DE2407405C2 - Verfahren zur Regeneration von zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen aus Gasgemischen verwendeten Absorptionslösungen durch Abstreifen mit Wasserdampf - Google Patents

Description

gasförmigen Verunreinigungen in der Kälte nach einem verbesserten "konventionellen Cyclus" durchführen lassen. Hei diesem Verfahren soll der Wärmeaustauscher /wischen der verbrauchten und der regenerierten Lösung, der eine der aufwendigsten Einrichtungen beim herkömmlichen "konventionellen Cyclus" durstellt, vermieden werden.

Um die vorgenannte Aufgabe zu lösen und die hauptsächlichen Wärmeverlustquellen festzustellen, wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. Dabei wurden hauptsächlich die in der Praxis die größte Rolle spielenden Verfahren zur Entfernung von CO2 berücksichtigt Im einzelnen wurden folgende Verlustquellen festgestellt:

I. Wenn die Absorptionslösung bei erhöhten Temperaturen (95 bis 12O⁰C) in den Kopf des Regenerators eingespeist wird, erleidet sie während der Expansion bis praktisch auf den Atmosphärendruck des Regenerators einen ersten Wärmeverlust unter Wärmeabgabe nach außen, der durch die bei der Desorption von CO2 und/oder H2S (und/oder ähnlichen gasförmigen Verunreinigungen) auftretenden, praktisch ungenützten beträchtlichen Dampfentwicklung verursacht wird. Dieser Dampf wird über den Kühler vom Kopf des Regenerators abgeleitet.

II. Ein weiterer Wärmeverlust ist darauf zurückzuführen, daß die Lösung, die bei den vorgenannten hohen Temperaturen in den Kopf des Regenerators eingespeist wird, auf Grund ihrer hohen Temperatur nicht dazu in der Lage ist, den die gasförmigen Verunreinigungen begleitenden Wasserdampf zu absorbieren. Dieser überschüssige Wasserdampf wird infolgedessen über den Kühler nach außen geleitet, wobei sein Wärmegehalt nicht genützt wird.

III. Ein weiterer Wärmeverlust ist schließlich darauf zurückzuführen, daß der Wärmegehalt der mit Siedetemperatur aus dem Regenerator austretenden Absorptionslösung in der Kühleinrichtung verloren wird. Dieser Wärmeverlust tritt beim "konventionellen Cyclus" im Kühler auf, während beim "isothermen Cyclus", bei dem die Wärme der regenerierten Lösung (nachdem sie nachteilhafterweise unter Verursachung eines Temperaturanstiegs den Absorber durchlaufen hat) schließlich zum Kopf des Regenerators geführt und dort über den Kühler, nach außen abgeleitet wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Regeneration einer zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen aus Gasgemischen verwendeten Absorptionslösung, wobei die zu regenerierende Absorptionslösung aus dem Absorber in eine Regenerierzone geführt wird, in der die Verunreinigungen durch Abstreifen mit Wasserdampf desorbiert werden und die regenerierte Lösung in den Absorber zurückgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) die zu regenerierende Lösung in eine Haupt- und eine Nebenfraktion aufteilt und diese getrennt voneinander in einer Haupt- und einer Nebenregenerationskolonne regeneriert, wobei die Hauptregenerationskolonne bei einem Druck von mindestens 0,2 bis 0,5 bar über dem Druck der Nebenregenerationskolonne betrieben wird,

b) die Hauptfraktion in der Hauptregenerationskolonne durch von außen in den unteren Kolonnenteil zugeführte Wärme regeneriert, wobei man den Druck in der Hauptregenerationskolonne so reguliert, daß sich in der Absorptionslösung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Kolonne ein Temperaturunterschied von 5 bis 35° C einstellt und

c) die Nebenfraktion in der Nebenregenerationskolonne durch Zuführen von Wärme, die von der aus der Hauptregenerationskolonne austretenden regenerierten Lösung abgegeben wird, regeneriert, wobei man die aus der Hauptregenerationskolonne austretende regenerierte Hauptfraktion in eine Expansionszone einspeist und unter Bildung von Wasserdampf bis zum Druck der Nebenregenerationskolonne entspannt und anschließend den auf diese Weise gebildeten Wasserdampf in die Nebenregenerationskolonne im Gegenstrom zur dort nach abwärts geführten Nebenfraktion einspeist.

Vorzugsweise ist das Verfahren der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Taupunkt des am Kopf der Hauptregenerationskolonne austretenden Gasgemisches 5 bis 1O⁰C höher ist als der Taupunkt des Gasgemisches, das mit der von oben in die Regenerationskolonne eingespeisten verbrauchten Absorptionslösung im Gleichgewicht steht

Die Druckdifferenz zwischen beiden Regenerationskolonnen muß auf jeden Fall ausreichend sein, daß die zur Regeneration benötigte Wärme von der Hauptregenerationskolonne auf die Nebenregenerationskolonne übertragen werden kann. Der Druck in der Hauptregenerationskolonnen wird so reguliert, daß eine Abkühlung der Hauptfraktion der zu regenerierenden Absorptionslösung während der Druckverminderung bzw. Entspannung, die beim Obergang von der Absorptionsstufe zur Regenerationsstufe auftritt, unter Wärmeabgabe nach außen vermieden wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der am Kopf der Hauptregenerationskolonne austretende überschüssige Wasserdampf absorbiert und somit dessen Wärmegehalt gewonnen. Die günstigsten Bedingungen werden dann erreicht, wenn die Druckverhältnisse so eingestellt werden, daß sich je nach dem Regenerationsgrad in der Hauptregenerationskolonne ein Temperaturgefälle der Absorptionslösung zwischen der Eintritts- und Austrittsstelle von 10 bis 35° C eingestellt Dadurch werden die Wärme, deren Verlust bei der Druckentlastung vermieden worden ist, somit die Wärme des wiedergewonnenen überschüssigen Wasserdampfs im wesentlichen zurückgewonnen, wobei die Temperatur der aus der Hauptregenerationskolonne austretenden Absorptionslösung erhöht wird.

Die zur Regeneration der Nebenfraktion verwendete Wärme wird durch Wärmeaustausch oder durch ähnliche Vorrichtungen abgegeben. Vorzugsweise wird die regenerierte Lösung der Hauptfraktion bis auf den Druck der Nebenabsorptionskolonne entspannt wobei ein Dampfstrom erhalten wird, der in den Boden der Nebenre-

generationskolonne eingeleitet wird. Die regenerierten Fraktionen werden anschließend zusammen oder getrennt dem Absorber zugeführt.

Ferner ist es auch möglich, die Nebenfraktion s mittels einer Pumpe vom Auslaß der Nebenregenerationskolonne S in die Hauptregenerationskolonne P an einer Stelle zwischen Kolonnenkopf und Kolonnenboden einzuleiten und dort mit der nach unten strömenden Lösung zu vermischen. Dabei wird die Regeneration der Nebenfraktion vervollständigt. Anschließend wird die so regenerierte vereinigte Lösung der Absorptionsstufe zugeführt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zu regenerierende Lösung vollständig in den Kopf der Hauptregenerationskolonne Peingespeist. Nachdem die Lösung ein kurzes Stück im oberen Teil dieser Kolonne durchlaufen hat, wird sie in die beiden Fraktionen &rgr; und s aufgeteilt. Anschließend läuft die Fraktion &rgr; weiter in der Kolonne P nach unten, während die Fraktion s aus der Kolonne P entnommen und in den Kopf der Nebenregenerationskolonne 5 eingespeist wird.

Die beiden vorgenannten Möglichkeiten, nämlich die Fraktionen aufzuteilen bzw. die Ausführungsform, bei der die Fraktion s in die Kolonne Pzurückgeleitet wird, liefern praktisch gleiche Ergebnisse und lassen sich beide im erfindungsgemäßen Verfahren anwenden. In der folgenden Beschreibung wird jedoch der Einfachheit halber hauptsächlich auf die Ausführungsform Bezug genommen, bei der die Lösung von Beginn der Regeneration an unterteilt und die Nebenfraktion s nicht in die Kolonne P zurückgeleitet wird. Auf die Ausführungsform, bei der die Lösung s mittels einer Pumpe in die Kolonne P zurückgeleitet wird, wird in der Mehrzahl der Fälle nicht Bezug genommen. Wie nachstehend noch näher ausgeführt wird, kann die Aufteilung der Fraktionen in der Absorptionsstufe durchgeführt werden.

Im Folgenden sind Untersuchungen und Versuche beschrieben, die ausgeführt wurden, um die Gründe für die vorgenannten Wärmeverluste festzustellen und um geeignete Einrichtungen zu schaffen, um die Wärmeausbeute bei der Regeneration mit Wasserdampf zu verbessern.

1) Bei den herkömmlichen Verfahren zur Regeneration mit Wasserdampf wird die verbrauchte Lösung bei Temperaturen von etwa 95 bis 120⁰C in den Regenerator eingespeist. Dabei kommt die Lösung bereits im erwärmten Zustand vom Absorber ("isothermer" oder "optimaler Cyclus") oder die Absorption wird in der Kälte vorgenommen, und die Lösung wird anschließend mittels des Wärmeaustauschers vorerhitzt ("konventioneller Cyclus").

Dies bewirkt einen starken, beim Regenerationscyclus mit Luft nicht auftretenden Wärmeverlust, der darauf zurückzuführen ist, daß bei den genannten Temperaturen sich die Lösung bis auf den im Regenerator herrschenden Atmosphärendruck entspannt ("flash" oder Entspannung) und dabei eine beträchtliche Menge an Wasserdampf entwickelt, die nicht die nötige Zeit und die Möglichkeit hat, das CO₂, H₂S und/oder ähnliche absorbierte gasförmige Verunreinigungen zu desorbieren. Dieser Wasserdampf wird nur geringfügig ausgenützt und gelangt über den Kühler nach außen.

Die Ergebnisse der über dieses Problem durchgeführten Untersuchungen sind in den Tabellen I. II und III aufgeführt.

