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