DE2226215A1

DE2226215A1 - Verfahren zum auswaschen saurer komponenten aus brenngasen oder synthesegasen

Info

Publication number: DE2226215A1
Application number: DE2226215A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Gruenewald; Gerhard Dipl Ing Dr Hochgesand
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1972-05-30
Filing date: 1972-05-30
Publication date: 1973-12-13
Also published as: GB1419344A; US3880615A; JPS4942701A; JPS5715157B2; DE2226215C3; DE2226215B2; CA994665A

Description

■METALLGESELLSCHAFT
„ Aktiengesellschaft

Pro ν. Nr. 6723 LÖ

Frankfurt/Main, 14. 4. 1972 DrWer/GM

Verfahren zum Auswaschen saurer Komponenten aus Brenngasen oder Synthesegasen

Es ist bekannt., saure Komponenten, insbesondere Schwefelwässerstoff, Schwefeloxysulfid und Kohlendioxyd aus Brenngasen oder Synthesegasen mittels physikalischer Absorptionsmittel unter erhöhtem Druck auszuwaschen.

Die absorbierten Stoffe werden in dem Absorptionsmittel nach Maßgabe ihres Partialdruckes gelöst und aus diesem nach Entspannen auf einen geringeren Druck wieder abgegeben.

Die Regeneration solcher beladener physikalischer Absorptionsmittel zur möglichst vollständigen Austreibung der gelösten Gaskomponenten und nachfolgender Wiederverwendung in det* Absorption erfolgt durch Entspannen auf Umgebungsdruck oder einen noch niedrigeren Druck und Abstreifen mit einem Inertgas oder_s nach entsprechender Erwär- ' mung, mit dem Dampf des Absorptionsmittels. ·

Das wohl älteste physikalische Gas waschverfahr en ist die Druckwasserwäsche, die vorzugsweise zur Auswaschung großer Mengen Kohlendioxyd aus Gasen verwendet wird. Das unter Druck stehende Gas wird ' mit Wasser gewaschen, und das CO_o-haltige Wasser wird nach Enxspannen durch Belüften regeneriert.

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Einige neuere Verfahren verwenden als Absorptionsmittel niedrig siedende organische Verbindungen/ z.B. Methanol, .Aceton, Heptan, Toluol und dergl. und führen die Absorption bei tiefen Temperaturen

ο ■*
z.B. von -10 bis -70 C aus. Die Regeneration kann oft im gleichen Temperaturbereich durch Entspannen und Abstreifen mit einem Inertgas erfolgen. Unter besonderen Bedingungen können auch Luft oder Reingas als Abstreifmittel dienen.

Bei ausreichend hohem Druck des zu reinigenden Gases werden auch höher siedende organische Verbindungen als Absorptionsmittel verwendet. Als solche sind bekannt Äthylenglykol, Propylencarbonat, N-Methylpyrrolidon, Polyäthylenglykoldimethyläther und andere mehr,.

Einige dieser Absorptionsmittel haben eine deutliche Selektivität für Schwefelwasserstoff vor Kohlendioxyd. Durch eine selektive Auswaschung der Schwefelverbindungen aus Brenngasen oder Synthesegasen ist es möglich, bei der Regeneration des beladenen Absorptionsmittels ein an Schwefelwasserstoff reiches, für die Auf ar- beitung zu elementarem Schwefel nach dem Clausprozess besonders geeignetes Regenerationsabgas zu erhalten.

Aus der DOS 1 494 809 ist ein Verfahren zur Auswaschung von Kohlendioxyd aus unter Druck stehenden Gasen bis auf sehr geringe Restkonzentrationen mittels N-Methylpyrrolidon bekannt, in dem das beladene Absorptionsmittel ohne Anwendung von Wärme allein durch Entspannen auf Umgebungsdruck und Abstreifen mit einem Inertgas oder auch mit Luft vollständig regeneriert wird.