Tabelle I

Absorptionslösung: 250 g/Liter K2O und 50 g/Liter Glycin	Anfangs	Temperatur	COrSättigungs-	Volumen des	entwickelte	maximaler
Ursprünglicher	temperatur,	nach der	grad	entwickelten	Wärme,	Wärme
COrSättigungs-	°C	Entspannung,	nach der	CO2	Kcal	verbrauch
grad.		0C	Entspannung,	In3CO2/		Kcal/
Prozent			Prozent	m3 Lösung		Nm1CO2
	80	78,5	61	238	1390	55
65	90	86,2	57,5	4,46	3 440	134
65	95	89,2	56	535	5 350	214
65	100	91,8	55	5,95	7 650	306
65	110	95	52	7,73	13 900	557
65	120	97	49	9,50	21400	857
65	130	98	45,5	11,60	29 800	1192
65

Tabelle II

I	25	Absorptionslösung	200 g/Liter K2O und 140 g/Liter As2O3	Temperatur	Absorptionslösung: 250 g/Liter K2O	Die in Tabelle	Anfangs	Temperatur	CO2-Sättigungs-	Volumen des	entwickelte	maximaler	K2O und 50 g/Liter Glycin). Die	CO2-Absorp-
§		Ursprünglicher	Anfangs	nach der	Ursprünglicher	einer mit Glycin	temperatur,	nach der	grad	entwickelten	Wärme,	Wärme
I 5		COi-Sättigungs-	temperatur,	Entspannung,	COi-Sältigungs-	"C	Entspannung,	nach der	CO2	Kcal	verbrauch
		grad,	0C	0C	griid.		-C	Entspannung,	Hl3CO2/		Kcal/
	F 30	Prozent			Prozent			Prozent	m3 Lösung		Nm3CO2
				78		95	93,5	58	3,33	1860	74
10		65	80	85	75	100	95	52,5	5,95	4 650	186
	I	65	90	88,2	75	110	97	50	7,15	6 330	254
	65	95	91,5	75	120	97,5	48,5	7,9	7 900	316
	65	100	94	75	130	98	43	10,45	14 840	596
	65	UO	94,5	75	38	12,90	23 600	945
1 '5	65	120	95,5	34	14,80	32 000	1280
I	65	130		Tabelle III
I I
i 20	CO2-Sättigungs-	Volumen des	entwickelte	maximaler
I	grad	entwickelten	Wärme,	Wärme
S	nach der	CO2	Kcal	verbrauch.
	Entspannung,	ITi3CO2/		Kcal/
I	Prozent	m3 Lösung		Nm3CO2
74	0,64	1395	56
72	1,78	4 650	186
68,2	3,87	12 100	484
66	5,35	20 900	836
64	6,65	29 800	1192
			I aufgeführten Ergebnisse beziehen sich auf Untersuchungen zur Absorption von CO2 mittels
aktivierten Kaliumcarbonatlösung (250 g/Liter

tion dient als Beispiel für die Absorption anderer gasförmiger Verunreinigungen, die sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beseitigen lassen. Die Absorptionslösung weist zu Beginn einen CO₂-Sättigungsgrad von 65 Prozent (vgl. Spalte 1) auf. Die Entspannung wird bis auf Atmosphärendruck durchgeführt. Die Temperatur vor der Entspannung ist in Spalte 2 angegeben. Aufgrund der Entspannung kühlt sich die Absorptionslösung bis auf die in Spalte 3 angegebene Temperatur ab. Der CO2-Sättigungsgrad nimmt dabei die in Spalte 4 angegebenen Werte an. In Spalte 5 ist die CO2-Menge in m³ CO₂Zm³ Lösung angegeben. Bei der Entspannung wird die in Spalte 6 angegebene Wärmemenge freigesetzt In Spalte 7 ist der durchschnittliche maximale Wärmeverbrauch des Reinigungscyclus auf Grund der genannten Entspannung angegeben, wobei pro Reinigungscyclus eine durchschnittliche Absorption von 25 Volumteile CO2/I Volumteil Lösung angenommen wird.

Zu ähnlichen Ergebnissen gelangt man, wenn man als Aktivator anstelle von Glycin andere Aminosäuren oder im allgemeinen die in der DE-AS11 48 036 genannten Substanzen verwendet

Ergebnisse ähnlicher Untersuchungen, die an mit As₂O3 aktivierten Kaüumcarbonatlösungen durchgeführt werden, sind in Tabelle II aufgeführt. In Tabelle III finden sich die entsprechenden Ergebnisse mit einer einfachen Kaliumcarbonatlösung.
Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Absorptionslösungen und anderen gasförmigen Verunreinigungen erhalten.

Aus den vorstehenden Untersuchungen ergibt sich, daß der Wärmeverlust bei der Entspannung fühlbar mit dem Anstieg der anfänglichen Temperatur der Lösung zunimmt. Bei Temperaturen von 115 bis 118° C, die im allgemeinen beim "isothermen Cyclus" auftreten, ergibt sich ein untragbar hoher Wärmeverbrauch von 800 bis 850 Kcal/m³ CO₂, de.y allein schon ausreicht den Unterschied im Wärmeverbrauch zwischen dem "isothermen Cyclus" unter Regeneration mit Wasserdampf und dem Cyclus unter Regeneration mit Luft zu erklären, wobei der letztere ebenfalls isotherm, aber bei wesentlich niedrigeren Temperaturen verläuft

Bei einem Absinken der Temperaturen vermindert sich auch der Wärmeverlust bei der Entspannung in zunehmendem Maße. Wie sich aus Tabelle I ergibt wird der Wärmeverlust bei Temperaturen von 85 bis 90° C in der Praxis erträglich und wird vollständig beseitigt wenn die Temperatur auf den Siedepunkt der Lösung (7O⁰C) erniedrigt wird. Bei dieser Temperatur erreichen die Partialdrücke von CO₂ und/oder H₂S und von H₂O ' zusammen Atmosphärendruck bzw. nahezu Atmosphärendruck, bei dem der Regenerator arbeitet

Aus den experimentellen Ergebnissen geht hervor, daß die Entwicklung von Wasserdampf und CO₂ von den Schubkräften (und daher letztlich von der Siedetemperatur der verbrauchten Absorptionslösung, die bekanntlich stark vom CO₂-Sättigungsgrad der Absorptionslösung beeinflußt wird) und von den entsprechenden Transportkoeffizienten abhängt Bei Temperaturen über 100°C wird die bei der Entspannung entwickelte Wärme hauptsächlich für die Wasserdampfentwicklung verbraucht, wobei sich der Wasserdampf in erster Linie in Abhängigkeit vom zugrundeliegenden, sehr rasch ablaufenden physikalischen Vorgang entwickelt während die CO_:-Entwicklung wesentlich langsamer abläuft, was auf die langsame chemische Zerfallreaktion des Hydrogen-

;.. :i carbonats oder des Carbamats zurückzuführen ist. Daraus ergibt sich schließlich, daß der durch die Entspannung entwickelte Wasserdampf sich nur in sehr geringem Umfang zur Regeneration verwenden läßt.

a) Im erfindungsgemäßen Verfahren wird der vorgenannte Wärmeverlust dadurch beseitigt bzw. wiedergewonnen, daß der Druck des Regenerators entsprechend erhöht wird. Damit erreicht man, daß die tatsächliche ·',. Temperatur der verbrauchten Absorptionslösung sich der Siedetemperatur der Absorptionslösung nähert oder dieser gleich wird, wodurch die Wasserdampfentwicklung bei der Entspannung vermindert oder aufgehoben wird. In der Praxis reicht es aus, die beiden Temperaturen soweit anzunähern, daß der Wärmeverlust annehmbar ist. Beispielsweise läßt sich aus der Tabelle I entnehmen, daß die mit Glycin aktivierte Absorptionslösung mit _s einem CO₂-Sättigungsgrad von 65 Prozent und einer Temperatur von 110⁰C einen Druck im Regenerator von

;; etwa 1,8 atm erforderlich macht, um bei der Entspannung einen solchen Wärmeverlust zu erreichen, der dem &igr; &ogr; ■■■■ Wärmeverlust entspricht, den die gleiche Lösung mit einer Anfangstemperatur von 90°C bei Entspannung auf

■j Atmosphärendruck erleidet.

2) Ein weiterer Wärmeverlust beim bekannten Verfahren zur Regeneration von Absorptionslösungen mit

;■ Wasserdampf ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Absorptionslösung bei hohen Temperaturen in den

Regenerator eingespeist wird und daher auf Grund seiner Erwärmung nicht die Möglichkeit hat, den Wasser- : dampf, der die vom Kopf des Regenerators kommenden, desorbierten Gase CO2, H₂S und/oder die anderen

₍ gasförmigen Verunreinigungen begleitet, zu absorbieren und zu verwerten.

f Der vorgenannte Wärmeverlust wird an Hand von Fig. 1 definiert und ausgewertet. Das Diagramm der Fig. 1

; bezieht sich auf eine mit Glycin aktivierte Absorptionslösung (250 g/Liter K2O und 50 g/Liter Glycin). Ähnliche

Diagramme lassen sich leicht auf Grund praktischer Ergebnisse oder auf Grund geeigneter Berechnungen auch ,^; für andere Absorptionslösungen erhalten. Es wurde festgestellt, daß es bei einer typischen, im Gegenstromver-

fahren arbeitenden Regenerationskolonne notwendig ist, eine Wasserdampfmenge (Wasserdampf zum Abstrei-

! fen) im vernünftigen Überschuß (in der Praxis 2,5- bis 3fach) zu der Menge, die dem "kritischen Punkt" entspricht,

;, ■ anzuwenden. Der kritische Punkt ist der, bei dem die Arbeitskurve des Regenerators sich im geringsten Abstand ; von der Spannungskurve des CO2 (oder der anderen gasförmigen Verunreinigungen) bei der Siedetemperatur

befindet.

Dieser kritische Punkt ändert sich in Abhängigkeit vom endgültigen Regenerationsgrad, der erreicht werden soll. Deshalb ändert sich dementsprechend auch die Wärmemenge, die zugeführt werden muß. um einen vorbestimmten Regenerationsgrad zu erreichen. Es läßt sich also ein Diagramm zeichnen, das dem in der Fig. 1 abgebildeten Diagramm entspricht, bei dem auf der Abszisse der CO₂-Sättigungsgrad der am Schluß der Regeneration erreicht werden soll, und auf der Ordinate die Wärmemenge aufgetragen sind, die dem zur ,i. Regeneration notwendigen Abstreifdampf entspricht Bei der Erstellung des Diagramms wird angenommen, daß die verbrauchte Absorptionslösung zu Beginn der Regeneration einen konstanten CO₂-Sättigungsgrad von 75 Prozent aufweist und daß sich folglich die Beladung der Absorptionslösung aus der Differenz aus diesen 75

j. Prozent und den verschiedenen auf der Abszisse aufgetragenen, endgültigen Regenerationsgraden ergibt.

Dieser Abstreifdampf wird bekanntlich in drei Teile unterteilt:

— Ein erster Teil wird für die negative Reaktionswärme verbraucht (sie beträgt 280 Kcal/m³ CO₂ im Fall von einfachen oder aktivierten Alkalicarbonatlösungen; 930 Kcal/m³ CO₂ im Fall von Monoäthanolaminlösungen; und 625 Kcal/m³ CO₂ im Fall von Diäthanolaminlösungen). Dieser erste Teil wird in Fig. 1 durch die Linie M-N dargestellt.

— Den zweiten Teil stellt der Wasserdampf dar, der das desorbierte CO2 am Auslaß am Kopf des Regenerators begleitet

Dieser bei den herkömmlichen Verfahren in beträchtlichem Oberschuß vorliegende Wasserdampf darf jedoch nur in solchen Mengen vorhanden sein, die ausreichen, um eine vernünftige Schubkraft zur Desorption des CO₂ und/oder H₂S zu gewährleisten. Das heißt der Wasserdampf darf nur in einem solchen Überschuß vorliegen, daß er mit dem CO2-Sättigungsgrad der Absorptionslösung, mit der er in Kontakt steht, im Gleichgewicht ist Zu diesem Zweck beträgt die Temperatur oder besser der Taupunkt des am Kopf des Regenerators austretenden Gasgemisches (d. h. seine Zusammensetzung und insbesondere die Konzentration des Wasserdampfs) nur 5 bis 10°C mehr als die Temperatur oder besser der Taupunkt des Gasgemisches, das mit der verbrauchten Absorptionslösung, die von oben in den Regenerator eingespeist wird, im Gleichgewicht steht

Die vorgenannten Angaben sind sehr exakt und für die Anwendung geeignet da sie berücksichtigen, daß die Temperatur der Absorptionslösung auf Grund ihres Salzgehaltes größer als die des reinen Lösungsmittels ist und daß der Taupunkt des Gasgemisches, das mit dem Lösungsmittel im Gleichgewicht steht, vom CO₂-Sättigungsgrad der Lösung selbst abhängt Im Diagramm der Flg. 1, in dem die verbrauchte Lösung einen CO₂-Sättigungsgrad von 75 Prozent aufweist wird die Wärme des Wasserdampfes, der unter den vorstehend definierten Bedingungen das aus dem Regenerator austretende CO₂ begleitet — zusätzlich zu den 280 Kcal/m³ der Reaktionswärme — von der Linie //-/dargestellt, die praktisch horizontal verläuft

— Dazu kommt ein dritter Teil des Abstreifdampfes, der dem Ordinatenabschnitt zwischen der Kurve H-I . und der Hauptkurve Z- V/äes Diagramms entspricht Um die Wärmebilanz des Reinigungscyclus günstig zu

gestalten, wird dieser überschüssige Wasserdampf im erfindungsgemäßen Verfahren dazu verwendet die :; verbrauchte Absorptionslösung im oberen Teil des Regenerators zu erwärmen. Demgegenüber wird bei

den herkömmlichen Verfahren diese Verwertung des Wasserdampfs nicht oder nur teilweise erreicht da die

;^:: Absorptionslösung in den Kopf des Regenerators bei sehr hohen Temperaturen eingespeist wird, d. h. bei

^;. Temperaturen, die den am Boden des Regenerators herrschenden Temperaturen sehr nahe kommen oder

i_;. auch darüber liegen. Wegen dieser Erwärmung kann der überschüssige Wasserdampf nicht absorbiert

', werden.

