DE2916993A1

DE2916993A1 - Verfahren zum reinigen von fluessigkeiten und/oder zum regenerieren absorptionsfaehiger loesungen

Info

Publication number: DE2916993A1
Application number: DE19792916993
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Giammarco
Original assignee: GIAMMARCO
Current assignee: GIAMMARCO
Priority date: 1978-04-27
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1979-11-08
Also published as: FR2424046A1; DE2916993C2; JPS647801B2; JPS54155178A; US4248608A; ES480636A1; IT7867953A0; FR2424046B1; GB2019737A; IT1156991B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten und/oder zum Regenerieren absorptionsfähiger Lösungen. Dabei wird irgendeine Flüssigkeit, die bei dem Verfahren verwendet wird oder diesem eigen ist, mit einem Dampfstrahl behandelt, um sie zu reinigen oder zu regenerieren, indem die in der Flüssigkeit enthaltenen, gasförmigen Verunreinigungen entfernt werden.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung von CO₂, H₂S, SO₂, HCN sowie ähnlicher Verunreinigungen

aus gasförmigen Gemischen, mittels geeigneter chemischer Lösungen, die cyclisch durch eine Absorptionsstufe und eine Regenerationsstufe geführt werden. Die in der Absorptionsstufe absorbierten, gasförmigen Verunreinigungen werden im Regenerations schritt aus den Lösungen entfernt und von dem System nach außen abgegeben, wobei die absorptions fähige Lösung mit einem durch die Zufuhr von äußerer Wärme erzeugten Dampfstrahl behandelt wird. Die so regenerierte Lösung wird in üblicher Weise zur Absorptionsstufe zurückgeführt. Bekanntlich werden bei den vorstehenden Verfahren als absorptions fähige Lösungen solche von Alkalimetallcarbonate^ die gegebenenfalls durch Zugabe von As₃O₅ aktiviert sind, von Glykokoll oder ähnlichen Aminosäuren und von Kthanolaminen verwendet; ferner sind Lösungen von Alkalimetall-Phosphaten-, -Boraten und -Phenaten, Lösungen von Äthanolamin in Wasser oder 3-Sulfolen, Lösungen von Sulfit

oder Bisulfit (bei der Absorption von SO₃) sowie organische Flüssigkeiten zur Lösung von Kohlenwasserstoffen geeignet.

Ferner können mit den erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung organischer Flüssigkeiten gasförmige Verunreinigungen,

wie Benzol, Toluol, Methan und andere Kohlenwasserstoffe, aus gasförmigen Gemischen entfernt werden. In diesem Fall ist eben-

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falls in dem Betriebsablauf eine Regenerationsstufe vorgesehen, in der die absorptions fähige Flüssigkeit mit einem Dampfstrahl behandelt wird, um die vorher absorbierten, gasförmigen Verunreinigungen aus der Flüssigkeit zu entfernen.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entgasen und Reinigen von Boiler-Speisewasser, Es ist bekannt, daß derartiges Wasser im allgemeinen mit einem Dampfstrahl behandelt wird, um das in dem Wasser enthaltene CO₂ und den Sauerstoff zu entfernen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner in den Fällen angewendet werden, bei denen in verschiedenen Prozessen, insbesondere bei der vorstehenden Erläuterung der Abtrennung von CO₂ und/oder H₃S, erhaltenen Kondenswasser mit einem Dampfstrahl behandelt wird, um aus diesem verschiedene, gasförmige Verunreinigungen, wie CO₂, Ammoniak oder Methanol, zu entfernen, um das Wasser industriell weiter verwenden zu können oder um dieses ohne Umweltbelastung abgeben zu können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner bei der Reinigung anderer Flüssigkeiten oder Wasser und bei der Entfernung von in diesem enthaltenen Verunreinigungen zum Umweltschutz eingesetzt werden. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch gegenüber bekannten Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten und/oder zur Regeneration absorptionsfähiger Lösungen zu vermindern.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft somit die Entfernung gasförmiger Verunreinigungen aus Flüssigkeiten, die entweder

als zu reinigende Flüssigkeiten oder als zu regenerierende, absorptionsfähige Lösungen vorliegen. Die nachstehenden Ausführungen können daher, unabhängig voneinander, auf beide Anwendungsfälle übertragen werden,

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einer bestimmten Wärmeenergiemenge einen Regenerationsgrad der absorp-

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tionsfähigen Lösung (oder Reinigungsgrad der Flüssigkeit) zu erhalten, der besser ist als bei Anwendung der bekannten Verfahren ·

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Insbesondere erfolgt die Reinigung der Flüssigkeit (oder die Regeneration der absorptionsfähigen Lösung) in zwei Säulen, die bei hohem bzw. bei niedrigem Druck arbeiten. Die von außen zuzuführende Wärmeenergie wird der Hochdrucksäule zugeführt und wird in dieser zum Reinigen der dieser zugeführten Flüssigkeit verwendet. Der mit den Verunreinigungen vermischte Dampf wird oben an der Kochdrucksäule abgegeben und der Niederdrucksäule unten zugeführt; ferner wird gleichzeitig reiner Dampf erzeugt (durch thermische Transmission und andere beanspruchte Maßnahmen), der zur Reinigung der der Niederdrucksäule zugeführten Flüssigkeit dient»

Dabei können jedoch technische Schwierigkeiten auftreten, da der mit den desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen oben an der Hochdrucksäule abgegebene Dampf stark verunreinigt ist und damit einen niedrigeren Taupunkt aufweist; dies erschwert den zweimaligen Gebrauch in der Niederdrucksäule.

