DE2856571A1

DE2856571A1 - Kontinuierliches verfahren zur entfernung saurer gase aus einer beschickungsgasmischung

Info

Publication number: DE2856571A1
Application number: DE19782856571
Authority: DE
Inventors: Kenneth Francis Butwell; Daniel John Kubek
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1979-07-05
Also published as: JPS5496475A; US4184855A; FR2413117A1; NL7812615A; MX150634A; JPS5918092B2; TR20543A; BE873127A; BR7808557A; GB2014183A; FR2413117B1; ES476412A1; SU1042603A3; IN150766B; SE440484B; CA1105241A; HU180102B; GB2014183B; IT7831367A0; DE2856571C3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung saurer Gase, insbesondere die Entfernung von gasförmigem CO₂ aus verschiedenen Verfahrensgasen.

Die Entfernung saurer Gase durch Gegenstromabsorption mit Alkanolaminen ist in der Industrie seit mehr als 40 Jahren bekannt. Etwa 1969 wurde ein Korrosionsinhibierungssystem gefunden und später als US PS 3 808 140 patentiert, das viele übliche Beschränkungen bei Konstruktion und Betrieb der MEA-CO₂ Entfernung eliminierte. Seit dieser Zeit wurde ständig an der Verbesserung und Optimierung des MEA-CO₂ Korroslonsinhibierungssystems bezüglich geringerer Kapitalinvestitionen, d.h. Verminderung der Anzahl von Teilen und der Größe der notwendigen Vorrichtung, und bezüglich geringerer Energieerfordernisse zur Durchführung des Verfahrens weitergearbeitet.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Entfernung saurer Gase, bei dem die Notwendigkeit zum Erhitzen und Kühlen aus äußerlichen Quellen auf einem Minimum gehalten wird. Ein weiteres Ziel 1st die Schaffung eines verbesserten, korrosionsinhibierten »Verfahrens * (= Monoäthanolamin)

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zur Entfernung saurer Gase. »

Bei den beiliegenden Zeichnungen bedeutet Fig. 1 ein schema tisches Fließdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung; und

Fig. 2 ist eine Kurve der prozentualen CO₂ Entfernung ("flashing") gegen Temperatur und Beladung.

Erfindungsgemäß wird die säurereiche Aminwaschlösung nahe der Mitte zum Boden der Absorptionskolonne zwecks Verringerung des temperaturkontrollierten Teildruckes des absorbierten, sauren Gases abgekühlt, wodurch eine höhere Beladung als sonst möglich wird. (Zur Vereinfachung der Beschreibung wird sich hier allgemein auf CO₂ als saures Gas bezogen, auf das die vorliegende Erfindung Jedoch nicht beschränkt ist, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht.) In Kombination mit dem Abkühlen der reichen Lösung wird eine Blitzdestillation der reichen Lösung vorgesehen, durch die eine bis-j her nicht erreichbare, niedrige Kocherenergie möglich wird.

Die zum Desorbieren von CO₂ aus dem beladenen Lösungsmittel notwendige Energie wird in der Strippkolonne einer CO₂ Entfernungsanlage vom Amin-Typ geliefert. Bei Üblichen, nichtinhibierten COg-MEA-Entfernungssystemen betrug der zur Schaffung dieser Energie notwendige Wasserdampf gewöhnlich 90 000 Btu/lbs. Mol COg. Korrosionsinhibierte Systeme gemäß der US PS 3 808 140 haben diese Anforderungen wesentlich verringert. Die vorliegende Erfindung vermindert nun die Notwendigkeit zum Erhitzen und Kühlen aus äußerlichen Quellen noch weiter. Je geringer bekanntlich die CO₂ Beladung in der Strippkolonne ist, umso geringer ist die notwendige Wärme, die zugeführt werden muß, und umso geringer ist der erforderliche Durohmess§r der Strippkolonne. Hierin liegt die Grundlage der Verwendung eines .erfindungsgemäßen BIitztankes zur CO₂ Entfernung vor dem tatsächlichen Strippen. Je mehr CO₂ außerhalb des Strippers entfernt wird, indem man sich der hohen Beladung der den entsprechend konstruierten Kontaktor verlassenden Aminlösung bedient

