DE102010008846A1 - Absorbent, useful for absorption of acid gases e.g. carbon dioxide, from a fluid stream, comprises 2-(2-aminoethoxy)ethanol, an activator comprising e.g. 2-aminoethanol, and an additive comprising sucrose and/or magnesium carbonate - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absorptionsmittel zum Entsäuern eines Fluidstromes, der Sauergase als Verunreinigung enthält, insbesondere eines Rauch- oder Reaktionsgasstromes, der Kohlendioxid enthält. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entsäuern eines Fluidstroms, der Sauergase als Verunreinigung enthält, wobei das erfindungsgemäße Absorptionsmittel eingesetzt wird.The present invention relates to an absorbent for deacidifying a fluid stream containing acid gases as an impurity, in particular a smoke or reaction gas stream containing carbon dioxide. Furthermore, the invention relates to a method for deacidifying a fluid stream containing acid gases as an impurity, wherein the absorbent according to the invention is used.
In vielen industriellen Prozessen, beispielsweise in der chemischen Industrie oder bei der Energieerzeugung, treten Fluidströme auf, die Sauergase, wie beispielsweise CO2, H2S, SO2, CS2, HCN, COS oder Mercaptane als Verunreinigungen enthalten. Bei diesen Fluidströmen kann es sich beispielsweise um Gasströme wie Erdgas, Synthesegas, Raffineriegas, Rauchgase oder bei der Kompostierung organische Substanzen enthaltender Abfallstoffe entstehende Reaktionsgase handeln. Rauchgase entstehen beispielsweise bei der Verbrennung von Kohle, Erdöl, Erdgas oder organischen Abfallstoffen.In many industrial processes, for example in the chemical industry or in power generation, fluid flows occur which contain acid gases such as CO 2 , H 2 S, SO 2 , CS 2 , HCN, COS or mercaptans as impurities. These fluid streams can be, for example, gas streams such as natural gas, synthesis gas, refinery gas, flue gases or reaction gases formed during the composting of organic substances containing waste materials. For example, flue gases are produced by burning coal, oil, natural gas or organic waste.
Die Entfernung der Sauergase ist aus unterschiedlichen Gründen von besonderer Bedeutung. Es ist beispielsweise wünschenswert die bei der Oxidation organischer Materialien, wie beispielsweise organischer Abfälle, Kohle, Erdgas oder Erdöl, oder bei der Kompostierung organischer Substanzen entstehenden Reaktions- und Rauchgase von Sauergasen zu reinigen, um die Emission von Gasen, die die Natur schädigen oder das Klima beeinflussen können, zu verhindern. Bei der Gewinnung von Erdgas muss der Gehalt an Schwefelverbindungen durch geeignete Aufbereitungsmaßnahmen unmittelbar an der Erdgasquelle reduziert werden, denn die Schwefelverbindungen bilden in dem häufig in Erdgas enthaltenem Wasser Säuren, die korrosiv auf die Transportleitungen wirken. Auf eine ähnliche Art und Weise kann Kohlendioxid in Verbindung mit in dem in Fluidströmen häufig mitgeführtem Wasser zu Korrosionen an Leitungen und Armaturen führen.The removal of acid gases is of particular importance for a variety of reasons. For example, it is desirable to purify the reaction and flue gases of acid gases resulting from the oxidation of organic materials, such as organic wastes, coal, natural gas, or petroleum, or in the composting of organic substances, to reduce the emission of gases that damage the environment Climate can prevent, prevent. When extracting natural gas, the content of sulfur compounds must be reduced by suitable treatment measures directly at the source of natural gas, because the sulfur compounds in the water, which is often contained in natural gas, form acids which have a corrosive effect on the transport pipelines. In a similar manner, carbon dioxide, in conjunction with water frequently carried in fluid streams, can result in corrosion of pipes and fittings.
Es wurden bereits zahlreiche Verfahren zum Entfernen von Sauergasbestandteilen aus Fluidströmen entwickelt. Bei dem am weitesten verbreiteten Verfahren wird das Sauergase enthaltende Fluidgemisch mit einem organischen Lösungsmittel oder einer wässrigen Lösung eines organischen Lösungsmittels in einer sogenannten Gaswäsche oder einer Flüssig/Flüssig-Extraktion in Kontakt gebracht.Numerous methods have already been developed for removing sour gas constituents from fluid streams. In the most widely used process, the acid mixture containing the acid gases is brought into contact with an organic solvent or an aqueous solution of an organic solvent in a so-called gas scrubbing or a liquid / liquid extraction.
