DE3032470A1 - Verfahren zur entfernung von kohlendioxid aus gasen - Google Patents

Verfahren zur entfernung von kohlendioxid aus gasen

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DE3032470A1 DE19803032470 DE3032470A DE3032470A1 DE 3032470 A1 DE3032470 A1 DE 3032470A1 DE 19803032470 DE19803032470 DE 19803032470 DE 3032470 A DE3032470 A DE 3032470A DE 3032470 A1 DE3032470 A1 DE 3032470A1
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Description

1Α-53 930
Anm.: Snamprogetti S.p.A.
Beschreibung
Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen
Es sind die verschiedensten Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen bekannt. Die am weitesten in die Technik Eingang gefundene Verfahren beruhen auf der Anwendung von Alkalicarbonat-Lösungen oder von Alkanolamin-Lösungen zum Auswaschen des Kohlendioxids aus den Gasen. Es sind jedoch auch Verfahren bekannt, wo beide Waschlösungen angewandt werden. Ein solches kombiniertes Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn der C02-Gehalt der Gase auf wenige ppm gesenkt werden soll durch weitgehendste Ausnutzung der unterschiedlichen Eigenschaften der zwei Waschmedien. Dieses kombinierte Verfahren ist ein im wesentlichen zweistufiges. In der ersten Stufe erfolgt die Gaswäsche mit einer heißen Alkalicarbonat-Lö sung, mit deren Hilfe der CC^-Gehalt des Gases auf etwa 2 Vol.-$ gesenkt werden kann. In der zweiten Stufe wird dann mit einer kalten Alkanolamin-Lösung der C02~Gehalt der Gase bis auf wenige ppm gesenkt. Das zu reinigende Gas tritt unten in
/2
130021/0709
1A-53 930 ^ -'//-■;'■■■
die erste unter Druck stehende Absorptionskolonne ein, steigt in der Kolonne im Gegenstrom zu der heißen Alkalicarbonat-Lösung auf,verläßt diese Kolonne am Kopf und tritt nach Abkühlen auf etwa 4Ö°C unten in eine zweite unter Druck stehende Absorptionskolonne ein, in welcher dem aufsteigenden Gas/eine oben eingespeiste Alkanolamin-Lösung, insbesondere eine Lösung von (Mono)äthanolamintentgegenströmt./Dieausgebrauchten Waschlösungen, die sich am Boden der beiden Absorptionskolonnen sammeln, werden-direkt in· die entsprechenden Regenerierkolonnen geführt, welche bei Normaldruck arbeiten, und werden aus diesen wieder in die Absorptionskolonnen zurückgeleitet.
Eine hydraulische Turbine, die sich in der Rückspeise-Leitung der Carbonat-LÖsung befindet, gestattet die Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen Absοrptions- und Regenerationskolonnen, so daß auf diese Weise ein Teil des Kraftbedarfs der Pumpen rückgewonnen werden kann. λ :
Die Regenerierung der Alkanolamin-Lösung und der heißen Garbonat-Lösüng erfolgt durch Wärmezufuhr» Dieses kombinierte Verfahren ist ein beträchtlicher Fortschritt gegenüber den Methoden, welche eine eiiizige Äbsorptions-Lösung verwenden,- Jedoch kommt es zu einem beträchtlichen Aufwand für den Betrieb, insbesondere in Verbindung mit der Regenerierung der Waschlösungen. '
Überraschenderweise könnte nun erfindungsgemäß festgestellt werden P daß die Regenerierung der Absorptionsoder Was ch-Lösungen wesentlich verbessert werden kann allein durch Ausnutzung der verfügbaren Wärme.
