-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gaswäsche, bei dem aus einem im Gegenstrom zu physikalisch wirkendem Waschmittel geführten Gasgemisch in einem ersten Waschschritt Stoffe einer ersten Art und in einem nachfolgenden zweiten Waschschritt Stoffe einer zweiten Art selektiv ausgewaschen werden, wobei ein Teil des im zweiten Waschschritt mit Stoffen der zweiten Art beladenen, von Stoffen der ersten Art freien Waschmittels im ersten Waschschritt verwendet wird, so dass ein mit Stoffen der ersten und der zweiten Art beladener Waschmittelstrom entsteht, bei dessen Regenerierung ein teilregenerierter, Stoffe der ersten und der zweiten Art enthaltender Waschmittelstrom (Semilean) erzeugt wird, der einen geringeren Gehalt an Stoffen der ersten Art aufweist als der im ersten Waschschritt beladene Waschmittelstrom.
-
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Physikalische Gaswäschen nutzen die Eigenschaft von Flüssigkeiten aus, gasförmige Stoffe zu absorbieren und in Lösung zu halten, ohne die Gase dabei chemisch zu binden. Wie gut ein Gas von einer Flüssigkeit absorbiert wird, wird durch den Löslichkeitskoeffizienten ausgedrückt: je besser sich das Gas in der Flüssigkeit löst, desto größer ist sein Löslichkeitskoeffizient. Der Löslichkeitskoeffizient ist temperaturabhängig und steigt im Allgemeinen mit fallender Temperatur an.
-
Soll aus einem Gasgemisch eine Gaskomponente i durch physikalische Wäsche herausgelöst werden, so ist hierzu eine Mindestmenge Wmin der als Waschmittel eingesetzten Flüssigkeit notwendig, die sich sehr gut mit der folgenden Formel berechnen lässt: Wmin = V/(p·λi)
-
In der Formel bedeuten V die Gesamtmenge des Gasgemisches, p den im Gasgemisch herrschenden Druck, und λ den Löslichkeitskoeffizienten der herauszuwaschenden Gaskomponente bezüglich des eingesetzten Waschmittels.
-
Unter der Voraussetzung, dass sich die Löslichkeitskoeffizienten der Komponenten eines Gasgemisches hinreichend stark unterscheiden, ist es durch eine entsprechende Anpassung der Waschmittelmenge möglich, in einem Waschschritt diejenige Gaskomponente mit dem größten Löslichkeitskoeffizienten weitgehend unabhängig von den übrigen Gaskomponenten abzutrennen, d. h. selektiv zu entfernen. Mit größeren Waschmittelmengen können nach dem gleichen Prinzip in folgenden Waschschritten weitere Gaskomponenten oder Gruppen von Gaskomponenten mit ähnlichen Löslichkeitskoeffizienten selektiv ausgewaschen werden.
-
Die ausgewaschenen Gaskomponenten werden im Anschluss an die Gaswäsche aus dem beladenen Waschmittel entfernt, wodurch das Waschmittel regeneriert wird. Das regenerierte Waschmittel wird normalerweise wieder in der Gaswäsche eingesetzt, während die ausgewaschenen Gaskomponenten entweder entsorgt oder einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt werden.
-
Für die Reinigung von Syntheserohgasen, die in großtechnischem Maßstab in Vergasungsanlagen aus Kohle oder/und Kohlenwasserstoffeinsätzen beispielsweise durch Reformieren mit Wasserdampf oder durch partielle Oxidation erzeugt werden und in der Regel einige unerwünschte Bestandteile wie Wasser, Kohlendioxid (CO2), Schwefelwasserstoff (H2S) und Kohlenoxidsulfid (COS) enthalten, werden bevorzugt physikalische Gaswäschen eingesetzt. Diese Verfahren bieten sich an, da die Syntheserohgase heute meist unter hohem Druck erzeugt werden, und die Wirksamkeit von physikalischen Gaswäschen in erster Näherung linear mit dem Betriebsdruck zunimmt. Von besonderer Bedeutung für die Reinigung von Syntheserohgasen ist die Methanolwäsche. Sie nützt die Tatsache aus, dass sich die Löslichkeitskoeffizienten von H2S, COS und CO2 in flüssigem, tiefkaltem Methanol um mehrere Größenordnungen von denen von Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) unterscheiden. Die Tatsache, dass die Schwefelkomponenten sehr ähnliche Löslichkeitskoeffizienten aufweisen, die deutlich größer sind als der Löslichkeitskoeffizient, den CO2 in flüssigem, tiefkaltem Methanol besitzt, wird ausgenutzt, um die beiden Stoffarten selektiv aus Syntheserohgas abzutrennen und ggf. wirtschaftlich zu nutzen.
