DE2043190A1

DE2043190A1 - Verfahren zur Abtrennung von sauren Gasen aus heißen wasserdampfhaltigen Gasgemischen

Info

Publication number: DE2043190A1
Application number: DE19702043190
Authority: DE
Inventors: Homer Edwin Pittsburgh. Pa. Benson (V.StA.)
Original assignee: Benson Field and Epes
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-09-09
Filing date: 1970-09-01
Publication date: 1971-03-11
Also published as: DE2043190C3; FR2061200A5; DE2043190B2; BE755823A; NL171020C; US3823222A; NL7013317A; GB1279166A

Description

PATENTANWÄLTE ,

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWÄLD *· ^{u 4} ° ' ^ ^υ DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DlPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM-CAROLAKELLER DR.-ING, KLÖPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 18.8.1970 Fu/Ax/Hz

Benson, Field & Epes,

64O Spruce Lane., Berwyn, Pennsylvania (U.S.A.)

Verfahren zur Abtrennung von sauren Gasen aus heißen wasserdampfhaltigen Gasgemischen

Die Erfindung "betrifft die Abtrennung von COp und H₀S aus heißen wasserdampfhaltigen Gasgemischen.

Die Abtrennung von sauren Gasen, hauptsächlich G0~, aus rohen Synthesegasen wie sie beispielsweise durch Wasserdampf reformierung (häufig mit anschließender Wassergaskonvertierung) von Erdgas oder Schwerbenzin oder durch Teiloxydation von Erdgas, flüssigen Kohlenwasserstoffen oder festen Brennstoffen wie Kohle erzeugt werden, ist von erheblicher technischer Bedeutung.

Die nach diesen Verfahren hergestellten rohen Syntliesegase können beispielsweise aus GO2 und Wasserstoff, Gemischen von COg, Wasserstoff und Stickstoff oder Gemischen von COg, CO und Wasserstoff bestehen und nach der Entfernung des darin enthaltenen COp beispielsweise für- die Hydrierung, Ammoniaksynthese, Oxosynthese, Methanolsynthese, Fischer-Tropscn-Synthese oder ähnliche Verfahren verwendet werden. Diese rohen Gase werden im allgemeinen bei erhöhten Drüekeä, von beispielsweise 7 bis I05 kg/cm bei Tem-

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peraturen von "beispielsweise 800 bis 1600⁰C hergestellt und enthalten wesentliche Wasserdampfmengen. Im allgemeinen beträgt der CO₂-Gehalt dieser Gemische 5 bis 35%. In Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des Ausgangsmaterials können sie geringe Mengen HpS enthalten. Die wirksame Rückgewinnung der in diesen Gasgemischen enthaltenen erheblichen Wärme hat einen großen Einfluß auf die Gesamtwirtschaftlichkeit der Synthesegaserzeugung. Bei den heutigen Verfahren werden die heißen Gase aus dem Reformierungsofen, der Teiloxydationsanlage oder aus dem Wassergaskonvertierungsreaktor durch eine oder mehrere Wärmerückgewinnungsstufen geleitet, wo die in den Gasgemischen enthaltene Wärme ausgenutzt wird, um Wasserdampf bei mäßigen Drücken in Abhitzekesseln zu erzeugen oder Luft oder Kesselspeisewasser vorzuwärmen. Nachdem das Gasgemisch in dieser Weise auf ziemlich niedrige Temperaturen von beispielsweise 150 bis 200⁰C gekühlt worden ist, wird es im allgemeinen der COp-Wäsche zugeführt, wo die Hauptmenge des COp zu entfernen ist.

Bei dem am meisten angewandten Verfahren zur Abtrennung der Hauptmenge des COp aus solchen Gasgemischen werden regenerierbare alkalische Waschlösungen verwendet, die in einem zyklischen Prozeß zwischen einer Absorptionsstufe, wo die sauren Gase absorbiert werden, und einer Regenerierungsstufe, in der die absorbierten sauren Gase durch Abstreifen mit Wasserdampf desorbiert werden, umgewälzt werden. Bei den wirksameren Verfahren dieser Art wird in den Absorptions- und Regenerierungsstufen zumindest zum größten Teil bei den gleichen Temperaturen gearbeitet, nämlich bei Temperaturen in der Nähe der Siedetemperatur der Waschlösung bei Normaldruck, wodurch die sonst hohen Wärmeverluste ausgeschaltet werden, die eintreten, wenn die Lösung zwischen der Absorptionsstufe und Regenerierung«-» stufe abwechselnd erhitzt und gekühlt wird«

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Bei diesen Waschverfahren stellt der zum Abstreifen der Lösung in der Regenerierungsstufe erforderliche Wasserdampf den hauptsächlichen Kostenfaktor dar. Um die Verwendung von fremd erzeugtem Abstreifdampf auf ein Minimum zu senken und das CC>2 enthaltende Gasgemisch vor der Einführung in den Absorber weiter zu kühlen, wird das heiße, wasserdampfhaltige Gasgemisch (das im allgemeinen der Wäsche bei Temperaturen von I50 bis 200⁰C zugeführt wird und mit Wasserdampf gesättigt oder fast gesättigt ist) zur Lieferung eines größeren Teils oder in gewissen Fällen der gesamten Wärme verwendet, die erforderlich ist, um den Abstreifdampf zu erzeugen. Dies geschieht gewöhnlich dadurch, daß man das heiße wasserdampfhaltige Gasgemisch in indirekten Wärmeaustausch mit der wässrigen Waschlösung in einem sogenannten Reboiler oder Aufkocher für die Lösung bringt und den hierbei erzeugten Wasserdampf als Abstreifdampf in der Regenerierkolonne verwendet·

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das eine wesentliche Steigerung der Abstreifdampfmenge ermöglicht, die effektiv aus den heißen, wasserdampfhaltigen Gasgemischen gewonnen werden kann, wodurch in gewissen Fällen die Notwendigkeit für zusätzliche Quellen von Abstreifdampf ausgeschaltet wird und/oder zusätzliche Wärme aus dem Gasgemisch vor Eintritt in die Waschanlage gewinnbar ist· Weitere Vorteile des neuen Verfahrens, z.B. Einsparungen im Gebrauch von aufbereitetem Speisewasser, Verringerung der Korrosion und Senkung der Anlagekosten durch Verwendung einer einfacheren Waschanlage ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird eine regenerierbare wässrige alkalische Waschlösung in einem zyklischen Prozeß zwischen einer Absorptionsstufe, die bei einem erheblichen Überdruck und wenigstens teilweise bei Temperaturen in der Nähe der Siedetemperatur der Waschlösung bei Normaldruck gehalten wird, und einer Eegenerierungsstufe,

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in der die Lösung bei wesentlich verminderten Drücken mit Wasserdampf abgestreift wird, um das in der Lösung enthaltene saure Gas zu desorbieren, umgewälzt. Das heiße wasserdampfhaltige Gasgemisch, das der Behandlung zur Entfernung seines Gehalts an sauren Gasen zu unterwerfen ist und wenigstens den größeren Teil des zum Abstreifen der Waschlösung erforderlichen Wasserdampfs zu liefern vermag, wird zuerst in indirekten Wärmeaustausch mit siedendem Wasser gebracht (das Kesselspeisewasser ist vorzugsweise ein wässriges Kondensat, das durch Kondensa-

ψ tion des aus der Waschlösung abgegebenen Wasserdampfes gebildet wird), wodurch eine erste Menge von Wasserdampf unter überdruck erzeugt und das Gasgemisch teilweise gekühlt wird. Das teilweise gekühlte Gasgemisch wird dann in indirekten Wärmeaustausch mit regenerierter Waschlösung aus der Regenerierungsstufe gebracht, wodurch eine zweite Wasserdampfmenge bei einem niedrigeren Druck gebildet und das Gasgemisch weiter gekühlt wird. Heiße regenerierte Lösung aus der Regenerierungsstufe wird in eine Entspannungsζone eingeführt, die mit Hilfe einer Dampfstrahlpumpe, deren Saugseite mit der Entspannungszone verbunden ist, unter vermindertem Druck gehalten wird.

k Die erste unter Überdruck stehende Wasserdampfmenge, die vom heißen Gasgemisch erzeugt wird, wird der Dampfstrahlpumpe als Antriebsdampf zugeführt, um den Druck in der Entspannungsζone zu vermindern und den entwickelten Entspannungsdampf zu verdichten. Das Gemisch aus Antriebsdampf und Entspannungsdampf wird der Regenerierungsstufe als Abstreifdampf zugeführt. Die zweite Menge von unter niedrigerem Druck stehendem Wasserdampf, der durch das heiße Gasgemisch gebildet wird, wird dor Regenerierungnstufe als zusätzlicher Abstreifdampf zugeführt, während das gekühlte Gasgemisch, das gegebenenfalls durch weitere WärmerückßewinnunftOBtufen läuft, dom Absorber zur Entfernung der in ihm enthaltenen sauren Gase zugeführt wird.

