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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid,
Schwefelverbindungen, Wasser und aromatischen und höheren aliphatischen
Kohlenwasserstoffen aus technischen Gasen. – Technische Gase meint dabei
insbesondere Erdgas und/oder Roh-Synthesegas. Mit Schwefelverbindungen
sind erfindungsgemäß insbesondere
Schwefelwasserstoff sowie in Erdgas und Roh-Synthesegas vorhandene organische Schwefelverbindungen
gemeint. Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff gehören zu den
im Erdgas und Roh-Synthesegas vorhandenen sogenannten Sauergaskomponenten. – Aus Erdgas
müssen
neben der Entfernung von Sauergaskomponenten sowie Schwefelwasserstoff
und Kohlendioxid insbesondere auch die im rohen Erdgas enthaltenen
Wasserdampfanteile entfernt werden. Wenn das Erdgas außerdem auch
aromatische Kohlenwasserstoffe und höhere aliphatische Kohlenwasserstoffe
enthält,
können
diese zweckmäßigerweise
durch Absorption an einem Absorbens als Wertstoff gewonnen werden.
Dann ist grundsätzlich
bei einer Regeneration des Absorbens dafür Sorge zu tragen, dass keine
oder nur geringe Mengen dieser Kohlenwasserstoffkomponenten an die
Umwelt abgegeben werden bzw. emittiert werden.
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Grundsätzlich ist
es bekannt, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus technischen
Gasen, wie Erdgas und Synthesegas mit Hilfe chemischer Absorptionsmittel,
beispielsweise mit Ethanolaminen, Alkalisalzlösungen und dergleichen zu entfernen.
Bei Verwendung chemischer Waschmittel liegt das Absorbens in wässriger
Lösung
vor. Aus diesem Grunde ist im Anschluss an die Absorption von Schwefelwasserstoff
und Kohlendioxid eine Trocknung des technischen Gases erforderlich.
Vorzugsweise erfolgt diese Trocknung mit Hilfe einer Glykolwäsche oder
durch Molsiebadsorption. Beispielsweise bei einer Trocknung in Glykol
werden neben dem Wasser auch aromatische Kohlenwasserstoffe und höhere aliphatische
Kohlenwasserstoffe teilweise aus dem Erdgas entfernt. Bei einer
Regeneration der Waschlösung
gelangen diese Kohlenwasserstoffe in nachteilhafter Weise in die
Umgebung, was entsprechend den gesetzlichen Vorschriften nur bis
zu gewissen Grenzen tolerierbar ist.
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Aus
US 3 773 896 ist die Verwendung
von Morpholinderivaten als Absorptionsmittel für Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid
bekannt. Durch thermische Regenerierung des Absorptionsmittels bei
der Temperatur von 80°C
können
70% bis 80% der absorbierten Schwefelverbindungen und 55% bis 65%
des absorbierten Kohlendioxids aus dem Absorbens abgetrennt werden.
Diese begrenzte Desorption der gelösten Gase aus dem beladenen
Absorbens ist nachteilig, da die in Lösung bleibenden Gasanteile
die Absorption von Kohlendioxid, Schwefelkomponenten und Wasser
aus dem Rohgas behindern und niedrige Restkonzentrationen im gereinigten
Gas nicht erlauben.
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Aus
DE 1 568 940 A1 ist
es fernerhin bekannt, dass Morpholinderivate eine hohe Affinität für aromatische
Kohlenwasserstoffe besitzen und daher zur Entfernung dieser aromatischen
Kohlenwasserstoffe aus dem Erdgas eingesetzt werden können.
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Außerdem ist
die Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus technischen
Gasen mittels physikalischer Absorptionsmittel wie beispielsweise
Polyethylenglykoldimethylether, Propylencarbonat oder Methanol bekannt.
Um die gelösten
Sauergaskomponenten aus den physikalischen Waschflüssigkeiten wieder
weitestgehend zu entfernen, ist fernerhin das Strippen der gelösten Gaskomponenten
unter Verwendung von inerten Strippgasen, wie beispielsweise Stickstoff,
bekannt. Das inerte Strippgas wird dabei in einer Desorptionskolonne
im Gegenstrom zu dem mit den Sauergaskomponenten beladenen Absorbens
geführt. Die
gelösten
Gaskomponenten werden dabei von dem inerten Gas aufgenommen und
werden über
den Kopf der Desorptionskolonne abgezogen.
