DE2137183A1 - Absorptionsverfahren - Google Patents

Description

Absorptionsverfahren

Die Erfindung betrifft ein Absorptionsverfahren und insbesondere ein Hochdruckabsorptionsverfahren zur Entfernung einer Komponente aus einem Dämpfestrom. Nach einer bevorzugten Ausführungsform richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Entfernung eines sauren Gases, wie Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxyd, aus einem Dämpfestrom durch Behandlung des Dämpfestroms mit einem für das saure Gas selektiven unbeladenen Absorptionsmittel in einer Absorptionszone bei einem Druck über 69 Atm (1000 psig). Eine besonders wichtige Anwendungsform des Verfahrens ist die Entfernung von Schwefelwasserstoff aus einem wasserstoffreichen Rückführgasstrom, der einer Hydrierreaktionszone zugeführt wird, z.B. einer Hydrokrackzone oder einer Hydrobehandlungszone, in der ein Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial, das organische Schwefelverbindungen enthält, in Gegenwart von Wasserstoff und einem Hydrierkatalysator entschwefelt wird.

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Das Absorptionsverfahren der Erfindung ist insbesondere anwendbar bei wasserstoffverbrauchenden Verfahren, bei denen wasserstoffreiches Gas zurückgeführt wird.

Zu derartigen wasserstoffverbrauchenden Verfahren gehören die Hydrierbehandlungs- oder Hydrobehandlungsverfahren_f bei denen Benzin- oder Naphthafraktionen, Kerosinfraktionen, Mitteldestillatfraktionen, leichte und schwere Vakuumgasöle, leichte und schwere Kreislaufmaterialien u.dgl. mit Wasserstoff behandelt werden, in erster Linie zwecks Verringerung der Konzentration an verschiedenen darin enthaltenen chemischen·Verunreinigungen.

Ein anderes typisches wasserstoffverbrauchendes Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren von großer Bedeutung in der Erdölverarbeitung ist die Hydrokrackung, die insbesondere als eine destruktive Hydrierung von Erdöl bezeichnet werden kann. Die Hydrokrackung wandelt verhältnismäßig schwere Kohlenwasserstoff materialien, z.B. Bodenprodukte der atmosphärischen Destillation, Bodenprodukte einer Destillation im Vakuum (Vakuumrückstände), Rohölrückstände, getoppte Rohöle und aus Teersanden extrahierte Rohöle, gewöhnlich als "Schwarzöle" bezeichnet, in tiefer siedende Kohlenwasserstoffprodukte um, z.B. in Benzin, Brennöl und leichte Kreislauföle. Bei dem angestrebten Endprodukt kann es sich auch um verflüssigtes Erdölgas handeln.

Die Wasserstoffbehandlung von verunreinigten Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien wird in umfangreichem Maße durchgeführt. Die Wasserstoffbehandlung, auch als Hydrobehandlung bezeichnet, führt zu einer Sättigung der olefinischen Bestandteile des Einsatzmaterials und zu einer Entfernung von Schwefel-, Stickstoff-, Chlor- und anderen anorganischen Verunreinigungen durch Hydrierung. Das Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial wird im Gemisch mit Wasserstoff über einen

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geeigneten Katalysator geleitet, bei einem Druck von etwa 7,8 bis 103 Atm (100 - 1500 psig) oder noch höher, je nach dem zur Verarbeitung kommenden Einsatzmaterial. Der Wasserstoff dient nicht nur als Reaktionsteilnehmer, sondern schützt auch den Katalysator gegen eine übermäßige Koksablagerung, u.a. durch Darbietung einer Wärmeaufnahmesubstanz für die exotherme Reaktionswärme. Der Wasserstoff ist daher normalerweise in einer Menge von etwa 18 bis 535 Volumina Gas, gemessen bei 15⁰C und 1 Atm, je Volumen Kohlenwasserstoff beschickung , gemessen bei 15°C, nachstehend zur Vereinfachung als V/V abgekürzt (100 - 3000 standard cubic feet per barrel? SCFB), oder in noch größerer Menge anwesend, je nach dem verarbeiteten Einsatzmaterial. Die Temperatur der Wasserstoffbehandlungszone wird im Bereich von etwa 177 bis 482°C (350 - 900°F) gehalten. Die im einzelnen angewendete Temperatur richtet sich nach der Art des verarbeiteten Einsatzmaterials, dem prozentualen Gehalt an Verunreinigungen in der Beschickung, und dem Katalysator. Die Kohlenwasserstoffbeschickung wird normalerweise bei einer stündlichen Raumströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, definiert als Volumina flüssiger Beschickung, gemessen bei 15°C, je Stunde und je Volumen Katalysator (LHSV), von etwa O,5 bis 10 verarbeitet. Ein bevorzugter Hydrierbehandlungskatalysator umfaßt Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd, Nickel, Molybdän und Kobalt, wobei die Metalle im einzelnen als Oxyde oder Sulfide vorliegen können; es können aber auch andere Katalysatoren verwendet werden.