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(Abkühlung der MEA-Lösung)

und die CO

2 Entfernung

durch Büfczverdampfung nahe atmosphärischem Druck erfolgt, umso geringer ist die erforderliche Regenerationswärme. Dann ist ein Teil des Strippens, was die erforderliche Energie betrifft, "gratis". Bei der Konstruktion kann der Blitztank irgendwo in der reichen Lösungsmittelleitung zwischen dem Kontaktor und dem Stripper angeordent werden, wobei jedoch wenig Vorteile durch eine unzureichende Anordnung und Konstruktion desselben erreicht werden. Dabei spielt die Thermodynamik des Systems eine große Rolle. Da CO₂ und H₂O aus einem Hochdruckstrom blitzverdampft werden, wird die für die Verdampfung notwendige Wärme aus der flüssigen Phase als thermische Energie verbraucht. Ist der Blitztank daher unmittelbar anschließend an den Stripper«- einlaß angeordnet, dann wird die fühlbare Wärmeanforderung der Kolonne aufgrund der verminderten Einlaßtemperatur erhöht; und ein durch verminderte CO₂ Beladung erzielter Vorteil wird durch den· negativen Effekt bei der fühlbaren Wärme'verhindert. Dann ist es notwendig, das Bodenmaterial des Blitztanktes (durch Wärmeaustauscher) vor dem Strippen erneut zu erhitzen. DieMqglichteit, die Anordnung unmittelbar stromabwärts der Abzugsleitung des reichen Lösungsmittels aus dem Kontaktor vor dem mageren/reichen Austausch/ weil hier ein angemessenes Erhitzen nach dem Blit.zverdampfen erzielt werden kann, ist aus verschiedenen Gründen ebenfalls unbefriedigend. Je höher die Einlaßtemperatur zum Blitztank, umso besser ist die erzielte Blitzverdampfungswirksamkeit bezüglich der CO₂ Entfernung (vgl. Fig. 2). Die Blitzverdampfungswirksamkeit wird als Prozentsatz der gesamten CO₂ Entfernung, bezogen auf die in der reichen Lösung enthaltene CO₂ Menge, definiert. Daher spielt die Beladung eine wichtige Rolle. Bei 82⁰C werden z.B. weniger als 4 % des CO₂ durch Blitzverdampfung aus einer 0,50 m/m Beladung entfernt, während aus 0,58 m/m fast 13 % entfernt werden können.

- 3a -

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Erfindungsgemäß wird nun versucht, die aus dem Kontaktor aus tretende, reiche Beladung über einen derzeit normalen Wert von etwa 0,50 m/m zu erhöhen. Dies erreicht man durch genaue Konstruktion für eine sehr enge Gleichgewichtsbeladung auf den unteren Böden, während auf einem der unteren Boden ein Zwischenkühler verwendet wird, um das halb-behandelte ("semi-contacted") Amin abzukühlen. Dieses Abkühlen verringert den CO₂ Teildruck im Amin, erhöht die Triebkraft [ ίο der Massenübertragung für COp und erlaubt dadurch eine noch ! höhere Beladung durch Berührung der restlichen, untersten j Böden. Aufgrund der niedrigeren Temperaturen der den Konj taktor verlassenden, reichen Lösung, muß die Blitzverdampj fungsanlage zwischen HX-1 und HX-2 (vgl. Fig. 1) betrieben werden, wodurch eine vernünftige Vor-Blitzverdampfungstemperatur geschaffen wird, während die Fähigkeit zum erneuten Erhitzen der Lösung nach dem Blitzverdampfen vor einem weiteren Strippen aufrechterhalten bleibt.

Das BeSchickungsgas ist eine Mischung auä Verfahrensgas und saurem Gas, wobei das Verfahrensgas z.B. ein Kohlenwasser-, stoff, eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen, Synthesegas oder eine Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff ist. Die im System behandelten Kohlenwasserstoffe sind z.B. Äthan und Methan, die in Form von Erdgas oder Substitut- oder synthetischem Erdgas ("substitute or. synthetic natural gas" s= SNG), Äthylen, Äthan, Propylen, Propan, Mischungen dieser Kohlenwasserstoffe und als vorgereinigter Ausfluß aus dem Kracken von Naphtha oder Rohöl sowie aus der Kohlevergasung vorliegen. Synthesegas ist eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid in unterschiedlichen Verhältnissen, gewöhnlich zwischen etwa 60 bis 80 Vol.-% Wasserstoff und etwa 0,1 bis etwa 20 Vol.-# Kohlenmonoxid, wobei der gegebenenfalls vorliegende Rest aus Kohlendioxid besteht; die Prozentsätze sind auf das Gesamtvolumen des Synthesegases bezogen. Eine typische Mischung besteht aus 77,7 % H₂, 0,3 % CO und 22,0 % CO₂ oder 70 % H₂, 15 % CO und 15 Ji CO₂-Die Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff wird bei der Herstellung von Ammoniak verwendet. Gewöhnlich enthält die

Mischung etwa 20 Vol.-% Stickstoff und etwa 60 Vol.-Jo Wasserf stoff, bezogen auf das Gesamtvolumen der Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff.

