DE3820434A1 - Absorptionskolonne und verfahren zur auswaschung von verunreinigungen aus einem gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionskolonne mit einer Füllkörperschüttung sowie ein Verfahren zur Auswaschung von Verunreinigungen aus einem diese enthaltenden Gas mit Hilfe eines Lösungsmittels, dessen spezifisches Gewicht größer als das der Füllkörper ist.

Bei oxidativen Schwefelwasserstoffwäschen beispielsweise wird der bei der Absorption ausgewaschene Schwefelwasserstoff bei niedrigen Lösungsmittel-pH-Werten augenblicklich zu Elementarschwefel umgewandelt. Dieser in dem Lösungsmittel suspendierte Elementarschwefel führt zu Verlegungen am Absorber. In gepackten Kolonnen, also Füllkörperkolonnen, verlegen sich die Füllkörper, während in Blasensäulen der kleinlöchrige Siebboden verstopft wird.

Derartige Verlegungen können auch bei anderen Wäschen auftreten, wie beispielsweise durch Metallsulfide oder Metallcarbonyle bei Methanolwäschen oder durch Phosphine bei Pottaschewäschen.

Aus der DE-OS 35 13 809 ist ein Verfahren zum Reinigen einer Füllkörperkolonne bekannt, welche bei einer mit einem Lösungsmittel durchgeführten Wäsche zur Gasreinigung eingesetzt wird und sich dabei mit Ablagerungen verlegt. Als Füllkörpermaterial werden in der bekannten Kolonne Stoffe mit einem spezifischen Gewicht kleiner 1 verwendet. Zur Reinigung wird die Füllkörperkolonne geflutet, wobei die Füllkörperelemente aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts aufgeschwemmt werden. Beim Aufschwemmen brechen die Verlegungen auf, jedoch wird dadurch nicht verhindert, daß sich die Füllkörperschüttung immer wieder verlegt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Absorptionskolonne zur Auswaschung von Verunreinigungen aus einem diese enthaltenden Gas derart auszugestalten, daß Verlegungen in der Kolonne vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolonne an ihrem unteren Ende mit Zuleitungen und an ihrem oberen Ende mit Ableitungen für Gas und Lösungsmittel ausgestattet ist und daß die Gaszuleitung in Form mindestens zweier nach oben gerichteter Rohrenden in die mit Lösungsmittel beschickte Kolonne mündet.

Die erfindungsgemäße verlegungsunempfindliche Absorptionskolonne stellt eine Kombination aus der bekannten Blasensäule und der bekannten Füllkörpersäule dar. Es wird dabei im Gegensatz zur üblichen Blasensäule die Gasverteilung nicht durch einen verlegungsempfindlichen Siebboden bewerkstelligt, sondern vielmehr durch die in der Flüssigkeit befindlichen Füllkörper. Um ein gegenseitiges Verkleben zu vermeiden, werden die Füllkörper während der Absorption ständig in Bewegung gehalten. Hierfür wird erfindungsgemäß die Auftriebskraft der aufsteigenden Gasblasen ausgenutzt.

Nach einer äußerst vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Absorptionskolonne ragen die Rohrenden der Gaszuleitung konzentrisch in darüber befindliche Strömungsrohre.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind der Rohrdurchmesser der Rohrenden der Gaszuleitung (Gasverteilungssystem) und der Durchmesser der Strömungsrohre so aufeinander abgestimmt, daß die am Ende der Rohrenden sich bildende Großblasen eine kräftige Aufwärtsströmung im gesamten lnnenraum der Strömungsrohre erzeugen. Dies bewirkt erfindungsgemäß gezielte Zirkulationsbewegungen (mit waagrecht liegenden Rotationszentren) der Absorberflüssigkeit, der Gasblasen und der Füllkörper um die Strömungsrohre herum.

Durch Variation des Abstandes zwischen den Strömungsrohrenden und der Flüssigkeitsoberfläche kann die Bewegungsintensität der Füllkörper an der Flüssigkeitsoberfläche beeinflußt werden. Je kürzer der Abstand zwischen den Strömungsrohrenden und der Flüssigkeitsoberfläche desto turbulenter ist die Bewegung der Füllkörper an der Flüssigkeitsoberfläche, da die in den Strömungsrohre erzeugte Aufwärtsströmung auch in diesem Bereich noch heftige Zirkulationsbewegungen bewirken.

Die in der Absorptionskolonne befindlichen Füllkörper weisen eine Dichte auf, die kleiner ist als die des Lösungsmittels, so daß sie in der nichtbewegten Flüssigkeit aufschwimmen. Andererseits soll der Dichteunterschied nicht übermäßig groß sein, um das Bewegen (Zirkulieren) der Füllkörper durch einen zu hohen Auftrieb nicht zu erschweren. Daher sind Hohlkörper (Hohlkugeln) zwar prinzipiell geeignet, jedoch nicht optimal. Von Vorteil sind Füllkörper aus Polyethylen oder Polypropylen mit einer Dichte wenig unter 1 g/cm³, die leicht in der Waschlauge (Dichte 1,1 bis 1,3) bewegt werden können. Prinzipiell ist jede Füllkörperform und -art geeignet; bevorzugt werden jedoch Füllkörper, die wenig dazu neigen, Schwefel in ihrem inneren Gefüge anzusammeln. Optimal hierfür sind Vollkugeln aus geeignetem Material, z.B. Polyethylen.