Die Hydrokrackung ist besonders wichtig für die Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoff gemischen , die bei Temperaturen oberhalb des Benzin- und des Mitteldestillat-Siedebereichs sieden. Jüngere Entwicklungen auf dem Gebiet der Hydrokrackung haben gezeigt, daß auch eine Hydrokrackung von Rückstandsölen oder Schwarz-

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ölen, die beträchtliche Mengen an bei oder über etwa 649 C (1200 F) siedenden Kohlenwasserstoffmaterialien enthalten, durchgeführt werden kann. Die selektive Hydrokrackung derartiger schwerer Kohlenwasserstoffeinsätzmaterialien stellt ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung dar.

Reaktionsbedingungen für die Hydrokrackung umfassen einen Druck von etwa 7,8 bis 205 Atm (100 - 3000 psig) oder mehr, ein Wasserstoff/Kohlenwasserstoff-Verhältnis von etwa 18 bis 3570 V/V (100 - 20 000 SCFB), Temperaturen von etwa 260 bis 538°C (500 - 1000°F) und eine stündliche Raumströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von etwa 0,5 bis Ein typischer Katalysator für eine derartige Hydrokrackung von Kohlenwasserstoffen umfaßt Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd und ein Metall der Gruppe VIII oder ein Metall der Gruppe VIa des Periodensystems oder irgendeine Kombination derartiger Metalle.

Bei der Hydrobehandlung oder Hydrokrackung wird normalerweise der Reaktionszonenausfluß gekühlt und in eine Hochdrucktrenneinrichtung, gewöhnlich einen Hechdruckabscheider, geleitet. Der flüssige Anteil wird aus diesem Abscheider abgezogen und normalerweise in einen Niederdruckabscheider und dann in Fraktioniereinrichtungen zur Produktgewinnung geführt. Ein Teil der Flüssigkeit kann zu der Reaktionszone zurückgeführt werden.

Das wasserstoffhaltige Gas wird aus dem Hochdruckabscheider abgezogen und normalerweise zurückgeführt. Dieses wasserstoffreiche Gas enthält leichte Kohlenwasserstoff dämpfe und eine beträchtliche Menge Schwefelwasserstoff. Bei vielen Hydrierbehandlungs- und Hydrokrackverfahren wird mindestens ein Teil des Schwefelwasserstoffs aus dem Rückführgas entfernt, bevor das Gas zu der Reaktionszone zurück-

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geführt wird. Dies erfolgt nicht nur zur Schwefelgewinnung, sondern auch und insbesondere zur Verbesserung der Entschwefelungsreaktionen. Die angewendeten Hydrierkatalysatoren sind nicht nur selektiv für die Entschwefelung des Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials, sondern sie sprechen auch auf die Menge des in der Reaktionszone anwesenden Schwefels an. Demgemäß wird Schwefelwasserstoff aus dem Rückführgas entfernt, so daß das katalytische Gleichgewicht in der Reaktionszone zur Erzfelung einer besseren Entschwefelung verschoben werden kann.

Schwefelwasserstoff wird normalerweise mittels eines Behandlungssystems für saures Gas, z.B. eine Amin-Absorption, entfernt; dazu wird das Rückführgas mit einer wäßrigen Aminlösung in einer Absorberkolonne unter hohem Druck in Berührung gebracht. Wenn kein Carbonylsulfid (Kohlenoxydsulfid) anwesend ist, werden gewöhnlich Monoäthanolaminlösungen benutzt. Wenn Carbonylsulfid in dem Gas anwesend ist, wird Diäthanolamin verwendet, da Monoäthanolamin mit Carbonylsulfid unter Bildung stabiler Verbindungen reagiert.

Der Aminbehandlungsprozess beruht darauf, daß aliphatische Alkanolamine mit sauren Gasen im wesentlichen bei Umgebungstemperaturen reagieren und daß die sauren Gase bei etwas höheren Temperaturen wieder aus der Aminlösung freigegeben werden. Die Absorption von Schwefelwasserstoff erfolgt normalerweise bei einer Temperatur von 38°C (100 F) oder darunter, während Kohlendioxyd bei 49°C (120⁰F) oder darunter in der Aminlösung absorbiert werden kann, wobei jedoch bei einer Reihe technischer Anwendungen höhere Temperaturen vorkommen. Das anfallende beladene Aminabsorptionsmittel enthält ein Reaktionsprodukt, das chemisch gebundenes saures Gas und Amin umfaßt und beim Erhitzen durch Umkehrung der chemischen Reaktion die Aminlösung regeneriert,

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unter gleichzeitiger Freigabe des sauren Gases aus der Lösung. Ein Erhitzen der beladenen Aminlösung auf eine Temperatur von etwa 116⁰C (24O°F) bewirkt eine Freigabe von Schwefelwasserstoff aus der Lösung, während ein Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 149°C (3OO°F) eine Freigabe von Kohlendioxyd aus der Aminlösung herbeiführt. Das Erhitzen der beladenen Aminlösung zur Freigabe der sauren Gaskomponente und damit zur Regeneration des unbeladenen Aminabsorptionsmittels erfolgt gewöhnlich durch Einführen der beladenen Aminlösung in eine etwa bei Atmosphärendruck betriebene Destillationskolonne.

