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Verfahren zum Abscheiden von Kohlendioxyd und/oder Schwefelwasserstoff
aus Gasgemischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von C O2 und/oder
H2S aus Gasgemischen mittels wäßriger alkalischer Lösungen, insbesondere mittels
wäßriger Kaliumcarbonatlösungen.
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Aus den deutschen Patentschriften 162655 und 173 130 ist es bekannt,
die Absorption der Kohlensäure in Alkalibicarbonatlösungen bei hohen Temperaturen
und erhöhten Drücken durchzuführen. Hierbei wird die Temperatur der Salzlösung konstant
auf gleicher Höhe, nämlich auf der Dissoziationstemperatur des Alkalibicarbonats,
gehalten und die Absorption der Kohlensäure bei dieser Temperatur dadurch ermöglicht,
daß man die Kohlensäure enthaltenden Gase in die unter Druck befindliche Salzlösung
hineinpreßt. Die Wiederabspaltung der Kohlensäure wird durch Druckverminderung bewirkt.
Hierbei wird nur ein Teil der absorbierten Kohlensäure neben viel Wasserdampf gewonnen
und gleichzeitig die Temperatur der Lösung erniedrigt. Die nur teilweise regenerierte
Lösung vermag auch nur einen Teil der von der frischen Absorptionslösung aufgenommenen
Kohlensäure zu absorbieren, und es muß eine entsprechend größere Menge der Absorptionsfiüssigkeit
im Kreislauf umlaufen, wodurch auch die Größe der Apparate wesentlich erhöht werden
muß. Weiterhin vermag diese Lösung nicht den Kohlensäuregehalt des zu reinigenden
Gases auf 2°/c und weniger zu verringern.
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In dem Verfahren der älteren Patentanmeldung B 24865 IVc/26d (deutsche
Auslegeschrift 1084425) wird die Waschlauge in einen ständigen Umlauf zwischen einer
Absorptionsstufe und einer Regenerationsstufe gebracht, wobei in der Absorptionsstufe
unter erhöhten Drücken von vorzugsweise wenigstens 8 kg/cm2 gearbeitet wird, während
die Regeneration der Lösung bei wenig über Normaldruck liegendem Druck durch Sieden
und Abstreifen mit Wasserdampf in einer Regenerationskolonne erfolgt. Das Verfahren
ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in der Absorptions- und Regenerationsstufe
mit Temperaturen gearbeitet wird, die nicht sehr verschieden voneinander sind und
namentlich in der Nähe der Siedetemperatur der Lösung bei atmosphärischem Druck
liegen. Dieses Verfahren steht damit im Gegensatz zu den üblichen Verfahren, bei
denen die Absorption bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur als die Regeneration
erfolgt.
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Durch dieses Verfahren mit annähernd gleichen Temperaturen wird ein
Verfahren mit hohem thermischem Wirkungsgrad angegeben, das im Gegensatz zu den
bisher bekannten ähnlichen Verfahren steht.
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Darüber hinaus lassen sich wesentliche Ersparnisse
bei den sonst zum
Verfahren notwendigen Mitteln erreichen, wie etwa bei dem Kühlwasser. Außerdem sind
die Gesamtanlagekosten geringer.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abscheiden von Kohlendioxyd
und/oder Schwefelwasserstoff aus Gasen durch Absorption in einer Kaliumcarbonatlösung,
anschließende Regenerierung der Absorptionsflüssigkeit und Wiederverwendung der
regenerierten Lösung, wobei die Absorption in einer Kolonne bei Drücken von wenigstens
4,5, vorzugsweise wenigstens 8 kg/cm2 bei einer Temperatur nahe dem Siedepunkt der
Lösung bei Atmosphärendruck erfolgt, die mit den zu entfernenden Gasen beladene
Absorptionsfiüssigkeit durch Druckminderung von einem Teil der absorbierten Gase
befreit und unter Sieden durch Desorption und Abstreifen rnit Wasserdampf im Gegenstrom
bei einem in der Nähe des Normaldruckes liegenden Druck in einer weiteren Kolonne
regeneriert wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Druck über mindestens
einen Teil der regenerierten Absorptionsflüssigkeit nach Verlassen
der
Regenerationskolonne vermindert und dadurch eine Dampfentwicklung aus der Lösung
und deren Kühlung bewirkt wird, worauf der entwickelte Dampf verdichtet und zum
Abstreifen der zu regenerierenden Absorptionslösung verwendet wird, während die
abgekühlte regenerierte Lösung der Absorptionskolonne wieder zugeführt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere der Druck über
der regenerierten Absorptionslösung so weit vermindert, daß die mittlere Temperatur
um weniger als 310 C, vorzugsweise um weniger als 220 C, unter die Temperatur der
regenerierten, die Regenerationskolonne verlassenden Lösung, aber nicht unter eine
Temperatur von 800 C, vorzugsweise 880 C, sinkt.
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Erfindungsgemäß wird es weiterhin bevorzugt, daß ein kleinerer Teil
der regenerierten Reinigungslösung der Druckminderung unterworfen wird und die infolge
der Druckminderung etwas abgekühlte Lösung dem Kopfteil des Absorbers wieder zugeführt
wird, während ein zweiter Teil der regenerierten Lösung ohne vorherige Druckminderung
dem Absorber in einer mittleren Höhe unmittelbar wieder zugeleitet wird. In einer
anderen Ausführungsform der Erfindung wird die regenerierte Lösung in zwei Teile
aufgeteilt und der erste Teil einer größeren Verminderung des Druckes als der zweite
Teil unterworfen, wobei die Temperatur des ersten Teiles um einen entsprechend größeren
Betrag als die Temperatur des zweiten Teiles gesenkt wird, wonach der kühlere erste
Teil in denKopf oder in die Nähe des Kopfes derAbsorberkolonne und der zweite Teil
in einer mittleren Höhe in die Absorberkolonne eingeleitet wird. Hierbei wird insbesondere
der erste Teil vor der Druckminderung vollständiger regeneriert als der zweite Teil.