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Fernerhin
ist es bekannt, Wasser zum Absorbens zuzusetzen, welches über eine
indirekte Wärmezufuhr
im Sumpf der Desorptionskolonne verdampft wird. Hierdurch wird die
Strippdampfmenge erzeugt, die erforderlich ist, um die gelösten Gaskomponenten
aus dem Absorbens auszutreiben. Dieses Verfahren wird insbesondere
durchgeführt,
um die Verdampfungstemperaturen im Sumpf des Desorbers niedrig zu
halten, damit eine thermische Zersetzung des Absorbens aufgrund
zu hoher Sumpftemperaturen vermieden wird. Wegen der vollständigen Mischbarkeit
von Morpholinderivaten mit Wasser kann dieses Verfahren auch für die Entfernung
von Sauergaskomponenten aus Morpholinderivaten genutzt werden. Dieses
letztgenannte Verfahren weist jedoch den beachtlichen Nachteil auf,
dass der Wasseranteil im Absorbens nicht zur Sauergasabsorption beiträgt und als
Ballastmenge mit dem Absorbenskreislauf transportiert werden muss.
Außerdem
ist durch die Vorbeladung des Absorbens mit Wasser eine effektive
Entfernung der Wasseranteile aus dem technischen Gas nicht möglich.
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Die
DE 19 753 903 A1 zeigt
ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelverbindungen
aus technischen Gasen, bei dem das zu reinigende Gas durch Absorption
mit Morpholinderivaten in einem Absorber bei erhöhtem Betriebsdruck von den
Sauergaskomponenten befreit wird. Das mit den Sauergaskomponenten
beladene Absorbens wird regeneriert und in den Absorber zurückgeführt. Als
Absorbens wird eine Mischung aus N-Formylmorpholin und N-Acetylmorpholin
verwendet.
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Im
Lichte der vorstehend erläuterten
Problematik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde,
ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem einerseits
eine vollständige
Entfernung von insbesondere Sauer gaskomponenten, Wasser und aromatischen
und höheren
aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit Hilfe eines Absorbens möglich ist
und mit dem andererseits eine möglichst
vollständige
Regenerierung des Absorbens bzw. eine möglichst vollständige Entfernung
der genannten Komponenten aus dem Absorbens möglich ist.
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Zur
Lösung
dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur
Entfernung von Kohlendioxid, Schwefelverbindungen, Wasser und aromatischen
und höheren
aliphatischen Kohlenwasserstoffen aus technischen Gasen,
wobei
das zu reinigende Gas durch Absorption bei erhöhtem Betriebsdruck in einer
ersten Absorptionsstufe von Wasser und Kohlenwasserstoffen befreit
wird, wobei in dieser ersten Absorptionsstufe als Absorbens zumindest
ein Morpholinderivat eingesetzt wird und wobei dieses Absorbens
mit Sauergaskomponenten beladen ist,
wobei das in der ersten
Absorptionsstufe behandelte Gas durch Absorption bei erhöhtem Betriebsdruck
in einer zweiten Absorptionsstufe von Sauergaskomponenten befreit
wird, wobei in dieser zweiten Absorptionsstufe als frisches regeneriertes
Absorbens zumindest ein Morpholinderivat eingesetzt wird
und
wobei das in der zweiten Absorptionsstufe enthaltene mit Sauergaskomponenten
beladene Absorbens teilweise in der ersten Absorptionsstufe als
Absorbens eingesetzt wird und teilweise mit Hilfe eines Strippgases regeneriert
wird, wobei das Strippgas durch Teilverdampfung des beladenen Absorbens
erzeugt wird. – Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Absorbens teilweise von
den absorbierten Komponenten durch Druckabsenkung bzw. thermische
Regeneration befreit wird. Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung,
dass das Strippgas durch Teilverdampfung des beladenen Absorbens
im Unterdruck erzeugt wird.
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Absorption
bei erhöhtem
Betriebsdruck meint im Rahmen der Erfindung, dass die Absorption über Normaldruck
bzw. über
1 bar durchgeführt
wird. Mit anderen Worten wird bevorzugt eine Absorptionskolonne mit
einem Betriebsdruck oberhalb 1 bar betrieben. – Nach sehr bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung wird die Absorption bei einem Betriebsdruck von 10
bis 150 bar durchgeführt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird als Absorbens zumindest ein Morpholinderivat
aus der Gruppe "N-Formylmorpholin,
N-Acetylmorpholin, N-Propionylmorpholin, etc." eingesetzt. Es liegt im Rahmen der
Erfindung, dass als Absorbens lediglich N-Formylmorpholin (NFM)
oder lediglich N-Acethylmorpholin (NAM) verwendet wird. Nach sehr
bevorzugter Ausführungsform
wird als Absorbens eine Mischung von zwei Morpholinderivaten eingesetzt.
Nach bevorzugter Ausführungsform,
der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, wird als
Absorbens eine Mischung aus N-Formylmorpholin (NFM) und N-Acetylmorpholin
(NAM) verwendet. Das Mischungsverhältnis reicht, jeweils auf 100
Massenteile bezogen, von 10 bis 90 Massenteile NFM und 90 bis 10
Massenteil NAM. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Absorbens
30 bis 70 Massenteile NFM und 70 bis 30 Massenteile NAM, jeweils
zu 100 Massenteilen ergänzt.