Wenn in dieser Weise Schwefelwasserstoff aus einem Gas ausgewaschen wird, dann ist Luft als Abstreifgas im allgemeinen ungeeignet, weil der Luftsauerstoff den im Absorptionsmittel gelösten Schwefelwasserstoff oxydiert, wobei elementarer Schwefel entsteht, der Ver-

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stopfungen in Anlageteilen verursachen kann, oder korrosive Schwefel-Sauerstoffverbindungen gebildet werden können. Werden Inertgase als Abstreifgas verwendet, dann ist zu beachten, das diese den aus dem Absorptionsmittel ausgetriebenen Schwefelwasserstoff nicht unnötig verdünnen. Dadurch würde die nachfolgende Weiterverarbeitung zu Elementarschwefel oder zu Schwefelsäure bis zur Unwirtschaftlichkeit belastet. Unter Berücksichtigung dieser einschränkenden Bedingungen ist es oft vorteilhafter, Reingas als Abstreifgas zu verwenden, zumal es zwei wichtige Voraussetzungen erfüllt. Es ist trocken und schleppt demgemäß auch keine unerwünschte Feuchtigkeit in den Prozess ein, \und schließlich steht es auch mit ausreichendem Vordruck zur Verfugung.

Es ist bekannt und in der DOS 1 494 809 ebenfalls beschrieben, ein unter Druck beladenes physikalisch wirkendes Absorptionsmittel für die nachfolgende Regeneration unter normalem oder noch weiter vermindertem Druck in einer Stufe oder in mehreren Stufen zu entspannen. Dabei wird die Entspannung in der ersten Stufe vom Absorptionsdrack auf einen niedrigeren aber immer noch überatmosphärischen Druck soweit vorgenommen, daß die in der Absorption mit in Lösung gegangenen Nutzgaskomponenten, die im Reingas verbleiben sollten, frei werden. Sie werden von diesem mittleren Druck in das Rohgas zurückkomprimiert oder je nach Bedarf ganz oder teilweise als Heizgas verwendet.

Es wurde gefunden, daß dieses in einer der ersten Zwischenentspannungen frei werdende Gas als Abstreifgas für die nachfolgende Regeneration bei normalem oder weiter vermindertem Druck verwendet werden kann, weil es den dazu erforderlichen Druck hat und keine Fremdstoffe, insbesondere keine Feuchtigkeit in das Absorptionsmittel einschleppt.

Zur Verwendung als Abstreifgas muß dieses Gas aber frei von den absorbierten Stoffen sein, die in der Regeneration aus dem Absorptionsmittel möglichst vollständig ausgetrieben werden sollen. Um diese Be-

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dingung zu erfüllen, wird die Entspannung in bekannter Weise mehrstufig aus geführt, wobei z.B. über der ersten Entspannungs stufe eine ■Waschkolonne angeordnet wird, in der das bei der Vorentspannung frei werdende Gas mit völlig regeneriertem Absorptionsmittel gewaschen wird. Das derart gewaschene Gas wird als Abstreifgas in den Sumpf des Regenerationsturmes eingeleitet. Das teilentspannte Absorptionsmittel,, vereinigt mit der kleinen, der Entspannungsstufe aufgegebenen Menge des vollregenerierten Absorptionsmittels, gelangen in die zweite Entspannungsstufe und entgasen dort bei Umgebungsdruck oder einem weiter verminderten Druck. Das derart vorentgaste Absorptionsmittel wird auf den Kopf/der Regenerationskolonne gegeben. Die Abgase der zweiten Entspannungsstufe und der Regenerationskolonne werden vereinigt, gegebenenfalls durch eine Nachwäsche mit Wasser geführt und dann zur weiteren Verwendung abgeleitet.

Die stufenweise Entspannung kann noch weiter-unterteilt werden z.B. in der Weise, daß das Entspannungs gas der ersten Stufe rekomprimiert und in das Rohgas zurückgeführt wird, und daß das Entspannungsgas der zweiten Stufe mit vollregeneriertem Absorptionsmittel gewaschen und als Abstreifmittel in der letzten Entspannungs stufe verwendet wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Regeneration der beladenen Absorptionslösung, die beim Auswaschen saurer Komponenten aus oder technischen Synthese- und Brenngasen unter Druck mit einem physikalischen Absorptionsmittel bei Umgebungstemperatur anfällt, wobei die Regeneration durch mehrstufiges Entspannen und Abstreifen der entspannten Lösung mit einem Gas erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß als Abstreifgas das bei einer Vorentspannung auf einen zwischen dem Absorptions druck und dem Umgebungsdruck liegenden mittleren Druck

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frei werdende Abgas verwendet wird und vor der Einführung in den Regenerationsturm mit einem Teilstrom des bezüglich der aus dem Rohgas auszuwaschenden Komponenten vollregenerierten Absorptions mittels gewaschen wird.

