DE102008031552A1

DE102008031552A1 - Verfahren zum Entfernen von Sauergasen aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE102008031552A1
Application number: DE102008031552A
Authority: DE
Inventors: Johannes Menzel
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-01-14
Also published as: CN102089061A; EP2307120A1; RU2506985C2; US8702846B2; KR20110031166A; KR101447765B1; CA2729862A1; US20110088554A1; RU2011104093A; WO2010003558A1; AU2009267461A1; BRPI0915687A2

Abstract

Verfahren zum Entfernen von Sauergasen aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Erdgasstrom, Synthesegasstrom oder dergleichen, wobei die Sauergase aus dem Gasstrom von zumindest einem Absorbens absorbiert werden. Als Absorbens wird eine Mischung aus einem physikalischen Waschmittel, einem chemischen Waschmittel und Wasser verwendet. Das Absorbens weist mehr als 60 Gew.-% des physikalischen Waschmittels auf, wobei als physikalisches Waschmittel ein Morpholin-Derivat eingesetzt und ein chemisches Waschmittel auf der Basis zumindest einer aliphatischen Aminverbindung verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Sauergasen aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Erdgasstrom, Synthesegasstrom oder dergleichen, wobei die Sauergase aus dem Gasstrom von zumindest einem Absorbens absorbiert werden und wobei als Absorbens eine Mischung aus einem physikalischen Waschmittel, einem chemischen Waschmittel und Wasser verwendet wird.
Aus der Praxis sind Verfahren zur Entfernung von Sauergasen aus Gasströmen bekannt. Dabei hat es sich bewährt, in einer Stripperkolonne beispielsweise einem Erdgasstrom durch physikalisch wirkende Absorptionsmittel die Sauergase zu entziehen. Auf diese Weise kann der Hauptteil der Sauergaskomponenten aus dem Gasstrom entfernt werden. Nachteilig bei den aus der Praxis bekannten Verfahren ist allerdings, dass eine geforderte, nahezu vollständige Entfernung der Sauergaskomponenten mit den vorstehend beschriebenen Verfahren nur unter einem unverhältnismäßig hohen Aufwand möglich ist. Dies meint insbesondere, dass ein hoher Waschflüssigkeitsumlauf und/oder große Packungshöhen in einer Absorber- bzw. Stripperkolonne erforderlich sind. Weiterhin sind aus der Praxis Verfahren bekannt, bei denen Waschmittel eingesetzt werden, die ein physikalisch wirkendes Absorptionsmittel sowie ein chemisch wirkendes Waschmittel und Wasser enthalten.
Aus DE 10 2005 050 385 A1 ist ein Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus Gasströmen bekannt. Als Absorptionsmittel wird eine Mischung aus einem primären oder sekundären Amin in einer wässrigen Lösung, einem physikalischen Lösungsmittel (beispielsweise Acetylmorpholin, N-Formylmorpholin) und gegebenenfalls weiteren Aminen eingesetzt. Der Anteil des Morpholins im Absorptionsmittel beträgt bis zu 25 Gew.-%.
Nachteilig an den bekannten Verfahren, insbesondere wenn hohe Sauergaspartialdrücke vorliegen, ist, dass durch den Anteil des chemischen Waschmittels und des Wassers in dem Absorbens der Anteil des physikalisch wirkenden Absorptionsmittels reduziert werden muss, so dass die Kapazität des physikalisch wirkenden Absorptionsmittels reduziert wird. Weiterhin nachteilig ist, dass durch den Wasseranteil in dem Absorbens insbesondere bei hohen Sauergaspartialdrücken mit zunehmender Korrosion in den Vorrichtungen, in denen die Verfahren durchgeführt werden, zu rechnen ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Sauergaskomponenten einfach und problemlos aus einem Gasstrom entfernt werden können und mit dem die vorstehend beschriebenen Korrosionsprobleme zuverlässig vermieden werden.
Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Sauergasen aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Erdgasstrom, Synthesegasstrom oder dergleichen der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Absorbens mehr als 70 Gew.-% des physikalischen Waschmittels und maximal 5 Gew.-% Wasser enthält, dass als physikalisches Waschmittel ein Morpholin-Derivat eingesetzt wird und dass ein chemisches Waschmittel auf der Basis zumindest einer aliphatischen Aminverbindung verwendet wird. Sauergase bzw. Sauergaskomponenten meint im Rahmen der Erfindung u. a. Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Blausäure (HCN), Schwefelwasserstoff (H₂S), Schwefelkohlenstoff (CS₂), Kohlenoxidsulfid (COS) und Mercaptane. Zweckmäßigerweise wird der sauergashaltige Gasstrom durch eine Absorberkolonne geleitet, in der das flüssige Absorbens dem Gasstrom entgegenströmt. Durch die gegensinnigen Strömungsrichtungen des sauergashaltigen Gasstroms und des Absorbens wird eine innige Durchmischung des Gases bzw. Gasstromes und des Absorbens erreicht, so dass die Sauergaskomponenten von dem Absorbens absorbiert werden. Die Regeneration des Absorbens erfolgt zweckmäßigerweise in einer Stripperkolonne.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Absorbens größtenteils zumindest ein physikalisches Waschmittel enthält. Es ist möglich, dass das physikalische Waschmittel aus einem und vorzugsweise zwei Morpholin-Derivaten besteht. Es können auch eine Vielzahl bzw. eine Mehrzahl von Morpholin-Derivaten in dem physikalischen Waschmittel enthalten sein.
