DE2856571C3

DE2856571C3 - Kontinuierliches Verfahren zur Entfernung aus einer Beschickungsgasmischung

Info

Publication number: DE2856571C3
Application number: DE2856571A
Authority: DE
Inventors: Daniel John Greenburgh N.Y. Kubek
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1982-06-24
Also published as: IN150766B; SE7812626L; HU180102B; FR2413117B1; SE440484B; CA1105241A; BG47650A3; JPS5496475A; TR20543A; IT7831367A0; DE2856571B2; JPS5918092B2; MX150634A; FR2413117A1; NL7812615A; GB2014183B; DE2856571A1; BE873127A; GB2014183A; BR7808557A

Description

Die Entfernung saurer Gase, insbesondere CO2 und/oder HA durch Gegenstromabsorption mit Alkanolarninen ist in rler Industrie seit mehr als 40 Jahren bekannt Etwa 1969 wurde ein Korrosionsinhibierungssystem gefunden und später als US-PS 38 08 140 patentiert, das viele übliche Beschränkungen bei Konstruktion und Betrieb der MEA( = Monoäthanolamin)-CO2 Entfernung eliminierte. Seit dieser Zeit wurde ständig an der Verbesserung und Optimierung des MEA-CO? Korrosionsinhibierungssystems 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 von CÖ2 und/oder HaS₁ bei dem die Notwendigkeit zum Erhitzen und Kühlen aus äußerlichen Quellen auf einem Minimum gehalten wird. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines verbesserten, korrosionsinhibierten Verfahrens zur Entfernung von CO2 und/oder H2S.

(Hinfort wird unter »saures Gas« COj, gegebenenfalls in Mischung mit HjS, verstanden.)

Bei den beiliegenden Zeichnungen bedeutet

F i g. 1 ein schematisches Fließdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

F i g. 2 ist eine Kurve der prozentualen CO₂-Entfernung gegen Temperatur und Beladung. M/M bedeutet dabei Mol/Mol.

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. In Kombination mit dem Abkühlen der reichen Lösung wird eine Blitzdestillation der reichen Lösung vorgesehen, durch die eine bisher nicht erreichbare, niedrige Kocherenergie möglich wird.

Die zum Desorbieren von CO₂ aus dem beladenen Lösungsmittel notwendige Energie wird in der Strippkolonne einer C02-Entfernungsanlage vom Amin-Typ geliefert Bei üblichen, nichtinhibierten CO₂-MEA-Emfernungssystemen betrug der zur Schaffung dieser Energie notwendige Wasserdampf gewöhnlich 209 000 KJ/Kg Mol CO₂. Korrosionsinhibiene Systeme gemäß der US-PS 38 08 140 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 COrBeladung in der Strippkolonne ist, um so geringer ist die notwendige Wärme, die zugeführt werden muß, und um so geringer ist der erforderliche Durchmesser der Strippkolonne. Hierin liegt die Grundlage der Verwendung eines erfindungsgemäßen Blitttankes zur COrEntfernung 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 (Abkühlung der MEA-Lösung) und die CO2-Entfernung durch Blitzverdampfung nahe atmosphärischem Druck erfolgt, um so geringer isi die erforderlicne Regenerationswärme. Dann ist ein Teil des Strippens, was sie erforderliche Energie betrifft, »gratis«. Bei der Konstruktion kann der Blitztank irgendwo in der reichen Lösungsmittelleitung zwischen dem Kontaktor und dem Stripper angeordnet 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 blitzverdampf; werden, wird die für die Verdampfung notwendige Wärme aus der flüssigen Phase als thermische Energie verbraucht. Ist der Blitztank daher unmittelbar anschließend an den Strippereinlaß angeordnet, dann wird die fühlbare Wärmeanforderung der Kolonne aufgrund der vermindenen Einlaßtemperatur erhöht; und ein durch verminderte CO₂-Beladung erzielter Vorteil wird durch den negativen Effekt bei der fühlbaren Wärme vermindert. Dann ist es notwendig, das Bod'.'nmaterial des Blitztankes (durch Wärmeaustauscher) vor dem Strippen erneut zu erhitzen. Die Möglichkeit, die Anordnung unmittelbar stromabwärts der Abzugsleitung des reichen Lösungsmittels aus dem Kontaktor vor dem magerert/reichen Austausch anzubringen, weil hier ein angemessenes Erhitzen nach dem Blitzverdampfen erzielt werden kann, ist aus verschiedenen Gründen ebenfalls unbefriedigend. Je höher die EinläßtemperatUf zum Blitztank, um so besser ist die erzielte Blitzverdampfungswirksamkeit bezüglich der CO₂-Enifemung (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 82° C 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.

