DE2043190B2

DE2043190B2 - Verfahren zur Abtrennung von sauren Gasen aus heißen wasserdampfhaltigen Gasgemischen

Info

Publication number: DE2043190B2
Application number: DE2043190A
Authority: DE
Inventors: Homer Edwin Pittsburgh Pa. Benson (V.St.A.)
Original assignee: Benson Field & Epes Berwyn Pa (vsta)
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-09-09
Filing date: 1970-09-01
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE2043190A1; NL7013317A; US3823222A; NL171020C; FR2061200A5; GB1279166A; BE755823A; DE2043190C3

Description

Die Erfindung betrifft die Abtrennung von CO2 und H₂S aus heißen wasserdampfhaltigen Gasgemischen.

Die Abtrennung von sauren Gasen, hauptsächlich CO2, aus rohen Synthesegasen, wie sie beispielsweise durch Wasserdampfreformierung (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 Synthesegase können beispielsweise aus COj und Wasserstoff, Gemischen von CO?, Wasserstoff und Stickstoff oder Gemischen von CO2, CO und Wasserstoff bestehen und nach der Entfernung des darin enthaltenen CO₂ beispielsweise für die Hydrierung, Ammoniaksynthese, Oxosynthese, Methanolsynthese, Fischer-Tropsch-Synthese oder ähnliche Verfahren verwendet werden. Diese rohen Gase werden im allgemeinen bei erhöhten Drücken von beispielsweise 7 bis 105 kg/cm² bei Temperaturen von beispielsweise 800 bis 1600⁰C hergestellt und enthalten wesentliche Wasserdampfmengen. Im allgemeinen beträgt der CO2-GehaIt dieser Gemische 5 bis 35%. In Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des Ausgangsmaterials können sie geringe Mengen H₂S 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 ία dieser Weise auf ziemlich niedrige Temperaturen von beispielsweise 150 bis 200⁰C gekühlt worden ist, wird es im allgemeinen der CO2-Wäsche zugeführt, wo die Hauptmenge des CO2 zu entfernen ist.

Bei dem am meisten angewandten Verfahren zur

Abtrennung der Hauptmenge des CO2 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 Regenerierungsstufe abwechselnd erhitzt und gekühlt wird.

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 CO2 enthaltende Gasgemisch vor der Einführung in den Absorber weiter zu kühlen, wird das heiße, wasserdampfhaltige Gasgemisch (das im allgemeinen der Wäsche bei Temperaturen von 150 bis 200°C 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 regeneirierbare 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 RegenerierungssU'fe, 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 Gehaltes an sauren Gasen zu unterwerfen ist und wenigstens den größeren Teil des zum Abstreifen der Waschlösung erforderlichen Wasserdampfes zu liefern vermag, wird zuerst in indirekten Wärmeaustausch mit siedendem Wasser gebracht (das ICesselspeisewasser ist vorzugsweise ein wäßriges Kondensat, das durch Kondensation 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 Entspannungszone eingeführt, die mit Hilfe einer Dampfstrahlpumpe, deren Saugseite mit der Entspannungszone verbunden ist, unter vermindertem Druck gehalten wird. Die erste unter Überdruck stehende Wasserdampfmenge, die vom heißen Gasgemisch erzeugt wird, wird der Dampfstrahlpumpe als Antriebsdampf zugeführt, um den Druck in der Entspannungszone 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 der Regenerierungsstufe als zusätzlicher Abstreifdampf zugeführt, während das gekühlte Gasgemisch, das gegebenenfalls durch weitere Wärmerückgewinnungsstufen läuft, dem Absorber zur Entfernung der in ihm enthaltenen sauren Gase zugeführt wird.

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 Wärmegehaltes 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.

F i g. 1 ist ein Fließschema, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;

F i g. 2 zeigt halbschematisch eine Ausführungsform einer für das Verfahren gemäß der Erfindung geeigneten Wasserstrahlpumpe;

F i g. 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 17,5 und 105 atü. Die kreuzschraffierten Abschnitte A und B der Absorptionskolonne stellen ein geeignetes Füllkörpermaterial für die Erzielung eines innigen Kontakts zwischen Gas und Flüssigkeit dar, z. B. Raschigringe, Berlsättel, Intaloxsättel oder andere Füllkörper, die dem durch die Füllkörper strömenden Gas eine große Fiüssigkeitsoberfläche darbieten. Es ist auch möglich, anderen Einbauten, z. B. Glockenboden oder Siebboden, oder andere Mittel zur Gewährleistung eines innigen Kontakts zwischen Gas und Flüssigkeit in der Absorptionskolonne zu verwenden.

