-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur parallelen Abtrennung von Kohlendioxid
aus zwei Rohgasen mit unterschiedlich hohen Kohlendioxid-Partialdrücken, wobei
das einen höheren
Kohlendioxid-Partialdruck aufweisende erste Rohgas (Rohgas1) in
einer ersten Aminwäsche
(Wäsche1)
und das zweite Rohgas (Rohgas2) in einer zweiten Aminwäsche (Wäsche2) jeweils
einer chemischen Sauergaswäsche
mit einem Amin enthaltenden Waschmittel (Aminwaschmittel) unterzogen
wird und die in den beiden Aminwäschen
anfallenden, mit Kohlendioxid beladenen Waschmittelströme zusammengeführt und
gemeinsam einer Regenerierung zugeleitet werden.
-
Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Aminwäschen sind
seit langem Stand der Technik und werden in der Industrie in vielen
Anwendungen, insbesondere zur Abtrennung von Sauergasen (CO2, H2S, COS, HCN)
aus Gasgemischen eingesetzt. Bei den in Aminwäschen eingesetzten Waschmitteln
(Aminwaschmittel) handelt es sich um wässrige Lösungen von Aminen, aus denen
sich mit den im Aminwaschmittel gelösten Sauergasen Ionen bilden.
Die Aminwaschmittel können
durch Druckentspannung und/oder Strippen regeneriert werden, wobei
die ionischen Spezies zu Sauergasen und Aminen zerfallen. Die Sauergase
gehen aufgrund des verminderten Drucks aus dem Aminwaschmittel in die
Gasphase über
und/oder werden mit Hilfe von Dampf abgestrippt. Nach der Regenerierung
kann das Aminwaschmittel wiederverwendet werden. Als Aminwaschmittel
haben sich insbesondere die wässrigen
Lösungen
von Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA), Triethanolamin (TEA),
Diglykolamin (DGA), Methyldiethanolamin (MDEA), sowie aktiviertem
Methyldiethanolamin (z. B. aMDEA®) technisch
bewährt.
-
Ein
typisches Einsatzgebiet für
Aminwäschen
sind Synthesegasanlagen, in denen sie zur Entfernung sauerer Komponenten
aus Syntheserohgasen verwendet werden. Oft werden in solchen Anlagen
zwei Rohgasströme
mit unterschiedlichen Sauergasgehalten erzeugt, wobei ein Teil des
erzeugten Syntheserohgases durch Wassergas-Shift konvertiert und
der verbleibende Rest ohne Konvertierung weiter geführt wird.
Nach dem Stand der Technik wird jeder der beiden Rohgasströme – nach Abkühlung und
Abscheidung von mitgeführtem
Wasser – in
einer eigenen Aminwäsche
gereinigt, die jeweils mit einer eigenständigen Waschmittelregenerierung
ausgestattet ist. Der finanzielle Aufwand für eine derartige Lösung ist
jedoch beträchtlich,
da bereits eine Aminwäsche
in der Regel zwischen 15 und 20 Apparate umfasst.
-
Ebenfalls
Stand der Technik ist es, die beladenen Aminwaschmittelströme nach
den beiden Gaswäschen
zusammenzuführen
und gemeinsam einer Regenerierung zuzuleiten. Jeder der beladenen
Waschmittelströme
wird nach Anwärmung über ein
eigenes Ventil zur Regenerierung entspannt. Mit dem Entspannungsventil
wird der Flüssigkeitsstand im
Sumpf der jeweiligen Waschkolonne gehalten. Nachteilig ist hierbei
jedoch, dass für
die beiden beladenen Waschmittelströme getrennte Anwärmeinrichtungen
und Entspannungsventile benötigt
werden, da die Drücke
beider Ströme
sich in der Regel nur geringfügig
unterscheiden. Trotzdem verringert sich der apparative Aufwand gegenüber dem
oben beschriebenen Konzept beträchtlich.
Alternativ ist ein zusätzlicher
Mischbehälter
zur Zusammenführung der
beiden Waschmittelströme üblich.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgebe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs beschriebenen Art und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben,
die es ermöglichen,
Kohlendioxid aus konvertiertem und unkonvertiertem Syntheserohgas
auf einfachere und wirtschaftlichere Weise abzutrennen, als es nach
dem Stand der Technik möglich
ist.
-
Die
gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Wäsche1 in
zwei aufeinander folgenden Schritten als Grob- und Feinwäsche durchgeführt wird,
wobei das gesamte in der Wäsche2
mit Kohlendioxid beladene Aminwaschmittel in der Grobwäsche als
vorbeladenes Waschmittel eingesetzt wird.