Das Absorbens kann außerdem
auch 0,1 bis 5 Massenteile Wasser enthalten.
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Nach
sehr bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung wird das Absorbens mit einer Temperatur von –20°C bis +40°C in zumindest
einem Absorber eingesetzt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird
die Absorption in dem zumindest einen Absorber bei einer Temperatur
von –15°C bis +10°C durchgeführt. Nach einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Absorption bei einer Temperatur von –20°C bis 0°C durchgeführt.
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Vorzugsweise
wird die separate Absorptionsstufe zur Absorption von Wasser und
Kohlenwasserstoffen bei einem Betriebsdruck von 10 bis 150 bar betrieben
und zweckmäßigerweise
wird als Absorbens eine Mischung von N-Formylmorpholin (NFM und
N-Acetylmorpholin (NAM) eingesetzt. Bevorzugt wird dabei das oben
als vorteilhaft herausgestellte Mischungsverhältnis von NFM und NAM eingestellt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Absorbens mit einer Temperatur
von –20°C bis +40°C in der
separaten Absorptionsstufe zur Absorption von Wasser und Kohlenwasserstoffen
eingesetzt wird. Nach einer Ausführungsform
beträgt
die Temperatur –15°C bis +10°C. Vorzugsweise
beträgt
die Temperatur –20°C bis 0°C.
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Zweckmäßigerweise
wird die separate Absorptionsstufe zur Absorption der Sauergaskomponenten bzw.
die entsprechende Absorptionskolonne bei einem Betriebsdruck von
10 bis 150 bar betrieben. Vorzugsweise wird als Absorbens eine Mischung
aus N-Formylmorpholin (NFM) und N-Acetylmorpholin (NAM) eingesetzt,
wobei bevorzugt das oben bereits erläuterte Mischungsverhältnis eingestellt
wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Absorbens in der
separaten Absorptionsstufe zur Absorption der Sauergaskomponenten
mit einer Temperatur von –20°C bis +40°C eingesetzt
wird. Nach einer Ausführungsform
beträgt
die Temperatur –15°C bis +10°C. Nach bevorzugter
Ausführungsform
beträgt
die Temperatur –20°C bis 0°C.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass die aus dem technischen Gas
zu entfernenden Komponenten, nämlich
Kohlendioxid, Schwefelverbindung, Wasser, aromatische Kohlenwasserstoffe
und höhere
aliphatische Kohlenwasserstoffe möglichst vollständig von
den Morpholinderivaten absorbiert werden. Das mit diesen absorbierten
Komponenten beladene Absorbens wird dann mit Hilfe eines Strippgases
regeneriert. Dazu wird das beladene Absorbens vorzugsweise vollständig oder
als Teilstrom in einen Desorber bzw. in eine Desorptionskolonne
eingeführt,
wo erfindungsgemäß die Regeneration
des beladenen Absorbens mit Hilfe des Strippgases bzw. Strippdampfes
erfolgt. Das zur Regeneration des Absorbens erforderliche Strippgas
wird erfindungsgemäß durch
Teilverdampfung des aus der Absorption abgezogenen beladenen Absorbensstrom
oder eines Absorbensteilstromes erzeugt. Nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung wird die Teilverdampfung des beladenen Absorbens bei
einem Druck von 0,1 bis 0,7 bar (absolut) vorzugsweise bei einem
Druck von 0,2 bis 0,4 bar (absolut) durchgeführt. Zweckmäßigerweise wird die Teilverdampfung
im Sumpf einer Desorptionskolonne durchgeführt. Es liegt also im Rahmen
der Erfindung, dass die Regeneration des Absorbens in dem Desorber
bzw. in der Desorptionkolonne durch Teilverdampfung des Absorbens
unter Unterdruck erzielt wird. Hierdurch werden im Übrigen auch
die Stabilität
des Absorbens gefährdende
unzulässig
hohe Temperaturen vermieden. Der bei der Teilverdampfung entstehende
dampfförmige
Anteil des Absorbens dient als Strippmedium, mit dem gleichsam der
flüssigförmige Anteil
des Absorbens von den aus dem zu behandelnden technischen Gas absorbierten
Komponenten wie Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Wasser, aromatische Kohlenwasserstoffe
und höhere
aliphatische Kohlenwasserstoffe nahezu vollständig befreit wird. – Nach sehr bevorzugter
Ausführungsform