Zur Vermeidung dieses Nachteils sind erfindungsgemäß verschiedene Ausfuhrungsformen vorgesehen. Insbesondere erfolgt die Reinigung oder die Regeneration der Flüssigkeit zunächst in einer Anfangszone der Regenerationssäule, um aus der Flüssigkeit den Hauptteil der gasförmigen Verunreinigungen zu entfernen; danach wird die Reinigung und Regeneration der Flüssigkeit in zwei Endzonen abgeschlossen, die bei hohem bzw. bei niedrigem Druck arbeiten. Die Wärmeenergie von außen wird der Hochdruck-Endzone zugeführt. Der aus dieser Zone nach der Verwendung abgegebene Restdampf hat daher einen relativ geringen Gehalt an gasförmigen Verunreinigungen (etwa 5 bis 10 %, wie nachstehend näher erläutert), da die der Hochdruckzone zugeführte Flüssigkeit bereits vorher gereinigt worden ist. Dadurch

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kann der Dampf in der Niederdruck-Endzone leichter erneut verwendet werden.

Diese doppelte Ausnutzung kann man mit Hilfe einer thermischen Transmissionsanordnung erreichen (wenn es möglich ist, zwischen den zwei Säulen eine solche Druckdifferenz aufrechtzuerhalten, daß die Temperatur der Flüssigkeit in der Hochdrucksäule nicht die zu chemischen Zersetzungen der Flüssigkeit führende Temperatur übersteigt) oder unter Verwendung von reinem Dampf, der durch beispielsweise nachstehend erläuterte und beanspruchte Maßnahmen erzeugt wird. In den meisten Fällen ist es ausreichend, daß die Anteile der gasförmigen Verunreinigungen 5 bis 10 %, bezogen auf das Gemisch (Dampf + gasförmige Verunreinigungen), nicht übersteigt,

Zum besseren Verständnis der vorstehenden Überlegungen wird zweckmäßigerweise darauf verwiesen, daß die zur Erzielung eines bestimmten Regenerationsgrades der Lösung erforderliche Dampfmenge und damit Wärmeenergiemenge im wesentlichen von den Gleichgewichtsbedingungen am Ende der Regeneration abhängt. Bekanntlich muß die Gleichgewichtskurve des Dampfdrucks der zu entfernenden, gasförmigen Verunreinigungen immer oberhalb der Arbeitskennlinie liegen, die der dem System zugeführten Einheitsdampfmenge entspricht. Am Ende der Regeneration ist die Dampfdruckkurve sehr niedrig und erfordert maximale Dampfzufuhr. In der Mitte und am Anfang der Regeneration sind die Gleichgewichtsbedingungen zunehmend weniger problematisch, und der vom Ende unterhalb herrührende Dampf liegt im Überschuß (manchmal in großem Überschuß) gegenüber der für das Gleichgewicht erforderlichen Menge vor. Bekanntlich wird dieser überschußdampf nach außen abgegeben und geht verloren.

Bei der Regenerierung von aktivierter Kaliumcarbonat-Lösung ist es bekannt, daß zu einer Regenerierungsgüte zur Entfernung

von CO₂ bis zu einem Restanteil von 0,1 % aus dem Gas bei 26 bis 28 Bar am Ende der Regeneration (Lösung nach der zweiten

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Stufe) 150 bis 180 kg Dampf/m^⁵ Lösung erforderlich sind. Diese erhebliche Wärmemenge liegt weit über der während des anfänglichen (höheren) Teils der Regeneration (1. Stufe). Daher wird die Menge der Lösung bei der 1. Stufe in geeigneter Weise erhöht (etwa das Dreifache gegenüber der Lösung bei der 2, Stufe), und die Dampfmenge vermindert sich entsprechend auf 50 bis 60 kg Dampf/m Lösung,

Dieses Problem tritt insbesondere bei der Abtrennung von HpS mit Hilfe von Ä'thanolamin-Lösungen, wie MEA und DEA, auf. Am Ende der Regenerierung sind etwa 100 bis 130 kg Dampf/nrLösung erforderlich, und dieser Dampf ist dann in großem Überschuß vorhanden und wird nicht in dem darüber liegenden An fangsteil der Regenerierung verwendet, bei dem im Gegensatz dazu lediglieh 50 bis 55 kg Dampf/mr Lösung erforderlich wären«

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regenerierung von außen zuzuführende Wärmeenergie ist nur diejenige, die erforderlich ist oder, allgemeiner ausgedrückt, ausreicht, um ein thermisches Gleichgewicht zu ermöglichen und die Gleichgewichtsbedingungen in der anfänglichen Regenerierungszone zu erfüllen.

In der Endzone ermöglicht dagegen die doppelte Ausnutzung der von außen zugeführten Wärmeenergie (zunächst in der Hochdruckzone und dann in der Niederdruckzone) einen höheren Regenerationsgrad als der, der aufgrund der tatsächlich zugeführten Wärmemenge erreicht werden könnte.