In Rg. 1 geben die fast horizortal verlaufenden, gestrichelt gezeichneten Kurven an, welcher Erwärmungsgrad (vgL die Temperaturapgabe neben diesen Kurven) der Absorptionslösung mittels der Verwertung der genannten überschüssige&ogr; Wärme in Abhängigkeit vom endgültigen Regenerationsgrad erreicht werden kann.

Aus dem Diagramm der Rg. 1 läßt sich entnehmen, daß beim Regenerieren bis zu einem sehr hohen endgültigen Regenerationsgrad (beispielsweise 23 Prozent) der gewinnbare Wasserdampf in einer Menge vorhanden ist die ausreicht um die Lösung um etwa 35° C (Punkt Z) zu erwärmen, während bei weniger hohen Regenerationsgraden (beispielsweise 33 Prozent) die Erwärmung der Absorptionslösung nur 10° C (Punkt W] beträgt
2a) Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die vollständige Verwertung des überschüssigen Wasserdampfes

&iacgr;&ogr; ebenfalls durch eine Erhöhung des Arbeitsdrucks des Regenerators erreicht Durch die Druckerhöhung wird die Siedetemperatur der Lösung am Boden des Regenerators ebenfalls erhöht wodurch sich im Vergleich zur eingespeisten Absorptionslösung ein Temperaturunterschied ergibt, der ausreichend ist, daß die Absorptionslösung auf Grund ihrer Erwärmung den am Kopf des Regenerators austretenden überschüssigen Wasserdampf absorbiert und zurückgewinnt !■

Der Druck im Regenerator wird also gemäß den vorstehenden Ausführungen so «ingestellt daß sich zwischen §&idigr;

dem Kopf und dem Boden der Kolonne je nach dem gewünschten Regenerationsgrad ein Temperaturunter- jf

schied von 10 bis 35° C einstellt

An dieser Stelle ist im Hinblick auf die unter 1) und 2) aufgeführten Wärmeverluste darauf hinzuweisen, daß f*

die Druckerhöhung an sich nicht entscheidend ist Um den Wärmeverlust bei der Entspannung zu vermeiden und ■>;

den überschüssigen Wasserdampf am Kopf des Regenerators zu gewinnen, ist ein Temperaturunterschied ~

zwischen dem Kopf und dem Boden der Kolonne von grundlegender Bedeutung. Je größer dieser Temperaturunterschied ist, desto gründlicher lassen sich die genannten Wärmeverluste vermeiden. Die beste Wärmeausnutzung wird erreicht wenn die tatsächlichen Temperaturen der Absorptionslösungen unter den Bedingungen der verschiedenen Zonen des Regenerators so nah wie möglich bei den Siedetemperaturen liegen. Es ist also

festzuhalten, daß ein Druckanstieg im Regenerator den Wärmeverlust bei der E; !spannung nicht beseitigt wenn i

die Temperatur der eintretenden verbrauchten Lösung gleich der Temperatur der austretenden regenerierten ^l *

Lösung oder höher als diese ist.

2b) Die vorgenannten Bedingungen entsprechen der besten thermischen Nutzung der beim Reinigungscyclus

gelieferten Wärme. Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch unter Bedingungen mit einem geringeren Nutzungsgrad durchgeführt werden, d. h. mit Temperaturdifferenzen zwischen dem Kopf und dem Boden des Regenerators die kleiner als 10 bis 35° C sind, beispielsweise bei Temperaturdifferenzen von 5 bis 35° C.

3) Ein weiterer Wärmeverlust bei der Regeneration mit Wasserdampf ist darauf zurückzuführen, daß die regenerierte Lösung, die den Regenerator bei der Siedetemperatur verläßt, eine beachtliche Wärmemenge aufweist, die bei den herkömmlichen Verfahren im wesentlichen in den Kühlern verlorengeht und nicht verwertet wird. Es wurde zwar versucht diese Wärme zu verwerten und in den Kopf des Regenerators zurückzuführen, jedoch wurden bisher nur unvollständige und wenig zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, da durch eine Erhöhung der Temperatur der verbrauchten Lösung die unter 1) und 2) angeführten Wärmeverluste auftreten.

3a) Demgegenüber wird im erfindungsgemäßen Verfahren durch den Druckanstieg der Wärmegehalt der regenerierten Lösung erhöht, wodurch ein Temperaturanstieg bis höchstenfalls zur Siedetemperatur hervorgerufen wird. Die auf diese Weise wiedergewonnene und in der regenerierten Hauptfraktion gespeicherte Wärme

kann abgegeben und zur Regeneration der Nebenfraktion s in der Nebenregenerationskolonne 5 verwertet ;

werden. Zu diesem Zweck arbeitet die Nebenabsorptionskolonne 5 bei tieferen Temperaturen und Drücken als die Hauptabsorptionskolonne P. '■;

Dieser Temperaturunterschied (und Druckunterschied) zwischen beiden Absorptionskolonnen beträgt vor- \,-

zugsweise mindestens 10 bis 15° C, wenn die Wärme durch thermische Übertragung abgegeben wird, und

mindestens 6 bis 7°C, wenn die regenerierte Lösung der Hauptregenerationskolonne P zur Erzeugung von V

Wasserdampf entspannt wird, wobei dieser Wasserdampf in der Nebenregenerationskolonne 5 verwertet wird. ,:

Infolgedessen liegt der Druck der Hauptregenerationskolonne ^mindestens 0,2 bis 0,5 atm über dem Druck der N ebenregenerationskolonne S.

4) Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß der Anstieg des Arbeitsdrucks im Regenerator nicht nur eine vielfältige sondern auch eine koordinierte Wirkung auf die thermische Wirksamkeit der Regeneration ausübt. Dies ergibt sich aus folgendem Beispiel: '

Eine mit Glycin (bzw. mit AS2O3) aktivierte, verbrauchte Kaliumcarbonatlösung weist einen CCvSättigungsgrad von 65 Prozent und eine Anfangstemperatur von etwa 115° C auf. Diese Temperatur liegt deutlich über dem Siedepunkt bei Atmosphärendruck, weswegen sich die Absorptionslösung im Regenerator bis auf Atmosphärendruck entspannt und sich dabei auf 95° C (bzv/. 94° C) abkühlt, d. h., es findet eine Abkühlung um etwa 20° C statt, wie aus den Tabellen I und II hervorgeht. Die vom Aufkocher gelieferte Wärme erhöht die Temperatur allmählich um etwa 13°C, d. h. von 95°C auf 108°C, was der Siedetemperatur beim nahezu atmosphärischen Druck am Boden des Regenerators entspricht.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nähern sich durch eine Erhöhung des Drucks im Regenerator auf ..'.

1,8 atm die tatsächliche Temperatur der Absorptionslösung und die Siedetemperatur einander an und die Abkühlung wird vernachlässigbar klein, d. h. praktisch gleich 0, so daß die Lösung ihre urspüngliche Temperatur von 115° C behält. Die vom Aufkocher gelieferte Wärmemenge, die im Vergleich zur Arbeitsweise bei Atmosphärendruck unverändert ist, erwärmt die Lösung um die genannten 13°C, d.h. auf 128°C, was der neuen

es Siedetemperatur der regenerierten Absorptionslösung bei einem Druck von 1,8 atm entspricht.

Die regenerierte Absorptionslösung wird anschließend in einer dafür vorgesehenen Expansionskammer auf Atmosphärendruck entspannt. Dabei kühlt sie sich auf 106° C ab und entwickelt Wasserdampf (in diesem Beispiel 37.8 kg/m³ Lösung) der, wie bereits erwähnt, zur Regeneration in der Nebenregenerationskolonne verwendet

5) Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Flg. 2 näher erläutert

In Flg. 2 ist eine grundlegende und häufig verwendete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt Es ist eine einstufige Absorptionsanlage (0,1 Prozent CO2) dargestellt Erfindungsgemäß sind zwei Regenerationskolonnen, nämlich die Hauptregenerationskolonne P und die Nebenregenerationskolonne 5. vorgesehen. Der Arbeitsdruck in der Hauptregenerationskolonne Pwird auf Grund der Temperatur Tpe der zu regenerierenden, verbrauchten Absorptionslösung festgelegt, d. h. so eingestellt, daß gemäß den Ausführungen in 1) und 2) der beste thermische Nutzungsgrad des Cyclus erreicht wird und durch die Erhöhung der Siedetemperatur Tpu der Absorptionslösung am Boden der Regenerationskolonne ein günstiger Temperaturunterschied zwischen den Temperaturen Tpe und Tpu in der Lösung am Einlaß und am Auslaß dieser Regenerationskolonne erreicht wird. Beispielsweise ist ein Temperaturunterschied von 15° C erforderlich, um das bestmögliche Ergebnis zu erreichen, wenn eine mit Glycin aktivierte Lösung bis zu einem CCh-Sättigungsgrad von 30 Prozent regeneriert wird. Größere Temperaturunterschiede verbessern das Ergebnis nicht, während geringere Temperaturunterschiede die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens mindern.

Wie bereits erwähnt, werden die besten Resultate bei einem Temperaturunterschied von 10 bis 35" C erreicht Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich unter Erreichen eines geringeren Wirkungsgrads auch mit geringeren Temperaturunterschieden durchführen. Beispielsweise können die Temperaturunterschiede also auch im Bereich von 5 bis 35° C liegen.

Wie bereits erwähnt, muß auch der Arbeitsdruck der Hauptregenerationskolonne P größer sein als der Druck der Nebenregenerationskolonne S, damit die Wärme der erstgenannten Kolonne an die zweitgenannte abgegeben werden kann. Dies läßt sich durch Wärmeaustausch oder nach verschiedenen anderen Verfahren durchführen. Vorzugsweise wird die Absorptionslösung in die Expansionskammer £ geleitet, wo sie bis auf den Arbeitsdruck der Nebenregenerationskolonne 5, d. h. im allgemeinen etwa bis auf Atmosphärendruck, entspannt wird. Dabei kühlt sie sich unter Wasserdampfentwicklung auf etwa 106°C ab. Dieser Wasserdampf wird in der Nebenregenerationskolonne S im Gegenstrom zur Nebenfraktion s geführt Die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserdampfes wird nach üblichen Gesichtspunkten so eingestellt, daß die Dampfmenge ausreicht, um eine Regeneration der Nebenfraktion s auf den CCVSättigungsgrad der Hauptfraktion &rgr; zu erreichen. Anschließend werden die beiden Fraktionen &rgr; und s vereinigt und in die Absorptionsstufe eingespeist.