— ρ —

Wie die folgenden Beispiele zeigen werden, ergibt die Verwendung des heißen wasserdampfhaltigen Rohgases für die Erzeugung von zwei getrennten Wasserdampfmengen, von denen eine unter Überdruck steht und als, Antriebsdampf für die Dampfstrahlpumpe verwendet wird, und die andere unter niedrigerem Druck steht und als Abstreifdampf dient, einen wesentlich höheren Wirkungsgrad in der Ausnutzung des Wärmegehalts des Prozeßgases als die Verwendung des heißen Einsatzgases für die Erzeugung einer einzigen Wasserdampfmenge oder die Verwendung von Fremddampf für den Betrieb der Dampfstrahlpumpe.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Fließschema, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

Fig. 2 zeigt halbschematisch eine Ausführungsform einer für das Verfahren gemäß der Erfindung geeigneten Wasserstrahlpumpe *

Fig. 3 ist ein Fließschema, das eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt.

In der in Fig. 1 dargestellten Anlage bezeichnet die Bezugsziffer 10 eine Absorptionskolonne, die bei Überdrücken gefahren werden kann. Die Absorptionsstufe muß bei erheblichen Überdrücken von wenigstens 7 atü, vorzugsweise von 14· atü gehalten werden. Bei den typischen Anwendungen der Erfindung liegen die Drücke in der Absorptionskolonne im allgemeinen zwischen 1?»5 und 105 atü. Die kreuzschraffierten Abschnitte A und B der Absorptionskolonne stellen ein geeignetes Füllkörpermaterial für die Erzielung eines innigen Kontaktes zwischen Gas und Flüssigkeit dar, z.B. Baechigringe_f Berlsättel, Intaloxeättel oder andere Füllkörper, die dem durch dit Füllkörper strömenden Gas eine große Flüssigkeit sob erf lache darb' *ren. Es ist auch möglich» andere Einbauten, z.B. Glockenböden oder Siebboden J09811/1843

oder andere Mittel zur Gewährleistung eines innigen Kontaktes zwischen Gas und Flüssigkeit in der Absorptionskolonne zu verwenden.

Der Absorptionskolonne 10 wird regenerierte Waschlösung, z.B. eine wässrige Kaliumcarbonatlosung, durch die Leitungen 11 und 12 zugeführt. Durch die Leitung 11 wird ein Strom einer Waschlösung oben auf die Absorptionskolonne aufgegeben, und dieser Strom fließt über die Füllkörper im Abschnitt B nach unten. Durch die Leitung 12 wird ein |f zweiter Strom einer Waschlösung oben auf den Füllkörperschnitt A aufgegeben. Die durch Leitung 11 zugeführte Lösung mischt sich mit der durch Leitung 12 eingeführten Lösung, und das Lösungsgemisch fließt dann über den Abschnitt A nach unten und sammelt sich am Boden der Absorptionskolonne im Sumpf 13 und wird durch Leitung 14 aus dem Turm abgezogen.

Im allgemeinen können beliebige regenerierbare wässrige alkalische Waschlösungen im System gemäß der Erfindung verwendet werden. Besonders bevorzugt werden wässrige Kaliumcarbonat lösungen, insbesondere verhältnismäßig konzentrierte Kaliumcarbonatlosungen mit Kaliumcarbonatkon- w zentrationen von 15 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 22 bis 35 Gew.-% (diese Konzentrationen sind unter der Annahme berechnet, daß das gesamte vorhandene Kalium als Kaliumcarbonat vorhanden ist). Diese Kaliumcarbonatlösungen werden vorzugsweise durch Zugabe von Zusatzstoffen wie Äthanolaminen, Alkaliboraten wie Kalium- oder Natriumborat, Α&2θ,» Aminosäuren wie Glycin oder anderen Zusatzstoffen, die die Absorptions- und Desorptionsgeschwindigkeit des sauren Gases in der Kalxumcarbonatlosung steigern, aktiviert.

Besondere bevorzugt von diesen Aktivatoren für bonatlöeungen werden die Alkanolamine, dl· de» IftXiiut* ©arbonatlöeuagea la Mea«eft τ·& «tv» 1 ti» 10 t·*·«*, sugewei·· etwa 2 bis 6 G·*♦-#, lugeMtit werdem«

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ORIGINAL INSPECTED

Diäthanolamin HN(CHpCHpOH)p wird vom Standpunkt der Kosten, der verhältnismäßig geringen Flüchtigkeit und Wirksamkeit bevorzugt. An Stelle von Diäthanolamin können jedoch auch Monoäthanolamin H₂NCH₂CH₂OH oder Triäthanolamin N(CHpCHpOH), oder Gemische von beliebigen zwei oder drei dieser Äthanolamine als Zusätze für Kaliumcarbonatlösungen verwendet werden.

Außer Kaliumcarbonatlösungen mit oder ohne Aktivatoren können andere regenerierbare wässrige alkalische Waschlösungen verwendet werden, z.B. wässrige Lösungen der Ethanolamine oder wässrige Lösungen von Alkaliphosphaten wie Kaliumphosphat.

Die während der Absorption und Regenerierung stattfindenden Reaktionen sind bekanntlich in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Waschlösung verschieden. Im Falle von Kaliumcarbonat wird durch die Absorption von COo Kaliumbicarbonat gebildet, wäheend durch die Regenerierung oder Desorption CO₂ frei wird, wobei Kaliumcarbonat gebildet wird. Wie ferner bekannt ist, gehen die reversiblen Absorptions- und Lesorptionsreaktionen weder in der Absorptionsstufe noch in der Regenerierungsstufe bis zur Vollendung, so daß die umlaufende Waschlösung in Wirklichkeit ein Gemisch ist. Beispielsweise ist im Falle von Kaliümcarbonatlösungen die dem Absorber im Falle der CO₂-Absorption zugeführte regenerierte Waschlösung ein carbonatreiches Carbonat-Bicärbonat-Gemisch, während die aus dem Absorber austretende Lösung ein Gemisch ist, das reich an Bicarbonat ist. Die hier genannten Waschlösungen aus Kaliumcarbonat, Atlianolaniinen und Kaliumphosphat schließen natürlich Gemische dieser Verbindungen mit den während des Absorptior.oprozesses pebildeton 3?eaktionsprodukten ein.

Der Gasstrom, der von dvn in ihn ^ntnaltenen'sauren Gasen zu reinigen ii;t, winl aia Fuß des Absorpt.ioni-1:urms 10 durch Leitung "V zufv^'ührt, γ>1,ϊη"λϊ;₅ \.m un\,vn nach oben

BAFi _Λ^

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im Gegenstrom zu der durch die Abschnitte A und B rieselnden Flüssigkeit und verläßt den Absorptionsturm im gereinigten Zustand durch Leitung 16 am oberen Ende. Gegebenenfalls wird der den Absorber durch Leitung 16 verlassende Gasstrom durch einen Kühler 17 geführt, wo das Gas gekühlt und Wasserdampf herauskondensiert wird. Das wässrige Kondensat aus dem Kühler 17 kann durch Leitung 18 wieder oben auf den Absorber aufgegeben werden. Das gereinigte Gas verläßt den Kühler durch Leitung 19 für jeden gewünschten Zweck.

Die Regenerierung der Lösung findet in der Regenerierkolonne 20 statt. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Regenerierkolonne einen kreuzschraffierten Abschnitt C auf, der mit geeigneten Füllkörpern, Böden oder anderen geeigneten Mitteln zur Gewährleistung eines innigen Kontaktes mit der nach unten rieselnden Lösung und dem am Fuß der Kolonne eingeführten Abstreifdampf versehen ist.

Ausgebrauchte Waschlösung, die absorbiertes saures Gas enthält, wird aus dem Sumpf 13 am Fuß des Absorptionsturms 10 durch Leitung 14 abgezogen und einem Druckminderventil 21 zugeführt, wo der Druck der Lösung auf den am oberen Ende des Regenerierturms 20 herrschenden Druck gesenkt wird, worauf die entspannte Lösung durch Leitung 22 oben auf den Regenerierturm aufgegeben wird. Von dort fließt die Lösung nach unten über Füllkörper oder Böden oder dergl. im Abschnitt G im Gegenstrom zu dem nach oben steigenden Abstreifdampf. Die regenerierte Lösung wird auf einem Sammelboden 23 am unteren Ende des Regenerierturms 20 aufgefangen. Vom Sammelboden 23 fließt die Lösung durch Leitung 63 in den Aufkocher 60 und von dort in den Sumpf 25 am Fuß des Turms. Hierauf wird nachstehend ausführlicher eingegangen.