Die doppelte Ausnutzung der Wärmeenergie gemäß der Erfindung erfolgt sowohl bezüglich der Gasphase, wie vorstehend erläutert, als auch bezüglich der flüssigen Phase. Im Hinblick auf diese flüssige Phase nimmt die in der Hochdruck-Zone und damit bei höherer Temperatur regenerierte Lösung eine Wärmemenge auf, die auch bei der Regenerierung in der Niederdruck-Endzone verwendet wird, und zwar durch Entspannen der Lösung auf den Druck

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der Endzone.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert, in der die Figuren 1 bis 6 schematische Darstellungen verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsformen zeigen.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird die zu regenerierende Lösung über eine Leitung m dem oberen Ende einer Anfangszone Cl der Regenerationssäule zugeführt, die bei niedrigem Druck arbeitet (in der Praxis etwa bei Atmosphärendruck)» Am Auslaß der Zone Cl wird die teilweise regenerierte Lösung dann in zwei Fraktionen unterteilt (im allgemeinen zwei gleiche Fraktionen), wobei die erste Fraktion nach unten durch die Endzone C2 der unteren Drucksäule geleitet wird, Die andere Fraktion wird mit Hilfe einer Pumpe P abgezogen und über eine Leitung η dem oberen Ende einer Endzone C3 der bei höherem Druck arbeitenden Säule zugeführt. Die Wärme wird der Zone C3 von außen mittels eines WiederVerdampfers R3 oder in anderer Weise in Form von direktem Dampf zugeführt. An dem oberen Ende der Zone C3 wird ein gasförmiges Gemisch zurückgewonnen, das die desorbierten Verunreinigungen und den Rest des zur Regeneration abgegebenen Dampfes enthält (vermindert um die mögliche Reaktionswärme und die durch die Erhitzung der Flüssigkeit verbrauchte Wärme aufgrund der Zunahme der Siedetemperatur dieser Flüssigkeit).

Zur doppelten Ausnutzung der in dem Gasgemisch enthaltenen Wärme in der Endzone C2 bei niedrigem Druck wird erfindungsgemäß das Gemisch einer Wärmerückgewinnungszone C¹I zugeführt, '. die beim gleichen Druck wie die Zone C3 arbeitet und in der das Gemisch mit durch die Leitung t zugeführtem Wasser in Berührung gebracht wird (oder dem Dampf irgendeiner anderen wäßrigen Flüssigkeit oder der Lösung selbst), so daß praktisch der gesamte Dampf absorbiert wird, der bei Betriebsdruck der Zone C4 etwa bis zum Taupunkt des gasförmigen Gemisches aufgeheizt wird; dagegen werden die gasförmigen Verunreini-

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gungen, die nicht durch das Wasser absorbiert werden, durch die Leitung w abgegeben und der Zone Cl zugeführt oder nach außen abgegeben, wie dies nachstehend näher erläutert wird.

Das so aufgeheizte Wasser (oder die andere Flüssigkeit) wird über die Leitung s der Kammer E zugeführt, wo es auf den niedrigeren Druck der Zone C 2 expandiert wird, so daß der erhaltene Dampf der Zone C2 über die Leitung ζ zugeführt und dort verwendet wird, um dort die aus der Zone Cl kommende Lösungsfraktion zu regenerieren. Die sich entspannende Flüssigkeit wird durch die Pumpe PO aufgenommen und über die Leitung t der Wärmerückgewinnungszone C*J zugeführt.

Darüberhlnaus wird, wie vorstehend ausgeführt, die von der Außenseite der Hochdruckzone C3 zugeführte Wärme nicht nur in dem gasförmigen Gemisch aus Dampf und Verunreinigungen sondern auch in der regenerierten Lösung wieder erhalten, da der Siedepunkt in der Zone C3 aufgrund des höheren Drucks erhöht ist. Diese Wärme wird ferner der Niederdruckζone C2 zugeführt soweit die in der Zone C3 regenerierte Lösung über die Leitung f der Expansionskammer E¹ zugeführt wird; dann wird die Lösung entspannt, und der dabei erzeugte Dampf wird der Zone C2 gemäß Fig. 1 zugeführt, wie dies nachstehend näher erläutert wird.

Die beiden so rückgewonnenen Wärmemengen, die in der Gas- bzw. in der Flüssigphase enthalten sind, werden nach der Verwendung zur Regeneration der Lösung in der Zone C2 nach oben durch die Anfangszone Cl geleitet, wo die Lösungsmenge höher ist (im allgemeinen zweimal so hoch) als in der Zone C2. Dies ermöglicht

on

^ου eine bessere Ausnutzung der Wärme ohne die vorerwähnten Verluste, die bei den bekannten Verfahren auftreten.

Dadurch erhält man einen Regenerierungsgrad der Lösung, der bei den bekannten Verfahren nur durch den Einsatz wesentlich

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höherer Wärmemengen erzielt werden kann. Im allgemeinen gilt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, daß der Regenerierungs-

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grad etwa dem entspricht, der durch Einsatz der doppelten Wärmemenge von außen erzielt werden könnte.