Der Absorptionskolonne 10 wird regenerierte Waschlösung, z. B. eine wäßrige Kaliumcarbonatlösung, 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 zweiter Strom einer Waschlösung oben auf den Füllkörperabschnitt 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 Kaliumcarbonatlösungen, insbesondere verhältnismäßig konzentrierte Kaliumcarbonatlösungen mit Kaliumcarbonatkonzentrationen von 15 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise von 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, AS2O3, Aminosäuren wie Glycin, oder anderen Zusatzstoffen, die die Absorptions- und Desorptionsgeschwindigkeit des sauren Gases in der Kaliumcarbonatlösung steigern, aktiviert.

Besonders bevorzugt von diesen Aktivatoren für Kaliumcarbonatlösungen werden die Alkanolamine, die den Kaliumcarbonatlösungen in Mengen von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, zugesetzt werden.

Diethanolamin HN(CH₂CH₂OH)₂ wird vom Standpunkt der Kosten, der verhältnismäßig geringen Flüchtigkeit und Wirksamkeit bevorzugt. An Stelle von

Diäthanolamin können jedoch auch Monoäthanolamin H₂NCH₂CH₂OH oder Triethanolamin N(CH₂CH₂OH)₃ 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 Äthanolamine 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 CO₂ Kaliumbicarbonat gebildet, während durch die Regenerierung oder Desorption CO2 frei wird, wobei Kaliumcarbonat gebildet wird. Wie ferner bekannt ist, gehen die reversiblen Absorptionsund Desorptionsreaktionen weder in der Absorptionsstufe noch in der Regenerierungsstufe bis zur Vollendung, so daß die umlaufende Waschlösung in Wirklichkeit ein Gemisch ist. Beispielsweise ist im Fall von Kaliumcarbonatlösungen die dem Absorber im Fall der COrAbsorption zugeführte regenerierte Waschlösung ein carbonatreiches Carbonat-Bicarbonat-Gemisch, während die aus dem Absorber austretende Lösung ein Gemisch ist, das reich an Bicarbonat ist. Die hier genannten Waschlösungen aus Kaliumcarbonat, Äthanolaniinen und Kaliumphosphat schließen natürlich Gemische dieser Verbindungen mit den während des Absorptionsprozesses gebildeten Reaktionsprodukten ein. ·

Der Gasstrom, der von den in ihm enthaltenen sauren Gasen zu reinigen ist, wird am Fuß des Absorptionsturmes 10 durch Leitung 15 zugeführt, strömt von unten nach oben im Gegenstrom zu der durch die Abschnitte A und B rieselnden Flüssigkeit und verläßt den Absorptionsturni 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 Kontakts mit der nach unten rieselnden Lösung und dem am Fuß der Kolonne eingeführten Abstreifdampf versehen ist.

Ausgebrauchte Waschlosung, die absorbiertes saures Gas enthält, wird aus dem Sumpf 13 am Fuß des Absorptionsturmes 10 durch Leitung 14 abgezogen und einem Druckminderventil 21 zugeführt, wo der Druck der Lösung auf den am oberen Ende des Regenerierturmes 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 od. dgl. im Abschnitt C im Gegenstrom zu dem nach oben steigenden Abstreifdampf. Die regenerierte Lösung wird auf einem Sammelboden 23 am unteren Ende des Regenerierturmes 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 Turmes. 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

ίο 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 Folge. Die am Fuß der Entspannungsvorlage 29 im Sumpf 33 gesammelte Lösung wird durch Leitung 34, 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 F i g. 1 dargestellten Systems ist die durch Leitung 11 oben auf den Absorber aufgegebene gekühlte und regenerierte Lösung im allgemeinen ein kleinerer Teil (z. B. in der Größenordnung von 10 bis 40%) der insgesamt im Absorptionsturm umlaufenden Lösung. Bei Verwendung von Kaliumcarbonatlösungen als Waschlösungen, insbesondere solchen Lösungen, die Aktivatoren enthalten, wird der oben auf den Absorber aufgegebene Strom häufig auf Temperaturen in der Größenordnung von 50 bis 90° C, häufig vorzugsweise auf Temperaturen von 60 bis 60° C, gekühlt.