der Erfindung wird die Teilverdampfung des Absorbens im Sumpf einer
Desorptionskolonne bzw. im Desorbersumpf aus dem Absorbens erzeugt.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum einen eine überraschend
vollständige
Entfernung von Sauergaskomponenten, Wasser und auch von aromatischen
Kohlenwasserstoffen sowie von höheren
aliphatischen Kohlenwasserstoffen problemlos möglich ist. Zum anderen ist
auch eine überraschend
vollständige
Regenerierung des mit den genannten Komponenten beladenen Absorbens
möglich,
wenn nach dem Verfahren gemäß Patentanspruch
1 gearbeitet wird. Überraschenderweise
wird das Absorbens dabei nahezu vollständig von den Sauergaskomponenten,
Wasseranteilen und den Kohlenwasserstoffen befreit. Der Fachmann
konnte nicht erwarten, dass eine so vollständige Regeneration des mit
den mehreren Komponenten beladenen Absorbens möglich ist, wenn erfindungsgemäß das für die Regenerierung
erforderliche Strippgas aus dem Absorbens durch Teilverdampfung
erzeugt wird. Durch die erfindungsgemäße Teilverdampfung des Absorbens,
bevorzugt im Desorbersumpf unter Unterdruck, wird der für die Regeneration
benötigte
Energieaufwand gegenüber
einer eingangs beschriebenen bekannten Regeneration, bei der das
Strippgas durch Verdampfung des dem Absorbens zugegebenen Wassers
erzeugt wird, deutlich vermindert. Dies resultiert daher, dass die
einem physikalisch wirkenden Absorbens zugegebene Wassermenge keinen
Beitrag zur Absorption von Kohlendioxid und Schwefelkomponenten
leistet, wodurch sich die im Kreis geführte Lösungsmittelmenge erhöht, was
einen höheren
Energiebedarf bzw. Energiekostenbedarf gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Folge hat. Der bei der erfindungsgemäßen Regeneration im Desorber
aufzuwendende Energiebedarf für
die Verdampfung der benötigten
Strippgasmenge aus dem Absorbens ist im Übrigen im Vergleich zu dem
bekannten Verfahren deutlich geringer, da die Verdampfungswärme der
Morpholinderivate nur 1/4 der Verdampfungswärme des Wasser beträgt.
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Nach
sehr bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung werden die aus dem Absorbens befreiten Gaskomponenten
am Kopf des Desorbers bzw. der Desorptionskolonne abgezogen und
werden Wasser und Kohlenwasserstoffe durch Partialkondensation der
Gaskomponenten auskondensiert und wird eine wässrige flüssige Phase und eine kohlenwasserstoffhaltige
flüssige
Phase gewonnen. Kohlenwasserstoffhaltige flüssige Phase meint insbesondere
eine flüssige
Phase, die aromatische Kohlenwasserstoffe und höhere aliphatische Kohlenwasserstoffe
enthält.
Es liegt somit im Rahmen der Erfindung, dass durch Partialkondensation
in einem Partialkondensator zwei separate flüssige Phasen gewonnen werden.
Nach bevorzugter Ausführungsform wird
ein Teil der wässrigen
flüssigen
Phase des Kondensats als Rücklauf
auf den Kopf des Desorbers bzw. der Desorptionskolonne zur Absorbensrückgewinnung
gegeben. Vorzugsweise wird ein Teilstrom der wässrigen flüssigen Phase, der mengenmäßig dem
aus dem zu behandelnden Gasstrom absorbierten Wasser entspricht, ausgeschleust.
Nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung wird die bei der Partialkondensation anfallende kohlenwasserstoffhaltige
flüssige
Phase, welche die aromatischen und die höheren aliphatischen Kohlenwasserstoffe
enthält,
als wertstoffhaltiges Produkt aus dem Prozess ausgeschleust.
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Nach
sehr bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung werden die aus dem Desorber abgezogenen Sauergaskomponenten
auf den Betriebsdruck der Absorption verdichtet. Vorzugsweise werden
die die Partialkondensation bzw. den Partialkondensator verlassenden
Sauergaskomponenten in den Absorber zurückgeführt. Bei den Sauergaskomponenten
handelt es sich insbesondere um Kohlendioxid, Schwefelkomponenten sowie
restliche leichte Kohlenwasserstoffe. Die Sauergaskomponenten enthalten
noch geringe Mengen an aromatischen und höheren aliphatischen Kohlenwasserstoffen.
