DE102016012231A1 - Verfahren und Anlage zum Reinigen eines Gases - Google Patents
Verfahren und Anlage zum Reinigen eines Gases Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016012231A1 DE102016012231A1 DE102016012231.5A DE102016012231A DE102016012231A1 DE 102016012231 A1 DE102016012231 A1 DE 102016012231A1 DE 102016012231 A DE102016012231 A DE 102016012231A DE 102016012231 A1 DE102016012231 A1 DE 102016012231A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- nitrogen
- gas
- unit
- stripping
- cooled
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 159
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 30
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 18
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 13
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
- C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
- C10K1/002—Removal of contaminants
- C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
- F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/202—Alcohols or their derivatives
- B01D2252/2021—Methanol
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/30—Sulfur compounds
- B01D2257/304—Hydrogen sulfide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/30—Sulfur compounds
- B01D2257/308—Carbonoxysulfide COS
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/40—Nitrogen compounds
- B01D2257/408—Cyanides, e.g. hydrogen cyanide (HCH)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
- F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
- F25J2240/12—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
- F25J2260/42—Integration in an installation using nitrogen, e.g. as utility gas, for inerting or purging purposes in IGCC, POX, GTL, PSA, float glass forming, incineration processes, for heat recovery or for enhanced oil recovery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
- F25J2260/42—Integration in an installation using nitrogen, e.g. as utility gas, for inerting or purging purposes in IGCC, POX, GTL, PSA, float glass forming, incineration processes, for heat recovery or for enhanced oil recovery
- F25J2260/44—Integration in an installation using nitrogen, e.g. as utility gas, for inerting or purging purposes in IGCC, POX, GTL, PSA, float glass forming, incineration processes, for heat recovery or for enhanced oil recovery using nitrogen for cooling purposes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Gases, bei dem in einer Gas-Wäsche-Einheit (200) mittels eines Waschmediums unerwünschte Komponenten aus dem Gas ausgewaschen werden, wobei die unerwünschten Komponenten aus dem Waschmedium wenigtens teilweise unter Verwendung von Stickstoff (b) als Strippgas in einer Strippeinheit (210) ausgetrieben werden, und wobei der Stickstoff (b,f) gekühlt wird, bevor er Strippeinheit (210) zugeführt wird, sowie eine Anlage zum Reinigen eines Gases.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zum Reinigen eines Gases gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
- Stand der Technik
- Für verschiedenste Anwendungen werden reine bis hochreine Gase benötigt. Hierzu kann ein entsprechendes Gas mittels entsprechender Anlagen gereinigt bzw. gewaschen werden. Ein Beispiel hierfür ist das sog. Rectisol-Verfahren, bei dem bei einer Rectisol-Wäsche bzw. in einer Rectisol-Wäsche-Einheit (engl. „Rectisol Washing Unit“ bzw. RWU) mit einem organischen Waschmittel, beispielsweise mittels Methanol als Waschmedium, unerwünschte Komponenten aus einem Gas ausgewaschen werden. Im Beispiel des Rectisol-Verfahrens handelt es sich bei den auszuwaschenden Komponenten in der Regel um Sauergase wie Schwefelwasserstoff (H2S) und Kohlenstoffdioxid (CO2), ggf. auch Blausäure bzw. Cyanwasserstoff (HCN) und/oder Carbonylsuflid (COS).
- Nachfolgend wird unter einem „Gas“ ein Reingas oder Gasgemisch verstanden, beispielsweise sogenanntes Synthesegas, also eine Mischung aus (zumindest überwiegend) Kohlenmonoxid, Wasserstoff und ggf. Kohlendioxid. Ist nachfolgend von „Stickstoff“ die Rede, kann es sich um Reinstickstoff aber auch um ein stickstoffreiches Gasgemisch mit beispielsweise mehr als 80, 90, 95 oder 99 mol-% Stickstoff handeln.
- Innerhalb der Rectisol-Wäsche (oder auch einer anderen Gas-Wäsche-Einheit) kann nun in einer Strippkolonne weiterhin Stickstoff (N2) als Strippgas verwendet werden, um die nun in dem Waschmedium (Methanol) gelösten Komponenten wieder auszutreiben. Hierzu wird Stickstoff in der Regel mit Umgebungstemperatur an die Rectisol-Wäsche geliefert und dieser zugeführt. Der Druck des Stickstoffs an der Anlagengrenze sollte dabei ausreichen, um den Stickstoff in die dortige Strippeinheit bzw. Strippkolonne fördern zu können. Da im Normalbetrieb der Rectisol-Wäsche die Stickstoffmenge bereits über einen Turbinen-Leitapparat reguliert wird, entfällt ein Mengenregelventil.