Erfindungsgemäß wird nun versucht, die aus dem Kontaktor austretende, reiche Beladung über einen derzeit normalen Wert von etwa 0,50 mol/mol 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 Amin abzukühlen. Dieses Abkühlen verringert den COrTeildruck im Amin, erhöht die Triebkraft der Massenübertragung für CO₂ und erlaubt dadurch eine noch höh ;re Beladung durch Berührung der restlichen, untersten Böden. Aufgrund der nie igeren Temperaturen der den Kontaktor verlassenden, reichen Lösung, muß die Blitzverdampfungsanlage zwischen HX-I und HX-2 (vgl. Fig. 1) betrieben werden, wodurch eine vernünftige Vor-Blitzverdampfungstemperatur geschaff η wird, während die Fähigkeit zum erneuten Erhitzen der Lösung nach dem Blitzverdampfen vor einem weiteren Strippen aufrechterhalten bleibt

Das Beschickungsgas ist eine Mischung aus Verfahrensgas und saurem Gas, wobei das Verfahrensgas z. B. ein Kohlenwasserstoff, eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen, Synthesegas oder eine Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff ist. Die im System behandelten Kohlenwasserstoffe sind z. B. Äihan und Methan, die in Form von Erdgas oder Substitut- oder synthetischem Erdgas (SNG), Äthylen, Äthan, Propylen, Propan, Mischungen dieser Kohlenwasserstoffe und als vorgereinigter Ausfluß aus dem Kracken von Naphtha oder Rohöl sowie aus der Kohlevergasung völligen. Synthesegas ist cmc Mischung aus Wasserstoff und Kuhlen monoxid 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% CO₂. Die Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff wird bei der Herstellung von Ammoniak verwendet Gewöhnlich enthält die Mischung etwa 20 Vol.-<*6 Stickstoff und etwa 60 Vol.-% Wasserstoff, bezogen auf das Gesamtvolumen der Mischung aus Stickstof und Wasserstoff.

P.is Beschickungsgas enthält als saures Gas z. B. Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Mischungen derselben in Mei gen von etwa 5 bis etwr- 60 Vol.%. bezogen auf das Gesamtvolumen des Beschickungsgases. Die Bezeichnung »Gesamtvolumen des Beschikkungsgases« umfaßt das oben definierte Verfahrensgas und saure Gas, nicht jedoch Wasserdampf und die im folgenden beschriebenen Verunreinigungen. Die ge wohnlich im Beschickungsgas enthaltene Menge an saurem Gas liegt zwischen etwa 15 und etwa 30 Vol.-%.

Wasser kann und ist gewöhnlich in Mischung mit allen Verfahrerisgäskomoonenten in Form von Wasserdampf oder -tröpfchen in Mengen zwischen 0 bis zur Sättigung, Vorzugsweise bis zur Sättigung, anwesend. Die Sättigung verringert die Wasserverdampfung 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 Beschikkungsgases, vorliegen, sind jedoch vorzugsweise in Mengen nicht über etwa 1 Gew.-%, und in vielen Fällen unter 0,01 Gew.-%, anwesend. Gasförmige Verunreinigungen sind z. B. Schwefeldioxid, Carbonylsulfid und Kohlendisulfid. Feste oder flüssige Verunreinigungen sind z. 3. Eisensulfid, Eisenoxid, hoch molekulare Kohlenwasserstoffe 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. zn

Das Absorptionsmittel ist eine Lösung aus einem Alkanolamin mit 1 bis 3 Alkanolradikalen, wobei jedes Alkanolradikal 1 bis 3 C-Atome 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, Monopropanolamin, Dipropanolamin, Tripropanolamin und Triisopropanolamin. Obgleich Mischungen aus Alkanolaminen verwendet werden können, wird dies nicht bevorzugt Verwendet werden können Mischungen aus Aminen und inerten anorganischen oder organischen Veibindungen mit einer hohen Löslichkeit für zu entfernende Verunreinigungen. Diese Verbindungen können anstelle von Wasser verwendet werden. So kann z. B. eine Behandlungslösung aus Glykol-Amin-Wasser gemäß der US-PS 21 77 068 verwendet werden.