Zweckmäßigerweise
wird der gesamte die Partialkondensation bzw. den Partialkondensator
verlassende Sauergasstrom mit Hilfe eines Kompressors auf den Druck
der Absorption verdichtet und in die Absorption zurückgeführt. Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass dieser verdichtete Sauergasstrom
in die separate Absorptionsstufe zur Absorption der Kohlenwasserstoffe
eingeführt
wird. Dabei werden auf effektive Weise die Restgehalte an aromatischen
und höheren
aliphatischen Kohlenwasserstoffen entfernt. Diese Ausführungsform
zeichnet sich durch besondere Vorteile aus, da im Rahmen dieses
erfindungsgemäßen Verfahrens
eine nachteilhafte Emission der Kohlenwasserstoffe vollständig vermieden
werden kann. – Alternativ
kann der den Desorber verlassende, bevorzugt den Partialkondensator
verlassende Sauergasstrom auch auf die Saugseite eines bei einer
physikalischen Wäsche
immer vorhandenen Recyclegaskompressors gefördert werden. Dabei wird der
Sauergasstrom mit Hilfe des Recyclekompressors zusammen mit dem
Recyclegasstrom zurück
in die Absorption gefördert.
Wenn ein Teil der Sauergaskomponenten, insbesondere für den Fall,
dass Schwefelkomponenten getrennt von Kohlendioxid gewonnen werden
sollen, bei der Regeneration ausgeschleust wird, besteht die Möglichkeit,
die Sauergasfraktion über
einen Desorber bzw. vor der Desorptionskolonne angeordneten Flashbehälter mit
beliebig einzustellenden Druck- und Temperaturbedingungen auszuschleusen.
Im Falle der getrennten Gewinnung von Kohlendioxid und Schwefelkomponenten
liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Kohlendioxid dem nicht
zum Desorber geführten
Absorbensstrom durch Druckabsenkung in einer oder mehreren Stufen
und/oder durch thermische Regeneration bei beliebig einzustellendem
Druck entzogen wird.
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Das
erfindungsgemäß regenerierte
Absorbens wird im Anschluss an die Regenerierung vorzugsweise gekühlt und
anschließend
in die Absorption zurückgeführt. Überraschenderweise
ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
möglich,
Kohlendioxid, Schwefelkomponenten, Wasser, aromatische und höhere aliphatische
Kohlenwasserstoffe aus dem zu behandelnden Gas nahezu vollständig zu
entfernen. Schwefelwasserstoff kann dabei bis auf 1 ppmv, Kohlendioxid
bis unter 10 ppmv und Wasser bis auf 1 ppmv aus dem Gas entfernt
werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt ein Schema einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Ausführungsbeispiel
nach 1 wird ein Rohgasstrom 1 eines technischen
Gases, das insbesondere Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, organische
Schwefelverbindungen, Wasserdampf sowie aromatische Kohlenwasserstoff
und höhere
aliphatische Kohlenwasserstoffe enthält, in einen Absorber 2 eingeführt. Der
Rohgasstrom 1 mag einen hohen Sauergasanteil mit beispielsweise
10 bis 90 Volumen-% Kohlendioxid auf weisen. Der zu reinigende Rohgasstrom 1 wird
in den Sumpf des Absorbers 2 eingeleitet. In dem Absorber 2 werden
im Gegenstrom die in dem Rohgasstrom 1 enthaltenen Wasseranteile,
aromatischen und höheren aliphatischen
Kohlenwassersstoffe und gegebenenfalls Schwefelkomponenten mittels
eines Absorbe, das vorzugsweise aus einer Mischung von NFM und NAM
besteht, absorbiert. Im Absorber 2 ist vorzugsweise ein
Betriebsdruck von 10 bis 150 bar eingestellt. Der Absorber 2 ist
als separate Absorptionsstufe bzw. Absorptionskolonne ausgebildet.
Die Absorptionskolonne kann eine Füllkörperschüttung, eine strukturierte Packung
aufweisen oder mit Böden
ausgestattet sein. Die Absorption im Absorber 2 wird vorzugsweise
bei einer Temperatur von –20°C bis +40°C durchgeführt. Dadurch
wird der Rohgasstrom 1 im Absorber 2 in der Regel
abgekühlt.
Das Absorbens wird zweckmäßigerweise
durch eine Leitung 4 am Kopf des Absorbers 2 zugeführt. Das Absorbens
ist ein Teilstrom des gesamten den Sumpf des unten weiter erläuterten
Absorbers 3 verlassenden Absorbensstroms, der mit Kohlendioxid,
Schwefelwasserstoff und anderen Schwefelkomponenten beladen ist. Dieser
mit Sauergaskomponenten beladene Absorbensstroms wird im Absorber 2 außerdem mit
Wasser und Kohlenwasserstoffen, insbesondere aromatischen und höheren aliphatischen
Kohlenwasserstoffen, beladen. Der auf diese Weise beladene Absorbensstrom
verlässt
den Sumpf des Absorbers 2 und wird dem Desorber 5 zugeführt, in
welchem die Regenerierung des Absorbens stattfindet. Das regenerierte
Absorbens wird vorzugsweise in den weiter unten erläuterten
Absorber 3 zurückgeführt.