Grundsätzlich kann man bei der Gaswäsche zwischen zwei unterschiedlichen Typen von Absorptions- bzw. Lösungsmitteln unterscheiden:
Zum einen werden sogenannte physikalische Lösungsmittel eingesetzt, in denen nach erfolgter Absorption die gelösten Sauergase in molekularer Form vorliegen.Basically, you can distinguish between two different types of absorption or solvents in gas scrubbing:
On the one hand, so-called physical solvents are used in which, after absorption, the dissolved acid gases are present in molecular form.
Zum anderen werden chemische Lösungsmittel eingesetzt, deren Wirkungsweise auf chemischen Reaktionen beruht, bei denen nach erfolgter Absorption die gelösten Sauergase in Form chemischer Verbindungen vorliegen. Beispielsweise werden die Sauergase in den im industriellen Maßstab am häufigsten als chemische Lösungsmittel eingesetzten wässrigen Lösungen aus anorganischen Basen (z. B. Kaliumcarbonat im Benfield-Prozess) oder organischen Basen (z. B. Alkanolamine) als Ionen gelöst. Dieser Schritt wird als Absorptionsschritt bezeichnet und kann unter Umständen aus mehreren Teilschritten bestehen.On the other hand, chemical solvents are used whose mode of action is based on chemical reactions in which, after absorption, the dissolved acid gases are present in the form of chemical compounds. For example, the acid gases are dissolved as ions in the aqueous solutions of inorganic bases (eg potassium carbonate in the Benfield process), which are used most frequently on an industrial scale as chemical solvents, or organic bases (eg alkanolamines). This step is called an absorption step and may consist of several substeps.
Das mit Sauergasen beladene Lösungsmittel kann dann in einem weiteren Schritt beispielsweise durch Entspannen auf einen niedrigeren Druck oder Strippen regeneriert werden, wobei die ionischen Spezies zu Sauergasen zurückreagieren und/oder mittels Dampf abgestrippt werden. Dieser Schritt wird auch als Desorptionsschritt bezeichnet. Nach dem Regenerationsprozess kann das Lösungsmittel wiederverwendet werden.The solvent loaded with acid gases can then be regenerated in a further step, for example by depressurization to a lower pressure or stripping, the ionic species reacting back to acid gases and / or stripped off by means of steam. This step is also called a desorption step. After the regeneration process, the solvent can be reused.
Für die Wirtschaftlichkeit solcher Reinigungsverfahren ist es wichtig, dass das Absorptionsmittel pro Volumeneinheit unter den Bedingungen des Absorptionsschritts eine möglichst große Sauergasmenge aufnehmen kann. Da beim Regenerieren je nach Absorptionsmittel und Regenerationsbedingungen eine unterschiedliche Restmenge an Sauergas im Absorptionsmittel verbleibt, kann sich dieser Wert zum Teil erheblich von der Gasmenge unterscheiden, die von einem Absorptionsmittel aufgenommen werden kann, das vollständig von Sauergasen frei ist.For the economics of such purification processes, it is important that the absorbent per unit volume under the conditions of the absorption step can absorb the largest possible amount of acid gas. Since during regeneration, depending on the absorbent and regeneration conditions, a different residual amount of sour gas remains in the absorbent, this value can sometimes be significantly different from the amount of gas that can be absorbed by an absorbent that is completely free of acid gases.
Weiterhin von großer Bedeutung ist die Geschwindigkeit, mit der die im Fluidstrom enthaltenden Sauergase vom Absorptionsmittel aufgenommen werden.Of further importance is the speed with which the acid gases contained in the fluid stream are absorbed by the absorbent.
Des Weiteren ist die Korrosivität des Absorptionsmittels gegenüber den üblicherweise im Apparatebau verwendeten Stählen problematisch, so dass es wünschenswert ist ein Absorptionsmittel mit einer möglichst geringen Korrosivität gegenüber Stählen zu verwenden.Furthermore, the corrosivity of the absorbent over the steels commonly used in the apparatus industry is problematic, so it is desirable to use an absorbent with the least possible corrosivity to steels.