Die wäßrige, in das System eingeführte MEA-Lösung enthält gewöhnlich etwa 15 bis etwa 70 Gew.-% MEA. ao bezogen auf das Gewicht der Lösung. Bei Verwendung von DEA beträgt der breite Bereich der ursprünglichen Lösung etwa 25 bis etwa 90 Gew.-% und bei TEA liegt dieser Bereich zwischen etwa 40 und etwa 95 Gew.-%. Im erfindungsgemäßen System können z. B. die folgenden typischen Lösungen verwendet werden:

MEA 35%
DEA 50%
TEA 70%

Wasser 65%
Wasser 50%
Wasser 30%

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Das System isi vorzugsweise praktisch korrosionsfrei. Andernfalls gehen die Vorteile durch das vorliegende Verfahren im großtechnischen Betrieb durch verminderte Produktion aufgrund von Schließungszeiten der korrodierten Anlage verloren. In einem Kohlendioxidsystem erreicht man Korrosionsfreiheit z.B. durch Verwendung der z. B. in der US-PS 38 08 140 beschriebenen Korrosionsinhibitoren oder durch Verwendung einer Vorrichtung aus verschiedenen Titanlegierungen oder verschiedenen korrosionsbeständigen rostfreien oder Kohlestahlen oder mit einer mit Glas ausgekleideten Anlage. Jedenfalls ist es zweckmäßig, in einem Kohlendioxidsystem ein gewisses Antikorrosionssystem zu verwenden. Beim Einsatz von Antimon- und Vanadiumverbindungen (vgL die US-PS 38 08140) werden die Verbindungen in einem Verhältnis von etwa 1 bis 9 Gew.-Teilen Antimonverbindung zu etwa 9 bis 1 Gew.-Teilen Vanadiumverbindung gemischt, wobei Verhältnisse von etwa 4 bis 6 Teilen zu etwa 6 bis 4 Teilen, insbesondere jedoch gleiche Teile, bevorzugt werden. Die Kombination aus Antimon- und Vanadiumverbindungen wird in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Alkanolaminlösung einschließlich des Gewichtes aus Wasser und Alkanolamin, zugefügt.

Die im Verfahren von Absorption, Strippen und Kühlen sowie als Kocher, Filter, Rohre, Turbinen, Pumpen, Blitztanks usw. verwendete Vorrichtung ist üblich. Eine typische, im System verwendete Absorptionskolonne kann als Siebbodenkontaktor mit 15 bis 35 Siebboden mit einem Bodenabstand von 0,6 tn oder dessen Äquivalent bezüglich der Füllung beschrieben werden. Eine typische, im System verwendete Destillationskolonne kann als Siebbodenturm mit 15 bis 20 tatsächlichen Böden oder äquivalenter Füllung beschrieben werden. Die Kolonne enthält in ihrem unteren

Heizelement oder einen Kocher und am Kopf oder außerhalb der Kolonne Kühler und einen Wasserabscheider (in der Zeichnung nicht gezeigt).

In der Zeichnung wird nun das Beschickungsgas durch Leitung 1 bei oder nahe des unteren Bodens in den Absorber 2 (Kontaktor) eingeführt, wobei die Einlaßtemperatur des Beschickungsgases zum Absorber (To) gewöhnlich zwischen etwa 60 und etwa 88⁰C liegt. Zur vi.fjtärkten Massenübertragung sollte jedoch die Temperatur des mit der Lösung in Berührung kommenden Gases vorzugsweise etwa 3⁰C über der Temperatur der austretenden Lösung liegen, um eine Wasserverdampfung aus der Lösung in das Gas zu verhindern. Eine Verdampfung bewirkt die Bildung eines Dampffilmes, der die gute Massenübertragung vom Gas zur Flüssigkeit inhibiert, weshalb die Massenübertragung abnimmt. Das Beschickungsgas fließt aufwärts durch den Absorber und trifft im Gegenstrom auf die als magere Lösung bezeichnete, wäßrige Alkanolaminlösung, die bei oder nahe des oberen Bodens von Absorber 2 durch Leitung 4 eingeführt wird.