-
Ausgangspunkt
der Erfindung ist die Abhängigkeit
des Kohlendioxid-Aufnahmevermögens eines Aminwaschmittels
in Abhängigkeit
vom dem in einem zu trennenden Gasstrom herrschenden Kohlendioxid-Partialdruck.
Je höher
der Kohlendioxid-Partialdruck ist, desto weiter verschiebt sich
das Gleichgewicht der bei der Kohlendioxid-Absorption stattfindenden
chemischen Reaktion auf die Seite der Produkte und desto höher ist
das Kohlendioxid-Aufnahmevermögen
des Aminwaschmittels. Hieraus ergibt sich, dass das in der Wäsche2 eingesetzte
Aminwaschmittel je Gewichtseinheit weniger Kohlendioxid aufnehmen
kann als das in der Wäsche1
eingesetzte Aminwaschmittel. Das mit Kohlendioxid vorbeladene Aminwaschmittel
aus der Wäsche2
ist somit geeignet, in der Grobwäsche
von Wäsche1
als Waschmittel zur Kohlendioxidabtrennung eingesetzt zu werden.
-
In
der Feinwäsche
von Wäsche1
wird die Kohlendioxidkonzentration in dem zu reinigenden Gas bis
auf einen geforderten Grenzwert reduziert. Das eingesetzte Aminwaschmittel,
das der Wäsche1 unbeladen
zugeführt
wird, reichert sich dabei mit Kohlendioxid an und wird nachfolgend
in die Grobwäsche
weitergeführt.
Zweckmäßigerweise
wird das Aminwaschmittel in der Feinwäsche soweit beladen, dass es
genauso viel Kohlendioxid je Gewichtseinheit gebunden enthält, wie
das vorbeladen aus Wäsche2
zugeführten
Aminwaschmittel. Die beiden Waschmittelströme werden in der Grobwäsche zusammengeführt und
vermischen sich bis zum Austritt aus der Wäsche1 zu einem beladenen Waschmittelstrom
mit homogener Zusammensetzung, der direkt – und ohne einen weiteren Vermischungsschritt – der Regenerierung
zugeführt
werden kann.
-
Bei
der Absorption von Sauergasen wird Reaktionsenergie frei gesetzt,
die zu einer Erwärmung des
Aminwaschmittels während
einer Sauergaswäsche
führt.
Da die Dampfdrücke
der bei der Sauergasabsorption gebildeten Verbindungen mit steigender
Temperatur rasch anwachsen, führt
diese Erwärmung
zu einer Abnahme des Sauergas-Aufnahmevermögens des Aminwaschmittels.
Um sein Kohlendioxid-Aufnahmevermögen zu steigern,
sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
daher vor, dass das beladene Aminwaschmittel aus der Wäsche2 vor
seiner Einleitung in die Grobwäsche
der Wäsche1
gekühlt
wird. Die Kühlung
erfolgt dabei gegen ein von außen
zugeführtes Kühlmittel
oder/und gegen einen oder mehrere anzuwärmende Verfahrensströme.
-
Prinzipiell
eignet sich jedes Aminwaschmittel für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
So können
wässrige
Lösungen
der primären Amine
Monoethanolamin (MEA) oder Diethanolamin (DEA) oder Triethanolamin
(TEA) oder Diglykolamin (DGA) als Waschmittel verwendet werden.
Besonders geeignet sind jedoch wässrige
Lösungen
von sekundären
und tertiären
Aminen, da diese eine wesentlich stärkere Abhängigkeit ihres Kohlendioxid-Aufnahmevermögens vom Kohlendioxid-Partialdruck
aufweisen. Besonders bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
sehen daher vor, dass eine wässrige
Lösung
von Methyldiethanolamin (MDEA) oder aktiviertem Methyldiethanolamin als
Aminwaschmittel eingesetzt werden.
-
Wie
bereits im einleitenden Teil dieser Beschreibung ausgeführt, besteht
in Synthesegasanlagen häufig
die Notwendigkeit einen kohlendioxidreicheren und einen kohlendioxidärmeren Gasstrom parallel
von Sauergasen zu reinigen, wobei der kohlendioxidreichere Gasstrom
durch Wassergas-Shift aus einem Syntheserohgas erzeugt wird. Eine
andere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher
vor, dass die beiden Rohgase aus einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid
und Kohlendioxid enthaltenden Syntheserohgas gewonnen werden, wobei
das Rohgas1 aus einem Teil des Syntheserohgases durch Wassergas-Shift
erzeugt wird, während
das Rohgas2 aus dem restlichen, keiner Wassergas-Shift unterzogenen
Syntheserohgas gebildet wird.
