DE2421956A1

DE2421956A1 - Verfahren zur gasreinigung

Info

Publication number: DE2421956A1
Application number: DE2421956A
Authority: DE
Inventors: Wilbert Edwin Luley; John Pierce Valentine
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1973-05-10
Filing date: 1974-05-07
Publication date: 1974-11-28
Also published as: JPS5035202A; JPS5653598B2; CA1027336A; DE2421956C2; BE814766A; IT1020610B; NL180202C; US3824766A; NL7405563A; FR2228525A1; GB1464006A; FR2228525B1; NL180202B

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath d-62 Wiesbaden,6.Mai 1974

Dr. Dieter Weber · I^ ^I327 _S i

Gustav-Freytag-Straße

DipUPhys. Klaus Seifert

~ t/ Telegrammadresse: WILLPATENT

PATENTANWÄLTE

File 9000-151

242195$

Allied Chemical Corporation Morristown, New Jersey 07960 U.S.A.

Verfahren zur Gasreinigung

Priorität: vom 10. Mai 1973 in USA, Serial-Number 359,032

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasreinigung, insbesondere für die Reinigung eines Gasgemisches, das Methan zusammen mit Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff enthält, um praktisch den ganzen Schwefelwasserstoff zu entfernen, während das Kohlendioxid in der Hauptsache in dem Gasgemisch zurückgehalten wird.

In vielen Teilen der Welt besteht eine Knappheit an Naturgas, wäh- · rend andere weit entfernt lieg aide Länder über Naturgas im Überschuss verfügen. Kosten,. Umständlichkeit und Schwierigkeiten bei der Verflüssigung von Naturgas und beim Bau von Tankern zum Transport des flüssigen Naturgases nehmen ständig zu. In vielen Fällen kann Methanol zufriedenstellend als Brennstoff anstelle von Natur-

.409848/1000

Postscheck: Frankfurt/Main ό76ϊ-δθ£ Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden, Konto-Nr. 276807

gas benutzt werden, und in einigen Fällen bietet es trotz seines niedrigeren Heizwertes Vorteile gegenüber Naturgas, insbesondere hinsichtlich des Transportes, weil erheblich billigere Tanker aufgrund der Tatsache verwendet werden können, daß Methanol normalerweise flüssig ist.

Methanol wird aus Synthesegas, d. h. einer Gasmischung aus im wesentlichen zwei Teilen Wasserstoff und 1 Teil Kohlenmonoxid hergestellt. Das Synthesegas kann aus Naturgas zubereitet werden, indem man Wasserdampf mit Methan unter Bildung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid gemäß der folgenden Gleichung umsetzt.

CH₄ + H₂O ^ 3H₂ + CO

Da diese Umsetzung 3 Mol Wasserstoff auf 1 Mol Kohlenmonoxid liefert, hat diese Mischung einen Unterschuss an Kohlenstoff für die anschliessende Methanolsynthese, und man muß zusätzlich Kohlenmonoxid zusetzen, um diesen Unterschuss auszugleichen. Wenn in der Mischung aus Methan und Wasserdampf jedoch auch Kohlendioxid

enthalten ist, sind die erzeugten Reaktionsprodukte Kohlenmonoxid und Wasserstoff im gewünschten Mengenverhältnis von 1 Mol Kohlenmonoxid auf 2 Mol Wasserstoff gemäß der folgenden Gleichung.

3CH₄ + CO₂ + 2H₂O -MCO + 8H₃

Somit ist die Bedeutung eines Einschlusses\on Kohlendioxid neben Methan zur Erzeugung von Synthesegas ersichtlich. Schwefelverunreinigungen im Gas wirken als Gift für den Methanolsynthesekatalysator und müssen entfernt werden.

£09848/1000

Einige Naturgasquellen liegen in Gegenden, wo es an Wasser mangelt; deshalb würde natürlich eine Arbeitsweise wertvoll sein, die keinen Wasserverbrauch erfordern würde. Einfachheit und Leistungsfähigkeit des Betriebes, in solchen Gegenden, die fern von erfahrenen Laboratorien und geeigneten Materialien sind, würden vorteilhaft sein.