- Es sollte für den Stillstand lediglich eine Klappe als dichtes Absperrorgan vorhanden sein, welche im Normalbertrieb voll geöffnet ist und damit nahezu keinen Druckverlust verursacht. Die Strippkolonne kann dann bei ungefähr 2 bis 2,5 bar betrieben werden und es ist ein Druck für den Stickstoff an der Anlagengrenze von 2,1 bis 2,6 bar bar ausreichend. Je nach Druckverlusten auf dem Weg von der Anlagengrenze zur Stippeinheit kann der benötigte Druck jedoch auch höher sein. Eine separate Druckerhöhung wird dabei jedoch nicht benötigt. Es sei angemerkt, dass es sich bei den hier und im Folgenden verwendeten Druckangaben um absolute Drücke handelt. Sollte der Stickstoff jedoch vor dem Einleiten in die Rectisol-Wäsche auch für eine Adsorptionsanlage zur Gasreinigung verwendet werden dann kann ein entsprechend höherer Anlagengrenzdruck von ca. 2,6 bar bis 3,6 bar nötig sein. Denkbar sind jedoch auch geringere oder höhere Drücke.
- Eine Bereitstellung des Stickstoffs kann nun beispielsweise mittels einer Luftzerlegungsanlage (engl. „Air Separation Unit“, ASU) erfolgen. Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, „Cryogenic Rectification", beschrieben.
- Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise Zwei- oder Dreisäulenanordnungen zur Bereitstellung von stickstoffreichen und sauerstoffreichen Luftprodukten umfassen. Typischerweise sind dabei zumindest eine sogenannte (Hoch-)Drucksäule und eine sogenannte Niederdrucksäule vorhanden. Der Betriebsdruck der Hochdrucksäule beträgt in der Regel 4,9 bis 6,9 bar, beispielweise etwa 5,3 bar. Die Niederdrucksäule wird bei einem Betriebsdruck von in der Regel 1,3 bis 1,7 bar, beispielweise etwa 1,4 bar betrieben. Die genannten Druckwerte liegen im Sumpf entsprechender Säulen vor. Beide Rektifikationskolonnen können auch zweiteilig ausgebildet sein. Zu Details sei auf die Fachliteratur verwiesen.
- Der klassische Luftzerlegungsprozess mit dem Doppelsäulen-Verfahren erlaubt die Entnahme einer bestimmten Menge an Stickstoff am Kopf der Hochdrucksäule. Dieser Stickstoff-Strom kann nach Erwärmung in einem Wärmetauscher entweder direkt mit seinem Druck von beispielsweise ca. 5 bar gewonnen oder weiterverdichtet werden.
- Ein für das erwähnte Rectisol-Verfahren notwendiger Stickstoff wird dabei in der Regel mit dem Druck der Hochdrucksäule und bei in etwa Umgebungstemperatur zur Rectisol-Wäsche geliefert.
- Die vorliegende Erfindung stellt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, eine verbesserte und insbesondere energieeffizientere Möglichkeit zum Reinigen von Gas bereitzustellen.
- Offenbarung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anlage zum Reinigen von Gas mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
- Vorteile der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung geht von einem an sich bekannten Verfahren zur Reinigung von Gas bzw. einer Anlage zur Reinigung von Gas aus, wie dies eingangs anhand des Rectisol-Verfahrens näher erläutert wurde. Auch wenn hier und im Folgenden insbesondere auf das Rectisol-Verfahren bzw. eine Rectisol-Wäsche mit Methanol als Waschmedium Bezug genommen wird, so kann die Erfindung auch bei anderen Verfahren bzw. Anlagen zur Reinigung von Gas Anwendung finden, bei denen mittels Stickstoff als Strippgas Komponenten aus dem Waschmedium ausgetrieben werden.