In Fig. 3 ist ein zweistufiger Cyclus abgebildet, bei dem die Fraktionen &rgr; und s getrennt gehalten werden und in den Absorber an zwei verschiedenen Stellen, nämlich am Kopf und einer zwischen dem Kopf und dem Boden liegenden Stelle eingespeist werden.

Die Aufteilung der Absorptionslösung in die Fraktionen &rgr; und s ist also nicht willkürlich, sondern hängt von der Tatsache ab, daß die Hauptfraktion &rgr; mit von außen zugeführter Wärme regeneriert wird, während die Nebenfraktion 5 mit von der Hauptfraktion &rgr; abgegebenen Wärme regeneriert wird. Wie sich auch aus den Versuchsbeispielen ergibt, ist die Menge der Nebenfraktion s immer deutlich kleiner als die der Hauptfraktion p.

Aus Fig. 2 ergibt sich klar, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Wärme, die bisher am Kopf des Regenerators verlorengeht, wiedergewonnen und unter einem geringeren Druck in einer Nebenregenerationskolonne S für weitere Regenerationszwecke verwendet wird. Die Rückgewinnung an Wärme wird durch einen Druckanstieg erreicht, wobei sich dementsprechend eine Temperaturverminderung der verbrauchten Absorptionslösung ergibt. Aus Fig. 2 ergibt sich auch, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der thermische Wirkungsgrad wesentlich durch die Tatsache erhöht wird, daß die von außen bei der Regenerationsphase mittels des Aufkochers R zugeführte Wärme zwei verschiedene Druckstufen (Regenerationskolonne P und Regenerationskolonne S) durchläuft, so daß die restliche Wärme, die in der ersten Kolonne nicht mehr verwertbar ist. in der zweiten Kolonne ausgenützt wird.

Dadurch ergibt sich eine bessere Verwertung der in der Regenerationsstufe zugeführten Wärme. Demzufolge vermindert sich der Wärmeverbrauch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren um mindestens Vj bis V» im Vergleich zum Wärmeverbrauch bei herkömmlichen Verfahren.

Daraus ergibt sich auch eine wesentliche Verminderung der Betriebskosten für den Aufkocher R. Dementsprechend ergibt sich auch eine Verminderung der Betriebskosten für die CO2- und/oder H2S-Kühler am Auslaß der Kolonnen P und S. Die Einsparung am Kühler der Hauptregenerationskolonne P ist größer, was darauf zurückzuführen ist, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren genau die Wärmemenge verwertet wird, die nach den herkömmlichen Verfahren durch diesen Kühler nach außen abgegeben wurde. In einigen Fällen kann auf diesen Kühler praktisch verzichtet werden. In den meisten Fällen ist er fünf- bis achtmal so klein wie bei den herkömmlichen Verfahren.

Der Kühler der Nebenregenerationskolonne 5 ist in vielen Fällen nicht mehr nötig und kann daher weggelassen werden. Beispielsweise ist bei CCvBeseitigungsanlagen die in der Nebenregenerationskolonne Sdesorbierte CC>2-Menge nur ein geringer Teil der Gesamtmenge und kann bei der Abgabe der am Kopf der Nebenregenerationskolonne Saustretenden Dämpfe an die Atmosphäre mit abgegeben werden.

Außerdem fällt eine beträchtliche Menge an CO2 und/oder H2S und anderen gasförmigen Verunreinigungen unter Druck an (d. h. die von der Regenerationskolonne Pdesorbierten Gase). Dies stellt einen beträchtlichen &ohgr; Vorteil des erfindüngsgernäßen Verfahrens dar, wenn das CO2 beispielsweise zur Harnstoffproduktion bestimmt ist.

Wie nachstehend noch näher erläutert wird, ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, auf eine Senkung des Wärmeverbrauchs zu verzichten und stall dessen die apparativen Kosten lies KeiniiMingscycliis herabzusetzen.

5a) In Fig. 2 ist die Absorptionsstufe mit gestrichelten Linien eingezeichnet, um darauf hinzuweisen, daß ilas erfindungsgemäße Regenerationsverfahren in sämtlichen bekannten Reinigungsverfahren angewendet werden kann. Dabei können die Absorptionstemperaturen beliebig gewählt werden, beispielsweise zwischen 40 und

135° C, so daß auch das zu reinigende Gasgemisch eine beliebige Temperatur aufweisen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch zur Entfernung von beliebigen gasförmigen Verunreinigungen anwenden, die aus der Absorptionslösung durch Abstreifen mit Wasserdampf desorbiert werden können. Die Absorptionsstufe kann beispielsweise aus einem einzigen Absorber A bestehen. In diesem Fall liegt ein "isothermer Cyclus" vor, in dem die Absorption bei hohen Temperaturen abläuft Ferner kann die Absorptionsstufe auch den Kühler es umfassen. In diesem Fall wird die Absorption bei niedrigen Temperaturen durchgeführt Schließlich kann die Absorptionsstufe auch den Wänneaustauscher H umfassen. In diesem Fall liegt der "konventionelle Cyclus" vor, bei dem die Absorption bei tiefen Temperaturen, d. h. in der Nähe der Umgebungstemperatur, vorgenommen wird, wie es beispielsweise bei Verwendung von Äthanolaminlösungen notwendig &iacgr;&ogr; ist In analoger Weise kann auch ein "split-stream'-Cyclus angewendet werden.

5b) Eine bessere Wärmeverwertung der regenerierten Lösung erreicht man, wenn man die Nebenkolonne unter vermindertem Druck, beispielsweise bei 0,7 atm und 95°C, betreibt In diesem Fall tritt eine stärkere Entspannung der Hauptfraktion &rgr; (bis auf 95° C) sowie die Bildung einer größeren Dampfmenge ein.

Die Druckverminderung kann durch eine geeignete mechanische Vorrichtung erreicht werden. Vorzugsweise wird eine Strahlpumpe angewendet, in welche die vom Absorber kommende Absorptionslösung unter Druck eingepreßt wird; vgl. DE-OS 19 51 277.

Anstatt an die Nebenregenerationskolonne 5 Unterdruck anzulegen, besteht auch die Möglichkeit die Wärme der regenerierten Lösung &rgr; mittels eines Gasstroms auf die Absorptionslösung 5 zu übertragen. Beispiele für Gase sind Luft Stickstoff und Restgas aus der Ammoniakherstellung. Diese Gase werden zuerst mit der warmen Hauptfraktion &rgr; und anschließend mit der Nebenfraktion s in Kontakt gebracht Dieses Verfahren wird vorzugsweise immer dann angewendet, wenn dazu die Möglichkeit besteht

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Dieses Beispiel betrifft eine Ausführungsform, bei der CO2 und/oder H2S unter Verwendung einer mit Glycin aktivierten Kaliumcarbonatlösung entfernt werden. Es wird die in Flg.? gezeigte Vorrichtung mit einstufiger Absorption verwendet. Der Wärmeaustauscher //ist nicht vorgesehen. Die beiden Fraktionen &rgr; und 5 werden bis auf den gleichen CC^-Sättigungsgrad regeneriert anschließend vereinigt und sodann zusammen in den Absorber A eingespeist.

Dieses Beispiel umfaßt eine Reihe von Varianten, die in Tabelle IV zusammengestellt sind.
Die aus dem Absorber A austretende verbrauchte Absorptionslösung wird direkt der Regenerationsstufe zugeleitet. Die Temperatur der Absorptionslösung ist in der obersten waagerechten Spalte von Tabelle IV angegeben. Wie bei den bekannten Verfahren ist die Temperatur beim Einlaß in den Absorber um 10 bis 15° C niedriger, was auf die Reaktionswärme im Absorber und auf eine eventuelle, vom zu reinigenden Gas gelieferte Wärme zurückzuführen ist.

Die Tabelle IV bezieht sich auf den Fall, bei dem die Nebenregenerationskolonne S bei Atmosphärendruck betrieben wird und daher die Temperatur der Absorptionslösung am Ende der Entspannung und am Ende der Regeneration 106° C beträgt (vgl. 2. waagerechte Spalte).

Die fünf verschiedenen Abschnitte von Tabelle IV beziehen sich auf fünf verschiedene Mengen an Wärmezufuhr, um den Cyclus in Gang zu halten (100,80,63,50 bzw. 40 kg Wasserdampf/m³ Lösung Hauptfraktion p). In jedem Abschnitt sind folgende Werte angegeben: vom Aufkocher gelieferte Wärme in Kcal/m³ Lösung Hauptfraktion p, endgültiger Regenerationsgrad der Absorptionslösung und p.k. (ausgedrückt in Volumteiie CO2/I Volumteil Gesamtabsorptionslösung &rgr; + s). Dabei wird angenommen, daß die verbrauchte Lösung in allen Fällen mit einem CO₂-Sättigungsgrad von etwa 75 Prozent den Absorber verläßt

Die waagerechten Zeilen der einzelnen Tabellenabschnitte geben folgende Werte an: Verhältnis von Hauptfraktion &rgr; zu Nebenfraktion s (2/3), Druck und Temperatur am Boden der Hauptregenerationskolonne P (5/4), Wärmeverbrauch ausgedrückt in Kcal/m³ CO2 (1) und durch den Kühler Cg der Hauptregenerationskolonne P entfernte Wärme (6), ausgedrückt in Prozent der vom Aufkocher gelieferten Wärme.

Aufgrund der Angaben in Tabelle IV lassen sich rasche und sichere Angaben über die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewinnen.

Die Tabelle V entspricht der Tabelle IV, mit der Ausnahme, daß die Nebenregenerationskolonne S unter vermindertem Druck arbeitet, d. h. Druck und Temperatur am Ende der Entspannung und am Ende der Regeneration betragen 0,7 atm bzw. 95° C.