Aus diesen Gründen kann gemäß der Erfindung eine Gasmischung, die hauptsächlich Methan neben Kohlendioxid und geringen Mengen Schwefelwasserstoff enthält, praktisch vom gesamten Schwefelwasserstoff befreit werden, während man die Hauptmenge Kohlendioxid in der Gasmischung behält, indem man (a) eine Absorptionszone unter Überdruck im Bereich von etwa 28 bis 140 kg/cm² (400 bis 2000 Pfund/Zolll, vorzugsweise von etwa 35 bis 105 kg/cm absolut

2
(500 bis 1500 Pfund/Zoll ) bei einer Temperatur zwischen etwa

-7 und +60⁰C (20 und 140⁰F), vorzugsweise zwischen 21 und 43°C (70 bis 110°F) hält, (b) eine hauptsächlich Methan neben Kohlendioxid und geringfügigen Schwefelwasserstoffmengen enthaltende Gasmischung in den unteren Abschnitt der Absorptionszone einführt, (c) als Lösungsmittel einen normalerweise flüssigen Dialkylather eines Polyalkylenglykols mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen in jeder Alkylgruppe und 3 bis 8 Äthyleneinheiten, vorzugsweise einen Dimethylather eines Polyäthylenglykols, zweckmäßig eineMischung von Dimethyläthern von Polyathylenglykolen, das gelöstes Kohlendioxid enthält und vorzugsweise damit gesättigt ist, in den oberen Abschnitt der Absorptionszone mit einer Temperatur unterhalb der Temperatur in der Absorptions.zone einleitet, (d) das Lösungsmittel im Gegenstrom zu und in innigem direktem Kontakt mit der aufstei-

genden Gasmischung abwärts führt, um praktisch den ganzen Schwefelwasserstoff zusammen mit einem geringfügigen Anteil an Kohlendioxid aus der Gasmischung zu entfernen, (e) das Methan und Kohlendioxid enthaltende und praktisch schwefelwasserstoffreie Gasgemisch aus der Absorptionszone freigibt, (f) den Druck auf dieser Gasmischung aus der Absorptionszone zwecks Kühlung und Expansion reduziert, (g) die gekühlte Gasmischung in direktem Kontakt mit armem Lösungsmittel in eine Konditionierzone zwecks Kühlung des I&ungsmittels auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur der Absorptionszone und Sättigung mit Kohlendioxid leitet, (h) das gelöstes Kohlendioxid enthaltende gekühlte Lösungsmittel aus der Konditionierzone als Lösungsmittel zur Absorptionszone zwecks Auswaschung der Schwefel-wasserstoff enthaltenden Gasmischung leitet, (i) die Methan und Kohlendioxid enthaltende und praktisch schwefelwasserstoffreie Gasmischung aus der Konditionierzone abzieht, (j) schv/efelwasserstoffhaltiges reiches Lösungsmittel von der Absorptionszone zu einer Ausstreifzone führt, die auf einem Druck unterhalb des Absorptionszonendruckes, vor-

zugsweise auf einem Druck von etwa 0,8 bis 7 kg/cm (12 bis 100

2
Pfund/Zoll ) absolut und auf einer Temperatur von etwa 21 bis 149°C (etwa 70 bis 300°F), vorzugsweise etwa 27 bis 49°C (etwa 80 bis 120 F) gehalten wird, um im Lösungsmittel enthaltenen Schwefelwasserstoff zu verflüchtigen, (k) den Schwefelwasserstoff aus der Abstreifzone austrägt und (1) das arme Lösungsmittel aus der Ausstreifzone zur Konditionierzone führt.

Bei einer Ausführungsform kann man insbesondere das reiche Lösungsmittel aus der Absorptionszone zunächst in eine Sehneliverdampfungszone schicken, um geringfügige.Mengen Methan und CO₂,die da-

F _r.

rin gelöst sind, freizusetzen, und dann wird das so verdünnte Lösungsmittel zur Ausstreifzone zwecks Entfernung von Schwefelwasserstoff geleitet.

Die Zeichnung erläutert schematisch ein zweckmäßiges Verfahren zur Durchführung der Erfindung.