Der dem Absorber durch Leitung 12 zugeführte größere Lösungsstrom wird vorzugsweise nicht gekühlt (abgesehen von der in der Entspannungsvorlage 29 stattfindenden mäßigen Kühlung) und tritt bei einer Temperatur in der Nähe der Siedetemperatur der Lösung bei Normaldruck in den Absorber ein. Es kann jedoch zuweilen erwünscht sein, den größeren Strom in gewissem Umfang zusätzlich zu kühlen, z. B. durch einen in Leitung 12 angeordneten, mit Wasser oder Luft

so 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 F i g. 1 dargestellten Ausführungsfortn 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 F i g. 1

bo dargestellten Anlage das. heiße, wasserdampfhaltige Gasgemisch (im allgemeinen bei 175⁰C und mit Wasserdampf gesättigt und mit einem CO₂-Gehalt von beispielsweise 20%) durch Leitung 40 in die Anlage eingeführt. Dieses heiße, wasserdampfhaltige Gasge-

h^rj misch 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 30.

Bei der in F i g. 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 Regenerierturmes 20 sammelt, wird durch Leitung 46 abgezogen und durch den Kühler 45 geführt (dem z. B. Kühlwasser durch Leitungen 45a und 45/j zugeführt wird), wo der Wasserdampf unter Bildung von wäßrigem Kondensat kondensiert wird, das durch Leitung 47 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 476 zum oberen Ende des Regenerierturmes 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 476 zum oberen Ende des Regenerierturmes zurückgeführte Kondensat wird bei der in F i g. 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 C 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 100° C 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 verminderten 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.

F i g. 2 zeigt halbschematisch eine Ausführungsform einer geeigneten Dampfstrahlpumpe 30. Antriebsdampf 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 54 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 56 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

ίο eintretenden Entspannungsdampfes liegt. Beispielsweise kann mit Antriebsdampf von 3,5 atü, der den verminderten Druck in der Entspannungsvorlage 29 erzeugt und Entspannungsdampf unter einem Druck von 0,28 atü bildet, ein dazwischen liegender Austrittsdruck am Austrittsende 57 der 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 F i g. 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 Wärmeaustauschkontakt mit Waschlösung gehalten wird, die durch Leitung 63 in den Aufkocher 60 eingeführt wird.

Durch Leitung 63 wird regenerierte Waschlösung aus dem Sammelboden 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 25 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 F i g. 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 NmVStunde zugeführt. Das für die Ammoniaksynthese vorgesehene Gas enthält 18,3% CO2 (Trockenbasis), während der Rest aus einem Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff im Molverhält-

bo nis von 3:1 besteht. Dieses heiße Prozeßgas strömt durch die Schlange 43 des Aufkochers 41 in indirektem Wärmeaustauschkontakt mit wäßrigem Kondensat aus dem hochliegenden Kühler 45, das durch Leitung 41 bei einer Temperatur von etwa 95°C in den Aufkocher 41

b5 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 61 bei einer Temperatur von 160° C und fließt dann durch die Schlange 62 des Aufkochers 60, dem eine regenerierte Kaliumcarbonatlösung (30 Gew.-% Kaliumcarbonat, das 3 Gew.-% Diethanolamin 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 einem Druck von 26,37 atü gefahren wird. Regenerierte Waschlösung, die in einer Menge von 445,6 mVStunde und bei einer Temperatur von 70° C umläuft, wird durch Leitung U oben auf den Absorptionsturm gegeben, während ein zweiter Waschlösungsstrom in einer Menge von 904,6 mVStunde und bei einer Temperatur von 104° C durch Leitung 12 über dem Abschnitt A eingeführt wird. Wie bereits erwähnt, wird als Waschlösung eine 30°/oige Kaliumcarbonatlösung erhalten, die 3% 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 CCVGehalt von 0,1 % aus.

Der hier gebrauchte Ausdruck »Kaliumbicarbonatfraktion« bedeutet den in Prozent ausgedrückten Anteil des ursprünglichen Kaliumcarbonats (K2CO3), der durch Reaktion mit OO2 in Kaliumcarbonat umgewandelt worden ist. Beispielsweise wird eine Lösung mit einer Kaliumbicarbonatfraktion von 25% durch Umwandlung von 25 Mol-% des Kaliumcarbonatgehaltes der Lösung in Kaliumbicarbonat erhalten, so daß das Verhältnis von Kaliumionen, 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 K2CO3 : KHCO3 bei einer Bicarbonatfraktion von 25% 3 :2.

