DE2330888A1

DE2330888A1 - Verfahren zur entfernung gasfoermiger verunreinigungen aus wasser

Info

Publication number: DE2330888A1
Application number: DE19732330888
Authority: DE
Inventors: Robert Dana Kent
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1973-07-04
Filing date: 1973-06-16
Publication date: 1975-04-30
Also published as: AU5743473A; NL7309293A; AU469884B2; GB1416920A; SE7309366L; BE801799A; FR2235881A1

Description

Patentassessor Hamburg, den 13.6.1972

Dr. G. Schupfner T 73059 (D 72,698-F)

DEUTSCHE TEXACO AG 769/HH

2000 Hamburg 76 23108RR

Sechslingspforte 2

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 U. S. A.

Verfahren zur Entfernung gasförmiger Verunreinigungen aus Wasser

Die vorliegende Erfindung betrifft das Abtrennen von Verunreinigungsgasen aus Wasser; insbesondere handelt es sich um den Einsatz eines Strippers zur Entfernung von Verunreinigungsgasen aus Wasser und den Einsatz eines oder mehrerer Absorber zur Wiedergewinnung dieser Verunreinigungen.

Das Ausstromwasser von Raffinerien und chemischer Verfahren enthält häufig gelöste Gase wie H₉S, NH und CO₉. Diese Gase sind Verschmutzer und müssen aus dem Wasser entfernt werden, bevor dasselbe abgeführt wird oder zur Wiederverwendung geeignet ist. Bis in Jüngste Zeit wurden solche Verschmutzer allgemein durch Dampfstrippen oder weniger häufig durch Rauchgasstrippen entfernt und das resultierende Kopfprodukt in einen befeuerten Erhitzer oder eine andere Verbrennungsanlage eingegeben, wo die Verschmutzer verascht und durch den Schornstein

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abgegeben wurden. In Tielen Gebieten sind zwischenzeitlich. Gesetze erlassen worden, durch welche die Menge an Verschmutzern, die verascht und durch den Schornstein abgegeben werden können, stark eingeschränkt wurde und allgemein werden zur Beseitigung dieser Verschmutzer heute andere Mittel benötigt. Ein Mittel, welches zur Anwendung kommt, sieht vor, wie bisher das Wasser mit Dampf zu strippen, das die Verschmutzer enthaltende Kopfprodukt des Strippers dann jedoch durch einen oder mehrere Absorber zu leiten, wobei die Verschmutzer zu-r nachfolgenden Weiterbehandlung oder Beseitigung absorbiert werden. Auf diese Weise wird die Veraschung der Verschmutzer vermieden und dieselben können häufig als brauchbare Nebenprodukte zurückgewonnen werden. Rauchgas kann im allgemeinen nicht eingesetzt werden infolge der vorhandenen, reaktiven Materialien wie z.B. COp, O₂ und SO₂.

Bisher wurde im allgemeinen Dampf allein verwendet, um diese Bestandteile aus dem Wasser zu strippen. Jedoch weist das Dampfstrippen verschiedene Nachteile auf. Dampfstrippen ist nur solange befriedigend, solange die Temperatur des Stripperkopfes genügend hoch gehalten werden kann, um über Kopf einen wesentlichen Prozentsatz an Wasserdampf (im allgemeinen 35 V0I.-96 oder mehr) zusammen mit H₂S, NH, und CO₂ auszutragen. Häufig ist es jedoch notwendig, die Kopftemperatur zu senken infolge von Verfahrensanforderungen des Stripperkopfgases. Fällt die Köpftemperatur, wird der Wasserdampfgehalt des Stripperkopfgases geringer und die Kopfgase erreichen eine hohe Konzentration an HpS, NH, und CO₂. Hieraus ergibt sich eine