Das Rohgas enthält gewöhnlich als Hauptbestandteil Methan neben erheblichen Mengen Kohlendioxid und etwas Schwefelwasserstoff. Naturgas eignet sich gut alsRohgas, da es einen hohen Anteil an Methan und erhebliche Mengen Kohlendioxid neben geringfügigen Mengen Schwefelwasserstoff und außerdem häufig inerte Gase, wie Stickstoff, sowie kleine Mengen anderer Bestandteile, z. B. höhermolekulare Kohlenwasserstoffe, enthält. Das Rohgas kann auch aus fossilem Brennstoff, wie Erdöl, Kohle und Schiefer stammen. Um das Rohgas für die Umwandlung in Synthesegas und anschliessend in Methylalkohol geeignet zu machen, muß sein Schwefelwasserstoffgehalt auf einen sehr niedrigen Wert in der Größenordnung von 5 ppm oder weniger Schwefelwasserstoff herabgesetzt werden. Die •Schwefelwasserstoffentfernung aus dem Rohgas soll erreicht werden, während man möglichst wenig Kohlendioxid entfernt, da das im Gas zurückgehaltene Kohlendioxid wertvoll für die Umwandlung des Gases in Synthesegas ist.

Rohgaszusammensetzung in Vol.-%

C₁ -63,0

C₂ 1,0

C₃ 0,4

C₄ 0,3

409848/1000

C 0,1

5
H₂S 3,5

CO₀ 12,7

N₂ 19,0

2 Rohgas unter Überdruck von etwa 35 bis 140 kg/cm absolut (etwa

2
5OO bis 2000 Pfund/Zoll ),von einer Temperatur von etwa 38 bis

66°C (etwa 100 bis 150°F) fließt durch eine Leitung 1 und den Wärmeaustauscher 2, wo es in indirekten Wärmeaustausch mit Gasen tritt, die vom Kopf des Absorbers 4 durch Leitung 3 abgehen. Dadurch wird das Rohgas gekühlt und darin enthaltenes Wasser kondensiert, bevor es am Boden des Absorbers 4 durch Leitung 5 eintritt. Der Absorber 4 kann irgendein geeigneter Turm, gefüllt mit einer Packung, wie Pall-Ringpackung oder mit Lochplatten, vorzugsweise mit Ventilboden, sein, um einen guten Kontakt zwischen Flüssigkeit und Gas zu gewährleisten. Das am Kopf des Absorbers 4 durch Leitung 6 eintretende Lösungsmittel ist ein normalerweise flüssiger Dialkylather eines Polyalkylenglykols, vorzugsweise ein Dialkyläther eines Polyäthylenglykols mit 1 bis 8 Kohlens-toffatomen in jeder Alkylgruppe und 3 bis 8 Äthyleneinheiten; zweckmäßig bestehen die Alkylgruppen aus Methyl,und das Lösungsmittel ist eine Mischung der Dimethylather von Polyäthylenglykolen. Es enthält gelöstes Kohlendioxid und ist vorzugsweise hiermit gesättigt. Wenn Kohlendioxid im Lösungsmittel absorbiert wird, entwickelt sich Wärme. Ins-besondere beträgt die Absorptionswärme von Kohlendioxid im Lösungsmittel etwa 40 kcal/450 g (160 BUT/ Pfund). Wenn man also ein Lösungsmittel verwendet, das aus Dialkyläther von Polyalkylenglykol besteht, und gelöstes Kohlendioxid

409848/10Q0

enthält, so wird die Aufrechterhaltung einer niedrigeren Temperatur im Absorptionsturm 4 erleichtert. Außerdem soll das Lösungsmittel nicht nur gelöstes Kohlendioxid enthalten sondern auch vor Eintritt in den Absorptionsturm 4 auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur im Turm gekühlt werden. Auf diese Weise ist ein starker Temperaturanstieg am Kopf des Absorberturms 4, wie er sonst auftreten würde, verhindert, und es ergibt sich so eine wirksamere Schwefelwasserstoffabsorption.