1/0-70*
1A-53 930
Aufgabe der Erfindung jst somit ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen durch zweistufige Absorption mit Hilfe einer Alkanolamin- und einer Alkalicarbonat-Waschlösung, wobei die ausgebrauchte Alkanolamin-Lösung zur Regenerierung in eine erste Kolonne geleitet wird, worin Kohlendioxid durch Wärmezufuhr von außen abgestreift wird. Die ausgebrauchte Carbonat-Lösung gelangt zur Regenerierung in eine zweite Kolonne, in der das Kohlendioxid abgestreift wird unter Ausnutzung der Wärme der aus dem Kopf der ersten Kolonne entweichenden Dämpfe sowie des Wärmeinhalts eines mit Wasser gesättigten Luftstroms, der indirekt in einem Wärmeaustauscher erwärmt worden ist mit Hilfe eines fließfähigen Mediums, welches am Kopf der zweiten Kolonne kondensiert und im wesentlichen Wasser ist. Die zweite Kolonne befindet sich vorteilhafterweise über der ersten Kolonne nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es ist überraschend, daß es möglich istj für die Regenerierung der Carbonat-Lösung wassergesättigte Luft mit einer Temperatur die unter der liegt, welche für die Regeneration erforderlich ist, auszunutzen, nämlich der Wärmeenergie bei niederem Temperaturniveau aus dem Kopf des Kondensators.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des beiliegenden Fließschemas weiter erläutert.
Das von Kohlendioxid zu befreiende Gas, welches beispielsweise im wesentlichen aus Wasserstoff und Stick stoff und etwa 18,2 % CO2 besteht, tritt mit Wasser gesättigt und einer Temperatur von 120°C unter einem
Λ 130021/0709
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Druck von etwa 30 bar in den unteren Teil der Absorptionskolonne 25 über die Zuleitung 1 ein/steigt in der Kolonne auf im Gegenstrom zu einer heißen Kaliumcarbonat-Lösung, deren Konzentration etwa 25 Gew.-% beträgt.
Heißes. Gas verläßt den Kolonnenkopf mit etwa 2 COp und gelangt über die Leitung 2 und den Kühler 26, worin es auf etwa 400C abgekühlt wird, in den Kondensator 27. Das kondensierte Wasser wird am Boden des Kondensators abgezogen und das abgekühlte Gas über die Leitung 3 in den Boden der zweiten Absorptionskolonne 28 eingeführt.
Beim Aufsteigen durch die Kolonne 28 kommt das Gas mit einer etwa 20 gew.-%igen Lösung von Diethanolamin in Bernihrung, wodurch der COp-Gehalt des Gases auf etwa 100 ppm verringert wird. Dieses Gas mit etwa 100 ppm CO2 verläßt die Kolonne 28 am Kopf und gelangt über die Leitung 4 an ihren Bestimmungs ort.
Die ausgebrauchte Diäthanolamin-Lösung verläßt die Kolonne 28 am Boden und gelangt direkt über die Lei tung 7 in den Austauscher 29f worin sie vorgewärmt wird und dann über die Leitung 8 in den Kopf der Regenerierkolonne 30 eintritt; diese arbeitet bei einem geringen Überdruck. Am Boden dieser Kolonne sammelt sich die regenerierte Waschlösung mit der entsprechenden Temperatur.
.Die Erwärmung geschieht durch indirekte Beheizung entweder djrch Ztxführ von eventuell verfügbarem Dampf öder Heißgasen in den Erhitzer 31.
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Die regenerierte Diäthanolaminlösung wird aus dem Boden der Kolonne 30 mit Hilfe der Pumpe 32 durch die Leitung 9 in den Wärmeaustauscher 29 geführt, worin sie teilweise abgekühlt wird; sie gelangt dann über die Leitung 10 und den Kühler 31f in dem sie auf etwa 40 C heruntergekühlt wird, und eventuell durch die Leitung 11 in den Kopf der . zweiten Absorptionskolonne 28.
Die heiße ausgebrauchte Kaiiumcarbonat-Lösung aus dem Boden der ersten Absorptionskolonne 25 wird über die Leitung 5 einer Turbine 34 zugeführt, in der durch spannung die Rückgewinnung eines Teils der von den Pumpen benötigten Kraft erfolgt. Dann gelangt die Lösung über die Leitung 6 in den Kopf der Regenerierkolonne 35.
Die Regenerierung der Carbonat-Lösung in der Kolonne 35 geschieht adiabatisch mit Hilfe von heißen Dämpfen aus dem Kopf der Kolonne 30 und einem Strom von mit Wasser(dampf) gesättigter heißer Luft.