24 07 405	80°	85°
Tabelle IV	106°	106
>ei 75°
106°

Temperatur der verbrauchten Lösung bei Eintritt in die Regenerationsstufe.⁰ C

Temperatur der regenerierten Absorptionslösung, ° C

Wärme = 54 000 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 23 Prozent Beladung = 32,4 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

% Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s 893/10,7 83,4/16,6 78/22

Temperatur in °C und Druck in atm 112,5°/134 117,5°/1,57 122,5°/1,86 am Boden der Hauptregenerationskolonne P

Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂ 1482 1390 1295

% durch den Kühler Cg entfernte Wärme 18,9 183 18,9

Wärme = 43 200 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 25 Prozent Beladung = 30,9 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

% Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s 98/2 88,5/11,5

Temperatur in °C und Druck in atm 106,7°/l,09 111,7°/130 am Boden der Hauptregenerationskolonne P

Verbrauchte Wärme. Kcal/Nm³ CO₂ 1370 1230

% durch den Kühler Cgentfernte Wärme 22,5 22,5

Wärme = 34 020 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 28 Prozent Beladung = 28,6 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

% Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s

Temperatur in ⁰C und Druck in atm am Boden der Hauptregenerationskolonne P Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂

% durch den Kühler Cg entfernte Wärme

Wärme = 27 000 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 31 Prozent Beladung = 26,2 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

% Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s

Temperatur in ⁰C und Druck in atm am Boden der Hauptregenerationskolonne P Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂

% durch den Kühler C&entfernte Wärme

Wärme = 21 600 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 35 Prozent Beladung = 23,8 Volumenteile CO₂/1 Volumenteil Absorptionslösung

% Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s

Temperatur in °C und Druck in atm am Boden der Hauptregenerationskolonne P Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂

% durch den Kühler Cg entfernte Wärme

95° 106°

68,7/31,3 132,5°/2,54 1145 18,9

75/25

1045 22,5

83,2/16,8 113,4°/1,38 988 26,4

100° 106°

64,8/35,2 137,5°/2,95 1078 18,9

70/30 126,7°/2.13 980 22,5

74,8/25,2 118,2°/1,63 890 26,4

106° 106°

60,8/39,2 143,5°/3,50 1010 18,9

63,5/36,5

887 22,5

66,4/33,6 124,4°/1,99 790 26,4

116° 106°

65/45 153,6°/4,60 918 18,9

55,8/44,2 142,7°/3,4! 780 22,5

56,2/43,3
134,4°/2,70
673
26,4

90° 106°

72,7/273 127,5*72,19

1210 18.9

81,3/18.7 116,7°/1.54

1135 22,5

94/6

108.4°/1.16 1120 26.4

120° 106^c

52,8/47.2 157,5°/5.10 880 18,9

53,2/46,8 146,7°/3.80 742 22.5

52,8/47.2 138,2/3.05 627 26.4

Tabelle IV (Fortsetzung)

2/3 5/4 I 6

96/4

990 30,5

82,2/17,8 112,3°/1,33 850 30,5

92,3/7,7 108°/l,14 837 34,6

70/30 118,3°/1,63 724 30,5

74,5/25,5

675 34,6

56,5/43,5
128,3° /2,24
583
30,5

56,2/43,8
124°/1,96
510
34,6

54,3/47,5 132,3°/2,53 543 30,5

51,3/48,7 128° /2,22 464 34,6

Absorptionslösung: 250 g/Liter K₂O und 50 g/Liter Glycin

Tabelle V 75°

95°

85°

95°

Prozent

Temperatur der verbrauchten Lösung bei Eintritt in die Regenerationsstufe, °C

Temperatur der regenerierten Absorptionslösung, ° C Wärme = 54 000 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad Beladung = 32,4 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

2/3 % Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s 76,8/23,2 72/28 67,8/273

5/4 Temperatur in ⁰C und Druck in atm 112,5°/134 117,5^O/1,57 122,5°/1,86

am Boden der Hauptregenerationskolonne P

1 Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂ 1280 1200 1130

6 % durch den Kühler Cg entfernte Wärme 18,6 18,6 18,6

Wärme = 43 200 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 25 Prozent Beladung = 30,9 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

2/3 % Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s 80/20 73,7/263

35 5/4 Temperatur in °C und Druck in atm 116,7°/l,09 lll,7°/130

am Boden der Hauptregenerationskolonne P

I Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂ 1115 1025

6 % durch den Kühler Cg entfernte Wärme 223 22,3

Wärme = 34 020 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 28 Prozent Beladung = 28,6 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

2/3 °/o Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s

5/4 Temperatur in ° C und Druck in atm am Boden der Hauptregenerationskolonne P

1 Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂

6 % durch den Kühler Cg entfernte Wärme

90° 95°

64/36 127,5°/2,19

1064 18,6

68/32 116,7°/1,54

960 22,3

73,3/26,7 108,4°/1,16 875 26ß

Wärme = 27 000 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 31 Prozent Beladung = 26,2 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

2/3 % Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s

5/4 Temperatur in ° C und Druck in atm am Boden der Hauptregenerationskolonne P

1 Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂

6 % durch den Kühler C^entfernte Wärme

Wärme = 21 600 Kcal/m³ Absorptionslösung, Regenerationsgrad = 35 Prozent Beladung = 233 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung

2/3 % Hauptfraktion p/% Nebenfraktion s

5/4 Temperatur in ° C und Druck in atm am Boden der Hauptregenerationskolonne P

1 Verbrauchte Wärme, Kcal/Nm³ CO₂

6 % durch den Kühler Q-entfernte Wärme

95° 95°

100° 95^r

106° 95°

120° 95°

12

	61/39	24	57,8/42,2	07 405	49,8/50,2	48,2/51,8
	132,5°/2,54	Tabelle	137,5°/2,95	IV (Fortsetzung)	153,5°/4,60	157,5'75,10
2/3	1013	963	54,4/45,6	830	803
5/4	18,6	18,6	143,5°/3,50	18,6	18.6
1	63,5/36,5	59,5/40,5	910	49,4/50,6	47.3/52,7
6	121,7°/1,81	126,7°/2,13	18,6	142,7°/3,41	146,7°/3.80
2/3	890	832	55/45	690	662
5/4	22,3	22,3	132,5°/2,55	22,3	22.3
1	66,5/33,5	60,8/39,2	770	48/52	45,7/54,3
6	113,4°/1,38	118,2°/1,63	22,3	134,4*72,70	138,4°/3,05
2/3	792	724	55,5/44,5	572	545
5/4	26,3	26,3	124,4°/1,98	26,3	26,3
1	70,2/29,8	63/37	660	46,6/53,4	43.7/56,3
6	63/37	55,5/44,5	26,3	43,7/56,3
2/3	107,3°/l,ll	112,5°/1,33	55,5/44,5	128,3°/2,24	132,3 ""72.53
70,2/29,8	727	650	46,6/53,4	482	452
5/4	30,5	30,5	118,3°/1,63	30,5	30.5
1		64/36	575	44,5/55,5	41.4/58,6
6		108°/l,14	30,5	124°/1,96	128°/2,22
2/3		580	55/45	404	374
5/4		34,7	114°/1,41	34,7	34.7
1	500
6	34,7

Absorptionslösung: 250 g/Liter K₂O und 50 g/Liter Glycin

Aus den Tabellen IV und V gehen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens hervor. Unter anderem läßt sich folgendes beobachten:

6a) Aus dem letzten und vorletzten Abschnitt der Tabelle IV und V geht hervor, daß sich bei einer Eintrittstemperatur in den Regenerator von 106°C (vgl. drittletzte Spalte) und bei einer Wärmezufuhr von 21 600 bzw. 27 000 Kcal/m³ Hauptfraktionp, wie es häufig bei modernen CO₂-Entfernungsverfahren der Fall ist, ein Wärmeverbrauch von nur 675 bzw. 575 Kcal/m³ CO₂ ergibt, d. h. etwa die Hälfte des Wärmeverbrauchs bei herkömmlichen Verfahren.

Dabei ist festzuhalten, daß unter diesen Bedingungen der Wärmezufuhr zu einer Reinigung auf beispielsweise 0,05 bis 0,10 Prozent CO₂, wie sie häufig erforderlich ist, die Anwendung eines zweistufigen Verfahrens notwendig ist (vgl. Beispiele 2 bis 4).

6b) Häufig stehen bei großtechnischen Verfahren größere Wärmemengen zur Verfügung, beispielsweise 12 000 bis 13 000 Kcal/m³ CO₂. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise gemäß den ersten beiden Abschnitten in den Tabellen IV und V durchgeführt Unter diesen Bedingungen erhält man bei einem einstufigen Verfahren und bei Verwendung einer mit Glycin aktivierten Absorptionslösung (auf diese Bedingungen beziehen sich die Tabellen) einen Regenerationsgrad von 23 Prozent (erster Abschnitt) bzw. 25 Prozent (zweiter Abschnitt). Diese Regenerationsgrade reichen leicht aus. um die bei modernen Verfahren erforderlichen Reinigungsgrade von 0,05 bis 0,1 Prozent CO₂ mit Sicherheit zu erreichen. Dabei hat man jedoch den grundlegenden Vorteil, daß man das Verfahren einstufig durchführen kann, wodurch sich die Kosten der Anlage im Vergleich zum zweistufigen Verfahren erheblich vermindern.

Dieser Vorteil wird noch dadurch verstärkt, daß die Absorption bei relativ niedrigen Temperaturen (60 bis 80° C) durchgeführt werden kann, ohne daß der übliche Wärmeaustauscher notwendig ist, der beim konventionellen Cyclus zwischen der verbrauchten und der regenerierten Absorptionslösung angeordnet ist.

6c) Die Tabelle IV betrifft verschiedene Anwendungsfälle, bei denen die verbrauchte Lösung zu Beginn der Regeneration eine Temperatur von 75 bis 120° C aufweist. Man stellt fest, daß bei Temperaturen unter 106° C die Regeneration nur mittels der während der Regenerationsphase vom Aufkocher gelieferten Wärme abläuft Diese Wärme läßt sich jedoch besser ausnützen, woraus sich ein geringerer Wärmeverbrauch als bei herkömmlichen Verfahren ergibt Bei Temperaturen über 106° C wird zur Regeneration auch die Wärme verwendet, die der Cyclus in der Absorptionsstufe aufnimmt (d. h. Reaktionswärme + Wärmemenge, die eventuell vom zu reinigenden Gasgemisch zugeführt wird — im Kühler verlorene Wärmemenge). Bei einer Temperatur von 106° C (entsprechend der Temperatur der Absorptionslösung am Ende der Entspannung und am Ende der Regeneration) sind die Absorptionsstufe und die Regenerationsstufe voneinander thermisch unabhängig. In Tabelle V beträgt die Temperatur, bei der thermische Unabhängigkeit zwischen beiden Stufen vorliegt 95° C.

Die vorstehenden Ausführungen werden im folgenden anhand von Flg. 2 näher erläutert:

— 7s S Tpe: Die in der Nebenabsorptionskolonne S verwertete Wärme wird ausschließlich vom Aufkocher R geliefert Dabei werden die Wärmeverluste der herkömmlichen Verfahren teilweise vermieden.

&mdash; Ts < TPE: Ein Teil der in der Nebenregenerationskolonne S verwerteten Wärme stammt aus der Absorptionsstufe (Reaktionswärme + Wärme, die vom zu reinigenden Gasgemisch geliefert wird &mdash; beim Kühlen der Absorptionslösung verlorene Wärmemenge).

&mdash; Gemäß einem wesentlichen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Tpu immer größer als Tp.

Die Differenz Tpu &mdash; Tps gibt die Wärmemenge an, die aus der Hauptfraktion &rgr; gewonnen wird und in der Nebenabsorptionskolonne Seingesetzt wird.

Beispiel 2

Dieses Beispiel betrifft eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der CO₂ und/oder H₂S gemäß Fig. 3 in zwei Stufen entfernt werden. Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 lediglich darin, daß sich die Einspeisungsstellen der Fraktionen der Absorptionslösung s und &rgr; nach der Regeneration am Kopf bzw. an einer zwischen Kopf und Fuß des Absorbers A liegenden Stelle befinden.

Die Absorptionslösung besteht aus einer mit Glycin aktivierten Kaliumcarbonatlösung. Die verbrauchte Lösung kommt mit einer Temperatur von 111 ° C aus dem Absorber. Der Druck der Hauptregenerationskolonne P wird auf 1,85 atm eingestellt (dementsprechend ergibt sich eine Änderung der Siedetemperatur um etwa 18⁰C, infolgedessen verhält sich die Absorptionslösung mit der tatsächlichen Temperatur von IH⁰C und einem Druck von 1,85 atm wie eine Lösung von 93° C und 1 atm. In Übereinstimmung damit werden auf Grund von Tabelle 1 der Wärmeverlust bei der Entspannung und auch der Verlust durch den überschüssigen, aus dem Regenerator austretenden Wasserdampf praktisch beseitigt).

