solution of 170 g / l sodium carbonate with continuous addition of arsenic became. Curve b is the result of experience with washes under a pressure of 12 atmospheres and 75 °
eines Gasgemisches mit einem Gehalt an Kohlensäure von 25 % mittels einer- Lösung von 294 g/l Kaliumcarbonat bei fortlaufendem Zusetzen von Arsenik.a gas mixture with a carbonic acid content of 25% by means of a solution of 294 g / l potassium carbonate with continued addition of arsenic.
Die Druckanwendung ermöglicht die Verwendung einer geringeren Menge Aktivierungsmittel für das Erreichen der gleichen Verbesserung der Absorptionswirkung, wie dies aus dem steileren Verlauf der Kurve b gegenüber der Kurve α hervorgeht.The application of pressure enables a smaller amount of activating agent to be used to achieve the same improvement in the absorption effect, as can be seen from the steeper course of curve b compared to curve α .
Aus der graphischen Darstellung der Fig. 1 und insbesondere aus der Kurve b läßt sich entnehmen, daß die Lösungen eine weitere Verbesserung ihres Absorptionsvermögens erfahren, auch wenn die Zusätze an Arsenik derart sind, daß, statt von durch Arsenik aktivierten alkalischen Lösungen zu sprechen, es richtiger ist, von Lösungen von Alkaliarseniten zu sprechen.From the graph of FIG. 1 and in particular from curve b it can be seen that the solutions experience a further improvement in their absorption capacity, even if the arsenic additions are such that, instead of speaking of alkaline solutions activated by arsenic, it it is more correct to speak of solutions of alkali arsenites.
Nach der raschen Verbesserung durch die ersten Zusätze nimmt das Absorptionsvermögen langsam bis zu Konzentrationen zu, die der Bildung des Orthoarsenits (Punkt N der Kurve b) entsprechen, und erfährt eine stärker fühlbare Steigerung bis zu Konzentrationen, welche der Bildung des Metaarsenits, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, entsprechen.After the rapid improvement through the first additions, the absorption capacity slowly increases up to concentrations which correspond to the formation of the orthoarsenite (point N of curve b) , and experiences a more noticeable increase up to concentrations which correspond to the formation of the metaarsenite, which in the Drawing is not shown, correspond.
Für Lösungen von Aminoalkoholen wird die Wirksamkeit der Aktivierung durch den Zusatz von Arsensalzen durch die folgenden Ergebnisse dargestellt, welche mit der gleichen Versuchsanlage erzielt wurden, wobei die Absorption der Kohlensäure absichtlich nicht vollständig durchgeführt wurde, um die Wirksamkeit des Zusatzes der Arsensalze zu zeigen.For solutions of amino alcohols, the effectiveness of the activation is increased by the addition of Arsenic salts represented by the following results obtained with the same pilot plant where the absorption of the carbonic acid was deliberately not carried out completely to show the effectiveness of the addition of arsenic salts.
Bei dieser Versuchsanlage, die aus einem Absorptionsteil und aus einem in an sich bekannter Weise unter Wärmeanwendung betriebenen Regenerationsteil bestand, betrug nach der Waschung eines Gases von einem Kohlensäuregehalt von 10 % unter dem Luftdruck der Umgebung und bei einer Temperatur von 400 mittels einer wäßrigen Lösung von 20 °/o Triäthanolamin mit einem Verhältnis von Gas zu Flüssigkeit von 35 : 1 der Gehalt an Kohlensäure im gewaschenen Gas 2 °/o.In this test system, which consisted of an absorption part and a regeneration part operated in a manner known per se using heat, was after washing a gas with a carbonic acid content of 10% below the atmospheric pressure of the environment and at a temperature of 40 0 by means of an aqueous solution of 20% triethanolamine with a gas to liquid ratio of 35: 1, the carbonic acid content in the scrubbed gas 2%.