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Erfindungsgemäß wird der infolge der Druckverminderung entwickelte
Dampf, beispielsweise durch einen Thermokompressor oder einen mechanischen Verdichter,
komprimiert und zur Dampfbehandlung der Absorptionslösung verwendet, während die
so gekühlte regenerierte Lösung aus der Selbstverdampfungszone zur Absorptionskolonne
zurückgeführt wird. Besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses allgemeinen Verfahrens
werden in Verbindung mit den Zeichnungen nachstehend beschrieben. Es zeigt Fig.
1 die Darstellung einer bevorzugten Anordnung, bei der nur ein Teil der regenerierten
Waschlösung einer Druckminderung unterworfen wird, Fig. 2 die Darstellung einer
einfachen weniger bevorzugten Ausführungsform, in der der gesamte Strom der regenerierten
Lösung dem verminderten Druck unterworfen wird, Fig. 3 eine Darstellung einer besonders
bevorzugten Ausführungsform, in der die regenerierte Waschlösung in einen ersten
und einen zweiten Teil unterteilt wird, wobei jeder Teil einer verschieden großen
Verminderung des Druckes unterworfen wird.
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Nach Fig. 1 wird das zu reinigende, C O2 und/ oder H2S enthaltende
Gas mittels der vom Ventil 2 gesteuerten Leitung 1 in den Fuß der Absorptionskolonne
3 eingeleitet. Der Absorber 3 kann irgendeine passende Art von Gegenstrom-Waschturm
sein, in dem eine innige Berührung zwischen der Waschflüssigkeit und dem Gasgemisch
bewirkt werden kann. Der Absorber 3 kann beispielsweise mit Glokkenböden oder Sprudelplatten
4 versehen sein, wie in der Zeichnung dargestellt ist, oder eine geeignete
Packung,
wie etwa Raschigringe oder andere Verteilerkörper, aufweisen.
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In der Absorptionskolonne wird ein Überdruck von wenigstens 4,5 atü,
vorzugsweise jedoch wenigstens 8 atü, aufrechterhalten. Absorberdrücke von beispielsweise
15 bis 29 atü können jedoch je nach den Bedingungen sehr günstig sein. Die durch
die Leitungl zugeführte Gasmischung muß selbstverständlich auf Kolonnendruck gehalten
sein.
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Die von der Regenerationskolonne kommende Absorptionslösung, die
eine verhältnismäßig konzentrierte Lösung von Kaliumcarbonat mit einer Normalität
von 4 bis 14, vorzugsweise von 5 bis 11, ist, wird durch die LeitungenS und 6 in
die Absorptionskolonne eingeführt und fließt im Gegenstrom zum aufsteigenden Gasstrom
nach unten. Während dieses Gegenstromtaktes wird das im Gasstrom enthaltene C O2
und/oder 112S von der Lösung absorbiert, und der gereinigte Gasstrom verläßt den
Absorberkopf durch die Leitung 7.
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Wenn das in den Fuß der Kolonne eingeführte Rohgas nicht mit der
im Absorber verwendeten Absorptionsflüssigkeit gesättigt ist, wird es während seines
Durchströmens durch die Kolonne gesättigt werden. Für diesen Fall ist es wünschenswert,
einen Kondensator 8 in der Leitung 7 anzuordnen und eine ausreichende Menge des
wäßrigen Kondensates durch die Leitung zurück zurAbsorptionskolonne fließen zu lassen,
um die Konzentration der Lösung in dem System auf der gleichen Höhe zu halten. Das
gereinigte Gas verläßt das System durch die Leitung 9.
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Wenn das in den Fuß der Absorptionskolonne eintretende Gasgemisch
mit Reinigungsflüssigkeit gesättigt ist, ist in der Leitung 7 kein Kondensator erforderlich.
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Die das absorbierte C O2 und/oder H2 S enthaltende Absorptionslösung
wird dem Fuß des Absorbers mittels der Leitung 11 entnommen und dem Kopf der Regenerationskolonne
13 zugeführt, die mit Glockenböden 14 od. dgl. ausgerüstet ist, und wird unter einem
Druck in der Nähe des atmosphärischen Druckes gehalten. An Stelle der Glockenböden
kann in der Kolonne irgendeine andere geeignete Packung vorhanden sein. In der Leitung
11 ist ein Druckminderventil 12 vorgesehen. Infolge der Druckverminderung durch
dieses Ventil treten beträchtliche Mengen von Dampf und auch ein Teil des CO2 und/
oder H9S sehr schnell aus der Lösung aus.
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Die Dampfentwicklung und die Gasdesorption stellen endothermische
Prozesse dar, und demgemäß sinkt die Temperatur der Lösung infolge der Druckminderung
ab. Das Gemisch aus Dampf und desorbiertem Gas wird über die Leitung 16 aus dem
Kopf der Kolonne 13 abgezogen.
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Die Waschlösung fließt in der Kolonne im Gegenstrom gegen den durch
die Kolonne nach oben steigenden Wasserdampf nach unten. Der Dampf wird zum Teil-von
einer geschlossenen, der Erhitzung der Lösung dienenden Dampfschlange 15 im unteren
Teil der Kolonne erzeugt. Durch die Erhitzung der Lösung wird diese bei dem in der
Kolonne vorhandenen Druck zum Sieden gebracht, während außerdem aus der Leitung
31 Frischdampf unmittelbar in die Lösung eingespritzt wird. Der Wasserdampf dient
zum Abstreifen der Lösung und entfernt damit weitere Mengen des CO und/oder HoS.