- Bei den unerwünschten Komponenten, die mittels des Waschmediums, also beispielsweise Methanol, aus dem Gas ausgewaschen werden, kann es sich im Falle des Rectisol-Verfahrens insbesondere um Sauergase wie Schwefelwasserstoff (H2S) und Kohlenstoffdioxid (CO2), aber auch Blausäure bzw. Cyanwasserstoff (HCN) und/oder Carbonylsuflid (COS) handeln, sodass das Gas anschließend beispielsweise als Synthesegas verwendet werden kann. Anschließend werden diese unerwünschten Komponenten, zumindest teilweise, wieder aus dem Stickstoff ausgetrieben, um den Stickstoff weiter verwenden oder auch an die Atmosphäre abgeben zu können. Auf die an sich bekannte Funktionsweise einer Rectisol-Wäsche bzw. das Rectisol-Verfahren soll an dieser Stelle im Übrigen nicht näher eingegangen werden.
- Erfindungsgemäß wird der Stickstoff nun gekühlt, bevor er der Strippkolonne der Gas-Wäsche-Einheit (also beispielweise der Recitsol-Wäsche-Einheit) zugeführt wird. Hierzu kann eine geeignete Kühleinrichtung vorgesehen sein, durch welche der Stickstoff geleitet wird, bevor er der Strippeinheit (bzw. Strippkolonne) zugeführt wird.
- Die Erfindung ermöglicht damit eine im Vergleich zum eingangs beschriebenen Verfahren, wonach der Stickstoff einfach mit Umgebungstemperatur verwendet wird, eine deutliche Reduzierung der Kühlleistung für die Gas-Wäsche-Einheit.
- Wie auch unten unter Bezugnahme auf
2 erläutert, wird beispielsweise ein Absorber einer entsprechenden Gas-Wäsche-Einheit gekühlt, um eine verbesserte Absorption durch das verwendete Absorptionsmittel (beim Rectisol-Verfahren Methanol) zu bewirken. Auch an anderer Stelle kann eine zusätzliche Kühlung erfolgen, beispielsweise um dem zu reinigenden Gas oder Waschmittelströmen Wärme zu entziehen. - Indem nun jedoch der Stickstoff bereits vor der Zuführung zur Gas-Wäsche-Einheit gekühlt wird, wird die in der Gas-Wäsche-Einheit zusätzlich benötigte Kühlleistung deutlich reduziert. Eine für die Abkühlung des Stickstoffs benötigte Energie ist dabei geringer als die andernfalls für die Kühlung der Gas-Wäsche-Einheit benötigte Energie, zumal dort wertvolle Spitzenkälte verloren geht.
- Der Temperaturbereich, auf welchen der Stickstoff abgekühlt wird, liegt vorzugsweise bei 0 bis -100 °C, insbesondere bei -10 bis -90 °C, beispielsweise bei -20 bis -80 °C. Besonders bevorzugt sind Temperaturen bis -45 oder -50°C. Für Temperaturen unter ca. -45° (bei einem Druck des gasförmigen Stickstoffs von ca. 5 bar) können dabei auch ein oder mehrere Turbinen-Booster (Verdichter) zum Nachverdichten des Turbinenstroms vor der Entspannung nötig sein. Als beispielhafte Temperaturen, auf welche bzw. unter welche der Stickstoff gekühlt wird, kommen bevorzugt -30°C, weiter bevorzugt -50°C oder -70°C, in Betracht. Im Vergleich zur Verwendung des Stickstoffs bei Umgebungstemperatur, d.h. bei ca. 25°C, ist mit den angegebenen beispielhaften Temperaturen eine Einsparung an Energie von beispielsweise 5% und mehr möglich. Je nach Verschaltung können sogar deutlich höhere Einsparungen erreicht werden.Zur Kühlung des Stickstoffs kann hierzu beispielsweise ein Wärmetauscher verwendet werden.
- Besonders bevorzugt wird zur Kühlung des Stickstoffs eine Expansionsturbine verwendet, durch welche der Stickstoff geleitet wird. Eine solche Expansionsturbine weist dabei gleichzeitig mehrere Vorteile auf, die genutzt werden können. Neben der Abkühlung wird der Stickstoff zusätzlich entspannt, d.h. der Druck des Stickstoffs wird reduziert. Wie eingangs erwähnt, ist dies bei der Reingigung von Gas in der Regel ohnehin nötig. Während bei der Verwendung von Ventilen zur Druckminderung die im Stickstoff enthaltene Energie nutzlos verloren geht, bietet die Expansionsturbine die Möglichkeit, die Energie, die der Stickstoff durch die Entspannung abgibt, in Form von Arbeitsleistung rückzugewinnen. Duch die Verwendung einer Expansionsturbine kann also nicht nur die Energie zur Kühlung der Gas-Wäsche-Einheit aufgrund der Kühlung des Stickstoffs reduziert, sondern zugleich auch die bei der Kühlung des Stickstoffs frei werdende Energie rückgewonnen werden. Diese gewonnene Energie kann dann vorzugsweise in ein Energiesystem wie ein Stromnetz, an das die Gas-Wäsche-Einheit angebunden ist, zurückgespeist werden. Es ist jedoch auch zweckmäßig, diese Energie zusätzlich oder alternativ zum Antrieb wenigstens eines Gerätes wie Pumpen, Verdichter oder Booster zu verwenden, beispielsweise auch in der Gas-Wäsche-Einheit selbst.
