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Verfahren zum Entfernen von C02 und/oder H2S aus Gasen
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von
C02 und/oder H2S aus Gasen mittels einer wäßrigen, Alkanolamine enthaltenden Absorptionsflüssigkeit.
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Es ist bekannt, z.8. aus A. Kohl und F. Riesenfeld, Gas Purification,
3. Auflage, 1979, insbesondere Seiten 28, 33 und 34, wäßrige Lösungen von primären
Aminen wie Monoethanolamin zur Entfernung von C02 und/oder H2S aus Gasen zu verwenden.
Ein Nachteil der Verwendung von wäßrigen Lösungen von Monoethanolamin besteht jedoch
darin, daß die wäßrigen Monoethanolamin-Lösungen, besonders bei höheren Konzentrationen,
stark korrosiv wirken. Um Korrosionsschäden in den Gaswaschanlagen zu vermeiden
oder zumindest auf ein erträgliches Maß zu mindern, ist es daher erforderlich, in
solchen Anlagen in aufwendiger Weise Systeme von Korrosionsinhibitoren einzusetzen,
wobei jedoch diese Korrosionsinhibitoren bei H2S-haltigen Gasen gar nicht eingesetzt
werden können. Die bekannten Verfahren zur Entfernung von C02 und/oder H2S unter
Verwendung von primären Alkanolaminen wie Monoethanolamin sind daher nicht zufriedenstellend.
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Es besteht daher Bedarf nach einem Verfahren zur Entfernung von C02
und/oder H2S aus Gasen, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden
werden können.
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Es wurde nun ein vorteilhaftes Verfahren gefunden zum Entfernen von
C02 und/oder H2S aus C02 und/oder H2S enthaltenden Gasen durch eine Wäsche der Gase
mit einer wäßrigen, ein Alkanolamin enthaltenden Absorptionsflüssigkeit und unter
anschließender Regeneration der Absorptionsflüssigkeit, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß man eine wäßrige Absorptionsflüssigkeit verwendet, die 3 bis 60 Gew.% eines
tertiären Alkanolamins und 1 bis 50 Gew.% eines primären Alkanolamins enthält.
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Nach dem neuen Verfahren kann gegenüber den bekannten Verfahren eine
erhebliche Senkung der Energieverbräuche und der Investitionskosten erreicht werden.
Dabei kann das Auftreten von Korrosionsschäden weitgehend vermieden werden, ohne
daß ein Zusatz von Korrosionsinhibitoren erforderlich wird.
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Als nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Gase kommen
beispielsweise Kohlevergasungsgase, Koksofengase, Erdgase, Synthesegase oder Raffineriegase
in Betracht.
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Die Gase weisen im allgemeinen einen C02-Gehalt von 1 bis 90 Mol.%,
vorzugsweise 2 bis 90 Mol.%, insbesondere 5 bis 60 Mol.% auf. Neben dem C02 können
die Gase als weiteres Sauergas H2S enthalten oder sie können H2S allein enthalten,
z.B. in Mengen von wenigen Mol.ppm, beispielsweise 1 Mol.ppm bis 50 Mol.%, vorzugsweise
10 Mol.ppm bis 40 Mol.%.
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Als Lösungsmittel wird für das erfindungsgemäße Verfahren eine wäßrige
Absorptionsflüssigkeit verwendet, die 3 bis 60 Gew.%, in der Regel 5 bis 60 Gew.%,
im allgemeinen 10 bis 60 Gew.%, zweckmäßig 20 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 25 bis
45 Gew.%, insbesondere 25 bis 35 Gew.% eines tertiären Alkanolamins und 1 bis 50
Gew.%, zweckmäßig 5 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.%, insbesondere 15
bis 20 Gew.% eines primären Alkanolamins enthält. Geeignete tertiäre Alkanolamine
sind beispielsweise Triisopropanolamin, Methyldiisopropanolamin, Dimethylisopropanolamin,
Diethylethanolamin, vorzugsweise Triethanolamin, insbesondere Methyldiethanolamin.
Als primäre Alkanolamine kommen z.B. 2#2I -Aminoethoxyethanol und vorzugsweise Monoethanolamin
in Betracht.
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Die das tertiäre Alkanolamin und primäre Alkanolamin enthaltende wäßrige
Absorptionsflüssigkeit kann zusätzlich noch ein physikalisches Lösungsmittel enthalten.