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Das gleichzeitige Siedenlassen und Mit-Dampf-Behandeln, dem die Lösung
in der Regenerationskolonne
unterworfen ist, bewirkt, daß das absorbierte
CO und/oder H2S ausgetrieben wird und das aus der Lösung aufsteigende Gemisch aus
Dampf und desorbiertem Gas zusammen mit dem durch Druckminderung erzeugten Gasgemisch
den Kopf der Kolonne durch die Leitung 16 verläßt. Diese Mischung wird einem Kondensator
17 zugeleitet, in dem der Dampf kondensiert und das Kondensat im Rückfluß mittels
der Leitung 19 zum Kopf der Regenerationskolonne geleitet wird. DasAbgas aus dem
Kondensator, das C O2 und/oder H2 5 in hoher Konzentration enthält, wird durch die
Leitung 18 abgezogen und kann für irgendwelche beliebigen Zwecke weiterverwendet
werden.
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Die Regenerationskolonne wird unter einem Druck gehalten, der etwa
oberhalb oder unterhalb des atmosphärischen Druckes liegen kann. Entsprechend den
Regenerationstemperaturen im Bereich von etwa 80 bis etwa 1400 C können die für
die Regenerationskolonne zugelassenen Drücke in verhältnismäßig weiten Grenzen schwanken.
Vorzugsweise werden jedoch Drücke für die Regenerationskolonne verwendet, die Regenerationstemperaturen
von etwa 90 bis 1220 C, vorzugsweise von 102 bis 1160 C, entsprechen. Der hier verwendete
Ausdruck »Regenerationstemperatur« bezieht sich auf die Temperatur der Lösung im
Sumpf der Regenerationskolonne, in dem die Lösung zum Sieden gebracht und mit Dampf
behandelt wird. Die »Regenerationstemperatur« hängt somit von dem Druck ab, unter
dem die Regenerationskolonne steht. Sie entspricht in jedem Falle der Siedetemperatur
der Lösung bei dem im Sumpf der Regenerationskolonne herrschenden Druck und wird
mit zunehmendem Druck in der Regenerationskolonne größer und umgekehrt. Wenn ein
Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes in der Kolonne 13 erwünscht ist, kann
eine über die Leitung 18 saugende Vakuumpumpe verwendet werden.
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Die heiße regenerierte Lösung verläßt den Sumpf der Kolonne 13 über
die Leitung 20 und wird in zwei Teile aufgeteilt. Der erste Teil, und zwar der größere
Teil, fließt durch die Leitung 21, die Förderpumpe 23 und die Leitung 6 zurück zum
Absorber, wo sie in einer mittleren Höhe eingeleitet wird. Ein zweiter - und zwar
der kleinere - Teil der Lösung, der beispielsweise 20 bis 40 e/0 des Gesamtstromes
ausmacht, fließt über die Leitung 22 und ein Druckminderventil 24 zu einem Selbstverdampfer
25.
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Der Druck über der heißen regenerierten Lösung im Behälter 25 wird
mittels eines Thermokompressors reduziert, der nach Art einer Dampfstrahlpumpe gebaut
ist, ein Gehäuse 27, das über die Leitung 26 mit dem Behälter 25 in Verbindung steht,
und ein Venturirohr 28 aufweist. in dessen Ende eine Dampfstrahldüse 29 ragt, die
aus der Leitung 30 mit Hochdrucktreibdampf mit einem Überdruck von beispielsweise
3,5 bis 11 atü gespeist wird. Der durch das Venturirohr 28 mit hoher Geschwindigkeit
strömende Treibdampf mindert den Druck im Gehäuse 27, das über die Leitung 26 mit
dem Behälter 25 in Verbindung steht, so daß der Druck über der heißen Lösung im
Behälter 25 herabgesetzt wird, wodurch die Lösung zum Sieden und zur Dampfentwicklung
gebracht wird. Der entwickelte Dampf wird in das Gehäuse 27 hineingezogen und strömt
in das Venturirohr 28, wo er sich mit dem aus der Düse 29 strömenden Treibdampf
vermischt und auf einen höheren
Druck gebracht wird. Das Gemisch aus entwickeltem
Darnpf und Treibdampf wird dann durch die Leitung 31 in den Unterteil der Kolonne
13 eingespritzt und liefert den Abstreifdampf für die Dampfbehandlung der Reinigungslösung.
Vorzugsweise wird der Dampf aus der Leitung 31 unmittelbar als Frischdampf in die
Kolonne 13 eingespritzt. Es kann aber auch nach Belieben eine geschlossene Dampfschlange
wie etwa die Schlange 15 verwendet werden. Ebenso kann die Schlange 15, die zusätzliche,
für die Dampfbehandlung der Lösung erforderliche Wärme liefert, durch Direkteinspritzung
in die Kolonne ersetzt werden.
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Der Thermokompressor bewirkt somit sowohl eine Verminderung des Druckes
über der Lösung als auch eine Verdichtung des dabei entwickelten Dampfes auf den
im Unterteil der Regeneratorkolonne herrschenden Druck. An Stelle des Dampfstrahl-Thermokompressors
gemäß der Zeichnung kann auch ein mechanisch angetriebener Kompressor oder Verdichter
Verwendung finden, dessen Saugseite mit dem Behälter 25 verbunden ist und dessen
Abgabeseite so angeordnet ist, daß sie den im Behälter 25 entwickelten Dampf nach
seiner Verdichtung über die Leitung 31 dem Unterteil der Kolonne 13 zuführt, damit
er dort als Behandlungs- oder Abstreifdampf wirkt. Der mechanische Kompressor kann
beispielsweise von einem Elektromotor oder einer Dampfturbine angetrieben werden.
Im zweiten Falle wird es oft vorteilhaft sein, den aus der Turbine austretenden
Dampf der Regenerationskolonne zum Abstreifen zuzuführen. Obgleich die Anschaffungskosten
eines mechanischen Kompressors normalerweise höher als die eines Thermokompressors
sind, hat der mechanische Kompressor üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad, wenn
eine verhältnismäßig starke Druckminderung über der Lösung erwünscht ist. wie z.
B. bei einem Kompressionsverhältnis zwischen dem der Regenerationskolonne zugeführten
verdichteten Dampf und dem aus der Lösung entwickelten Niederdruckdampf von 2:1
und mehr.