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Der
den Absorber 2 verlassende Gasstrom 6, der von
Wasser und Kohlenwasserstoff sowie gegebenenfalls auch von Schwefelkomponenten
gereinigt ist, wird vorzugsweise zunächst mit Hilfe eines Wärmetauschers 7 gekühlt. Als
Kühlmedium
kann sowohl das den Absorber 3 verlassende gereinigte Gas 8 als
auch das durch weiter unten erläuterte
Druckabsenkung abgekühlte
Absorbens 9 genutzt werden.
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Der
Gasstrom 6 wird dann in den Absorber 3 eingeführt und
vorzugsweise bei einem Betriebsdruck von 10 bis 150 bar von den
verbliebenen Sauergaskomponenten befreit. Der Absorber 3 ist
vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel
als separate Absorptionsstufe bzw. Absorptionskolonne zur Absorption
der Sauergaskomponenten ausgebildet. Die Absorptionskolonne kann
eine Füllkörperschüttung oder
eine strukturierte Packung aufweisen oder kann mit Böden ausgestattet
sein.
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Als
Absorbens wird in dem Absorber 3 eine Mischung aus NFM
und NAM verwendet und die Absorption wird hier vorzugsweise bei
einer Temperatur von –20°C bis +40°C durchgeführt. Das
mit Sauergaskomponenten beladene Absorbens 12 wird aus
dem Sumpf des Absorbers 3 abgezogen. Ein Teil dieses mit
den Sauergaskomponenten beladenen Absorbens 12 wird in
den Absorber 2 eingeführt
und der verbleibende Teil wird durch nachfolgend noch erläuterte Druckabsenkung
regeneriert und dem Absorber 3 im Mittelteil wieder zugeführt. – Um die
Absorptionswärme
des Absorbers 3 abzuführen
sind ein oder mehrere Zwischenkühler 10a zur
Kühlung
der in der Absorptionskolonne ablaufenden Absorbenslösung vorgesehen.
Das zu kühlende Absorbens
wird als flüssiger
Seitenstrom 10 auf einem Zwischenboden 11 des
Absorbers 3 abgezogen, gekühlt und im Absorber 3 unterhalb
des Zwischenbodens 11 wieder zugeführt. Das im Absorber 3 gereingte
Gas 8 wird im übrigen
am Kopf des Absorbers 3 abgezogen.
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Nach
bevorzugter Ausführungsform
und im Ausführungsbeispiel
wird das mit den Sauergaskomponenten beladene und aus dem Sumpf
des Absorbers 3 abgezogene Absorbens einer mehrstufigen
Entspannung zugeführt,
soweit es nicht in den Absorber 2 eingeführt wird.
Die mehrstufige Entspannung wird zweckmäßigerweise in einer Anordnung
aus mehreren in Reihe geschalteten Flashbehältern 13a, 13b, 13c durchgeführt und
hier von den Sauergaskomponenten befreit und gleichzeitig abgekühlt. Vorzugsweise
wird das beladene Absorbens 12 zunächst in einen Flashbehälter 13a eingeführt, dessen
Betriebsdruck so ausgelegt ist, daß bei der Entspannung des beladenen
Absorbens 12 in diesem Flashbehälter 13a eine hauptsächlich Kohlenwasserstoff enthaltende
Gasphase 14 anfällt.
Diese Gasphase 14 kann zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel
mittels eines Verdichters 15 auf den Betriebsdruck des
Absorbers 2 verdichtet werden und nach einer bevorzugten
Kühlung
im Wärmetauscher 16 in
den Absorber 2 zurückgeführt werden.
Vorzugsweise ist der Entspannungsdruck des zweiten Flashbehälters 13b so
gewählt,
daß eine
starke Abkühlung
des aus dem Flashbehälter 13a abgezogenen
Absorbens 9 erfolgt. Bevorzugt wird das aus dem Flashbehälter 13b abgezogene
Absorbens 9 zur Kühlung
des zweckmäßigerweise
im Absorbenswärmetauscher 17 bereits
teilweise abgekühlten
Absorbensstroms aus dem Desorber 5 verwendet. Diese letztgenannte
Kühlung
erfolgt in zumindest einem Wärmetauscher 18.
Das den Wärmetauscher 18 verlassende
vorgewärmte
und teilbeladene Absorbens 19 wird vor Eintritt in den
Absorber 3 zweckmäßigerweise
in einem weiteren Flashbehälter 13c entspannt.
Bei dieser Entspannung kühlt
sich das Absorbens auf die für
die Absorption im Absorber 3 erforderliche Betriebstemperatur
ab und wird dabei fernerhin von den noch gelösten Sauergaskomponenten befreit.
Diese Sauergaskomponenten werden bevorzugt über den Kopf des Flashbehälters 13c als
Sauergasstrom 20 abgezogen. Der Betriebsdruck im Flashbehälter 13c wird.
zweckmäßigerweise
so gewählt,
daß sich
eine zur Erzielung der gewünschten
Produktgasreinheit günstige
Restbeladung des Absorbens mit Sauergaskomponenten einstellt. Der
Betriebsdruck des Flashbehälters 13c liegt
bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 1,5 bar (absolut), sehr bevorzugt
im Bereich von 0,4 bis 1,1 bar (absolut). Es liegt im Rahmen der
Erfindung, daß ein
im Flashbehälter 13c gegebenenfalls
notwendiger Unterdruck durch einen Verdichter 21 erzeugt
wird, der den Flashbehälter 13c verlassenden
Gasstrom 20 auf einen erforderlichen Abgabedruck des Sauergases
verdichtet. – Das
den Flashbehälter 13c verlassende
regenerierte und abgekühlte
Absorbens wird vorzugsweise über
eine Leitung 22 dem Mittelteil des Absorbers 3 zugeführt, wo
das Absorbens erneut für
die Entfernung der Sauergaskomponenten aus dem Gasstrom 6 zur
Verfügung
steht.
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Das
den Absorber 2 verlassende beladene Absorbens 23 wird
vorzugsweise zunächst
in einen Flashbehälter 24 eingeführt, dessen
Betriebsdruck zweckmäßigerweise
so ausgelegt ist, daß bei
der hier stattfindenen Entspannung des beladenen Absorbens 23 eine
hauptsächlich
Kohlenwasserstoffe enthaltende Gasphase 25 anfällt. Diese
Gasphase 25 wird bevorzugt mit Hilfe des Verdichters 15 auf
den Betriebsdruck des Absorbers 2 verdichtet und vorzugsweise
nach einer Kühlung
in einem Wärmetauscher 16 in
den Absorber 2 zurückgeführt. Das
Absorbens 26 wird aus dem Flashbehälter 24 abgezogen,
vorzugsweise im Absorbens-Wärmetauscher 17 erwärmt und
anschließend
zweckmäßigerweise
einem Flashbehälter 27 zugeführt. Der
Flashbehälter 27 wird
bevorzugt mit erhöhtem,
maximal dem Betriebsdruck des Absorbers 2 entsprechendem
Druck betrieben. Der in diesem Flashbehälter 27 eingestellte
Druck ist vorzugsweise nur wenig niedriger als der Betriebsdruck
des Absorbers 2. Eine besonders effektive Abtrennung der
gelösten
Sauergase wird bei einer intensiven Vorwärmung des beladenen Absorbens 26 erreicht.
Dadurch kann der größte Teil
des in dem beladenen Absorbens 26 gelösten Sauergases bei einem Druck,
der dem Betriebsdruck des Absorbers 2 entspricht oder vorzugsweise
nur geringfügig
kleiner ist, geflasht werden. Zweck mäßigerweise wird der den Flashbehälter 27 verlassende
Sauergasstrom 28 in einem Kühler 29 abgekühlt und
als Sauergasstrom 30 ausgeschleust. Das in dem Sauergasstrom 28 noch
vorhandene dampfförmige
Lösungsmittel
sowie aromatische und höhere aliphatische
Kohlenwasserstoffe werden vorzugsweise auskondensiert und als Kondensatstrom 31 vor
den Desorber 5 zurückgeführt. Das
mit Sauergaskomponenten restbeladene Absorbens 32 wird
zur Regenerierung in den Desorber 5 eingeführt, wo
es vorzugsweise auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Der
Desorber 5 wird bevorzugt bei einem Unterdruck von 0,1
bis 0,7 bar (absolut), sehr bevorzugt 0,2 bis 0,4 bar (absolut) betrieben.
Die Regenerierung erfolgt hier durch Strippen mit Strippgas, das
durch Teilverdampfung des Absorbens erzeugt wird. Dabei werden die
restlichen Sauergaskomponenten freigesetzt.
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Für die Desorption
bzw. als Desorber 5 wird vorzugsweise eine Desorptionskolonne
verwendet, die eine Füllkörperschüttung oder
eine strukturierte Packung aufweisen kann oder mit Böden ausgestattet
ist. In einem Reboiler 33 wird indirekt mit Hilfe von Dampf
oder einem anderen geeigneten Wärmeträger erreicht,
daß das
Absorbens thermisch durch Strippen mit Strippgas bzw. mit Absorbensdämpfen regeneriert
wird. Am Kopf des Desorbers 5 wird eine sauergasreiche
Dampfphase 34 abgezogen und bevorzugt in einem Partialkondensator 35 gekühlt. Dabei
werden die in der Dampfphase 34 enthaltenen aromatischen
und höheren
aliphatischen Kohlenwasserstoffe und das Wasser auskondensiert.