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Anreicherung von "HgS, NH.HS und (NH. ^CO-, auf dem obersten Boden, was eine Abtrennung eines idealen Sumpfproduktes mit einer ppm-HgS-Konzentration schwierig macht und zu einer beträchtlichen Korrosionszunahme des obersten Bodens führt. Auch kann ein Verstopfen in den Kopfanlagen infolge der Ablagerung von Ammoniumsalzen (Bisulfid, Carbamat, Bicarbonat und Carbonat) auftreten. Da das Dampfstrippen die Übertragung grosser Wassermengen mit den gestrippten Gasen beinhaltet, können in Ab Stromrichtung vom Stripperturm weitere Probleme an den Absorbern, welche die gestrippten Gase lösen müssen, auftreten. Diese Absorber sind typische Lösungsmittelsysteme, die vorzugsweise eine gegebene Verunreinigung lösen. Falls Wasser vorhanden ist, muß auch dieses bis zu einem gewissen Maß gelöst werden. Da diese Lösungsmittel teuer sind und im Kreislauf geführt werden müssen, muß alles von ihnen aufgenommene Wasser entfernt werden. Dieses Verfahren zur Wasserentfernung aus den Absorberlösungsmitteln wird zunehmend schwieriger und teurer* wenn grosse Wassermengen in den Lösungsmitteln gelöst sind. Dieser Fall ist bei Dampfstrippverfahren gegeben, welche notwendigerweise grosse Wassermengen in Kontakt mit den Absorbern bringen. Die genannten Schwierigkeiten können mittels des erfindungsgemässen Verfahrens überwunden werden, indem die Wasserverunreinigungen unter Verwendung eines Inertgases in Vermischung mit Dampf in einem geschlossenen System, in welchem das " Inertgas wiedergewonnen und durch Einsatz eines Kompressors im Kreislauf geführt wird, gestrippt werden.

Die Verwendung eines mit pampf vermischten Inertgases bietet

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gegenüber Dampf als alleinigem Strippmedium den Vorteil, daß der Inertgaspartialdruck zu den NH--, COp- und HpS-Partialdrukken relativ grosser bei gegebener Temperatur ist als der Dampfpartialdruck zu den NH-,-, COp- "und HpS-Partialdrucken bei gegebener Temperatur. Somit können bei gegebener Temperatur iffU, COp und HpS wirkungsvoller gestrippt werden, wenn Inertgas als Strippmedium vorhanden ist. Auch ist die Neigung zur Feststoff-· bildung geringer, wenn Inertgas als Strippmedium vorhanden ist, weil das Gleichgewicht zwischen Peststoffen, wie z.B. NH.HS und (NH,)pCO^, in Richtung der die Feststoffe aufbauenden Gase verschoben ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung gasförmiger Verunreinigungen aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen mit Inertgas in einem geschlossenen System gestrippt werden, das Inertgas wiedergewonnen und erneut zum Strippen eingesetzt wird.

Die Figur 1 zeigt das erfindungsgemässe Verfahren, in welcher ein Absorber benötigt wird, um die Verunreinigungen aus dem Kopfstrom des Stripperturmes zu entfernen. Die Figur 2 zeigt das erfindungsgemässe Verfahren, in welcher eine Vielzahl von Absorbern benötigt wird, um die Verunreinigungen aus dem Kopfstrom des Stripperturmes zu entfernen.

Figur 1

Durch die leitung (10) wird Verunreinigungen, wie HpS, NH-, und , enthaltendes Wasser in einen üblichen Stripperturm (11)

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ORIGINAL INSPECTED

nahe des obersten Bodens eingespeist. Inertgas tritt am oder nahe des Sumpfes des Turms bei (12) ein. Dampf wird ebenfalls nahe oder am Sumpf des Turms bei (13) eingegeben. V/ahlweise kann den Sümpfen Wärme unter Verwendung eines Reboilers oder eines ähnlichen Gerätes zugeführt werden, um Dampf aus den Sumpf flüssigkeit en zu erzeugen. Das gestrippte Wasser verläßt den Stripperturmsumpf bei (14). Inertgas, Dampf und die gestrippten Verunreinigungen strömen durch einen Kondensator und Rückflußsystem· (15), um die Wirksamkeit des Stripperturms zu erhöhen. Inertgas und gestrippte Verunreinigungen, wie H₂S, NH, und CO₂, verlassen den Stripperturm und die Rückflußsammeitrommel (15) und werden durch einen Absorber (16) geführt, in welchem HpS und NH, durch ein geeignetes Lösungsmittel entfernt werden. Das nunmehr relativ verunreinigungenfreie Inertgas verläßt den Absorber bei (17) und wird mittels eines Kompressors dem Stripperturm bei (12) wieder zugeführt und das Verfahren beginnt von neuem.