-
Nach dem Stand der Technik wird zur selektiven Abtrennung von Schwefelkomponenten und Kohlendioxid das Syntheserohgas einer aus zwei Waschschritten bestehenden Gaswäsche unterzogen, bei der flüssiges Methanol als physikalisch wirkendes Waschmittel eingesetzt wird. Im ersten Waschschritt, in dem die Schwefelkomponenten aus dem Syntheserohgas abgetrennt werden, wird als Waschmittel ein Teil des im zweiten Waschschritt mit CO2 beladenen, jedoch schwefelfreien Methanols verwendet. Das im ersten Waschschritt mit Schwefelkomponenten und CO2 beladene Methanol wird anschließend vollständig regeneriert, wobei die gelösten Stoffe mit erheblichem Aufwand abgetrennt werden, um Waschmittelreinheit aufweisendes Methanol zu erzeugen. Das Waschmittelreinheit aufweisende Methanol wird anschließend zurückgeführt und wieder im zweiten Waschschritt als Waschmittel zur Abtrennung von CO2 aus dem Syntheserohgas eingesetzt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die es erlauben, die Gaswäsche mit geringerem Aufwand und damit wirtschaftlicher durchzuführen, als es nach dem Stand der Technik möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil des Semilean direkt in den ersten Waschschritt zurückgeführt und dort als Waschmittel eingesetzt wird.
-
Unter der direkten Zurückführung ist dabei zu verstehen, dass die chemische Zusammensetzung des zurückgeführten Teils des Semilean bis zu seiner Verwendung im ersten Waschschritt nicht durch die Abtrennung von Stoffen verändert wird. Das Hinzufügen von Stoffen, wie beispielsweise von un- oder teilbeladenem Waschmittel, sowie Änderungen des Drucks und/oder der Temperatur sollen dagegen nicht ausgeschlossen sein.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Menge des vollständig zu regenerierenden Waschmittels gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert, wodurch sich Einsparungen sowohl bei den Investitions- als auch bei den Betriebskosten ergeben.
-
Zur Erzeugung des Semilean ist eine Vielzahl von Verfahren denkbar. Beispielsweise können Stoffe der ersten Art aus dem im ersten Waschschritt beladenen Waschmittel durch Flashen und/oder Strippen abgetrennt werden, wobei als Strippgas vorzugsweise Stickstoff verwendet wird. Jedoch können auch andere Gase, die sich nicht oder nur schwach in Methanol lösen, für diesen Einsatzzweck benutzt werden.
-
Gewöhnlich wird in einem Verfahren der gattungsgemäßen Art das im ersten Waschschritt mit Stoffen der ersten und der zweiten Art beladene Waschmittel über eine Einleitstelle entspannt und dem mittleren Bereich einer Anreicherungskolonne zugeführt, in der Stoffe der zweiten Art mit Hilfe eines Strippgases ausgetrieben und dadurch die Stoffe der ersten Art angereichert werden. Um die Verluste an Stoffen der ersten Art zu minimieren, ist die Kolonne in ihrem oberen Bereich als Waschkolonne ausgeführt, wo die Stoffe der ersten Art aus dem beladenen Strippgas rückgewaschen werden. Zur Rückwaschung wird Waschmittel eingesetzt, das frei ist von Stoffen der ersten Art, das jedoch mit Stoffen der zweiten Art beladen sein kann. Auf seinem Weg durch die Kolonne nimmt die Konzentration an Stoffen der ersten Art im Waschmittelstrom daher kontinuierlich von oben nach unten zu, wobei sie vor allem in dem als Waschkolonne ausgebildeten Bereich geringer ist, als in dem im ersten Waschschritt beladenen Waschmittel. Um Semilean zu erhalten, wird vorgeschlagen, über einen oberhalb der Einleitstelle für das mit Stoffen der ersten und der zweiten Art beladene Waschmittel angeordneten Seitenabzug Waschmittel aus dem als Waschkolonne ausgeführten Bereich der Kolonne abzuziehen, das mit aus dem Strippgas rückgewaschenen Stoffen der ersten Art beladen ist.