Die ausgebrauchte Waschlösung sammelt sich im Sumpf 13 am Fuß des Absorptionsturmes bei einer Temperatur von 111,3⁰C 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 Turmes) von 0,14 atü gefahren wird. Der Druck am unteren Ende des Turmes (d. h. unter dem Füllkörperabschnitt C) 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 CO2 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 113⁰C. 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° C 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 mVStunde bei einer Temperatur von 104⁰C in den Absorber oberhalb des Abschnitts A eingeführt wird. Der andere Teil strömt in einer Menge von 445,6 mVStunde zum Kühler 39, wo die Lösung auf eine Temperatur von 70°C gekühlt und dann durch Leitung 11 oben auf den Absorptionsturm aufgegeben wird.

Der in der Entspannungsvorlage 29 erzeugte Entspannungsdampf wird durch Leitung 31 zur Saugseite des Dampfstrahlers 30 geführt, wo er sich mit dem durch Leitung 44 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 Regenerierturmes 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 Dampf lieferung vom Kondensatauf kocher 41:
27 216 kg 3,5 atü-Dampf/Std.

Zweite Dampflieferung vom Lösungsauf kocher 60:
43 000 kg 0,42 atü-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 172°C eintritt und den es bei 123°C verläßt, wodurch stündlich 70 116 kg Dampf erzeugt werden, der als Wasserdampf zum Abtreiben unten in den Regenerierturm eingeführt wird. Um den zusätzlich zum Abtreiben erforderlichen Dampf von 21 909 kg/Stunde zu beschaffen, der vom Lösungsaufkocher nicht geliefert wird, wird Frischdampf von einer Fremdquelle in einer Menge von 21 909 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 Lösungsaufkocher 60 eingeführt wird, in den es bei 172°C eintritt und den es bei 123⁰C 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/Stunde zu beschaffen, die der Lösungsaufkocher

nicht liefert, werden ein Dampfstrahler und eine Entspannungsvorlage in der in F i g. 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 ücm Antriebsdampf unten in den Regenerierturm als Abstreifdampf eingeführt wird.

Die wesentliche Verbesserrung im thei mischen 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:

Gesamtbedarf an Bedarf an

Dampf zum Abtreiben Fremddampf

(kg/Std.) (kg/Std.)

Beispiel 1	92 124	0
Versuch A	92 124	21 909
Versuch B	92 124	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/Stunde, 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 Dampflieferung, die erzeugt wird, indem das heiße Einsatzgas in indirekten Wärmeaustausch mit Wasser gebracht wird, unter einem Überdruck erzeugt werden, der genügt, um den Dampfstrahler 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 Regenerierturmes 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 170° C, 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 Waschiösung entwickelten Wasserbrüden 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 Wasserbiianz 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

ίο 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.l).

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 Turmes 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 Kesselspeisewasser 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 49 in F i g. 1, bei Temperaturen von 50 bis 100° C 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 niedrigeren Temperatur arbeitet. Beispielsweise sei darauf verwiesen, daß bei der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise das heiße Einsatzgas bei einer Temperatur von 160°C und nicht bei seiner ursprünglichen Temperatur von 172°C in den Lösungsaufkocher eintritt. Der Betrieb des Lösungsaufkochers 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

bo erheblich verringert wird.

Die zweite Dampfliefemng wird im Reboiler für die Waschlösung im allgemeinen unter einem Druck erzeugt, der etwas über dem am Fuß des Regencrierturmes herrschenden Druck und im allgemeinen wesentlich

i,5 unter dem Druck der ersicn Dampflieferung liegt.

Die Entspanniingsdnmpfmenge, die wirtschaftlich gewonnen und dann im Dampfstrahler verdichtet und nls Dampf zum Abtreiben wicdcrvcrwcndoi werden

kann, hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, nämlich erstens von der für den Betrieb Jes Dampfstrahlers verfügbaren Menge an Antriebsdampf, die ihrerseits natürlich von der Mengt des unter mäßigen Druck stehenden Dampfes abhängt, der wirtschaftlich im Wasserkessel erzeugt werden kann. Die Menge des 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 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 F i g. 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 festgesteilt, 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 endothermen Dampfbildung bei der Entspannung) von etwa 4 bis 20⁰C, vorzugsweise von 6 bis 15⁰C, entspricht