Das unbeladene Absorptionsmittel umfaßt normalerweise eine wäßrige Aminlösung. Die Wahl der Aminkonzentration erfolgt gewöhnlich nach Maßgabe von Korrosions- und Betriebsgesichtspunkten. Konzentrationen von 15 bis 20 Gewichtsprozent sind typisch für Monoäthanolaminlösungen, jedoch kommen gelegentlich auch so niedrige Konzentrationen wie 10 % oder so hohe Konzentrationen wie 30 % zur Anwendung. Es ist allgemein davon auszugehen, daß die Anwendung niedrigerer Aminkonzentrationen zu einer geringeren Korrosion von Stahlausrüstungsteilen führt. Insbesondere ist es im Hinblick auf die Korrosivität der beladenen Absorptionslösung, die aus dem Aminabsorptionsturm abgezogen wird, auf dem Fachgebiet typisch, die Konzentration an Schwefelwasserstoff in der Aminlösung auf etwa 0,35 Mol H_S je Mol Monoäthanolamin zu beschränken.

Weiterhin ist es bei der Hydrobehandlung und Hydrokrackung die Regel, den wasserstoffreichen Rückführgasstrom direkt ohne wesentliche Druckverringerung in den Aminbehandlungsabsorber zu leiten. Es ist unwirtschaftlich, den Gasstrom zu entspannen und dann in einen Niederdruckabsorber einzuführen, da ein derartiges Vorgehen beträcht-

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liehe zusätzliche Betriebskosten für die Wiederverdichtung des Gases auf den Reaktionszonendruck mit sich bringen würde. Andererseits ist es bei Anwendung eines Hochdruckabsorbers notwendig, die unbeladene Monoäthanolaminlösung von der Absorptionsmittelregenerierkolonne, die bei etwa Atmosphärendruck betrieben wird, in eine Hochdruckabsorberkolonne zu pumpen, so daß sich erhöhte Kosten für die Zirkulation der unbeladenen Aminlösung ergeben. Weiterhin erfordert der Betrieb des Absorptionsturms bei hohem Druck einen hohen Investitionsaufwand für dieses Verarbeitungsgefäß und seine Hilfseinrichtungen* Insbesondere bei solchen Hydrierverfahren, bei denen die angewendeten Drücke Bereiche von etwa 135 atü (2000 psig) annähern oder sogar überschreiten, können die in Verbindung mit der Absorptionskolonne auftretenden Ausrüstungskosten übermäßig hoch sein und die Verfahrensdurchführung in Frage stellen.

Es besteht demgemäß ein ausgeprägtes Interesse auf dem Fachgebiet nach einem Verfahren, das in der Lage ist, die Schwefelwasserstoffkonzentration des Wasserstoffrückführstroms einer Hochdruck-Hydrierreaktionszone in einer besseren und wirtschaftlicheren Weise zu verringern.

Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung einer ausgewählten Komponente aus einem bei hohem Druck gehaltenen Gasstrom zu schaffen, das nicht die vorstehend erläuterten und ähnliche Mängel der bekannten Arbeitsweisen aufweist und wirtschaftlicher durchzuführen ist. In Verbindung hiermit bezweckt die Erfindung insbesondere die Angabe eines verbesserten und wirtschaftlicheren Verfahrens zur Entfernung eines oder mehrerer saurer Gase, insbesondere Schwefelwasserstoff, aus einem Gasstrom, der unter einem Druck über etwa 69 Atm (1000 psig) gehalten wird.

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Ein Vorteil des Betriebs bei hohem Druck besteht darin, daß die Menge des in dem Absorber erforderlichen unbeladenen Absorptionsmittels geringer ist als bei einem unter niedrigem Druck arbeitenden Absorptionssystem. Beim Abzug der sich ergebenden beiadenen Absorptionsmittellösung von dem Hochdruckabsorber zu einem bei niedrigem Druck arbeitenden System kann jedoch infolge der Druckverringerung ein beträchtlicher Anteil der gelösten Komponente aus der beiadenen Absorptionsmittellösung durch Flashverdampfung entweichen und in eine eigene Dampfphase übergehen. Weiterhin kann bei einer Reihe von Anwendungsformen, z.B. beim Auswaschen von Schwefel- f wasserstoff aus einem Wasserstoffrückführstrom mit Monoathanolamin, die unbeladene Monoäthanolaminlösung so viel Schwefelwasserstoff absorbieren, daß eine korrosive beladene Aminlösung gebildet wird. Auch derartige Mängel werden durch das Verfahren der Erfindung vermieden.

