DE2653869C2

DE2653869C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Grobreinigung von Gasen

Info

Publication number: DE2653869C2
Application number: DE2653869A
Authority: DE
Inventors: Fritz 8191 Achmühle Jakob
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-11-26
Filing date: 1976-11-26
Publication date: 1984-07-12
Also published as: DE2653869A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Grobreinigung von Gasen durch eine physikalische Wäsche bei Temperaturen unter 0⁰C, bei dem das Waschmittel durch Strippen und Entspannen regeneriert und durch indirekten Wärmetausch mit einem Kältemittel gekühlt wird.

Verfahren zur Reinigung von Gasen nach dem Stande der Technik sind als Feinreinigungsverfahren konzipiert und erfordern daher einen großen Energieaufwand (vergl. Linde-Berichte Nr. 33, Mai 1973, Seite 6).

Soll z. B. aus einem wasserstoffreichen, mit CO2 verunreinigten Gas das CO₂ nur grob, d. h. bis etwa auf 1 % Restgehalt entfernt werden — wie dies etwa bei der Herstellung von Reduktionsgasen zur Direktreduktion von Eisenerz erforderlich ist —, arbeiten die bekannten Verfahren nicht wirtschaftlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Grobreinigung von Gasen zu entwickeln, das sich durch niedrigen Energieverbrauch auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlung des Waschmittels nach der physikalischen Wäsche und vorder Regenerierung erfolgt.

Erfindungsgemäß wird die bei der Absorption der Verunreinigungen frei werdende Wärme an der Stelle des Waschmittelkreislaufs abgeführt, an der das Waschmittel seine höchste Temperatur aufweist. Der Energieaufwand zur Bereitstellung der erforderlichen Kühe ist folglich gering. Andererseits wird das Beladen und Regenerieren des Waschmittcls nicht wesentlich behindert, obwohl erfindungsgemäß die Kälte an einer Stelle zugeführt wird, die im Hinblick auf den Beladungs- und den Regenerierprozeß ungünstig erscheint Die Beladung des Waschmittels wird nämlich bekanntlich durch tiefe und die Regenerierung durch hohe Temperaturen begünstigt. Insofern wäre die Kühlung nach der Regenerierung und vor oder während der Beladung naheliegend. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren durch optimalen niedrigen Energieaufwand auszeichnet und gleichzeitig ein Reinigungsverfahren darstellt das der wenig anspruchsvollen Aufgabenstellung der Grobreinigung angepaßt ist.

Als Waschmittel für den Reinigungsprozeß eignen sich Aceton und Methanol.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf aile Gase anwenden, die auch in den zum Stande der Technik gehörenden Verfahren verarbeitet werden. Insbesondere geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung eines mit CO2 verunreinigten wasserstoffreichen Gases. Das anfallende wasserstoffreiche Gas ist besonders als Reduktionsgas zur Direktreduktion von Eisenerz geeignet.

Das beladene Waschmittel wird zum Zwecke seiner Regenerierung entspannt und im Gegenstrom zu einem Strippgas durch eine Regeneriersäule geführt. Als Strippgas wird dabei vorzugsweise Stickstoff verwendet.

Hierzu wurde gefunden, daß — bedingt durch die wenig anspruchsvolle Aufgabenstellung der Grobreinigung — insbesondere auch leicht CO2-haltiger Abstickstoff einer Luftzerlegungsanlage verwendet werden kann. Dies führt zu einer Senkung der Betriebskosten, da der Abstickstoff einer Luftzerlegungsanlage nahezu kostenlos zur Verfügung steht.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung mit einer Wasch- und einer Strippsäule sowie einem Wärmetauscher, der einen Strömungsquerschnitt für ein Kältemittel aufweist. Dabei ist erfindungsgemäß der Sumpf der Waschsäule über eine Flüssigkeitsleitung mit dem Wärmetauscher und dieser über eine Flüssigkeitsleitung mit dem Kopf der Sirippsäule verbunden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert:

Rohgas mit einer Temperatur von 4O⁰C und einem Druck von 35 ata tritt über Leitung 1 in den Wärmetauscher 2 ein und wird dort nach Zusatz einer kleinen Menge Methanol auf ca. —45°C abgekühlt. Das Rohgas besteht aus 800 Nm-Vh H₂, 200NmVh CO₂ und 21,5 NmVh Wasserdampf.

Die infolge der Abkühlung auskondensierten Bestandteile werden in Abscheider 3 abgetrennt. In einer Waschsäule 4, die ca. 20 Austauschboden aufweist, wird das Rohgas im Gegenstrom zu Methanol geführt, wobei das Kohlendioxid sich in Methanoi löst. Das gereinigte Gas (Zusammensetzung: 800 NmVh Wasserstoff, 42 NmVh CO₂) verläßt über Leitung 5 und den Wärmetauscher 2 die Anlage.

Das mit CO₂ beladene Methanol wird mit einer Temperatur von —43,7°C vom Sumpf der Waschsäulc abgezogen. Im Wärmetauscher 5.7 wird es der Erfindung entsprechend auf —45°C abgekühlt. Als Kältemittel dient Ammoniak. In Ventil 6 wird das beladene Wasch-

b^r> mittel auf 1,3 ata entspannt und in eine Strippsiiule 7 eingeleitet. Infolge der Drosselentspannung in Ventil b und des Austreibens von gelöstem COj in der Sirippsäule erniedrigt sich die Temperatur des Methanols auf

-50,6° C im Sumpf der Strippsäule 7. Die dort abgezogene gereinigte Waschflüssigkeit (ca. 8!80 kg/h) wird in ;iner Pumpe 8 auf 35 ata gepumpt und wieder zum Kopf der Waschsäule 4 geleilet.

Als Strippgas für den Regenerierungsprozeß in der Säule 7 dient Abstickstoff einer Luftze: !egungsanlage [223 NmVh Stickstoff mit 0,1% CO₂ und 3,5% H₂O), der über Leitung 9 in die Anlage eintritt und im Wärmetauscher 10 gekühlt wird. Nach Abscheiden der auskondensierten Bestandteile in Abscheider 11 wird das Strippgas in den unteren Teil der Strippsaule eingeleitet. Das mit CO₂ beladeiie Strippgas (223 NmVh N₂, 158,1 NmVh CO₂) wird durch Leitung 12 vom Kopf der Strippsäule abgezogen. Es verläßt die Anlage über die Wärmetauscher 2 und 10, wobei der größere Teil (58,5%) durch den Wärmetauscher 10 strömt.

Um zu verhindern, daß beim Abkühlen des Rohgases im Wärmetauscher 2 und beim Abkühlen des Strippgases im Wärmetauscher 10 Wasser ausfriert und die Wärmetauscher verlegt, werden dem Rohgas und dem Strippgas geringe Mengen Methanol zugesetzt. Zu diesem Zweck werden bei Punkt 13 aus dem gereinigten Methanol 20 kg/h abgezweigt und im Wärmetauscher 14 auf ca. +20° C aufgeheizt. 17 kg/h davon werden dem Rohgasstrom 1 und 3 kg/h dem Strippgas 9 zugesetzt. Das im Abscheider 3 angefallene Kondensat (17 kg/h Methanol, 21,5 NmVh H₂O) wird in Ventil 15 auf 1,3 ata entspannt und mit dem Kondensat des Abscheiders 11 (3 kg/h Methanol, 3,5 NmVh H₂O) vermischt. Dieser Mischung werden noch über Leitung 16 2 kg/h Methanol aus dem Sumpf der Strippsäule zugesetzt. Diese Mischung, die aus Methanol (22 kg/h), Wasser (25 NmVh) und geringen Mengen gelösten Wasserstoffs (0,035 NmVh) besteht, wird im Wärmetauscher 17 auf + 64⁰C angewärmt und zur Zerlegung in eine Säule 18 eingeleitet, deren Sumpf auf + 114° C geheizt und deren Kopf auf +40⁰C gekühlt wird. Über Leitung 19 wird vom Kopf der Säule 18 der Wasserstoff abgezogen. Aus dem Sumpf der Säule 18 wird über Leitung 20 das Wasser ausgeschieden. Über Leitung 21 wird das gereinigle Methanol abgezogen, das in Pumpe 22 auf 35 ata gepumpt und nach Abkühlung im Wärmetauscher 17 dem Methanolhauptkreislauf bei Punkt 23 wieder zugeführt wird.

45

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Grobreinigung von Gasen durch eine physikalische Wäsche bei Temperaturen unter 0⁰C, bei dem das Waschmittel durch Strippen und Entspannen regeneriert und durch indirekten Wärmetausch mit einem Kältemittel gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Waschmittels nach der physikalischen Wäsche und vor der Regenerierung erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Waschmittel Methanol oder Aceton eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas ein überwiegend mit CO₂ verunreinigtes wasserstofireiches Gas eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Strippgas Stickstoff eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Strippgas leicht COrhaltiger Abstickstoff einer Luftzerlegungsanlage eingesetzt wird.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Wasch- und einer Strippsäule sowie einem Wärmetauscher, der einen Strömungsquerschnitt für ein Kältemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf der Waschsäule (4) über eine Flüssigkeitsleitung mit dem Wärmetauscher (5a) und dieser über eine Flüssigkeitsleitung mit dem Kopf der Strippsäule (7) verbunden ist.