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das chemische Waschmittel zumindest eine aliphatische Aminverbindung. Durch die Kombination des physikalischen Waschmittels und des chemischen Waschmittels gelingt die Absorption von Sauergasen, insbesondere von H₂S, bis in den ppm-Bereich. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das chemische Waschmittel zumindest zwei Aminverbindungen.
Es empfiehlt sich, dass das Absorbens mehr als 80 Gew.-% des physikalischen Waschmittels enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Absorbens ungefähr 85 Gew.-% bis ungefähr 98 Gew.-% und besonders bevorzugt ungefähr 95 Gew.-% des physikalischen Waschmittels.
Angestrebt wird ein geringer Wassergehalt des Absorbens. Vorzugsweise sind in dem Absorbens weniger als 3 Gew.-% Wasser enthalten. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Absorbens einen Wasseranteil von ungefähr 1 Gew.-% oder sogar weniger als 1 Gew.-% aufweist.
Das Absorbens kann 0,1 Gew.-% bis 30 Gew.-% der aliphatischen Aminverbindungen enthalten, wobei ein Anteil der aliphatischen Aminverbindungen von 0,1 Gew.-% bis 25 Gew.-% besonders vorteilhaft ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Absorbens bis zu 10 Gew.-% der aliphatischen Aminverbindung, insbesondere bis zu 5 Gew.-% der aliphatischen Aminverbindung.
Die Gew.-%-Angaben des in dem Absorbens enthaltenen physikalischen Waschmittels, des Wassers und dem chemischen Waschmittels bzw. der aliphatischen Aminverbindung addieren sich stets zu 100 Gew.-%.
Als physikalisches Waschmittel zur Verwendung im Absorbens sind insbesondere N-Formylmorpholin (NFM) und/oder N-Acetylmorpholin (NAM) geeignet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Absorbens größtenteils aus einer Mischung aus NFM und NAM.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Aminverbindung zumindest eine Komponente aufweist, die aus der Gruppe ”Methyldiethanolamin (MDEA), Diethanolamin (DEA), Polyethylenglycol-substituiertes Amin” ausgewählt ist. Es empfiehlt sich, dass das Amin ein und zweckmäßigerweise zwei Polyethylenglycol-Substituenten trägt. Es ist auch möglich, dass das Amin mit drei Polyethylenglycol-Substituenten versehen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Sauergase aus einem Gasstrom einfach und zuverlässig entfernt werden. Wesentlich an der Erfindung ist, dass eine Entfernung der Sauergase bis in den ppm-Bereich funktionssicher erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren für eine Vielzahl von Gasströmen mit unterschiedlichen Sauergasanteilen und Sauergaszusammensetzungen anwendbar ist. Fernerhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Synthesegas, vor allem sauerkonvertiertes Synthesegas überraschend selektiv entschwefelt werden, womit gegenüber einem rein physikalischen Lösungsmittel eine selektivere und kostengünstigere Entschwefelung gelingt.
Weiterhin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Höhe der Absorber – bzw. Stripperkolonnen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den aus der Praxis bekannten Verfahren deutlich verringert werden kann. Weiterhin kommt das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere bei der selektiven Entschwefelung von Synthesegasen hinter einer sauren Konvertierung, mit einer unerwartet geringen Lösungsmittelumlaufmenge aus. Es hat sich gezeigt, dass die Partialdruckdifferenzen für die physikalische Absorption der Sauergase bzw. der Sauergaskomponenten in dem erfindungsgemäßen Absorbens durch den Zusatz der Aminverbindung günstig beeinflusst werden. Auf diese Weise lassen sich insbesondere schwer entfernbare Schwefelverbindungen zuverlässig aus dem Gasstrom absorbieren. Es ist darauf hinzuweisen, dass durch den geringen Wassergehalt sichergestellt wird, dass Korrosion in Anlagen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, zuverlässig vermieden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005050385 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Entfernen von Sauergasen aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Erdgasstrom, Synthesegasstrom oder dergleichen, wobei die Sauergase aus dem Gasstrom von zumindest einem Absorbens absorbiert werden und wobei als Absorbens eine Mischung aus einem physikalischen Waschmittel, einem chemischen Waschmittel und Wasser verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbens mehr als 70 Gew.-% des physikalischen Waschmittels und maximal 5 Gew.-% Wasser enthält, dass als physikalisches Waschmittel ein Morpholin-Derivat eingesetzt wird dass und ein chemisches Waschmittel auf der Basis zumindest einer aliphatischen Aminverbindung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbens mehr als 80 Gew.-% des physikalischen Waschmittels enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Absorbens weniger als 3 Gew.-% Wasser enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Absorbens 0,1 Gew.-% bis 25 Gew.-% der aliphatischen Aminverbindung, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% der aliphatischen Aminverbindung, enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest N-Formylmorpholin (NFM) und/oder N-Acetylmorpholin (NAM) als physikalisches Waschmittel in dem Absorbens enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin zumindest eine Komponente aufweist, die aus der Gruppe ”Methyldiethanolamin (MDEA), Diethanolamin (DEA), Polyethylenglycol-substituiertes Amin” ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbens zur selektiven Entschwefelung eines sauer konvertierten Synthesegases genutzt wird.