Darüber hinaus spielt auch die Degradationsrate des verwendeten Absorptionsmittels eine wesentliche Rolle. Es ist wünschenswert ein Absorptionsmittel zu verwenden, das eine möglichst geringe Degradationsrate aufweist.In addition, the rate of degradation of the absorbent used also plays an essential role. It is desirable to use an absorbent which has the lowest possible rate of degradation.
Für die Entfernung von Sauergasverunreinigungen in Fluidströmen werden heutzutage vor allem organische Basen, und dabei insbesondere Alkanolamine verwendet. Häufig verwendete Alkanolamine umfassen beispielsweise Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA), Triethanolamin (TEA), Diethylethanolamin (DEEA), Diisopropylamin (DIPA), Aminoethoxyethanol (AEE) und Methyldiethanolamin (MDEA).For the removal of sour gas impurities in fluid streams, especially organic bases, and in particular alkanolamines, are used today. Commonly used alkanolamines include, for example, monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), Diethylethanolamine (DEEA), diisopropylamine (DIPA), aminoethoxyethanol (AEE) and methyldiethanolamine (MDEA).
Primäre und sekundäre Alkanolamine sind insbesondere für Gaswäschen geeignet, bei denen das gereinigte Gas einen sehr niedrigen CO2-Gehalt aufweisen muss (z. B. 10 ppmV CO2). Die Absorption des Kohlendioxids erfolgt dabei durch direkte Reaktion des Stickstoffs der primären und sekundären Alkanolamine unter Bildung von löslichem Carbamat. In der wässrigen Aminlösung steht das Carbamat mit Bicarbonat in einem Gleichgewicht. Zum Regenerieren der Aminlösung wird im industriellen Einsatz häufig ein zweistufiger Regenerationsprozess eingesetzt, wobei das beladene Lösungsmittel zunächst in einer oder mehreren Flash-Kolonnen entspannt wird, so dass ein Teil des absorbierten CO2 aus der Lösung verdampft. Restliches Kohlendioxid und ggf. weitere absorbierte Sauergase werden anschließend durch Strippen mit Dampf entfernt. Lösungsmittel, die primäre und sekundäre Alkanolamine enthalten, erfordern jedoch einen größeren Aufwand bei der Regeneration, da zum Zersetzen des Carbamats eine größere Menge an Dampf als bei tertiären Amine und daher entsprechend viel Wärmeenergie notwendig ist.Primary and secondary alkanolamines are particularly suitable for gas scrubbing in which the purified gas must have a very low CO 2 content (eg 10 ppm V CO 2 ). The absorption of the carbon dioxide is carried out by direct reaction of the nitrogen of the primary and secondary alkanolamines to form soluble carbamate. In the aqueous amine solution, the carbamate is in equilibrium with bicarbonate. For regeneration of the amine solution, a two-stage regeneration process is often used in industrial applications, wherein the loaded solvent is first expanded in one or more flash columns, so that a portion of the absorbed CO 2 evaporates from the solution. Residual carbon dioxide and possibly other absorbed acid gases are then removed by stripping with steam. Solvents containing primary and secondary alkanolamines, however, require more regeneration effort because decomposition of the carbamate requires a greater amount of vapor than tertiary amines and therefore correspondingly much heat energy.