Die während der endothermen Entspannungsverdampfung stattfindende Abkühlung der Lösung ist in verschiedener Hinsicht vorteilhaft. Sie führt in erster Linie zu einer mäßig erniedrigten Temperatur im Absorptionsturm. Dies hat den Vorteil einer Erniedrigung des Staudrucks des sauren Gases über der Lösung, wodurch eine Absorption bis auf niedrigere Konzentrationen an restlichem saurem Gas erleichtert wird. Wenn ein Teil der Lösung weiter gekühlt wird, z. B. im Kühler 39 bei der in F i g. 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 Oberdrücken, nämlich Drücken in der Größenordnung von 0,35 bis 2,5, insbesondere im Bereich von 0,7 bis 2,\ atü gefahren wird. Das Fahren des Regenerierturmes bei solchen mäßigen Oberdrücken hat den Vorteil, daß das saure Gas unter Druck anfällt, wodurch wiederum die Verdichtungskosten gesenkt werden, wenn das saure ω Gas, ü. B. CO2, 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 Regene- μ rierturmes 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 Regenerierturmes von erheblich geringerer Größe.

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

Beispiel 2

Ein Ausgangsgas, das mit dem in Beispiel 1 genannten Ausgangsgas identisch ist, außer daß es eine Temperatur von 173°C 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 41 geleitet, in den es bei 173° C eintritt, und den es mit 160⁰C verläßt, wodurch 29 484 kg 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 Lösungsa ifkocher 60 geführt, in den es bei einer Temperatur von 160⁰C eintritt, und den es bei 135⁰C verläßt, wodurch stündlich 33 248 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 0,84 atü am oberen Ende des Turmes gefahren. Am unteren Ende beträgt der Druck 1,05 atü auf Grund des Druckabfalls in den Füllkörpern. Als Folge des höheren Drucks im Regenerierturm hat die Lösung, die sich im Sumpf 25 am Fuß des Regenerierturmes sammelt, eine höhere Temperatur, nämlich 125° C. Die heiße Lösung am Fuß des Regenerierturmes 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 Entspannungsdampf und Antriebsdampf 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 116° C ab und wird dann durch Leitung 34, Umwälzpumpe 35 und Leitung 36 dem Mengeinre gelventil 37 zugeführt, wo sie in zwei Ströme aufgeteil wird, von denen der eine durch Leitung 12 bei eine Temperatur von 116°C in den Absorber oberhalb de: Abschnitts A eingeführt wird, während der ändert Teilstrom dem Lösungskühler 39 zugeführt wird, wo e auf 7O⁰C gekühlt und dann oben auf den Absorptions turm aufgegeben wird.

Das nunmehr auf eine Temperatur von 135° C gekühlte heiße Ausgangsgas aus dem Lösungsaufkoche 60 wird durch einen Kesselspeisewassererhitzer gelei tet, wo 2 772 000 kcal/Stunde Wärme gewonnen wer den, und dann bei einer Temperatur von 129°C unten ii den Absorptionsturm eingeführt.

In Beispiel 2 wird ebenso wie in Beispiel 1 de gesamte Dampf, der zum Abtreiben der Lösunj erforderlich ist (insgesamt 85 003 kg/Stunde) durch da

Ausgangsgas wie folgt geliefert:

Erste Dampflieferung (Wasserboiler 41):
Stündlich 29 484 kg 3,5 atü-Dampf

Zweite Dampflieferung (Lösungsaufkocher):
Stündlich 33 248 kg 1,12 atü-Dampf

In der Entspannungsvorlage 29 erzeugter Dampf:

Stündlich 22 271 kg 0,55 atü-Dampf (im Dampfstrahler 30 auf 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 C und D) deutlich. Beim Versuch C waren Ausgangsgas und Anlage identisch mit dem Unterschied, daß das Ausgangsgas bei einer Anfangstemperatur von 173°C 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 Lösiingsaufkocher 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 Unterschied, daß das Ausgangsgas unmittelbar in den Aufkocher 60 eingeführt wurde, in den es bei 173°C eintrat und den es bei 135⁰C verließ, worauf es einem Kesselspeisewassererhitzer zugeführt wurde, nach dem bei einer Temperatur von 12S°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 Fremddampf-

Dampf zum Abtreiben bedarf

(kg/Stunde) (kg/Stunde)

22 271
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 Antreibezone 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

Beispiel 2	85 003
Versuch C	85 003
Versuch D	85 0υ3

Systeme anwendbar, z. B. auf das in F i g. 3 dargestellte System, das. ebenfalls eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt.