Bei der Aus führungsform gemäß Fig. l erfordert die Überleitung der doppelt auszunutzenden Wärme aus der Zone C3 in die Zone C2 eine sehr geringe Temperaturdifferenz und daher auch eine geringe Druckdifferenz zwischen den beiden Zonen unter hohem bzw, niedrigem Druck, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Wärme durch Direktkontakt und nicht durch thermische Transmission übertragen wird (wie dies bei der Ausführungsform der Fig. 2 der Fall ist). Dies ist vorteilhaft und in manchen Fällen unbedingt erforderlich, wenn die zu reinigende Flüssigkeit oder zu regenerierende Lösung solche Eigenschaften aufweist oder eine solche chemische Zusammensetzung hat, die die Anwendung einer zu hohen Temperatur in der Hochdruckzone CJ nicht gestattet.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ähnelt weitgehend der der Fig. 1, wobei jedoch die Wärmerückgewinnungszone Ch der Fig. 1 und die verschiedenen hierfür erforderlichen Verbindungsleitungen weggelassen sind. Die zu regenerierende Lösung wird über die Leitung m und die Wärme wird von außen über den Wiederverdampfer R3 zugeführt. Das gasförmige Gemisch aus Dampf und desorbierten Verunreinigungen tritt aus dem oberen Ende der Hochdruckzone C 3 aus, wird durch die Leitung w zum Wiederverdampfer R2 am Boden der Niederdruckzone C2 geführt und die Wärme des Gemisches wird dort durch thermische Transmission doppelt ausgenutzt; dadurch wird reiner Dampf erzeugt, der in vorteilhafter V/eise als Desorptionsmittel verwendet wird. Die in der Zone C3 regenerierte Lösung wird durch die Leitung f der Kammer E¹ zugeführt und in dieser unter Erzeugung von Dampf entspannt. Gemäß Fig. 2 werden der Restdampf und die Verunreinigungen, die aus dem Wiederverdampfer R2 abgegeben werden, dem Oberteil der Zone Cl zugeführt oder in irgendeiner geeigneten Weise nach außen abgegeben, wie nachstehend näher erläutert wird.

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Dieser Betriebsablauf erfordert eine Temperaturdifferenz und daher eine Druckdifferenz zwischen den zwei Zonen C2 und C3, die etwas größer sind als bei der Ausführungsform der Fig. 1, In der Praxis beträgt bei Verfahren zum Entfernen von COp und/

5 oder H₂S die Temperaturdifferenz etwa 20 bis 25°C (entsprechend einer Druckdifferenz von etwa 1,0 bis 1,3 bar zwischen d,en zwei Zonen),

Bei Verwendung des Wiederverdampfers wird der Betriebsablauf vereinfacht, wobei jedoch die Vorteile des Verfahrens gemäß Fig. 1 im Hinblick auf die Wasserzirkulation verloren gehen, während andererseits die Kosten des Wiederverdampfers vermieden werden und ein höherer Wärmeanteil bei der doppelten Ausnutzung zurückgewonnen wird und die Druckdifferenz niedriger ist.

Die Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 können dadurch abgewandelt werden, daß die Niederdruckzone C2 und die Hochdruckzone C3 nicht parallel sondern in Reihe geschaltet werden. 20

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die zu reinigende Flüssigkeit über eine Leitung m zugeführt, nacheinander durch die gesamte Niederdrucksäule geleitet, Insbesondere durch die Zone Cl und durch die Zone C2, an deren Boden sie abgegeben wird, und mit Hilfe einer Pumpe Pl der Hochdruckzone C3 zugeführt. Die von außen zugeführte Wärme (bei der Aus führungs form der Fig. 3 mit Hilfe des Wiederverdampfers R3) wird der Hochdruckzone C3 zugeführt, und das Gemisch aus Dampf und gasförmigen Verunreinigungen wird aus dem Oberteil der Zone C3 abgegeben, und zwar (a) bei der Ausführungsform der Fig. 1 an die Wärmerückgewinnungszone Ch oder (b) bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und der Fig. 3 an den Wiederverdampfer R2 im Unterteil der Zone C2, wenn die Ausführungsformen der Fig. 2 und/oder 3 bevorzugt sind. Dadurch wird die Flüssigkeit in der Anfangszone Cl und in der darunterliegenden Zone C2 vorgereinigt. Die Reinigung wird dann durch die von außen zuge-

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•j führte Wärme in der Hochdruckzone C3 abgeschlossen.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 kann die Pumpe Pl der Zone C3 eine höhere Flüssigkeitsmenge zuführen als die aus der Zone C2 kommende Flüssigkeitsmenge} dies bedeutet, daß die aus der Zone C3 herrührende Flüssigkeit bei der Entspannung in der Kammer E' teilweise durch die Leitung d aufgenommen und durch die Pumpe Pl zurückgeführt wird. Dadurch ist es möglich, die von der Zone C3 an die Zone C2 mit Hilfe der Flüssigkeit durch die Leitung f· abgegebene Wärmemenge zu erhöhen und die in dem gasförmigen Gemisch aus Dampf und Verunreinigungen im Oberteil der Zone C3 enthaltene Wärmemenge zu erniedrigen, die bei den Ausführungsformen gemäß den Fig, I und 2 durch einen Wiederverdampfer oder durch die Wasserzirkulation an die Zone C2 abgegeben wird,

Darüberhinaus können die Ausführungsformen der Fig, I bis 3 sowie die der Fig, ¹J und 5 vereinfacht werden, indem aus der