Bei der Waschung des gleichen Gases unter gleichen Bedingungen mit der gleichen Lösung, dei jedoch 20 g/l Natriummetaarsenit zugesetzt waren, fiel der Gehalt an Kohlensäure im gewaschenen Gas auf 0,8 bis ι °/o ab.When washing the same gas under the same conditions with the same solution, dei However, 20 g / l of sodium metaarsenite were added, the carbonic acid content in the scrubbed gas fell to 0.8 to ι ° / o.
Ferner wurde festgestellt, daß, abgesehen von ihrem Einfluß auf das Absorptionsvermögen, die aufeinanderfolgenden Zusätze von arseniger Säure zu den Alkalisalzlösungen diesen eine erhöhte Stabilität gegenüber Sauerstoff verliehen wurde, wodurch die Neigung der Arsenite, zu Arsenaten zu oxydieren, verringert wurde. Es hat sich erwiesen, daß Lösungen von Metaarsenit weniger oxydierbar sind als Lösungen von Orthoarsenit und daß Lösungen von Metaarsenit, die einen Überschuß an arseniger Säure enthalten, noch weniger oxydierbar sind als Lösungen von Metaarsenit. Beispielsweise hat sich eine Lösung von 30 g/l Na2O und 200 g/l As8 O3 als wenig empfindlich gegen Sauerstoff bei Behandlung mit Luft auch bei erhöhten Temperaturen erwiesen.Furthermore, it was found that, apart from their influence on the absorption capacity, the successive additions of arsenic acid to the alkali salt solutions gave them an increased stability towards oxygen, whereby the tendency of the arsenites to oxidize to arsenates was reduced. It has been shown that solutions of metaarsenite are less oxidizable than solutions of orthoarsenite and that solutions of metaarsenite which contain an excess of arsenic acid are even less oxidizable than solutions of metaarsenite. For example, a solution of 30 g / l Na 2 O and 200 g / l As 8 O 3 has proven to be less sensitive to oxygen when treated with air, even at elevated temperatures.
Es wird die Verwendung solcher Lösungen in den Fällen bevorzugt, in denen die zu reinigenden Gasgemische Sauerstoff enthalten, oder in Fällen, in welchen die verbrauchten Lösungen mit Luft oder Gas regeneriert werden, das Sauerstoff enthält.The use of such solutions is preferred in cases in which the gas mixtures to be purified Contain oxygen, or in cases where the consumed solutions with air or gas be regenerated, which contains oxygen.
Schließlich wurde durch sowohl im Laboratorium
als auch in technischen Maßstab durchgeführte Versuche festgestellt, daß Absorptionslösungen, welche
durch Zusätze von arseniger Säure in verschiedenem Ausmaß aktiviert worden sind, ihrerseits durch den
Zusatz anderer Stoffe, die eine synergetische Wirkung gegenüber der arsenigen Säure zeigen, stärker aktiv
gemacht werden können. Solche Stoffe sind die Salze von Zink, Selen, Tellur, Aluminium und Beryllium,
der Aminosäuren und anderer Stoffe, die ein ähnliches amphoteres Verhalten zeigen, sowie der Borsäure und
der Kieselsäure. Die Anwendung der Aminosäuren ist vor allem für die technische Verwendung wegen ihrer
besonderen Wirkung zweckmäßig. Die synergetische Wirkung äußert sich dadurch, daß die erzielte aktivierende
Gesamtwirkung größer ist als die einfache Summe der jeweiligen Einzelwirkungen.
Die synergetische Wirkung der vorangehend aufgezählten Stoffe läßt sich auch mit geringfügigen
Zusätzen erzielen, die der Löslichkeit dieser Stoffe in den durch arsenige Säure oder deren Verbindungen
aktivierten alkalischen Lösungen entspricht.Finally, tests carried out both in the laboratory and on an industrial scale have shown that absorption solutions which have been activated to varying degrees by the addition of arsenic acid are in turn more active by the addition of other substances which show a synergistic effect on the arsenic acid can be made. Such substances are the salts of zinc, selenium, tellurium, aluminum and beryllium, the amino acids and other substances that show a similar amphoteric behavior, as well as boric acid and silicic acid. The application of the amino acids is particularly expedient for industrial use because of their special effect. The synergetic effect is expressed in that the overall activating effect achieved is greater than the simple sum of the individual effects.