- Bei Verwendung der Expansionsturbine ist es zweckmäßig, wenn der Stickstoff auf einen Druck zwischen 2,1 bar und 2,6 bar, oder, wenn eine Verwendung des Stickstoffs für eine Adsorptionsanlage vorgesehen ist, zwischen 2,6 bar und 3,6 bar entspannt wird. Bei diesen Druckbereichen handelt es sich - wie erwähnt - um solche Bereiche, die der Stickstoff bei der Verwendung als Strippgas haben sollte, damit er möglichst effizient in der Gas-Wäsche-Einheit verwendet werden kann. Wenn also der Stickstoff bereits durch die Expansionsturbine entsprechend entspannt wird, ist keine weitere Druckreduzierung mittels eines Ventils oder Ähnlichem nötig, bei dem frei werdende Energie des Stickstoffs ungenutzt verlorgen ginge.
- Weiterhin ist es bei Verwendung der Expansionturbine vorteilhaft, wenn zusätzlicher Stickstoff, der nicht der Gas-Wäsche-Einheit zugeführt werden soll, ebenfalls mittels der Expansionsturbine gekühlt und zugleich entspannt wird. Durch die damit größere Menge an Stickstoff kann eine höhere Kälteleistung erreicht werden, was wiederum zu einer Energieeinsparung bei der Kühlung der Gas-Wäsche-Einheit führt. Bei solchem zusätzlichen Stickstoff kann es sich beispielsweise um Stickstoff handeln, der in einem Anlagennetz vorhanden ist und nicht weiter bentögt wird oder ohnehin entspannt bzw. abgekühlt werden soll.
- Eine weitere bevorzugte Möglichkeit, um den Stickstoff weiter abzkühlen ist es, wenn ein Druck des Stickstoffs mittels eines Verdichters erhöht wird, bevor er mittels der Expansionsturbine gekühlt wird. Mit dem größeren Druckgefälle durch die Expansion geht auch eine stärkere Abkühlung des Stickstoffs einher. Besonders zweckmäßig ist dieses Vorgehen, wenn ein Teil-Stickstoffstrom für eine andere Anwendung ohnehin mit höherem Druck als vorhanden benötigt wird. In diesem Fall kann die dann nötige Energie zur Verdichtung zumindest teilweise zurückgewonnen werden, da sich die nötige Energie für die Kühlung der Gas-Wäsche-Einheit weiter reduziert.
- Vorzugsweise wird der Stickstoff, welcher der Gas-Wäsche-Einheit zugeführt wird, in einer Luftzerlegungsanlage gewonnen. Hierbei handelt es sich um eine typische Variante, Stickstoff für eine Gas-Wäsche-Einheit bereitzustellen. Ein Aufbau einer entsprechenden Anlage mit einer Luftzerlegungsanlage, einer Kühleinrichtung und einer Gas-Wäsche-Einheit sieht dann so aus, dass der Druck-Stickstoff, der von der Luftzerlegungsanlage bereitgestellt wird, zunächst in die Kühleinrichtung, also beispielsweise die Expansionsturbine geleitet und anschließend der Strippkolonne der Gas-Wäsche-Einheit zugeführt wird.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche verschiedene Anlagenteile zeigt, anhand derer die erfindungsgemäßen Maßnahmen erläutert werden.