Gegenstand der Erfindung ist hierzu ein Absorptionsverfahren zur Entfernung einer auegewählten Komponente aus einem Gasstrom, bei dem das Gas in einer Hochdruckabsorptionszone mit einem unbeladenen Absorptionsmittel in Berührung gebracht wird, aus dieser Absorptionszone ein Gasstrom, der einen verringerten Gehalt an der ausgewählten Komponente aufweist, und ein flüssiger Strom beiadenen Absorptionsmittels, \ der die ausgewählte Komponente enthält, abgezogen werden, das beladene Absorptionsmittel in eine Niederdrucktrennzone eingeführt wird und aus der Trennzone unbeladenes Absorptionsmittel und ein die ausgewählte Komponente enthaltender gesonderter Strom abgezogen werden, welches dadurch gekennzeichnet ist' daß man

a) nur einen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels in die Hochdruckabsorptionszpne einführt und

b) einen anderen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels vor

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der Einführung des beladenen Absorptionsmittels in die Niederdrucktrennzone zu dem beladenen Absorptionsmittel zugibt.

Weitere Gesichtspunkte und bevorzugte Maßnahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung gehen aus der nachstehenden Erläuterung der anliegenden Zeichnung, die in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel behandelt wird, hervor.

Nach einem Betriebsbeispiel des Verfahrens in großtechnischer Anwendung wurde ein bei Atmosphärendruck von leichtsiedenden Anteilen befreites Rohöl mit einem spezifischen Gewicht von 0,955 (16,6⁰API) in einer Hydrierreaktionszone mit einem Durchsatz von 264 m /h (40000 barreis per stream day, BPD) verarbeitet. Das Einsatzmaterial enthielt 3,8 Gewichtsprozent Schwefel und hatte einen Gesamtstickstoffgehalt von 2100 Teile-je-Million. Der Anfangssiedepunkt des atmosphärisch getoppten Rohöls betrug 266°C (510°F), der 50 %-Siedepunkt betrug 496°C (925°F) und der Siedeendpunkt lag über 649°C (1200⁰F).

. Gemäß der Zeichnung tritt das bei Atmospärendruck getoppte Rohöl durch eine Leitung 10 in das Verfahren ein und wird mit einem wasserstoffreichen Dampfstrom aus einer Leitung 11 vermischt. Dieses Gemisch fließt weiter durch die Leitung 10 in eine Reaktionszone 13, die einen Hydrierkatalysator zur Entschwefelung und Stickstoffentfernung aus dem öl enthält. Der Reaktionszonendruck beträgt 142 Atm (2075 psig) und die Temperatur beträgt etwa 399°C (750 F). Das entschwefelte und denitrierte Rohöl wird aus der Reaktionszone 13 durch eine Leitung 14 abgezogen, gekühlt und dann in einen Hochdruckabscheider 15 eingeführt. Der Druck des Abscheiders 15 beträgt etwa 137 Atm (2000 psig),

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die Temperatur beträgt etwa 49°C (120°F). Ein flüssiges Produkt wird durch eine Leitung 16 abgezogen und einer nicht dargestellten Fraktionierzone zugeführt.

Eine wasserstoffreiche Dampfphase wird durch eine Leitung 17 abgenommen und in einen ümwälzgaskompressor 18 geleitet, der den Druck auf etwa 154 Atm (2250 psig) erhöht. Die Verdichtung steigert die Temperatur des Gases auf 63°C (146°F). Das Rückführgas fließt dann durch eine Leitung 19 in einen Absorptionsturm 20. Dieses Gas enthält 80,3 Mol-% . H₂ und tritt in einer Menge von 11300 kmol/h (24843,50 * lb-mol/h) ein. Dieses Gas umfaßt 228 kmol/h (503,39 lb-mol/h) Schwefelwasserstoff, 1990 kmol/h (4380,91 lb-mol/h) Kohlenwasser stoff dämpfe und 9,5 kmol/h (20,95 lb-mol/h) Wasserdampf. Um den Hydrierkatalysator in der Reaktionszone 13 ausreichend zu schützen, wurde gefordert, mindestens 90 % des Schwefelwasserstoffs aus dem Rückführgas zu entfernen.

Der Hochdruckabsorber 20 enthält zwei Absorptionszonen. Die untere Absorptionszone 21 stellt eine Aminabsorptionszone dar. Die obere Absorptionszone 22 bildet eine Wasserwaschungs-Absorptionszone, die jegliche mit dem Rückführgas mitgeschleppte Aminlösung entfernt.