The synergetic effect of the substances listed above can also be achieved with minor additives which correspond to the solubility of these substances in the alkaline solutions activated by arsenic acid or its compounds.
Es wurde ferner festgestellt, daß die alkalischenIt was also found that the alkaline
ao Arsenite in mehrwertigen Alkoholen, wie Glykol, Glycerin od. dgl., löslich sind, so daß diese Lösungen zur Absorption von Kohlensäure auch bei Temperaturen unter o° verwendet werden können, was eine sehr weitgehende Reinigung der Kohlensäure selbst ermöglicht, -wie es beim Betrieb von Fraktionieranlagen für Gasgemische, die bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben werden, erforderlich ist.ao arsenites in polyhydric alcohols such as glycol, glycerol or the like. Are soluble, so that these solutions can be used for the absorption of carbonic acid even at temperatures below 0 °, which is a allows very extensive cleaning of the carbon dioxide itself, -as it is in the operation of fractionation plants is required for gas mixtures that are operated at very low temperatures.
Die erwähnten Lösungen von alkalischen Arseniten in mehrwertigen Alkoholen der erwähnten Art können auch zur Abtrennung von Kohlensäure und zur gleichzeitigen Dehydratation der Gasgemische verwendet werden.The above-mentioned solutions of alkaline arsenites in polyhydric alcohols of the type mentioned can also be used for the separation of carbonic acid and for the simultaneous dehydration of the gas mixtures.
Zur Erläuterung des Vorangehenden werden nachfolgend einige Beispiele beschrieben:To explain the above, some examples are described below:
i. Bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten Anlage wurde ein Gas, das 28 % Kohlensäure enthielt und auf 12 Atmosphären verdichtet war, im Absorptionsturm ι gewaschen und mit einer Lösung von Kaliumcarbonat, das 200 g/l K2 O und 300 g/l arsenige Säure enthielt, bei einer Temperatur von 70 bis 750, berieselt. Das Gas trat aus dem Turm 1 durch den Auslaß 2 mit einem Kohlensäurerestgehalt von 0,2 bis 0,3 °/o aus. Es wurde festgestellt, daß unter diesen Bedingungen 1 cbm Lösung praktisch bis zu 40 bis 45 cbm CO2 absorbierte. Die verbrauchte Lösung wurde aus dem Turm 1 abgezogen, und zwar ein Teil über die Rohrleitung 4 und den Wärmeaustauscher 5, wo sie durch regenerierte Lösung vorgewärmt wurde, und in mittlerer Höhe in den Regenerationsturm 6 eingeleitet. Der übrige Teil wurde über die Rohrleitung 3 unmittelbar dem oberen Ende des Turms 6 zugeführt und diente zur Wiedergewinnung eines großen Teils des Wärmeinhalts in Form von Sättigungsdampf aus der sich beim Regenerieren entwickelnden Kohlensäure. Im Turm 6 wurde die Lösung mit Hilfe einer Rohrschlange 7, durch die Dampf hindurchgeleitet wurde, oder unmittelbar durch Dampf zum Kochen gebracht und auf diese Weise regeneriert. Diese Lösung wurde am unteren Ende des Turms abgeleitet und durch den Wärmeaustauscher 5 geführt und schließlich mit Hilfe eines Wasserkühlers 8 bis auf die zur Absorption gewählte Temperatur abgekühlt.i. In the system shown schematically in FIG. 2, a gas which contained 28% carbonic acid and was compressed to 12 atmospheres was washed in the absorption tower and with a solution of potassium carbonate containing 200 g / l K 2 O and 300 g / l arsenic Contained acid, at a temperature of 70 to 75 0 , sprinkled. The gas emerged from the tower 1 through the outlet 2 with a residual carbonic acid content of 0.2 to 0.3%. It was found that under these conditions 1 cbm of solution practically absorbed up to 40 to 45 cbm of CO 2. The used solution was withdrawn from the tower 1, namely a part of the pipe 4 and the heat exchanger 5, where it was preheated by the regenerated solution, and introduced into the regeneration tower 6 at a medium height. The remaining part was fed directly to the upper end of the tower 6 via the pipeline 3 and was used to recover a large part of the heat content in the form of saturation vapor from the carbonic acid developing during regeneration. In the tower 6, the solution was brought to the boil with the aid of a pipe coil 7 through which steam was passed, or directly by steam, and was regenerated in this way. This solution was drained off at the lower end of the tower and passed through the heat exchanger 5 and finally cooled with the aid of a water cooler 8 to the temperature selected for absorption.