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Infolge der Druckminderung über der Lösung im Verdampferbehälter
25 und infolge der Dampfentwicklung wird die Lösung abgekühlt. Die Größe des Temperaturabfalles
ist proportional der Größe der Druckminderung. Die so gekühlte Lösung wird aus dem
Behälter 25 über die Leitung 32 abgezogen und durch die Rückförderpumpe 33 und die
Leitung 5 wieder dem Kopf des Absorbers 3 zugeführt.
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Die durch das Verfahren nach der Erfindung erzielten Vorteile sind
in der Tatsache begründet, daß die regenerierte Waschlösung vor ihrem Eintritt in
den Absorber gekühlt wird und so ihrem Absorptionswirkungsgrad durch Verminderung
des Partialdruckes der absorbierten Gase über der Lösung vergrößert, während zur
gleichen Zeit der größte Teil der durch Kühlung aus der Lösung entnommenen Energie
dem System als nutzbarer Austreibdampf oder Behandlungsdampf dadurch wieder zugeführt
wird, daß der während der Druckminderung entwikkelte Dampf verdichtet und wieder
in den Regenerator eingespritzt wird. Dies ist wirkungsvoller als eine indirekte
Kühlung der Lösung (z. B. in einem Wasserkühler), da bei einer indirekten Kühlung
die dem System entnommene Energie verlorengeht. anstatt wieder ausgenutzt zu werden.
Der durch Minderung des über der heißen regenerierten Lösung herrschenden Druckes
entwickelte Dampf ist verhältnismäßig rein und frei von irgendwelchen nennenswerten
Mengen
von C O2 und/oder H2 S und ist somit ein Austreib- oder Behandlungsdampf von großer
Güte.
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Wie oben festgestellt, ist die Größe des Temperaturabfalles der Lösung
in dem Verdampfer proportional der Größe der Druckminderung, und die entwickelte
Dampfmenge ist gleichfalls der Größe dieser Druckminderung proportional. Sowie jedoch
der Druck über der Lösung auf immer niedrigere Werte vermindert wird, nimmt die
Treibdampfmenge (bei einem Thermokompressor) oder die Leistungsaufnahme (bei einem
mechanischen Kompressor) ziemlich schnell zu, so daß dadurch der Größe der Druckminderung,
die in vorteilhafter Weise ausgeführt werden kann, eine untere Grenze gesetzt wird.
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Im allgemeinen wird es weder wünschenswert sein, die regenerierte
Lösung einer solchen Druckminderung zu unterwerfen, daß eine Senkung der mittleren
Lösungstemperatur von mehr als 310 C unter die Temperatur der die Regenerationskolonne
verlassende Lösung eintritt, noch empfiehlt es sich in irgendeinem Falle, die Temperatur
vor Einführung der Lösung in den Absorber unter 800 C zu senken.
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Normaler- und vorzugsweise ist es erwünscht, die Druckminderung so
weit zu beschränken, daß die Lösung weder im Mittel um mehr als 220 C unter die
Temperatur der regenerierten, die Regenerationskolonne verlassenden Lösung, noch
vor Eintritt in die Absorberkolonne unter eine Temperatur von 880 C gekühlt wird.
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Die untere Grenze von 800 C und vorzugsweise von 880 C für die Temperatur
der in den Absorber eintretenden Lösung ist wenigstens zum Teil damit begründet,
daß die Gefahr einer Ausfällung von Salzen aus den verhältnismäßig konzentrierten
Lösungen gegeben ist, denn diese konzentrierten Lösungen werden am liebsten verwendet
wegen ihrer größeren Absorptionsfähigkeit und wegen der niedrigeren Absorptionsgeschwindigkeiten
bei niedrigeren Temperaturen, die größere Absorptionskolonnen notwendig machen.
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In dem in Fig. 1 dargestellten System wird nur ein Teil (vorzugsweise
ein kleinerer Teil) der regenerierten Lösung der Druckminderung und der diese Druckminderung
begleitenden Kühlung unterworfen.
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Der so gekühlte Teil wird in den Kopf des Absorbers eingeführt, während
der andere Teil mit der Temperatur, mit der er die Regenerationskolonne verlassen
hat, in die Absorberkolonne in einer mittleren Höhe eingeleitet wird. Diese Arbeitsweise
hat sowohl hinsichtlich des thermischen Wirkungsgrades als auch hinsichtlich der
Anlagekosten wesentliche Vorteile gegenüber einem System, wie es in Fig. 2 dargestellt
ist und in dem der gesamte Strom der regenerierten Lösung einer Druckminderung unterworfen
wird. Durch Einleiten des gekühlten Stromes in den Absorberkopf wird der Partialdruck
des CO2 und/oder H2S über der Lösung am Kopf des. Absorbers auf verhältnismäßig
niedrige Werte vermindert und gestattet dadurch die Herabsetzung der Konzentration
dieser Gase in den gereinigten Austrittsgasen auf entsprechend niedrigere Werte,
ohne daß die vollständige Regeneration der Lösung erforderlich ist. Darüber hinaus
wird die mittlere Lösungstemperatur in dem Absorber nicht sehr weit herabgesetzt,
da der größere Teil der Lösung vorzugsweise ohne Kühlung in einer zwischen Kopf
und Sumpf gelegenen Höhe eintritt. Die durch diese Arbeitsweise ermög-
lichten höheren
mittleren Absorptionstemperaturen (die im Gegensatz zur Druckminderung und der damit
eintretenden Kühlung der gesamten Lösung steht) ergeben eine Einsparung in den Anlagekosten
wegen der größeren Absorptionsgeschwindigkeiten und wegen der sich daraus ergebenden
kleineren Absorberkolonnen.