Wärme abgegeben wird, die Zone C3 in die Zone C2 lediglich die/in der regenerierten Lösung, die von der Zone C3 in die Zone C2 strömt, enthalten ist , während die in dem gasförmigen Gemisch aus Dampf und Verunreinigungen im Oberteil der Zone C3 enthaltene Wärme verwendet werden kann, indem dieses Gemisch der unter niedrigem Druck stehenden Anfangszone Cl zugeführt wird, und zwar bis die gasförmige Blase etwa die gleiche Zusammensetzung aufweist. Dadurch wird lediglich ein Teil der der Zone C3 zugeführten Wärme, nämlich der, die in der Lösung aufgrund des höheren Drucks gespeichert ist, unter doppelter Ausnutzung der Zone C2 zugeführt. Daher wird die zu reinigende Lösung nach dem Durchleiten durch die Zone Gl zwischen der Zone C2 uhd der Zone C3 im Verhältnis der Wärmemenge geteilt, die der Zone C2 von der·Zone C3 unter doppelter Ausnutzung zugeführt wird.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 handelt es sich um eine Variante der Ausführungsform gemäß Fig, 3 (Reihenanordnung der unter höherem bzw. unter niedrigerem Druck stehenden End-

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zonen)» Bei dieser Ausführungsform ist der Wiederverdampfer R2 weggelassen und durch eine Wärmerückgewinnungszone Ck ersetzt»

Insbesondere wird das oben an der Zone C3 abgegebene, gasförmige Gemisch aus Dampf und gasförmigen Verunreinigungen unter dem gleichen Druck der Wärmerückgewinnungszone C^ zugeführt. Die am Boden der Zone C2 abgegebene Lösung wird der Zone C^ oben zugeführt und gewinnt die Wärme des Dampfes des gasförmigen Gemisches in dieser Zone zurück, absorbiert den Dampf und wird erhitzt. Die so erhitzte Lösung wird von der Zone C4 abgegeben und der Zone C2 über die Leitung 1 unten zugeführt, wo sich die Lösung entspannt und dabei Dampf erzeugt wird; die Lösung kann dann mit Hilfe der Pumpe P2 und der Leitung η zurückgeführt werden.

Die Wahl zwischen der Anordnung der zwei Zonen parallel (Ausführungsformen der Fig. 1 und 2) oder in Reihe (Ausführungsformen der Fig. 3 und H) kann in jedem einzelnen Fall entsprechend den unterschiedlichen Anwendungsbedingungen getroffen werden.

Gemäß Fig. 4 besteht eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme darin, die aus der Hochdruckzone C3 austretende, regenerierte Lösung in der darunterliegenden Niederdruckzone C5 zu entspannen und dabei Dampf zu erzeugen, der mit der in der gleichen Richtung strömenden Lösung in Kontakt gebracht wird, so daß der Regenerierungsgrad verbessert wird. Der entspannte Dampf wird nach der Zone C2 zugeführt, während die Lösung zur Verwendung über die Leitung r abgeführt wird. Diese Maßnahme kann auch bei den anderen Ausführungsformen der übrigen Figuren angewendet werden.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die zu regenerierende Lösung über die Leitung m zugeführt und in zwei Fraktionen unterteilt wird (im allgemeinen etwa gleiche Frak-

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tionen); diese Fraktionen werden über Leitungen m¹ und m" einer Hochdruck- bzw. einer Niederdrucksäule zugeführt.

Beide Säulen weisen am Anfang sowie am Ende jeweils eine Regenerationszone aufj insbesondere weist die Hochdrucksäule Zonen Cl und C2 und die Niederdrucksäule Zonen CH und C3 auf. Die äußere Wärme wird der Endzone C2 der Hochdrucksäule zugeführt; das Gemisch aus Dampf und desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen wird im Mittelbereich der Hochdrucksäule (insbesondere oberhalb der Endzone C2) in zwei Fraktionen unterteilt; die erste Fraktion wird nach oben durch die Anfangs-zone Cl der Hochdrucksäule und die zweite Fraktion dem Wiederverdampfer R3 zugeführt, der innerhalb der Endzone C3 der Niederdrucksäule angeordnet ist, so daß die Wärme doppelt ausgenutzt wird. Anstelle mit Hilfe des V/iederverdampfers kann die Wärme des gasförmigen Gemisches, das im Mittelbereich der Hochdrucksäule abgegeben wird, auch durch umlaufendes Wasser oder eine andere Flüssigkeit oder durch die absorptions fähige Lösung selbst wiedergewonnen werden, wie dies bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und H näher erläutert worden ist.

Ein Vorteil der Ausführungsform der Fig. 5 besteht darin, daß die aus der Lösung in der Hochdruckzone entfernten gasförmigen Verunreinigungen (im allgemeinen etwa die Hälfte der Gesamtmenge) bei diesem hohen Druck zur Verfügung stehen.

