DE102012021478A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie, wobei ein zu reinigendes Industriegas durch ein absorbierendes Lösungsmittel von den darin befindlichen, durch das Lösungsmittel absorbierbaren Gasen gereinigt wird, und das beladene Lösungsmittel in eine Austriebsstufe gegeben wird, in der das absorbierte Gas wieder desorbiert wird, und das desorbierte Gas verdichtet wird, so dass es sich durch die Verdichtung erhitzt, worauf es mittels Kühlwasser oder Kühlluft auf Normaltemperatur gekühlt wird, anschließend entspannt wird, so dass es abkühlt, und dieses abgekühlte Desorptionsgas wieder in das Industriegas zurückgeführt wird, so dass auch dieses sich durch die Zumischung abkühlt und eine Zuführung von Kühlenergie, beispielsweise durch eine Kältemaschine, nicht mehr erforderlich ist, um das für die Absorption erforderliche niedrige Temperaturniveau einzustellen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, mit der dieses Verfahren ausführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie, wobei ein zu reinigendes Industriegas durch ein absorbierendes Lösungsmittel von den darin befindlichen, durch das Lösungsmittel absorbierbaren Gasen gereinigt wird, und das beladene Lösungsmittel in eine Austriebsstufe gegeben wird, in der das absorbierte Gas wieder desorbiert wird, und das desorbierte Gas verdichtet wird, so dass es sich durch die Verdichtung erhitzt, worauf es mittels Kühlwasser oder Kühlluft auf Normaltemperatur gekühlt wird, anschließend entspannt wird, so dass es abkühlt, und dieses abgekühlte Desorptionsgas wieder in das Industriegas zurückgeführt wird, so dass auch dieses sich durch die Zumischung abkühlt und eine Zuführung von Kühlenergie, beispielsweise durch eine Kältemaschine, nicht mehr erforderlich ist, um das für die Absorption erforderliche niedrige Temperaturniveau einzustellen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, mit der dieses Verfahren ausführbar ist.
  • Bei der Bereitstellung von Industriegasen fällt häufig ein Gas an, welches mit Sauergasen verunreinigt ist. Ein typisches Beispiel ist Erdgas, welches mit größeren Mengenteilen an Schwefelverbindungen und Kohlendioxid verunreinigt ist. Diese Sauergase stören bei der nachfolgenden Verwendung dieser Industriegase. Die zu verwendenden Gase besitzen einen geringeren Heizwert und bei der Verbrennung entstehen unerwünschte korrosive Gase. Die Beimengungen sind häufig giftig und stören eine weitere Verarbeitung. Aber auch nicht saure Gase wie schwerere Kohlenwasserstoffe können für die nachfolgende Verwendung stören. Aus diesem Grund wird in der Regel eine Reinigung der zu verwendenden Industriegase durchgeführt. Diese erfolgt meist durch Inkontaktbringen der Gase mit einem absorbierenden Lösungsmittel.
  • Die Absorption der beigemengten unerwünschten Sauergase erfolgt typischerweise mit einem absorbierenden Lösungsmittel. Zur Anwendung kommen dabei physikalisch oder chemisch wirkende Lösungsmittel. Typische physikalische Lösungsmittel sind Methanol, alkylierte Polyethylenglykolether, oder Morpholinderivate. Typische chemische Lösungsmittel sind Alkanolamine oder Alkalisalzlösungen. Physikalisch wirkende Lösungsmittel werden in der Regel bei tiefen Temperaturen verwendet, da sich die erwünschte Aufnahmefähigkeit dieses Lösungsmitteltyps für zu absorbierende Komponenten bei tieferen Temperaturen erhöht. Zur Bereitstellung der entsprechend gekühlten Lösungsmittel sind Kältemaschinen notwendig, die eine Energiemenge benötigen, die der zu kühlenden Gasmenge proportional ist. Da viele Industriegase zur Absorption von Sauergasen mit großen Mengen von gekühlten Lösungsmitteln behandelt werden, ist damit ein erheblicher Kostenfaktor verbunden.