Das Beschickungsgas enthält als saures Gas z.B. Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Mischungen derselben in Mengen von etwa 5 bis etwa 60 Vol.-%, bezogen auf das Gesamt·- volumen des Besdtickungsgases. Die Bezeichnung "Gesamtvolumen; des Beschickungsgases¹¹ umfaßt das oben definierte Verfahrensgas und saure Gas, nicht jedoch Wasserdampf und die im folgenden beschriebenen "Verunreinigungen. Die gewöhnlich im Beschickungsgas enthaltene Menge an saurem Gas liegt zwischen etwa 15 und etwa 30 Vol.-%.

Wasser kann und ist gewöhnlich in Mischung mit allen Verfahrensgaskomponenten in Form von Wasserdampf oder -tröpfchen in Mengen zwischen 0 bis zur Sättigung, vorzugsweise bis zur Sättigung, anwesend. Die Sättigung verringert die ^fesserverdanpfung im Bodenteil der Absorptionszone. Es kann ! auch ein wasserfreies Beschickungsgas verwendet werden, was ! jedoch selten der Fall ist.

"Verunreinigungen" werden hier definiert als (a) jedes oben nicht als Verfahrensgas, saures Gas oder Wasserdampf ; definierte Gas und (b) feste Teilchen oder flüssige Tröpfchen (ausschließlich Wassertröpfchen) im Beschickungsgas. Sie können in Mengen bis zu etwa 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Beschickungsgases, vorliegen, sind jedoch vorzugsweise in Mengen nicht über etwa 1 Gew.-96, und in vielen Fällen unter 0,01 Gew.-%, anwesend. Gasförmige Verunreinigungen sind z.B. Schwefeldioxid, Carbonylsulfid und Kohlendisulfid. Feste oder flüssige Verunreinigungen sind z.B. Eisensulfid, Eisenoxid, hoch molekulare Kohlen- :35 Wasserstoffe und Polymere. Jedes Olefin mit mehr als einer Doppelbindung, dreifach gebundene Kohlenwasserstoffe und allgemein jedes Material, das in situ polymerisiert oder reagiert, ist eine unerwünschte Verunreinigung.

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Das Absorptionsmittel ist eine Lösung aus einem Alkanolamin mit 1 bis 3 Alkanolradikalen, wobei jedes Alkanolradikal 1 bis 3 C-Atorae hat, und Wasser. Alkanolamine sind z.B.

Monoäthanolamin (MEA), Diäthanolamin (DEA) und Triäthanolamin (TEA), wobei MEA als Absorptionsmittel bevorzugt wird. Andere geeignete Alkanolamine sind Diisopropanolamin, Monoisopropanolamin, Monoprppanolamin, Dipropanolamin, Tripropanolamin und Triisopropanolamin. Obgleich Mischungen aus

ίο Alkanolaminen verwendet werden können, wird dies nicht bevorzugt. Verwendet werden können Mischungen aus Aminen und inerten anorganischen oder organischen Verbindungen mit einer hohen Löslichkeit für zu entfernende Verunreinigungen. Diese Verbindungen können anstelle von Wasser verwendet

is werden. So kann z.B. eine Behandlungslösung aus Glykol-Amin-Wasser gemäß der US PS 2 177 068 verwendet werden.

j Die wässrige, in das System eingeführte MEA Lösung enthält gewöhnlich etwa 15 bis etwa 70 Gew.-iK> MEA, bezogen auf das Gewicht der Lösung. Bei Verwendung von DEA beträgt der breite Bereich der ursprünglichen Lösung etwa 25 bis etwa Gew.-% und bei TEA liegt dieser Bereich zwischen etwa 40 und etwa 95 Gew.-96. Im erfindungsgemäßen System können z.B. die folgenden typischen Lösungen verwendet werden: j 25 MEA 35 % Wasser 65 %
DEA 50 % Wasser 50 %

TEA 70 % Wasser 30 %

Das System ist vorzugsweise praktisch korrosionsfrei. Andernffalls gehen die Vorteile durch das vorliegende Verfahren im « großtechnischen Betrieb durch verminderte Produktion aufgrund von Schließungszeiten der korrodierten Anlage verloren. Ih einem Kohlendioxidsystem erreicht man Korrosionsfreiheit z.B. durch Verwendung der z.B. in der US PS 3 808 140 beschriebenen Korrosionsinhibitoren oder durch Verwendung einer Vorrichtung aus verschiedenen Titanlegierungen oder verschiedenen korrosionsbeständigen rostfreiaia oder Kohlestahlen oder mit einer mit Glas ausgekleideten Anlage. Jedenfalls ist es zweckmäßig, in einem Kohlendioxid-

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system ein gewisses Antikorrosionssystein zu verwenden. Beim ; Einsatz von Antimon- und Vanadiumverbindungen (vgl. die ]

US PS 3 808 140) werden die Verbindungen in einem Verhält- j ; 5 nis von etwa 1 bis 9 Gew.-Teilen Antimonverbindung zu etwa

9 bis 1 Gew.-Teilen Vanadiumverbindung gemischt, wobei j Verhältnisse von etwa 4 bis 6 Teilen zu etwa 6 bis 4 Teilen,j ! insbesondere jedoch gleiche Teile, bevorzugt werden. Die i Kombination aus Antimon- und Vanadiumverbindungen wird in '. io einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 2,0 Gew.-#, bezogen auf I das Gewicht der wässrigen Alkanolaminlösung einschließlich : des Gewichtes aus Wasser und Alkanolamin, zugefügt.