Schließlich ist es möglich und in den meisten Fällen besonders vorteilhaft, bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 die an die Hochdruck-Endzone abgegebene Lösung in größerem Umfang und die an die Niederdruck-Endzone abgegebene Lösung in geringerem Umfang zu regenerieren. Die zwei Lösungen werden dann entsprechend der unterschiedlichen Regenerationsgrade in bekannter Weise verwendet,

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird die Regenerationssäule in einem zweistufigen Verfahren zum Abtrennen von CO₀

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Γ Π

eingesetzt. Diese Ausführungsform kann in vorteilhafter Weise in den Fällen eingesetzt werden, in denen die Anlage zur Erhöhung der Produktionskapazität oder zur Verbesserung der Gasreinigung modifiziert ist.
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Gemäß Fig. 6 wird ein Teil der Lösung der ersten Stufe durch die Pumpe P3 abgezogen und unter Druck der danebenstehenden, unter höherem Druck arbeitenden Säule C3 zugeführt. Dieser Säule wird mit Hilfe eines Wiederverdampfers R3 Wärme von außen zugeführt, die dann doppelt in der Zone C 2 ausgenutzt wird.

Daher beträgt die regenerierte Lösung (d. h. die Lösung in der zweiten Stufe) oben an der Niederdruck-Regenerationssäule etwa 2/3 der Gesamtlösung, die über die Leitung m der Zone Cl zugeführt worden ist, während die zur Hälfte regenerierte Lösung der ersten Stufe etwa 1/3 der Gesamtlösung beträgt. Bei den bekannten Verfahren beträgt dagegen die regenerierte Lösung etwa 1/3 und die zur Hälfte regenerierte Lösung etwa 2/3 der Gesamtlösung. Folglich wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine merkliche Verbesserung des Reinigungszyklusses erzielt.

Die vorstehenden Maßnahmen können auch bei anderen Ausführungsformen angewendet werden. Beispielsweise kann die Anordnung der Zonen C2 und C3 in Reihe in vorteilhafter Weise vorgenommen werden. Dazu ist es ausreichend, daß die Pumpe P3 durch die Pumpe P 4 ersetzt und die Lösung im unteren Bereich der Zone

die
C2 abgegeben und über/in der Figur gestrichelt eingezeichnete

Leitung u zur Zone C3 geführt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft bei gleichzeitiger Entfernung von CO₂ und H₃S aus gasförmigen Gemischen, die diese Substanzen enthalten, beispielsweise aus Erdgas und synthetischen Gasen. Dieser Vorteil besteht darin, daß bei den verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere bei denen gemäß den Fig. 3 bis 5,

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Γ

die absorptionsfähige Lösung zunächst in der Anfangszone Cl und in der Endzone C2 bei niedrigem Druck regeneriert wird, so daß man dort den Hauptteil des in dem Gas enthaltenen HpS erhält (bekanntlich erfolgt die Entfernung des H₃S wesentlich rascher als die des COp); diese Regeneration wird in der Hochdruckzone C, abgeschlossen, in der hauptsächlich COp zusammen mit geringen HpS-Anteilen abgegeben wird» Dies ermöglicht die Überführung des HpS-reichen, saueren Gases, das oben an der Zone Cl austritt, zu einem sogenannten Claus-Ofen oder zu anderen ähnlichen Verwendungsarten (unter Ausnutzung der höheren HpS-Konzentration)j dagegen wird das unter höherem Druck aus der Zone C3 austretende, COp-reiche, sauere Gas mit geringem H₃S-Anteil unter Ausnutzung der darin enthaltenen Wärme durch die Wärmerückgewinnungszone Ck oder durch sekundäre Wiederverdampfer R2 nach außen abgegeben, wobei die verbliebenen Mengen an HgS durch Umwandlung in SOp durch das sogenannte "Oxycat"-Katalyseverfahren, durch Abfackeln des G.ases bei 1100 bis 1200°( oder durch andere geeignete Maßnahmen entfernt werden.

Ferner kann bei der Regeneration der Lösung eine erhebliche Menge des CO» im reinen Zustand erhalten werden. Zu diesem Zweck wird die Lösung in der Anfangszone der Regenerationssäule so weit regeneriert, daß nahezu das gesamte absorbierte H₃S desorbiert wird. Danach wird die Regeneration in der Hochdruck-

Endzone durch Entfernen praktisch reinen Kohlendioxids abgeschlossen, das unter Verwendung des in dem Gemisch mit diesem enthaltenen Dampfes extrahiert und zur Weiterverwendung abgeführt wird.

Bei der in vielen Fällen besonders vorteilhaften Ausführungsform gemäß Fig. 5 wird durch den nach oben durch die Hochdrucksäule zirkulierenden Dampf hauptsächlich HpS in dem oberen Teil entfernt, während COp, dessen Entfernung aus der Lösung bekanntlich langsamer vonstatten geht, in dem unteren Teil des-

orbiert wird. Die Fraktion des gasförmigen Gemisches aus Dampf und Sauergas, die bei der Ausführungsform gemäß Flg. 5 von der

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Γ "1

Hochdrucksäule abgegeben wird, um eine doppelte Ausnutzung in der Niederdrucksäule zu ermöglichen, wird daher aus der Hochdrucksäule in einer Höhe extrahiert, bei der der Anteil des HpS neben dem CO₂ dem gewünschten, tolerierbaren Wert entsprichtt In diesem Fall kann ebenfalls praktisch reines COp erhalten werden.

Durch diese Betriebsweise kann daher in der Regenerationsstufe eine selektive Abtrennung des HpS gegenüber dem COp erhalten werden, was bisher vergeblich versucht worden ist,

Beispiel

Es werden 8^5 000 m^/h eines gasförmigen Gemisches aus 73 % Methan und höheren Homologen, 3 % N₂, 3 % H₂S und 21 % CO₂ unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 gereinigt, so daß als Restbestandteile 2 % CO₂ und 4 ppm H₃S vorhanden sind.