Geeignete physikalische Lösungsmittel sind beispielsweise N-Methylpyrrolidon, Tetramethylensulfon,
Methanol, Oligoethylenglykoldialkylether wie Oligoethylenglykolmethylisopropylether
(SEPASOLV MPE), Oligoethylenglykoldimethylether (SELEXOL). Das physikalische Lösungsmittel
ist in der Absorptionsflüssigkeit im allgemeinen in Mengen von 1 bis 60 Gew.% vorzugsweise
10 bis 50 Gew.%, insbesondere 20 bis 40 Gew.% enthalten.
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Für die Entfernung von C02 und/oder H2S aus dem zu reinigenden Gas
durch Behandlung mit der erfindungsgemäß zu verwendenden Absorptionsflüssigkeit
werden in der Absorptionszone im allgemeinen Temperaturen von 30 bis 900C, vorzugsweise
35 bis 800C, insbesondere 40 bis 600C, angewendet.
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Zweckmäßig werden in der Absorptionszone Drücke von 5 bis 110 bar,
vorzugsweiSe 10 bis 100 bar, insbesondere 20 bis 90 bar, angewendet. Die Absorption
kann in einer Absorptionsstufe oder in zwei hintereinander geschalteten Absorptionsstufen
durchgeführt werden. Im allgemeinen wird die Absorption einstufig durchgeführt.
Für die Absorption werden zweckmäßig Absorptionskolonnen verwendet, im allgemeinen
eine Füllkörperkolonne oder eine mit Böden ausgestattete Kolonne. Das gereinigte
Gas wird zweckmäßig am Kopf der Absorptionszone abgezogen. Die im allgemeinen am
Sumpf der Absorptionszone abgezogene, mit den Sauergasen C02 und/oder H25 beladene
Absorptionsflüssigkeit wird zur Regenerierung zweckmäßig einer Abstreifzone zugeführt.
Die in der Abstreifzone ausgetriebenen
Sauergase werden zweckmäßig
am Kopf der Abstreifzone abgezogen. Die am Sumpf der Abstreifzone erhaltene regenerierte
Absorptionsflüssigkeit wird zweckmäßig in die Absorptionszone zurückgeführt. Als
Abstreifzone wird zweckmäßig eine Abstreifkolonne verwendet, im allgemeinen eine
Füllkörperkolonne oder eine mit Böden augestattete Kolonne. In der Abstreifzone
werden im allgemeinen Temperaturen von 100 bis 1300C, vorzugsweise 105 bis 1250C,
insbesondere 110 bis 1200C, angewendet, entsprechend der Siedetemperatur der Absorptionsflüssigkeit
bei Betriebsdruck der Abstreifkolonne.
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Nachfolgend werden weitere Einzelheiten der Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispieles, dessen Verfahrensablauf in der Figur schematisch dargestellt
ist, erläutert.
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Ein C02 und/oder H2S enthaltendes Gas, z.B. ein C02 als Sauergas enthaltendes
Synthesegas, wird über Leitung 1 unter Druck in den Sumpf der Absorptionskolonne
2 eingeführt. Gleichzeitig wird über Leitung 3 als Absorptionsflüssigkeit eine beispielsweise
12 bis 22 Gew.% Monoethanolamin und 20 bis 40 Gew.% Methyldiethanolamin enthaltende
wäßrige Lösung auf den Kopf der Absorptionskolonne gegeben. Das zu reinigende Gas
und die Absorptionsflüssigkeit werden im Gegenstrom geführt. Am Kopf der Absorptionskolonne
wird über Leitung 5 das Produktgas abgezogen. Die am Sumpf der Absorptionskolonne
erhaltene mit den Sauergasen beladene wäßrige Absorptionsflüssigkeit wird anschließend
in einem Wärmetauscher 11 erhitzt und dann zur Regenerierung auf den Kopf der Abstreifkolonne
6 gegeben, in der durch Wärme und Wasserdampf die in Absorptionskolone 2 absorbierten
sauren Gase aus der beladenen Absorptionsflüssigkeit ausgetrieben werden. Die dafür
benötigte Wärmeenergie wird von einem Aufkocher 7 aufgebracht und die sauren Gase
C02 und/oder H2S steigen in der Abstreifkolonne zusammen mit Wasserdampf nach oben.
Die sauren Gase C02 und/oder H2S verlassen zusammen mit dem Wasserdampf sowie geringen
Mengen Lösungsmitteldämpfen die Abstreifkolonne über Leitung 8. In einem Kühler
9 wird der Gasstrom 8 gekühlt, wobei Wasser und das in geringen Mengen im Dampf
vorhandene Lösungsmittel auskondensieren. Wasser und die Lösungsmittelspuren werden
in einem Behälter 10 gesammelt. über eine Leitung 12 werden die sauren Gase C02
und/oder H2S aus der Anlage ausgetragen. Uber eine Leitung 13 wird das im Behälter
10 zurückgewonnene Wasser mit Spuren der im Lösungsmittel eingesetzten Alkanolamine
in die Abstreifkolonne zurückgeführt. Vom Sumpf der Abstreifkolonne 6 wird über
die Leitung 3 mittels einer Lösungsmittelumwälzpumpe 14 die regenerierte Absorptionsflüssigkeit
zur Absorptionskolonne 2 nach Durchströmen des Wärmeaustauschers 11 und Kühlers
15 zurückgeführt.
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Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.
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Beispiel 1 In einer Absorptionskolonne wurden 0,22 kmol/h eines Gases
aus 10 Mol.% C02 und 90 Mol.% Stickstoff mit 15 kg/h einer wäßrigen Absorptionsflüssigkeit,
die 15 Gew.% Monoethanolamin und 35 Gew.% Methyldiethanolamin enthielt, gewaschen.
In der Absorptionskolonne wurde ein Druck von 30 bar aufrechterhalten. Die Zulauftemperatur
der Absorptionsflüssigkeit betrug 50°C. Der C02-Gehalt in dem die Absorptionskolonne
verlassenden Reingas betrug 68 Vol.ppm. Die mit C02 beladene Absorptionsflüssigkeit
wurde am Sumpf der Absorptionskolonne abgezogen und nach Entspannung auf den Kopf
einer Abstreifkolonne gegeben, in der die beladene Absorptionsflüssigkeit durch
Dampfstrippung regeneriert wurde. Der am Kopf der Abstreifkolonne abgezogene Gasstrom
enthielt 99 Vol.% C02 und 1 Vol.% N2. Die regenerierte Absorptionsflüssigkeit wurde
auf den Kopf der Absorptionskolonne zurückgeführt.
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Beispiel 2 Eine Gaswäsche wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt,
wobei jedoch eine wäßrige Absorptionsflüssigkeit mit einem Gehalt von 20 Gew.% Monoethanolamin
und 30 Gew.% Methyldiethanolamin angewendet wurde. Dabei wurde ein Reingas mit einem
C02-Gehalt von 13 Vol.ppm erhalten.
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Beispiel 3 tine Gaswäsche wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt,
wobei jedoch eine wäßrige Absorptionsflüssigkeit mit einem Gehalt von 20 Gew.% Monoethanolamin
und 20 Gew.% Methyldiethanolamin angewendet wurde. Dabei wurde ein Reingas mit einem
C02-Gehalt von 23 Vol.ppm erhalten.
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Yersleichsbeispiel 1 Ein Vergleichsversuch wurde, wie in den Beispielen
1 bis 3 beschrieben, durchgeführt, wobei jedoch als Absorptionsflüssigkeit eine
20 Gew.% Monoethanolamin enthaltende wäßrige Lösung verwendet wurde. Dabei wurde
ein Reingas mit einem C02-Gehalt von 2,3 Vol.% erhalten, d.h. der C02-Gehalt im
Reingas gemäß dem Vergleichsbeispiel war um den Faktor 1000 höher als der C02-Gehalt
im Reingas gemäß Beispiel 3.
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Veraleichsbeispiel 2 In einem weiteren Vergleichsversuch wurde, wie
in den obigen Beispielen beschrieben, eine Gaswäsche durchgeführt, wobei mit einer
wäßrigen Absorptionsflüssigkeit mit einem Gehalt von 15 Gew.% Monoethanolamin und
35 Gew.% Methyldiethanolamin die Absorptionsflüssigkeitsmenge soweit reduziert wurde,
bis am Kopf der Absorptionskolonne der C02-Gehalt im Reingas 2,3 Vol.% betrug. Die
dazu benötigte Lösungsmittelumlaufmenge betrug 11,6 kg/h. Im Vergleich zu Vergleichsbeispiel
1 konnte die umlaufende Absorptionsflüssigkeitsmenge und damit die zur Regenerierung
benötigte Energiemenge um ca. 22 % gesenkt werden.
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Zeichn.