Die im Verfahren von Absorption, Strippen und Kühlen sowie 515 als Kocher, Filter, Rohre, Turbinen, Pumpen, Blitztanks ' usw. verwendete Vorrichtung ist üblich. Eine typische, im i System verwendete Absorptionskolonne kam als Siebboden-I kontaktor mit 15 bis 35 Siebboden mit einem Bodenabstand

bezüglich der
j von 0,6 m oder dessenAqubraLLarc/Füllung beschrieben werden.

j20 Eine typische, im System verwendete Destillationskolonne

i kann als Siebodenturm mit 15 bis 20 tatäschlichen Böden

\ oder äq valenter Füllung beschrieben werden. Die Kolonne

j enthält in ihrem unteren Teil oder in einem äußerlichen

i Kessel ein rohrförmiges Heizelement oder einen Kocher und

j 25 am Kopf oder außerhalb der Kolonne Kühler und einen Wasser-

I abscheider (in der Zeichnung nicht gezeigt).¹

i In der Zeichnung wird nun das Beschickungsgas durch Leitung ] 1 bei oder nahe des unteren Bodens in den Absorber 2 (Kon-30 taktor) eingeführt, wobei die Einlaßtemperatur des Beschik- ! kungsgases zum Absorber (T ) gewöhnlich zwischen etwa 60 ; und etwa 88⁰C liegt. Zur verstärkten Massenübertragung : sollte jedoch die Temperatur des mit der Lösung in Berührung kommenden Gases vorzugsweise etwa 3 C über der Temperatur der 135 austretenden Lösung liegen, um eine Wasserverdampfung aus : der Lösung in das Gas zu verhindern. Eine Verdampfung be- ¹ wirkt die Bildung eines Dampffilmes, der die gute Massen- ; übertragung vom Gas zur Flüssigkeit inhibiert, weshalb j die Massenübertragung abnimmt. Das Beschickungsgas fließt

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^! aufwärts durch den Absorber und trifft im Gegenstrom auf diej

. als magere Lösung bezeichnete, wässrige Alkanolaminlösung, j

' die bei oder nahe des oberen Bodens von Absorber 2 durch

j 5 Leitung 4 eingeführt wird.

Der Druck im Absorber 2 kann zwischen etwa 1,03 bis 105 ata bis etwa 17,5 bis 56 ata liegen.

Die magere Lösung betritt den Absorber 2 bei einer Temperatur (T₁) zwischen etwa 40 bis etwa 72⁰C, gewöhnlich zwischen etwa 40 bis etwa 52⁰C.

Hauptmasse Das Beschickungsgas, dessen / an saurem Gas absorbiert

wurde, läuft aufwärts durch die Absorberkolonne und tritt als Abgas durch Leitung 3 bei einer Temperatur zwischen etwa 40 bis etwa 72⁰C, gewöhnlich etwa 4o bis 52°C, aus. Das Ab- ! gas (oder Verfahrensgas) kann bis zu etwa 18 000 ppm saures j 20 Gas enthalten, wobei es selbstverständlich den Jeweiligen ; Vorschriften an das Verfahrensgas entsprechen soll, die oft j nur bei 5 ppm saurem Gas liegen. Das erfindungsgemäße Ver- » fahren entspricht diesen breiten Anforderungen ohne Schwierigkeit.

\ Nachdem die magere Lösung das saure.Gas mit Ausnahme des kleinen, oben genannten Bruchteils absorbiert hat, wird sie als reiche Lösung, d.h. als Mischung aus magerer Lösung,

j absorbiertem saurem Gas, zusätzlichem aus dem Beschickungsgas aufgenommenem Wasser und einigen Verunreinigungen, bezeichnet. Die "Beladung der reichen Lösung", die das MoI-

J Verhältnis von saurem Gas zu Alkanolamin der reichen Lösung angibt, liegt zwischen etwa 0,1 bis etwa 1,0, gewöhnlich zwischen etwa 0,50 bis etwa 0,67. Wenn die das saure Gas I enthaltende Lösung eine Temperatur zwischen etwa 58 bis 85⁰Cj vorzugsweise etwa 68°C, erreicht, wird sie durch eine Kühlzone 5 zwecks Temperaturverminderung geführt, worauf der j abgekühlte Strom durch die Absorptionsζone geführt wird, um die molare Beladung der Lösung an saurem Gas/zu erhöhen^