Im Gegensatz zu primären und sekundären Alkanolaminen reagieren tertiäre Alkanolamine nicht direkt mit Kohlendioxid, da das Amin voll substituiert ist. Vielmehr wird Kohlendioxid mit dem tertiären Alkanolamin und mit Wasser zu Bicarbonat in einer Reaktion mit geringer Reaktionsrate umgesetzt. Da keine direkte Bindung zwischen tertiären Alkanolaminen und Kohlendioxid entsteht, kann die Aminlösung sehr wirtschaftlich regeneriert werden. In vielen Fällen reicht dabei eine Flash-Regenerierung mit einer oder mehreren Entspannungsstufen aus. Eine optionale zusätzliche thermische Regenerierung erfordert wesentlich weniger Energie als im Fall von Lösungen aus primären oder sekundären Alkanolaminen. Nachteilig an der Verwendung von tertiären Alkanolaminen ist allerdings, dass wegen der geringeren Reaktionsrate des Kohlendioxids der Waschprozess mit einer sehr hohen Verweilzeit durchgeführt werden muss. Die benötigten Absorptions- und Desorptionskolonnen sind daher, verglichen mit Systemen, bei denen entweder primäre oder sekundäre Alkanolamine eingesetzt werden, sehr hoch.Unlike primary and secondary alkanolamines, tertiary alkanolamines do not react directly with carbon dioxide since the amine is fully substituted. Rather, carbon dioxide is reacted with the tertiary alkanolamine and with water to bicarbonate in a low reaction rate reaction. Since there is no direct bond between tertiary alkanolamines and carbon dioxide, the amine solution can be regenerated very economically. In many cases, a flash regeneration with one or more relaxation levels is sufficient. An optional additional thermal regeneration requires much less energy than in the case of solutions of primary or secondary alkanolamines. A disadvantage of the use of tertiary alkanolamines, however, is that because of the lower reaction rate of the carbon dioxide, the washing process must be carried out with a very high residence time. The required absorption and desorption columns are therefore very high compared to systems where either primary or secondary alkanolamines are used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein verbessertes Absorptionsmittel zum Entsäuern eines Fluidstroms, der Sauergase als Verunreinigungen enthält, durch Gaswäsche anzugeben, wobei Sauergase, insbesondere CO2, wirksam aus dem Fluidstrom entfernt werden können. Darüber hinaus ist es ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Entsäuern eines Fluidstroms, der Sauergase als Verunreinigungen enthält, bereitzustellen, insbesondere zum Entsäuern eines Rauchgasstroms wie er z. B. bei der Verbrennung von Kohle, Erdöl oder Erdgas in Kraftwerken zur Energieerzeugung entsteht.Object of the present invention is therefore to provide an improved absorbent for deacidifying a fluid stream containing acid gases as impurities by gas scrubbing, wherein acid gases, in particular CO 2 , can be effectively removed from the fluid stream. In addition, it is also an object of the present invention to provide an improved process for deacidifying a fluid stream containing acid gases as impurities, in particular for deacidifying a flue gas stream as it z. B. arises in the combustion of coal, oil or natural gas in power plants for power generation.
Diese Aufgabe wird durch das Absorptionsmittel gemäß vorliegendem Anspruch 1 sowie das Verfahren gemäß vorliegendem Anspruch 5 gelöst.This object is achieved by the absorbent according to the present claim 1 and the method according to the present claim 5.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Absorptionsmittel zum Entsäuern eines Fluidstroms, der Sauergase, wie CO2, H2S, COS, CS2, Mercaptane, SO3, SO2, Halogenwasserstoff, HCN oder Mischungen davon als Verunreinigungen enthält, wobei das Absorptionsmittel eine wässrige Lösung ist, die, bezogen auf das Absorptionsmittel, 5–65 Gew.-% eines Alkanolamins, nämlich 2-(2-Aminoethoxy)ethanol (AEE), 0,001–20 Gew.-% eines Aktivators ausgewählt aus 2-Aminoethanol (MEA), Piperazin und Mischungen davon, sowie 0–20 Gew.-% eines Additivs ausgewählt aus Saccharose, Magnesiumcarbonat und Mischungen davon enthält.The present invention therefore provides an absorbent for deacidifying a fluid stream containing acid gases such as CO 2 , H 2 S, COS, CS 2 , mercaptans, SO 3 , SO 2 , hydrogen halide, HCN or mixtures thereof as impurities, wherein the absorbent an aqueous solution containing, based on the absorbent, 5-65% by weight of an alkanolamine, namely 2- (2-aminoethoxy) ethanol (AEE), 0.001-20% by weight of an activator selected from 2-aminoethanol ( MEA), piperazine and mixtures thereof, and 0-20 wt .-% of an additive selected from sucrose, magnesium carbonate and mixtures thereof.
In einer Ausführungsform ist der Restbestandteil des Absorptionsmittels (ad 100 Gew.-%) Wasser. Das Wasser kann insbesondere deionisiertes Wasser sein.In one embodiment, the residual component of the absorbent (ad 100% by weight) is water. The water may in particular be deionized water.