Heiße regenerierte Waschlösung, die im Sumpf 25 gesammelt wird, wird durch Leitung 26 einem Druckminderventil 27

und dann durch Leitung 28 einer Entspannungsvorlage 29 zugeführt, in der der Druck über der Lösung mit Hilfe einer Dampfstrahlpumpe 30 gesenkt wird. Als Folge der Drucksenkung wird Wasserdampf aus der Lösung entwickelt, und dieser Wasserdampf wird durch Leitung 31 der Dampfstrahlpumpe 30 zugeführt, wo er mit Antriebsdampf gemischt und hierdurch verdichtet und als Abstreifdampf durch Leitung 32 in den Regenerierturm geführt wird. Hierauf wird nachstehend ausführlicher eingegangen.

Die Entwicklung von Wasserdampf in der Entspannungsvorlage 29 ist endotherm und hat eine Abkühlung der Lösung zur a

Folge. Die am Fuß der Entspannungsvorlage 29 im Sumpf 33 gesammelte Lösung wird durch Leitung 3^-1 Umwälzpumpe 35 und Leitung 36 dem Mengenregelventil 37 zugeführt, wo der Strom der regenerierten Waschlösung in zwei Teile aufgeteilt wird. Ein Teil wird durch Leitung 12 in den Absorptionsturm oberhalb des Abschnitts A aufgegeben, und der andere Teil fließt durch Leitung 38 zum Kühler 39, wo die Lösung durch indirekten Wärmeaustausch beispielsweise mit Luft oder Kühlwasser gekühlt wird, worauf sie durch Leitung 11 oben auf den Absorptionsturm aufgegeben wird.

Beim Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Systems ist die durch Leitung 11 oben auf den Absorber aufgegebene gekühl- ι te und regenerierte Lösung im allgemeinen ein kleinerer Teil (z.B. in der Größenordnung von 10 bis 4-0%) der insgesamt im Absorptionsturm umlaufenden Lösung. Bei Verwendung von Kaliumcarbonatlösungen als Waschlösungen, insbesondere solchen Lösungen, die Aktivafcoren enthalten, wird der oben auf den Absorber aufgegebene Strom häufig auf Temperaturen in der Größenordnung von 50 bis 90°C,hüu-•fig vorzugsweise auf Temperaturen von 60 bis 60°C gekühlt.

Der dem. Absorber durch Leitung 12 zugeführte größere Lösunpsstrom wird vorzugsweise nicht gekühlt (abgesehen von der in der Entspannungsvorlage 29 stattfindenden mäßigen Kühlung) und tritt bei einer Temperatur in der Nähe der Sledetemperiitur der Lösung be^-Nprmaldrxicliu in den Absorber ein. Es kann

jedoch zuweilen erwünscht sein, den größeren Strom in gewissem Umfange zusätzlich zu kühlen, z.B. durch einen in Leitung 12 angeordneten, mit Wasser oder Luft gekühlten Kühler, besonders wenn das durch Leitung 15 unten in den Absorber eintretende Rohgas heiß und gesättigt ist. Das heiße gesättigte Gas führt der Lösung Wärme zu und erhöht seine Temperatur und gleicht diese zusätzliche Kühlung wieder aus.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird der Abstreifdampf für die Regenerierung der Lösung vollständig durch heißes wasserdampfhaltiges Gas geliefert, das durch Entfernung der in ihm enthaltenen sauren Gase zu reinigen ist. So wird bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage das heiße wasserdampfhaltige Gasgemisch (im allgemeinen bei 175°C und mit Wasserdampf gesättigt und mit einem CO^-Gehalt von beispielsweise 20%) durch Leitung in die Anlage eingeführt. Dieses heiße wasserdampfhaltige Gasgemisch wird ausgenutzt, um zwei getrennte Dampfmengen zu bilden. Dies wird nachstehend näher beschrieben. Eine erste Wasserdampfmenge, die unter mäßigem Überdruck von beispielsweise 2,5 bis 4,2 atü steht, wird im Kessel 41 erzeugt, dem durch Leitung 42 Speisewasser zugeführt wird, das durch das heiße Wasserdampfhaltige Gasgemisch, das durch eine geschlossene Schlange 43 fließt, die in das durch Leitung 42 zugeführte Wasser taucht, erhitzt und zum Sieden gebracht wird. Der im Aufkocher 41 erzeugte Wasserdampf strömt durch Leitung 44 zur Dampfstrahlpumpe

Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird das Speisewasser für den Kessel 41 durch wässriges Kondensat geliefert, das durch Kondensation der aus der Waschlösung abgegebenen Wasserbrüden gebildet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform wird dieses wässrige Kondensat vom hochliegenden Kühler 45 entnommen. Das Gemisch von Wasserdampf und desorbiertem saurem Gas, das sich am oberen Ende des Regenerierturms 20 sammelt, wird durch Leitung 46 abgezogen und durch den Kühler 45 geführt, (dem z.B. Kühlwasser durch Leitungen 45a und 45b zugeführt wird), wo der Wasserdampf unter Bildung von wässrigem Kondenaajbg kondensiert wird, das durch Leitung

in das System zurückgeführt wird. Das aus dem Kühler austretende gasförmige Produkt, das weitgehend aus saurem Gas besteht, wird durch Leitung 48 entfernt.

Das durch Leitung 47 austretende wässrige Kondensat wird einem Mengenregelventil 47a zugeführt, wo es in zwei Teile aufgeteilt werden kann. Ein Teil wird durch Leitung 47 zum oberen Ende des Regenerierturms zurückgeführt. Ein zweiter Teil, der von der Wasserbilanz im System abhängt, kann durch Leitung 47c verworfen oder für jeden gewünschten Zweck außerhalb der Waschanlage verwendet werden.

Das durch Leitung 47b zum oberen Ende des Eegenerierturms zurückgeführte Kondensat wird bei der in i"ig. 1 dargestellten Ausführungsform dem perforierten Boden 49 zugeführt und auf diesem Boden aufgefangen. Auf diese Weise wird der zum Abtreiben verwendete ausgebrauchte Wasserdampf, der aus dem Abschnitt G nach oben steigt, gezwungen, durch die öffnungen im Boden 49 zu strömen, wobei er das Kondensat auf dem Boden 49 auf eine Temperatur von beispielsweise 80 bis 10O⁰C erhitzt. Das auf diese Weise vorerhitzte Kondensat wird vom Boden 49 durch Leitung 49a abgezogen und dann gegebenenfalls mit Hilfe der Boosterpumpe 49b durch Leitung 42 dem Boiler 41 zugeführt.

( Die im Aufkocher 41 erzeugte, unter einem mäßigen Überdruck von gewöhnlich 2,5 bis 4,2 atü stehende erste Dampfmenge wird, wie bereits erwähnt, durch Leitung 44 der Dampfstrahlpumpe 30 zugeführt, wo sie als Antriebsdampf zur Erzeugung eines vermindertem Drucks in der Entspannungsvorlage 49 und gleichzeitig zur Verdichtung des bei der Entspannung in der Vorlage 29 erzeugten Wasserdampfes dient, so daß das Gemisch von Entspannungsdampf und Antriebsdampf durch Leitung 32 als Abstreifdampf in den Regenerierturm 20 eingeblasen werden kann.

Fig. 2 zeigt halbschematisch eine Ausführungsform einer geeigneten Dampfstrahlpumpe 30. Antriebsäsmpf aus Leitung

44 tritt unter einem mäßigen Druck von beispielsweise 3,5 atü am Eintritt 50 in die Dampfstrahlpumpe ein und strömt dann durch die Düse 51» die einen durch die punktierte Fläche 52 angedeuteten Dampfstrahl von hoher Geschwindigkeit erzeugt. Die Strömung durch die Düse kann durch das mit der Welle 5^ betätigte Spindelventil 53 geregelt werden.