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daß die Temperatur T₂ der die Absorptionszone verlassenden, reichen Lösung nie über 85⁰C steigt, wobei zur Absorption von COp durch MEA Lösungen ein Bereich von 57 bis 85°C bevorzugt wird. Dies wird aufgrund der Massenübertragung bestimmt, die eine Funktion der Kinetik und die Triebkraft des Systems ist. Über und unter diesem Temperaturbereich wird die Massenübertragung von COp in die. MEA Lösung behindert. Temperaturen unter 57°C bewirken eine längere Reaktionsgeschwindigkeit, weil die Kinetik des Systems bei niedrigeren Temperaturen vermindert wird. Temperaturen über 85°C beeinflussen die CO₂ Triebkraft zwischen dem CO₂ in der Gasphase und dem absorbierten CO₂. Daher erfolgt der größte j Teil der Absorption vorzugsweise in diesem Temperaturbereich·! Aber selbstverständlich erlaubt die Hinzufügung von Massen- \ Übertragungsanlagen (Böden) in den Absorberkolonnen ein j Arbeiten bei höheren und niedrigeren Absorptionstemperaturen\ allerdings mit nicht erwünschten, erhöhten Kapitalkosten * -; Die hoch beladene, reiche Lösung verläßt den Absorber 2 bei oder nahe des unteren Bodens durch Leitung 8 bei einer Absorberausgangstemperatur (T₂) zwischen etwa 57 bis 85⁰C, gewöhnlich zwischen etwa 63 bis etwa 68⁰C. Die Absorberausgangstemperatur der reichen Lösung ist vorzugsweise niedrige: als die Eingangstemperatur des Beschickungsgases.

Die reiche Lösung läuft vom Boden der Absorberkolonne 2 zum ersten Wärmeaustauscher 10, wo sie in Wärmeaustauschbeziehung zur zurückgeführten, regenerierten Alkanolaminlösung tritt, um die Temperatur der Lösung auf T* zu erhöhen. Die erhitzte, reiche Lösung wird bei Temperaturen zwischen 77 bis 91⁰C durch Leitung 9 zum Blitzverdampfunggefäß 12 geleitet, wo CO₂ durch Leitung 7 aus der reichen Lösung bei Drucken zwischen 0 bis 4,2, vorzugsweise 0,525-1,169, ata blitzverdampft wird. Wie oben erwähnt und aus Fig. 2 ersichtlich, hängt die Menge an Blitzverdampfung von der Blitzverdampfungstemperatur und der Beladung an saurem Gas ab. Je höher die Temperatur und die Gasbeladung, umso höher ist die Blitzverdampfung. Die Blitzverdampfung verringert die Temperatur des den Blitztank 12 verlassenden Stromes auf T^

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zwischen 68 bis 82°C. Entsprechend wird der Strom durch Pumpe 2 über Leitung 13 zu einem zweiten Wärmeaustauscher 14 geführt, wo die Temperatur auf 93 bis 116⁰C erhöht wird, um die aus den Kochern 23 erforderliche Wärme zum Abstrippen von COo aus der Lösung auf einem Minimum zu halten. Die Lösung wird durch Leitung 22 zum Stripper 19 geleitet. Die magere Lösung verläßt den Stripper 19 bei einer Temperatur Tg zwischen 116 bis 138°C und wird durch Leitung 16 und 17 zu den Wärmeaustauschern 14 und 10 und ' dann durch Leitung 18 zum Kühler für die magere Lösung zurückgeführt. Dann wird die abgekühlte magere Lösung durch Pumpe 24 zum Kopf der Absorberkolonne 2 eingeführt, und der Zyklus wird wiederholt.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsdaten zeigen deutlich die Vorteile der vorliegenden Erfindung.

Das Konzept der vorliegenden Erfindung wird in ein System der oben beschriebenen Art dargestellt, wobei"eine 35 gew.- %ige MEA Lösung als Absorptionsmittel verwendet wird. Der eintretende Gasstrom fließt mit 6133 kg Mol/std,

von denen 1089 kg Mol/std

CO₂ sind, und betritt

den Absorber mit 66⁰C. Der eintretende Gasstrom ist mit Wasser gesättigt; der Druck bei der Berührung beträgt 2,66 Zum leichteren Vergleich der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen anderen Systemen auf äquivalenter Basis wurde die Gleichgewichtsannäherung der Beladung des reichen Lösungsmittelstromes konstant auf etwa 87 % gehalten. Die Lösungsfließgeschwindigkeit beträgt 2 300 gpm, die Absorbereintrittstemperatur 41⁰C und die magere Beladung 0,21 Mol CO₂ pro Mol Amin. Die teilweise mit CO₂ beladene MEA Lösung wird durch einen Zwischenkühler bei etwa 66⁰C hindurchgeführt und dann zum Absorber zurückgeleitet, wo die reiche Lösung auf 0,56 Mol CO₂ pro Mol Amin erhöht wird. Die Lösung verläßt den Absorber bei 57⁰C, und das CO₂ im Abgas ist auf 100 ppm verringert. Der Zwischenkühler erforderte 46,9 MM Btu/hr bei einer Kühlwassergeschwindigkeat von 3 124 gpm zum Kühlen der teilweise beladenen MEA Lösung