Der Druck im Absorber 2 kann zwischen etwa 1,0 bis 103 bar bis etwa 17,2 bis 55 bar liegen.

Die magere Lösung betritt den Absorber 2 bei einer Temperatur (Γι) zwischen etwa 40 bis etwa 72°C gewöhnlich zwischen etwa 40 bis etwa 52° C

Das Beschickungsgas, dessen Hauptmasse 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 40 bis 52"C, aus. Das Abga„ (oder Verfahrensgas) kann bis zu etwa 18 000 ppm saures Gas enthalten, wobei es selbstverständlich den jeweiligen Vorschriften an das Verfahrensgas entsprechen soll, die oft nur bei 5 ppm saurem Gas liegea Das erfindungsgemäße Verfahren entspricht diesen breiten Anforderungen ohne Schwierigkeit

Nachdem die magere Lösung das saure Gas mit Ausnahme des kleinen, obengenannten Bruchteils absorbiert hat, wird sie als reiche Lösung, d.h. als Mischung aus magerer Lösung, absorbiertem saurem Gas, zusätzlichem aus dem Beschickungsgas aufgenommenem Wasser und einigen Verunreinigungen, bezeichnet Die »Beladung der reichen Lösung«, die das Mol-Verhältnis von saurem Gas zu Alkanolamin der reichen Lösung angibt, liegt zwischen etwa 0,i bis etwa 1,0, gewöhnlich zwischen etwa 0,50 bis etwa 0,67. Wenn

die das saure Gas enthallende Lösung eine Temperatur zwischen etwa 58 bis 85°G, vorzugsweise etwa 68°C, erreicht, wird sie durch eine Kühlzone 5 zwecks Temperaturverminderung geführt, worauf der abgekühlte Strom durch die Absorptionszone geführt wird, S um die molare Beladung der Lösung an saurem Gas so zu erhöhen, daß die Temperatur 7-2 der die Absorptionszone verlassende^ reichen Lösung nie über 85°C steigt, wobei zur Absorption von CO2 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 COj in die M EA-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 COj-Triebkraft zwischen dem CO2 in der Gasphase und dem absorbierten Cö?. Daher erfoigt der größte Teil tier zo Absorption vorzugsweise in diesem Temperaturbereich. Aber selbstverständlich erlaubt die Hinzufügung von Massenübertragungsanlagen (Böden) in den Absorberkolonnen ein Arbeiten bei höheren und niedrigeren Absorptionstemperaturen, allerdings mit nicht erwünschten, erhöhten Kapitalkosten. Die hoch beiadene, reiche Lösung verläßt den Absorber 2 bei oder nahe des unteren Bodens durch Leitung 8 bei einer Absorberausgangstemperatur (Γ2) zwischen etwa 57 bis 85° C, gewöhnlich zwischen etwa 63 bis etwa 68° C. Die Absorberausgangstemperatur der reichen Lösung ist ■vorzugsweise niedriger 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 T₃ zu erhöhen. Die erhitzte, reiche Lösung wird bei Temperaturen zwischen 77 bis 91°C durch Leitung 9 zum Blitzverdampfungsgef|ß 12 geleitet, wo CO2 durch Leitung 7 aus der reichen Lösung bei Drucken zwischen 0 bis 4,1, vorzugsweise 0,52 -1,15 bar blitzverdampft wird. Wie oben erwähnt und aus F i g. 2 ersichtlich, hängt die Menge an Blitzverdampfurtg von der Blitzverdampfungstemperatur und der -»5 Beladung an saurem Gas ab. Je höher die Temperatur und die Gasbeladung, um so höher ist die Blitzverdampfung. Die Blitzverdampfung verringert die Temperatur des den Blitztank 12 verlassenden Stromes auf 7« 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 116° C erhöht wird, um die aus den Kochern 23 erforderliche Wärme zum Abstrippen von CO2 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 7J 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 21 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 35gew.-°/oige 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 26,1 bar. Zum leichteren Vergleich der vorliegenden Erfindung mit Verschiedenen anderen Systemen auf äquivalenter Basis v/urde die Gleichgewiehtsannäherung der Beladung des reichen Lösungsmittelstromes konstant auf etwa 87% gehalten. Die Lösungsfließgeschwindigkeit beträgt 2300g/mol, die Absorbereintrittstemperatur 41°G und die magere Beladung 0,21 Mol CO2 pro Mol Amin. Die teilweise mit CO2 beiadene MEA-Lösung wird durch einen Zwischenkühler bei etwa 66°C hindurchgeführt und dann zum Absorber zurückgeleitet, wo die reiche Lösung auf 0,56 Mol CO? pro MoI Amin erhöht wird. Die Lösung verläßt den Absorber bei 57° C, und das COj im Abgas ist auf 100 ppm verringert. Der Zwischenkühler erforderte 49,43XlO⁶KJZSId. bei einer Kühlwassergeschwindigkeit von 3i24g/moi zum Kühlen der teilweise beladenen MEA-Lösung. Die reiche Aminlösung wurde bei einer Temperatur von 57" C zum Wärmeaustauscher 10 geleitet und tritt mit 80° C aus. Die zurückgeführte, magere Aminlösung tritt bei 87° C ein und verläßt diesen bei 64,5° C. Dann wird die Lösung zum Blitztank geführt und auf atmosphärischen Druck blitzverdampft Die Temperatur der reichen Lösung wird durch die Blitzverdampfung von 80° C auf 74° C verringert, und durch die Blitzverdampfung werden 168 kg Mol/std CO2 entfernt. Der CO2-Gehalt der reichen Lösung wird dadurch von 1742 auf 1574 kg Mol/hr verringert.