Das in den Hochdruckabsorber 20 eintretende Gas tritt zunächst mit abwärtsfließender beladener Aminlösung aus der Absorptionszone 21 in Berührung. Die beladene Aminlösung gelangt dann in eine Absetzzone am Boden des Absorbers 20, bei einer Temperatur von 65°C (149°F) und einem Druck von 153 Atm (2233 psig). Das Rückführgas fließt aufwärts durch die Aminabsorptionszone 21. Ein erster Anteil unbeladener Monoäthanolaminlösung wird in den Hochdruckabsorber 20 durch eine Leitung 38 oberhalb der Absorptionszone 21 eingespeist. Diese unbeladene Aminlösung, die 20 Gewichts-

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prozent Amine und 23 kmol/h (5o,84 lb-mol/h) Schwefelwasserstoff in komplexer Bindung mit Monoäthanolamin enthält, tritt in den Absorber 20 in einer Menge von 6500 kmol/h (14288,97 lb-mol/h) ein. Die Temperatur der unbeladenen Monoäthanolaminlösung beträgt 38°C (100⁰F). Die anfallende beladene Aminlösung wird vom Boden des Ilochdruckabsorbers 20 durch eine Leitung 23 zur Regeneration abgezogen.

Das Rückführgas fließt aufwärts aus der Aminabsorptionszone 21 durch einen Flüssigkeitsabscheideboden 44.

In der Absorptionszone 22 tritt das Gas mit abwärts fließendem Wasser in Berührung, welches im Gas mitgeschleppte Aminlösung auswäscht. Die anfallende wäßrige Lösung von Monoäthanolamin wird auf dem Flüssigkeitsabscheideboden 44 gesamm_welt und dann durch eine Leitung 41 abgezogen, wobei geringfügige Mengen in die Absorptionszone 21 überfließen mögen. Dieser wäßrige Strom wird ausgeglichen durch Ergänzungswasser, das durch eine Leitung 42 in einer Menge von 8 kmol/h (18,63 lb-mol/h) und mit einer Temperatur von 43°C (HO⁰F) zufließt. Das Ergänzungswasser kompensiert Wasserverluste durch Eintritt von Wasserdampf in das Rückführgas sowie vom Boden 44 überfließendes Wasser. Der vereinigte wäßrige Strom geht durch die Leitung 41 in den Kopf des Hochdruckabsorbers 20 im Gebiet oberhalb der Wasserwaschabsorptionszone 22.

Das Rückführgas wird vom Kopf des Hochdruckabsorbers 20 durch die Leitung 11 in einer Rate von 11050 kmol/h (24338,36 lb-mol/h) bei einer Temperatur von 64°C (147°F) und einem Druck von 153 Atm {2231 psig) abgezogen. Die Wasserstoffreinheit ist auf 81,7 Mol-% angestiegen infolge der Entfernung von 90 % des Schwefelwasserstoffs aus dem in den Absorber eintretenden Gas. Das gereinigte Rückführgas enthält nun nur noch

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23 kmol/h (50,34 lb-mol/h) Schwefelwasserstoff und 17kmol/h (37,72 lb-mol/h) Wasserdampf. Ergänzungswasserstoff wird dem Verfahren durch eine Leitung 43 und die Leitung 11 zugeführt.

Vom Boden des Hochdruckabsorbers 20 wird beladene Monoäthanolaminlösung durch die Leitung 23 in einer Menge von 6730 kmol/h (14812,74 lb-mol/h) bei einer Temperatur von 65°C (149°F) und einem Druck von 153 Atm (2233 psig) abgezogen. Diese beladene Monoäthanolaminlösung enthält 229 kmol/h (503,89 lb-mol/h) Schwefelwasserstoff, 13 kmol/h (27,87 lb-mol/h) gelösten Wasserstoff und 19 kmol/h (40,99 lb-mol/h) gelöste Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen je Molekül. Die beladene Monoäthanolamin-Absorptionsmittellösung fließt durch ein Drucksteuerventil 24 in eine Leitung 25. Beim Durchgang durch das Ventil 24 wird der Druck der beladenen Absorptionsmittellösung von 153 Atm (2233 psig) auf 8,2 Atm (105 psig) abgesenkt. Diese Druckverringerung verursacht einen Temperaturrückgang von 65°C (149°F) auf 54°C (130°F), da eine beträchtliche Menge an Dämpfen aus der flüssigen Phase beim Durchgang durch das Ventil 24 durch Flashverdampfung entweicht; diese bilden eine Flashdampfphase.

Weitere unbeladene Monoäthanolaminlösung wird in die Leitung 25 durch eine Leitung 40 in einer Menge von 4330 kmol/h (9525,99 lb-mol/h) bei einer Temperatur von 38°C (100°F) eingespeist. Diese unbeladene Monoäthanolaminlösung enthält 15 kmol/h (33,90 lb-mol/h) chemisch gebundenen Schwefelwasserstoff, aber es ist auch genügend freies Amin anwesend, um Schwefelwasserstoff aus der Dampfphase herauszulösen und das Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Monoäthanolamin auf einen Wert unterhalb der Korrosionsgrenze von etwa 0,35 Mol/Mol zu verringern. Das Gemisch von Aminlösung und Flashdämpfen fließt durch die Leitung 25 in eine Mischeinrichtung

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26. Die Mischeinrichtung 26 schafft eine Flüssig-Flüssig-Kontaktzone von hoher Turbulenz, so daß ein Gemisch aus durch Flashverdampfung freigesetzten Dämpfen und beladener Absorptionsmittellösung, bestehend aus einer homogenen Lösung der der Flashverdampfung unterworfenen beladenen,Monoäthanolaminlösung aus der Leitung 23 und der unbeladenen Monoäthanolaminlösung aus der Leitung 40, durch eine Leitung 27 abfließt.