Der mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse austretende ^ ' Dampfstrahl erzeugt eine Saugwirkung am Saugeintritt 55» der über Leitung 31 mit der Entspannungsvorlage 29 verbunden ist. Der Antriebsdampf und der Entspannungsdampf mischen sich und strömen in den vorderen, sich ausweitenden Abschnitt 55 der Dampfstrahlpumpe, wo das Gemisch aus Antriebsdampf und Entspannungsdampf einen Druck annimmt, der zwischen dem Druck des am Eintritt 50 zugeführten Antriebsdampfes und dem Druck des am Saugeintritt 55 eintretenden Entspannungsdampfes liegt. Beispielsweise kann mit Antriebsdampf von 3*5 atü, der den vermindertem Druck in der Entspannungsvorlage 29 erzeugt und Entspannungsdampf unter einem Druck von 0,28 atü bildet, ein dazwischen liegender Austrittsdruck am Austrittsende 57 der W Dampfstrahlpumpe von etwa 0,7 atü durch entsprechende Bemessung und Ausbildung der Düse und des vorderen Abschnitts der Dampfstrahlpumpe erreicht werden. Das Gemisch von Antriebsdampf und Entspannungsdampf unter diesem Zwischendruck wird in den unteren Teil der Regenerierkolonne als Abtreibedampf eingeblasen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird eine zweite Dampfmenge unter einem niedrigeren Druck im Lösungsaufkocher 60 gebildet. Das heiße wasserdampfhaltige Gasgemisch, das durch den Durchgang durch die Schlange 43 des Aufkochers 41 teilweise gekühlt worden ist, verläßt den Aufkocher 41 durch Leitung 61 und fließt durch die geschlossene Schlange 62, mit deren Hilfe es in indirektem Wärmeaustaußclikonta'kt mit Waschlösung gehalten wird, die durch Leitung 63 in den Aufkocher 60 eingeführt wird·

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Durch Leitung 63 wird regenerierte Waschlösung aus dem Samme!boden 23 abgezogen und in den Aufkocher 60 geführt, in dem sie über die Schlange 62 fließt, über das Umlenkblech 64 überläuft und dann durch Leitung 65 zum Sumpf der Regenerierkolonne geführt wird. Der im Aufkocher 60 erzeugte Dampf wird durch Leitung 66 in die Regenerierkolonne 20 eingeführt.

Das heiße Gasgemisch, das nach dem Durchgang durch die Schlange 62 weiter gekühlt worden ist, wird dann durch Leitung 67 und Leitung 15 zur Entfernung der in ihm enthaltenen sauren Gase unten in den Absorptionsturm 10 eingeführt.

Beispiel 1

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird nun im Zusammenhang mit einer typischen Anwendung beschrieben. Das heiße wasserdampfhaltige Einsatzgas, das durch Leitung 40 in die Anlage eingeführt wird, stammt aus der Druckreformierung und Wassergaskonvertierung von Erdgas. Es wird dem System durch Leitung 40 unter einem Druck von 26,93 atü bei einer Temperatur von 172⁰C und bei dieser Temperatur mit Wasserdampf gesättigt in einer Menge von 223.700 Nm^/Stunde zugeführt. Das für die Ammoniaksynthese vorgesehene Gas enthält 18,3% 00^ (Trockenbasis), während der Rest aus einem Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff im Molverhältnis von 3'·1 besteht. Dieses heiße Prozeßgas strömt durch die Schlange 43 des Aufkochers 41 in indirektem Wärmeaustauschkontakb mit wässrigem Kondensat aus dem hochliegenden Kühler 45, das durch Leitung 41 bei einer Temperatur von etwa 95°C in den Aufkocher 41 eintritt. Wasserdampf wird im Aufkocher 41 in einer Menge von 27.216 kg/Stunde unter einem Druck von 3»5 atü gebildet und strömt durch Leitung 44 zur Dampfstrahlpumpe 30 als Antriebsdampf. Das teilweise gekühlte Prozeßgas verläßt die Schlange 43 durch Leitung bei einer ieittperatiiLr von 160⁰C un,<l 'ließt dann durch die

Schlang© 62 des, Aufkochers 60, dem eine regenerierte 1lQ.ftai.-t/-t84»

Kaliumcarbonatlösung (30 Gew.-% Kaliumcarbonat, das 3 Gew.-% Diäthanolamin enthält) durch Leitung 43 zugeführt wird. Im Aufkocher 60 wird Wasserdampf in einer Menge von 43.000 kg/Stunde unter einem Druck von 0,42 atü erzeugt. Dieser Wasserdampf wird durch Leitung 66 zum Abtreiben in den Regenerierturm eingeführt. Das heiße Prozeßgas, das nun auf eine Temperatur von 123°C gekühlt ist, verläßt den Aufkocher 60 durch Leitung 67 und wird durch Leitung 15 in. den Absorber 10 eingeführt, der unter

fc einem Druck von 26,37 atü gefahren wird. Regenerierte Waschlösung, die in einer Menge von 445,6 nr/Stunde und bei einer Temperatur von 70°C umläuft, wird durch Leitung 11 oben auf den Absorptionsturm gegeben, während ein zweiter Waschlösungsstrom in einer Menge von 904,6 ur/Std« und bei einer Temperatur von 104⁰C durch Leitung 12 über dem Abschnitt A eingeführt wird. Wie bereits erwähnt, wird als Waschlösung eine 30%ige Kaliumcarbonatlösung erhalten, die y/o Diäthanolamin enthält. Beide Ströme haben eine Kaliumbicarbonatfraktion von 30%. Nachdem das Gas im Gegenstrom zur nach unten rieselnden Waschlösung durch den Abschnitt A und den Abschnitt B geströmt ist, tritt

. es durch Leitung 16 bei einer Temperatur von etwa 70°C * mit einem COp-Gehalt von 0,1% aus.

Der hier gebrauchte Ausdruck "Kaliumbicarbonatfraktion" bedeutet den in Prozent ausgedrückten Anteil des ursprünglichen Kaliumcarbonats (KpCO^), der durch Reaktion mit COp in Kaliumbicarbonab umgewandelt worden ist. Beispielsweise wird eine Lösung mib einer Kaliumbicarbonatfraktion von 25% durch Umwandlung von 25 Mol-% des Kaliumcarbonafcgehaltes der Lösung in Kaliumbicarbonat erhalten, so daß das Verhältnis von Kaliumiorien, die als Kaliumcarbonat vorhanden sind, zu KaLiumionen, die als Kaliumbicarbonat vorhanden sind, 3:1 beträgt. Da 2 Mol Kaliumbicarbonat pro Mol Kaliumcarbonat gebildet werden, beträgt das Molverhältnis von KpCO,:KHCO, bei einer Bicarbonatfraktion von 255^ 3:2·

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Die ausgebrauchte Waschlösung sammelt sich· im Sumpf 13 am Fuß des Absorptionsturms bei einer Temperatur von 111,3⁰G und mit einer Kaliumbicarbonatfraktion von 78%. Die ausgebrauchte Lösung wird durch Leitung 14- abgezogen und nach dem Durchgang durch das Druckminderventil 21 durch Leitung 22 oben auf den Regenerierturm 20 aufgegeben, der unter einem Druck (am oberen Ende des Turms) von 0,14 atü gefahren wird. Der Druck am unteren Ende des Turms (d.h. unter dem Füllkörperabschnitt G) beträgt durch den Druckabfall in den Füllkörpern etwa 0,35 atü. |

Unter der Einwirkung des verminderten Drucks in der Regenerierkolonne gibt die Lösung eine gewisse Wasserdampfmenge und CO-ab und kühlt sich ab, worauf sie durch den Füllkörperabschnitt C im Gegenstrom zum Abtreibedampf, der unten in die Kolonne eingeführt wird, nach unten rieselt und auf dem Sammelboden 23 aufgefangen wird. Nach dem Durchgang durch den Aufkocher 60 sammelt sich die regenerierte Lösung im Sumpf 25 mit einer Kaliumcarbonatfraktion von 30% und bei einer Temperatur von 113°C. Sie wird vom Fuß der Kolonne durch Leitung 26 abgezogen und tritt nach dem Durchgang durch das Druckminderventil 27 in die Entspannungsvorlage 29 ein, die mit Hilfe des DampfStrahlers 30 bei einem Druck von 0 atü gehalten wird. ' In der Entspannungsvorlage 29 wird Wasserdampf in einer Menge von 21.900 kg/Stunde bei 0 atü erzeugt, wodurch die Lösung im Sumpf 33 der Entspannungsvorlage auf eine Temperatur von 104-⁰C gekühlt wird. Die gekühlte Lösung gelangt vom Sumpf 33 durch Leitung 34, Pumpe 35 "und Leitung 36 zum Mengenregelventil 37» wo sie in zwei Teile aufgeteilt wird, von denen ein Strom in einer Menge von 904,62 nrVStunde bei einer Temperatur von 104°G in den Absorber oberhalb des Abschnitts A eingeführt wird. Der andere Teil strömt in einer Menge von 445,6 nr/Stunde zum Kühler 39» wo die Lösung auf eine Temperatur von 70°C gekühlt und dann durch Leitung 11 oben auf den Absorptionsturm aufgegeben wird.

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Der in der Entspannungsvorlage 29 erzeugte Entspannungε-dampf wird durch Leitung 31 zur Saugseite des Dampf-Strahlers 30 geführt, wo er sich mit dem durch Leitung eingeführten Antriebsdampf bei einem Druck von 3,5 atü in einer Menge von 27.216 kg/Stunde mischt. Das Gemisch von Antriebsdampf und Entspannungsdampf, das auf einen Zwischendruck von 0,42 atü verdichtet worden ist, strömt in einer Menge von 49.124 kg/Stunde durch Leitung 32 zum unteren Ende des Regeneiderturms· 20, in dem er zum Abtreiben dient.