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Obgleich, wie oben erwähnt, eine über den ganzen Durchschnitt erfolgende
Kühlung des Gesamtstromes der regenerierten Lösung um mehr als etwa 310 C durchDruckminderung
nicht als erwünscht anzusehen ist, kann es dennoch nützlich sein, einen Teil des
gesamten Stromes, etwa 20 bis 40°/e, um etwa 440 C durch Minderung des Druckes auf
einem solchen Teil zu kühlen. So würde beispielsweise eine Kühlung von 40§/o des
Stromes um 390 C gleichwertig einer mittleren Kühlung des gesamten Stromes um nur
160 C sein.
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Fig. 2 stellt eine der Fig. 1 ähnliche Ausführung dar, bei der jedoch
der gesamte Strom der Lösung, anstatt nur ein Teil, der Druckminderung unterworfen
wird. Das aus der Leitung 40 unter Kontrolle durch das Ventil 41 zuströmende, C
O2 und/oder H2S enthaltende Rohgas gelangt in die Absorberkolonne 42, die unter
erhöhtem Druck steht und mit Glockenböden 43 od. dgl. ausgerüstet ist. Die regenerierte
Lösung tritt durch die Leitung 44 ein, während das gereinigte Gas die Kolonne über
die Leitung 45, den Kondensator 46 und die Leitung 47 verläßt. Das Kondensat aus
dem Kondensator wird über die Leitung 48 wieder dem Absorber zugeführt.
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Die das absorbierte C O2 und/oder H2S- enthaltende Lösung wird mittels
der Leitung 49 aus dem Sumpf des Absorbers 42 abgezogen und gelangt nach Durchgang
durch ein Druckminderventil 50 in die Regenerationskolonne 51, die unter atmosphärischem
Druck oder nahezu atmosphärischem Druck steht und mit Glockenböden oder anderen
Verteilerkörpem 52 versehen ist. Die Lösung fließt nach unten im Gegenstrom gegen
den Behandlungs- oder Austreibdampf, der von einer Dampfschlange 53 entwickelt wird,
und gegen Frischdampf, der durch die Leitung 65 am Boden der Kolonne eingespritzt
wird. Ein Gemisch aus Dampf und desorbierten Gasen verläßt die Kolonne 51 durch
die Leitung 54, durchströmt den Kondensator 55, in dem der Dampf kondensiert wird
und aus dem die desorbierten Gase durch die Leitung 56 austreten, während das Kondensat
über die Leitung 57 zur Kolonne 51 zurückfließt.
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Die regenerierte. Lösung verläßt den Sumpf der Kolonne 51 durch die
Leitung 58, geht durch ein nicht dargestelltes Druckminderventil hindurch und wird
in einen Verdampferbehälter 59 eingeleitet. Der Behälter 59 steht unter vermindertem
Druck, der, wie bei Fig. 1, durch einen Thermokompressor erzielt wird. Dieser Kompressor
weist ein Gehäuse 61, das über die Leitung 60 mit dem Behälter 59 in Verbindung
steht und eine Dampfdüse 63 auf, der über die Leitung 64 Treibdampf zugeführt wird.
Das Gemisch aus dem Treibdampf und dem aus der Lösung entwickeltem Dampf wird der
Kolonne 51 mittels der Leitung 65 zugeleitet. Die gekühlte Lösung wird dem Absorber
über die Leitung 66, die Rückförderpumpe 67 und die Leitung 44 wieder zugeführt.
Obgleich das System nach Fig. 2 aus den oben angeführten Gründen weniger vorteilhaft
als das nach Fig. list, weist es dennoch in vielen Fällen eine wesentlich verbesserte
Wärmewirtschaftlichkeit auf.
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Fig. 3 zeigt ein System, in dem die regenerierte Lösung in einen
ersten und einen zweiten Teil aufgeteilt wird, die beide einer Druckminderung unterworfen
werden. Das C O2 und/oder H2S enthaltende Rohgas gelangt durch die mittels des Ventiles
71 gesteuerte Leitung 70 in die Absorberkolonne 72, die unter erhöhtem Druck gehalten
wird und mit Glokken- oder Rieselböden73 versehen ist. Die regenerierte Lösung tritt
über die Leitungen 74 und 75 in verschiedenen Höhen in den Absorber ein, und zwar
mit verschieden hohen Temperaturen. Das gereinigte Gas tritt über die Leitung 76,
den Kondensator 77 und die Leitung 78 aus, während das Kondensat des Kondensators
über die Leitung 79 zum Absorber 72 zurückfließt.
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Die das absorbierte CO2 und H2 5 enthaltende Lösung wird durch die
Leitung 80 aus dem Boden des Absorbers abgezogen und tritt nach ihrem Durchgang
durch ein Druckminderventil 81 in die Regenerationskolonne 82 ein, die auf oder
nahezu auf atmosphärischem Druck gehalten wird und mit Glockenböden oder anderen
Verteilerkörpern 83 ausgerüstet ist. Die Lösung fließt im Gegenstrom gegen den von
einer Dampfschlange 84 her stammenden Behandlungs- oder Austreibdampf und den über
die Leitungen 96 und 106 im Unterteil der Kolonne eingespritzten Frischdampf nach
unten. Ein Gemisch aus Dampf und desorbierten Gasen verläßt die Kolonne 82 über
die Leitung 85 und geht durch den Kondensator 86, in dem der Dampf kondensiert wird.
Die desorbierten Gase treten über die Leitung 87 aus, während das Kondensatorkondensat
der Kolonne 82 mittels der Leitung 88 wieder zugeführt wird.
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In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird der erste Teil
(vorzugsweise ein kleinerer Teil) der Lösung einer vollständigeren Regeneration
als der zweite und vorzugsweise größere Teil unterworfen. Um diesen verhältnismäßig
hohen Grad der Regeneration zu erreichen, wird dem ersten Teil der Lösung (z.B.
20 bis 40 0/o des Gesamtstromes) die Möglichkeit gegeben, zum Boden der Regenerationskolonne
82 (von der die Lösung über die Leitung 89 abgezogen wird) hinabzufließen, wodurch
sie einer verhältnismäßig größeren Dampfbehandlung ausgesetzt wird, so daß eine
Verminderung der Restkonzentration der darin enthaltenen absorbierten Gase auf einen
verhältnismäßig niedrigeren Konzentrationsgrad eintritt als bei dem zweiten Teil,
der in einer mittleren Höhe durch die Leitung 99 aus der Kolonne abgezogen wird.