Das zum Waschen des Abgases der Vor entspannungs stufe verwendete Absorptionsmittel wird mit dem in dieser Stufe teilentspannten Absorptionsmittel vereinigt und durch eine weitere Entspannungsstufe auf den Regenerationsturm geführt.

Da mit steigender Temperatur der entspannten, durch Abstreifen zu regenerierenden Lösung die Menge des dazu erforderlichen Abstreifgases geringer wird, kann es vorteilhaft sein, das entspannte Absorptionsmittel vor der Aufgabe auf den Regenerationsturm anzuwärmen. Dadurch ist es möglich, die aus der ersten Entspannungs stufe anfallende, als Abstreifgas dienende Abgasmenge und die im Regenerationsturm, erforderliche Abstreifgasmenge aufeinander abzustimmen.

In der Zeichnung ist das Fließschema einer Anlage, in der das er-findungsgemäße Verfahren mit zwei Entspannungs stufen angewendet wird, beispielsweise dargestellt.

Die Anlage besteht im wesentlichen aus dem unter Druck betriebenen Absorptionsturm 1, der Entspannungsvorrichtung mit den beiden Stufen 2 und 3 und dem Regenerationsturm 4.

Mit 5 ist eine mit Wasser betriebene Waschkolonne bezeichnet, in der die vereinigten Abgase der zweiten Entspannungs stufe 3* und des Regenerationsturmes 4 zwecks Zurückhaltung mitgeführter Absorptionsmitteldämpfe gewaschen werden.

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Das zu reinigende Gas tritt durch die Leitung 6 unter Druck in den Absorptionsturm 1 ein. Das gereinigte Gas wird aus dem Absorptionsturm 1 am Kopf durch die Leitung 7 abgeleitet.

Aus dem Sumpf des Absorptionsturmes wird das unter Druck beladene Absorptionsmittel durch die Leitung 8 mit dem Entspannungs ventil 9 in die erste Stufe 2 der Entspannungseinrichtung geleitet.

Die erste Entspannungsstufe 2 ist als Reabsorber ausgestaltet. Die Leitung 8 endet in der unteren Hälfte des Reabsorbers in einer Verteilervorrichtung 10. Die beim Austritt aus diesem Verteiler entgasende Flüssigkeit sammelt sich im Sumpf, während das frei werdende Gas aufwärts und im Gegenstrom zu einer Menge vollregenerierten Waschmittels strömt, die aus der Leitung 11 durch einen Verteiler 12 am Kopf des Reabsorbers aufgegeben wird. Dabei nimmt das Absorptionsmittel aus dem Gas die kleinen Mengen der im Reingas unerwünschten Gaskomponenten, die bei der ersten Entspannung mit frei werden, auf. Das mit diesen beladene Absorptionsmittel vereinigt sich im Sumpf mit dein teil entspann ten Absorptionsmittel aus der Leitung 8,

Aus der ersten Entspannungs stufe 2 entweicht durch die Leitung 13 mit dem Entspannungs ventil 14 ein nur aus Reingaskomponenten bestehendes Gas, das in den Sumpf des Regenerationstunrres 4 als Abstreifgas eingeleitet wird.

Das teilentspannte und insoweit vorentgaste Absorptionsmittel strömt aus dem Sumpf des Reabsorbers als erster Entspannungsstufe 2 durch eine Leitung 15 mit dem Entspannungsventil 16 in die zweite Entspannungs stufe 3. Die hier frei werdenden Gase, werden durch die Leitung 17 abgeleitet. Das nunmehr auf Umgebungs-