Die ankommende Luft wird im Kompressor 36 verdichtet und nach Erwärmen und gleichzeitigem Sättigen mit Wasserdampf im Wärmeaustauscher 37, nachgeschaltet dem Kopf der Kolonne 35, gelangt sie über die Zuleitung in den Boden der Kolonne 35. Es läßt sich auf diese Weise ein Teil der Kondensationswärme des Wassers der die Regenerationskolonne 35 verlassenden Dämpfe gewinnen. Wegen des relativ niederen Temperaturniveaus dieser Dämpfe läßt sich deren Wärmeinhalt auf andere Weise nicht rückgewinnen.
/6
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Die regenerierte Carbonat-Lösving wird aus dem Boden der-Regenerierkolonne 35 abgezogen«
Die Dämpfe aus dem Kopf der Kolonne 35 werden über die Leitung 12 dem Wärmeaustauscher 37 zugeführt, worin ein Teil des Dampfes kondensiert und sich das Kondensat in dem Behälter 39 sammelt, von wo es über die Leitung 13rmit Hilfe der Pumpe 40 sowohl über die Leitung 20 in den Kopf der Regenerierkolonne 30 als auch über die Leitung 19 in den Wärmeaustauscher 37 zusammen mit über den Kompressor 36 und die Leitung 21 ankommender Luft geführt wird.
Die das Gefäß 39 verlassenden Dämpfe werden über die Leitung 14 dem Kühler 41 zugeführt, worin sie auf etwa 50°C abgekühlt werden. Dann gelangen sie in den Abscheider 42, bevor sie über die Leitung 16 in die Atmosphäre abgeblasen werden, .
Das Kondensat aus dem Abscheider 42 gelangt über die Leitung 15 und die Pumpe 43 entweder zur Austragung über die Leitung 17 oder über die Leitung 18 in den Boden,der Kolonne 35, während der Rest über die Leitung 23 als Rücklaufstrom in die Kolonne 30 eingeführt; wird. ;
Die folgenden Tabellen geben die Daten für die beispielsweise Durchführüngsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund des beiliegenden Fließschemas wieder. Die erste Lösung war eine 20 gew.-96-ige Diäthanolamin-Lösung, während die zweite Lösung eine 25 gew.-^-ige Kaiiumearbonat-Lösungwar.
/7
3002170709
ο ο to
ο -α ο to
Position 1 m3/h - VdU -% am 2 Kopf m/h 589 von 25 am Kopf m3/h 589 3 von 27 am Kopf m3/h 4 Vol.-96
96 589 75,06 65 96 973 40 96 973 40 96 589 von 28 99,75
Temp., 0C Gas + CO2 23 411 128 684 18,19 30 1 845 30 1 248 30 100 ppm
Druck, bar 120 8 6,75 - - 243 0,25
Durchsatz 30 - Vol.-# - Vol.-96 - -
(Normalbe
dingungen)
- 407 97,17 810 97,75 -. -
H2 + N2 100,00 99 1,98 98 2,00 96 832 100,00
CO2 0,85 0,25
H2O - ■ -
1. Lösung - -
2. Lösung 100,00 100,00
Summe
V>J VO O
O CO K)
CD
Position 5. 80 2. Lösung 6 Carbonat- kg/h Index 7 876 1. Lösung .-* 8 ■·. Gew ·'* I
VJl
gebrauchte 30 - - gebrauchte ,76 3 .76 VjJ
■· gebrauchte 2. Lösung • - ■ - 285 gebrauchte 1 Lösung - VO
VjJ
Temp. 0C ·- - 56 ,24 96 ,24 O
Drück, bar Carbonat 80 1 223 410 1,90 30 161 1.00 -■
index * 1 223 410 . 1,90 Gew ,00 1,4 100 ,00
Durchsatz kg/h , - kg/h 3
Hg + Ng
CO2
- 410 '. ' - ' 3 - kg/h
HgO - 410 - 96 3 876
1. Lösung . - .'. 1,90 99 - ί
2. Lösung 1 223 1,90 - 100 99 285 r ■»
Summe 1 223 103 ' -
103 161
* Carbonatindex: Äquivalentverhältnis CO2:KgO