-
Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur parallelen Abtrennung
von Kohlendioxid aus zwei Rohgasen mit unterschiedlich hohen Kohlendioxid-Partialdrücken, aufweisend
eine erste und eine zweite Wascheinrichtung, in denen jeweils eines
der Rohgase einer Sauergaswäsche
mit einem chemisch wirkenden Waschmittel (Aminwaschmittel) unterziehbar
ist, wobei das den höheren
Kohlendioxid-Partialdruck
aufweisende erste Rohgas (Rohgas1) in die erste Wascheinrichtung
und das zweite Rohgas (Rohgas2) in die zweite Wascheinrichtung einleitbar ist,
sowie eine Regeneriereinrichtung, in welche die in den beiden Wascheinrichtungen
anfallenden, mit Kohlendioxid beladenen Waschmittelströme nach
ihrer Zusammenführung
gemeinsam weiterleitbar sind.
-
Die
gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die erste Wascheinrichtung eine Grob- und eine Feinwäsche umfasst
und mit einer Überführeinrichtung
mit der zweiten Wascheinrichtung verbunden ist, über die das in der zweiten
Wascheinrichtung beladene Aminwaschmittel als vorbeladenes Waschmittel
in die Grobwäsche
der ersten Wascheinrichtung einleitbar ist.
-
Herrscht
zwischen der Entnahmestelle des beladenen Aminwaschmittels aus der
zweiten Wascheinrichtung und der Einleitungsstelle des beladenen
Aminwaschmittels in die Grobwäsche
der ersten Wascheinrichtung ein Druckgefälle, das ausreichend hoch ist,
um allein mit seiner Hilfe das gesamte beladen Aminwaschmittel aus
der ersten Wascheinrichtung in die Grobwäsche zu überführen, so umfasst die Überführungseinrichtung
zweckmäßigerweise
ein Drosselorgan zur standgeregelten Überleitung des gesamten Waschmittelstromes,
wobei die Regelgröße der Flüssigkeitsstand
im Sumpf der zweiten Wascheinrichtung ist. Ist das Druckgefälle zu klein
oder sogar negativ, so sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung
des vorbeladenen Aminwaschmittels eine Pumpe als Bestandteil der Überführungseinrichtung
vor.
-
Um
das Kohlendioxid-Aufnahmevermögen des
vorbeladenen Aminwaschmittels vor seiner Einleitung in die Grobwäsche zu
steigern, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
einen Wärmetauscher
als Bestandteil der Überführungseinrichtung
vor, in dem das vorbeladene Aminwaschmittel abkühlbar ist.
-
Eine
andere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht vor, dass die erste Wascheinrichtung als Waschkolonne ausgeführt ist,
deren oberer Teil als Feinwäsche
und deren unterer Teil als Grobwäsche
ausgebildet ist.
-
Eine
andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor,
dass Fein- und Grobwäsche jeweils
als eigenständige
Waschkolonnen ausgeführt
sind.
-
Durch
die Erfindung werden im Vergleich zum Stand der Technik sowohl die
Investitions- als auch die Betriebskosten einer gattungsgemäßen Aminwäsche reduziert.
Durch die gemeinsame Regenerierung der in den beiden Wascheinrichtungen beladenen
Waschmittelströme
kann die Anzahl der notwendigen Verfahrensschritte und der dazu
erforderlichen Apparate deutlich verringert werden. Die Zusammenführung und
homogene Vermischung der beladenen Waschmittelströme wird
auf einfache Weise erreicht, da die zur Aminwäsche eingesetzten Wascheinrichtungen
i. Allg. so ausgeführt
sind, dass sie für
eine intensive Vermischung der sie durchströmenden Medien sorgen. Der Hauptvorteil
der Erfindung liegt aber drin, dass für die Aminwäsche des ersten Rohgases eine
deutlich geringere Menge an regeneriertem Aminwaschmittel benötigt wird,
als es bisher der Fall ist. Da dies gleichzeitig zu einer Reduktion
der zu regenerierenden Waschmittelmenge führt, kann die Waschmittelregenerierung
mit deutlich kleineren Apparaten und mit erheblich geringeren Verbräuchen an
Betriebsmitteln (Pumpenenergie, Kühlwasser, Dampf) ausgeführt werden.