Bei F i g. 3 ist es lediglich notwendig, speziell auf die Teile des Systems einzugehen, die sich von denen der in F i g. 1 dargestellten Anlage unterscheiden. Der Einfachheit halber werden in F i g. 3 die Teile, die mit denen in F i g. 1 identisch sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist zu bemerken, daß das Wärmerückgewinnungssystt-m, nämlich der Boiler 41, 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 F i g. 1 dargestellten Anlage identisch sind. Das System von F i g. 3 unterscheidet sich von dem in F i g. 1 durch die Verwendung eines Absorptionsturms, der in zwei getrennte Zonen unterteilt ist, wodurch eine wesentliche Verkleinerung des mittleren Durchmessers des Turms möglich ist.

2u 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 D', der geeignete Füllkörper oder Böden für die Gewährleistung eines innigen

Kontaktes zwischen Gas und Flüssigkeit enthält, und einer oberen Zone £ versehen ist, die zwei Abschnitte E' und E" enthält, die in ähnlicher 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 ferhält getrennt zwei Waschlösungsströme durch die Leitungen 312 bzw. 313. Die Waschlösung für beide Zonen des Absorptionsturms wird durch de Umwälzpumpe 35 und die Leitung 314 zugeführt. Die Lösung wird durch das Mengenregelventil 315 zunächst in zwei Ströme aufgeteilt, von denen der eine durch Leitung 311 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 312 der Zone E oberhalb des Abschnitts E' 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 am 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 £ mischt.

Hierauf wird nachstehend näher eingegangen.

Die oben auf die Zone £"des Absorptionsturms durch

e,o Leitung 313 aufgegebene gekühlte Lösung fließt nach unten über die Füllkörper oder sonstigen Mittel fund mischt sich mit der durch Leitung 312 in die Zone E eingeführten Lösung. Die gemischten Lösung fließt dann nach unten über die Füllkörper oder sonstigen

_b5 Mittel £' und wird auf dem 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 Leitung 311 ein und veriäßt 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 311 eingeführt wird, und strömt dann durch den Kamin 325, der im 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 ^eingeführt wird, und tritt dann am oberen Ende des Absorptionsturms im gereinigten jo Zustand durch Leitung 16 aus.

Die Arbeitsweise des in F i g. 3 dargestellten Systems wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.

Beispiel 3

J5

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 wäßrigen 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 160⁰C in den Lösungsaufkocher 60 und durch die Schlange 62 und erzeugt Dampf, indem es die Waschlösung, die dem Aufkocher zugeführt wird und die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1 hat, zum Sieden bringt, wodurch 38 782 kg Dampf von 0,77 atü erzeugt werden. Das Gasgemisch veriäßt 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 Temperatur 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 314 dem Mengenregelventil 315 zugeführt, wo sie in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen einer durch Leitung 311 in einer Menge von 631 mVStunde oben auf die Zone D des Absorptionsturms aufgegeben wird, während der andere Teilstrom durch Leitung 316 in einer Menge von 716m³/Stunde dem Mengenregelventil 317 zugeführt wird, wo der Strom in zwei gleiche Teile aufgeteilt wird, von denen einer in einer Menge von 363 mVStunde bei einer Temperatur von 110⁰C durch Leitung 312 in die Zone E eingeführt wird. Der zweite Teil gelangt in einer Menge von 363 mVStunde durch Leitung 318 in den Kühler 39, wo die Lösung auf 70° C gekühlt wird, und wird dann durch Leitung 313 oben auf die Zone E aufgegeben.

Die Waschlösung sammelt sich am Fuß der Zone Dim Sumpf 319 bei einer Temperatur von 131 "C 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 1 855 190 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 F i g. 1 dargestellten Ausführungsform erzielt werden. Zusätzlich wird die durchschittliche 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 F i g. 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung von sauren Gasen aus heißen wasserdampfhaltigen Gasgemischen nach einem zyklischen Verfahren, bei dem eine wäßrige alkalische Waschlösung zwischen einer Absorptionsstufe, die bei 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 vermindertem Druck zur Desorption des sauren Gases abgetrieben wird, zirkuliert 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 Druckentspannungszone zuführt, die man mit Hilfe eines Dampfstrahlers, dessen Saugseite mit der Druckentspannungszone verbunden ist, unter vermindertem Druck hält, die erste Menge des unter Überdruck stehenden Dampfes dem Dampf strahler 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.

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 die gesamte Waschlösung der Druckentspannungszone zugeführt und der Druckentspannung unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierstufe bei einem Überdruck von 0,35 bis 2,46 atü gehalten wird.