Die Turmtemperatur kann zwischen etwa -7 und +60 C (etwa 20 und 140°F) schwanken und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 21 bis 43°C (etwa 70 bis 110°F). Die Temperatur am Kopf des Absorbers 4 ist gewöhnlich niedriger als am Boden, und zwar um etwa 5 bis 11°C (etwa 10 bis .20⁰F). Um die Temperaturdifferenz zwischen Kopf und Boden möglichst gering und eine niedrigere Temperatur im Absorptionsturm 4 zu halten, wird das Rohgas, wie schon erwähnt, vorzugsweise vor seinem Eintritt in den Turm auf eine Temperatur unterhalb derjenigen im Turm gekühlt, indem man es im indirekten Wärmeaustausch mit den aus dem Turm kommenden Gasen im Wärmeaustauscher 2 leitet.

Durch Leitung 6 wird Lösungsmittel in den Turm 4 mit ausreichender Rate eingeleitet, um praktisch den ganzen Schwefelwasserstoff in dem durch Leitung 5 eintretenden Gas beim Aufsteigen im Gegenstrom und in innigem Kontakt mit dem Lösungsmittel aufzulösen. Die Lösungsmittelrate hängt von der Konzentration des sauren Ga-

ses und von Temperatur und Druck im Turm ab. Gewöhnlich sind etwa 0,19 bis 38 1 (0,05 bis 10 Gallonen) Lösungsmittel je 28 Normalliter (1 Standardkubikfuß) saures Gas angemessen, um den ganzen Schwe-

4 098 48/10OQ

felwasserstoff aus dem Rohgas zu entfernen. Die Löslichkeit des Schwefelwasserstoffs ist im Lösungsmittel mehrfach größer als die des Kohlendioxids und löst sich daher naturgemäß leicht im Lösungsmittel. Ein mit Kohlendioxid gesättigtes und auf eine Temperatur unterhalb derjenigen in der Absorptionszone gekühltes Lösungsmittel gestattet daher eine niedrigere Lösungsmittelumlaufrate einzuhalten, da die physikalischen Lösungsmittelabsorptionseigenschaften mit sinkenden Betriebstemperaturen besser werden.

Praktisch den ganzen Schwefelwasserstoff aus dem Rohgas neben Kohlendioxid und etwas Methan enthaltendes reiches Lösungsmittel wird in die Schnellverdampfungskammer 8 geleitet, die auf einem reduzierten Druck gehalten ist, um die Freigabe einer geringen Menge Gas mit Methan als Hauptbestandteil zu ermöglichen. Die freigesetzten Dämpfe steigen im Abdampfbehälter auf und gehen durch die Niederschlagseinrichtung 9, die aus mehreren Prallplatten oder sonstigen Einrichtungen bestehen kann, an denen sich die im Gas mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen sammeln, koagulieren und in die im Abtreibbehälter 8 enthaltene Flüssigkeitsmasse zurückfallen. Normalerweise gestattet ein Druck im Abtreibbehälter 8 von etwa 5 bis 50% des Druckes im Absorptionsturm 4 die Freisetzung des methanhaltigen Gases aus dem durch Leitung 7 zufliessenden reichen Lösungsmittel. Das vom Kopf des Abtreibbehälters 8 durch Leitung 11 abgegebene Gas kann aus dem System ausgetragen und als Brennstoff verbrannt oder gewünschtenfalls zum Absorptionsturm 4 zwecks weiterer Gewinnung des Kohlenwasserstoffgehaltes des Gases zurückgeleitet werden.

409848/1000

Reiches Lösungsmittel im Abtreibbehälter 8, aus dem Kohlenwasserstoff gas durch Leitung 11 freigegeben worden ist, fließt durch Leitung 12 in die Ausstreifkolonne 13, die ein geeignet gefüllter Turm oder ein Turm mit Ventilboden von ähnlicher Konstruktion wie der Absorptionsturm 4 sein kann. Der Druck in der Abstreifkolonne

13 wird unter dem des Absorbers 4, im allgemeinen innerhalb des Bereiches von etwa 0,8 bis 7,0 kg/cm absolut (etwa 12 bis 100 Pfund/Zoll ), vorzugsweise ungefähr unter Luftdruck, d. h.bei