  • Einen typischen Prozess zur Absorption von Begleitgasen in Industriegasen lehrt die WO 2004105919 A1 . Diese Schrift lehrt ein Verfahren zur Sauergasentfernung aus unter Druck befindlichem, mit Schwefelverbindungen verunreinigtem Erdgas, wobei das zu entschwefelnde Erdgas zunächst in eine Sauergasabsorptionsstufe geleitet wird, wo die Schwefelverbindungen und gegebenenfalls weitere Komponenten mit einer physikalisch wirkenden Lösung absorbiert werden, das Absorbat aufgeheizt wird, und das Absorbat in eine Hochdruck-Austriebsstufe („Hochdruck-Flash-Stufe”) gegeben wird, wo sich das Gemisch aus sauergasarmem Absorptionsmittel und desorbiertem Sauergas voneinander trennt, und das desorbierte Sauergas gekühlt wird und das verdampfte Absorptionsmittel aus dem Sauergasstrom auskondensiert wird, und das sauergasarme Absorptionsmittel aus der „Hochdruck-Flash-Stufe” in einer weiteren Stufe mittels Strippgas von Sauergasresten befreit wird und das erhaltene, beladene Strippgas gekühlt und in die Sauergasabsorptionsstufe geleitet wird, und das erhaltene Absorptionsmittel gekühlt und im Kreislauf in die Sauergasabsorptionsstufe zurückgeführt wird. Die regenerierte Absorptionslösung wird nach dem Wärmetausch in einem Wärmetauscher und der Kühlung im einem Kühler, der mittels Kühl- oder Kältemedium das Absorptionsmittel auf eine zur Absorption geeignete Temperatur herunterkühlt, in den Absorptionsprozess zurückgeführt.
  • Da man bestrebt ist, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zur Sauergasabsorption zu verbessern, wird daraufhin gearbeitet, die Kosten für die Kühlung des Lösungsmittels zu reduzieren. Da Kälteanlagen besonders in Ländern mit einer hohen Durchschnittstemperatur mit einem hohen Anteil an den gesamten Betriebskosten arbeiten, trägt eine Reduzierung dieses Anteils in einem hohen Maße zur Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses bei.
  • Bei physikalisch wirkenden Absorptionsprozessen kommt es ausserdem unvermeidlicherweise auch zu einer Mitabsorption von Gasbestandteilen, die nicht aus dem Gas entfernt werden sollen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen aus Erdgas oder Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) aus Synthesegas. Dies ist unerwünscht, da diese Bestandteile häufig Wertstoffkomponenten darstellen, deren Verlust die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens herabsetzt. Zur Rückgewinnung dieser Wertstoffkomponenten kann bei physikalisch wirkenden Absorptionsprozessen beispielhaft eine Austriebsstufe zur Wiedergewinnung verwendet werden. Mittels eines Kompressors werden die rückgewonnenen Wertstoffkomponenten dann wieder zurück in die Absorption geführt. Diese Verfahrensweise ist deshalb ein Bestandteil bei nahezu allen physikalischen Absorptionsprozessen. Eine Reduzierung der Betriebskosten für die Kühlung des Lösungsmittels sollte deshalb so erfolgen, dass eine Wiedergewinnung von Wertstoffkomponenten möglich ist.
  • Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Prozess zur Verfügung zu stellen, bei dem die Herunterkühlung des Industriegases für eine Sauergasabsorption durch ein absorbierendes Lösungsmittel möglichst ohne die Verwendung einer energieintensiven Kälteanlage auskommt, so dass ein gekühltes Industriegas bereitgestellt wird, welches eine effektive Absorption der zu absorbierenden Gase bei genügend tiefer Temperatur vornimmt.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches den zurückgeführten Gasstrom aus einer Gaswäsche mit einem physikalisch wirkenden Lösungsmittel nach dem Austrieb in einer nachgeschalteten Austriebsstufe auf einen Druck komprimiert, der deutlich höher ist, als der Druck des Industriegases, wobei das durch die Verdichtung aufgeheizte und komprimierte Gas mittels Kühlwasser oder Kühlluft wieder auf die Umgebungstemperatur herunterkühlt wird und dann auf den Industriegasdruck entspannt wird, so dass sich das Gas durch den „Joule-Thomson”-Effekt stark abkühlt, und dieses abgekühlte Gas dem Industriegas zumischt, so dass sich die Mischung beider Gase auf eine für die Absorption geeignete Temperatur einstellt. Dadurch entfällt die ansonsten benötigte Kältemaschine. Weiterhin entfallen die für die Übertragung des niedrigen Temperaturniveaus des Kältemittels an das zurückgeführte Gas benötigten Wärmeaustauscher, was die Investitionskosten bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter reduziert. Ebenso führt die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Anlagen mit einem entsprechend geringeren Platzbedarf.
  • Das verdichtete Recyclegas kann dabei in einer vorteilhaften Ausführungsform auch soweit heruntergekühlt werden, so dass dieses bei einem ausreichend hohen Recycle-Verdichterenddruck verflüssigt werden kann, und dieses verflüssigte Recyclegas dem Industriegas in flüssiger Form zugemischt oder zugedüst wird, was die Abkühlleistung deutlich erhöht. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Sauergas in eine Lagerstätte zurückinjiziert werden soll. Häufig werden anfallende Sauergase in unterirdische Lagerstätten zurückinjiziert, um eine sichere Lagerung dieser Sauergase sicherzustellen.
  • In diesem Fall ist jedoch eine weitere Aufkomprimierung der Sauergase erforderlich, da die Sauergase aus einer Desorptionsstufe unter vergleichsweise geringem Druck anfallen.
  • Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie, wobei
    • • ein zu reinigendes Industriegas zunächst in eine Absorptionsstufe geleitet wird, in der die zu absorbierenden Gase unter Druck mittels eines absorbierenden Lösungsmittels absorbiert werden, und
    • • das Absorbat in einen Hochdruck-Austriebsbehälter gegeben wird, in der sich das Absorbat in ein an absorbierten Gasen abgereichertes Lösungsmittel und ein desorbiertes Gas auftrennt, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • • das desorbierte Gas durch einen Kompressor auf einen Druck komprimiert wird, bei dem sich ein Teil des darin enthaltenen Sauergases verflüssigt, und das komprimierte und desorbierte Gas mittels Kühlwasser oder Kühlluft über einen indirekten Wärmetauscher gekühlt wird, und
    • • das gekühlte komprimierte Gas über eine entspannende Vorrichtung entspannt wird, so dass sich dieses weiter abkühlt, und dieses Gas dem eingesetzten zu reinigenden Industriegas beigemischt wird.
  • Das restliche beladene Lösungsmittel aus dem Hochdruck-Austriebsbehälter enthält die restlichen Sauergase und wird in der Regel einer weiteren Reinigung zugeführt. Dies kann beispielsweise eine Desorptionskolonne oder ein weiterer Austriebsbehälter sein. Bei der weiteren Reinigung werden auch die restlichen Sauergase erhalten, die bei der Reinigung des Industriegases anfallen, und aus dem Prozess ausgeschleust werden können.
  • Die Kühlung eines Rohgases mit einem gekühlten Kondensat aus einer Kühlstufe gehört zum Stand der Technik. Die DE 2853989 B1 beschreibt ein Verfahren zum Behandeln von wasserhaltigem Kondensat aus der Kühlung eines Rohgases der Vergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff, Wasserdampf, und/oder Kohlendioxid enthaltenden Vergasungsmitteln, wobei das Rohgas in mindestens einer Kühlstufe gekühlt wird, wobei ein Kondensat erhalten wird, welches entspannt wird, den Entspannungsdampf ableitet, das entspannte Kondensat einer Trenneinrichtung zuführt, und aus der Trenneinrichtung eine weitgehend aus Wasser bestehende Kondensatphase abzieht und als Kühlmedium für das Rohgas wiederverwendet. Die Erfindung beschreibt jedoch keine zusätzliche Aufkomprimierung des Dampfes, welche mit geeigneten Mitteln die Herunterkühlung des Rohgases auf eine Temperatur ermöglicht, die zu einer Absorption von Gasen aus Gasgemischen mit absorbierenden Lösungsmitteln geeignet ist. Auch sind die technischen Bedingungen, unter denen ein heißes Rohgas aus einer Brennstoffvergasung mit Wasser gekühlt wird, unterschiedlich geartet im Vergleich zu einem Absorptionsprozess mit einem absorbierenden Lösungsmittel bei tiefen Temperaturen.
