DE3828227A1 - Verfahren zum entfernen von co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) und gegebenenfalls h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) aus gasen - Google Patents

Verfahren zum entfernen von co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) und gegebenenfalls h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) aus gasen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von CO2 und gegebenenfalls H2S aus Gasen durch eine Gaswäsche mittels einer Absorptionflüssigkeit.
Bei Absorptionsverfahren zur Entfernung von CO2 aus Gäsen wie Synthesegasen und Erdgasen wird das abgetrennte CO2 häufig als Wertprodukt gewonnen, das für weitere Zwecke Anwendung findet. Beispielsweise wird das bei der Gaswäsche von Erdgasen bzw. Erdölbegleitgasen erhaltene CO2 nach Kompression in Erdöllagerstätten zurückgeführt, um hierdurch den Grad der Erdölgewinnung zu erhöhen. Weiter wird das aus dem Synthesegas einer Ammoniakanlage in einer CO2-Wäsche abgetrennte CO2 häufig in einer nachgeschaltenen Harnstoffanlage als Einsatzstoff für die Umsetzung mit Ammoniak zu Harnstoff verwendet. Dabei ist das in der Ammoniakanlage gewonnene CO2 in der Regel gegenüber dem in der Ammoniakanlage erhaltenen Ammoniak in bezug auf die Harnstoffbildung im Unterschuß, so daß es von besonderer Bedeutung ist, daß in der CO2-Wäsche der Ammoniakanlage das CO2 in möglichst hoher Ausbeute gewonnen wird.
Aus der Patentschrift 25 51 717 ist es bereits bekannt, CO2 und gegebenenfalls H2S aus einem CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltenden Gas durch eine Gaswäsche mittels einer Absorptionsflüssigkeit zu entfernen, wobei die beladene Absorptionsflüssigkeit zunächst in Entspannungsstufen regeneriert und anschließend zur weiteren Regenerierung einer Abstreif­ kolonne zugeführt wird. Bei der Anwendung dieses Gaswaschverfahrens für die CO2-Wäsche eines Ammoniaksynthesegases wird das CO2 in der Regel in einer Ausbeute zwischen 95 und 97% gewonnen, wobei die CO2-verluste - abgesehen von dem durch die CO2-Spezifikation des gereinigten Gases vorgegebenen Rest-CO2-Gehalt im gereinigten Gas - im wesentlichen im Abgas der ersten Entspannungsstufe auftreten.
Aus Hydrocarbon Processing, März-Heft 1988, S. 43-46 ist bereits bekannt, bei einer solchen CO2-Wäsche unter Verwendung eines physikalischen Lösungsmittels die CO2-Ausbeute in der Weise zu erhöhen, daß das aus der ersten Entspannungsstufe erhaltene Gas zum Absorber zum Einsatzgas der CO2-Wäsche zurückgeführt wird. Diese Arbeitsweise hat jedoch die folgenden Nachteile:
  • - Die aus dem Einsatzgas unter dem relativ hohen Druck in der Absorptionskolonne auszuwaschende CO2-Menge wird erhöht. Dies führt zu einer Zunahme des erforderlichen Absorptionsmittelumlaufs und dementsprechend zu einer Zunahme der Durchmesser der Absorptions- und Regenerationskolonnen.
  • - Es ergibt sich weiter ein zusätzlicher Verbrauch an elektrischer Energie für die Kompression des zum Absorber zurückgeführten Gases und die Verpumpung der erhöhten Absorptionsmittelumlaufmenge.
  • - Die Kühlung und Kompression der Gasströme und die größeren Kolonnen führen zu erhöhten Investitionskosten.
Es ist weiter vorgeschlagen worden, das für die Harnstoffgewinnung benötigte zusätzliche CO2 durch eine CO2-Wäsche aus den aus der Ammoniak­ anlage erhaltenen Verbrennungsgasen zu gewinnen. Wegen der in diesen Verbrennungsgasen häufig noch enthaltenen korrosiven Komponenten wie O2 und SO2 entstehen in solchen CO2-Wäschen oft erhebliche Probleme durch Korrosion von Anlagenteilen und Zersetzung des Lösungsmittels.
Es wurde nun ein vorteilhaftes Verfahren gefunden zum Entfernen von CO2 und gegebenenfalls H2S aus einem CO2 und gegegebenenfalls H2S enthaltenden Gas mittels einer Absorptionsflüssigkeit, bei dem man das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltende Gas in einer Absorptionszone mit der Absorptionsflüssigkeit behandelt, aus der Absorptionszone das behandelte Gas abzieht, die aus der Absorptionszone erhaltene, mit CO2 und gegebenen­ falls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit anschließend regeneriert, indem die mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit in einer oder mehreren Entspannungsstufen entspannt wird und am Kopf der ersten Entspannungsstufe bzw. bei mehreren Entspannungsstufen am Kopf mindestens einer der ersten bis vorletzten Entspannungsstufen ein Entspannungsgas abgezogen wird und die aus der letzten Entspannungsstufe erhaltene teilweise regenerierte Absorptionsflüssigkeit gegebenenfalls zur weiteren Regenerierung einer Abstreifzone zugeführt wird, wobei aus der Regenerierung mindestens ein das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltender Sauergasstrom abgezogen wird und die regenerierte Absorptionsflüssigkeit in die Absorptionszone zurückgeführt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens einer der Entspannungsstufen, aus denen das Entspannungsgas abgezogen wird, an einer Stelle oberhalb der Zuführung der zu entspannenden Absorptionsflüssigkeit ein Teilstrom von ganz oder teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit zugeführt wird.