2 2

etwa 0 bis 0,7 kg/cm (etwa 0 bis 10 Pfund/Zoll ) gehalten, und die Temperatur- kann von einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 21 bis 149°C (etwa 70 bis 300°F) entsprechend dem Druck und der Menge des Ausstreifgases schwanken; vorzugsweise wird die Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 27 bis 49°C (etwa 80 bis 120°F) gehalten. In den Ausstreifer 13 durch Leitung 15 eintretendes Ausstreifgas kann ein inertes Gas, wie Stickstoff, Luft, Wasserdampf, Methan oder sogar Abgas, wie z. B. Spülgas aus der Methanolsyntheseanlage sein, das Stickstoff, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält. Die aus dem reichen Lösungsmittel zusammen mit Ausstreifgas verflüchtigten Gase streichen aufwärts durch den Behälter 13, dann durch die Niederschlageinrichtung von ähnlicher Konstruktion wie die Niederschlagseinrichtung 9 zwecks Verhinderung der Mitführung von Flüssigkeitströpfchen in dem Gasj und die Gasmischung, die durch die Niederschlageinrichtung

14 streicht, enthält Schwefelwasserstoff zusammen mit etwas Kohlendioxid und Ausstreifgas sowie geringfügige Mengen anderer Bestandteile; es verläßt das System durch .Leitung 16. Das schwefelwasserstoffhaltige Gas kann zwecks Umwandlung des Schwefelwasserstoffes in elementaren Schwefel zu einer Claus-Anlage geleitet werden.

409848/1000

Obgleich bei der bevorzugten Arbeitsweise das vom Absorber 4 durch Leitung 7 kommende reiche Lösungsmittel zunächst einer Schnellabtreibung zwecks Entfernung von etwas gelöstem Kohlenwasserstoffgas unterzogen wird, kann die Schnellabtreibungsstufe fortgelassen werden, und das durch Leitung 7 fliessende Lösungsmittel kann unmittelbar zum Ausstreifer 13 geleitet werden. In diesemFall enthalten die vom Ausstreifer 13 durch Leitung 16 abgegebenen Gase eine kleine Menge Kohlenwasserstoffgas, das für den Betrieb der Claus-Anlage nicht schädlich ist.

Armes Lösungsmittel vom Boden des Ausstreifers 13 fließt durch Leitung 17 und wird von der Pumpe 18 durch Leitung 19 zum Konditioniergefäß 21 befördert, das mit einer Packung oder Platten versehen ist, um den Kontakt zwischen eintretender Flüssigkeit und in das Gefäß 21 eingeführtem Gas zu erleichtern.

Das praktisch schwefelwasserstoffreie Gas vom Absorber 4 streicht aufwärts durch die Niederschlagseinrichtung 22 und von dort durch Leitung 3 zur Expansionsturbine 23, worin das Gas expandiert und so Energie erzeugt wird. Auch wird das Gas infolge der Expansion kühler aufgrund der geleisteten Arbeit und des Joule-Thompson-Effektes. Die durch die Gasexpansion erzeugte Energiemenge ist mehrfach größer^ als zum Betrieb der Anlage erforderlich ist. Der Energieüberschuss kann natürlich für andere Zwecke verwendet werden. Der Druckabfall setzt die Gastemperatur erheblich, und zwar um etwa 25 oder mehr ⁰C herab.

Das gekühlte Gas aus der Expansionsturbine 23 fließt durch Leitung 24 zum Konditionierg-efäß 21,wo es in innigen Kontakt mit dem durch

409848/1000

Leitung 19 eintretenden armen Lösungsmittel tritt. Dieser direkte-Kontakt zwischen Kühlgas und armem Lösungsmittel hat einen doppelten Effekt: er liefert Kohlendioxidabsorption im Lösungsmittel und Kühlung des Lösungsmittels auf eine Temperatur unter die Tempeatur im xAbsorptionsturm 4. Im allgemeinen liegt der Druck etwa

2 2

14 bis 70 kg/cm (etwa 200 bis 1000 Pfund/Zoll ), vorzugsweise

9 2

etwa 21 bis 49 kg/cm (etwa 300 bis 700 Pfund/Zoll ) niedriger als im Absorber.

Aus dem Konditioniergefäß 21 tritt Lösungsmittel, das praktisch mit Kohlendioxid gesättigt ist und eine niedrigere Temperatur als im Absorber 4 hat, durch Leitung 25 aus und wird von der Pumpe 26 durch Leitung 6 zum Kopf des Absorbers 4 befördert, um die durch Leitung 5 eintretenden Gase zwecks Entfernung von Schwefelwasserstoff zu waschen. Die durch Leitung 24 in das Konditioniergefäß 21 eintretenden Gase fliessen nach Kühlung von armem Lösungsmittel und Sättigung desselben mit Kohlendioxidgas durch die Niederschlagseinrichtung 27 und von dort aus dem System durch Leitung 28 hinaus. Das Gas aus Leitung 28 ist praktisch schwefelwasserstoffrei, d. h. es enthält weniger als etwa 5 ppm Schwefelwasserstoff und behält den größten Teil seines ursprünglichen Kohlendioxidgehaltes. Es ist deshalb zur Umwandlung in Synthesegas für die Methanproduktion geeignet.

Das Verfahren der Erfindung bietet die folgenden Vorteile:

. Die gesamte Anlage arbeitet adiabatisch, d. h. Zuführung oder Abführung von Wärme von außen bzw. nach außen ist nicht erforder-

A098A8/1000

-12- 2^21356

2. Der gesamte Kühlungsbedarf der Anlage wird durch Druckerniedrigung des Gases geliefert. In vielen Gegenden der Welt besteht ein schwerwiegender Mangel an Kühlwasser.

3. Aus der Druckerniedrigung des Gases stehen mehr Pferdekräfte zur Verfügung_>als dem gesamten Kraftbedarf der Anlage entspricht, so daß überschüssige Kraft zur Benutzung in der Methanolanlage oder für andere Zwecke vorhanden ist.

4. Die doppelte Verwendung eines Konditioniergjefäßes zur !wirkung eines physikalischen Kontaktes zwischen expandiertem Kühlgas aus dem Absorber mit armem Lösungsmittel zur Lieferung eines mit Kohlendioxid gesättigten Lösungsmittels, das eine niedrigere Temperatur als die Absorptionszone hat, verhindert einen scharfen Temperaturanstieg am Kopf des Absorbers,wie er sonst auftreten würde, und ergibt damit eine wirksamere Schwefelwasserstoffabsorption. Auch wird eine niedrigere Lösungsmittelumlaufrate ermöglicht, da die Lösungsmittelabsorptionseigenschaften bei niedrigeren Arbeitstemperaturen verbessert sind.

5. Die Verwendung eines physikalischen Lösungsmittels zur bevorzugten Absorption von H₃S gegenüber CO₂ und damit Erzielung einer vollständigen H„S-Absorption bei Zurückhaltung von CO₂ im Produktgas für die Methanolanlage, wo Kohlenmonoxid aus dem CO» gebildet wird, kann eine höhere Umwandlungsrate für Methanol ergeben.

6. Spülgas aus dem Methanolkreislauf kann als Lösungsmittelausstreifgas benutzt werden.

7. Das abgetrennte Schwefelwasserstoffgas kann zur Umwandlung in elementaren Schwefel im Claus-Prozess benutzt werden.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel "1

In einem Betrieb gemäß der Zeichnung wird Rohgas, das hauptsächlich Methan neben Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff enthält/ (die Zusammensetzung des Rohgases findet sich in der Tabelle am Schluß

der Beschreibung) unter einem Druck von etwa 70 kg/cm absolut (1000 Pfund/Zoll ), von einer Temperatur von etwa 49°C (etwa 120°F) auf etwa 34,5° (94 F) durch indirekt-en Wärmeaustausch mit aus dem Absorptionsturm kommenden Gases gekühlt. Lösungsmittel bestehend aus einer Mischung von normalerweise flüssigen Dimethyläthern von Polyathylenglykolen mit 3 bis 8 Äthyleneinheiten und gesättigt mit Kohlendioxid wird bei einer Temperatur von 21⁰C X70°F) mit einer Rate von etwa 35580 1 (9400 Gallonen) je Minute am Kopf des -Absorptionsturmes eingeführt, wo es durch 60 Böden im Absorber im Gegenstrom zu dem Rohgas in innigem Kontakt mit diesem fließt, das durch den Absorber aufwärts strömt. Das reiche Lösungsmittel, das praktisch den gesamten Schwefelwasserstoff aus dem Rohgas absorbiert hat, tritt am Boden des Absorbers mit einer Temperatur von etwa 42°C " (-1O8^QF) in ein Schnellverdampfungsgefäß ein, worin die als "Abgas Nr. 1" bezeichneten Gase, die in der Hauptsache Methan enthalten, am Kopf des Abtreibegfäßes freigesetzt werden.

409848/1000

Die Flüssigkeit im Abtreibgefäß wird auf etwa halbem Niveau gehalten, d. h. das Abtreibgefäß wird mit Flüssigkeit etwa halb gefüllt gehalten, und diese wird ungefähr 1 min lang in dem Gefäß zurückgehalten.

Die Flüssigkeit aus dem Abtreibgefäß wird zu einer Ausstreifkolonne mit 40 Böden überführt, die auf einem Druck von 1,27 atü (18 psig) gehalten ist. Am Boden wird in die Ausstreifkolonne inertes Ausstreifgas eingeführt, das aus dem reichen Lösungsmittel den Schwefelwasserstoff zusammen mit Kohlendioxid entfernt und aus der Ausstreifkolonne ausgetragen wird. Dieses Gas ist als "Abgas Nr. 2" bezeichnet.

Armes Lösungsmittel aus der Ausstreifkolonne von einer Temperatur von etwa 33°C (91 F) wird in eine Konditionierkammer gepumpt, die aus einem Gefäß mit 5 Böden besteht. Vom Kopf des Absorbers wird praktisch schwefelwasserstoffreies Gas durch eine Expansionsturbine geschickt, die auf diese Weise 27000 Brems-PS erzeugt. Das gekühlte Gas aus der Expansionsturbine von einer Temperatur von -11⁰C (12°F) wird in das Konditioniergefäß in direktem Kontakt mit dem armen Lösungsmittel eingeführt, das sich auf diese Weise mit Kohlendioxidgas sättigt und auf eine Temperatur von etwa 21 C (69°F) abkühlt. Das am Kopf der Konditionierkammer abgegebene Pro-

dukt,das auf einem Druck von etwa 30 kg/cm absolut (425 Pfund/

Zoll ) gehalten wird,-besteht hauptsächlich aus Methan mit dem meisten Kohlendioxid aus dem Rohgas, aber in seinem Schwefelwasserstof f gehalt auf einen Wert von 5 ppm reduziert. Das Lösungsmittel aus der Konditionierkammer wird mit einer Rate von etwa 3 5580 Liter (9400 Gallonen)je min bei einer Temperatur von 21°C (70°F)

409848/1 000

2 A 2 1 9 5 6

auf den Kopf des Absorbers zum Auswaschen des Rohgases gepumpt. Der Kraftverbrauch zum Umpumpen des armen Lösungsmittels vom Boden des Aus.streifers zur Konditionierkammer beträgt 3400 Brems-PS, der Kraftverbrauch zum Umpumpen des Lösungsmittels von der Konditionierkammer zum Kopf des Absorbers beträgt 3550 Brems--PS, insgesamt also 69 50 Brems-PS. Die durch die Expansionsturbine erzeugte Kraft beträgt 27000 Brems-PS.

Die Zusammensetzung des Rohgases und der Produkte sowie die stündliche Fließrate finden sich in der folgenden Tabelle:

Molgleichgewicht - Mol je Stunde

	Rohgas	Inert gas	Produkt	Abgas Nr. 1	Abgas Nr. 2	Ausstreifgas	15000
^C1	81700	79860	1275	565
^C2	1325	1210	41	74	—
^C3	520	419	18	83	—
^C4	429	267	14	148	—
^C5	182	32	5	145	—
H₂S	4590	(5ppm)	160	4430	—
CO₂	16450	13160	605	2685	—
N₂	24700	24572	98	30	—
H₂O	142	21	1	126	6
—	—	15000

Gesamt 130038 119541

2217

23286

15006

U O 9 8 U R / 1 O Γ- ^r\

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reinigung eines Gasgemisches, insbesondere aus einem fossilen Brennstoff stammenden Gasgemisches, das in der Hauptsache Methan heben Kohlendioxid und geringfügige Mengen Schwefelwasserstoff enthält, zwecks Entfernung im wesentlichen des gesamten Schwefelwasserstoffes unter Zurückhaltung der Hauptmenge Kohlendioxid im Gasgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Absorptionszone unter überdruck im Bereich von etwa

28 bis 140 kg/cm² absolut (etwa 400 bis 2000 Pfund/Zoll²), bei einer Temperatur zwischen -7 und 60 C {etwa 20 und 140 F) hält,

b) eine hauptsächlich Methan neben Kohlendioxid und geringfügigen Mengen Schwefelwasserstoff enthaltende Gasmischung in die Absorptionszone einführt,

c) als Lösungsmittel einen normalerweise flüssigen Dialkyläther eines Polyalkylenglykols mit darin gelöstem Kohlendioxid in die Absorptionszone einführt, wobei das Lösungsmittel eine niedrigere Temperatur als die Absorptionszone hat,

d) das Lösungsmittel abwärts in Gegenstrom zu und in innigem direkten Kontakt mit der aufsteigenden Gasmischung leitet, his praktisch der ganze Schwefelwasserstoff zusammen mit einem geringen Anteil Kohlendioxid aus der Gasmischung entfernt ist,

e) die Methan und Kohlendioxid enthaltende und praktisch Schwefelwasserstoff reie Gasmischung aus der Absorptionszone abführt,

A 0 9 8 A 8/1000

2^21956

f) den Druck auf der Gasmischung aus der Absorptionszone unter Kühlung und Expansion der Gasmischung reduziert,

g) die gekühlte Gasmischung in direktem Kontakt mit armem Lösungsmittel durch eine Konditionierzone führt und das Lösungsmittel auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur der Absorptionszone kühlt und im armem Lösungsmittel Kohlendioxid auflöst,

h) das gelöstes Kohlendioxid enthaltende gekühlte Lösungsmittel aus der Konditionierzone als Lösungsmittel zur Absorptionszone zwecks Auswaschung der schwefelwasserstoffhaltigen Gasmischung leitet,

i) die Methan und Kohlendioxid enthaltende und praktisch Schwefelwasserstoff reie Gasmischung aus der Konditionierzone abzieht, j) Schwefelwasserstoffhaltiges reiches Lösungsmittel von der Absorptionszone zu einer Ausstreifzone leitet, die auf einem niedrigeren Druck als der Absorptionszonendruck und auf einer Temperatur von etwa 21 bis 149°C (etwa 70 bis 300°F) gehalten ist, und den im Lösungsmittel enthaltenen Schwefelwasserstoff verflüchtigt,

k) den verflüchtigten Schwefelwasserstoff aus der Ausstreifzone abführt und

1) das arme Lösungsmittel aus der Ausstreifzone zur Konditionierzone zwecks Kühlung und Auflösung von Kohlendioxid leitet,' um so ein Lösungsmittel zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic hnet, daß das reiche Lösungsmittel aus der Absorptionszone zunächst zu einer Schnellverdampfungszone geschickt wird, worin darin gelöste geringfügige Mengen Methan und CO freigesetzt werden, worauf das

40 9 848/1OOO

-is-

so entblößte Lösungsmittel zur Ausstreifzone geleitet wird und von Schwefelwasserstoff befreit wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausstreifzone zur Unterstützung der Schwefelwasserstoffverflüchtigung ein inertes Gas eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausstreifgas aus Spülgas vom Methanolsynthesebetrieb stammt.

5. Verfahren nach Anspruch 1_f dadurdigekennzeichnet, daß das arme Lösungsmittel in der Konditionierzone mit Kohlendioxid gesättigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansion der Gasmischung aus der Absorptionszone zur Krafterzeugung in einer Expansionsturbine benutzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Absorptionszone eintretende Gasmischung zunächst im indirekten Wärmeaustausch mit den die Absorptionszone verlassenden Gasen geführt und auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur in der Absorptionszone vor ihrem Eintritt gekühlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Gasmischung aus Naturgas besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab-

409848/1000 CRiS-iiAL !NSrECTED

sorptionszone auf einem Druck vonetwa 35 bis 105 kg/cm ab-

2
solut (500 bis 1500 Pfund/Zoll ) und einer Temperatur zwischen 21 und 43°C (70 und 110°F) gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus einer Mischung von Dimethyläther von Polyäthylenglykolen mit 3 bis 8 Äthyleneinheiten besteht.

409 848/1000