-
Im
Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
-
Die
Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer Synthesegasanlage, in der
zwei Rohgasströme
mit unterschiedlich hohen Kohlendioxidgehalten erzeugt und parallel
durch Aminwäsche
von Sauergasen, insbesondere von Kohlendioxid, befreit werden.
-
Das
erste Rohgas 1 wird durch Wassergas-Shift und anschließende Kühlung und
Wasserabscheidung (nicht dargestellt) aus einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid
sowie Kohlendioxid und andere Sauergase enthaltenden Syntheserohgas
erzeugt, während
das zweite Rohgas 2 aus dem verbleibenden Syntheserohgas
nur durch Kühlung
und Abtrennung von Wasser gewonnen wird. Trotz des Druckverlustes
in der Wassergas-Shift,
weist das erste Rohgas 1 einen höheren Kohlendioxid-Partialdruck auf
als das zweite Rohgas 2.
-
Das
erste Rohgas 1 wird zur Abtrennung der in ihm enthaltenen
Sauergase in die Waschkolonne T1 eingeleitet und dort mit chemisch
wirkendem Aminwaschmittel 7 und 3, bei dem es
sich vorzugsweise jeweils um eine wässrige Lösung von aktiviertem Methyldiethanolamin
handelt, einer Grobwäsche G
und einer nachfolgenden Feinwäsche
F unterzogen. Vom Kopf der Waschkolonne T1 wird Rohwasserstoff 4,
der keine Produktqualität
aufweist, abgezogen. Parallel hierzu wird das zweite Rohgas 2 in die
Waschkolonne T2 eingeleitet und dort durch das im Gegenstrom geführte Aminwaschmittel 5 von Sauergasen
befreit, sodass vom Kopf der Waschkolonne T2 ein nahezu ausschließlich aus
Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehendes Oxogas 6 abgeführt werden
kann. Im Sumpfraum der Waschkolonne T2 sammelt sich beladenes Aminwaschmittel,
dessen Aufnahmefähigkeit
für Kohlendioxid
unter den hier herrschenden Bedingungen weitgehend ausgeschöpft ist,
das jedoch noch in der Lage ist, in der Grobwäsche G der Waschkolonne T1
aufgrund des dort herrschenden höheren
Kohlendioxid-Partialdrucks Kohlendioxid aufzunehmen. Das beladene Aminwaschmittel
wird daher mit Hilfe der Pumpe P1 aus dem Sumpf der Waschkolonne
T2 abgezogen und über
Leitung 7 in die Grobwäsche
G der Waschkolonne T1 eingeleitet, wo es als vorbeladenes Waschmittel
genutzt wird und wo es sich – bedingt durch
die Kolonneneinbauten – intensiv
mit dem in der Feinwäsche
F vorbeladenen Aminwaschmittel vermischt.
-
Über Leitung 8 wird
aus dem Sumpf der Waschkolonne T1 das gesamte in den beiden Waschkolonnen
T1 und T2 mit Sauergasen beladene Aminwaschmittel abgezogen, im
Wärmetauscher
E1 angewärmt, über das
Drosselorgan a entspannt und an ihrem Kopf der Strippkolonne T3
zur Regenerierung aufgegeben. Der zur Strippung benötigte Dampf wird über den
Reboiler E2 erzeugt. Gemeinsam mit dem Strippdampf werden die abgestrippten
Sauergase über
Leitung 9 vom Kopf der Strippkolonne T3 abgezogen, im Wärmetauscher
E3 abgekühlt
und in den Abscheider D eingeleitet. Im Abscheider D trennen sich
die Sauergase von dem durch die Abkühlung in E3 auskondensierten
Strippdampf und werden über
Leitung 10 einer Entsorgung oder auch einer wirtschaftlichen
Verwertung zugeführt.
Das Kondensat wird über
Leitung 11 aus dem Abscheider D abgezogen und durch die
Pumpe P2 zum Kopf der Strippkolonne T3 zurückgeleitet, wo es als Rücklauf dient.
Mit Hilfe der Pumpe P3 wird über
Leitung 12 regeneriertes Aminwaschmittel aus dem Sumpf
der Strippkolonne T3 gefördert,
das, nach Abkühlung
in den Wärmetauschern
E1 und E4, in die beiden Waschmittelströme 3 und 5 aufgeteilt
und zu den beiden Waschkolonnen T1 und T2 zurückgeführt wird.