Die insgesamt zum Abtreiben erforderliche Wasserdampfmenge von 92.124 kg/Stunde wird gemäß dem vorstehenden Beispiel ausschließlich durch den Wärmegehalt des heißen gesättigten Prozeßgases wie folgt geliefert:

Erste Dampflieferung vom Kondensataufkocher 41: 27.216 kg 3,5 atü-Dampf/Std.

Zweite Dampflieferung vom

Lösungsaufkocher 60: 43.000 kg O,42atü-Dampf/Std.

Durch Entspannung gelieferter Dampf: 21.909 kg Dampf/Std. bei

0 atü (im Dampfstrahler auf einen Druck von 0,42 atü nach Vermischung mit dem Antriebsdampf verdichtet)

Die folgenden Vergleichsversuche A und B veranschaulichen die Vorteile der Erfindung gegenüber üblichen Systemen. Bei den Versuchen A und B wird das gleiche Einsatzgas wie in Beispiel 1 verwendet. Die gleiche Anlage und die gleichen Apparaturen mit den angegebenen Unterschieden werden verwendet. Bei Versuch A ist die Anlage identisch mit dem Unterschied, daß der Boiler 41, die Entspannungsvorlage 29 und der Dampfstrahler 30 entfallen. Statt dessen wird das heiße Gasgemisch direkt dem Lösungsaufkocher 60 zugeführt, in den es bei 172⁰C eintritt und den es bei 123⁰O verläßt, wodurch stündlich 70.116 kg Dampf erzeugt werden, der als Wasserdampf zum Abtreiben unten in den Regenerierturm eingeführt wird. Um den

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zusätzlich zum Abtreiben erforderlichen Dampf von 21.909 kg/Stunde zu beschaffen, der vom Lösungsaufkoeher nicht geliefert wird, wird Frischdampf von einer Fremdquelle in einer Menge von 2.1.909 kg/Stunde unten in den Regenerierturm eingeführt.

Beim Versuch B wird die gleiche Anlage verwendet mit dem Unterschied, daß der Boiler 41 entfällt und das heiße Einsatzgas direkt in den Lösungsaufkoeher 63 eingeführt

ο ο

wird, in den es bei 172 O eintritt und den es bei 125 C verläßt, wobei stündlich 70.116 kg Dampf von 0,42 atü erzeugt werden, der als Dampf zum Abtreiben unten in ™

den Regenerierturm eingeführt wird. Um die zusätzlich erforderliche Dampfmenge von 21.909 kg/ßtunde zu beschaffen, die der Lösungsaufkocher nicht liefert, werden ein Dampfstrahler und eine Entspannungsvorlage in der in Fig. 1 dargestellten Weise verwendet mit dem Unterschied, daß für den Dampfstrahler beim Versuch B Fremddampf unter 3,5 atü (an Stelle des durch das Prozeßgas im Boiler 41 erzeugten Dampfes) verwendet wird. Bei dieser Anordnung sind stündlich 10.161 kg Antriebsdampf aus einer Fremdquelle erforderlich, der seinerseits in der Entspannungsvorlage 29 stündlich 11.748 kg Entspannungsdampf erzeugt, der verdichtet und zusammen mit dem Antriebsdampf unten (

in den Regenerierturm als Abstreifdampf eingeführt wird.

Die wesentliche Verbesserung im thermischen Wirkungsgrad bei Verwendung der im heißen Einsatzgas enthaltenen Wärme durch Verwendung des Systems gemäß der Erfindung wird aus dem folgenden tabellarischen Vergleich des Beispiels 1 und der Versuche A und B deutlich:

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Beispiel 1	92	.124
Versuch A	92	.124
Versuch B	92	.124

Gesamtbedarf an Dampf Bedarf an Fremddampf zum Abtreiben (kg/Std.) (kg/Std.)

21.909 10.161

Wie die vorstehende Tabelle zeigt, wird beim System gemäß der Erfindung der gesamte zum Abtreiben erforderliche Wasserdampf durch das heiße Einsatzgas geliefert. Beim Versuch A, bei dem nur ein Lösungsaufkocher verwendet wird, beträgt dagegen der Fremddampfbedarf 21.909 kg/Std. fc zusätzlich zu der aus dem Prozeßgas rückgewinnbaren Wärme entsprechend einem Anstieg des Wärmebedarfs um 23,8%. Beim Versuch B, bei dem ein Lösungsaufkocher verwendet und der Dampfstrahler mit Dampf betrieben wird, der außerhalb des Systems erzeugt wird, ist das Prozeßgas ebenfalls nicht in der Lage, den gesamten zum Abtreiben erforderlichen Dampf zu liefern, vielmehr sind zusätzlich 11,0% erforderlich.

Beim Betrieb des Systems gemäß der Erfindung muß die erste DampfIieferung, die erzeugt wird, indem das heiße Einsatzgas in indirekten Wärmeaustausch mit Wasser gebracht wird, unter einem Überdruck erzeugt werden, der genügt, um den P Dampfstrahier zu betreiben, der einen verminderten Druck in der Entspannungsvorlage erzeugt, und um den Entspannungsdampf auf einen Zwischendruck zu verdichten, der etwas über dem am Fuß des Regenerierturms herrschenden Druck liegt. Dies erfordert im allgemeinen die Erzeugung der ersten Dampflieferung unter einem Druck von 2,46 bis 4,2 atü. Die Erzeugung von Dampf unter solchen Drücken erfordert Temperaturen des heißen Einsatzgases, die im allgemeinen über 165°C, vorzugsweise über etwa 170⁰O liegen.

Es ist äußerst vorteilhaft, den Bedarf an Speisewasser, das für die Erzeugung der ersten Dampflieferung erforderlich ist, durch wässriges Kondensat zu decken, das durch Kondensation der aus der Waschlösung entwickelten Waaser-

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brüden gebildet wird. Eine reichliche Menge dieses wässrigen Kondensats ist im allgemeinen aus dem hochliegenden Kühler verfügbar, der verwendet wird, um den Dampf aus dem oben aus dem Regenerierturm austretenden Gemisch von Wasserdampf und saurem Gas zu kondensieren. Die Kondensation eines Teils des in diesem Gemisch enthaltenen Wasserdampfes und seine Rückführung zum System ist im allgemeinen erforderlich, um die richtige Wasserbilanz im System aufrechtzuerhalten, und ein Teil des so erzeugten wässrigen Kondensats ist im allgemeinen bei weitem ausreichend, um den Speisewasserbedarf für die Erzeugung der ersten unter Überdruck stehenden Dampflieferung für den Betrieb des DampfStrahlers zu decken. Natürlich können auch andere Quellen von wässrigem Kondensat verwendet werden, das durch Kondensation von Wasserdampf gebildet wird, der aus der Waschlösung entwickelt wird (z.B. Kondensat vom hochliegenden Kühler 17 in Fig.1).

Zwei wichtige Vorteile ergeben sich aus der Verwendung von wässrigem Kondensat, das im System gebildet wird, zur Deckung des Speisewasserbedarfs für die Erzeugung der ersten Dampflieferung. Erstens wird hierdurch die Notwendigkeit einer Fremdquelle für aufbereitetes Kesselspeisewasser ausgeschaltet. Dieses Kesselspeisewasser aus der Fremdquelle würde nach dem Durchgang durch die Waschanlage am oberen Ende des Turms als Kondensat zurückgewonnen, das mit Komponenten der Waschlösung (z.B. Kaliumcarbonat) verunreinigt ist, und müßte verworfen oder erneut behandelt werden, bevor es für die Wiederverwendung in anderen Systemen geeignet wäre. Durch Verwendung von wässrigem Kondensat, das in der Waschanlage erzeugt wird, werden die Verunreinigungen der Waschlösung vollständig in der Waschanlage gehalten, da das wässrige Kondensat kontinuierlich durch das System umgewälzt und ohne erneute Verarbeitung ständig wiederverwendet werden kann. Ein zweiter wichtiger Vorteil der Verwendung von intern erzeugtem wässrigem Kondensat als KesselspeiBewasser

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für die erste Dampflieferung besteht darin, daß das Speisewasser hierdurch in vorgewärmtem Zustand geliefert wird, wobei es im allgemeinen vom hochliegenden Kühler direkt oder von einem Vorerhitzerboden, z.B. vom Boden in Fig. 1 bei Temperaturen von 50 bis 100⁰C verfügbar ist.

Ein weiterer Vorteil des Systems gemäß der Erfindung, bei dem hintereinander ein Wasserboiler und ein Lösungsaufkocher zur Rückgewinnung der Wärme aus dem heißen Einsatzgas verwendet werden, besteht darin, daß der Lösungsaufkocher in einem solchen System bei einer erheblich nie-™ drigeren Temperatur arbeitet. Beispielsweise sei darauf verwiesen, daß bei der in Beispiel 1 beschriebenen Ar- * beitsweise das heiße Einsatzgas bei einer Temperatur von 160 G und nicht bei seiner ursprünglichen Temperatur von 172⁰G in den Lösungsaufkocher eintritt. Der Betrieb des Lösungεaufkochers bei einer niedrigen Temperatur hat den erheblichen Vorteil, daß eine Korrosion in diesem Teil des Systems minimal gehalten wird, da die kochende Waschlösung ein erheblich stärker korrodierendes Medium als siedendes Wasser ist, und durch die Senkung der maximalen Temperatur im Lösungsaufkocher die Neigung zur Korrosion in diesem Aufkocher erheblich verringert wird.

Die zweite Dampflieferung wird im Reboiler für die Waschlösung im allgemeinen unter einem Druck erzeugt, der etwas über dem am Fuß des Regenerierturms herrschenden Druck und im allgemeinen wesentlich unter dem Druck der ersten Dampflieferung liegt.

Die Entspannungsdampfmenge, die wirtschaftlich gewonnen und dann im Dampfstrahler verdichtet und als Dampf zum Abtreiben wiederverwendet werden kann, hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, nämlich erstens von der für den Betrieb des DampfStrahlers verfügbaren Menge an Antriebsdampf, die ihrerseits natürlich von der Menge des unter mäßigen Druck stehenden Dampfes abhängt, der wirtschaftlich im Wasserkessel erzeugt werden kann. Die Menge des

1 0 <) H i Ί / I ο '. :-i

zum Abtreiben dienenden Dampfes, die erzeugt werden kann, hängt zweitens vom Anteil der Waschlösung ab, die der Entspannungsverdampfung unterworfen wird. Bei einer gegebenen Zufuhr von Antriebsdampf ist die erzeugte Menge des Abtreibedampfes um so größer, je höher der Anteil der Lösung ist, der der Entspannungsverdampfung unterworfen wird. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß bei einer gegebenen Antriebsdampfmenge durch eine relativ kleinere Druckentspannung einer größeren Waschlösungsmenge größere Entspannungsdampfmengen erzeugt werden, als wenn ein kleinerer Anteil der Waschlösung einer größeren g Druckverminderung unterworfen wird. Aus diesem Grunde ist es beim System gemäß der Erfindung äußerst vorteilhaft, die gesamte oder im wesentlichen die gesamte Waschlösung der Entspannungsverdampfung wie bei dem in Fig. 1 dargestellten System zu unterwerfen. Auf diese Weise wird durch die begrenzte Zufuhr von Antriebsdampf, die unter Verwendung des heißen Einsatzgases erzeugt werden kann, die maximale Entspannungsdampfmenge erzeugt, die verdichtet und nutzbringend als Dampf zum Abtreiben verwendet werden kann.

Bei der Durchführung der Entspannungsverdampfung wird im allgemeinen festgestellt, daß optimale Ausnutzung des (

Antriebsdampfes erreicht wird, wenn der Dampfstrahler so betrieben wird, daß eine Entspannungsdampfmenge erzeugt wird, die einem Abfall der Temperatur der Waschlösung (als Folge der endothermem Dampfbildung bei der Entspannung) von etwa 4- bin 20⁰G, vorzugsweise von 6 bis 15°C entspricht.

Die während der endothermen EnbSpannungsverdampfung stattfindende Abkühlung der Lösung ist Ln verschiedener Hinsicht vorteilhaft. Sie führt in erster Linie zu einer mäßig erniedrigten Temperatur im Absorptionsturm. Dies hat den Vorteil einer Erniedrigung des Staudruckes des sauren Gases über der Lösung, wodurch eiu,. Absorption bis auf niedrigere Konzentrationen an restlichem saurem Gas er-

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leichtert wird. Wenn ein Teil der Lösung weiter gekühlt wird, z.B. im Kühler 39 bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, werden die Größe des Lösungskühlers und des Kühlwasser- oder Kühlluftbedarfs ebenfalls entsprechend reduziert.

Das System gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Verwendung in Verbindung mit einem Regenerierturm, der bei mäßigen Überdrücken, nämlich Drücken in der Größenordnung von 0,35 bis 2,5» insbesondere im Bereich von 0,7 bis 2,1 atü gefahren wird. Das Fahren des Regenerierturms bei solchen mäßigen Überdrücken hat den Vorteil, daß das saure Gas unter Druck anfällt, wodurch wiederum die Verdichtungskosten gesenkt v/erden, wenn das saure Gas, z.B. COo, in einem Drucksystem beispielsweise für die Herstellung von Trockeneis oder für die anschließende Umwandlung in Harnstoff durch Umsetzung mit Ammoniak verwendet werden soll. Ein weiterer wichtiger Vorteil des unter Druck gefahrenen Regenerierturms ist die erhöhte Desorptionsgeschwindigkeit des sauren Gases, die die Folge der höheren Lösungstemperaturen ist, die durch den höheren Druck entstehen. Dies ermöglicht wiederum die Verwendung eines Regenerierturms von erheblich geringerer Größe.

Bei Verwendung in Kombinabion mit einem unter Druck gefahrenen Regenerierturm führt das System gemäß der Erfindung zu besonders interessanten Ergebnissen, wie das folgende Beispiel zeigt.

Beispie L 2

Ein Ausgangsgas, das mit dem in Beispiel 1 genannten Ausgangsgas identisch ist, außer daß es eine Temperatur von 173⁰C hat, wird bei dem in Fig. 1 dargestellten System verwendet. Die verwendete Waschlösung, die Gasströmungsmengen und die Lösungsmengen sind die gleichen, die in Beispiel 1 genannt wurden. Das heiße Ausgangsgas wird zuerst durch den Boiler 4-1 geleitet, in den es bei 173°0 eintritt, und den es mit; 160⁰C verläßt, wodurch 29.484 kg

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Dampf/Stunde bei 3,5 atü erzeugt werden. Dieser Dampf wird für den Betrieb des DampfStrahlers 30 verwendet. Das heiße Gas wird dann durch den Lösungsaufkocher 60 geführt, in den es bei einer Temperatur von' 160⁰C eintritt, und den es bei 135°C verläßt, wodurch stündlich 33.24-8 kg Dampf bei einem Druck von 1,12 atü erzeugt werden, der unten in den Regenerierturm als Dampf zum Abtreiben eingeführt wird*

Der Regenerierturm wird bei erhöhtem Druck von 0,8A- atü am oberen Ende des Turms gefahren. Am unteren Ende beträgt der Druck 1,05 atü auf Grund des Druckabfalls in den Füll- ™ körpern. Als Folge des höheren Drucks im Regenerierturm hat die Lösung, die sich im Sumpf 25 am Fuß des Regenerierturms sammelt, eine höhere Temperatur, nämlich 125°C. Die heiße Lösiing am Fuß des Regenerierturms wird bei einer Temperatur von 125⁰C der Entspannungsvorlage 29 zugeführt, die mit Hilfe des DampfStrahlers 30 bei einem Druck von 0,55 atü gehalten wird. Als Folge der Druckverminderung in der Entspannungsvorlage 29 wird Entspannungsdampf in einer Menge von 22.271 kg/Stunde erzeugt. Dieser Dampf wird mit dem Antriebsdampf, der in einer Menge von 29.484 kg/Stunde in den Dampfstrahler 30 eintritt, vereinigt. Das Gemisch von Entspejanungsdampf und Antriebs- ί dampf in einer Menge von 51*710 kg/Stunde tritt unter einem Zwischendruck von 1,12 atü als Abtreibedampf unten in den Regenerierturm ein. Als Folge der Entspannungsverdampfung in der Vorlage 29 kühlt sich die Lösung auf eine Temperatur von 116⁰C ab und wird dann durch Leitung 34, Umwälzpumpe 35 und Leitung 36 dem Mengenregelventil zugeführt, wo sie in zwei Ströme aufgeteilt wird, von denen der eine durch Leitung 12 bei einer Temperatur von 116°C in den Absorber oberhalb des Abschnitts A eingeführt wird, während der andere Teilstrom dem Lösungskühler 39 zugeführt wird, wo er auf 7O°C geküh' den Absorptionsturm aufgegeben wird.

zugeführt wird, wo er auf 7O°C gekühlt und.dann oben auf

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Das nunmehr auf eine Temperatur von 135°C gekühlte heiße Ausgangsgas aus dem Lösungsaufkocher 60 wird durch einen Kesselspeisewassererhitzer geleitet, wo 2.772.000 kcal/Std. Wärme gewonnen werden, und dann bei einer Temperatur von 129°C unten in den Absorptionsturm eingeführt.

In Beispiel 2 wird ebenso wie in Beispiel 1 der gesamte Dampf, der zum Abtreiben der Lösung erforderlich ist (insgesamt 85.OO3 kg/Stunde) durch das Ausgangsgas wie folgt geliefert:

Erste Dampflieferung Stündlich 29.484 kg 3,5 atü-(Wasserboiler 41): Dampf

Zweite Dampflieferung Stündlich 33.248 kg 1,12 atü-(Lösungsaufkocher): Dampf

In der Entspannungs- Stündlich 22.271 kg 0,55 atüvorlage 29 erzeugter Dampf (im Dampfstrahler 30 auf Dampf: einen Zwischendruck von 1,12 atü

verdichtet)

Die Vorteile des Systems gemäß der Erfindung bei Anwendung auf ein unter Druck gefahrenes Regeneriersystem werden durch einen Vergleich der gemäß Beispiel 2 erhaltenen Ergebnisse mit den in üblichen Systemen erhaltenen Ergebnissen (Versuche G und D) deutlich. Beim Versuch C waren Ausgangsgas und Anlage identisch mit dem Unterschied, daß das Ausgangsgas bei einer Anfangstemperatur von 173°G unmittelbar einem Lösungsaufkocher zugeführt wurde, den es bei einer Temperatur von 135°C verließ, wobei stündlich 62.732 kg Dampf erzeugt wurden. Das heiße Ausgangsgas wurde dann durch einen Kesselspeisewassererhitzer wie in Beispiel 2 geleitet und bei 129°C in den Absorptionsturm eingeführt. Zur Deckung des zusätzlichen Bedarfs an Dampf zum Abtreiben, der nicht durch den Lösungsaufkocher gedeckt wird, wurde Fremddampf in einer Menge von 22.271 kg /Stunde unten in den Regenerierturm eingeführt.

Beim Versuch D wurden das gleiche Ausgangsgas und das gleiche System wie in Beispiel 2 verwendet mit dem Unter-

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schied, daß das Ausgangsgas unmittelbar in den Aufkocher 60 eingeführt wurde, in den es bei 173°C eintrat und den es bei 135°C verließ, worauf es einem Kesselspeisewassererhitzer zugeführt wurde, nach dem es bei einer Temperatur von 129°C in den Absorptionsturm eingeführt wurde. Eine Entspannungsvorlage und ein Dampfstrahler wurden verwendet, wobei jedoch der Dampfstrahler mit dem Fremddampf, der unter einem Druck von 3»5 atü zugeführt wurde, betrieben wurde. Beim Versuch D waren 11.204 kg Fremddampf pro Stunde für den Betrieb des DampfStrahlers erforderlich. . ™

Die erheblich höheren WärmeWirkungsgrade, die durch Anwendung des Systems gemäß der Erfindung erzielt werden, werden aus der folgenden Tabelle deutlich:

Gesamtbedarf an Dampf Fremddampfbedarf zum Abtreiben kg/Stunde (kg/Stunde) ______^__ .

Beispiel 2 85.003 0

Versuche 85.003 22.271

Versuch D 85.003 11,204

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich nicht " nur durch hohen Wärmewirkungsgrad, sondern auch durch Einfachheit der Konstruktion auszeichnet. Sie erfordert nur eine Pumpe für die Umwälzung der Lösung (Pumpe 35) und nur eine Regenerierstufe (d.h. die gesamte Waschlösung wird in einer Abtreibezone bis zum gleichen Grade regeneriert), während sie gleichzeitig in der Lage ist, den Gehalt an saurem Gas im gereinigten Gas auf einen niedrigen Restwert zu senken. Natürlich ist die Erfindung auch auf andere Systeme anwendbar, z.B. auf das in Fig. 3 dargestellte System, das ebenfalls eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt*

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Bei Fig. 3 ist es lediglich notwendig, speziell auf die !Teile des Systems einzugehen, die sich von denen der in Fig. 1 dargestellten Anlage unterscheiden. Der Einfachheit halber werden in Fig. 3 die Teile, die mit denen in Fig. 1 identisch sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist zu bemerken, daß das Wärmerückgewinnungssystem, nämlich der Boiler 4-1, der Aufkocher 60 und das aus dem Dampfstrahler 30 und der Entspannungsvorlage 29 bestehende System sowie der Regenerierturm 20 mit den entsprechenden Teilen der in Fig. 1 dargestellten Anlage I) identisch sind. Das System von Fig. 3 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 durch die Verwendung eines Absorptionsturms, der in zwei getrennte Zonen unterteilt ist, wodurch eine wesentliche Verkleinerung des mittleren Durchmessers des Turms möglich ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Anlage enthält der Absorptionsturm 310 zwei getrennte Zonen, nämlich eine untere Zone D, die mit einem schraffiert dargestellten Abschnitt D¹, der geeignete Füllkörper oder Böden für die Gewährleistung eines innigen Kontaktes zwischen Gas und Flüssigkeit enthält, und einer oberen Zone E versehen ist, die zwei Abschnitte E* und E" enthält, die in ähnlicher W Weise Füllkörper oder andere Mittel zur Gewährleistung eines innigen Kontaktes zwischen Gas und Flüssigkeit enthalten.

Der unteren Zone D wird getrennt regenerierte Waschlösung durch Leitung 311 zugeführt. Die obere Zone E erhält getrennt zwei Waschlösungsströme durch die Leitungen 312 bzw. 313. Die Waschlösung für beide Zonen des Absorptionsturms wird durch die Umwälzpumpe 35 und die Leitung 314-zugeführt. Die Lösung wird durch das Mengenregelventil 3^5 zunächst in zwei Ströme aufgeteilt, von denen der eine durch Leitung 3^1 oben auf die Zone D aufgegeben wird und der andere durch Leitung 316 einem zweiten Mengenregelventil 317 zugeführt wird, wo er wiederum in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen einer durch Leitung

■; G 9 8 H / ί 8 4 3

der Zone E oberhalb des Abschnitts E¹ zugeführt und der andere durch Leitung 318, Kühler 39 und Leitung 313 oben auf den Absorptionsturm oberhalb des Abschnitts E" aufgegeben wird. Im allgemeinen sind die Strömungsmengen der Lösung in den Leitungen 311 "und 316 ungefähr* gleich, während die durchströmenden Lösungsmengen in den Leitungen

312 und 313 ebenfalls ungefähr gleich sind.

Die Waschlösung, die der gesonderten Absorptionszone D durch Leitung 311 zugeführt wird, fließt nach unten über die Füllkörper oder ähnliche Mittel D' und sammelt sich | im Sumpf 319 sum Fuß des Absorptionsturms. Die Lösung aus der Zone D wird dann vom Fuß des Absorptionsturms durch Leitung 320 abgezogen und fließt zur Verbindungsstelle 321, wo sie sich mit der Lösung aus der gesonderten Absorptionszone E mischt« Hierauf wird nachstehend näher eingegangen.

Die oben auf die Zone E des Absorptionsturms durch Leitung

313 aufgegebene gekühlte Lösung fließt nach unten über die Füllkörper oder sonstigen Mittel E¹ und mischt sich mit der durch Leitung 312 in die Zone E eingeführten Lösung. Die gemischte Lösung fließt dann nach unten über die Füllkörper oder sonstigen Mittel E' und wird auf dem t Sammelboden 322 am unteren Ende der Zone E aufgefangen. Die Lösung auf dem Sammelboden 322 wird von der Zone E durch Leitung 323 abgezogen und wird zur Verbindungsstelle 321 geführt, wo sie sich mit der Lösung mischt, die getrennt von der Zone D zufließt. Die gemischten ausgebrauchten Lösungen fließen dann durch Leitung 324, das Druckminderventil 21 und die Leitung 22 zum oberen Ende des Regenerierturms 20, wo die Regenerierung stattfindet, wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß jede getrennte Zone D und E des Absorbers getrennt mit Waschlösung gespeist wird, die getrennt aus jeder Zone abgezogen wird. So tritt die regenerierte Waschlösung in die Zone D durch

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20A3190

— do —

Leitung 311 ein und verläßt sie getrennt durch Leitung 320, während die Waschlösung in die Zone E durch die Leitungen 313 und 312 eintritt und getrennt durch Leitung 323 abgezogen wird.

Das Gas strömt andererseits durch den Absorber nacheinander durch die Zonen D und E. Das durch Leitung 15 eintretende Gas strömt von unten nach oben durch die Zone D im Gegenstrom zur Waschlösung, die durch Leitung 3II eingeführt wird, und strömt dann durch den Kamin 325» der im fc Sammelboden 322 vorgesehen ist, wie die Pfeile, die die Gasströmung andeuten, zeigen. Eine Ablenkhaube 326 ist über dem Kamin 325 vorgesehen und verhindert, daß Waschlösung durch den Kamin nach unten fließt, während sie das Gas nach oben strömen läßt. Nach dem Durchgang durch den Kamin 325 strömt das Gas dann im Gegenstrom zur Waschlösung, die durch Leitung 313 und 312 in die Zone E eingeführt wird, und tritt dann am oberen Ende des Absorptionsturms im gereinigten Zustand durch Leitung 16 aus;

Die Arbeitsweise des in Fig. 3 dargestellten Systems wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.

Beispiel 3

Ein heißes gesättigtes Ausgangsgas mit gleicher Zusammensetzung, gleichem Druck, gleicher Temperatur und gleicher Menge wie in Beispiel 2 wird durch Leitung 40 in das in Fig. 3 dargestellte System eingeführt, wobei es bei einer Temperatur von 173°C in den Boiler 41 eintritt und ihn durch Leitung 61 bei einer Temperatur von 160⁰C verläßt. Im Boiler 41, dem wässriges Kondensat durch Leitung 42 zugeführt wird, werden stündlich 29.484 kg 3»5 atü-Dampf erzeugt, der durch Leitung 44 dem Dampfstrahler 30 zugeführt wird. Das teilweise gekühlte Ausgangsgas strömt dann bei einer Temperatur von 160 C in den Lösungsaufkocher 60 und durch die Schlange 62 und erzeugt Dampf,

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indem es die Waschlösung, die dem Aufkocher zugeführt wird und die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1 hat, zum Sieden bringt, wodurch 58.782 kg Dampf von 0,77 atü erzeugt werden. Das Gasgemisch verläßt den Aufkocher 60 bei einer Temperatur von 129°C und wird bei dieser Temperatur unten in den Absorptionsturm 310 eingeführt, der unter einem Druck von 26,4- atü gefahren wird. Der Regenerierturm 20 wird unter einem Druck (am oberen Ende des Turms) von 0,49 atü gefahren, wobei der Druck am Fuß des Turms durch den Druckabfall in den Füllkörpern C 0,7 atü beträgt. Die Waschlösung sammelt sich im Sumpf 25 bei einer Tempe- * ratur von 119°C und einer Kaliumbicarbonatfraktion von 30%· Die regenerierte Waschlösung wird durch Leitung 26 abgezogen und tritt nach dem Durchgang durch das Druckminderventil 27 in die Entspannungskammer 29 ein, die durch den Dampfstrahler 30 bei einem Druck von 0,21 atü gehalten wird. Hierdurch werden 22.090 kg Entspannungsdampf/Stunde unter einem Druck von 0,21 atü erzeugt, der sich mit dem Antriebsdampf aus Leitung 44 mischt, wobei ein kombinierter Strom unter einem Zwischendruck von 0,77 atü gebildet wird, der durch Leitung 32 als Abstreifdampf unten in den Regenerierturm eingeführt wird.

Die Waschlösung,sammelt sich im Sumpf 33 im unteren Teil der Entspannungsvorlage 29 bei einer Temperatur von 110⁰C und wird dann durch Leitung 34, Umwälzpumpe 35 und Leitung 31^ dem Mengenregelventil 315 zugeführt, wo sie in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen einer durch Leitung 3^1 in einer Menge von 631 nr/Stunde oben auf die Zone D de$ Absorptionsturas aufgegeben wird, während der andere Te^lßtrom durch Leitung 516 in einer Menge von 716 mvStiin&e dem Mengenregelventil 517 zugeführt wird, wo der Sttfom in zwei gleiche Teile aufgeteilt wird, von denen einer in einer Menge von 565 et/Stunde bei einer Temperatur von 110⁰O durch Leitung 512 in die Zone E ein geführt wird. Der zweite Teil gelangt in einer Menge von 365 i/ Stunde durch Leitung 518 in den Kühler 59» wo die

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Lösung auf 7O°C gekühlt wird, und wird dann durch Leitung 313 oben auf die Zone E aufgegeben.

Die Waschlösung sammelt sich am Fuß der Zone D im Sumpf 319 hei einer Temperatur von 131⁰C mit einer Kaliumbicarbonatfraktion von 82% und fließt dann in einer Menge von 868.629 kg/Stunde durch Leitung 23 zur Verbindungsstelle 321. Ausgebrauchte Waschlösung sammelt sich am Fuß der Zone E auf dem Sammelboden 322 bei einer Temperatur von 108⁰C und einer Kaliumbicarbonatfraktion von ^ 74% und wird in einer Menge von 986.564 kg/Stunde durch ^ Leitung 323 abgezogen und der Verbindungsstelle 321 zugeführt, wo sie sich mit Lösung aus der Zone D mischt. Die vereinigten Lösungen, die jetzt eine Temperatur von 119,5°C und eine durchschnittliche Kaliumbicarbonatfraktion von 78% haben, werden in einer Menge von 1.855·19Ο kg/Stunde durch Leitung 22 oben auf den Regenerierturm aufgegeben.

Bei dem vorstehend beschriebenen Versuch sind die Einsparungen an Abstreifdampf ähnlich, wie sie bei der in Fig. dargestellten Ausführungsform erzielt werden. Zusätzlich wird die durchschnittliche Querschnittsfläche des Absorptionsturms um 40% verkleinert.

*- Es ist ersichtlich, daß die Fließschemas nicht alle notwendigen Hilfseinrichtungen oder Instrumente zeigen, die für den praktischen Betrieb einer großtechnischen Anlage erforderlich sind. So ist es natürlich beispielsweise notwendig, Abscheidevorlagen unterhalb des Boilers 41 und des Aufkochers 60 in Fig. 1 und in Fig. 3 vorzusehen, um die kondensierten Wasserbrüden abzuscheiden, die sich in diesen Leitungen ansammeln, während das durch Leitung 40 eintretende gesättigte Ausgangsgas beim Durchgang durch diese Wärmerückgewinnungssysteme abkühlt. Natürlich werden diese Hilfseinrichtungen, die in der normalen technischen Praxis erforderlich, aber nicht im einzelnen dargestellt sind, für den praktischen Betrieb der dargestellten Anlagen verwendet.

1Ö9&11/1843—

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Abtrennung von sauren Gasen aus der Gruppe COp und HpS aus heißen wasserdampfhaltigen Gasgemischen nach einem zyklischen Verfahren, bei dem eine wässrige alkalische Waschlösung zwischen einer Absorptionsstufe, die bei wesentlichem Überdruck und wenigstens teilweise bei Temperaturen in der Nähe der Siedetemperatur der Waschlösung bei Normaldruck gehalten wird, und einer Regenerierstufe, in der die Lösung mit Wasserdampf bei wesentlich vermindertem Druck zur Desorption des sauren I

zirkuliert

Gases abgetrieben wird,/und wobei wenigstens der größere Teil der für das Abtreiben mit Wasserdampf erforderlichen Wärme durch das heiße wasserdampfhaltige Gasgemisch geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gasgemisch in indirekten Wärmeaustausch mit Wasser bringt und hierdurch eine erste Dampfmenge unter Überdruck erzeugt und das Gasgemisch teilweise kühlt, das teilweise gekühlte Gasgemisch in indirekten Wärmeaustausch mit Waschlösung aus der Regenerierstufe bringt und hierdurch eine zweite Dampfmenge bei einem niedrigeren Druck erzeugt und das Gasgemisch weiter kühlt, heiße regenerierte Lösung aus der Regenerierstufe einer Druckent spannung sz one zuführt, die man mit Hilfe eines Dampf-Strahlers, dessen Saugseite mit der Druckentspannungszone verbunden ist, unter vermindertem Druck hält, die erste Menge des unter Überdruck stehenden Dampfes dem Dampfstrahler als Antriebsdampf zuführt und hierdurch den Druck in der Druckentspannungszone vermindert und den darin durch Entspannung gebildeten Wasserdampf verdichtet, das Gemisch von Abstreifdampf und Entspannungsdampf der Regenerierstufe als Abstreifdampf zuführt, die zweite Menge des unter niedrigerem Druck stehenden Dampfes als zusätzlichen Abstreifdampf unmittelbar der Regenerierstufe zuführt und das gekühlte Gasgemisch zur Absorptionsstufe führt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser für die Erzeugung der ersten Dampfmenge in Form von wässrigem Kondensat zugeführt wird, das durch Kondensation der aus der Waschlösung entwickelten Wasserbrüden gebildet wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte Waschlösung der Druckentspannungszone zugeführt und der Druckentspannung unterworfen wird.

4-, Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierstufe bei einem Überdruck von 0,35 bis 2,4-6 atü gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß das saure Gas aus dem Gasgemisch wenigstens überwiegend aus COp besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Kaliumcarbonatlösung als Waschlösung verwendet wird.

7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Waschlösung eine wässrige Kaliumcarbonatlösung verwendet wird, die einen Zusatz von Alkanolaminen, Alkaliboraten, ASpO, oder Aminosäuren enthält.

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