- Figurenliste
-
-
1 zeigt eine Luftzerlegungsanlage in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. -
2 zeigt eine Rectisol-Wäsche-Einheit in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms. -
3 zeigt eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. -
4 zeigt eine Anlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
- In
1 ist eine Luftzerlegungsanlage an sich bekannter Art dargestellt, mit der Stickstoff für eine Gas-Wäsche-Einheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt werden kann. - Luftzerlegungsanlagen der gezeigten Art sind vielfach an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, „Cryogenic Rectification“. Für detaillierte Erläuterungen zu Aufbau und Funktionsweise sei daher auf entsprechende Fachliteratur verwiesen. Eine Luftzerlegungsanlage zum Einsatz der vorliegenden Erfindung kann auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein.
- Die in
1 gezeigte Luftzerlegungsanlage100 verfügt unter anderem über einen Hauptluftverdichter1 , eine Vorkühleinrichtung2 , ein Reinigungssystem3 , eine Nachverdichteranordnung4 , einen Hauptwärmetauscher5 , eine Entspannungsturbine6 , eine Drosseleinrichtung7 , eine Pumpe8 und ein Destillationssäulensystem10 . Das Destillationssäulensystem10 umfasst im dargestellten Beispiel eine klassische Doppelsäulenanordnung aus einer Hochdrucksäule11 und einer Niederdrucksäule12 sowie eine Rohargonsäule13 und eine Reinargonsäule14 . - Aus dem Hauptwärmetauscher
5 führen neben einem Strom a mit Sauerstoff mit hohem Druck (PGOX) auch ein Strom b mit Stickstoff mit hohem Druck (PGAN) aus der Hochdrucksäule11 sowie ein Strom c mit Stickstoff mit niedrigem Druck (GAN) aus der Niederdrucksäule12 . Der Druck des Stroms b liegt dabei in etwa bei 5 bar und kann anschließend einer Expansionstubine und dann einer Gas-Wäsche-Einheit (bzw. Rectisol-Wäsche) zugeführt werden, wie nachfolgend noch erläutert werden soll. - In
2 ist eine Rectisol-Wäsche- an sich bekannter Art dargestellt, mit der mittels eines Waschmediums, beispielsweise Methanol, ein Gas gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gereinigt werden kann. - Die Rectisol-Wäsche- 200 umfasst einen Wärmetauscher
201 , über den ein Gas mit dem Strom e mit Waschmedium (Strom h) einem Absorber203 mit einer Kühleinheit204 zugeführt wird. Gereinigtes Gas (Strom g) verlässt die Rectisol-Wäsche über den Wärmetauscher201 (beispielsweise zur Verwendung als Synthesegas) wieder. - In der Rectisol-Wäsche ist nun weiterhin eine Strippeinheit bzw. eine Strippkolonne
210 vorgesehen, der Stickstoff (Strom d) als Strippgas zugeführt wird. Dort werden nun Kohlenstoffdioxid und Schwefelkomponenten (H2S und COS) aus dem Methanol (das ebenfalls in die Strippkolonne geführt wird) ausgetrieben, wobei die Schwefelkomponenten größtenteils im oberen Kolonnenabschnitt wieder zurückgeswaschen werden. Das Gas (zum größten Teil CO2 und N2) wird dann über den Wärmetauscher201 angewärmt und aus der Rectisol-Wäsche geführt. - Beim Betrieb der Rectisol-Wäsche- 200 auf herkömmliche Weise, d.h. wenn der Stickstoff mit Umgebungstemperatur zugeführt wird, ist Kühlleistung in der Rectisol-Wäsche-Einheit, insbesondere der Kühleinheit
204 , nötig. Es versteht sich, dass auch anderen Stellen im Prozessablauf bzw. in der Anlage eine Kühlung nötig sein kann. Im Rahmen der Erfindung wird nun bereits der Stickstoff, bevor er als Strom d der Strippkolonne210 zugeführt wird, gekühlt. Auf diese Weise lässt sich die zusätzliche Kühlleistung, beispielsweise in der Kühleinheit204 , reduzieren. - In
3 sind hierzu sowohl die Luftzerlegungsanlage100 als auch die Strippeinheit210 der Rectisol-Wäsche gezeigt. Der Stickstoff, der von der Luftzerlegungsanlage100 bereitgestellt wird (Strom b), wird zunächt der Expansionsturbine300 zugeführt. - Durch die Expansionsturbine