In einer Ausführungsform beträgt die Konzentration an 2-(2-Aminoethoxy)ethanol (AEE), bezogen auf das Absorptionsmittel, 15–65 Gew.-%, 40–65 Gew.-% oder etwa 50 Gew.-%.In one embodiment, the concentration of 2- (2-aminoethoxy) ethanol (AEE) based on the absorbent is 15-65 wt%, 40-65 wt% or about 50 wt%.
Die Summe der Konzentrationen aller in dem Absorptionsmittel enthaltener Aktivatoren, die aus 2-Aminoethanol (MEA) und/oder Piperazin ausgewählt werden, beträgt, bezogen auf das Absorptionsmittel, 0,1–15 Gew.-% oder 0,4–7 Gew.-%. Dabei kann das erfindungsgemäße Absorptionsmittel 2-Aminoethanol und Piperazin in einem beliebigen Mischungsverhältnis enthalten, d. h. 0–100 Gew.-% Piperazin und 0–100 Gew.-% 2-Aminoethanol (MEA) bezogen auf die Gesamtmenge des Aktivators. In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Anteil von Piperazin an der Gesamtmenge an Aktivator 20–80, 30–70 oder 40–60 Gew.-%.The sum of the concentrations of all activators contained in the absorbent selected from 2-aminoethanol (MEA) and / or piperazine is, based on the absorbent, 0.1-15% by weight or 0.4-7% by weight. -%. In this case, the absorbent according to the invention 2-aminoethanol and piperazine in any mixing ratio, d. H. 0-100 wt .-% piperazine and 0-100 wt .-% 2-aminoethanol (MEA) based on the total amount of the activator. In certain embodiments of the invention, the proportion of piperazine in the total amount of activator is 20-80, 30-70 or 40-60% by weight.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Absorptionsmittel 2–6 Gew.-% Piperazin. In einer anderen Ausführungsform enthält das Absorptionsmittel 2–6 Gew.-% 2-Aminoethanol.In one embodiment of the invention, the absorbent contains 2-6% by weight of piperazine. In another embodiment, the absorbent contains 2-6% by weight of 2-aminoethanol.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform enthält das Absorptionsmittel der Erfindung einen Aktivator, der aus Saccharose und Magnesiumcarbonat bzw. Mischungen davon ausgewählt wird, wobei dieser Aktivator, bezogen auf das Absorptionsmittel, in einer Menge von 0,001–20 Gew.-%, 0,1–15 Gew.-% oder 0,4–7 Gew.-% enthalten ist.In a further preferred embodiment, the absorbent of the invention contains an activator selected from sucrose and magnesium carbonate or mixtures thereof, said activator being in an amount of 0.001-20% by weight, based on the absorbent, of 0.1 -15 wt .-% or 0.4-7 wt .-% is included.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann das Absorptionsmittel noch weitere übliche Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten. Diese sind dem Fachmann bekannt. In certain embodiments of the invention, the absorbent may contain other customary auxiliaries and additives. These are known to the person skilled in the art.
Die oben gemachten Angaben beziehen sich auf die einsatzbereite Waschflüssigkeit, d. h. das erfindungsgemäße Absorptionsmittel. Hergestellt wird das erfindungsgemäße Absorptionsmittel üblicherweise als Konzentrat, das vom Nutzer durch Zugabe von Wasser auf die Endkonzentration verdünnt wird.The above information refers to the ready-to-use washing liquid, d. H. the absorbent according to the invention. The absorbent of the invention is usually prepared as a concentrate, which is diluted by the user by the addition of water to the final concentration.
Das erfindungsgemäße Absorptionsmittel kann zur Entsäuerung eines Fluidstroms, vorzugsweise eines Gasstroms, noch bevorzugter eines Rauchgasstroms, am bevorzugtesten zur CO2-Wäsche eines Rauchgasstroms verwendet werden.The absorbent of the present invention can be used to deacidify a fluid stream, preferably a gas stream, more preferably a flue gas stream, most preferably for CO 2 scrubbing a flue gas stream.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entsäuern eines Fluidstroms, der Sauergase als Verunreinigungen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass
- (a) der Fluidstrom in mindestens einem Absorptionsschritt mit einem Absorptionsmittel der Erfindung in Kontakt gebracht wird, wobei ein mit Sauergasen beladenes Absorptionsmittel und ein gereinigter Fluidstrom entsteht; und
- (b) der von Sauergasen gereinigte Fluidstrom und das mit Sauergasen beladene Absorptionsmittel voneinander getrennt werden.