Dabei werden 5 910 nr/h mit Glykokoll aktiviertes Kaliumcarbonat verwendet, das bis zu 35 Volumteile Verunreinigungen pro Volumeneinheit absorbiert. Die Lösung wird oben in die Anfangszone Cl der Niederdrucksäule (1,1 bar) eingeleitet und in der Höhe der Endzone in zwei Fraktionen zu je 2 955 nr/h unterteilt; die erste Fraktion wird nach unten durch die Endzone C2 geführt, und die zweite Fraktion wird gemäß Fig. 2 über die Pumpe der Endzone C3 der Hochdrucksäule (2j8 bar) zugeführt. Diese zweite Fraktion wird in der Endzone C3 mit 100 kg Dampf pro Kubikmeter Lösung behandelt, der durch den Hauptwiederverdampfer Rl erhalten wird, d. h. 50 kg Dampf pro

m^ Gesamtlösung. Der Druck dieses Dampfes beträgt 5 bar. 30

Oben an der Zone C3 wird ein gasförmiges Gemisch aus 15 % COp + HpS und 85 % Dampf erhalten, das dem zweiten Wiederverdampfer R2 innerhalb der Zone C2 zugeführt wird, wo der Hauptteil des Dampfes kondensiert und die Wärmemenge gleich 33»5 kg Dampf/nr Lösung zur Regeneration verwendet wird. Das CO₃ und das HpS, die so desorbiert worden sind, werden nach außen abgegeben, wo-

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r ■ -ι

bei der Restdampfgehalt etwa 1,2 kg Dampf/nr desorbierten Gases beträgt.

Die in der Endzone C3 bei der Siedetemperatur von 135°C regenerierte Lösung wird auf 1,2 bar entspannt, so daß der Endzone C2 46,5 kg Dampf/rrr Lösung zugeführt werden. Daher beträgt die Gesamtzufuhr etwa 80 kg Dampf/nr Lösung.

Dies bedeutet, daß mit einer Gesamtzufuhr von äußerer Wärme in Höhe von 295 500 kg Dampf/h entsprechend 50 kg Dampf/m^ Ge-

samtlösung ein mittlerer Regenerationsgrad der zwei Lösungen entsprecht«

ten wird.

entsprechend der Zufuhr von 90 kg Dampf/m Gesamtlösung erhal-

Die am Boden der zwei Endzonen C2 und C3 extrahierten Lösungen werden zusammengegeben und zur Weiterverwendung abgeführt.

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Claims

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1. Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten und/oder zum Regenerieren absorptionsfähiger Lösungen durch Dampfbehandlung in einer Reinigungssäule, um die in den Flüssigkeiten bzw. den Lösungen enthaltenen, gasförmigen Verunreinigungen zu entfernen, gekennzei chnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Reinigen und Regenerieren zunächst in einer Anfangszone der Reinigungssäule und danach in zwei Endzonen der Säule, die bei hohem bzw. niedrigem Druck arbeiten,

b) Zuführen von Wärme zu der Hochdruck-Endzone von außen, •tfobel der durch diese Wärme erzeugte Dampf nach der Verwendung in der Hochdruck-Endzone zusammen mit den darin desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen am Oberteil die· ser Zone extrahiert und der Wärmegehalt in der Niederdruck-Endzone zur Erzeugung reinen Dampfes doppelt ausge-

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nutzt wird, der zur Reinigung der der Niederdruck-Endzone zugeführten Flüssigkeit oder Lösung verwendet wird,

c) Entnehmen der in der Hochdruck-Endzone gereinigten Flüssigkeit oder Lösung aus dieser Zone bei der dem Hochdruck entsprechenden Siedetemperatur und Entspannen der entnommenen Flüssigkeit oder Lösung auf den Druck der Niederdruck-Endzone, wobei der erhaltene Dampf der Niederdruck-Endzone unten zugeführt und dort zur Reinigung der der Niederdruck-Endzone zugeführten Lösung oder Flüssigkeit verwendet wird, und

d) Entnehmen der in den Endzonen der Reinigungssäule gereinigten Flüssigkeiten oder Lösungen aus der Säule und Rückführen zur Weiterverwendung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Hochdruck-Endzone entnommene und zur Welterverwendung/der Niederdruck-Endzone zugeführte Dampf als Gemisch mit bis 15 Volumprozent der in der Hochdruck-Endzone desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen vorliegt,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Einleiten der zu reinigenden Flüssigkeit oder Lösung zunächst in eine Niederdruck-Anfangsreinigungszone mit anschließendem Unterteilen in zwei Fraktionen, die durch die zwei Endreinigungszonen parallel geführt werden,

b) Einleiten der ersten Fraktion in die Niederdruck-Endzone und Entnehmen der zweiten Fraktion aus der Anfangszone und Überpumpen in die Hochdruck-Endzone,und

c) Zuführen von Wärme von außen in die Hochdruck-Endzone und Entnehmen des Restdampfes nach der Verwendung in der Hochdruck-Endzone als Gemisch mit den desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen am Oberteil der Hochdruck-Endzone, wobei der Wärmegehalt des Dampfes in der Niederdruck-End-

³ⁱ> zone wieder ausgenutzt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Einleiten der zu reinigenden Flüssigkeit oder Lösung in eine Niederdruck-Anfangsreinigungszone und anschließendes Überführen im wesentlichen der gesamten Flüssigkeit oder Lösung in die Niederdruck-Endzone sowie Entnehmen der Flüssigkeit oder Lösung unten an dieser Zone und anschließendes überpumpen in die Hochdruck-Endzone,und

b) Zuführen von Wärme von außen zur Hochdruck-Endzone und Abführen des Restdampfes nach der Verwendung in der Hochdruck-Endzone als Gemisch mit desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen aus dem Oberteil der Hochdruck-Endzone, wobei die Wärme des Dampfes in der Niederdruck-Endzone wieder ausgenutzt" wird.

5, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der mit den desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen vermischte Dampf oben an der Hochdruck-Endzone entnommen

und einer bei diesem hohen Druck arbeitenden Wärmerückgewinnungszone zugeführt wird, in der das Gemisch mit einem W-asserstrahl und/oder einer anderen, den Dampf absorbieren-

und erhitzt den, wäßrigen Flüssigkeit in Berührung gebracht/wird, so daß die in dem Dampf enthaltenen, gasförmigen Verunreini-

gungen nach außen abgegeben werden,

b) daß das in der Wärmerückgewinnungszone erhitzte Wasser und/oder die andere wäßrige Flüssigkeit aus dieser Zone entnommen und auf den Druck der Niederdruck-Endzone entspannt wird, so daß man praktisch von gasförmigen Verun-

reinigungen freien Dampf erhält,

c) daß der erhaltene Dampf der Niederdruck-Endzone zugeführt und dort zur Reinigung der dieser Zone zugeführten Flüssigkeit oder Lösung verwendet wird,und

d) daß das Wasser und/oder die wäßrige Flüssigkeit zur Wärme-35

rückgewinnungszone zurückgeführt wird.

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6, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen vermischte Dampf oben an der Hochdruck-Endzone entnommen und einem unten an der Niederdruck-Endzone angeordneten Wiederverdampfer zur Reinigung der dieser Zone zugeführten Flüssigkeit oder Lösung zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 oder 6, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Unterteilen der zu reinigenden Flüssigkeit oder Lösung in zwei Fraktionen,

b) Einleiten der ersten Fraktion in eine Hochdruck-Hauptsäule mit einer Anfangszone und einer Endzone und Einleiten der zweiten Fraktion in eine sekundäre Niederdruck-Säule mit einer Anfangs- und einer Endzone,

c) Zuführen von Wärme von außen zu der Endzone der Hochdruck-Hauptsäule,

d) Aufteilen des Gemisches, bestehend aus Dampf und darin desorbierten, gasförmigen Verunreinigungen in zwei Fraktionen, von denen die erste Fraktion nach oben durch die Anfangszone der Hochdrucksäule geführt und die zweite Fraktion der Endzone der Niederdrucksäule zugeführt und zur Entnahme der Verunreinigungen aus der der Endzone der Niederdrucksäule zugeführten Flüssigkeit oder Lösung erneut ausgenutzt wird, und

e) Entnehmen der in der Hochdruck-Endzone gereinigten Flüssigkeit oder Lösung aus dieser Zone bei der dem höheren Druck entsprechenden Siedetemperatur und Entspannen der Flüssigkeit oder Lösung auf den Druck der Endzone der sekundären Niederdrucksäule, so daß man unten an der Endzone der sekundären Niederdrucksäule in dieser zur Reinigung der Flüssigkeit oder Lösung verwendeten Dampf erhält»

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die gereinigte Flüssigkeit eine absorptionsfähige Ab-

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fall-LÖsung ist, die vorher zur gleichzeitigen Absorption von COp und HpS aus einem diese Substanzen enthaltenden, gasförmigen Gemisch verwendet worden ist,

b) daß die Flüssigkeit einer ersten Regeneration in einer Anfangszone der Regenerationssäule hauptsächlich zum Entfernen von HpS unterworfen und das so in der Anfangs zone desorbierte, gasförmige Gemisch als unabhängiger Strom aus der Säule zur Weiterverwendung entnommen wirdjund

c) daß die Regeneration der Lösung zum hauptsächlichen Entfernen von C0~ in der Hochdruck-Endzone abgeschlossen und

das in dieser Zone desorbierte, gasförmige Gemisch nach er neuter Ausnutzung in der Niederdruck-Endzone als unabhängi ger Strom aus der Säule zur Weiterverwendung entnommen wird.
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9» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Hochdrucksäule durch Entspannen auf den Druck der Niederdruckzone gereinigte Flüssigkeit oder Lösung sowie die in der Niederdruckzone gereinigte Flüssigkeit oder Lösung zur Weiterverwendung abgeführt und entsprechend dem jeweiligen Reinheitsgrad verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Flüssigkeit aus einer absorptionsfähigen Lösung einer chemischen Substanz besteht, die zur Entfernung gasförmiger Verunreinigungen, wie COp, HpS, SOp und/oder HCN, aus gasförmigen Gemischen geeignet ist.

11, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Flüssigkeit aus einer organischen Flüssigkeit zur Absorption von Benzol, Toluol und Methan aus gasförmigen Gemischen besteht.

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