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Die reiche Aminlösung wurdebei einer Temperatur von 57⁰C zum Wärmeaustauscher 10 geleitet und tritt mit 8O⁰C aus. Die zurückgeführte, magere Aminlösung tritt bei 87°C ein und verläßt diesen bei 64,5⁰C. Dann wird die Lösung zum Blitztank geführt und auf einen Druck von O atü blitzverdampft. Die Temperatur der reichen Lösung wird durchj die Blitzverdampfung von 8O⁰C auf 74°C verringert, und durch! die Blitzverdampfung werden I68 kg Mol/std CO₂ entfernt.) Der CO₂ Gehalt der reichen Lösung wird dadurch von 1742 ' j auf 1574 kg Mol/hr verringert. j

Dann wird die Lösung bei 74⁰C zum zweiten Wärmeaustauscher 14 geleitet, wo die reiche Aminlösung durch die zurückgeführte, bei 121⁰C eintretende und bei 87⁰C austretende, magere Aminlösung auf 11O⁰C erhitzt wurde.

Dann läuft die reiche Lösung mit 11O⁰C zum Stripper, wo 42,7 M Btu/lb Mol CO₂ zum Abstrippen der CO₂ reichen Aminlösung von 1574 kg Mol/std auf 653 kg Mol/std notwendig sind.

An diesem Punkt ist es zweckmäßig das erfindungsgemäße Verfahren mit anderen Verfahren zu vergleichen. Tabelle I zeigt die verschiedenen Systeme. Sehr wichtig in jedem Verfahren ist die pro Mol CO₂ erforderliche Energie, weil sich hier der tatsächliche Energieverbrauch zeigt. Allerdings können verschiedene Alternativen eine erhöhte Kapitalinvestition zur Verringerung der Energiekosten erfordern. Dies wird im zweiten Vergleichsindex, dem Betriebsindex, gezeigt, der sich aus den Betriebskosten ierleitet, die die jährlichen

Energiekosten mit einer fixen, jährlichen Kapital-Vorrichtung amortisation für die besondere/kombinieren. Dann wird der Betriebsindex zum bekannten Grundverfahren mit einem Wert von 1,0 in Bezug gesetzt.

Beim Versuch, die bekannte Grundkonzeption (Spalte 1) bezüglich Energieverbrauch zu verbessern, kann man eine Blitzverdampfung anwenden, um die CO₂ Beladung bei der

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Strippkolonne zu verbessern. Die Wirkung wird in Spalte 2 gezeigt. Die Hauptschwierigkeit bei dieser Alternative liegt darin, daß die Beladung der reichen Lösung durch Gleichgewichtsüberlegungen auf 0,5 m/m beschränkt ist, was das Maß an erzielbarer Blitzverdampfung begrenzt (vgl. Fig. 2). Man kann weiter versuchen, die notwendige Reaktions- und Verdampfungsenthallpie der Strippkolonne durch erhöhte Beladung der mageren Lösung von 0,15 auf 0,21 m/m zu verringern (Spalte 3). Leider wird der potentielle Vorteil durch erhöhte Anforderungen an fühlbarer Wärme im Zusammenhang mit der hohen Fließgeschwindigkeit der Lösung eingeschränkt, die der erhöhten Beladung der mageren Lösung folgt, wenn die Beladung der reichen Lösung durch Gleichgewichtsüberlegungen fixiert ist. Wie ersichtlich,'kann man eine gewisse Verbesserung bezüglich der erforderlichen Energie und der Betriebskosten erreichen (von 55 M Btu/lb Mol CO₂ und OI = 1,0 auf 46 M BtuAb Mol CO₂ und 01 =- 0,94). Man kann auch versuchen, die Beladung der reichen Lösung durch Verwendung eines Zwischenkühlers zu erhöhen. Dabei ergeben sich bei einer niedrigeren Temperatur der reichen Lösung höhere Beladungen derselben, um dieselben Gleichgewichtsüberlegungen zu erreichen. Die Wirkung kann durch eine erhöhte Beladung der mageren Lösung weiter verstärkt werden, wodurch bessere thermodynamische Bedingungen im Stripper erreicht werden. Die Ergebnisse zeigen wiederum die Verbesserung (von 55 M Btu/lb Mol CO₂ und 01 = 1,0 auf 47,8 M Btu/lb Mol CO₂ und 01 = 0,93) (Spalte 4). Eine deutliche Verbesserung wurde durch entsprechende Kombination der beiden oben genannten Möglichkeiten erzielt. Die gewünschten Konstruktionscharakteristika erzielt man nur unter Berücksichtigung des synergxstischen Effektes dieser Kombination. Die Blitzverdampfung ist zweckmäßig, um die CO₂ Beladung beim thermischen Strippen zu verringern; " die Thermodynamik der Blitzverdampfung bestimmt deren Wirksamkeit als Funktion der Eingangsbeladung. Daher sind innerhalb des Gleichgewichtskonzeptes möglichst hohe Eingangsbeladungen der reichen Lösung zweckmäßig, weil mit