Die Hauptregep.erationskolonne P ist mit üblichem Füllkörpermaterial versehen und wird durch den Aufkocher R von außen beheizt. Die zur Regeneration der mit Glycin aktivierten Kaliumcarbonatlösungen bis zu einem CO₂-Sättigungsgrad von 35 Prozent notwendige Wärmezufuhr beträgt 35 bis 40 kg Wasserdampf/m³ Lösung. Im allgemeinen absorbiert die Absorptionslösung aus zu reinigenden Gasen mit einem CO₂-Gehalt von 18 bis 22 Prozent und einem Druck von etwa 25 atm 23 bis 25 Volumteile CO₂/1 Volumteil Absorptionslösung p. Die Temperatur am Boden der Hauptregenerationskolonne P beträgt 122°C. Diese Temperatur entspricht der Siedetemperatur bei einem Druck von 1,85 atm. Die Fraktion &rgr; wird anschließend in die Expansionskammer E geleitet, wo sie sich bis auf Atmosphärendruck entspannt und unter Abkühlung auf 108⁰C 25,8 kg Wasserdampf/m³ Absorptionslösung &rgr; entwickelt

Beim zweistufigen Verfahren gemäß Fig. 3 wird es im allgemeinen bevorzugt, daß die Nebenfraktion s stärker regeneriert und deshalb in den Kopf des Absorbers eingespeist wird, während die Hauptfraktion &rgr; weniger stark regeneriert und dem Absorber auf einer mittleren Höhe zugeführt wird.

Zu diesem Zweck ist es wie bei herkömmlichen Verfahren notwendig, etwa 110 kg Wasserdampf/m³ Nebenfraktion s zuzuführen. Diese wird auf diese Weise bis zu einem CO₂-Sättigungsgrad von 25 Prozent regeneriert (dies gilt für mit Glycin aktivierte Kaliumcarbonatlösungen). Dabei ergibt sich eine mittlere Absorption von etwa 27 bis 30 Volumteile CO2/I Volumteil Lösung 5.

Die Aufteilung der Absorptionslösung in die Hauptfraktion &rgr; (die bei der Entspannung 25,8 kg Wasserdampf/m³ Absorptionslösung abgibt) und die Nebenfraktion s (die 110 kg/m³ Wasserdampf für ihre Regeneration benötigt) beträgt folglich 81 Prozent Hauptfraktion und 19 Prozent Nebenfraktion.

Schließlich wird die Hauptfraktion &rgr; mit einer Temperatur von 108° C aus der Expansionskammer £ entnommen und direkt mittels der Pumpe P, in die Absorptionskolonne A auf einer mittleren Höhe eingespeist. Die Nebenfraktion s, die stärker regeneriert ist wird ebenfalls mit einer Temperatur von 108⁰C vom Boden der Kolonne S abgezogen und mittels der Pumpe P₂ in den Kopf der Absorptionskolonne eingespeist. Da in diesem Beispiel eine sehr weitgehende Reinigung des Gasgemisches erwünscht ist (d. h. 0,05 bis 0,1 Prozent CO2 im gewaschenen Gas), ist es vorteilhaft, die Lösung im Kühler Cs beispielsweise auf 50 bis 70⁰C abzukühlen. In diesem Fall beträgt das Gewichtsmittel der Temperatur der beiden Fraktionen etwa 98°C.

Der Absorber A ist eine übliche Absorptionskolonne, die, wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist aus einer einzigen,

zweistufigen Absorptionszone besteht In dieser Kolonne erwärmt sich die Absorptionslösung wie üblich durch die Reaktionswärme und durch die im zu reinigenden Gasgemisch enthaltene Wärme um etwa 13° C, d. h. von

98°C auf 111⁰C, und tritt mit dieser Temperatur am Boden des Absorbers aus. Die Absorptionslösung enthält das aus dem Gasgemisch absorbierte CO₂ und/oder H₂S.

Der Wärmeverbrauch in diesem Beispiel ergibt sich aus der Wärmemenge, die vom Aufkocher an die Hauptfraktion &rgr; abgegeben wird, d. h. (35 bzw. 40) &khgr; 0,81 = 28,4 bzw. 32,4 kg Wasserdampf/m³ vereinigte Absorptionslösung.

Es werden 24 Volumteile CO₂ bzw. 33 Volumteile CO₂ pro 1 Volumteil Absorptionslösung absorbiert wobei sich ein GewichtsmiUel von 25,6 Volumteile CO₂/1 Volumteil vereinigte Absorptionslösung ergibt. Der Wärmeverbrauch beträgt 1,11 bzw. 1,26 kg Wasserdampf/m³ CO₂ = 600 bzw. 680 Kcal/m³ CO₂.

Dies bedeutet im Vergleich zum ebenfalls zweistufig verlaufenden "isothermen Cyclus", dessen Wärmeverbrauch 1100 bzw. 1300 Kcal/m³ CO₂ beträgt, eine beträchtliche Einsparung.

Die Aufwendungen für den Aufkocher sind proportional zum Wärmeverbrauch von 600 bzw. 680 Kcal/m³ CO₂. Die Aufwendungen für den CO₂-Kühler der Hauptregenerationskolonne P betragen nur 20 Prozent der vom Aufkocher gelieferten Wärmemenge, während die restliche vom Cyclus gelieferte Wärme am Kopf der Nebenkolonne 5 nach außen abgegeben wird. Diese restliche Wärme kann direkt nach außen abgegeben bo werden, wobei der Kühler entfällt Im Großteil der Fälle ist der CO₂-Verlust erträglich, der in diesem Beispiel Prozent der Gesamtmenge beträgt Schließlich fällt der Großteil des CO₂ (76 Prozent) in komprimiertem Zustand an, d. h. mit 1,85 atm.

Beispiel 3

Die Anordnung von Flg. 3 wird in diesem Beispiel in analoger Weise angewendet wobei in den Kopf des zweistufigen Absorbers die Nebenfraktion s, die stärker regeneriert ist mit einer Temperatur von 108°C, d. h. ungekühlt, eingespeist wird.

, Bei Berechnung gemäß Beispiel 2 ergibt sich eine Aufteilung der Absorptionslösung in 72,4 Prozent Hauptfraktion &rgr; und 27,6 Prozent Nebenfraktion s, ein Druck am Boden der Hauptkolonne P von 2,45 atm und ein Wärmeverbrauch von 520 bzw. 590 Kcal/m³ CO2.

Beispiel 4

Im Unterschied zu Beispiel 2 werden die Hauptkolonne P bei Atmosphärendruck und die Nebenkolonne S unter vermindertem Druck, d. h. bei 0,57 atm, und bei einer Temperatur von 90°C betrieben. Die am Boden des ':■. Absorbers A mit einer Temperatur von 98° C austretende Absorptionslösung wird folgendermaßen unierteilt:

■ 77 Prozent Hauptfraktion p, die in P bei Atmosphärendruck und einer Endtemperatur von 108°C regeneriert wird, und 23 Prozent Nebenfraktion s, die in der Nebenkolonne S bei 0,57 atm und bei der der Siedetemperatur der Absorptionslösung entsprechenden Temperatur von 90° C regeneriert wird.

■ Die Nebenfraktion s wird im Kühler Cs weiter auf 70°C abgekühlt und in den Kopf des Absorbers A eingespeist. Die Hauptfraktion &rgr; wird mit einer Temperatur von 90° C direkt dem Absorber A auf einer mittleren Höhe zugeleitet. Der Wärmeverbrauch beträgt 550 bis 630 Kcal/m³ CO₂.

Wie bereits im Abschnitt 3a) ausgeführt wurde, wird der verminderte Druck in der Nebenkolonne 5 vorzugsweise durch eine Strahlpumpe erzeugt, wobei die Energie der unter Druck stehenden verbrauchten Absorp-

' tionslösung verwertet wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Wärme der regenerierten Absorptionslösung &rgr; auf die Absorptionslösung s mittels eines Gasstroms, z. B. Luft, Stickstoff oder Restgas der Ammoniaksynthese, zu übertragen, wobei zuerst die Hauptfraktion &rgr; und anschließend die Nebenfraktion s mit dem

, Gasstrom in Berührung gebracht werden.

' Beispiel 5

; In diesem Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren auf eine bereits vorhandene Reinigungsanlage

angewendet, mit dem Zweck, die Wärmezufuhr zu vermindern oder den üblichen Wärmeaustauscher entfallen zu lassen. In diesem Fall wird auf die Entfernung von H2S, das von CO2 begleitet ist, mittels des "konventionellen Cyclus" Bezug genommen.

Die Anlage arbeitet mit einer Kaliumcarbonatlösung, die mit Glycin, Diäthanolamin oder ähnlichen Verbindungen aktiviert ist. Parallel dazu wird auch eine übliche Monoäthinolaminlösung verwendet. Die Werte für die Monoäthanolaminlösung sind jeweils in Klammern angegeben.

Die Anlage arbeitet nach dem üblichen im folgenden unter a) beschriebenen Verfahren. Dieses Verfahren , wird insofern modifiziert, als die erfindungsgemäße Nebenregenerationskolonne S hinzugefügt wird, wodurch

' sich eine Verminderung des Wärmeverbrauchs ergibt. Unter b) wird ausgeführt, daß die Einsparung entweder im

\ Wärmeverbrauch oder in den notwendigen Apparaturen liegt

Schließlich wird die Anlage auch insofern modifiziert, als die Wärmezufuhr auf die unter a) angegebene Menge reduziert wird und der Wärmeaustauscher zwischen der regenerierten und der verbrauchten Absorptionslösung beseitigt wird. Unter c) wird angegeben, unter welchen Bedingungen der Verzicht auf den Wärmeaustauscher möglich ist

a) Die nach der. üblichen Verfahren arbeitende Anlage umfaßt eine Absorptionskolonne, aus der die verbrauchte Lösung mit einer Temperatur von 65°C austritt. Die Lösung wird anschließend durch den Wärmeaustauscher auf etwa 98⁰C vorerwärmt und mit dieser Temperatur in die Regenerationskolonne eingespeist. Die Regenerationskolonne ist eine übliche Füllkörperkolonne, der durch den Aufkocher eine Wärmemenge von etwa 100 kg Wasserdampf/m³ Absorptionslösung (120 kg Wasserdampf/m³ Absorptionslösung) zugeführt wird.

Die Absorptionslösung verläßt den Regenerator mit einer Temperatur von etwa 108°C. passiert zuerst den Wärmeaustauscher und anschließend einen Kühler, der sie auf 60,6°C (50,5°C) abkühlt, und wird sodann in die Absorptionskolonne eingespeist. Im Absorber absorbiert die Lösung etwa 15 Volumteile H₂S + CO₂. wobei sie sich um etwa 4,5° C (14,5° C) erwärmt

Unter den vorgenannten Bedingungen zeigt die Wärmebilanz des Regenerators, daß die am Kopf der Kolonne entfernte Wärmemenge etwa 40 500 (41 500) Kcal/m³ Absorptionslösung bzw. 2700 (2770) Kca!/m^} CO2 + H2S beträgt. Die Wärmemenge wird über den Kühler nach außen abgegeben.

b) Die Anlage wird durch Zusatz der Nebenkolonne S modifiziert, während die bereits bestehende Regenerationskolonne die Aufgabe der Hauptkolonne P übernimmt Die Hauptkolonne P wird bei einem Druck von 3,78 atm betrieben, was bewirkt daß der Wärmeverlust am Kolonnenkopf auf 4860 Kcal/m³ Absorptionslösung,

! , d. h. auf 324 Kcal/m³ CO₂, vermindert wird. Aufgrund dieses Drucks hat die Temperatur von 98° C am Kolonnen-

; kopf die gleiche Wirkung wie eine Temperatur von 56° C bei Atmosphärendruck.