300 wird der Stickstoff nun entspannt und zugleich abgekühlt. Dabei können die Expansionsturbine bzw. deren Betrieb derart ausgestaltet werden, dass eine gewünschte Druckminderung und gleichzeitig eine gewünschte Kühlung erreicht wird. Die durch die Entspannung und Abkühlung aus dem Stickstoff entnommene Energie kann nun beispielsweise über einen Generator als elektrische Energie (oder allgemein als Arbeitsleistung) zurückgewonnen werden. Diese Energie kann dann beispielsweise für den Betrieb von Pumpen bzw. anderen Geräten in der Rectisol-Wäsche-Einheit verwendet werden. - Nach Verlassen der Expansionsturinbe
300 kann der - nunmehr entspannte und abgekühlte - Stickstoff (Strom d) der Strippkolonne210 zugeführt werden. Durch den bereits vorkühlten Stickstoff wird in der Rectisol-Wäsche-Einheit nun eine deutlich geringere Kühlleistung benötigt. - In
4 ist der Aufbau aus3 erneut gezeigt, jedoch ist hier nun ein Verdichter310 vorgesehen, mit dem der Strom b vor der Expansion verdichtet wird, um insgesamt eine Abkühlung auf niedrigere Temperaturen zu erreichen. Der Verdichter310 kann dabei als Turbinen-Booster ausgebildet sein und direkt von der Turbine300 angetrieben werden. - 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 Nicht-Patentliteratur
-
- H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, „Cryogenic Rectification“ [0006]
Claims (12)
1. Verfahren zum Reinigen eines Gases (e), bei dem in einer Gas-Wäsche-Einheit (200) mittels eines Waschmediums (h) unerwünschte Komponenten aus dem Gas (e) ausgewaschen werden, wobei die unerwünschten Komponenten aus dem Waschmedium (h) wenigstens teilweise unter Verwendung von Stickstoff (b) als Strippgas in einer Strippeinheit ausgetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff (b,f) gekühlt wird, bevor er der Strippeinheit (210) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Stickstoff (g,f) mittels einer Expansionsturbine (300) gekühlt und zugleich entspannt wird
Verfahren nach Anspruch 2 , wobei durch die Expansionsturbine (300) aus dem Stickstoff (b) gewonnene Energie in ein Energiesystem zurückgespeist und/oder zum Antrieb wenigstens eines Gerätes verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , wobei zusätzlicher Stickstoff, der nicht der Gas-Wäsche-Einheit (200) zugeführt werden soll, ebenfalls mittels der Expansionsturbine (300) gekühlt und zugleich entspannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 , wobei der Stickstoff (b) auf einen Druck zwischen 2,1 bar und 2,6 bar, oder, wenn eine Verwendung des Stickstoffs (b) für eine Adsorptionsanlage vorgesehen ist, zwischen 2,6 bar und 3,6 bar entspannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 , wobei ein Druck des Stickstoffs (b,f) mittels eines Verdichters erhöht wird, bevor er gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stickstoff (b,f) mittels eines Wärmetauschers gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stickstoff (b,f) auf 0 bis -100 °C gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stickstoff (b), welcher der Gas-Wäsche-Einheit (200) zugeführt wird, in einer Luftzerlegungsanlage (100) gewonnen wird.
Anlage zum Reinigen eines Gases mit einer Gas-Wäsche-Einheit (200), die dazu eingerichtet ist, mittels eines Waschmediums (h) unerwünschte Komponenten aus dem Gas (e) auzuwaschen, und die unerwünschten Komponenten aus dem Waschmedium (h) wenigstens teilweise unter Verwendung von Stickstoff (b) als Strippgas in einer Strippeinheit (210) auszutreiben, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (300), die derart angeordnet ist, dass der Stickstoff (b) die Kühleinrichtung (300) durchläuft, bevor er der Strippeinheit (210) zugeführt wird.
Anlage nach Anspruch 10 , wobei die Kühleinrichtung eine Expansionsturbine (300) und/oder einen Wärmetauscher aufweist.