Es bilden sich somit eine separate wäßrige flüssige Phase sowie eine separate
kohlenwasserstoffhaltige flüssige
Phase. Beide Fraktionen können
mit Hilfe des Behälters 36 voneinander
getrennt werden. Ein Teil der wäßrigen Phase 37 wird
als Rücklauf
auf den Kopf des Desorbers 5 zurückgeführt. Ein anderer Teil der wäßrigen Phase 37,
der der Menge des aus dem Rohgasstrom 1 entfernten Wassers
entspricht, wird aus dem Prozeß ausgeschleust.
Die kohlenwasserstoffhaltige Phase wird als Produktstrom 38 ebenfalls
aus dem Prozeß ausgeschleust.
Die den Partialkondensator 35 verlassenden, nicht kondensierten
Gaskomponenten, wie Kohlendioxid, Schwefelkomponenten und leichte
Kohlenwasserstoffe, werden mit Hilfe eines Verdichters 39 auf
einen Abgabedruck verdichtet und verlassen den Prozeß als Sauergasstrom 30.
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Die
von den gelösten
Sauergaskomponenten fast vollständig
befreite Absorbenslösung 40 wird
am Sumpf des Desorbers 5 abgezogen und vorzugsweise mit
einer Kreislaufpumpe 41 zum Kopf des Absorbers 3 zurückgeführt. Zweckmäßigerweise
wird die Wärme
der heißen
regenerierten Lösung 40 mittels
eines Absorbenswärmetauschers 17 an
das beladene Absorbens 26 übertragen. Vor Eintritt in
den Absorber 3 wird das regenerierte Absorbens bevorzugt
mit Hilfe eines Wärmetauschers 18 auf
eine bevorzugte Absorptionstemperatur von –20°C bis +40°C gebracht. Dann steht das regenerierte
und gekühlte
Absorbens für
eine erneute Entfernung von Sauergaskomponenten im Absorber 3 zur
Verfügung.
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Der
Sauergasstrom
30, der neben Kohlendioxid, Schwefelverbindungen
und Wasser auch geringe Anteile an aromatischen und höheren aliphatischen
Kohlenwasserstoffen enthalten kann, wird alternativ dem den Flashbehälter
13a verlassenden
Gasstrom
14 zugeführt.
Auf diese Weise werden die in dem Sauergasstrom
30 enthaltenen
Stoffe nicht aus dem Prozeß ausgeschleust
sondern zu dem Absorber
2 zurückgeführt. Durch die Entfernung von
aromatischen Kohlenwasserstoffen und höheren aliphatischen Kohlenwasserstoffen
in diesem Absorber
2 wird somit eine nachteilhafte Emission
dieser Kohlenwasserstoffe verhindert. – Es liegt auch im Rahmen der
Erfindung, statt des gesamten Sauergasstromes
30 lediglich
den aus dem Partialkondensator
35 stammenden Sauergasstrom
42 dem
den Flashbehälter
13a verlassenden
Gasstrom
14 zuzuführen.
Auch auf diese Weise wird die nachteilhafte Emission von aromatischen
und höheren
aliphatischen Kohlenwasserstoffen wirksam verhindert. Bezugszeichenliste
| 1 | Rohgasstrom |
| 2 | Absorber |
| 3 | Absorber |
| 4 | Leitung |
| 5 | Desorber |
| 6 | Gasstrom |
| 7 | Wärmetauscher |
| 8 | Gas |
| 9 | abgekühltes Absorbens |
| 10 | Seitenstrom |
| 10a | Zwischenkühler |
| 11 | Zwischenboden |
| 12 | beladenes
Absorbens |
| 13a, 13b, 13c | Flashbehälter, |
| 14 | Kohlenwasserstoffe
enthaltende Gasphase |
| 15 | Verdichter |
| 16 | Wärmetauscher |
| 17 | Absorbenswärmetauscher |
| 18 | Wärmetauscher |
| 19 | teilbeladendes
Absorbens |
| 20 | Sauergasstrom |
| 21 | Verdichter |
| 22 | Leitung |
| 23 | beladenes
Absorbens |
| 24 | Flashbehälter |
| 25 | Gasphase |
| 26 | Absorbens |
| 27 | Flashbehälter |
| 28 | Sauergasstrom |
| 29 | Kühler |
| 30 | Sauergasstrom |
| 31 | Kondensatstrom |
| 32 | restbeladenes
Absorbens |
| 33 | Reboiler |
| 34 | Dampfphase |
| 35 | Partialkondensator |
| 36 | Behälter |
| 37 | wässrige Phase |
| 38 | Produktstrom |
| 39 | Verdichter |
| 40 | regenerierte
Absorbenslösung |