  • Die Aufkomprimierung von desorbierten Gasen aus einer Hochdruck-Austriebsstufe ist ebenfalls im Stand der Technik zu finden. Die US 3266219 A lehrt ein Verfahren zur Entfernung von Sauergasen aus Gemischen mit gasförmigen C1-C3-Alkanen, durch das das erwähnte Gasgemisch, welches ein kohlendioxid- und schwefelwasserstoffhaltiges Sauergas enthält, mit einem sauergasabsorbierenden Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird, und das absorbierende Lösungsmittel im Wesentlichen aus Dimethoxyacetat besteht, wobei die Absorptionsbedingungen so eingestellt werden, dass das Sauergas von dem absorbierenden Lösungsmittel vollständig absorbiert wird und die nichtabsorbierten Gase aus dem Gasgemisch von dem Lösungsmittel vollständig getrennt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Kohlendioxidanteil des sauren Gases mit den darin enthaltenen nichtsauren Gasen in einer Hochdruck-Austriebsstufe aus dem Lösungsmittel abgezogen, aufkomprimiert, und in das Ausgangsgasgemisch zurückgeführt. Eine Entspannung dieses Kohlendioxidanteils mit den darin enthaltenen nichtsauren Gasen zum Zwecke der Kühlung des Industriegases, um den Absorptionsprozess effizienter zu gestalten, wird nicht aufgeführt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das desorbierte Gas bei dem Prozess der Kühlung und Entspannung auf den Absorptionsdruck oder einen geringfügig höher liegenden Druck entspannt. Dadurch ist keine Rekomprimierung des desorbierten Industriegases in den Absorptionsprozess erforderlich. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das desorbierte Gas auf einen Druck komprimiert, der um mindestens 10% höher liegt als der Druck des Industriegases.
  • Das desorbierte Gas kondensiert bei dem Prozess der Kühlung und Entspannung wenigstens teilweise oder auch vollständig aus. Die Beimischung des zurückgeführten Gases zu dem Industriegas erfolgt vorteilhaft durch einen Mischer, kann aber auch, je nach Aggregatzustand, über ein Gasventil oder über einen Gasbehälter erfolgen. Das flüssige desorbierte Gas wird über einen Zerstäuber, einen Vergaser oder ähnlich gearteten Mischer in das Ausgangsgas zugemischt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird das desorbierte Gas in flüssiger oder teilweise in flüssiger Form dem Industriegas zugegeben. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das zu reinigende Industriegas vor der Einleitung in die Absorptionsstufe zunächst gekühlt, bevor das gekühlte und entspannte Desorptionsgas hinzugegeben wird. Schließlich kann das desorbierte Gas nach der Entspannung und vor der Einleitung in die Absorptionsstufe weiter gekühlt werden, bevor es in das zu reinigende Industriegas hinzugegeben wird.
  • Das zu reinigende Industriegas kann vor der Einleitung in die Absorptionsstufe auch zunächst gekühlt werden, bevor das gekühlte und entspannte Desorptionsgas hinzugegeben wird. Dies kann durch eine beliebig geartete Vorrichtung geschehen. Auch ist es möglich, statt dem zu reinigenden Industriegas das gekühlte und entspannte Desorptionsgas noch weiter zu kühlen. Auch dies kann durch eine beliebig geartete Vorrichtung geschehen. Dies können beispielhaft Wärmetauscher, Luft- oder Wasserkühler sein. Es ist auch möglich eine zusätzliche Kältemaschine zu verwenden, obschon dies zur Ausführung der Erfindung in der Regel nicht erforderlich ist.
  • Die Verdichtung und Entspannung des desorbierten Gases, welches aus der Austriebsstufe kommt, kann beliebig erfolgen. Die Verdichtung kann beispielhaft über einen Kompressor erfolgen. Dies kann beispielhaft ein Turboverdichter oder ein Kolbenverdichter sein. Die Entspannung kann ebenfalls auf beliebige Art und Weise erfolgen. Diese kann beispielhaft über ein Drosselventil als Entspannungsventil erfolgen. Diese kann aber auch über eine Entspannungsturbine erfolgen, die aus der Druckenergie Rotationsenergie erzeugt. Diese wiederum kann beispielhaft zur Erzeugung von Strom genutzt werden.