Figur 2

Durch die Leitung (10) wird Verunreinigungen, wie H₂S, NH., und CO₂, enthaltendes Wasser in einen üblichen Stripperturm (11) nahe des obersten Bodens eingespeist. Inertgas tritt nahe des Sumpfes bei (12) ein. Auch Dampf wird nahe des Sumpfes bei (13) eingespeist. Wahlweise kann den Sümpfen Wärme unter Verwendung eines Reboilers oder eines ähnlichen Gerätes zugeführt werden, um Dampf aus den Sumpfflüssigkeiten zu erzeugen. Das gestrippte Wasser verläßt den Stripperturmsumpf bei (14). Inertgas, Dampf und gestrippte Verunreinigungen strömen durch einen Kondensator

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ORIGINAL INSPlCTEO

und Rückflußsystem (15), um die Wirksamkeit des Stripperturmes zu erhöhen. Inertgas und gestrippte Verunreinigungen, wie HpS, NH-z und COp, verlassen den Stripperturm und seine Rückflußsammei trommel und v/erden in einen Absorber (16) gegeben, in welchem NEU durch ein Lösungsmittel entfernt wird. Die Restgase passieren einen weiteren Absorber (17), in welchem ein anderes Lösungsmittel H₂S entfernt. Das nunmehr relativ verunreinigungenfreie Inertgas verläßt den HpS-Absorber bei (18) und wird erneut in den Stripperturm bei (12) eingeführt.

Das verwendete Inertgas darf nicht mit einer der Verunreinigungen im Wasser oder den in den Absorbern verwendeten Lösungsmitteln reagieren. Inertgas ist im Verhältnis zum Dampf relativ teuer und wurde trotz seiner Vorteile für Strippzwecke nur selten eingesetzt. Die ökonomischen Probleme bei Verwendung von Inertgas werden erfindungsgemäß vermieden, weil dasselbe unter Einsatz eines Kompressors im Kreislauf geführt wird. Als geeignete Inertgase im erfindungsgemässen Verfahren sind Np und Hp anzusehen. In bestimmten Fällen ist auch COp inert und kann verwendet werden. Bevorzugt wird Np.

Gewöhnlich wird Inertgas nicht allein verwendet. Eine gewisse Dampfmenge wird im allgemeinen dem Inertgas zugesetzt. Die Dampfmenge relativ zur gesamten Dampf- und Inertgasmenge kann . 10 bis 85 Mol.-% betragen. Die Tabelle zeigt die Bedingungen für den Stripperturmbetrieb bei Verwendung verschiedener Dampf-Stickstoff -Mischungen als Strippmedien. Zu Vergleichszv/ecken ist auch Dampf als alleiniges Strippmedium aufgeführt. Aus der

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ORIGINAL INSFuCiEO

ABSLLE

ο co co

"χ. O CD

Strippmedium Stickstoff, Mol/h Dampf, "	Gesamt	300 1900	Inertgas 600 1600	und Dampf 900 JJLOO	1200 1 ooo	1500 700	1800 400	Nur 1980 220	Dampf 0 2200
Gesamt	Mol.-% Wasser im Dampf Mol/h Wasser	2200	2200	2200	2200	2200	2200	2200	2200
Mo 1.-50 Dampf Partialdruck, Dampf Sumpftemperatur, C	86,5 28,5 119,4	72,8 24,0 114,4	59,1 19,5 107,8	45,5 14,8 100,6	51,8 10,5 90,6	18,2 6,0 76,7	10,0 5,5 62,8	100 55,0 124,4
Rückflußtrommel, ⁰C	37,8	57,8	57,8	. 57,8	37,8	57,8	57,8	82,2
Koüfprodukt, trocken NH₃, Mol.-%	82	82	82	82	82	82	82	82
H₂S, ""	68	68	68	68	68	68	68	68
CO₂, ""	4	4	4	4	4	4	4	4
N "" 2 '	.500	600	_9_Q0	12Q0	1500	1800	1980	0
454	754	1054	1554	1654	1954	2154	154
5,52 16,5	5,52 27,5	5,52 58,2	5,52 49,0	3,52 58,0	5,52 69,0	5,52 78,5	27,8 5,9

Gesamt

781

1092

1405

1714

2025

2252

Kopfprodukt

(Zusammensetzung in Mol.-%)

H₂S' CO₂

H₂O

Gesamt

215

17,5	10,5	7,5	5,8	4,8	4,0	5,7	58	,5
14,5	8,7	6,2	4,8	5,9	5,4	5,0	51	,8
0,8	0,5	0,4	0,5	0,2	0,2	0,2	1	,9
65,7	76,8	82,4	85,6	90,6	88,9	89,6	0
3,5	5_r5	5_T5	5,5	5,5	5,5	5,5	27
100	100	100	100	100	100	100	—Ml—U 100

K) Ca)

OJ O OO OO

Tabelle kann entnommen werden, daß die Rückflußtrommel-Temperatur bei Inertgasverwendung niedriger als bei alleinigem Dampfeinsatz ist. Da keine hohen Temperaturen benötigt werden, vermindern sich die Probleme der Korrosion und der JFeststoffbildung, welche bei Dampf als alleinigem Strippmedium auftreten wurden.