- (a) contacting the fluid stream in at least one absorption step with an absorbent of the invention to form an acid gas laden absorbent and a purified fluid stream; and
- (B) the sour gas-cleaned fluid stream and the acid gas-laden absorbent are separated from each other.
In einer Ausführungsform des Verfahrens, wird in einem weiteren Schritt (c) das in Schritt b) abgetrennte, mit Sauergasen beladene Absorptionsmittel regeneriert und dann erneut in Schritt (a) mit dem Fluidstrom in Kontakt gebracht.In one embodiment of the process, in a further step (c), the adsorbed acid laden in step b) is regenerated and then brought into contact again with the fluid stream in step (a).
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Absorptionsschritt in mehreren aufeinander folgenden Teilschritten durchgeführt, wobei der sauergas-haltige Fluidstrom in jedem der Teilschritte mit jeweils einem Teilstrom des Absorptionsmittels in Kontakt gebracht wird. Dabei können die Teilströme des Absorptionsmittels nach jeweils aufeinander folgenden Teilschritten des Regenerationsprozesses des Absorptionsmittels gewonnen werden, so dass die Teilströme des Absorptionsmittels eine abnehmende Belastung an Sauergasen aufweisen.In a further embodiment of the method, the absorption step is carried out in a plurality of successive substeps, wherein the acid gas-containing fluid stream in each of the substeps is brought into contact with a respective partial stream of the absorbent. In this case, the partial streams of the absorbent can be obtained after each successive substeps of the regeneration process of the absorbent, so that the partial streams of the absorbent have a decreasing load of acid gases.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Fluidstrom, der von Sauergasen befreit wird, um einen Gasstrom, insbesondere um einen Strom von Reaktions- oder Rauchgas, das durch die Oxidation von Gas, Kohle, Erdöl oder organischen Abfallstoffen entsteht. Bei dieser Oxidation kann es sich beispielsweise um die Verbrennung von Gas, Kohle, Erdöl oder organischen Abfallstoffen handeln. In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei diesem Gasstrom um Rauchgas aus einem Kohle-, Öl- oder Gas-Kraftwerk.In a particular embodiment of the invention, the fluid stream which is freed from acid gases is a gas stream, in particular a stream of reaction or flue gas, which is formed by the oxidation of gas, coal, petroleum or organic waste. This oxidation may be, for example, the combustion of gas, coal, petroleum or organic waste. In a particular embodiment, this gas stream is flue gas from a coal, oil or gas power plant.
Wie bereits oben erwähnt, ist das erfindungsgemäße Absorptionsmittel bzw. erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von Sauergasen aus Fluidströmen geeignet, die als Sauergase CO2, H2S, COS, Mercaptane, SO3, SO2, CS2, Halogenwasserstoff, HCN, oder Mischungen der vorgenannten Sauergase enthalten. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das aus dem Fluidstrom entfernte Sauergas im Wesentlichen, d. h. mindestens etwa 80–90 Vol.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Sauergasen, Kohlendioxid.As already mentioned above, the absorbent according to the invention or process according to the invention is suitable for removing acid gases from fluid streams which are acid gases CO 2 , H 2 S, COS, mercaptans, SO 3 , SO 2 , CS 2 , hydrogen halide, HCN, or mixtures contain the aforementioned sour gases. In one embodiment of the invention, the acid gas removed from the fluid stream essentially comprises, ie, at least about 80-90% by volume, based on the total amount of sour gases, of carbon dioxide.
Der Gehalt an CO2 im Fluidstrom beträgt im Allgemeinen 0,5–99 Vol.-%, im Fall von Rauchgas etwa 80–99 Vol.-%.The content of CO 2 in the fluid stream is generally 0.5-99 vol .-%, in the case of flue gas about 80-99 vol .-%.