Die zunächst an den Rohrenden der Gaszuleitung gebildeten Großblasen werden während des Aufsteigens durch anwesende Füllkörper in Kleinblasen zerteilt. Je mehr Füllkörper sich in der Flüssigkeit befinden, um so schneller und intensiver wird die erforderliche Gaszerteilung bewirkt; andererseits wird aber - bei zu hohem Füllkörperanteil - die Beweglichkeit der Füllkörper eingeschränkt.

Da durch die bewegten Füllkörper ein stetes Zerteilen der Gasblasen erreicht wird und eine Aggregation zu Großblasen auch bei hohen Gasdurchsätzen nicht zu befürchten ist, kann die erfindungsgemäße Absorberkolonne mit weitaus höheren Lehrrohrgeschwindigkeiten betrieben werden als eine Blasensäule, womit der Absorberdurchmesser im Bereich der für Füllkörpersäulen üblichen kleinen Werte gehalten werden kann.

Der für Blasensäulen charakteristische Vorteil der nur geringen erforderlichen Flüssigkeitshöhe (geringer Gasvordruck) bleibt erhalten.

Sollten Füllkörper nahe der Oberfläche aufgrund nicht ausreichender Bewegung sich dennoch mit Ablagerungen verlegen, so sinken sie - sobald sie das erforderliche Gewicht erreicht haben - nach unten und gelangen damit zwangsläufig in den Bereich der turbulenten Bewegung, wo sie abgereinigt werden.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Absorptionskolonne sind über den Strömungsrohren niedrigwandige Tassen mit Siebböden angebracht. Damit wird eine zusätzliche Blasenverteilung, eine Vergleichmäßigung des Blasenanteils über den gesamten Kolonnenschnitt sowie eine Beruhigung der Flüssigkeit über dem Strömungsrohr erreicht. Beim Betrieb der Absorberkolonne wird die zuvor beschriebene Zirkulationsbewegung erzeugt. In dieser Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kolonne aber werden Füllkörper und Gasblasen von unten an die Siebböden transportiert. Die Siebböden bewirken ein zusätzliches Zerteilen der Gasblasen. Die Gasblasen die unterhalb der Siebbodentassen entweichen werden wie üblich nur durch die sich unter oder über den Siebbodentassen befindlichen Füllkörper zerteilt.

Mit besonderem Vorteil ist der Lochdurchmesser der Siebböden deutlich größer ausgestaltet als der Durchmesser der Füllkörper, so daß diese ständig die Siebbödenlöcher durchströmen, dabei anhaftende Verlegungen abstreifen und ein Anwachsen von Verunreinigungen an den Siebböden verhindern.

Da die Siebbodentassen aufgrund der kräftigen Aufwärtsströmung in den Strömungsrohren ständig mit Füllkörpern ausgefüllt sind, wirkt sich der relativ große Durchmesser der Siebbödenlöcher nicht nachteilig für die Blasenbildung aus, da die Blasenverteilung (bei ausreichender Füllkörperdichte unter dem Siebboden) weitestgehend von den Füllkörpern bewirkt wird.

Die Erfindung bezieht sich überdies auf ein Verfahren zur Auswaschung von Verunreinigungen aus einem diese enthaltenden Gas in einer Absorptionskolonne mit einer Füllkörperschüttung mit Hilfe eines Lösungsmittels, dessen spezifisches Gewicht größer als das der Füllkörper ist, wobei das Lösungsmittel sowie das Verunreinigungen enthaltende Gas am unteren Ende der Kolonne eingeführt und am oberen Ende abgezogen werden.

Mit besonderem Vorteil wird bei Verunreinigungen, welche zumindest teilweise aus Schwefelwasserstoff bestehen, ein oxidativ wirkendes Lösungsmittel angewandt.