  • Der Austriebsbehälter wiederum kann beliebig geartet sein. Diese sind im Stand der Technik weitläufig bekannt. Dieser kann in einer beispielhaften Ausführungsform auch mit Füllkörpern versehen sein. Dem Austriebsbehälter kann auch ein Austriebsgas zugeführt werden. Als Austriebsgase eignen sich inerte Gase wie Kohlenwasserstoffe, oder Stickstoff. Das Austriebsgas kann in einer Ausführung der Erfindung auch ganz oder teilweise in das zu reinigende Industriegas zurückgeführt werden.
  • Typische Temperaturen, unter denen eine Absorption des zu absorbierenden Gases in einer Absorptionskolonne stattfindet, sind –40°C bis 20°C und vorzugsweise –20°C bis 0°C. Die Drücke betragen bei der Absorption typischerweise 20 bis 200 bar. Typische Drücke, unter denen eine Desorption des absorbierten Gases in einem Hochdruck-Austriebsbehälter stattfindet, sind 10 bis 100 bar. Die Temperaturen betragen hierbei typischerweise –10°C bis 80°C und vorzugsweise 0 bis 60°C.
  • Das zu reinigende Industriegas kann beliebig geartet sein, insofern es durch ein absorbierendes Lösungsmittel zu reinigen ist. Dies kann beispielsweise Erdgas sein oder ein Synthesegas. Auch das absorbierbare Gas kann beliebig geartet sein. Dies kann beispielhaft Sauergaskomponenten sein oder kann diese enthalten. Das absorbierbare Gas kann beispielhaft Kohlendioxid (CO2) sein oder Kohlendioxid enthalten. Das absorbierbare Gas kann aber auch Schwefelwasserstoff (H2S) sein oder Schwefelwasserstoff enthalten. Das absorbierbare Gas kann auch beide Gase in einem beliebigen Anteil enthalten. Schließlich kann es sich bei den absorbierbaren Gasen auch um nichtsaure Gase wie schwerere Kohlenwasserstoffe handeln. Es kann aber auch weitere Beimengungen enthalten, insofern diese den Absorptionsprozess durch das absorbierende Lösungsmittel nicht stören.
  • Das erfindungsgemäß gereinigte Industriegas kann nach der Reinigung und Bereitstellung beliebig weiterverwendet werden. Auch das desorbierte und aus der Anlage ausgeführte Sauergas kann beliebig weiterverwendet werden. Dies kann auch beispielhaft nach einer Rückverdichtung in eine Lagerstätte reinjiziert werden.
  • Beansprucht wird auch eine Vorrichtung, mit der dieses Verfahren ausführbar ist. Beansprucht wird insbesondere eine Vorrichtung zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie, umfassend
    • • eine Absorptionskolonne, die mit einem Zuleitungsstutzen für ein zu reinigendes Industriegas ausgerüstet ist,
    • • einen Hochdruck-Austriebsbehälter, der mit einem Ausleitungsstutzen für das desorbierte Gas und einem Ausleitungsstutzen für das sauergasarme Absorptionsmittel ausgerüstet ist, und der durch eine Rohrleitung mit der Absorptionskolonne verbunden ist,
    • • einen Kompressor,
    • • einen Kühler, der ein unter Druck stehendes, erhitztes Gas durch indirekten Wärmetausch mit Kühlluft oder Kühlwasser kühlt,
    • • eine entspannende Vorrichtung, die zum Entspannen und Abkühlen eines unter Druck stehenden Gases geeignet ist,
    • • einen Mischer, welcher zur Rückführung des gekühlten und entspannten desorbierten Gases in das Industriegas geeignet ist, und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • • der Ausleitungsstutzen für den Hochdruck-Austriebsbehälter im Gasfluss nacheinander durch Rohrleitungen mit dem Kompressor, dem Kühler, dem Drosselventil und dem Mischer in das zu reinigende Industriegas vor der Absorptionsstufe versehen ist, so dass das gekühlte und entspannte Desorptionsgas in das zu reinigende Industriegas rückführbar ist.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung als entspannende Vorrichtung an oder unmittelbar hinter dem Austriebsbehälter mindestens ein Entspannungsventil. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung als entspannende Vorrichtung an oder unmittelbar hinter dem Austriebsbehälter anstatt des Entspannungsventils oder Drosselventils eine Entspannungsturbine. Die Entspannungsturbine kann beispielhaft zur Erzeugung von Strom oder zum Betrieb eines Kompressors genutzt werden. Dem Hochdruck-Austriebsbehälter können verschiedene Hilfseinrichtungen und weiterführende Anlagenteile zugeordnet sein. Dies sind beispielhaft Kompressoren, Pumpen, Wärmetauscher, Erhitzer oder Kühler. Dies kann auch eine Desorptionskolonne sein, in der das absorbierende Lösungsmittel unter vermindertem Druck erhitzt oder destilliert wird.
  • Die Erfindung besitzt den Vorteil eines energiesparenden Verfahrens zur Absorption von absorbierbaren Gasen aus einem Industriegas. Das Verfahren kommt in einer günstigen Ausführungsform ohne Kältemaschine aus und spart dadurch gegenüber den Verfahren aus dem Stand der Technik eine erhebliche Energiemenge ein. Auch ist durch die Einsparung von Kältemaschinen eine erheblich geringere Apparatedimensionierung erforderlich.
  • Die Erfindung wird anhand von zwei Zeichnungen genauer erläutert, wobei diese Zeichnungen nur beispielhafte Ausführungsformen darstellen und nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Prozessführung mit Absorptionskolonne, Hochdruck-Austriebsbehälter, Kompressor, Kühleinrichtung und Entspannungsventil. 2 zeigt die gleiche Vorrichtung, die Strippgas in den Hochdruck-Austriebsbehälter zuführt, eine Entspannungsturbine zur Stromerzeugung nutzt und statt mit einer Desorptionskolonne mit zwei Hochdruck-Austriebsbehältern ausgestattet ist.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung, die ein zu reinigendes Industriegas (1), welches mit einem absorbierbaren Gas verunreinigt ist, über einen Mischer (2) in eine Absorptionskolonne (3) überführt. Der Mischer (2) mischt ein kühles und entspanntes Desorptionsgas (4) zu, so dass ein gekühltes Industriegas (1a) in die Absorptionskolonne (3) eingeleitet wird. Dort wird das zu absorbierende Gas, welches beispielhaft ein Sauergas ist, durch ein absorbierendes Lösungsmittel aufgenommen. Das beladene Lösungsmittel (5) wird in einen Hochdruck-Austriebsbehälter (6) überführt. Dort wird das beladene Lösungsmittel entspannt. Dabei werden leicht desorbierbare Gase (7) freigesetzt. Erfindungsgemäß wird das desorbierte Gas (7), welches neben den zu absorbierenden Gaskomponenten auch mitabsorbierte Nutzgaskomponenten enthält, mit einem Kompressor (8) verdichtet. Der verdichte Strom des Desorptionsgases (9) wird durch einen Kühler (10), der mit Luft oder Wasser kühlt, auf Normaltemperatur heruntergekühlt. Dabei verflüssigt sich ein Teil des Desorptionsgases. Das verdichtete und auf Normaltemperatur gekühlte Desorptionsgas (10a) wird über ein Drosselventil (11) entspannt. Dabei kühlt sich dieses durch den „Joule-Thomson”-Effekt ab. Dabei verflüssigt sich ein Teil des Sauergases. Das gekühlte und entspannte Desorptionsgas (4) wird über den Mischer (2) in das Industriegas (1) zurückgeführt. Aus der Absorptionskolonne (3) erhält man das gereinigte Industriegas (12). Das aus dem Hochdruck-Austriebsbehälter (6) erhaltene entspannte Lösungsmittel (13), welches noch Sauergas enthält, wird in eine Desorptionskolonne (14) überführt. Dort wird das Lösungsmittel mittels eines Austriebsgases (15) von den weiteren Sauergaskomponenten befreit. Dabei erhält man das restliche Sauergas (16). Das regenerierte Lösungsmittel (17) wird im Sumpf der Kolonne erhalten, und mit einer Pumpe (17a) über einen Kühler (17b) in den Absorptionsprozess zurückgeführt.
  • 2 zeigt eine vergleichbare Vorrichtung, welche ein zu reinigendes Industriegas (1), welches mit einem absorbierbaren Gas verunreinigt ist, über einen Mischer (2) in eine Absorptionskolonne (3) überführt. Der Mischer (2) mischt ein kühles und entspanntes Sauergas (4) zu, so dass ein gekühltes Industriegas (1a) in die Absorptionskolonne (3) eingeleitet wird. Dort wird das zu absorbierende Gas, welches beispielhaft ein Sauergas ist, durch ein absorbierendes Lösungsmittel absorbiert. Das beladene Lösungsmittel (5) wird in einen Hochdruck-Austriebsbehälter (6) überführt. Dort wird das beladene Lösungsmittel entspannt. Dabei werden die leicht desorbierbaren Gase (7) freigesetzt. Erfindungsgemäß wird das desorbierte Gas (7) mit einem Kompressor (8) auf einen Druck verdichtet, der sich deutlich oberhalb des Druckes des Industriegases (1) befindet, verdichtet. Dabei verflüssigt sich ein Teil des Desorptionsgases. Der verdichtete Strom des Sauergases (9) wird durch einen Kühler (10), der mit Luft oder Wasser kühlt, auf Normaltemperatur heruntergekühlt. Das verdichtete und auf Normaltemperatur gekühlte Sauergas (10a) wird über eine Entspannungsturbine (18) entspannt. Dabei kühlt sich dieses durch den „Joule-Thomson”-Effekt und die in der Entspannungsturbine geleistete Arbeit ab. Die in der Entspannungsturbine geleistete Arbeit (18a) wird dazu verwendet, um den Recyclekompressor (8) anzutreiben. Das gekühlte und entspannte Sauergas (4) wird über den Mischer (2) in das Industriegas (1) zurückgeführt. Aus der Absorptionskolonne (3) erhält man das gereinigte Industriegas (12). Das aus dem ersten Hochdruck-Austriebsbehälter (6) erhaltene entspannte Lösungsmittel (13), welches noch Sauergas enthält, wird in eine zweite Austriebsstufe (19) überführt, in der weiteres noch absorbiertes Sauergas (7a) durch Entspannen aus dem Lösungsmittel erhalten wird. Aus der zweiten Austriebsstufe (19) erhält man ein regeneriertes Lösungsmittel (20), welches mit einer Pumpe (20a) über einen Kühler (20b) in die Absorptionskolonne (3) zurückgeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Industriegas
    1a
    Gekühltes Industriegas
    2
    Mischer
    3
    Absorptionskolonne
    4
    Kühles und entspanntes Desorptionsgas
    5
    Beladenes Lösungsmittel
    6
    Hochdruck-Austriebsbehälter
    7
    Aus der Austriebsstufe ausgeführtes Sauergas
    7a
    Aus der zweiten Austriebsstufe ausgeführtes Sauergas
    8
    Rückführungskompressor
    9
    Verdichteter Strom des Desorptionsgases
    10
    Kühler
    10a
    Verdichtetes und gekühltes Desorptionsgas
    11
    Entspannungsventil
    12
    Gereinigtes Industriegas
    13
    Entspanntes Lösungsmittel
    14
    Desorptionskolonne
    15
    Austriebsgas
    16
    Restliches Sauergas
    17
    Regeneriertes Lösungsmittel
    17a
    Pumpe für regeneriertes Lösungsmittel
    17b
    Kühler für regeneriertes Lösungsmittel
    18
    Entspannungsturbine
    18a
    Zurückgeführte Arbeit der Entspannungsturbine
    19
    Zweiter Austriebsbehälter
    20
    Entspanntes Lösungsmittel aus dem zweiten Austriebsbehälter
    20a
    Pumpe
    20b
    Kühler
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)

  1. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie, wobei • ein zu reinigendes Industriegas zunächst in eine Absorptionsstufe geleitet wird, in der die zu absorbierenden Gase unter Druck mittels eines absorbierenden Lösungsmittels absorbiert werden, und • das Absorbat in einen Hochdruck-Austriebsbehälter gegeben wird, in der sich das Absorbat in ein an absorbierten Gasen abgereichertes Lösungsmittel und ein desorbiertes Gas auftrennt, dadurch gekennzeichnet, dass • das desorbierte Gas durch einen Kompressor auf einen Druck komprimiert wird, bei dem sich ein Teil des darin enthaltenen Sauergases verflüssigt, und das komprimierte und desorbierte Gas mittels Kühlwasser oder Kühlluft über einen indirekten Wärmetauscher gekühlt wird, und • das gekühlte komprimierte Gas über eine entspannende Vorrichtung entspannt wird, so dass sich dieses weiter abkühlt, und dieses Gas dem eingesetzten zu reinigenden Industriegas beigemischt wird.