Das erfindungsgemäße Absorptionsmittel erlaubt außerdem eine weitgehende Entfernung von schwefelhaltigen Gasen aus dem Gasstrom.The absorbent according to the invention also allows a substantial removal of sulfur-containing gases from the gas stream.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den üblichen, in der Gaswäsche eingesetzten Waschvorrichtungen durchgeführt werden. Geeignete Waschvorrichtungen, die in einer Absorptionszone einen innigen Kontakt zwischen dem Fluidstrom und der Waschflüssigkeit gewährleisten, sind beispielsweise Füllkörper-, Packungs- und Bodenkolonnen, Radialstromwäscher, Strahlwäscher, Venturi-Wäscher und Rotations-Sprühwäscher, bevorzugt Packungs-, Füllkörper- und Bodenkolonnen.The process according to the invention can be carried out using the customary washing devices used in gas scrubbing. Suitable washing devices which ensure intimate contact between the fluid stream and the washing liquid in an absorption zone are, for example, packed, packed and tray columns, radial flow scrubbers, jet scrubbers, venturi scrubbers and rotary scrubbers, preferably packed, packed and tray columns.
Wie bereits oben erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem Schritt oder in mehreren aufeinander folgenden Teilschritten durchgeführt werden. Im letzteren Fall wird der die sauren Gasbestandteile enthaltende Fluidstrom in jedem Teilschritt mit jeweils einem Teilstrom des Absorptionsmittels in Kontakt gebracht. Beispielsweise kann an unterschiedlichen Stellen der Absorptionszone, d. h. des Bereiches in dem der Fluidstrom mit dem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, ein Teilstrom des Absorptionsmittels zugeführt werden.As already mentioned above, the method according to the invention can be carried out in one step or in several successive substeps. In the latter case, the fluid stream containing the acid gas components is brought into contact with a partial stream of the absorbent in each partial step. For example, at different locations of the absorption zone, i. H. of the region in which the fluid stream is brought into contact with the absorbent, a partial stream of the absorbent can be supplied.
Das mit sauren Gasbestandteilen beladene Absorptionsmittel und das gereinigte Gas werden voneinander getrennt und aus der Absorptionszone abgeführt. Das Absorptionsmittel kann dann regeneriert und anschließend mit verringerter Beladung in die Absorptionszone zurückgeführt werden. Typischerweise wird bei der Regeneration eine Druckentspannung der beladenen Absorptionslösung von einem in der Absorptionszone herrschenden höheren Druck auf einen niedrigeren Druck durchgeführt. Druckentspannung kann beispielsweise mittels eines Drosselventils geschehen. Ergänzend oder alternativ kann das Absorptionsmittel über eine Entspannungsturbine geleitet werden, mit der ein Generator angetrieben und elektrische Energie gewonnen werden kann. Die so dem Absorptionsmittel bei der Entspannung entzogene Energie lässt sich beispielsweise auch zum Antrieb von Flüssigkeitspumpen im Kreislauf des Absorptionsmittels verwenden.The absorbent laden with acid gas components and the purified gas are separated from each other and discharged from the absorption zone. The absorbent can then be regenerated and subsequently returned to the absorption zone with reduced loading. Typically, during regeneration, a pressure release of the loaded absorption solution is carried out from a higher pressure prevailing in the absorption zone to a lower pressure. Pressure release can be done for example by means of a throttle valve. Additionally or alternatively, the absorbent can be passed through an expansion turbine, with a Generator powered and electrical energy can be recovered. The energy thus removed from the absorbent during the relaxation can also be used, for example, to drive liquid pumps in the circulation of the absorbent.
Die Freisetzung der sauren Gasbestandteile kann beim Regenerieren des Absorptionsmittels beispielsweise in einer Entspannungskolonne, beispielsweise einem senkrecht oder waagerecht eingebauten Flash-Behälter und einer Gegenstromkolonne mit Einbauten erfolgen. Es können mehrere Entspannungskolonnen hintereinander geschaltet werden, in denen, bei unterschiedlichen Drucken, regeneriert wird.The release of the acidic gas constituents can be carried out during regeneration of the absorbent, for example in a flash column, for example a vertically or horizontally installed flash tank and a countercurrent column with internals. Several relaxation columns can be connected in series, in which, at different pressures, is regenerated.