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druck entspannte und schon weitgehend entgaste Absorptionsmittel wird aus dem Sumpf der zweiten Entspannungsstufe 3 durch die Leitung 18 entnommen und mittels einer Pumpe 19 durch den Wärmeaustauscher 20 und einen Erhitzer 21 auf den Kopf des Regenerationsturmes 4 gefördert. Die Leitung 18 endet in dem Regenerationsturm 4 in einen Verteiler 22, der die Flüssigkeit auf die im Re generations turm enthaltenen Stoff austauscheinbauten verteilt, so daß sie dem aufsteigenden Abstreifgas entgegenrieselt. Aus dem Sumpf des Regenerationsturmes 4 wird das vollregenerierte Absorptionsmittel in der Leitung 23 entnommen und mittels einer Pumpe 24 durch den Wärmeaustauscher 20 und einen Kühler 25 zu einer Hochdruckpumpe 26 gefördert, die das voüregenerierte Absorptionsmittel auf den Betriebsdruck der Absorptionsstufe bringt. Die Leitung 23 endet im Kopf des Absorptionsturmes 1 in einem Verteiler 27, Aus dem Hochdruckteil der Leitung 23 wird mittels der Leitung 11 mit dem Ventil 28 die Teilmenge des vollregenerierten Absorptionsmittels abgezweigt, die als Waschmittel im Reabsorber' 2 dient. Das Abgas aus dem Regenerationsturm 4 wird in der Leitung 29 durch einen Kondensator 30 abgeleitet und mit dem Abgas aus der zweiten Entspannungsstufe 3 aus der Leitung 17 vereinigt. Die vereinigten Abgase werden in der Leitung 31 in die Wasserwäsche 5 geleitet und aus dieser in der Leitung 32 zur weiteren Verwendung geführt.

Der Erhitzer 21 dient dazu, das entspannte Absorptionsmittel vor Eintritt in den Regenerationsturm soweit aufzuwärmen, wie es zur Abstimmung auf die aus der ersten Entspannungsstufe 2 verfügbare Menge Abstreifgas erforderlich ist. Diese Aufwärmung- beginnt schon im Wärmeaustauscher 20, in dem das entspannte und dabei abgekühlte Absorptionsmittel die im vollregenerierten Absorptionsmittel noch enthaltene fühlbare Wärme aufnimmt.

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Im Kühler 25 wird das vollregenerierte Absorptionsmittel auf die Betriebstemperatur des Absorptionsturmes gekühlt.

Die Erfindung sei an Hand der nachfolgenden Beispiele eingehender erläutert.

Be ispiell

„S und CO -Gehalt

Aus 100, 000 Nm /h Erdgas soll das HS bis auf 10 ppm ausgewaschen werden

Gasdruck 75 ata

Temperatur 10 C

Rohgasanalyse HS 7 Vol.%

CO₀ 30 Vol.%

CH₄ 63 Vol.%

Das HS soll möglichst selektiv ausgewaschen werden, damit es anschließend in einer Claus-Anlage in elementaren Schwefel umgesetzt werden kann. Das gereinigte Erdgas wird zur Dampferzeugung in einem Kraftwerk verbrannt.

Im Absorber wird mit ca, 125 m /h N-Methylpyrrolidon, das mit Umgebungstemperatur zuljiuft, das H₀S bis auf den gewünschten Endgehalt ausgewaschen.

Vom Absorbersumpf läuft das beladene Waschmittel zur ersten

Entspannungsstufe, in der hei etwa 35 ata der Großteil des mitabsorbierten CH₄ desorbiert und durch einen Rekompressor ins Rohgas zurückgeführt wird.

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Rekompressionsgasmenge ca. 2.700 Nm /h Analyse (Vol.%): H₃S 6 Vol.%

CO₂ 47 Vol.%

CH₄ 47 Vol.%

Anschließend wird das Waschmittel in einer zweiten Entspannungsstufe auf etwa 15 ata entspannt. Aus dem frei werdenden Gas wird im Reabsorber durch eine Ideine Waschmittelmenge das HS voll-

Lt

ständig ausgewaschen. Dieses Gas wird anschließend als Abstreifgas zur vollständigen Regenerierung des Waschmittels im Regenerator verwendet.

Es entgasen bei 15 ata folgender Zusammensetzung

3.500	2.	Nm /h	15 Vol.%
H₂S		72 Vol.%
co₂		13 Vol.%
ΠΤΤ		Nm³/h
500	80 Vol.
^CO2	20 Vol.

Nach der Reabsorption verbleiben folgender Zusammensetzung

Zur Reabsorption sind etwa 30 m /h N-Methylpyrrolidon erforderlich. Die insgesamt zu regenerierende Waschmittelmenge beträgt damit 125 + 30 = 155 m³/h.

3 Bei einer vorhandenen Abstreifgasmenge von 2.500 Nm /h ist zur Regenerierung dieser Waschmittelmenge bei nur geringem Überdruck eine Temperatur von etwa 130 C erforderlich.