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üblichen Beladungen nicht die hohe Blitzverdampfungswirksam-j keit erreicht werden kann, die für einen wirtschaftlichen j Energieverbrauch notwendig ist. Die Verwendung eines j

& Zwischenkühlers begünstigt die erhöhte Blitzverdampfungswirksamkeit durch Verringerung der endgültigen Begrenzungen durch Gleichgewichtsüberlegungen und erlaubt eine höhere Beladung am Absorberausgang. Der Zwischenkühler ist auch aus einem anderen Grund wichtig. Die erhöhte Beladung der mageren Lösung kann sich für die Stripperkonstruktion nur günstig auswirken, wenn man die erforderliche fühlbare Wärme aufgrund der erhöhten Fließgeschwindigkeit der Lösung nicht ansteigen läßt. Durch Zwischenkühlung kann die Beladung der reichen Lösung zur Erzielung einer äquivalenten Nettobeladung erhöht werden, wodurch sich eine verbesserte thermodynamische Situation im Stripper und Absorber ergibt. Die gegenseitige Beeinflussung Jeder Konstruktionskomponente schafft eine optimale Kombination von Wirkungen, die dem erfindungsgemäßen, kombinierten System einen geringeren Netto-Energieverbrauch als die einzelnen Komponenten, für sich genommen, verleihen«, Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der optimalen Stellung des Zwischenkühlers und Blitztanks und der sorgfältigen Wahl aller Konstruktionsparameter zur Erreichung eines gut ausgewogenen Systems. Wie aus Spalte 5 der folgenden Tabelle ersichtlich, erhält man erfindungsgemäß einen erheblich verringerten Energieverbrauch beim Strippen von 42,7 M Btu/lb Mol CO₂ und einen gesamten Betriebsindex/von 0,89. Die verminderte Strippenergie zeigt sich in deutlichen Einsparungen der Energiekosten (Energie-Index 0,77). Diese hohen Energieeinsparungen machen die erhöhte Kapitalinvestition, die sich iin gesamten Betriebsindex von 0,87 widerspiegelt, mehr als wett.

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Tabelle 1

Belad.d.reichen Lösung Belad.d.mageren Lösung Gleichgewicht M Btu/Molanzahl

Kapitalinvestition (Mill. $)

Energiekosten (Mill. $ pro Jahr)

Betriebskosten (Mill. $ pro Jahr) Kapitalindex Energieindex Betriebsindex

Stand St.d.Tech. +
der Blitzverdampf.
Technik

St.d.Techn. St„a.Techn.
+ BIitζver- W/Zwischendampf, kühler

erfindungsgemäß Zwi s chenkühl.+ ! Blitzverdamp- I f i

0,50	0,50	0,50	0,56
0,15	0,15	0,21	0,21
87,57c	87,5%	87₇57o	'87,52
55,0	49,1	46,0	47,8
4535	5593	5573	5523
3520	3159	2996	3028
4427	4278	4151	4133
1,0	1,23	1,27	1,22
1,0	0,90	0,85	0^86
1,0	0,97	0,94	0.93

0,56 0,21 87,5%

⁴V

6154 2708

3939 1,36 0,77

0,89

Claims

Patentansprüche\

1.- Kontinuierliches Verfahren zur Entfernung von sauren ! Gasen aus einer Beschickungsgasmischung durch Berührung der-j selben mit einer wässrigen Alkanolaminlösung, wobei das | Alkanolamin 1 bis 3 Alkanolradikale aufweist und jedes Radi-j kai 2 oder 3 C-Atome hat, dadurch gekennzeichnet, daß man j (a) in eine Absorptionszone eine Beschickungsgasmischung \ aus Verfahrensgas und saurem Gas, umfassenfein Verfahrensgas! aus der Gruppe von Kohlenwasserstoffen, Kohlenwasserstoff- j mischungen, Synthesegas und einer Mischung aus Stickstoff j und Wasserstoff, und etwa 5 bis etwa 60 Vol.-JN> eines sauren j Gases aus der Gruppe von Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Mischungen derselben, wobei sich der Vol.-Prozentsatz ! 15 auf das Gesamtvolumen der in die Afcsorptionszone eingeführten Mischung aus Verfahrensgas und sauren Gas bezieht, bei einer Einlaßtemperatur in die Absorptionszone (T ) für die Beschickungsgasmischung zwischen 60 bis 88 C einführt;