Nachdem die Verunreinigungen aus dem Wasser ausgestrippt sind, passieren sie die Absorber, in welchen sie normalerweise durch lösen in einem lösungsmittel aus dem Inertgas entfernt werden. Einige Systeme verwenden getrennte Wiedergewinnungssysteme für jede einzelne Verunreinigung, während andere eine einzige Anlage zur Wiedergewinnung aller Verunreinigungen einsetzen. Typische Lösungsmittel sind Amine, wie beispielsweise Äthanolamin und Diäthanolamin. Die Grasabsorptionsverfahren, beispielsweise für NH-, und HpS, sind bekannt. Erfindungsgemäß weist die Rückflußtrommel eine Temperatur von etwa 37°C im Vergleich zu etwa 82⁰C für Dampf als alleinigem Strippmedium auf, somit wird eine bessere Absorption der verunreinigungenreichen Gase durch die Absorber erzielt und weniger Wasser steht für die Verdünnung der Absorberlösungsmittel zur Verfügung.

Nachdem die Absorber das Inertgas befreit haben, wird dasselbe mittels eines Kompressors in den Stripperturm zurückgeführt. Somit "werden die hohen Dampfnutzkosten vermindert. Sie werden durch die niedrigen Nutzkosten für den Kompressorantrieb ersetzt. Bei 50 Cent/454 kg Dampf und 1 Cent/kWh Strom für den Kompressor ergeben sich verminderte Nutzkosten, wenn Dampf

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durch Inertgas ersetzt wird. Für jede 454 kg/Stunde Dampf, welche durch Inertgas ersetzt werden, ergibt sich eine Nutzkostenverminderung von 30 Cent/Stunde. Obgleich das Inertgas etwas weniger wirksam als Dampf ist, ergeben sich beträchtliche Kosteneinsparungen. Der Grund für die mögliche, geringere Wirksamkeit des Inertgases liegt darin, daß das auf den Stripperturm zurückgeführte Inertgas geringe Mengen an Verunreinigungen, abhängig von der Wirksamkeit der Absorber, enthalten kann. Unter der Voraussetzung, daß das den ühzrmsumpf verlassende Wasser vollständig von Verunreinigungen befreit ist, sollte das zurückgeführte Inertgas einige Böden oberhalb des Sumpfes eingegeben werden. Reines Inertgas kann am Sumpf des Stripperturmes eingegeben werden und es tritt kein Wirksamkeitsverlust ein.

Zusätzlich zum Strippdampf kann etwas Zusatzwärme nötig werden, um die Stripperturmbeschickung auf die Sumpftemperatur zu er- '

2 wärmen. Bei einem Betrieb des Strippers mit 1,41 kg/cm im Sumpf beträgt die Sumpf temperatur etwa 126⁰C -Verwendung von sehr wenig Inertgas- und etwa 66⁰C -Verwendung eines grossen Prozentsatzes an Inertgas-, Die äquivalente Beschickungstemperatur wird dann etwa 107 bis etwa 49°C betragen.

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Claims

Patentansprüche

(1)) Verfahren zur Entfernung gasförmiger Verunreinigungen aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen mit Inertgas in einem geschlossenen System gestrippt werden, das Inertgas wiedergewonnen und erneut zum Strippen eingesetzt wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dem Inertgas Dampf als weiteres Strippmedium zugesetzt wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß mit einem Dampfanteil von etwa 10 bis etwa 85 Mol.-?6 "bezogen auf die Gesamtmenge an Inertgas und Dampf gearbeitet wird.
4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß als Inertgas Stickstoff eingesetzt wird.
5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmige Verunreinigungen, wie H₂S und NH₅, gestrippt werden.
6.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Inerte

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gas von -den während des Strippens aufgenommenen Verunreinigungen durch Umsetzen desselben mit einem selektiv die Verunreinigungen lösenden Lösungsmittelsystem befreit wird.

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