Anlage nach Anspruch 10 oder 11 , weiterhin mit einer Luftzerlegungsanlage (100) zur Bereitstellung von Stickstoff (b), die derart angeordnet ist, dass der Stickstoff (b) der Kühleinrichtung (300) zugeführt wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016012231.5A DE102016012231A1 (de) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Verfahren und Anlage zum Reinigen eines Gases |
PCT/EP2017/025304 WO2018068897A1 (de) | 2016-10-13 | 2017-10-10 | Verfahren und anlage zum reinigen eines gases umfassend eine mit stickstoff betriebene strippeinheit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016012231.5A DE102016012231A1 (de) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Verfahren und Anlage zum Reinigen eines Gases |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016012231A1 true DE102016012231A1 (de) | 2018-04-19 |
Family
ID=60186225
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016012231.5A Withdrawn DE102016012231A1 (de) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Verfahren und Anlage zum Reinigen eines Gases |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016012231A1 (de) |
WO (1) | WO2018068897A1 (de) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA644900A (en) * | 1962-07-17 | W. Ehrlich Stanley | Absorption-desorption in absorber liquid | |
US2781862A (en) * | 1952-04-03 | 1957-02-19 | Blaw Knox Co | Cold recovery absorption system |
DE1544080B2 (de) * | 1965-11-15 | 1974-12-12 | Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Reinigung hochverdichteter kohlendioxidhaltiger Gase |
US3718006A (en) * | 1968-12-11 | 1973-02-27 | Linde Ag | Process for selective absorption |
US3824766A (en) * | 1973-05-10 | 1974-07-23 | Allied Chem | Gas purification |
IT1193601B (it) * | 1983-01-19 | 1988-07-21 | Snam Progetti | Procedimento criogenico di rimozione selettiva di gas acidi da miscele di gas mediante solvente |
US4568364A (en) * | 1984-03-22 | 1986-02-04 | Bechtel International Corporation | Process for desulfurization of fuel gas |
GB2150855A (en) * | 1983-10-17 | 1985-07-10 | Humphreys & Glasgow Ltd | Acid gas removal with power recovery |
-
2016
- 2016-10-13 DE DE102016012231.5A patent/DE102016012231A1/de not_active Withdrawn
-
2017
- 2017-10-10 WO PCT/EP2017/025304 patent/WO2018068897A1/de active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, „Cryogenic Rectification" |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018068897A1 (de) | 2018-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3175192B1 (de) | Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage | |
EP3179187B1 (de) | Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage | |
DE1112997B (de) | Verfahren und Einrichtung zur Gaszerlegung durch Rektifikation bei tiefer Temperatur | |
EP0563702A2 (de) | Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Wasserstoff und hochreinem Kohlenmonoxid | |
EP2473254A1 (de) | Verfahren und vorrichtungzur behandlung eines kohlendioxihaltigen gasstroms, wobei die energie des vent-gases (arbeit und kälte durch expansion) verwendet wird | |
DE102013011640A1 (de) | Verfahren zum Abtrennen von Sauergasen aus Erdgas | |
DE102011014678A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms | |
EP0249702A2 (de) | Verfahren zum Entfernen unerwünschter Bestandteile aus Gasen | |
DE19843629A1 (de) | Verfahren und Verflüssiger zur Erzeugung von flüssiger Luft | |
DE1159971B (de) | Verfahren zur Gewinnung von gasfoermigem und unter Druck stehendem Sauerstoff durch Zerlegung von Luft | |
DE3216510A1 (de) | Verfahren zur gewinnung von gasfoermigem sauerstoff unter erhoehtem druck | |
WO2010060533A1 (de) | Helium-gewinnung | |
DE102016012231A1 (de) | Verfahren und Anlage zum Reinigen eines Gases | |
DE4210638A1 (de) | Verfahren zur gewinnung von hochreinem wasserstoff und hochreinem kohlenmonoxid | |
DE102013002094A1 (de) | Verfahren zur Produktion von Luftprodukten und Luftzerlegungsanlage | |
DE102019008985A1 (de) | Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines sauerstoffreichen Gasprodukts | |
EP3671085A1 (de) | Anordnung und verfahren zum rückgewinnen von verdichtungswärme aus luft, die in einer luftbearbeitungsanlage verdichtet und bearbeitet wird | |
EP3318314A1 (de) | Verfahren und anlage zum reinigen eines gases | |
EP3312533A1 (de) | Verfahren zur luftzerlegung und luftzerlegungsanlage | |
EP3124902A1 (de) | Luftzerlegungsanlage, betriebsverfahren und steuereinrichtung | |
DE102012006746A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie | |
WO2022028730A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur herstellung von methanol aus kohlendioxid | |
DE1259915B (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Waermeaustausch oder zum Waermeaustausch und zur Reinigung von Gasgemischen in periodisch umschaltbaren Regeneratoren | |
EP3608010A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur abtrennung saurer gasbestandteile aus einem gasgemisch | |
DE1112095B (de) | Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung fluessiger Gaszerlegungs-produkte |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |