DE2731517A1

DE2731517A1 - Verfahren zur entfernung von gasfoermigen verunreinigungen aus gasgemischen

Info

Publication number: DE2731517A1
Application number: DE19772731517
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Giammarco
Original assignee: GIAMMARCO
Current assignee: GIAMMARCO
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1978-01-19
Also published as: JPS5333981A; IT1064936B; ES460634A1; GB1581459A; IN145014B; JPS5748965B2; FR2358184B1; FR2358184A1; US4146569A

Description

u.Z.: M 280
Case: WG 37
Giuseppe GIAMMARCO
Paolo GIAMMARCO
Venedig, Italien

" Verfahren zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen aus Gasgemischen"

Die Erfindung betrifft Reinigungsverfahren, bei denen Gasgemische mit einem Gehalt an einer oder mehreren verschiedenen Verunreinigungen, wie CO^, HpS, HCN, SOp und dergl., in einer Absorptionsstufe mit einer Absorptionslösung entsprechender chemischer Zusammensetzung in Kontakt gebracht werden, wodurch die Verunreinigungen aus dem Gasgemisch entfernt werden, und anschliessend die Lösung in eine bei erhöhter Temperatur durchgeführte Regenerationsstufe geleitet wird, um die vorher absorbierten Verunreinigungen auszutreiben. Die auf diese Weise regenerierte Lösung wird anschliessend zurückgeleitet.

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Als Absorptionslösungen für derartige Zwecke sind folgende Lösungen bekannt: Lösungen von Alkalimetallcarbonate^ gegebenenfalls durch Zusatz von AspO,, Glycin oder ähnlichen Aminosäuren oder Äthanolamin aktiviert, Lösungen von Alkalimetallphosphat3n, Boraten und Fhenolaten, Lösungen von Äthanolamin in Wasser,SuIfolan oder SuIfölen, Sulfit- und Hydrogensulfitlösungen (im Fall der Absorption von SOp), organische Flüssigkeiten zum Lösen von Kohlenwasserstoffen und dergl.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Verbrauch an Wärme, die zur Durchführung der vorstehend erläuterten Verfahren von aussen zugeführt werden muss, zu senken und insbesondere die in den aus der Regenerationskolonne austretenden Lösungen enthaltene Wärme zu gewinnen und in die Regenerationskolonne zurückzubringen und dort wieder zu verwenden.

Zur Rückgewinnung und' Wiederverwendung dieser Wärme wurden viele Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen. Von diesen Verfahren sei hier das sog. Ejektor-Verfahren genannt, bei dem die aus der Regenerationskolonne entfernte regenerierte Lösung in einer entsprechenden Kammer einer Druckverminderung unterworfen wird, die durch einen Dampfejektor (oder Thermokompressor) erzeugt wird. Dadurch wird Dampf aus der Lösung abgesaugt und unter Druck in die Regenerationskolonne gebracht.

Das vorgenannte Verfahren weist verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise ist die Menge an gewonnener Wärme gering (im all-

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gemeinen entsprechend der Abkühlung der Lösung um 10⁰C). Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der in den Ejektor geleitete Antriebsdampf einen realtiv hohen Druck (etwa 4,5 bis 5 atm) aufweisen muss. Ausserdem stört dieser Dampf das Gleichgewicht des Wassergehalts der in der Anlage zirkulierenden Lösung. Schliesslich tritt auch der Nachteil auf, dass eine entsprechende Vorrichtung sehr kompliziert und kostspielig ist, da unter anderem eine grosse Kammer vorgesehen sein muss, die einen niedrigeren Druck als die Regenerationskolonne aufweist, um den Dampf aus der Lösung mittels einer durch den vorgenannten Ejektor erzeugten Druckverminderung zu extrahieren.

Die vorgenannten Nachteile werden durch das erfindungsgemässe Verfahren beseitigt. Dieses Verfahren besteht darin, dass man die Lösung am Auslass der üblichen Regenerationskolonne in einer Zone, die den gleichen Druck wie die Regenerationskolonrie aufweist, mit einem schwachen Strom an Inertgasen behandelt. Diese Inertgase desorbieren restliche, in der Lösung noch enthaltene Verunreinigungen, wodurch der Regenerationsgrad verbessert wird und ein beträchtlicher Teil der darin enthaltenen Wärme extrahiert und gewonnen wird. Man erhält somit ein Gemisch aus Dampf, Inertgasen und desorbierten Verunreinigungen. Dieses Gemisch wird in einer nachfolgenden Zone mit einer weiteren Menge an Wärme oder Dampf aus einer externen Quelle versetzt. Dadurch wird die darin enthaltene Dampfmenge erhöht. Das auf diese Weise erhaltene Gemisch wird in die Regenerationskolonne geleitet, wo es in Kontakt mit der aus der Absorptionsstufe

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kommenden, verbrauchten Lösung gebracht wird. Deshalb wird dieses Verfahren als "Regenerationsverfahren unter Wärmerückgabe an die (Regenerations)-Kolonne mittels eines Inertgasstromes¹¹ bezeichnet.

Dieses Verfahren, das nachstehend näher erläutert wird, ist einfach und wirtschaftlich und weist eine Reihe von Vorteilen auf: Ein Vorteil besteht darin, dass eine beträchtliche Wärmemenge, die wesentlich über der beim herkömmlichen Ejektorverf,ahren erhaltenen Wärmemenge liegt, gewonnen und wiederverwendet werden kann, wodurch der Wärmeverbrauch bei der Durchführung des Zyklus merklich verringert und gelegentlich auf etwa die Hälfte des Wärmeverbrauchs bei herkömmlichen Verfahren gesenkt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass kein Dampf von hohem Druck erforderlich ist, wie es beim Ejektorverfahren der Fall ist. Ferner reichen geringe Mengen an Inertgasen aus, um beträchtliche Mengen an Dampf in die Kolonne zurückzubringen. Schliesslich besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die vorstehend erläuterten Inertgase aufgrund ihres Desorptionsvermögens die Regeneration der Lösung verbessern.

Die Nachteile, die auf einer Verschmutzung der aus der Regenerationskolonne desorbierten gasförmigen Verunreinigungen (und insbesondere COp) durch das Inertgas beruhen, werden mit Hilfe der nachstehend anhand von Fig. 3 erläuterten Ausführungsfonn weitgehend und zufriedenstellend vermieden.

Als Inertgase können im erfindungsgemässen Verfahren Gase

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verwendet werden, die mit der Absorptionslösung und mit dem zu reinigenden Gasgemisch chemisch verträglich sind. Als Inertgase können Stickstoff (erhältlich in flüssigen Stickstoff verwendenden Anlagen für Waschzwecke oder aus teilweisen Verbrennungsprozessen), Spülgase von der ΝΗ,-Synthese und dergl., Methan zum Reformieren oder zur teilweisen Verbrennung, in Claus-Öfen verwendete brennbare Gase und schließlich Luft, insbesondere wenn nicht-aktivierte Alkalimetallcarbonatlösungen eingesetzt werden, verwendet werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann in einer Reihe von Ausführungsformen durchgeführt werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines einstufigen Zyklus.

Gemäss der schematischen Darstellung von Fig. 2 ist der einstufige Zyklus durch gründliche Kühlung eines Teils der Lösung unter anschliessender erhöhter Wärmeausbeute verbessert.

Die schematische Darstellung von Fig. 5 zeigt einen einstufigen Zyklus unter Bildung eines Grossteils des COo (oder von anderen desorbierten Verunreinigungen) in reinem Zustand ohne Verschmutzung durch Inertgase.

Fig. 4 erläutert ein spezielles Verfahren zur Wärmegewinnung.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 3 unter Anwendung

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eines zweistufigen Zyklus.

Gemäss der schematisehen Darstellung von Fig. 6 wird die Absorption bei verringerter Temperatur und verbesserter Wärmegewinnung im oberen Teil des Regenerators vorgenommen.

Das Diagramm der Fig. 7 dient der allgemeinen Erläuterung.

1) Die gebräuchlichste Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 1, die einen einstufigen Reinigungszyklus betrifft, dargestellt. Bei dieser Ausführungsform arbeitet die Absorptionskolonne A auf übliche Weise, d.h. die Lösung wird mittels der Pumpe P auf herkömmliche Weise (durch den Wärmeaustauscher E und den Kühler C) oder in Form eines gespaltenen Stroms eingespeist. Die Regenerationsstufe wird in der Regenerationskolonne D, die in drei aufeinanderfolgende Zonen unterteilt ist, durchgeführt, wobei die aus der Absorptionsstufe kommende verbrauchte Absorptionslösung im Gegenstrom mit einem gasförmigen desorbierenden Gemisch, das aus Dampf und Inertgasen besteht, folgendermassen behandelt wird:

(a) Der vorstehend erläuterte Strom von Inertgasen I wird in die untere Zone Z. eingeleitet und in Kontakt mit der Lösung gebracht, um die Wärme aus der durch die untere Zone fliessenden Flüssigkeit zu extrahieren (wobei die Inertgase angefeuchtet und vorerwärmt werden) und die Extraktion der in der Lösung enthaltenen Verunreinigungen

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zu vervollständigen, wodurch der Regenerationsgrad verbessert wird, wie nachstehend im Abschnitt 8) erläutert wird.

(b) Das Gasgemisch aus Wasserdampf und Inertgasen wird in die mittlere Zone Z geleitet, wo Wärme oder Dampf von aussen zugeführt werden, wodurch der Wasserdampfgehalt und die Temperatur des Gemisches erhöht werden.

Der Zusatz von Wärme von aussen kann mittels eines her-

oder
kömmlichen Aufkochers R / durch direkten Zusatz von Wasserdampf erfolgen. Eine andere Möglichkeit dafür, die in Abschnitt 5) und in Fig. 3 erläutert wird, besteht darin, indem man einen Strom einer von einer Seitenregenerationskolonne kommenden heissen Lösung oder Dampf, der durch die Expansion dieser Lösung entstanden ist, einspritzt.

(c) Schliesslich wird das Gemisch aus Dampf und Inertgasen, dessen Dampfgehalt in der mittleren Zone Z erhöht worden ist, in die obere Regenerationszone Z geleitet, wo es in Kontakt mit der aus der Absorptionsstufe kommenden verbrauchten Lösung gebracht wird, um aus dieser Lösung die vorher absorbierten gasförmigen Verunreinigungen zu entfernen.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass der in die

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obere Zone Z_ (die die eigentliche Regenerationskolonne darstellt) eingeleitete desorbierende Dampf nicht nur aus Dampf besteht, der von aussen in die mittlere Zone Z eingeleitet ist, sondern auch den Dampf enthält, der mittels des Inertgases in der unteren Zone Z_i extrahiert und gewonnen worden ist.

In Fällen, bei denen kein Bedarf an einer starken Verringerung der Wärmezufuhr besteht, ist es möglich, die untere Zone Z-der Kolonne wegzulassen und das Inertgas am Boden der mittleren

Zone Z oder durch den Aufkocher einzuleiten, wobei das m

Inertgas zusammen mit der Lösung in den Aufkocher eintritt. Diese Lösung siedet in Gegenwart des Inertgases bei niedrigeren Temperaturen, als es dem Druck in der Regenerationskolonne entspricht. Somit verlässt die Lösung die Kolonne mit einer geringeren Temperatur, wodurch eine immer noch beträchtliche Wärmeersparnis erreicht wird.

2) Nachstehend wird die Erfindung anhand des Diagramms der Fig. 7 näher erläutert. In diesem Diagramm sind die Ergebnisse von zahlreichen Versuchen, die durch entsprechende Berechnungen ergänzt worden sind, wiedergegeben.

Auf der Abszisse sind die Wärmemengen (in kg Dampf/nr Lösung), die zur Erzielung eines vorbestimmten Regenerationsgrads der Absorptionslösung erforderlich sind, angegeben.

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Beispielsweise wird eine mit Glycin aktivierte Lösung mit einem Gehalt an 250 g/Liter K₂O und 50 g/Liter Glycin mit 65 kg Dampf/nr Lösung regeneriert, so dass sie in der Absorptionsstufe ein Gasgemisch bis zu einem Gehalt an 0,05 bis 0,1 Prozent COp bei 25 bis 30 atm in einem einstufigen Zyklus reinigen kann. Pur den gleichen Zweck reichen in einem zweistufigen Zyklus nur 50 kg Dampf/nr Gesamtlösung aus.

Die vorerwähnten Mengen an Dampf umfassen sowohl die durch den Aufkocher R gelieferte Wärme als auch die Wärme, die durch das Inertgas in der unteren Zone Z. extrahiert wird.

Auf der Ordinate des Diagramms der Fig. 7 sind die Mengen an Dampf (kg/m* Lösung) angegeben, die in der unteren Zone Z. durch die Inertgase extrahiert werden, wodurch eine Abkühlung der Lösung bewirkt wird, die auf der Nebenordinate (mit unterschiedlichem Massstab) in ⁰C angegeben ist.

Die einzelnen Kurven des Diagramms beziehen sich auf unterschiedliche Mengen von Inertgasen, die in nr Gas/nr Lösung angegeben sind. Die gestrichelten Linien geben die Wärmeersparnis (Prozent) an, die erfindungsgemäss erzielt werden kann.

Dieses Diagramm lässt sich folgendermassen anwenden: Bei dem in Fig. 1 gezeigten einstufigen Zyklus ist ein Regenerationsgrad entsprechend 65 kg Dampf/nr Lösung (Punkt A) erwünscht. Eine Inertgasmenge von 5 nr Gas/nr Lösung (Punkt B)

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steht zur Verfügung. Auf der Ordinate (Punkt C) lässt sich ablesen, dass die gewinnbare Wärme etwa 21,4 kg Dampf/m* Lösung beträgt (unter Abkühlung der Lösung um etwa 12,5°C, (Punkt D). Somit beträgt die durch den Aufkocher R zuzuführende Wärmemenge 65 - 21,4 = 43,6 kg Dampf/nr Lösung. Dies bedeutet eine Ersparnis von 21,4/65 = 33 Prozent.

Beträgt die Menge an zur Verfügung stehendem Inertgas 10 bzw. 15 m / m Lösung, so ergibt sich eine Wärmeersparnis von 48 bzw. 57 Prozent.

Bei der Entfernung von CO₂ mittels eines einstufigen Zyklus unter Verwendung einer mit Glycin oder dergl. aktivierten Alkalimetallcarbonatlösung beträgt der Wärmeverbrauch unter Annahme einer Einheitsabsorption von 30 nr C0₂/nr Lösung 785, 607 bzw. 504 Kcal/Nm* CO₂, wenn 5» 10 bzw. I5 m* Inertgas/nr Lösung verwendet werden. Demgegenüber beträgt der Wärmeverbrauch beim herkömmlichen Verfahren 1170 Kcal/Nm⁵ CO₂.

Aus dem Diagramm ergibt sich somit, daß die gewonnene Wärmemenge und die Ersparnis in der Wärmezufuhr auch bei einer geringen Zufuhr an Inertgasen bedeutend sind und dass diese Werte mit zunehmender Zufuhr von Inertgasen rasch ansteigen.

Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf einen zweistufigen Zyklus entspricht vollkommen der Anwendung auf einen einstufigen Zyklus. In diesem Fall ist es ausreichend, dass die

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Begenerationskolonne der zweiten Stufe in die drei Zonen, nämlich die obere, mittlere und untere Zone, unterteilt ist.

Beim herkömmlichen zweistufigen Zyklus ergibt sich, wie vorstehend erwähnt, eine deutlich geringere Wärmezufuhr, die erfindungsgemäss um 39» 54 bzw. 61 Prozent weiter gesenkt werden kann, wenn man 5» 10 bzw. 15 m Inertgas/nr Lösung verwendet. Es ergibt sich ein Wärmeverbrauch von 660, 496 bzw. 420 Kcal/Nm CO₂ anstelle von 1080 Kcal/Nnr CO₂ im Fall des herkömmlichen Verfahrens (unter der Annahme einer Einheitsabsorption von Volumteilen C0₂/Volumteil Lösung).

3) Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzielte Wärmeersparnis kann durch die Tatsache eingeschränkt sein, dass die regenerierte Lösung durch die Wärmeextraktion zu stark abgekühlt wird, d.h. so weit abgekühlt wird, dass sie mit einer Temperatur in den Kopf der Regenerationskolonne zurückgeleitet wird, die für eine angemessene Regelung des thermischen Gleichgewichts in der Regenerationskolonne zu niedrig ist.

Diese Nachteile lassen sich durch folgende Verfahrensmassnahmen, die die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens weiter erhöhen, vermeiden:

Die erste Verfahrensmassnahme besteht in einer Erhöhung des Arbeitsdrucks in der Regenerationskolonne. Diese Druckerhöhung ermöglicht es, dass ein Grossteil des Wasserdampfs,

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der normalerweise vom oberen Teil der Regenerationskolonne nach aussen abgegeben wird, kondensiert wird. Die auf diese Weise gewonnene Wärme wird der Lösung am Auslass der Regenerationskolonne zugeführt und bewirkt dort einen Temperaturanstieg derselben. Diese Verfahrensweise wurde in der BE-PS 811 138 und im dazugehörigen Zusatzpatent 836 122 vorgeschlagen.

Die zweite Verfahrensmaßnahme besteht im Vorerwärmen und Vorbefeuchten des Inertgasstroms, bevor dieser die untere Zone Z. der Regenerationskolonne durchläuft, wodurch eine übermässige Abkühlung der Lösung verhindert wird.

Die in Fig. 4- gezeigte Ausführungsform dient diesem Zweck. Dabei werden die den Kopf der Regenerationskolonne D verlassenden Gase in die Kolonne T^ geleitet, wo sie im Gegenstrom mit Wasser (durch die Pumpe P^ im Kreislauf geführt) geführt werden. Das Wasser wird auf diese Weise erwärmt. Die Gase werden sodann nach aussen abgegeben.

Das so erwärmte Wasser wird in der unteren Kolonne T_? zum Vorbefeuchten und Vorerwärmen des Inertgasstromes, der durch die Leitung I eingeleitet wird, verwendet. Diese Inertgase werden sodann in die untere Zone Z. der Regenerationskolonne und anschliessend in die Zone Z (wo Wärme von aussen mittels des Aufkochers R zugeführt wird) und in die Zone Z geleitet, wie bereits erwähnt worden ist. Das Wasser wird durch die Pumpe Pi im Kreislauf geführt.

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Das vorerwähnte Verfahren ist sehr wirksam, insbesondere wenn die den oberen Teil der Regenerationskolonne verlassenden Gase einen hohen Dampfgehalt aufweisen, aber auch und vorwiegend in Fällen, wo grosse Mengen an Inertgasen als Desorptionsmittel verwendet werden.

Dieses Verfahren kann auch allein angewendet werden, indem man die vorbefeuchteten und vorerwärmten Inertgase direkt in die mittlere Zone Z_ffl (und nicht in den Boden der Zone Z^) einleitet.

Das vorbeschriebene System wird besonders dann mit Erfolg angewendet, wenn das Verfahren in Verbindung mit der in den Figuren 1, 3 und 4 des vorerwähnten Zusatzpatents erläuterten Ausführungsform eingesetzt wird.

Eine dritte Verfahrensmassnahme besteht darin, dass man die Behandlung der regenerierten Lösung mit den Inertgasen und die nachfolgende Wärmeextraktion und Abkühlung, nicht an der gesamten regenerierten Lösung sondern nur an einer Fraktion dieser Lösung durchführt, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Gemäß Fig. 2 besteht die Regenerationskolonne D wie in den vorhergehenden Fällen aus der oberen Zone Z_, der mittleren Zone Z , wo mittels des Aufkochers R Wärme von aussen zugeführt wird und der unteren Zone, die in zwei Teilzonen Z- * und Ζ^_2 unterteilt ist. Dabei wird der Inertgasstrom mittels der Leitung I am Boden eingeleitet.

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Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird eine in der Zone Z._y, leicht abgekühlte, regenerierte Lösung vom Boden dieser Zone mittels der Pumpe P* entnommen und auf eine mittlere Höhe der Absorptionskolonne A geleitet. Die restliche Fraktion der regenerierten Lösung wird in der unteren Zone Z._~ auf eine für die Absorption geeignete Weise stärker abgekühlt, mittels der Pumpe P^ aus der letztgenannten Zone entfernt und in den Kopf der Absorptionskolonne A geleitet.

Durch zweckmässige Einteilung dieser beiden Fraktionen der Lösung kann der Kühler C praktisch weggelassen werden. Auf diese Weise ergibt sich erfindungsgemäss der wichtige Vorteil der Verwertung von Wärme, die gemäß dem herkömmlichen Verfahren bei der Abkühlung der in den Kopf der Absorptionskolonne zu Regenerationszwecken eingeleiteten regenerierten Lösung verlorengeht.

Das vorerwähnte Verfahren wird direkt bei zweistufigen Reinigungszyklen (wie in Fig. 5 gezeigt) angewendet, bei denen die Inertgase ihre Extraktions- und Kühlwirkung nur auf die durch die zweite Stufe zirkulierende Fraktion der Lösung ausüben. Diese Fraktion beträgt bekanntlich 20 bis 30 Prozent der beim Reinigungszyklus angewendeten Gesamtlösung.

Bei der Anwendung eines herkömmlichen Reinigungszyklus (d.h. unter Absorption bei niedrigen Temperaturen, herkömmliche Verwendung von Wärmeaustauschern zwischen der regenerierten

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Lösung und der verbrauchten Lösung und übliche Zwischenschaltung eines Kühlers) erlaubt die Ausführungsform der Fig. eine beträchtliche Verringerung des Wärmeaustausches, im allgemeinen um etwa 25 bis 35 Prozent.

4) Die Anwesenheit von Inertgasen in der Regenerationsstufe vermindert bekanntlich in gewissem Umfang die in den verschiedenen Regenerationszonen herrschenden Temperaturen. Es wurde festgestellt, dass diese Temperaturabnahme zu einer Abnahme der Regenerationswirksamkeit führt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass insbesondere im Fall der Absorption von COp eine Temperatursenkung die Disscziationskonstante des Hydrogencarbonats (oder des Carbamats) verringert, wodurch die Gesamtgeschwindigkeit der Desorption beeinträchtigt wird.

Um den vorerwähnten Nachteil abzustellen, wird zweckmässigerweise der Arbeitsdruck in der Regenerationskolonne geringfügig erhöht, so dass die Temperatur im Vergleich zu den Fällen, bei denen kein Inertgas vorhanden ist, praktisch unverändert bleibt.

5) Im erfindungsgemässen Verfahren werden die in der Regenerationsstufe desorbierten Gase mit inerten, desorbierenden Gasen vermischt. Dies stellt einen Nachteil dar, insbesondere bei der Entfernung von COp, wo mindestens ein Teil des desorbierten COp in reinem Zustand anfallen soll, damit es zur Herstellung von Harnstoff oder Trockeneis verwendet werden kann.

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Dieser Nachteil lässt sich durch die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform beseitigen. Diese Ausführungsform bietet weitere zusätzliche Vorteile, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass bei unveränderten übrigen Bedingungen geringere Mengen an Inertgas benötigt werden.

Gemäß Fig. 3 arbeitet die Absorptionskolonne A unter an sich üblichen Bedingungen, wobei die Lösung mittels der Pumpe P im gespaltenen Strom oder nach dem herkömmlichen Verfahren (durch den Wärmeaustauscher E und den Kühler C) zugeführt wird.

Die die Absorptionsvorrichtung verlassende, verbrauchte Lösung wird nach dem Durchströmen der oberen Zone P„ der Hauptkolonne P in zwei Fraktionen unterteilt, wobei die erste Fraktion innerhalb der Kolonne P weiter nach unten läuft und die zweite Fraktion in den Kopf der Nebenkolonne S geleitet wird. In der Kolonne P wird die Lösung durch die vom Aufkocher R von aussen gelieferte Wärme regeneriert. Als Ergebnis werden die desorbierten Verunreinigungen in reinem Zustand gewonnen und können zur Herstellung von Harnstoff oder für ähnliche Zwecke verwendet werden. Die Unterteilung der Lösung wird so geregelt, dass man durch Desorption die gewünschte Menge an COo oder anderen Verunreinigungen in reinem Zustand erhält.

Die Nebenkolonne S ist in drei Zonen Z-, Z und Z . unterteilt, wie im Abschnitt 1) dargelegt worden ist. Das Inertgas wird durch die Leitung I in die Zone Z^ eingeleitet.