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Der erste vollständig regenerierte Teil wird durch die Leitung 89
nach Durchgang durch ein (nicht dargestelltes) Druckminderventil einem Verdampferbehälter90
zugeführt. Der Behälter 90 wird mittels eines Thermokompressors unter vermindertem
Druck gehalten. Der Thermokompressor besteht aus einem Gehäuse 92, das mittels der
Leitung 91 mit dem Behälter 90 in Verbindung steht, einem Venturirohr 93 und einer
Dampfdüse 94, die von der Leitung 95 her mit Treibdampf gespeist wird. Das Gemisch
aus Treibdampf und aus von der Lösung entwickeltem Dampf wird über die Leitung 96
in die Kolonne 82 eingespeist. Die gekühlte Lösung wird aus dem Behälter 90 über
die Leitung 97, die Rückförderpumpe 98 und die Leitung 74 dem Kopf des Absorbers
72 wieder zugeführt.
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Der zweite, weniger vollständig regenerierte Teil der Lösung wird
über die Leitung 99 nach Durchgang
durch ein (nicht dargestelltes) Druckminderventil
in einen Verdampfungsbehälter 100 eingeleitet. Der Behälter 100 wird unter vermindertem
Druck mittels eines Thermokompressors gehalten, der aus einem über die Leitung 101
mit dem Behälter 100 in Verbindung stehenden Gehäuse 102, einem Venturirohr 103
und einer Dampfdüse 104, die von der Leitung 105 her mit Treibdampf gespeist wird,
besteht. Das Gemisch aus Treibdampf und aus von der Lösung her stammendem Dampf
wird der Kolonne 82 über die Leitung 106 zugeführt. Die gekühlte Lösung wird aus
dem Behälter100 mittels der Leitung 107, der Rückförderpumpe 108 und der Leitung
75 zur Absorberkolonne zurückgefördert und in einer mittleren Höhe in diese eingeleitet.
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Bei dem System nach Fig. 3 wird der erste und vorzugsweise kleinere
Teil der den Regenerator über die Leitung 89 verlassenden regenerierten Lösung einer
stärkeren Druckminderung und demzufolge einer stärkeren Kühlung als der zweite,
über die Leitung99 austretende Teil unterworfen. So kann z. B. bei einer Regenerationstemperatur
von etwa 1100 C der erste etwa ein Drittel des Gesamtstromes umfassende Teil um
220 C (auf 880 C) abgekühlt sein, wenn er den Behälter 90 verläßt, während der größere
Teil der Lösung nur um einen mäßigen Betrag abgekühlt sein mag, wie beispielsweise
um 50 C (auf 1050 C), wenn er den Behälter 100 verläßt. Durch ein derartiges Abkühlen
eines kleinen Teiles um einen ziemlich großen Betrag und das Abkühlen des größeren
Teiles um einen mäßigen Betrag wird die gesamte Absorptionstemperatur nicht sehr
stark gesenkt (wodurch auch die Absorptionsgeschwindigkeiten nicht sehr vermindert
werden), während die Menge des aus der Druckminderung erzeugten und als Behandlungsdampf
nutzbaren Dampfes im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform beträchtlich
angewachsen ist, da in dieser Ausführungsform nach Fig. 1 nur ein Teil des Gesamtstromes
der Druckminderung unterworfen wird. Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist somit besonders
vorteilhaft. Sie gestattet eine große Dampferspaarnis, während zu gleicher Zeit
die Konzentration von C O2 und/oder H2 S in dem Rohgas auf niedrige Restkonzentrationen,
wie etwa bis 0,1 bis 0,5 0/o und weniger, herabgedrückt werden kann.
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Durch die Verwendung eines kühlenden Stromes der in den Kopf der
Absorberkolonne eintretenden Lösung wird die Herabsetzung der Restkonzentration
des C O2 und/oder H2S auf einen niedrigen Wert durch Senkung des Partialdruckes
dieser Gase über der Lösung unterstützt, wie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert
wurde. Darüber hinaus vermindert die weitergehende Regeneration des kleinerenDampfteiles
in Verbindung mit seiner verhältnismäßig niedrigeren Temperatur nach der Druckminderung
den Partialdruck des C O2 und/oder H2S über der Lösung am Kopf des Absorbers, wodurch
weitere Senkungen der Restkonzentration des C O2 und/oder H2S mit gutem thermischem
Wirkungsgrad, d. h. mit wirtschaftlicher Dampfhaltung möglich gemacht wird. Es ist
klar, daß das System nach Fig. 3 mit oder ohne das Merkmal der vollständigeren Regeneration
des in den Absorberkopf eintretenden Stromes betrieben werden kann.
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Durch die Erfindung wird eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrades
in Form eines verminderten Dampfbedarfes von beispielsweise 15 bis
50
ovo möglich gemacht, indem der durch das Kühlen der Lösung kurz vor deren Eintritt
in den Absorber gewonnene doppelte Vorteil- ausgenutzt und die während des Kühlvorganges
aus der Lösung entnommene Energie wiedergewonnen wird. Oft kann ein überwiegender
Teil des für den Prozeß erforderlichen Dampfes oder sogar der gesamte erforderliche
Dampf durch die Kombination des dem Thermokompressor zugeführten Treibdampfes mit
dem durch Druckminderung über der regenerierten Lösung entwickelten Dampf beschafft
werden. So kann in einigen Fällen die Dampfschlange 15 am Boden der Kolonne 13,
die Dampfschlange 53 in der Kolonne 51 oder die Schlange 84 in Kolonne 82 fortgelassen
oder außer Betrieb gesetzt werden. In den meisten Fällen wird jedoch eine geschlossene
Dampfschlange in der Regenerationskolonne wünschenswert sein, um über ein bequemes
Mittel zu verfügen,- mit dem Wasser aus der Lösung ausgekocht werden kann (wobei
das Wasser beispielsweise durch Kondensation von im Rohgas anwesenden Wasserdampf
oder durch Kondensation von dem Thermokompressor zugeführten Treibdampf eingeleitet
wird), um dadurch die Konzentration ständig auf die gewünschte Höhe einzustellen.