Mit Hilfe einer vorzugsweise ebenfalls vorgesehenen Strippung mit einem inerten Fluid können bei der Regeneration weitere Sauergase aus dem Absorptionsmittel entfernt werden. Dazu werden das Absorptionsmittel und ein Strippungsmittel, vorzugsweise ein heißes inertes Gas, wobei Stickstoff oder Wasserdampf bevorzugt sind, im Gegenstrom durch eine mit Füllkörpern, Packungen oder Böden versehene Desorptionskolonne geleitet. Bevorzugt beträgt der Druck bei der Strippung 1 bis 3 bar absolut und die Temperatur 90–130°C.With the help of a preferably also provided stripping with an inert fluid further sour gases can be removed from the absorbent in the regeneration. For this purpose, the absorbent and a stripping agent, preferably a hot inert gas, nitrogen or steam are preferred, passed in countercurrent through a provided with packing, packings or bottoms desorption. Preferably, the stripping pressure is 1 to 3 bar absolute and the temperature is 90-130 ° C.
Eine Regeneration des Absorptionsmittels/der Waschflüssigkeit in mehreren aufeinander folgenden Teilschritten, wobei die Beladung des Absorptionsmittels mit Sauergasbestandteilen mit jedem Teilschritt abnimmt, wird beispielsweise in der
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die in aufeinander folgenden Teilschritten des Wasch- bzw. Absorptionsvorgangs eingesetzten Teilströme der Waschflüssigkeit durch aufeinander folgende Teilschritte des Regenerationsvorgangs erhältlich und weisen eine abnehmende Beladung mit sauren Gasbestandteilen auf. Dabei ist insbesondere ein Verfahren bevorzugt bei dem das die sauren Bestandteile enthaltende Gas nacheinander mit einem ersten Teilstrom der Waschflüssigkeit, der nach teilweiser Regenerierung in einer Entspannungskolonne und vor der Strippung, und einem zweiten Teilstrom der Waschflüssigkeit, der nach der Strippung erhalten wird, in innigen Kontakt gebracht wird.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the partial streams of the washing liquid used in successive substeps of the washing or absorption process are obtainable by successive substeps of the regeneration process and have a decreasing loading of acidic gas constituents. In particular, a method is preferred in which the gas containing the acidic constituents in succession with a first partial flow of the washing liquid, after partial regeneration in a flash column and before the stripping, and a second partial flow of the washing liquid, which is obtained after the stripping, in intimate Contact is brought.
Beispielweise kann, wie in
Das regenerierte Absorptionsmittel wird üblicherweise vor Einspeisung in die Absorptionszone über einen Wärmetauscher geleitet und auf die für den Waschvorgang erforderliche Temperatur gebracht. Beispielsweise kann dem die Strippkolonne verlassenden regenerierten Absorptionsmittel Wärme entzogen und dem noch Sauergasbestandteile enthaltenden Absorptionsmittel vor dessen Eintritt in die Strippkolonne zugeführt werden.The regenerated absorbent is usually passed through a heat exchanger before being fed into the absorption zone and brought to the temperature required for the washing process. For example, the regenerated absorbent leaving the stripping column can be deprived of heat and fed to the absorbent still containing sour gas components prior to its entry into the stripping column.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit typischen zur Gaswäsche und anschließender Regeneration der Waschflüssigkeit verwendeten Anlagenkonfiguration durchgeführt werden, wie sie beispielsweise in
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann das beschriebene Verfahren zur Entsäuerung eines Fluidstroms zur CO2-Wäsche eines Rauchgasstroms aus einem Verbrennungskraftwerk verwendet werden. Dabei kann es beispielsweise mit anderen Verfahren zur Gaswäsche, beispielsweise der in der deutschen Patentanmeldung
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 4336233 [0038, 0040, 0042] US 4336233 [0038, 0040, 0042]
- EP 0322924 [0042] EP 0322924 [0042]
- DE 102007043331 A1 [0043] DE 102007043331 A1 [0043]
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2010
- 2010-02-22 DE DE102010008846A patent/DE102010008846A1/en not_active Ceased
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120221 |