-
Bei sonst gleichen Bedingungen wird die Konzentration der Stoffe der ersten Art im Semilean durch den vertikalen Abstand zwischen Seitenabzug und Einleitstelle bestimmt: je geringer der Abstand, desto höher die Konzentration. Durch Variation dieses Abstandes ist es somit möglich, die Zusammensetzung des Semilean an die Anforderungen des ersten Waschschritts anzupassen. Weiterhin ist es möglich, mehrere Seitenabzüge in unterschiedlichen Höhen an der Strippkolonne anzuordnen, und mehrere Semilean-Ströme mit unterschiedlichen Zusammensetzungen zu gewinnen. Vorzugsweise werden zumindest Teile der verschiedenen Semilean-Ströme in unterschiedlichen Abschnitten des ersten Waschschritts als Waschmittel eingesetzt.
-
Das zur Rückwaschung verwendete Waschmittel wird zweckmäßigerweise aus dem Teil des im zweiten Waschschritt mit Stoffen der zweiten Art beladenen und von Stoffen der ersten Art freien Waschmittels gewonnen, der nicht als Waschmittel im ersten Waschschritt eingesetzt wird. Hierzu werden vorzugsweise durch Flashen Stoffe der zweiten Art abgetrennt und so ein weiterer teilregenerierter Waschmittelstrom (Semilean1) erzeugt, der nachfolgend zur Rückwaschung der Stoffe der ersten Art aus beladenem Strippgas eingesetzt werden kann.
-
In der Patentanmeldung
DE 102007051181 , die ebenfalls die selektive Abtrennung von Stoffen einer ersten und einer zweiten Art aus einem Rohgas durch Wäsche mit einem physikalisch wirkenden Waschmittel behandelt und deren Inhalt mit ihrer Zitierung zur Gänze in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird, wird vorgeschlagen, nur einen Teil des Semilean1 zur Rückwaschung der Stoffe der ersten Art aus beladenem Strippgas einzusetzen und den restlichen Teil (Semilean2) ohne weitere Regenerierung direkt als Waschmittel zur Abtrennung von Stoffen der zweiten Art im zweiten Waschschritt zu verwenden. Hierdurch ergeben sich ebenfalls wirtschaftliche Vorteile, weshalb eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Kombination mit dem in
DE 102007051181 beschriebenen Verfahren vorsieht.
-
Die Erfindung ist nicht auf eine spezielle Art der Gaswäsche beschränkt. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht aber vor, dass es sich bei der Gaswäsche um eine Methanolwäsche handelt, in der aus einem Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Syntheserohgas mittels flüssigen Methanols Schwefelkomponenten (Stoffe der ersten Art) und Kohlendioxid (Stoffe der zweiten Art) selektiv abgetrennt werden.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Gaswäsche, umfassend eine wenigstens eine erste und eine seriell zu dieser angeordnete zweite Waschsektion aufweisende Wascheinrichtung, durch die ein physikalisch wirkendes Waschmittel im Gegenstrom zu einem Gasgemisch führbar ist, wobei Stoffe einer ersten und einer zweiten Art aus dem Gasgemisch abgetrennt und ein mit Stoffen der zweiten sowie ein mit Stoffen der ersten und der zweiten Art beladener Waschmittelstrom erzeugt werden können, sowie eine mit der ersten Waschsektion verbundene Regeneriereinrichtung zur wenigstens teilweisen Regenerierung eines aus der ersten Waschsektion zuführbaren, mit Stoffen der ersten und der zweiten Art beladenen Waschmittels, in der ein teilregenerierter, Stoffe der ersten und der zweiten Art enthaltender Waschmittelstrom (Semilean) erhalten werden kann, der einen geringeren Gehalt an Stoffen der ersten Art aufweist als der beladen aus der ersten Waschsektion zugeführte Waschmittelstrom.
-
Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Regeneriereinrichtung derart mit der ersten Waschsektion verbunden ist, dass zumindest ein Teil des Semilean der ersten Waschsektion direkt als Waschmittel zuführbar ist.
-
Die Regeneriereinrichtung kann beispielsweise als Entspannungsbehälter und/oder als Strippkolonne ausgeführt sein, so dass Stoffe der ersten Art durch Flashen und/oder Strippen mit einem Strippgas aus dem aus der ersten Waschsektion beladen zugeführten Waschmittel abgetrennt werden können, wobei Semilean entsteht.