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Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Vorteile der Erfindung,
insbesondere die hervorstechenden Vorteile der in den Fig. 1 und 3 dargestellten
Ausführungsformen: Beispiel 1 283 m3/h eines Fischer-Tropsch-Synthesegases mit einem
Gehalt von 25 O/o C O2 und dem Rest CO und H2 wurde bei einer Temperatur von 1160
C (bei dieser Temperatur mit Wasserdampf gesättigt) in eine unter einem Druck von
21 atü gehaltene Absorberkolonne eingeführt. Zwei Ströme einer wäßrigen Lösung mit
einem Gehalt von 40 Gewichtsprozent Kaliumcarbonat wurden in die Absorberkolonne
eingeführt. Der eine Strom tritt über die Leitung 5 mit 900 C in den Kopf des Absorbers
mit einer Geschwindigkeit von 1520 Vh ein, während ein zweiter Strom mit 15201/h
und mit 1100 C über die Leitung 6 auf einer niedrigeren Höhe eintritt. Das gereinigte
Gas mit einem Gehalt von 0,50/0 C 0.> wird dem Kopf der Absorberkolonne mit einer
Geschwindigkeit von 214 m3/h entnommen. Eine Gesamtmenge C O2 von 69,7 m3/h verläßt
den Kopf der Regenerationskolonne. Die Waschlösung wird aus dem Boden der Absorberkolonne
bei 1150 C abgezogen und nach ihrem Durchgang durch ein Druckminderventil in den
Kopf der Regenerationskolonne eingeleitet, in der im wesentlichen atmosphärischer
Druck herrscht. Infolge des Druckverlustes beim Durchgang durch die Packung der
Kolonne beträgt der Druck am Boden der Regenerationskolonne 0,21 atü.
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Am Boden des Regenerators wird nahezu 61,2 kg/h Dampf bei 1,4 bis
1,76 atü einer geschlossenen Dampfschlange zugeführt, während 88,4 kg/h Frischdampf
am Boden des Regenerators 13 durch die Leitung 31 vom Thermokompressor her eingespritzt
wird.
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Die regenerierte Lösung verläßt den Boden der Kolonne 13 über die
Leitung 20 mit einer Temperatur von 1100 C und wird in zwei Ströme aufgespalten.
1520 l/h werden mit einer Temperatur von 1100C über die Leitung 6 zurück zum Absorber
ge-
leitet, und 760 l/h werden dem Verdampferbehälter 25 zugeführt, in dem der Druck
über der Lösung mittels des Thermokompressors auf etwa 0,5 ata reduziert wird, wodurch
die Entwicklung von 29,5kg/h Dampf mit 0,5 ata hervorgerufen wird.
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Dieser Dampf geht durch den Thermokompressor.
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Dadurch kühlt sich die Lösung auf 900 C ab und wird nach der Abkühlung
in den Kopf des Absorbers mit einer Geschwindigkeit von 760 lih eingespeist.
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Der Thermokompressor wird mit etwa 59 kglh Treibdampf mit 4,2 atü
gespeist. Der thermische Wirkungsgrad des Vorganges, der sich auf der reinen Dampfzufuhr
von außen gründet (d. h. daß 63,5 kg/h der Dampfschlange zugeführt werden plus den
59 kg/h Treibdampf), wird ausgedrückt in der Menge des pro Kilogramm Dampf entzogenen
C O2 und ist äquivalent 581 1 trockenen C 0.2 pro Kilogramm Dampf. Wenn die Druckminderung
auf den kleineren Stromanteil nicht ausgeführt wird, würde der durch dieses Verfahren
wiedergewonnene Dampf (29,5 kg) von äußeren Quellen zugeführt werden müssen. Der
thermische Wirkungsgrad würde in diesem Falle nur 468 1/kg betragen. Somit ergibt
sich eine Dampfersparnis von etwa 20°/a.
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Beispiel 2A Es wurde ein System nach Fig. 2 verwendet. In den unter
einem Druck von 21 atü gehaltenen Absorber 42 wurde die gleiche Rohgaszufuhr wie
in Beispiel 1 bei gleicher Temperatur, Sättigung und Strömungsgeschwindigkeit eingeleitet,
und das C Q2 wurde in der gleichen Konzentration, nämlich mit 0,50/0, nach unten
abgezogen. Die regenerierte Lösung wurde mit 1100 C mittels der Leitung 58 abgezogen
und dem Verdampfungsbehälter 59 zugeführt, wo der Druck auf etwa 0,92 ata gesenkt
wurde. Dies hatte eine Entwicklung von 32,5 kg Dampf bei 0,92 ata zur Folge, der
durch den Thermokompressor hindurch ging, der seinerseits mit 32,5kg/h Treibdampf
mit 4,2 atü gespeist wurde. Die Lösung wurde dadurch von 1100 C auf 1050 C abgekühlt
und bei dieser Temperatur dem Kopf des Absorbers über die Leitung 44 mit einer Geschwindigkeit
von 229 l/h wieder zugeführt. Ungefähr 134 kg/h Dampf von 1,4 bis 1,76 atü wurde
in die Dampfschlange am Boden der Kolonne eingespeist, um eine zusätzliche Wärme
für das Sieden der Lösung zu liefern. Der erforderliche, ausschließlich von außen
zuzuführende Dampf (Treibdampf plus Schlangendampf) betrug etwa 154 kg/h. Geht man
yon dem erforderlichen, nur von außen zuzuführenden Dampf aus, so war der thermische
Wirkungsgrad äquivalent 4561 trockenen CO2, das pro Kilogramm Dampf entfernt wurde,
wobei diese Menge im Gegensatz zu dem Wirkungsgrad von 5811/kg in der Anlage nach
Beispiel 1 einen erheblichen Unterschied zeigt. Die mittlere Temperatur der Lösung
im Absorber ist im Beispiell und im Beispiel 2 A im wesentlichen gleich, sofern
für im wesentlichen gleiche Absorptionsgeschwindigkeiten gesorgt wird. Somit wird
bei Verwendung von Absorberkolonnen gleicher Größe bei Anwendung des aufgespalteten
Stromes mit der Anordnung nach Fig. 1 ein wesentlicher höherer thermischer Wirkungsgrad
erzielt.