Dann wird die Lösung bei 74° C zum zweiten Wärmeaustauscher 14 geleitet, wo die reiche Aminlösung durch die zurückgeführte, bei 121⁰C eintretende und bei 87° C austretende, magere Aminlösung auf ,110°C erhitzt wurde.

Dann läuft die reiche Lösung mit 110° C zum Stripper, wo 99 lOOKJ/Kg Mol CO* 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 erfindu-gsgemäße 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 herleitet die die jährlichen Energiekosten mit einer fixen, jährlichen Kapitalamortisation für die besondere Vorrichtung kombinieren. Dann wird der Betriebsindex zum bekannten Grund verfahren 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 COrBeladung bei der 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 mol/mol beschränkt ist was das Maß an erzielbarer Blitzverdampfung begrenzt (vgL Fig.2). Man kann weiter versuchen, die notwendige Reaktionsund Verdampfungsenthalpie der Strippkolonne durch erhöhte Beladung der mageren Lösung von 0,15 auf 021 mol/mol zu verringern (Spalte 3). Leider wird der

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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 Gleichgewichts-Überlegungen fixiert ist. Wie ersichtlich, kann man eine gewisse Verbesserung bezüglich der erforderlichen Energie und tier Betriebskosten erreichen (von 128 000 KJ/Kg Mül CO₂ und OI 1,0 auf 107 000 KJ/Kg Mol CO2 und 01 = 0,94). Mari 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 Gleichgewichtsüberlegüngen Zu erreichert. 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 128 000 KJ/Kg MoI CO₂ und O!= 1,0 aui 110 900 KJ/Kg MoI CO₂ und 01 = 0,93) (Spalte 4). Eine deutliche Verbesserung wurde durch entsprechende Kombination der beiden obengenannten Möglichkeiten erzielt Die gewünschten Konstruktionscharakterisiika erzielt man nur unter Berücksichtigung des synergistischen Effektes dieser Kombination. Die Blitzverdampfung ist zweckmäßig, um die COrBeladung 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 üblichen Beladungen nicht die hohe Blitzveniampfungswirksamkeit erreicht werden kann, die für einen

Tabelle 1

wirtschaftlichen Energieverbrauch notwendig ist. Die Verwendung eine* 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 Fließgejchwindigkeit 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 erfindungsgeniäßen, kombinierten System einen geringeren NetU>Energieverbrauch als die einzelnen Komponenten, tür 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 99 100 KJ/Kg Mol CO₂ und einen gesamten Betriebsindex (01) 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 im gesamten Betriebsindex von 0,87 widerspiegelt, mehr als wett.