Unter den gleichen Bedingungen fällt bed Herabsetzung der Absorptionstemperatur auf 55 bis 6o° der Kohlensäuregehalt im gewaschenen Gas auf 0,07 %> ab. Bei Anwesenheit von Sauerstoff findet eine geringfügige Oxydation des alkalischen Arsenite zu Arsenat statt, die dadurch verhindert werden kann, daß die Lösung soweit konzentriert wird, daß dasUnder the same conditions, the absorption temperature is lowered to 55 to 60 ° Carbon dioxide content in the scrubbed gas to 0.07%>. In the presence of oxygen there is a slight Oxidation of the alkaline arsenite to arsenate takes place, which can be prevented by that the solution is so concentrated that the
weniger als das entsprechende Arsenit lösliche Arsenat sich durch Kristallisation ausscheidet, oder dadurch, daß die Lösung mit einem Magnesiumsalz behandelt wird.less soluble arsenate than the corresponding arsenite precipitates out by crystallization, or by treating the solution with a magnesium salt will.
2. Ein Gas, das 28 °/o CO2 enthielt und auf 12 Atmosphären verdichtet war, wurde in einem Jurm durch Berieselung mit einer Kaliumcarbonatlösung, die 200 g/l K9O und 15 g/l arsenige Säure (As2O3) enthielt, bei einer Temperatur von 950 gewaschen. Das aus dem Turm austretende Gas hatte einen Restgehalt an C O2 von 0,2 bis 0,4 °/o. Unter diesen Bedingungen absorbiert 1 cbm der erwähnten Lösung bis zu 25 cbm C O2. Die Regeneration der Lösung geschah in an sich bekannter Weise unter Wärmezufuhr.2. A gas which contained 28 % CO 2 and was compressed to 12 atmospheres was in a jurm by sprinkling with a potassium carbonate solution containing 200 g / l K 9 O and 15 g / l arsenic acid (As 2 O 3 ) contained, washed at a temperature of 95 0. The gas emerging from the tower had a residual CO 2 content of 0.2 to 0.4%. Under these conditions, 1 cbm of the solution mentioned absorbs up to 25 cbm of CO 2 . The solution was regenerated in a manner known per se with the addition of heat.
3. Ein Kokereigas mit einem Kohlensäuregehalt von 2,5 0Io, das bei atmosphärischem Druck in einem Turm durch Berieseln mit einer Lösung gewaschen wurde, die 30 g/l Na2O und 200 g/l arsenige Säure enthielt, trat aus dem Turm mit einem Kohlensäurerestgehalt von 0,3 bis 0,4 % aus. ao3. A coke oven gas with a carbonic acid content of 2.5 0 Io, which was washed at atmospheric pressure in a tower by sprinkling with a solution containing 30 g / l Na 2 O and 200 g / l arsenous acid, emerged from the tower with a carbonic acid residue content of 0.3 to 0.4%. ao
Das gleiche Gas verließ 'den Turm nach einer Waschung unter den gleichen Bedingungen mit einer Lösung, die 60 g/l Na2 O und 400 g/l arsenige Säure enthielt mit einem Kohlensäuregehalt von 0,2 °/e.The same gas left the tower after washing under the same conditions with a solution containing 60 g / l Na 2 O and 400 g / l arsenic acid with a carbonic acid content of 0.2%.
In diesen Fällen wurde die Regeneration durch «5 Behandeln der verbrauchten Lösung in unmittelbarer Berührung mit Luft durchgeführt.In these cases the regeneration was carried out by «5 Treating the used solution carried out in direct contact with air.
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