Diese beladene Absorptionsmittellösung fließt zusammen mit der durch Flashverdampfung erzeugten Dampfphase in einen Flashabsorber 28 in einer Menge von Ilo5o kmol/h (24338,73 lb-mol/h). Das Gemisch aus beladener Absorptionsmittellösung und Flashdampf enthält 244 kmol/h (537,79 lb-mol/h) Schwefelwasserstoff, 13 kmol/h (27,87 lb-mol/h) Wasserstoff und 19 kmol/h (40,99 lb-mol/h) tiefsiedende Kohlenwasserstoffbestandteile. Die beladene Absorptionsmittellösung tritt in den Flashabsorber 28 in einen unteren Abschnitt 29 ein, der eine Phasentrennzone umfaßt, die bei einem Druck von 5,8 Atm (70 psig) und einer Temperatur von 54 C (129°F) gehalten wird; dort wird die beladene Absorptionsmittellösung von den Flashdämpfen getrennt.

Die Flashdämpfe fließen aufwärts in eine Niederdruckabsorptionszone 30 und treten dort mit unbeladener Monoäthanolaminlösung in Berührung, welche oberhalb der Niederdruckabsorptionszone 30 durch eine Leitung 39 in einer Menge von 54 kmol/h (118,93 lb-mol/h) eingespeist wird. Diese unbeladene Monoäthanolaminlösung hat eine Temperatur von 38°C (100°F) und enthält 0,4· Mol-% gelösten Schwefelwasserstoff. Ein Flashdampf in einer Menge von 32 kmol/h (70,72 lb-mol/h), bestehend aus 58 Mol-% H₂, 39 Mol-% Kohlenwasserstoffen und 3 Mol-% Wasser, wird vom Kopf des Flashabsorbers 28 durch eine Leitung 31 als gasförmiges Produkt abgezogen,

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etwa zur Verwendung als praktisch schwefelwasserstofffreies Heizgas.

Die beladene Absorptionsmittellösung wird vom Boden des Flashabsorbers 28 durch eine Leitung 32 in einer Menge von 11100 kraol/h (24386,95 lb-mol/h) bei einer Temperatur von 54°C (129°F) und einem Druck von 5,8 Atm (70 psig) abgezogen. Diese beladene Monoäthanolaminlösung enthält 245 kmol/h (538,21 lb-mol/h) Schwefelwasserstoff und eine Spurenmenge Kohlenwasserstoffe. Die beladene Monoäthanolaminlösung wird in eine Regeneratorkolonne 33 eingespeist, die eine Kopftemperatur von 103°C (218°F) und einen Druck von 1,6 Atm (9psig) aufweist. In der Kolonne wird Schwefelwasserstoff aus der Aminlösung ausgetrieben, durch Zersetzung des chemischen Komplexes aus Schwefelwasserstoff und Monoäthanolamin. Die Regeneratorkolonne 33 weist einen üblichen Wiedererhitzerkreislauf auf, bestehend aus einer Flüssigkeitsabzugslextung 35, einem Wärmeaustauscher 36 zur Wiedererhitzung und einer Dämpferückfuhrleitung 37. Die Bodenanteile der Regeneratorkolonne 33 haben eine Temperatur von 116°C (24O°F) und einen Druck von 1,8 Atm (12 psig). Ein Schwefelwasserstoffstrom wird vom Kopf der Kolonne durch eine Leitung 34 in einer Menge von 206 kmol/h (453,05 lb-mol/h) abgezogen. Dieser Schwefelwasserstoff ist recht rein, er enthält nur Spurenmengen an tiefsiedenden Kohlenwasserstoffbestandteilen und Spurenmengen an Wasserdampf, und er wird einer nicht dargestellten Schwefelgewinnungseinrichtung zugeführt. Die anfallende unbeladene Monoäthanolaminlösung wird vom Boden der Regeneratorkolonne 33 durch eine Leitung 38 in einer Menge von 109OO kmol/h (23933,89 lb-mol/h) bei einer Temperatur von 116°C (24O°F) abgezogen. Diese gesamte unbeladene Monoäthanolaminlösung umfaßt 20 Gewichtsprozent Monoäthanolamin in Wasser und enthält 39 kmol/h (85,16 lb-mol/h) chemisch gebundenen Schwefelwasserstoff, da der Regenerator den Schwefelwasserstoff

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aus der beladenen Monoäthanolaminlösung weitgehend aber nicht vollständig austreibt. Die unbeladene Monoäthanolaminlösung wird dann in einem nicht dargestellten Wärmeaustauscher auf 38⁰C (100°F) gekühlt und fließt durch die Leitung 38 den vorstehend erläuterten Zuführungsstellen für Monoäthanolaminlösung zu.