  2. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das desorbierte Gas bei dem Prozess der Kühlung und Entspannung auf den Absorptionsdruck oder einen geringfügig höher liegenden Druck entspannt wird.
  3. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das desorbierte Gas auf einen Druck komprimiert wird, der um mindestens 10% höher liegt als der Absorptionsdruck des Industriegases.
  4. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das desorbierte Gas in flüssiger oder teilweise in flüssiger Form dem Industriegas zugegeben wird.
  5. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Industriegas vor der Einleitung in die Absorptionsstufe zunächst gekühlt wird, bevor das gekühlte und entspannte Desorptionsgas hinzugegeben wird.
  6. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das desorbierte Gas nach der Entspannung und vor der Einleitung in die Absorptionsstufe weiter gekühlt wird, bevor es in das zu reinigende Industriegas hinzugegeben wird.
  7. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der entspannenden Vorrichtung um ein Entspannungsventil handelt.
  8. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der entspannenden Vorrichtung um eine Entspannungsturbine handelt, und die Turbine nutzbare Energie erzeugt.
  9. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierbare Gas ein Sauergas ist oder Sauergas enthält.
  10. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierbare Gas Schwefelwasserstoff (H2S), Kohlendioxid (CO2) oder beide Gase enthält.
  11. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Industriegas Erdgas ist.
  12. Verfahren zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Industriegas ein Synthesegas ist.
  13. Vorrichtung zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie, umfassend • eine Absorptionskolonne, die mit einem Zuleitungsstutzen für ein zu reinigendes Industriegas ausgerüstet sind, • einen Hochdruck-Austriebsbehälter, die mit einem Ausleitungsstutzen für das desorbierte Gas und einem Ausleitungsstutzen für das sauergasarme Absorptionsmittel ist, und der durch eine Rohrleitung mit der Absorptionskolonne verbunden ist, • einen Kompressor, • einen Kühler, der ein unter Druck stehendes, erhitztes Gas durch indirekten Wärmetausch mit Kühlluft oder Kühlwasser kühlt, • eine entspannende Vorrichtung, die zum Entspannen und Abkühlen eines unter Druck stehenden Gases geeignet ist, • einen Mischer, welcher zur Rückführung des gekühlten und entspannten desorbierten Gases in das Industriegas geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass • der Ausleitungsstutzen für den Hochdruck-Austriebsbehälter im Gasfluss nacheinander durch Rohrleitungen mit dem Kompressor, dem Kühler, dem Drosselventil und dem Mischer in das zu reinigende Industriegas vor der Absorptionsstufe versehen ist, so dass das gekühlte und entspannte Desorptionsgas in das zu reinigende Industriegas rückführbar ist.
  14. Vorrichtung zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als entspannende Vorrichtung ein Entspannungsventil enthält.
  15. Vorrichtung zur Entfernung von absorbierbaren Gasen aus unter Druck befindlichen, mit absorbierbaren Gasen verunreinigten Industriegasen ohne Zuführung von Kühlenergie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als entspannende Vorrichtung eine Entspannungsturbine enthält.
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