Am Boden der Hauptregenerationskolonne P nimmt die Lösung eine Temperatur von 146° C an. Dieser Temperaturanstieg wird durch die Wärme bewirkt, deren Verlust am Kolonnenkopf verhindert wird. Dabei

■; bleibt die Wärmezufuhr durch den Aufkocher konstant

Anschließend wird die Absorptionslösung auf Atmosphärendruck entspannt wobei sie sich auf etwa 106° C abkühlt und 68,7 (70,5) kg Wasserdampf/m³ Absorptionslösung &rgr; erzeugt Dieser Wasserdampf wird in die

'■■ Nebenregenerationskolonne Sgeleitet

; Die Verteilung der Absorptionslösung auf die Hauptregenerationskolonne P und die Nebenregenerationskolonne 5beträgt 59 (63) Prozent Hauptfraktion &rgr; und 41 (37) Prozent Nebenfraktion s, wobei an die Ncbcnkolon-

\ neS10O(120)kgWasserdampf/m³Lösunggeliefertwerdenmüssen. b5

* Der Wärmeverbrauch wird spürbar vermindert, d. h. die Wärmezufuhr wird auf 59 (75,5) kg Wasserdampf/m³

&iacgr; vereinigte Absorptionslösung &rgr; + s gesenkt Dieser Wärmeverbrauch beträgt nur 59 Prozent (63 Prozent) des

vorbeschriebenen Verfahrens.

c) Die Anlage wird durch Weglassen des Wärmeaustauschers modifiziert Sämtliche unter b) beschriebenen Vorrichtungen bleiben unverändert Die Wärmezufuhr von außen beträgt 100 (120) kg Wasserdampf/m³ Absorptionslösung wie in al

Unter diesen Bedingungen erlaubt die erhöhte Wärmezufuhr von 41 (443) kg Wasserdampf/m³ Absorptionslösung, daß die Absorptionslösung mit einer Temperatur von 74,2° C (73° C) anstelle der vorgenannten 98⁰C in die Regenerationsstufe eingespeist wird. Gleichzeitig ergibt sich auch eine starke Vermehrung des Abstreifwasserdampfs am Boden der Kolonne unter einer wesentlichen Verbesserung des Regenerationsgrades.

Im folgenden werden weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

7) Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der die Nebenfraktion s mittels einer Pumpe in die Hauptregenerationskolonne P auf einer mittleren Höhe eingespeist wird Durch diese Ausführungsform wird die Beseitigung des Wärmeaustauschers zwischen der verbrauchten und der regenerierten Absorptionslösung auf bequemere Weise ermöglicht Dieser Wärmeaustauscher hat bekanntlich die Funktion, die Wärme der regenerierten Lösung in den Kopf des Regenerators zurückzubringen. Der gleiche Zweck wird mit Hilfe der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung erreicht

Die mit niedriger Temperatur (beispielsweise 50 bis 70⁰C) vom Absorber kommende Absorptionslösung wird direkt in die Hauptregenerationskolonne P eingespeist Die Hauptregenerationskolonne P wird gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren unter erhöhtem Druck betrieben, um den Wärmeverlust bei der Entspannung zu vermeiden und den überschüssigen Wasserdampf, der die desorbierten gasförmigen Verunreinigungen begleitet, unter Erwärmung der Absorptionslösung zu absorbieren. Nachdem die Absorptionslösung den oberen Teil der Hauptregenerationskolonne Pdurchlaufen hat, wird sie in zwei Fraktionen unterteilt Die Hauptfraktion &rgr; läuft weiter in der Hauptregenerationskolonne P nach unten, während die Nebenfraktion s abgezogen und in den Kopf der Nebenregenerationskolonne 5 eingespeist wird. In dieser Nebenregenerationskolonne wird die Absorptionslösur.g mit dem aus der Expansionskammer E kommenden Wasserdampf behandelt An dieser Stelle wird zum Unterschied von Fig. 2 die Nebenfraktion s mittels der Pumpe ^o auf eine geeignete Höhe der Hauptregenerationskolonne Pzurückgebracht Die Einspeisungsstelle wird dabei so gewählt daß die nach unten strömende Absorptionslösung &rgr; und die zugegebene Absorptionslösung s solche Temperaturen und Regenerationsgrade aufweisen, daß sie eine gleiche Wärmezufuhr durch den Aufkocher benötigt, bevor sie zum Boden der Kolonne selbst gelangen.

Die Unterteilung der verbrauchten Lösung in die Fraktionen &rgr; und s kann auch gleich zu Beginn der

Regeneration und nicht erst auf einer mittleren Höhe der Hauptregenerationskolonne ^vorgenommen werden. ,

In beiden Fällen wird die in der regenerierten Absorptionslösung &rgr; + s enthaltene Wärme in den Kopf des Regenerators geleitet, was bei den herkömmlichen Verfahren die Aufgabe des üblichen Wärmeaustauschers war, der hier jedoch vermieden wird. Dieses Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß der Wärmeverlust am Kopf des Regenerators und die Belastung des Kühlers für die desorbierten gasförmigen Verunreinigungen wesentlich vermindert wird.

8) Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der der durch die Entspannung der Hauptfraktion &rgr; gebildete Wasserdampf außer zur Regeneration der Nebenfraktion 5 auch zur Verbesserung der Regeneration der Hauptfraktion &rgr; verwendet wird. Die Hauptfraktion &rgr; wird am Boden der Hauptregenerationskolonne P entnommen und durch das Ventil B in die Expansionskammer E eingespeist, wo sie sich bis auf den Druck der Nebenregenerationskolonne S entspannt. Dabei wird Wasserdampf entwickelt, der durch die Leitung &zgr; dem Boden der Kolonne S zugeleitet wird, von wo er nach oben strömt und dabei die entgegenströmende Absorptionslösung regeneriert. Die in E entspannte Absorptionslösung wird durch die Leitung L unter Regulierung durch das Ventil h in die Nebenregenerationkolonne 5 auf mittlerer Höhe eingespeist, wo die Regeneration mittels des vorher entwickelten Wasserdampfs vervollständigt wird. Anschließend wird die Absorptionslösung am Boden der Kolonne gesammelt, mittels der Pumpe Pi abgezogen und in den Absorber eingespeist. Die Nebenfraktion s wird in der oberen Zone der Nebenregenerationskolonne S regeneriert und auf der Trennplatte g gesammelt, von wo sie mittels der Pumpe Pi in den Absorber eingespeist wird.

Durch Regulieren des Ventils h ist es möglich, durch die Leitung L\ einen Teil der Hauptfraktion &rgr; in die obere Hälfte der Nebenregenerationskolonne S einzuspeisen und gleichzeitig den Anteil der in die untere Zone

so eingespeisten Absorptionslösung zu vermindern, wodurch eine erhöhte Regeneration erreicht wird.

9) Fig. 6 zeigt, wie sich das erfindungsgemäße Verfahren bei einer zweistufigen Anlage anwenden läßt Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere dann angebracht, wenn eine bereits vorhandene zweistufige Anlage verbessert werden soll.

Die herkömmliche Anlage ist in Fig. 6 mit dünnen Strichen eingezeichnet Um das erfindungsgemäße Verfahren anwenden zu können, genügt es, die verstärkt gezeichnete Nebenregenerationskolonne S hinzuzufügen, während die bereits vorhandene Regenerationskolonne als Hauptregenerationskolonne P betrieben wird.

Die verbrauchte Lösung wird folgendermaßen aufgeteilt: Die Nebenfraktion s wird in die Nebenregenerationskolonne 5 und die Hauptfraktion &rgr; in die Hauptregenerationskolonne Peingespeist Die Hauptfraktion &rgr; wird ihrerseits am Auslaß der ersten Kolonnenstufe P\ folgendermaßen unterteilt: 1 Teil gelangt nach unten in die zweite Stufe Pi und wird am Auslaß dieser Siufc in die Zweite Stufe der Absorptionskolonne A₁ eingespeist, ■

während der andere Teil der Hauptfraktion &rgr; mit der Nebenfraktion s vereinigt und zusammen mit dieser in die erste Stufe der Absorptionskolonne A\ eingespeist wird.

10) Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch in Verbindung mit der Anordnung der DE-OS 19 35 712 (insbesondere Fig. 2) anwenden. Gemäß diesem Verfahren wird die Absorptionskolonne in zwei Zonen unterteilt, wobei die obere Zone zur chemischen Absorption von CO2, H2S und/oder anderen ähnlichen gasförmigen Verunreinigungen bestimmt ist, während die untere Zone zur physikalischen Absorption der im zu reinigenden Gasgemisch enthaltenen Wärme bestimmt ist, die zu diesem Zweck auch eine sehr hohe Temperatur aufweisen kann.

Die Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der vorgcaannten Anordnung wird vorzugsweise folgendermaßen durchgeführt

Die vereinigte Absorptionslösung &rgr; + s wird in den Kopf der Absorptionskolonne eingespeist und bewirkt in der oberen Zone die chemische Absorption von CO2 und/oder H2S und/oder anderen gasförmigen Verunreinigungen. Am Ende der oberen Zone wird die Absorptionslösung in zwei Fraktionen unterteilt Die erste Fraktion wird von der Absorptionskolonne abgezogen und in die Nebenregenerationskolonne 5 eingespeist und übernimmt somit die Funktion der Nebenfraktion £ Die zweite Fraktion &rgr; läuft weiter nach unten in die untere Zone der Absorptionskolonne, wo sie die im zu reinigenden Gasgemisch enthaltene Wärme absorbiert Anschließend wird die so erwärmte Fraktion in die Hauptregenerationskolonne P eingespeist Die auf diese Weise in den Regenerationskolonnen P und 5 regenerierten Fraktionen &rgr; und s werden der vorgenannten Absorptionsstufe zugeführt

Bei dieser Ausführungsform hat man den Vorteil, daß die im zu reinigenden Gasgemisch enthaltene Wärme nur in der Hauptfraktion &rgr; unter für die Wiederverwertung im Cydus günstigen Bedingungen gesammelt wird. Die Temperatur des zu reinigenden Gasgemisches kann auch der Temperatur entsprechen, mit der dieses aus dem Aufkocher der Hauptregenerationskolonne P austritt (beispielsweise 120 bis 125"C). Diese Temperatur kann aber auch wesentlich höher liegen.