Das aus Entspannungsgas und Abstreif gas bestehende Claus gas hat folgende Zusammensetzung:

H₂S 53,4 Vol.%

CO₂ 43,0 Vol.%

CH₄ 3,6 Vol.%

100,0 Vol.%

309850/0827 - io-

-.10 -

Die Gasmenge beträgt 13.000 Nni /h und ist damit als Clausgas gut geeignet.

Beispiel 2

H S-Was ehe mit N-Methylpyrrolidon bei niedrigein EL S -Gehalt

Aus 100.000 Nm /h Rohgas soll das HS bis auf eine Restkon- · zentration von 5 ppm ausgewaschen werden.

Rohgas

Druck	75 ata	300	ppm
Temperatur	10°C	6	Vol.
Analyse	H₂S	4	Vol.
	CO₂	89	Vol.
	^N2	1	Vol.
	CH₄
	^C2

Das H₀S soll möglichst selektiv ausgewaschen werden und kann zusammen mit dem mitausgewaschenen Methan und CO₉ in einem

Dampfkessel verbrannt werden.

Das Reingas wird als Stadtgas abgegeben.

3 Im Absorber wird das HS durch ca, 75 m /h N-Methylpyrrolidon

Ct

das mit etwa 25°C aufgegeben wird aus dem Gas ausgewaschen.

Das beladene Waschmittel läuft aus dem Absorbersumpf in den Reabsorber und wird dort auf etwa 10 ata entspannt.

Dabei entspannen ca. 3,400 Nm /h Gas folgender Zusammensetzung:

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H₂S	O	,1 VoI, %
CH₄	22	, 0 Vol. %
^CO2	75	,0 Vol.%
C₂	2	, 9 Vol. %
	100,	0 Vol. %

3 Im Oberteil des Reabsorbers wird aus diesem Gas mit ca, 8 m /h N-Methylpyrrolidon das H₀S vollständig ausgewaschen. Gleich- ' ' zeitig werden etwas CO₀ und CH. absorbiert, so daß noch ca.»

3
3.200Nm /h H₀S freies Gas am Kopf des Reabsorbers austre-

Ci

ten, die zum Abstreifen verwendet werden können.

Gasanalyse H₀S 2ppm

CO₂ 76 Vol.%

C₁ 22 Vol.%

C₂ . 3 Vol.%

Die Gesamtwaschmittelmenge von 75 + 8 = 93 m /h wird anschließend auf 100 C angewärmt und kann dann mit der vorhandenen Abstre if gasmenge völlig regeneriert werden.

Das aus dem praktisch drucklos betriebenen Regenerator austretende, aus Entspannungs- und Abstreifgas bestehende Heizgas, ins-

3
gesamt 5.200Nm /h , hat folgende Gas zusammensetzung:

H₀S 1,5 Vol.%

CO₀ 42, 0 Vol.%

C₁ 53,5 Vol.%

C₂ 3,0 Vol.%

. - 12 -

3.0 9 8 S 0 / D S ? 7

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1) Verfahren zur Regeneration des beladenen Absorptionsmittel das beim Auswaschen von sauren Komponenten aus Naturgas oder technischen Synthese- oder Brenngasen unter Druck mit einem physikalisch lösenden Absorptionsmittel bei Umgebungstemperatur anfällt, wobei die Regeneration durch mehrstufiges Entspannen und Abstreifen des entspannten Absorptionsmittels mit einem Gas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstreifgas das bei einer Vor entspannung auf einen zwischen dem Absorptionsdruck und dem Umgebungsdruck liegenden mittleren Druck freiwerdende Entspannungsgas verwendet wird und vor der Einführung in den Regenerationsturm mit einem Teilstrom des bezüglich der aus dem Rohgas auszuwaschenden Komponenten voll regenerierten Absorptionsmittels gewaschen wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß das zum Waschen des Abgases der Vorentspannungsstufe verwendete Absorptionsmittel mit dem in dieser Stufe teilentspannten Absorptionsmittel vereinigt und in eine weitere Entspannungs stufe geleitet wird.

3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2₃ dadurch gekennzeichnet, daß das entspannte Absorptionsmittel vor der Aufgabe auf den Regenerationsturm erwärmt wird.

3 Ü 9 8 5 Q / C ¹^? 7