Die Leistungsfähigkeit und die Vorteile des Verfahrens der Erfindung gehen aus den Angaben des vorstehenden Beispiels ohne weiteres hervor.

In dem erläuterten Beispiel treten weniger

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als 60 % des für die Schweferstoffentfernung angewendeten unbeladenen Absorptionsmittels in den Hochdruckabsorber ein. Dies führt zu einer beträchtlichen Verringerung der Pumpkosten. Der Hochdruckabsorber kann bei gleicher Leistung wesentlich kleiner sein und seine Behälterwandung kann damit wesentlich dünner gehalten werden, was diesen Absorber ganz wesentlich verbilligt gegenüber einem Absorber einer herkömmlichen Gasbehandlungsanlage; die vergleichsweise geringen zusätzlichen Kosten der Niederdruckkontaktstufe vermindern diese Einsparung nicht in wesentlichem Maße. Auch die verfahrenstechnische Durchführung wird insgesamt vereinfacht und betriebssicherer gemacht.

Das erläuterte Beispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können andere Aminlösungen verwendet werden, z.B. Diäthanolamin, Diglykolamin und Aminodiisopropanol. Es können auch andere, nicht von Aminen gebildete Absorptionsmittellösungen für die Entfernung von sauren Gasen oder irgendwelchen anderen ausgewählten Dampfkomponenten eines unter hohem Druck stehenden Dampfstroms verwendet werden, entweder durch physikalische Absorption oder chemische Reaktion.

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Das Verfahren ist auch nicht auf die angegebenen Betriebsbedingungen beschränkt. Besondere Eignung und Vorteile hat das Verfahren, wenn bei einem Druck über 69 Atm (1000 psig) gearbeitet wird, insbesondere wenn der Druck etwa 103 Atm (1500 psig) übersteigt. In dem Beispiel wurde Schwefelwasserstoff aus dem Dampfstrom mit Monoäthanolamin durch physikalische Aufnahme und Zurückhaltung von Schwefelwasserstoff in der flüssigen Phase und durch die chemische Umsetzung entfernt. Es ist demgemäß erforderlich, die Temperatur in der Hochdruckabsorptionszone 21 hinreichend tief zu halten, hier z.B. bei unter etwa 93°C (200⁰F), um sicherzustellen, daß nicht durch zu hohe Temperatur Schwefelwasserstoff aus der Lösung ausgetrieben wird. Weiterhin sollte die Temperatur so tief wie möglich gehalten werden, um die Gefahr einer Korrosion in dem Hochdruckabsorbergefäß 20 so gering wie · möglich zu machen. Bei dem vorstehenden Beispiel wurden 60 % der unbeladenen Absorptionsmittellösung in den Hochdruckabsorber eingespeist, allgemein sollten vorzugsweise etwa 30 bis 70 % des unbeladenen Absorptionsmittels in das Hochdrucksystem eingeführt werden, je nach dem Druck und der Temperatur in diesem Abschnitt.

Der erläuterte Mischer 26 ist für die Flüssig-Flüssig-Kontaktzone nicht unbedingt erforderlich, vielmehr kann eine hohe Turbulenz zur Medienvermischung auch durch andere Einrichtungen herbeigeführt werden, z.B. Mischdüsen. Häufig wird auch bereits der Druckabfall in der Leitung 25 ausreichen, um ein Gebiet hoher Turbulenz zu schaffen, so daß überhupt keine Mischeinrichtung erforderlich ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform schafft die Erfindung somit eine Verbesserung bei einem Hydrierverfahren, bei dem ein Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial, das organische Schwefelverbindungen enthält, in einer Hochdruckreaktionszone mit Wasserstoff in Anwesenheit eines für

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die Entschwefelung von organischen Schwefelverbindungen selektiven Hydrierkatalysators umgesetzt wird, der anfällende Reaktionszonenausfluß in eine flüssige Kohlenwasserstoffphase und eine Schwefelwasserstoff enthaltende wasser- ■ stoffreiche Dampfphase getrennt wird, die wasserstoffreiche Dampfphase in einer Hochdruckabsorptionszone mit einem für Schwefelwasserstoff selektiven unbeladenen Absorptionsmittel in Berührung gebracht wird, ein dabei anfallender wasserstoffreicher Dämpfestrom von verringertem Schwefelwasserstoffgehalt aus der Absorptionszone abgezogen und zu der Reatkbnszone zurückgeführt wird, ein Schwefelwasserstoff enthaltendes beladenes Absorptionsmittel von der Absorptionszone abgezogen wird, beladenes Absorptionsmittel in eine Niederdrucktrennzone geleitet wird und getrennte Ströme von unbeladenem Absorptionsmittel und Schwefelwasserstoff aus der Trennzone abgezogen werden, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß man
a)'nur einen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels in die Hochdruckabsorptionszone einführt und

b) einen anderen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels vor der Einführung des beladenen Absorptionsmittels in die Niederdrucktrennzone zu dem beladenen Absorptionsmittel zugibt.