CO
Position 9 99 . - 99 119 I.Lösung 10 99 99 73 Lösung 11 99 - 99 40 1.UJBUOg 12
regenerierte regenerierte 1. regenerierte 30 am Kopf "von 35
Teinp. 0C 75
Druck, bar 1 Gew.-% Gew.-# Gew.-%
Durchsatz kg/h - kg/h - kg/h - m3/h Vol.-96
Luft - - - - - 47 000 40,51
CO2 - 281 - 281 - - 281 23 411 20,18
H2O - 100 - 100 - 100 45 606 39,31
1. Lösung 281 - 281 - 281 - -
2. Lösung 100 100 100 - -
Summe 116 017 100,00
Ul VjJ
VD VjJ O
Position ,Kondensate/';· <;' ■■.'·" am Kopf von 59 Kondensate ,;:,-;:V.;.^-"; '/'. ' ■■■■':'''".■ : '■ 60,64
■■,".;■ ' ■ i ■
' ' ■ ' ι ''. , ■ ' ,
SLm kopf von 42 30,20
._:■'■...' ''/'"Ο«''''
Temp· C
9,16
Druck,; bar kg/h Gew.-% m3/h VoIv-# kg/h Gew. -?6 ''■ ' ' ' " .' ' , ■ , -
Durchsatz ■-■,:'■ 47 000 45,71 ■"■■■' . ' - . abgeblasen , - ■ :
Luft 'Hk' . am ■ ' 23 411 22,77 .-■.■."■' m3/h 100,00
c02 10 600 100 32 415 31,52 20 344 100 47 000
H2O ■.-.■'■ .'- - . ■ ■ -' ■. 23 411
1. Lösung ''-■"■; - ' ~ . ■ .. - 7 098
2. Lösung 10 600 100 102 826 100,00 20 344. 100 ■ ■—
Summe
77 509
AJl VO
Position 17 Gew.-% 18 Gew.-% 19 Gew.-% 20 . ■ -
Kondensate - Kondensate - Kondensate 1 370 100
Temp. 0C 50 - 50 - Kondensate - 73
Druck, bar 100 100 73 100 1,4 '
Durchsatz kg/h - kg/h - - kg/h Gew. -%
Luft - - - - kg/h - - , -
co2 - 100 - 100 - 100 -
H2O 2 161 . 3 527 - 1 370 100
1. Lösung' - - 9 230 -
2. Lösung - - -
Summe 2 161 3 527 -,.
9 230
VO V» O
co Position ■■■: .vgl·1. m5/h VoL -% '■■. 22 ':: Vol. -?6 23 kg/h Gew.-% 24 Carbonat- 1,45
146 Luft 47 000 96,03 Luft 77,78 XIlU(T-A. 1,45
Temp.0C 35 1 944 3,97 65 22,22 Kondensate 14 656 100 regen. Carbonat-Lö sung
Druck, bar - - - 50 - ■ - ■,■:■;■■■ 65. ■"■. -
Durchsatz - - m3/h - - - 30
Luft 48 944 1Q0,00 47 000 100,00 ■ 14 656 100 kg/h
CO2-
H2O
13 430 -
1. Lösung - ■
'2. Lösung -
Summe 60 430 1 175 000
1 175 000
Ul VjJ
Λ.
Leerseite

Claims (2)

P a t e η ta η s ρ r ü c h e
1. Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxiden aus Gasen durch zweistufige Absorption mit einer Alkalicarbonat-Lösung und einer Alkanolamin-Lösung und Regenerieren der Absorptions-Lösungen mit Hilfe von Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Regenerierung der Alkalicarbonat-Lösung die Wärme der den Kopf der Regenerierkolonne für die Alkanolamin-Lösung verlassenden Dämpfe und die Wärmeänes mit Wasserdampf gesättigten Luftstroms, ■ververtet, der durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizmedium erwärmt worden ist, welches am Kopf der Regenerierkolonne für die Alkalicarbonat-Lösung kondensiert worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -
k en η ζ e i c h η e t , daß man die Regenerierung derAlkalicarbonat-Lösung in einer Kolonne vornimmt, welche sich oberhalb der Regenerierkolonne für die Alkanolamin-Lösung befindet.
8146
13ÜÖ21/0709
DE3032470A 1979-11-08 1980-08-28 Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen Expired DE3032470C2 (de)

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