-
Bevorzugt ist die Regeneriereinrichtung jedoch als Anreicherungskolonne ausgeführt, die in ihrem oberen Bereich als Wasch- und in ihrem unteren Bereich als Strippkolonne ausgebildet ist und die in ihrem mittleren Bereich eine Einleitstelle aufweist, über die das aus der ersten Waschsektion beladen zugeführte Waschmittel entspannt und in die Strippkolonne eingeleitet werden kann. Die Anreicherungskolonne ist so betreibbar, dass in der Strippkolonne Stoffe der zweiten Art mit Hilfe eines Strippgases aus dem beladen zugeführten Waschmittel abgetrennt werden können, das nachfolgend in die Waschkolonne weitergeleitet werden kann, um ebenfalls abgetrennte Stoffe der ersten Art durch ein von Stoffen der ersten Art weitgehend freien Waschmittel rückzuwaschen und so Semilean zu erzeugen.
-
Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht zumindest einen oberhalb der Einleitstelle im Bereich der Waschkolonne angeordneten Seitenabzug vor, über den Semilean aus der Waschkolonne abgezogen und der ersten Waschsektion als Waschmittel zugeführt werden kann. Sind mehrere Seitenabzüge vorgesehen, so sind diese vorzugsweise mit unterschiedlichen vertikalen Abständen zur Einleitstelle angeordnet, so dass Semilean mit unterschiedlichen Konzentrationen an Stoffen der ersten Art abgezogen werden kann. In diesem Fall ist die erste Waschsektion zweckmäßigerweise so mit der Waschkolonne verbunden, dass die verschiedenen Semilean-Ströme jeweils an unterschiedlichen Stellen in die erste Waschsektion eingeleitet werden können.
-
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Anreicherungskolonne mit einem Entspannungsbehälter verbunden ist, in den lediglich mit Stoffen der zweiten Art beladenes Waschmittel aus der zweiten Waschsektion entspannt werden kann, so dass zumindest ein Teil des entspannten Waschmittels der Waschkolonne als Waschmittel zur Rückwaschung von Stoffen der ersten Art aus beladenem Strippgas zugeführt werden kann. Zweckmäßiger Weise ist der Entspannungsbehälter oberhalb der Waschkolonne angeordnet und bildet mit dieser eine bauliche Einheit. Vorzugsweise ist der Entspannungsbehälter mit der zweiten Waschsektion derart verbunden, dass zumindest ein anderer Teil des entspannten Waschmittels der zweiten Waschsektion als Waschmittel zugeleitet werden kann.
-
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei der Gaswäsche um eine Methanolwäsche handelt, in der aus einem Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfassenden Rohgas mittels flüssigen Methanols Schwefelkomponenten (Stoffe der ersten Art) und Kohlendioxid (Stoffe der zweiten Art) selektiv abtrennbar sind.
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
-
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Methanolwäsche, in der aus einem zum überwiegenden Teil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehenden Syntheserohgas Schwefelkomponenten und Kohlendioxid durch Wäsche mit tiefkaltem, flüssigem Methanol selektiv abgetrennt werden.
-
Über Leitung 1 wird das zu reinigende Syntheserohgas in die Wascheinrichtung W eingeleitet, in der, durch den Kaminboden K voneinander getrennt, die zwei Waschsektionen S1 und S2 übereinander angeordnet sind. Das Syntheserohgas strömt in der ersten Waschsektion S1 nach oben, wobei es intensiv mit von oben nach unten strömendem Waschmittel in Kontakt gebracht und von Schwefelkomponenten befreit wird. Bei dem Waschmittel, das am oberen Ende der Waschsektion S1 über Leitung 2 in einer dem Löslichkeitskoeffizienten der Schwefelkomponenten angepassten Menge zugeführt wird, handelt es sich um einen Teil des mit Kohlendioxid beladenen, jedoch von Schwefelkomponenten freien Methanolwaschmittels, das über Leitung 3 aus dem Kaminboden K abgezogen wird.
-
Das von Schwelkomponenten gereinigte Syntheserohgas strömt über den Kaminboden K in die zweite Waschsektion S2, in der es nach oben geführt und dabei mit im Gegenstrom geleitetem Waschmittel gewaschen und von Kohlendioxid befreit wird. Über Leitung 4 wird das gereinigte Synthesegas aus der Waschkolonne W abgezogen und einer Verwertung (nicht dargestellt) zugeführt. Über Leitung 5 wird unbeladenes Methanol als Waschmittel am oberen Ende der zweiten Waschsektion S2 zugeführt.
-
Über Leitung 7 wird aus der Wascheinrichtung W ein mit Schwefelkomponenten und Kohlendioxid beladenes Methanol abgezogen, über das Drosselorgan a entspannt, in den Abscheider D1 geleitet und dort in eine Gas- und eine Flüssigphase getrennt. Die Gasphase, die vor allem aus ausgewaschenem Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, wird über Leitung 8 aus dem Abscheider D1 abgezogen und über Leitung 9 vor die Methanolwäsche zurückgeführt. Die Flüssigphase wird über Leitung 10 abgezogen, über die Einleitstelle b weiter entspannt und in den als die Strippkolonne S ausgeführten unteren Teil der Anreicherungskolonne R eingeleitet, dem über Leitung 18 Stickstoff als Strippgas zugeführt wird.
-
Auf seinem Weg nach oben löst das Strippgas vorwiegend Kohlendioxid, aber auch Schwefelkomponenten aus der nach unten strömenden Flüssigphase, so dass mit Kohlendioxid und Schwefelkomponenten beladenes Strippgas in den als Waschkolonne ausgebildeten oberen Teil C der Anreicherungskolonne R gelangt. Um den Schwefelaustrag in die Umwelt zu minimieren, wird das beladene Strippgas hier einer Gaswäsche unterzogen, bei der mit Kohlendioxid vorbeladenes, jedoch schwefelfreies Methanol 16 als Waschmittel eingesetzt wird, das sich auf seinem Weg nach unten kontinuierlich mit rückgewaschenen Schwefelkomponenten anreichert. Über einen Seitenabzug kann daher mit Schwefelkomponenten angereichertes Methanol (Semilean) 17 aus der Waschkolonne C abgezogen werden, wobei der Schwefelgehalt des Semilean geringer ist als der Schwefelgehalt des in der ersten Waschsektion S1 beladenen Waschmittels 7. Ein Teil 20 des Semilean wird zur weiteren Rückwaschung von Schwefelkomponenten in die Strippkolonne S weitergeführt, während ein anderer Teil 21 mit Hilfe der Pumpe P1 als Waschmittel 22 in die erste Waschsektion S1 geführt wird.
-
Zur Gewinnung des in der Waschkolonne C eingesetzten Waschmittels 16 wird der zweite Teil des mit Kohlendioxid beladenen, an Schwefelkomponenten freien Methanolstroms 3, der nicht als Waschmittel in der ersten Waschsektion S1 benötigt wird, über Leitung 11 weitergeführt und über das Drosselorgan c in den Abscheider D2 entspannt. Die bei der Entspannung gebildete Gasphase, die überwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, wird über Leitung 12 aus dem Abscheider abgezogen und genauso wie die Gasphase 8 über Leitung 9 weitergeleitet. Über Leitung 13 wird die Flüssigphase aus dem Abscheider D2 abgezogen, über die Einleitstelle d weiter entspannt und zum obersten Teil der Kolonne R geführt, der als Entspannungsbehälter F ausgebildet ist. Bei der Entspannung wird ein Teil des in der Flüssigphase 13 gelösten Kohlendioxids freigesetzt, das nachfolgend gemeinsam mit beladenem Strippgas als Tailgas 14 aus der Methanolwäsche geführt und in die Umwelt freigesetzt wird. Über Leitung 15 wird teilregeneriertes Methanol aus dem Entspannungsbehälter F abgezogen und in zwei teilregenerierte Methanolströme aufgeteilt, von denen der eine als Waschmittel 16 in die Waschkolonne C eingeleitet wird, während der andere 23 mit Hilfe der Pumpe P2 als Waschmittel 6 in die zweite Waschsektion 32 geführt wird.
-
Aus dem Sumpf der Anreicherungskolonne R wird deutlich im Kohlendioxidgehalt reduziertes und mit Schwefelkomponenten angereichertes Methanol 19 abgezogen und einer weiteren Regenerierung (nicht dargestellt) zugeführt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007051181 [0018, 0018]