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Claims (8)

P atentansprüche

1. Absorptionsverfahren zur Entfernung einer ausgewählten Komponente aus einem Gasstrom, bei dem das Gas in einer Hochdruckabsorptionszone mit einem unbeladenen Absorptionsmittel in Berührung gebracht wird, aus dieser Absorptionszone ein Gasstrom, der einen verringerten Gehalt an der ausgewählten Komponente aufweist, und ein flüssiger Strom beladenen Absorptionsmittels, der die ausgewählte Komponente enthält, abgezogen werden, das beladene Absorptionsmittel in eine Niederdrucktrennzone eingeführt wird und aus der Trennzone unbeladenes Absorptionsmittel und ein die ausgewählte Komponente enthaltender gesonderter Strom abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) nur einen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels in die Hochdruckabsorptionszone einführt und

b) einen anderen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels vor der Einführung des beladenen Absorptionsmittels in die Niederdrucktrennzone zu dem beladenen Absorptionsmittel zugibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Einführung eines Teils des unbeladenen Absorptionsmittels gemäß Arbeitsstufe (a) in eine Hochdruckabsorptionszone, die bei einem Druck über etwa 69 Atm (lOOO psig), vorzugsweise über 103 Atm (1500 psig), und einer Tempe:
wird, vornimmt.

und einer Temperatur unterhalb etwa 93°C (2OO°F) gehalten

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das durch Zugabe des anderen Teils

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des unbeladenen Äbsorptionsmittels gemäß Arbeitsstufe (b)

in

gebildete beladene Absorptionsmittelgemisch'eine Niederdrucktrennzone, die eine Phasentrenneinrichtung, einen Niederdruckabsorber und einen Absorptionsmittelregenerator umfaßt, einführt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das gebildete beladene Absorptionsmittelgemisch in die Phasentrenneinrichtung einführt, beladenes Absorptionsmittel und Gas, das aus dem beladenen Absorptionsmittel durch den Druckabfall von der Hochdruckabsorptionszone zu der Phasentrenneinrichtung freigesetzt wird, in dem Niederdruckabsorber mit weiterem unbeladenen Absorptionsmittel in Berührung bringt, beladenes Absorptionsmittel von dem Niederdruckabsorber abzieht und in den Absorptionsmittelregenerator einführt, und die ausgewählte Komponente sowie einen Strom unbeladenen Absorptionsmittels getrennt aus dem Absorptionsmittelregenerator abzieht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4,

dadurch gekennzeichnet, daß man ein Verhältnis von unbeladenem Absorptionsmittel, das gemäß Stufe (a) zugegeben wird, zu unbeladenem Absorptionsmittel, das gemäß Stufe (b) zugegeben wird, von etwa 7 : 3 bis 3 : 7 anwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß man als ausgewählte Komponente ein saures Gas aus der Gruppe Schwefelwasserstoff, Kohlendioxyd und Carbonylsulfid abtrennt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß man als unbeladenes Absorptionsmittel eine Flüssigkeit, die eine wäßrige Aminlösung mit einem Gehalt von etwa 10 bis 30 Gewichtsprozent Amin umfaßt, verwendet.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7 in Anwendung auf ein Hydrierverfahren, bei dem ein Kohlenwasserstoff einsatzmaterial, ■ das organische Schwefelverbindungen enthält, in einer Hochdruckreaktionszone mit Wasserstoff in Anwesenheit eines für die Entschwefelung von organischen Schwefelverbindungen selektiven Hydrierkatalysators umgesetzt wird, der anfallende Reaktionszonenausfluß in eine flüssige Kohlenwasserstoffphase und eine Schwefelwasserstoff enthaltende wasserstoffreiche Dampfphase getrennt wird, die wasserstoffreiche Dampfphase in einer Hochdrückabsorptionszone mit einem für Schwefelwasserstoff selektiven unbeladenen Absorptionsmittel in Berührung gebracht wird, ein dabei ank fallender wasserstoffreicher Dämpfestrom von verringertem Schwefelwasserstoffgehalt aus der Absorptionszone abgezogen und zu der Reaktionszone zurückgeführt wird, ein Schwefelwasserstoff enthaltendes beladenes Absorptionsmittel von der Absorptionszone abgezogen wird, beladenes Absorptionsmittel in eine Niederdrucktrennzone geleitet wird und getrennte Ströme von unbeladenem Absorptionsmittel und Schwefelwasserstoff aus der Trennzone abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) nur einen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels in die Hochdruckabsorptionszone einführt und

b) einen anderen Teil des unbeladenen Absorptionsmittels vor der Einführung des beladenen Absorptionsmittels in die Niederdrucktrennzone zu dem beladenen Absorptionsmittel zugibt.

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