Die erfindungsgemäße Absorptionskolonne und das Verfahren können jedoch auch bei allen anderen einschlägigen Wäschen angewandt werden, z.B. bei chemischen Wäschen mit Heißpottasche, Monoethanolamin, Diethanolamin, Methyldiethanolamin als Lösungsmittel, oder bei physikalischen Wäschen mit Polyethylenglykolethern, Methanol, H₂O als Lösungsmittel, sowie bei Zwitterwäschen, wie mit einer Mischung aus Alkanolamin mit Methanol. Die Wäschen werden dabei zur Reinigung von z.B. Erdgasen, CO₂-haltigen Abgasen, Biogasen und Claus-Tailgasen eingesetzt, wobei die Verunreinigungen z.B. aus Ruß, Schwefel oder Metallcarbonylen bestehen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Absorptionskolonne 1 (Durchmesser 2 m), welche mit einem Gasverteilungssystem 2 in Form von nach oben gerichteten in die mit Lösungsmittel beschickte Kolonne mündenden Rohrenden ausgestattet ist. Die Rohrenden haben einen Durchmesser von 0,2 m. 2500 m³/h H₂S enthaltendes CO₂-haltiges Abgas werden bei 3 über das Gasverteilungssystem 2 in die Kolonne eingeführt und über Gasableitung 4 als Reingas wieder aus der Kolonne abgezogen. Die Beschickung der Kolonne mit 200 m³/h eines Lösungsmittels überwiegend bestehend aus Natriumkarbonat und Vanadiumsalzen, welches eine Dichte von 1200 kg/m³ hat erfolgt über Lösungsmittelzuleitung 5, wobei das mit 400 mg/l H₂S beladene Lösungsmittel über Lösungsmittelableitung 6 kontinuierlich abgezogen wird.

Die Absorptionskolonne 1 enthält eine 1 m hohe Füllkörperschüttung 7, wobei die Füllkörper aus Pallringen (Polypropylen) bestehen und eine Dichte von 906 kg/m³ und einen Durchmesser von 15 mm aufweisen. Über den Rohrenden der Gaszuleitung (Gasverteilungssystem 2) befinden sich Strömungsrohre 8, mit einem Durchmesser von 0,7 m.

Fig. 2 zeigt die in bezug auf Fig. 1 beschriebene Absorptionskolonne 1 bei Inbetriebnahme. Aus den Rohrenden des Gasverteilungssystems 2 treten zunächst Großblasen entsprechend dem Durchmesser der Rohrenden aus und initiieren eine kräftige Aufwärtsströmung 9 in den Strömungsrohren 8. Dies bewirkt eine Zirkulationsbewegung 10 des Lösungsmittels, der Gasblasen und der Füllkörper um die Strömungsrohre herum und somit eine Expandierung der Füllkörperschüttung 7. In dieser Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Absorptionskolonne werden die erzeugten Gasblasen nur durch Füllkörper zerteilt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Absorptionskolonne, welche eine Gasblasenverteilung durch Füllkörper und Siebböden gestattet. Die in bezug auf Fig. 1 beschriebene Absorptionskolonne 1 ist daher in dieser Ausgestaltungsform mit mit Siebböden versehenen niedrigwandigen Tassen 11, welche über den Strömungsrohren 8 angebracht sind, ausgestattet. Die Siebböden weisen einen Lochdurchmesser von 35 mm auf.

Fig. 4 zeigt die Inbetriebnahme der in bezug auf Fig. 3 beschriebenen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Absorptionskolonne 1. Wie zuvor beschrieben wird eine Zirkulationsbewegung des Lösungsmittels, der Gasblasen und der Füllkörper erzeugt. Füllkörper und Gasblasen werden von unten an die Siebböden 11 transportiert. Da der Lochdurchmesser der Siebböden 11 (35 mm) gemäß Fig. 5 deutlich größer ist als der Durchmesser der Füllkörper 12 (15 mm), durchströmen diese ständig die Siebbödenlöcher und verhindern ein Verlegen der Füllkörper 12 sowie der Siebböden 11.

Claims (7)

1. Absorptionskolonne mit einer Füllkörperschüttung zur Auswaschung von Verunreinigungen aus einem diese enthaltenden Gas mit Hilfe eines Lösungsmittels, dessen spezifisches Gewicht größer als das der Füllkörper ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonne an ihrem unteren Ende mit Zuleitungen und an ihrem oberen Ende mit Ableitungen für Gas und Lösungsmittel ausgestattet ist und daß die Gaszuleitung in Form mindestens zweier nach oben gerichteter Rohrenden in die mit Lösungsmittel beschickte Kolonne mündet.

2. Absorptionskolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden der Gaszuleitung in darüber befindliche Strömungsrohre ragen.

3. Absorptionskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrdurchmesser der Rohrenden der Gasleitung und der Durchmesser der Strömungsrohre so aufeinander abgestimmt sind, daß die am Ende der Rohrenden sich bildenden Blasen eine kräftige Aufwärtsströmung im gesamten Innenraum der Strömungsrohre erzeugen.

4. Absorptionskolonne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Strömungsrohren niedrig wandige Tassen mit Siebböden angebracht sind.

5. Absorptionskolonne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochdurchmesser der Siebböden größer ist als der Durchmesser der Füllkörper.

6. Verfahren zur Auswaschung von Verunreinigungen aus einem diese enthaltenden Gas in einer Absorptionskolonne mit einer Füllkörperschüttung mit Hilfe eines Lösungsmittels, dessen spezifisches Gewicht größer als das der Füllkörper ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel, sowie das Verunreinigungen enthaltende Gas am unteren Ende der Kolonne eingeführt und am oberen Ende abgezogen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen zumindest teilweise aus Schwefelwasserstoff bestehen und daß zur Auswaschung ein oxidativ wirkendes Lösungsmittel angewandt wird.