(b) die Beschickungsgasmischung in der Absorptionszone im j Gegenstrom mit einer Mischung aus einer wässrigen Alkanolj aminlösung einer Konzentration von 15 bis 95 Gew.-% Alka- \ nolamin und einer Temperatur (T^) von. 41 bis 72⁰C. zwecks ; Absorption des sauren Gases aue der Beschickungsgasmischung j 25 in Berührung bringt;

} (c) mindestens den größten Teil der abwärts fließenden, das f saure Gas enthaltenden Alkanolaminlösung durch eine Kühlzone zwecks Verminderung der Temperatur der Lösung führt, nachdem die Lösung eine Temperatur von 57 bis 85⁰C erreicht hat, worauf man die gekühlte, saures Gas enthaltende Lösung zur Erhöhung der molaren Beladung der Lösung an saurem Gas durch eine Absorptionszone führt, wobei die Temperatur (T₂) der reichen, die Absorptionszone verlassenes den Lösung 85°C nie übersteigt;

(d) die an saurem Gas reiche Lösung mit einer sauren Gasbeladung von 0,50 bis 0,67 m/m vom Boden der Absorptionszone entfernt und in Wärmeaustauschbeziehung zu einer zurückge-

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führten, regenerierten Alkanolaminlösung leitet, um die Temperatur der reichen Lösung (T^) auf 77 bis 91⁰C zu \ bringen; j

!

(e) die erhitzte, reiche Lösung aus Stufe (d) zu einer j ; Blitzverdampfungszone zwecks Entfernung von weiterer BeIa- j : dung an saurem Gas aus der Alkanolaminlösung, als wenn der Strom nicht erhitzt wäre, leitet, wobei die Blitzverdampfung die Temperatur der Lösung auf (T^) 68 bis 82⁰C vermindert; j

(f) den saures Gas enthaltenden Strom mit verminderter Tempe| ratur aus Stufe (e) in Wärmeaustauschbeziehung zur zurück- j geführten, regenerierten Alkanolaminlösung führt, um die

is Temperatur auf (Tr) 93 bis 116°C zu erhöhen;

(g) die erhitzte Lösung aus Stufe (f) in eine Strippzone einführt, so daß dem System zur Entfernung des sauren Gases aus der Lösung weniger fühlbare Wärme zugegeben werden

s 20 braucht;

; (h) die Mischung aus saurem Gas und einem geringeren Anteil ^! Wasser von der in den Stripper eingeführten Lösung abtrennt, ; wobei das abgetrennte Wasser in Form von Wasserdampf vorliegt, und die Mischung über Kopf aus der Strippzone entfernt;

(i) die restliche Lösung aus Stufe (h) vom Boden der Strippzone bei einer Temperatur (Tg) zwischen 116 bis 138°C. ™ entfernt;

(j) die heiße regenerierte Lösung aus Stufe (i) in Wärmeaustauschbeziehung zu den Lösungen in Stufe (d) und (f) leitet und dann zu einer Kühlzone führt, wo die Tempera

tur (T₁) auf 41 bis 72 C verringert wird; und

(k) die Lösung aus Stufe (j) zur Absorptionszone zurückführt;.

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2.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkanolamin Monoäthanolamin verwendet wird.

3·- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als saures Gas COp verwendet wird.

4.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkanolaminlösung eine Monoäthanolaminlösung mit einer Konzentration zwischen 15 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 35 Gew.-%, ist.

5,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur Tp zwischen 57 bis 85°C, vorzugsweise zwischen 63 bis 68⁰C, liegt.

6,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Alkanolaminlösung als Koorosionsinhibitoren Antimon- und Vanadiumverbindungen in solcher Mischung enthält, daß ein Verhältnis von etwa 1 bis 9 Gew.-Teilen Antimonverbindung zu etwa 9 bis 1 Gew.-Teil Vanadiumverbindung vorliegt.

7·- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen etwa 4 bis 6 Teilen Antimonverbindung zu etwa 6 bis 4 Teilen Vanadiumverbindung beträgt.

8.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkanolaminlösung eine inerte organische Verbindung enthält.

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9·- Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung mit saurem Gas etwa 0,56 m/m beträgt.

Der Patentanwalt:.

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9Β77/1Π2*