11) Schließlich kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ähnlich wie in 10) die Aufteilung in die Haupt- und Nebenfraktion in der Absorptionsphase vorgenommen werden. Dabei wird die eine Fraktion der Absorptionslösung vom Boden des Absorbers und die andere auf mittlerer Höhe des Absorbers abgezogen. Die beiden Fraktionen werden anschließend wie vorbeschrieben in der Hauptregenerationskoionne /'bzw. in der Nebenregenerationskolonne 5 regeneriert Die auf mittlerer Höhe vom Absorber entnommene Fraktion wird &mdash; vorzugsweise in der Kolonne S &mdash; stärker regeneriert und nach entsprechender Abkühlung wieder in den Kopf des Absorbers eingespeist Die am Boden des Absorbers abgenommene Fraktion wird &mdash; vorzugsweise in der Kolonne P &mdash; in geringerem Umfang regeneriert und auf einer mittleren Höhe wieder in den Absorber eingespeist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regeneration einer zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen aus Gasgemischen verwendeten Absorptionslösung, wobei die zu regenerierende Absorptionslösung aus dem Absorber in eine Regenerierzone geführt wird, in der die Verunreinigungen durch Abstreifen mit Wasserdampf desorbiert werden und die regenerierte Lösung in den Absorber zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die zu regenerierende Lösung in eine Haupt- und eine Nebenfraktion aufteilt und diese getrennt voneinander in einer Haupt- und einer Nebenregenerationskolonne regeneriert, wobei die Hauptregenerationskolonne bei einem Druck von mindestens 0,2 bis 0,5 bar über dem Druck der Nebenregenerationskolonne betrieben wird,

b) die Hauptfraktion in der Hauptregenerationskolonne durch von außen in den unteren Kolonnenteil zugeführte Wärme regeneriert, wobei man den Druck in der Hauptregenerationskolonne so reguliert, daß sich in der Absorptionslösung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Kolonne ein Temperaturunterschied von 5 bis 35° C einstellt und

c) die Nebenfraktion in der Nebenregerationskolonne durch Zuführen von Wärme, die von der aus der Haupiregenerationskolonne austretenden regenerierten Lösung abgegeben wird, regeneriert, wobei man die aus der Hauptregenerationskolonne austretende regenerierte Hauptfraktion in eine Expansionszone einspeist und unter Bildung von Wasserdampf bis zum Druck der Nebenregenerationskolonne entspannt und anschließend den auf diese Weise gebildeten Wasserdampf in die Nebenregenerationskolonne im Gegenstrom zur dort nach abwärts geführten Nebenfraktion einspeist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taupunkt des am Kopf der Hauptregenerationskolonne austretenden Gasgemisches 5 bis 10⁰C höher ist a's der Taupunkt des Gasgemisches, das mit der von oben in die Regenerationskolonne eingespeisten verbrauchten Absorptionslösung im Gleichgewicht steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß -nan die Hauptfraktion und die Nebenfraktion nach der Regeneration vereinigt und zusammen in die Absorptionskolonne einspeist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine der beiden Fraktionen stärker regeneriert und diese in den Kopf der Absorptionskolonne einspeist und die andere Fraktion weniger stark regeneriert und sie der Absorptionskolonne auf einer mittleren Höhe zuführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nebenfraktion in der Nebenregenerationskolonne unter vermindertem Druck regeneriert

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Hauptregenerationskolonne austretende Hauptfraktion mit einem Strom eines Permanentgases behandelt und anschließend diesen Gasstrom in der Nebenregenerationskolonne in Kontakt mit der Nebenfraktion bringt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hauptfraktion unter Bildung von Wasserdampf entspannt, den gebildeten Wasserdampf von der Absorptionslösung abtrennt, ihn nach seiner Entspannung mit der gleichen H?.uptfraktion in Kontakt bringt und ihn anschließend mit der Nebenfraktion in Kontakt bringt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hauptfraktion in eine zweistufige Regenerationskolonne einspeist, sie nach Durchlaufen der ersten Regenerationsstufe in zwei Teile unterteilt, wobei der erste Teil der ersten Absorptionsstufe zugeführt und der zweite Teil in die zweite Regenerationsstufe eingespeist, von dort abgezogen und der zweiten Absorptionsstufe zugeführt wird, die Nebenfraktion in die Nebenregenerationskolonne einspeist die aus der Nebenregenerationskolonne austretende, regenerierte Nebenfraktion mit der aus der ersten Regenerationsstufe abgezogenen Absorptionslösung vereinigt und sie mit dieser zusammen in die erste Absorptionsstufe einspeist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die gesamte so Absorptionslösung in die Hauptregenerationskolonne einspeist, nach Durchlaufen eines Teils dieser Kolonne in eine Hauptfraktion und eine Nebenfraktion unterteilt, die Hauptfraktion in der Hauptregenerationskolonne weiter nach unten leitet, wobei sie unter Zufuhr von äußerer Wärme regeneriert wird, die Nebenfraktion in die Nebenregenerationskolonne einspeist und die regenerierten Fraktionen in die Absorptionsstufe einspeist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Absorptionslösung in der gleichen Absorptionsphase aufteilt, wobei die Nebenfraktion vom Boden der Absorptionskolonne und die Hauptfraktion auf mittlerer Höhe dieser Kolonne entnommen wird,
bo b) die genannten Fraktionen in der Haupt- bzw. Nebenregenerationskolonne regeneriert und

c) die beiden Fraktionen nach der Regeneration vereinigt und in den Kopf der Absorptionskolonne einspeist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hauptfraktion nach der Regeneration b5 in die Absorptionskolonne auf mittlerer Höhe und die Nebenfraktion nach der Regeneration in den Kopf dieser Kolonne einspeist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Nebenregenerationskolonne austretende Nebenfraktion auf einer mittleren Höhe in die Hauptregenera-

tionskolonne einspeist, sie dort mit der nach unten strömenden Hauptfraktion vermischt, die vermischten Fraktionen mit von außen zugeführter Wärme regeneriert und die aus der Hauptregenerationskolonne austretenden vereinigten Haupt- und Nebenfraktionen in die Absorptionszone einspeist.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen aus Gasgemischen verwendeten Absorptionslösungen durch Abstreifen mit Wasserdampf. Insbesondere betrifft die Erfindung die Regeneration von zur Entfernung von CO₂, H₂S₁ HCN, SO₂ und anderen sauber reagierenden Gasen aus Gasgemischen verwendeten Absorptionslösungen. Ferner läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen cyclischen Reinigungsverfahren zur Entfernung von Acetylen, Methan, Äthan, Benzol,Toluol und anderen Kohlenwasserstoffen sowie von anderen gasförmigen Verunreinigungen anwenden, sofern sich die dazu geeigneten, bekannten Absorptionsflüssigkeiten durch Abstreifen mit Wasserdampf regenerieren lassen.

Bei den bekannten cyclischen Reinigungsverfahren wird eine Absorptionslösung bzw. allgemein eine absorbierende Flüssigkeit im Kreislauf zwischen einer Absorptionsphase und einer Regenerationsphase geführt Bei der Absorptionsphase wird die Absorptionslösung in Kontakt mit dem zu reinigenden Gasgemisch gebracht, wobei die darin enthaltenen gasförmigen Verunreinigungen entfernt werden. Bei der Regenerationsphase wird die Absorptionslösung mit Wasserdampf behandelt, um die vorher absorbierten Verunreinigungen zu desorbieren.

Die bekanntesten derartigen Reinigungsverfahren betreffen die Absorption von gasförmigen Verunreinigungen, wie CO2, H2S, HCN, SO2 und/oder ähnlichen Gasen unter Verwendung von alkalisch reagierenden wäßrigen Lösungen. Beispiele für Absorptionslösungen sind Alkalicarbonatlösungen, die gegebenenfalls durch Zusatz von AS2O3, Glycin oder anderen Aminosäuren oder durch Zusatz von Äthanolaminen, wie Monoäthanolamin, Diäthanolamin oder ähnlichen Verbindungen aktiviert sind, Lösungen von Alkalimetallsalzen von Aminosäuren (Alkazidlösungen), Äthanolaminlösungen, wie Lösungen von Monoäthanolamin, Diäthanolamin,Triäthanolamin und ähnlichen Verbindungen, sowie Lösungen von Alkaliphosphaten, Alkaliphenolaten, Alkaliboraten und ähnlichen Verbindungen. Die Absorption von SO2 wird insbesondere unter Verwendung von Alkalisulfit/Alkalihydrogensulfitlösungen durchgeführt

Die vorgenannten Reinigungsverfahren können bei niedrigen Temperaturen, d. h. etwa bei Normaltemperatür, oder bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden. Beim sogenannten "konventionellen Cyclus" (vgl. Kohl und Riesenfeld, "Gas Purification", 1960, S. 24) werden die Absorption bei Temperaturen in der Nähe der Umgebungstemperatur und die Regeneration bei der Siedetemperatur der Absorptionslösung bei Drücken in der Nähe des Atmosphärendrucks durchgeführt Bei diesem "konventionellen Cyclus" ist neben der Absorptionsund Regenerationsvorrichtung ein Wärmeaustauscher vorgesehen, mit Hilfe dessen die verbrauchte Absorptionslösung durch die regenerierte Lösung erwärmt wird. Ferner ist ein vor der Absorptionsphase angeordneter Kühler vorgesehen.

Insbesondere bei der Entfernung von CO2 kann die Absorption auch in der Wärme bei Temperaturen von etwa 90 bis 120⁰C, d. h. in der Nähe der Regenerationstemperatur, durchgeführt werden. In diesem Fall wird der sogenannte "isotherme Cyclus" oder "optimale Cyclus" (vgl. Kohl und Riesenfeld, a.a.O., S. 134) angewendet. Dabei wird der beim "konventionellen Cyclus" verwendete Wärmeaustauscher vermieden. Dieser Vereinfachung steht aber die Tatsache entgegen, daß bei der hohen Absorptionstemperatur die Reinigung des Gasgemisches auf die in der modernen, großtechnischen Praxis nötigen Werte schwierig ist, wodurch im allgemeinen ein in zwei Stufen ablaufender Reinigungscyclus (vgl. US-PS 19 71 798) notwendig ist.

Die genannten cyclischen Reinigungsverfahren weisen alle den Nachteil eines niedrigen thermischen Wirkungsgrads auf. Bei den Verfahren zur Entfernung von CO2, den bekanntesten und verbesserungsfähigsten Verfahren, beträgt der Wärmeverbrauch etwa 1000 bis 1300 kcal/m³ CO₂. Dieser Wärmeverbrauch erscheint um so höher, wenn man berücksichtigt, daß der Wärmeverbrauch bei Cyclen unter Regeneration mit Luft nur 450 bis 600 kcal/m³ CO2 beträgt, und dies selbst bei zweistufigen Anlagen mit einem Reinigungsgrad von 0,02 bis 0.05 Prozent CO₂. Der mit Luft oder anderen desorbierenden Inertgasen arbeitende Regenerationscycles wird großtechnisch so durchgeführt, daß die aus dem Absorber mit etwa 75 bis 8O⁰C austretende Absorptionslösung durch von außen zugeführte Wärme allmählich auf Temperaturen von 85 bis 90°C erwärmt und anschließend im Gegenstrom zum desorbierenden Gas dem Regenerator zugeführt wird. Dabei wird die Absorptionslösung regeneriert und gleichzeitig auf Temperaturen von 70 bis 75° C abgekühlt Schließlich wird die Absoi ptionslösung wieder dem Absorber zugeführt, wodurch sich der Kreislauf schließt.

In der AT-PS 2 20 129 ist ein Verfahren zur Regeneration einer erschöpften Absorptionslösung für Kohlendioxid in einer Regenerationsstufe beschrieben, bei dem das absorbierte Kohlendioxid mittels Einblasen eines gasförmigen Austreibmittels bei unter dem Siedepunkt der Lösung bei Atmosphärendruck liegenden Temperaturen bis fast zu den letzten Spuren abgeschieden werden kann. Dazu wird eine Lösung eingesetzt, die alkalische Arsenite enthält und zumindest der letzte Teil der Regenerationsstufe der Lösung liegt bei einer Temperatur, die &ohgr; unter dem Siedepunkt der Lösung bei Atmosphärendruck liegt und wird unter Einblasen eines gasförmigen Austreibmitteis durch die Lösung durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wärmebedarf der unter Regeneration mit Wasserdampf arbeitenden cyclischen Reinigungsverfahren soweit wie möglich auf den Wärmebedarf der unter Regeneration mit Luft arbeitenden Verfahren abzusenken. Außerdem soll das Ausmaß der zum Ablaufen des Cyclus notwendigen thermischen Einrichtungen, insbesondere des Aufkochers, vermindert werden. Auch der Kühler für das CO₂ oder die anderen vom Regenerator absorbierten gasförmigen Verunreinigungen soll wesentlich verkleinert bzw. praktisch vollkommen beseitigt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren soll sich die Absorption ilcr