	Stand der	St. d. Techn.	St d. Techn.	0,50	St d. Techn.	Erfindungsgemäß
	Technik	+ Blitzverdampf. + BHtzvcrdampf.	0,21	W/Zwischcn-	Zwischenkühl.
			87,5%	kühler	+ Blitzverdampfung
Belad. d. reichen Lösung	0,50	0.50	48 485	0,56	0.56
Belad. d. mageren Lösung	0,15	0,15	5573	0,21	0,21
Gleichgewicht	87,5%	87,5%		87.5%	87.5%
KJ/MoIanzahl	57 970	51750	2996	503S0	45 005
kapitalinvestition	4535	5593		5523	6154
(Mill. Einheiten)			4151
Energiekosten	3520	3159		3028	2708
(Mill. Einheiten pro Jahr)			1,27
Betriebskosten	4427	¹ 4278	0,85	4133	3939
(Mill. Einheiten pro Jahr)			0,94
Kapitalindex	1,0	1,23	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen	1,22	1,36
Energieindex	1,0	0,90	0,86	0,77
Betriebsindex	1,0	0,97	0,93	0,89

Claims

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid und/oder Schwefelwasserstoff aus einer Beschickungsgasmischung durch Berührung ί derselben mit einer wäßrigen Alkanolaminlösung, wobei das Alkanolamin 1 bis 3 Alkanolreste aufweist und jeder Rest 2 oder 3 C-Atome hat, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) in eine Absorptionszone eine Beschickungsgasmischung (A) aus Verfahrensgas aus der Gruppe Kohlenwasserstoffe, Synthesegas, einer Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff und (B) 5 bis 60 VoI.-% Kohlendioxid und/oder Schwefelwasserstoff, wobei sich der VoL-Pro- η zentsatz auf das Gesamtvolumen der in die Absorptionszone eingeführten Mischung aus (A) und (B) bezieht, bei einer Einlaßtemperatur in die Absorptionszone (7J) für die Beschikkungi'jasmischung zwischen 60° bis 88° C. einführt;

(b) die Beschickungsgasmischung in der Absorptionszone im Gegenstrom mit einer Mischung aus einer wäßrigen Alkanolaminlösung einer Konzentration von 15 bis 95 Gew.-% Alkanolamin und einer Temperatur (Ti) von 4Γ bis 72°C zwecks Absorption des Kohlendioxids und/oder Schwefelwasserstoffes in Berührung bringt.

(c) mindestens den größten Teil der abwärts fließenden, das saure Gas enthaltenden Alkanolaminlösung durch eine Kühlzone zwecks Verminderung üer Te ,iperatur der Lösung führt, nachdem die Lösung eine Temperatur von 57° bis 85° C erreicht i tt, 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 (7}) der reichen, die Absorptionszone verlassenden 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 zuriickgeführten, regenerierten Alkanolaminlösung leitet, um die Temperatur der reichen Lösung (Ti) auf 77° bis 9PC zu bringen;

(e) die erhitzte, reiche Lösung aus Stufe (d) zu einer Blitzverdampfungszone zwecks Entfernung von weiterer Beladung an saurem Gas aus der Alkanolaminlösung, als wenn der Strom nicht erhitzt wäre, leitet, wobei die Blitzverdampfung die Temperatur der Lösung auf (7i) 68° bis 82° C vermindert;

(f) den saures Gas enthaltenden Strom mit verminderter Temperatur aus Stufe (e) in Wärmeaustauschbeziehung zur zurückgeführten, regenerierten Alkanolaminlösung führt, um die Temperatur auf (T₅) 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 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) dje restliche Lösung aus Stufe (h) vom Boden der Strippzone bei einer Temperatur (7i) zwischen 116° bis 138" C entfernt;

(j) die heiße regenerierte Lösung aus Stufe (i) in Wärmeaustauschbeziehung zu den Lö-ungen in Stufe (d) und (f) leitet und dann zu einer Kühlzone führt, wo die Temperatur (Γι) auf 4Γ bis 72°C verringert wird; und

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

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

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Alkanolaminlösung eine Monoäthanolaminlösung mit einer Konzentration zwischen 15 bis 70 Gew.-% ist

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur 7*2 zwischen 57° bis 85° C liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Alkanolaminlösung als Korrosionsinhibitoren 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

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen etwa 4 bis 6 Teilen Antimonverbindung zu etwa 6 bis 4 Teilen Vanadiumverbindung beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Alkanolaminlösung eine inerte organische Verbindung enthält

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung mit saurem Gas etwa 036 m/m beträgt.