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Wenn jedoch die Druckminderung nicht angewandt worden wäre, hätte
der durch dieses Verfahren wiedergewonnene Dampf (32,5 kg/h) von äußeren Quellen
zugeführt werden müssen, wodurch der
thermische Wirkungsgrad des
in Fig. 2 dargestellten Systems auf 375 1 entferntes C O2 pro Kilogramm verbrauchten
Dampfes vermindert sein würde.
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Beispiel 2B Beispiel 2 A wurde unter den gleichen Bedingungen wiederholt
mit der Ausnahme, daß die Druckverminderung auf der Lösung so gewählt wurde, daß
die Lösungstemperatur auf 990 C anstatt auf 1050 C gesenkt wurde, wodurch eine Entwicklung
von 65,7 kg/lt Dampf von 0,63 ata eintrat, der zusammen mit 92 kg/h Treibdampf von
4,2 atü in den Absorber eingespeist wurde. Die Schlange 53 wurde mit 28,5 kg/h Dampf
von 1,4 bis 1,76 atü gespeist. In diesem Fall ergab sich ein höherer thermischer
Wirkungsgrad als bei Beispiel 1, nämlich 581 1 CO2, die pro Kilogramm verbrauchten
Dampfes ausgezogen wurden. Das ergab eine Dampfersparnis von 35 0/o im Gegensatz
zu einem gleichen System ohne Minderung des Druckes über der regenerierten Lösung.
Die mittlere Temperatur der in den Absorber eintretenden Lösung wurde jedoch um
etwa 50 C weniger als im Beispiel 1 gesenkt, was eine Verminderung der Absorptionsgeschwindigkeit
zur Folge hatte und die Verwendung größerer Absorptionskolonnen erforderte.
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Beispiel 3 Es wurde das System nach Fig. 3 verwendet. Der unter einem
Druck von 21 atü gehaltenen Absorberkolonne wurde der gleiche Rohgasstrom wie im
Beispiel 1 bei gleicher Temperatur, Sättigung und Strömungsgeschwindigkeit zugeführt.
Vom Kopf der Absorberkolonne wurde gereinigtes Gas mit einem Gehalt von 0,5°/o CO2
abgezogen. In den Absorber wurden zwei Ströme von Lösungen eingeführt, von denen
der eine mit einer Temperatur von 900 C und mit einer Geschwindigkeit von 760 1/lt
über die Leitung74 und der andere mit einer Temperatur von 1040 C und einer Geschwindigkeit
von 1520 l/h über die Leitung 75 eingeleitet wurde. Der größere Teil des Gesamtstromes,
nämlich ein Strom mit der Geschwindigkeit von 1520 1/lot wurde mittels der Leitung
99 von der Absorberkolonne bei 1100 C abgezogen und dem Verdampferbehälter 100 zugeführt,
in dem der Druck auf 0,84 ata herabgesetzt ist, wodurch die Entwicklung von 25,4
kg/h Dampf bei 0,84 ata und die Kühlung der Lösung auf 1040 C bewirkt wird. Die
gekühlte Lösung wird mit dieser Temperatur (1040 C) über die Leitung 75 in den Absorber
gespeist. Der im Behälter100 entwickelte Dampf wird zusammen mit dem über die Leitung
105 in den Thermokompressor mit einem Durchsatz von 25,4 kg/lt bei 4,2 atü eingedrückten
Treibdampf über die Leitung 106 in den Absorber einge spritzt.
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Uber die Leitung 89 wird aus dem Boden der Kolonne 82 ein kleinerer
Teil der Lösung (760 l/h) abgezogen und einem Verdampferbehälter 90 zugeführt, in
dem der Druck auf 0,49 ata gesenkt ist. Dadurch wird eine Kühlung der Lösung auf
900 C und eine Entwicklung von 29,4 kg/h Dampf bei 0,49 ata hervorgerufen. Dieser
Dampf wird zusammen mit 45,4 kg/h Treibdampf von 4,2 atü über die Leitung 96 in
die Kolonne 92 eingeführt. Die Schlange 84 wird mit 14,5 kg/lt Dampf mit 1,4 bis
1,76 atü gespeist. Die aus dem Behälter 90 kommende gekühlte Lösung von 900 C wird
über die Leitung 72 zurück
zum Kopf des Absorbers gefördert. Auf der Grundlage des
Bedarfs an von außen zugeführtem Dampf (85kg/h einschließlich Schlangen- und Treibdampf)
wurde ein thermischer Wirkungsgrad von 812 1 C 2 pro Kilogramm verbrauchten Dampfes
erzielt, wäh rend im Beispiel 1 vergleichsweise ein Wert von 5811/kg erreicht wurde.
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Wenn die Druckminderung auf den größeren und kleineren Stromanteil
nicht vorgenommen wird, sondern der kleinere Stromanteil stattdessen nur mittels
eines indirekten Kühlers auf 900 C gekühlt würde, ohne daß eine Kühlung des größeren
Stromanteiles vorgenommen werden würde, würde der thermische Wirkungsgrad bis auf
etwa 500 1 C O2 pro Kilogramm verbrauchten Dampfes heruntergehen. Das im Beispiel
3 erläuterte Verfahren gewährleistet also eine Dampfersparnis von 39 0/o.