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- Vt -

Es strömt dann unter Abkühlung und Entfernung von Wärme aus der regenerierten Lösung nach oben. In der Zone Z wird Wärme zugeführt. In der abgebildeten Ausführungsform wird die Wärmezufuhr durch Einleiten der regenerierten Lösung der Kolonne P in die Zone Z erreicht, wobei der durch Entspannung gebildete Dampf (oder jedenfalls Wärme) durch die Lösung freigesetzt wird. Das Gasgemisch aus Inertgas und Dampf strömt nach oben durch die Zone Z und regeneriert die Lösung.

Es ist leicht ersichtlich, dass die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform, gemäss der ein Teil des COp bzw. der anderen Verunreinigungen in reinem Zustand erhalten wird, eine hohe Regenerationswirkung insofern aufweist, als ein Teil der in der die Kolonne P verlassenden, regenerierten Lösung enthaltenen Wärme entweder direkt oder indirekt freigesetzt und in der Kolonne S verwendet wird.

Zweckmässigerweise wird die Kolonne P unter Druck betrieben, so dass ein Teil des Dampfs, der beim herkömmlichen Verfahren am Kopf der Regenerationskolonne nach aussen abgegeben wird und somit verlorengeht, kondensiert wird, um die Temperatur der am Boden der Kolonne selbst austretenden Lösung zu erhöhen; vgl. die vorgenannte BE-PS und deren Zusatzpatent. Die so unter Druck stehende Lösung von hoher Temperatur wird in der Zone Z der Kolonne S entspannt, wobei Dampf gebildet wird, der in der Nebenkolonne S verwendet wird.

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Gegebenenfalls kann jedoch in der Zone Z_m eine weitere Zufuhr von Wärme oder Dampf erfolgen.

Nach der Entspannung fliesst die Lösung durch die untere Zone Z. der Kolonne S zusammen mit der aus den Zonen Z„ und Z der Kolonne S kommenden regenerierten Lösung nach unten. Ein Teil der in beiden Lösungen enthaltenen Wärme wird durch den Strom der Inertgase gewonnen und in der Kolonne S wiederverwendet.

Diese Ausführungsform ist wesentlich zweckmässiger als die Ausführungsform gemäss Fig. 1, da für die gleiche Ersparnis an Wärmezufuhr eine geringere Menge an Inertgas erforderlich ist.

Bei üblichen Fällen zur Beseitigung von CC^ oder COo + wird der warmeverbrauch auf etwa 500 Kcal/Nnr COp verr wenn man sich der Ausführungsform von Fig. 3 bedient.

6) Das erfindungsgemässe Verfahren sowie die vorerwähnten und in den Figuren 1, 2 und 3 abgebildeten einstufigen Zyklen lassen sich offensichtlich auch auf zweistufige Zyklen anwenden. Fig. 5 zeigt eine entsprechende bevorzugte Ausführungsform.

Dabei wird die aus der zweistufigen Absorptionskolonne A kommende Lösung wie in der Ausführungsform von Fig. 3 in zwei

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Fraktionen unterteilt, wobei die erste Fraktion in die zweistufige Regenerationskolonne P geleitet wird, in der die Regeneration durch Zufuhr von äuserer Wärme vorgenommen wird und in der die desorbierten Verunreinigungen infolgedessen in reinem Zustand anfallen und somit zur Herstellung von Harnstoff oder dergl. geeignet sind. Die andere Fraktion wird in die zweistufige Nebenkolonne S geleitet, in die Inertgase eingeführt werden. Der prozentuale Anteil der in die Kolonne P geleiteten Lösung wird im allgemeinen so gewählt, dass die erforderliche Menge an reinem COp erhalten wird.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird die in der zweiten Stufe der Hauptkolonne regenerierte Lösung entfernt und durch das Rohr m in die zweite Stufe der Nebenkolonne geleitet. Die halbregenerierte Lösung in der ersten Stufe der Hauptkolonne wird entfernt und durch die Leitung η auf eine mittlere Höhe der ersten Stufe der Nebenkolonne geleitet. In den oberen Teil der ersten Stufe der Nebenkolonne wird eine Fraktion der verbrauchten Lösung geleitet, wie vorstehend ausgeführt. Am Boden der zweiten Stufe der Nebenregenerationskolonne wird ein Strom von Inertgasen durch die Leitung 1 eingeleitet. Der Strom von Inertgasen bewirkt sowohl eine Verbesserung des Regenerationsgrads der regenerierten Lösung als auch eine Extraktion eines Teils der in der Lösung enthaltenen Wärme unter heftiger Abkühlung der Lösung. Die Lösung-wird anschließend entnommen und gegebenenfalls nach Kühlung im Kühler Co durch die Pumpe Pp in den Kopf der zweiten Stufe

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der Absorptionskolonne geleitet. Die Inertgase strömen weiter nach oben im Gegenstrom mit der aus der ersten Stufe der Hauptkolonne kommenden halbregenerierten Lösung und anschließend mit der Nebenfraktion der aus der Absorptionskolonne kommenden verbrauchten Lösung. Die aus der ersten Stufe der Hauptkolonne kommende halbregenerierte Lösung und die Nebenfraktion der aus der Absorptionskolonne kommenden verbrauchten Lösung wird nach den? Einleiten in die Nebenkolonne vom Boden der ersten Stufe dieser Kolonne entfernt und gegebenenfalls nach Kühlung im Kühler C^ mittels der Pumpe P^ in die erste Stufe der Absorptionskolonne geleitet.

Auf diese Weise wird die Menge der in die Kolonne P geleiteten Lösung wesentlich verringert, was einer Verringerung der von aussen durch den Aufkocher R in diese Kolonne P gelieferten Wärme entspricht, während die in die Kolonne S geleitete verbrauchte Lösung durch die Wärme, deren Extraktion aus der regenerierten, von P kommenden Lösung durch die Inertgase und gegebenenfalls durch die Druckverminderung bewirkt wird, regeneriert wird. Offensichtlich ist es in diesem Fall auch sehr angebracht die Hauptkolonne P aus den vorstehend erläuterten Gründen unter Druck zu betreiben.

In vielen Fällen ist es in der zweiten Stufe der Nebenregenerationskolonne S zweckmässig, einen Aufkocher oder eine andere Vorrichtung zur Zuführung von äusserer Wärme vorzusehen.

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Diese zweite Stufe ist somit in drei Zonen unterteilt: Eine obere Zone, an deren Kopf die aus der zweiten Stufe der Hauptkolonne kommende Lösung eingeleitet wird, eine mittlere Zone, auf der Höhe des Aufkochers und eine untere Zone, an deren Kopf der Inertgasstrom eingeleitet wird. Dies ist alles analog zu den Figuren 1, 2 und 3 und der Einfachheit halber in Fig. 5 nicht abgebildet.

7) Die Regenerationswirkung der Ausführungsormen gemäss den Figuren 3 und 5 ist sehr hoch, da zu dem Vorteil, der auf die Zurückgewinnungswirkung des Inertgases zurückzuführen ist, noch der weitere Vorteil hinzukommt, dass der den Kopf der Kolonne P verlassende Dampf zurückgewonnen und wiederverwendet wird.

Die gemäss den vorstehenden Ausführungsformen erzielte Ersparnis ist in der Tabelle I angegeben, die sich auf die Entfernung von CO^ mit Hilfe einer Glycinlösung (Zusammensetzung : 25O g/Liter ^O und 50 g/Liter Glycin) und auf eine Verwendung von nur 3,5 n Inertgas/mf Lösung bezieht.

Tabelle I

Dem Aufkocher von Kolonne P ■,
zugeführte Wärme (kg Dampf/nr
Lösung in P) 4-5 50 55 65 70

Prozentualer Anteil der verbrauchten Lösung, die in die
Hauptkolonne P geleitet wird
(%) 44,8 45,5 46,1 49,5 49,6 49,6

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Tabelle I (Forts.)

Einheitsbeladung Volumteile C0₂/Volumteile Lösung) 25 25 25 30 30 30

Wärmeverbrauch (Kcal/Nnr

CO₀) . 436 492 548 579 625 670

Aus Tabelle I geht hervor, dass die vorerwähnten Ausführungsformen einen Wärmeverbrauch erfordern, der bei der Ausführungsform von Fig. 1 (einfache Regenerationskolonne) einer wesentlich grösseren Menge an Inertgasen, als es dem in Tabelle I vorgesehenen Wert von 3,5 nr/nr Lösung entspricht, erfordern würde.

8) Weitere Vorteile beruhen darauf, dass die Inertgase auch eine desorbierende Wirkung ausüben. Während diese Inertgase Wärme aus den regenerierter· Lösungen entziehen, verbessern sie auch deren Regeneration. Dies wird durch entsprechende Versuche nachgewiesen, bei denen eine mit Glycin aktivierte Alkalimetallcarbonatlösung mit einem Inertgasstrom in einer Geschwindigkeit von 5 m Inertgas/m* Lösung behandelt wird.

Die Arbeitsbedingungen und der COp-Sättigungsgrad (degree of carbonation) sind in Tabelle II zusammengestellt.

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Tabelle II

Ursprüngliche Temperatur

der Lösung (⁰C) 101,5 101,5 101,5 101,5 101,5 101,5 Endtemperatur der

Lösung (⁰C) 86,5 86,5 86,5 86,5 86,5 86,5

Ursprünglicher CO--

Sättigungsgrad der

Lösung (%) 34,6 29,6 27,7 25,5 23,7 22,0

Endgültiger COp-

Sättigungsgrad der

Lösung (%) 29,6 27,7 25,5 23,7 22,0 20,6

9) Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsforn kann zweckmässigerweise entsprechend den Angaben im vorerwähnten belgischen Zusatzpatent unter besonderer Bezugnahme auf die Figuren 1,3 und 4 dieser Patentschrift variiert und modifiziert werden.

Gemäß den Figuren 1 und 3 der vorgenannten Patentschrift wird die von der unter Druck arbeitenden Hauptkolonne P kommende Lösung unter Freisetzung von Dampf entspannt. Dieser Dampf wird dann zur Regeneration (Selbstregeneration) der Lösung, aus der er entwickelt worden ist, verwendet. Gemäß Fig. 4 wird die verbrauchte Lösung zuerst in die Nebenkolonne geleitet und sodann mittels einer Pumpe in die Hauptkolonne zurückgeleitet.

Die vorerwähnten beiden Verfahrensweisen lassen sich im erfindungsgemässen Verfahren vorteilhafterweise anwenden, wobei als einzige Vorsichtsmasanahme eine untere Zone Z- am Boden der Nebenregenerationskolonne vorgesehen ist, in der

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C-I

die Losging entsprechend der Hauptlehre der vorliegenden Erfindung mit einem am Boden dieser Zone eingeleiteten Inertgasstrom behandelt wird.

10) Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich insbesondere in Anlagen zur Entfernung von H₂S oder CO₂ + H₂S anwenden.

Bekanntlich wird in diesen Fällen der sogenannte konventionelle Zyklus angewendet, bei dem die Absorption nahezu bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird und die heisse regenerierte Lösung einem Wärmeaustausch mit der kalten verbrauchten Lösung unterzogen wird. Diese kalte verbrauchte Lösung wird auf diese Weise vorerwärmt und sodann in den Regenerator geleitet. Anschließend durchläuft die regenerierte Lösung einen Kühler und wird in die Absorptionskolonne zurückgebracht. Es ist auch bekannt, daß in den vorgenannten Fällen vorzugsweise Lösungen von Monoäthanolamin oder Diäthanolamin, Adip, SuIfinol (SuIfolan) und dergl. verwendet werden. Aktivierte Kaliumcarbonatlösungen, insbesondere mit Glycin aktivierte Lösungen, können ebenfalls für diesen Zweck eingesetzt werden. In derartigen Fällen wird die Regenerationskolonne von Fig. 1 und gegebenenfalls auch die von Fig. 2 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet.

In Fig. 1 wird der Druck der Regenerationskolonne erhöht, so dass eine grosse Dampfmenge, die gemäss den herkömmlichen Verfahren am Kopf der Kolonne abgegeben wird und somit verlorengeht, wiedergewonnen und zur Erhöhung der Temperatur

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der am Boden der oberen Zone Z der Kolonne austretenden

Lösung verwendet. Darauf ist in der vorerwähnten BE-PS 811 138 und im entsprechenden Zusatzpatent 836 122 hingewiesen.

Ein brennbares Gas wird in die untere Zone Z. als Inertgas eingeleitet. Dieses Gas wird zunächst in die Regenerationskolonne geleitet, wo die Desorption von ^S, CC^ und anderen in der Lösung enthaltenen gasförmigen Verunreinigungen erleichtert wird. Anschliessend wird das mit H^S, COp und anderen Verunreinigungen beladene Gas in einen Verbrennungsofen vom Claus-Typ geleitet, wo HqS durch partielle Verbrennung mit für diesen Zweck zugesetzter Luft in elementaren Schwefel verwandelt wird, während das Verbrennungsgas verbrennt und dabei Wärme abgibt und somit den Ofen auf der erforderlichen Temperatur hält. Auf diese Weise ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren die Verwendung des vorerwähnten brennbaren Gases zur Extraktion von Wärme aus der regenerierten Lösung in der unteren Zone Z. und deren Wiederverwendung in der Segenerationskolonne, wodurch der Verbrauch an äusserer Wärme deutlich verringert wird.

11) Eine Abänderung des erfindungsgemässen Verfahrens beruht auf der Verwendung der in Fig. 4 gezeigten kleinen Türme T^ und T₂.

Wie bereits im Abschnitt 3) (zweites Verfahren) beschrieben

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worden ist, wird der den Kopf der Regenerationskolonne (die in diesem Fall nicht unbedingt unter Druck arbeiten muss) verlassende Dampf in den oberen Turm T^ geleitet und dort zur Erwärmung des durch die Pumpe P* gelieferten Wassers verwendet. Dieses Wasser wird erhitzt und absorbiert eventuelle Dämpfe von Monoäthanolamin, Diäthanolamin und dergl. und wirkt auf die gleiche Weise wie ein Rückflussvorgang. Anschliessend wird das Inertgas (in diesem Fall das Brenngas für den Claus-Ofen) durch das erwärmte Wasser vorbefeuchtet und vorerwärmt. Anschliessend bringt das Inertgas die am Kopf dieser Kolonne gewonnene Wärme in die Regenerationskolonne zurück.

12) Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, die sehr zweckmässig ist, wenn die Absorption bei Umgebungstemperatur oder zumindest unter Kühlung der Lösung durchgeführt wird und wenn, wie bekannt, ein Wärmeaustausch zwischen der verbrauchten Lösung und der regenerierten Lösung ohne weitere Kühlung der letztgenannten Lösung vorgenommen wird. Dieser sogenannte konventionelle Zyklus wird im allgemeinen im Fall von Äthanolaminlösungen und dergl. angewendet, man bedient sich seiner aber auch häufig für alle anderen Arten von Lösungen.

Die von der Absorptionskolonne A kommende verbrauchte Lösung wird in zwei Fraktionen unterteilt. Die erste Fraktion wird kalt durch die Leitung a dem Kopf der Regenerationskolonne D zugeführt. Die zweite Fraktion wird in den Wärmeaustauscher H

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und von dort durch die Leitung b auf eine mittlere Höhe der Kolonne D geleitet. Wie in Fig. 6 gezeigt, besteht die Regenerationskolonne D wie in den vorhergehenden Fällen aus einer oberen Zone Z , einer mittleren Zone Z , wo die Wärme von aussen mittels des Aufkochers R zugeführt wird, und einer unteren Zone, die in zwei Teilzonen Z. ^ und Z. ~ unterteilt ist. Ein Inertgasstrom wird durch die Leitung I am Boden der Zone Z. ρ eingeleitet. Eine Fraktion der regenerierten Lösung wird in der Zone Ζ_Ί·_^ leicht gekühlt, vom Boden der letztgenannten Zone entfernt und direkt durch die Leitung c in den Wärmeaustauscher H geleitet und anschließend im Kühler C gekühlt. Die restliche Fraktion der Lösung wird weiter behandelt und in der unteren Zone Z._₂ gekühlt. Die beiden Fraktionen der regenerierten Lösung werden vereinigt und mittels der Pumpe Pq und der Leitung d in die Absorptionskolonne A zurückgebracht.

Die Vorteile der Ausführungsform von Fig. 6 sind sehr bedeutend, insbesondere wenn die Regeneration bei einem Druck über Atmosphärendruck betrieben wird, wie es in der vorgenannten BE-PS erläutert ist. Erstens absorbiert die kühle Fraktion der Lösung, die durch die Leitung a in den Kopf der Regenerationskolonne geleitet wird, aufgrund ihrer niedrigen Temperatur den am Kopf zusammen mit den desorbierten Verunreinigungen austretenden Dampf fast vollständig, wodurch die herkömmliche Kühlung am Kopf dieser Kolonne wesentlich verringert werden kann. Zweitens sind die Abmessungen des Wärmeaustauschers H und des Kühlers C geringer, da nur ein

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Teil (60 bis 70 Prozent) der Gesamtlösung durchgeleitet wird.

13) Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Inertgase vor dem Kontakt mit der regenerierten Lösung in der unteren Zone Z. der Regenerationskolonne zum Entgasen von Kesselspeisewasser verwendet. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß bei den herkömmlichen Verfahren.die in Anlagen zur Beseitigung von COo oder anderen ähnlichen Verunreinigungen zur Verfügung stehende Restwärme zum Vorerwärmen von Kesselspeisewasser (beispielsweise für den Kessel von Reformieranlagen oder Ammoniaksyntheseanlagen) verwendet wird. Das auf diese Weise vorerwärmte Wasser wird sodann in eine Entgasungsvorrichtung gebracht, wo durch Behandlung mit Dampf Verunreinigungen, wie Sauerstoff und CO^, je nach den Erfordernissen entfernt werden.

Beim erfindungsgemässen Verfaliren kann die Entgasung von Kesselspeisewasser wirtschaftlicher und einfacher durchgeführt werden, indem man das Kesselspeisewasser in der vorerwähnten Entgasungsvorrichtung ebenfalls mit einem Inertgasstrom behandelt.

Schließlich können die Inertgase nach dem Kontakt mit der regenerierten Lösung in der unteren Zone Z- der Regenerationskolonne zumindest teilweise entfernt und nach aussen abgegeben werden, bevor sie die mittlere Zone Z_m erreichen, vorausgesetzt, dass die Inertgase selbst eine desorbierende Wirkung

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ausüben. In anderen Fällen können diese Inertgase zweckmässigerweise auf eine mittlere Höhe der oberen Zone Z geleitet werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1
Dieses Beispiel betrifft die Ausführungsform von Fig. 1.

Ein Gasgemisch mit einem Gehalt an 24,2 Prozent COo wird mit einer Geschwindigkeit von 136 800 Nnr/Std. bei einem Druck von 27,5 ^a"tm und einer Temperatur von 125°C in die Absorptionskolonne geleitet und mit einer mit Glycin aktivierten Alkalimetallcarbonatlosung (250 g/Liter iLjO und 50 g/Liter Glycin) behandelt. Die regenerierte Lösung wird in die Absorptionskolonne teilweise in deren Kopf mit einer Temperatur von 65⁰C und einer Geschwindigkeit von 385 nr/Std. und teilweise auf einer mittleren Hohe mit einer Temperatur von 104⁰C und einer Geschwindigkeit von 7^7 nr/Std. eingeleitet.

Die aus der Absorptionskolonne mit 108⁰C entfernte, verbrauchte Lösung wird in die in drei Zonen, eine obere, mittlere und untere Zone, unterteilte fiegenerationskolonne geleitet. Der Druck am Boden der mittleren Zone der Regenerationskolonne beträgt 2,35 atm. Dort liegt der Siedepunkt der Lösung bei 124,5⁰C. Ein Strom von 13 200 NnrVstd. Inertgasen (in diesem Fall unreiner Stickstoff aus einem mit flüssigem Stickstoff arbeitenden Waschverfahren), entsprechend 12 Volumteile

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Stickstoff pro nr Lösung, wird in den Boden der unteren Zone geleitet. Gemäss dem Diagramm von Fig. 7 ergibt sich in dieser Zone eine Abkühlung durch Stickstoff von 124,5 auf 104°C. Der Stickstoff extrahiert 35 kg Dampf/nr Lösung. Das erhaltene Gasgemisch mit einem Gehalt an 78,5 Prozent Dampf und 21,5 Prozent Stickstoff fliesst nach oben durch die mittlere Zone, wo Wärme von aussen in einer Menge von 35 kg Dampf/nr Lösung zugeführt wird. Infolgedessen wird die Lösung in der oberen Zone durch eine Wärmezufuhr, entsprechend 70 kg Dampf/nr Lösung,(wovon 35 kg Dampf/nr Lösung aus der regenerierten Lösung in der unteren Zone zurückgewonnen und 35 kg Dampf/nr von aussen zugeführt werden), und durch die desorbierende Wirkung des Stickstoffs (entsprechend 9,5 kg Dampf/m Lösung) regeneriert. Unter diesen Bedingungen fällt der COp-Gehalt im aus der Absorptionskolonne austretenden Gas auf 0,05 Prozent. Der Verbrauch an von aussen zugeführter Wärme beträgt 630 Kcal/Nm* COg.

Beispiel 2

Das zu behandelnde Gasgemisch weist die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1 auf. In diesem Fall sollen aber 16 530 NmV Std. CO₂ (50 Prozent der Gesamtmenge) in reinem Zustand anfallen. Die Absorptionskolonne wird unter den in Beispiel 1 erläuterten Bedingungen betrieben. Die von der Absorptionskolonne mit einer Temperatur von 108⁰C entfernte, verbrauchte Lösung wird bei einer Abgabegeschwindigkeit von 551 nr/Std. in zwei gleiche Fraktionen unterteilt. Diese Fraktionen

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werden in zwei getrennte Regenerationskolonnen, nämlich die Hauptregenerationskolonne P und die Nebenregenerationskolonne S, die parallel betrieben werden, geleitet. In der Kolonne P wird die Lösung durch Zufuhr von äusserer Warme, entsprechend 70 kg Dampf/m* Lösung, bei einem Druck von 2,4 atm am Boden der Kolonne und einem Siedepunkt von 129°C regeneriert.

Die Kolonne S ist in drei Zonen, eine obere, mittlere und untere Zone, unterteilt. Der Druck am Boden der mittleren Zone beträgt 1,2 atm und der Siedepunkt der Lösung auf dieser Höhe 108⁰C. Die regenerierte Hauptlösung von 129°C wird in die mittlere Zone dieser Kolonne geleitet, wo sie unter Bildung von Dampf und Abkühlung auf 108⁰C entspannt wird. Dieser Dampf entspricht 36 kg Dampf/m* Hauptlösung. Somit ergeben sich auch 36 kg Dampf/m* Nebenlösung.

Die vereinigten Haupt- und Nebenlösungen strömen nach unten durch die untere Zone der Kolonne S, in deren Boden ein Inertgasstrom von 3850 Nnr/Std., entsprechend 3*5 Volumteilen Inertgas/nr vereinigte Lösung, eingeleitet wird.

in dieser Zone
Infolgedessen ergibt sich/gemäß dem Diagramm von Fig. 7 eine Abkühlung der Lösung durch das Inertgas, das einen Dampfstrom extrahiert, von 108 auf 98°C, entsprechend einer Menge von 17 kg Dampf /τω? Gesamtlösung und somit entsprechend 34· kg Dampf/nr Nebenlösung. Somit wird in der oberen Zone der Kolonne S die Lösung mit 70 kg Dampf/m* Lösung regeneriert. Es ergibt sich bereits ohne Berücksichtigung der

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desorbierenden Wirkung des Stickstoffs eine ebenso gute Regeneration wie in Kolonne P. Unter diesen Bedingungen sinkt der COo-Gehalt im aus der Absorptionskolonne austretenden Gas auf 0,05 Prozent. Der Wärmeverbrauch an von aussen zugeführter Wärme beträgt wie in Beispiel 1 630 Kcal/Nnr CO₂, wobei sich jedoch der Vorteil ergibt, dass der Verbrauch an Inertgas auf 3»5 Volumteile/nr Gesamtlösung gesenkt und die Hälfte des CO₂ in reinem Zustand gewonnen wird.

Beispiel?

Das zu behandelnde Gasgemisch ist das gleiche wie in Beispiel 1, jedoch ist es in diesem Fall erwünscht, 19 840 NmVStd. COo (60 Prozent der Gesamtmenge) in reinem Zustand zu erhalten. Das Verfahren ist das gleiche wie in Beispiel 1, wobei jedoch der Regenerator P in eine obere und eine untere Zone unterteilt ist. Die gesamte verbrauchte Lösung (1102 m / Std.) wird in die obere Zone der Regenerationskolonne P geleitet, an deren Auslaß die von einem CO^Sättigungsgrad von 77»5 Prozent auf 67»5 Prozent regenerierte Lösung gemäss Beispiel 2 in zwei gleiche Fraktionen unterteilt wird. Die erste Fraktion läuft nach unten in die untere Zone von Kolonne P und die zweite Fraktion wird in die obere Zone von Kolonne S geleitet. Der Verbrauch an von aussen zugeführter Wärme beträgt 630 Kcal/Nm³

Beispiel 4-Dieses Beispiel erläutert die Ausführungsform von Fig. 2.

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Ein Kreislaufgas in einem Verfahren zur Herstellung von Äthylenoxid soll mittels einer absorbierenden Lösung von Alkalimetallcarbonat (200 g/Liter K^O) gereinigt werden. Das einen CO~-Gehalt von 10 Prozent aufweisende Gasgemisch wird bei einem Druck von 22 atm und einer Temperatur von 50°C in einer Geschwindigkeit von 46 000 Nnr/Std. der Absorptionskolonne zugeführt. Es soll eine Reinigung des aus der Absorptionskolonne austretenden Gemisches entsprechend einem CO^-Gehalt von 1,5 Prozent erreicht werden. Die in den Kopf der Absorptionsvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 232 nr/Std. und einer Temperatur von 75°C eingeleitete und mit einer Temperatur von 76,5⁰C austretende Lösung wird in zwei Fraktionen unterteilt. Die erste Fraktion (90 nr/Std.) wird unter Zufuhr von äusserer Wärme, entsprechend 64 kg Dampf/nr Lösung, in der Hauptregenerationskolonne P regeneriert, um reines COo zu erhalten. Lie zweite Fraktion (142 nr/Std.) wird in einer in drei Zonen, nämlich eine obere, mittlere und untere Zone, unterteilten Nebenregenerationskolonne S mit 64 kg Dampf/nr Lösung regeneriert. Die der Kolonne S zur Regeneration zugeführte Wärme besteht vollständig aus zurückgewonnener Wärme. Ein Teil (46 kg Dampf/nr Lösung) wird aus der Lösung durch einen Inertgasstrom, in diesem Fall Luft, entfernt. Die von der Kolonne P mit 103⁰C entfernte Hauptlösung wird mit der Nebenlösung in der mittleren Zone der Kolonne S vereinigt. In dieser Zone erwärmen die Lösungen einen am Boden der unteren Zone des Regenerators S mit einer Geschwindigkeit von 5700 nr/Std. eingeleiteten Luftstrom unter Abkühlung auf 75°C. Diese Luft,

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die in den kleinen Türmen T^ und Tp zur Rückgewinnung der den Kopf der Kolonne S zusammen mit dem C0~ verlassenden Wärme (vgl. Fig. 4) auf 74°C erwärmt worden ist, führt eine Wärmemenge entsprechend 18 kg Dampf/vP Lösung mit sich. Somit wird in der oberen Zone der Kolonne S die Lösung mit 64 kg Dampf/nr Lösung regeneriert, wobei die desorbierende Wirkung der Luft, entsprechend etwa 30 kg Dampf/m* Lösung noch hinzu kommt. Der Verbrauch an von aussen zugeführter Wärme beträgt 780 Kcal/Nm* CO₂- Die Menge an im Hauptregenerator desorbiertem COp beträgt 1541 nr/Std.

Beispiel 5

Ein Gasgemisch mit einem Gehalt an 18 Prozent COq und 2 Prozent HpS wird in einer Absorptionskolonne mittels einer 25prozentigen Monoäthanolaminlösung gereinigt. Die Lösung Vfcx'lässt die Absorptionskolonne mit einem Gehalt an 25 Vol./ Vol. COp + HpS/nr Lösung mit einer Temperatur von 65°C Diese Lösung wird im üblichen Wärmeaustauscher auf 98°C vorerwärmt und mit 98°C in den Kopf der Regenerationskolonne eingeleitet. Diese Regenerationskolonne besteht, wie vorstehend ausgeführt, aus drei Zonen, nämlich einer oberen, mittleren und unteren Zone. Die Kolonne wird bei einem Druck von 1,95 atm betrieben, entsprechend einem Siedepunkt in der mittleren Zone von 121,6⁰C. Die Lösung wird durch einen Strom eines brennbaren Gases, entsprechend 4,5 m /m Lösung auf 108⁰C gekühlt und anschliessend in einen Wärmeaustauscher und sodann in einen Kühler geleitet, wo eine Kühlung auf 40⁰C erfolgt, so dass sie schliesslich in die Äbsorptions-

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kolonne geleitet werden kann. Der Strom an brennbarem Gas kühlt die Lösung in der unteren Zone von 121,6 auf 108°C, wie vorstehend erwähnt, und extrahiert 23,5 kg Dampf/rar Lösung. Der Aufkocher der mittleren Zone wird mit weiteren 76,5 kg Dampf /nr Lösung versorgt. Die Gesamtmenge beträgt somit 100 kg Dampf/m* Lösung. Diese Dampfmenge ist bekanntlich zur Regeneration der nonoathanolaminlosung im unteren Teil der Regenerationskolonne erforderlich.

Das am Kopf der Regenerationskolonne austretende Gas enthält 44,55 Prozent CO₂, 4,95 Prozent H₂S, 41,59 Prozent H₂O und 8,91 Prozent brennbares Gas. Nach einer eventuellen Zumischung von weiterem brennbaren Gas und einer eventuellen Abkühlung wird das brennbare Gas in einen Claus-Ofen geleitet.

Der Wärmeverbrauch beträgt 1650 Kcal/Nnr CO₂ + H₅S, was

gegenüber dem Wärmeverbrauch bei herkömmlichen Verfahren eine Verringerung von 24,5 Prozent bedeutet.

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Leerseite

Claims

vossius · vossius · h:ltl

PATENTANWÄL SC

SIEBERTSTRASSE 4 · ΘΟΟΟ MÜNCHEN 8β ■ PHONE: (Ο88) 47 4Ο 70 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN ■ TELEX 0-2β463 VOPAT O

12. Juli 1977

u.Z.: M 280
Case: WG 37
Giuseppe GIAMMARCO
Paolo GIAMMABCO
Venedig, Italien

"Verfahren zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen aus Gasgemischen"

Priorität: 13. Juli 1976, Italien, Nr. 68 75Ο-Α/Ί976

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen aus Gasgemischen mittels eines Reinigungszyklus, der eine Absorptionskolonne, in der das Gasgemisch mit einer Absorptionslösung entsprechender chemischer Zusammensetzung behandelt wird, und eine bei erhöhter Temperatur arbeitende Regenerationskolonne, in der die vorher absorbierten Verunreinigungen aus der Lösung entfernt werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass man

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0RK3INAL INSPECT«)

die Lösung am Auslass der Regenerationskolonne in einer Zone mit dem gleichen Druck wie in dieser Kolonne mit einem Inertgasstrom behandelt, wodurch die in der Lösung enthaltenen restlichen Verunreinigungen durch diese Gase desorbiert werden, der Regenerationsgrad verbessert und ein Teil des Wärmeinhalts der Lösung entzogen und gewonnen wird und ein Gemisch aus Dampf, Inertgasen und desorbierten Verunreinigungen erhalten wird,

dieses Gemisch in einer nachfolgenden Zone mit einer von aussen gelieferten zusätzlichen Menge an Wärme oder Dampf versetzt, wodurch die Menge des in diesem Gemisch enthaltenen Dampfs erhöht wird, und

das auf diese Weise erhaltene Gemisch in die Regenerationskolonne leitet und dort in Kontakt mit der aus der Absorptionsstufe kommenden verbrauchten Lösung bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationskolonne drei aufeinanderfolgende Zonen, nämlich eine obere, mittlere und untere Zone, aufweist, durch die die Lösung nacheinander fliesst, wobei (a) in der unteren Zone die aus der oberen und mittleren Zone kommende Lösung mit einem Strom von Inertgasen behandelt wird, wodurch die in der Lösung desorbierten

Verunreinigungen durch diese Gase desorbiert werden, der Regenerationsgrad verbessert und ein Teil des Wärmeinhalts

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extrahiert wird und ein Gasgemisch aus Dampf, Inertgasen und desorbierten gasförmigen Verunreinigungen gebildet wird,

(b) in der mittleren Zone Wärme von aussen zugeführt wird, wordurch der Dampfgehalt des Gemisches von (a) zunimmt,

(c) in der oberen Zone das in (b) erhaltene Gemisch aus Gasen und Dampf im Gegenstrom in Kontakt mit der aus der Absorptionsstufe kommenden verbrauchten Lösung gebracht wird und

(d) die den Boden der unteren Zone der Kolonne verlassende Lösung in die Absorptionsstufe geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Reinigungszyklus in einem zweistufigen Zyklus unter Einsatz einer zweistufigen Absorptionskolonne und einer zweistufigen Regenerationskolonne durchführt, wobei die erste Stufe der Regenerationskolonne aus einer Zone besteht und die zweite Stufe in drei Zonen, eine obere, mittlere und untere Zone, unterteilt ist, und wobei der Strom aus Inertgasen am Boden der unteren Zone eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Regenerationskolonne bei einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck betreibt.

5· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß man

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(a) die aus der Absorptionskolonne kommende Lösung in zwei Fraktionen, eine Haupt- und eine Nebenfraktion, teilt,

(b) die Hauptfraktion in den Kopf der Hauptregenerationskolonne leitet, wo sie durch von aussen zugeführte Wärme regeneriert wird, wobei die desorbierten Verunreinigungen in reinem Zustand erhalten und nach aussen abgegeben werden,

(c) die Nebenfraktion in den Kopf einer zweiten Regenerationskolonne, die aus drei Zonen, einer oberen, mittleren und unteren Zone, besteht, leitet,

(d) die Hauptfraktion nach der Regeneration in der Hauptkolonne in diese mittlere Zone leitet, wobei sie einen Teil ihrer Wärme abgibt und mit der Nebenfraktion vereinigt wird, und die vereinigten Nebenfraktionen in die untere Zone leitet, wo sie mit einem Strom aus Inertgasen behandelt werden,

(e) die Inertgase die in den vorgenannten vereinigten Fraktionen der Lösung noch vorhandenen gasförmigen Verunreinigungen desorbieren und einen Teil des Wärmeinhalts gewinnen lässt, wobei ein Gemisch aus Dampf und Inertgasen gebildet wird und die Wärme in die mittlere und obere Zone zurückgebracht und dort wieder verwendet wird, und die mit den Inertgasen vermischten Verunreinigungen nach aussen abgibt und

(f) die Lösung nach der Behandlung mit den Inertgasen aus der unteren Zone entfernt und in die Absorptionsstufe zurückle i te t.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungszyklus aus einem zweistufigen Zyklus mit einer zweistufigen Absorptionskolonne, einer zweistufigen Hauptregenerationskolonne und einer zweistufigen Nebenregenerationskolonne besteht, wobei

(a) die den Boden der Absorptionskolonne verlassende verbrauchte Lösung in zwei Fraktionen, eine Haupt- und eine Nebenfraktion, unterteilt wird, wobei die Hauptfraktion in die Hauptkolonne geleitet wird, wo sie mit von aussen zugeführter Warme regeneriert wird, wobei die desorbierten Verunreinigungen in reinem Zustand vorliegen und nach aussen abgegeben werden und wobei die Nebenfraktion in die zweistufige Nebenkolonne geleitet wird,

(b) die in der zweiten Stufe der Hauptkolonne regenerierte Lösung entfernt und in die zweite Stufe der Nebenkolonne geleitet wird,

(c) die in der ersten Stufe der Hauptkolonne halbregenerierte Lösung entfernt und auf eine mittlere Höhe der ersten Stufe der Nebenkolonne geleitet wird,

(d) die Nebenfraktion der verbrauchten Lösung in die Nebenkolonne geleitet wird,

(e) am Boden der zweiten Stufe der Nebenkolonne ein Strom aus Inertgasen eingeleitet wird, der die restlichen, in der Lösung noch enthaltenen Verunreinigungen desorbiert und einen Teil der in der regenerierten Lösung enthaltenen Wärme extrahiert, wodurch die Lösung, die anschliessend entfernt und in den Kopf der zweiten Stufe

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der Absorptionskolonne geleitet wird, abgekühlt wird,

(f) der Strom an Inertgasen weiter nach oben im Gegenstrom mit der halbregenerierten Lösung und anschliessend mit der Nebenfraktion der Lösung geleitet wird und die desorbierten, mit den Inertgasen vermischten Verunreinigungen nach aussen abgegeben werden und

(g) die halbregenerierte Lösung und die Nebenfraktion der Lösung nach dem Durchlaufen der Nebenkolonne vom Boden der ersten Stufe der Nebenkolonne entfernt und in die erste Stufe der Absorptionskolonne geleitet werden.

7- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe der Nebenregenerationskolonne in drei Zonen unterteilt ist:

(a) eine obere Zone, an deren Kopf die aus der zweiten Stufe der Hauptregenerationskolonne kommende Lösung eingeleitet wird,

(b) eine mittlere Zone, wo eine weitere Wärmemenge von aussen zugeführt wird, und

(c) eine untere Zone, an deren Boden der Strom von Inertgasen eingeleitet wird und von der die Lösung entfernt und in den Kopf der zweiten Stufe der Absorptionskolonne geleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7» d a d u r c h gekennzeichnet, dass man die Hauptregenerationskolonne bei einem Druck über Atmosphärendruck betreibt.

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9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Inertgasstrom am Boden der mittleren Zone einleitet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Inertgasstrom mindestens teilweise aus der unteren Zone entfernt und auf eine mittlere Höhe der oberen Zone leitet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Inertgasstrom mindestens teilweise aus der unteren Zone entfernt und nach aussen abgibt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5i 7» 8, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die regenerierte, in der unteren Zone mit den Inertgasen behandelte Lösung in zwei Fraktionen unterteilt, wobei die erste Fraktion auf einer mittleren Höhe dieser Zone entnommen und gegebenenfalls nach leichtem Kühlen auf eine mittlere Höhe der Absorptionskolonne zurückgeleitet wird und wobei die zweite Fraktion vom Boden der unteren Zone entnommen, stärker gekühlt und in den Kopf der Absorptionskolonne zurückgeleitet wird.

13« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man

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(a) die aus der Absorptionskolonne austretende, verbrauchte Lösung in zwei Fraktionen unterteilt,

(b) die erste Fraktion direkt in den Kopf der Regenerationskolonne leitet,

(c) die zweite Fraktion in einem Wärmeaustauscher mittels des Stroms der regenerierten Lösung von (e) erwärmt und auf eine mittlere Höhe der Regenerationskolonne leitet,

(d) die regenerierte Lösung am Auslass der Regenerationskolonne ihrerseits in zwei Fraktionen unterteilt,

(e) die erste Fraktion in den Wärmeaustauscher von (c) und anschließend in einen Kühler leitet,

(f) die zweite Fraktion mit dem Inertgasstrom in der unteren Zone der Regenerationskolonne behandelt und dort kühlt und

(g) die beiden Fraktionen der regenerierten Lösung von (e) und (f) vereinigt und in die Absorptionskolonne zurückleitet.

14-. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß man das den Kopf der Regenerationskolonne verlassende Gasgemisch mit Wasser in Kontakt bringt, welches dadurch erwärmt wird, das auf diese Weise erwärmte Wasser in Kontakt mit dem Inertgasstrom bringt, der dadurch vorerwärmt und vorbefeuchtet wird, und anschließend die Inertgase in die Regenerationskolonne bringt.

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Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man als Inertgas ein brennbares Gas verwendet, das zunächst in die Regenerationskolonne geleitet wird, wodurch die Desorption von HpS, CO₂ und anderen in der Lösung enthaltenen Verunreinigungen erleichtert wird, und anschließend in einen Verbrennungsofen vom Claus-Typ leitet, wo das H₂S in elementaren Schwefel verwandelt und das brennbare Gas verbrannt wird.

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