Nach dem neuen Verfahren läßt sich die CO2-Ausbeute beispielsweise in der CO2-Wäsche einer Ammoniakanlage in einfacher Weise durch die erfindungsgemäße Nachwäsche des Entspannungsgases der entsprechenden Entspannungsstufe mit teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit aus der letzten Entspannungsstufe auf über 99% erhöhen, ohne daß hierfür die gemäß den bekannten Verfahren erforderlichen aufwendigen Maßnahmen erforderlich sind. Entsprechend der geringen Menge des CO2-haltigen Entspannungsgases wird für die erfindungsgemäße Nachwäsche zum Auswaschen des CO2 aus dem Entspannungsgas nur ein geringes Kolonnenvolumen benötigt, so daß die zusätzlichen Investitionskosten sehr gering sind. Da weiter nur ein kleiner Teilstrom der beispielsweise aus der letzten Entspannungsstufe durch Absenkung des Drucks erhaltenen teilweise regenerierten Absortionsflüssigkeit für die Nachwäsche benötigt wird, ändert sich der gesamte Wärmebedarf im Regenerationsteil der Sauergaswäsche durch die Nachwäsche praktisch nicht.
Als nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Gase kommen beispielsweise Kohlevergasungsgase, Koksofengase, Erdgase, Erdölbegleitgase und Synthesegase in Betracht, wobei die Anwendung auf CO2-haltige Erdgase und Erdölbegleitgase im Hinblick auf die CO2-Gewinnung für die tertiäre Erdölförderung und auf Ammoniaksynthesegase im Hinblick auf die Weiterverwendung des gewonnenen CO2 für die Harnstoffherstellung von besonderem Interesse ist.
Die Gase weisen im allgemeinen einen CO2-Gehalt von 1 bis 90 Mol.%, vorzugsweise 2 bis 90 Mol.%, insbesondere 3 bis 60 Mol.% auf. Neben dem CO2 können die Gase als weiteres Sauergas H2S enthalten, z.B. in Mengen von 1 Mol.ppm bis 50 Mol.%. Da jedoch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft für die Gewinnung von CO2 als Wertprodukt, das in der Regel einen möglichst geringen H2S-Gehalt aufweisen soll, verwendet wird, werden Einsatzgase bevorzugt, die im allgemeinen weniger als 2 Mol.%, vorzugsweise weniger als 500 Mol.ppm, insbesondere weniger als 50 Mol.ppm, mit besonderem Vorteil weniger als 10 Mol.ppm aufweisen. Insbesondere für CO2-Wäschen in Ammoniakanlagen werden in der Regel praktisch H2S-freie Synthesegase, z.B. mit einem H2S-Gehalt von weniger als 0,1 Mol.ppm eingesetzt.
Als Absorptionsflüssigkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren kommen physikalische und chemische Lösungsmittel in Betracht. Geeignete physikalische Lösungsmittel sind beispielsweise Methanol, aliphatische Säureamide wie Dimethylformamid, N-alkylierte Pyrrolidone wie N-Methylpyrrolidon, Cyclotetramethylensulfon und dessen Derivate sowie Gemische von Dialkylethern von Polyethylenglykolen, z.B. die Dimethylether oder Methylisopropylether der Polyethylenglykole.
Geeignete chemische Lösungsmittel sind beispielsweise Alkanolamine, z.B. primäre Alkanolamine wie Monoethanolamin, sekundäre Alkanolamine wie Diethanolamin, Diisopropanolamin, tertiäre Alkanolamine wie Triethanolamin, Methyldiethanolamin. Im allgemeinen werden bei der Verwendung von Alkanolaminen wäßrige Absorptionsflüssigkeiten mit einem Alkanolamingehalt von 10 bis 70 Gew.% verwendet.
Weitere geeignete chemische Absorptionsflüssigkeiten sind wäßrige Pottasche-Lösungen, die noch Zusätze wie Diethanolamin oder Glycin enthalten können, sowie wäßrige Lösungen der Kaliumsalze von N,N-Dimethylaminoessigsäure oder N-Methylalanin.
Ebenso kommen als Absorptionsflüssigkeit für das erfindungsgemäße Verfahren Mischungen von physikalischen und chemischen Lösungsmitteln in Betracht, z.B. Mischungen von Cyclotetramethylensulfon mit Alkanolaminen wie Diethanolamin, Diisopropanolamin, Methyldiethanolamin, die auch noch Wasser enthalten können.
Mit besonderem Vorteil werden als Absorptionsflüssigkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren wäßrige Lösungen von tertiären Alkanolaminen, insbesondere Methyldiethanolamin verwendet, das im allgemeinen als wäßrige Absorptionsflüssigkeit mit einem Gehalt von Methyldiethanolamin von 20 bis 70 Gew.%, vorzugsweise 30 bis 65 Gew.%, insbesondere 35 bis 60 Gew.% eingesetzt wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens verwendet man eine wäßrige Methyldiethanolaminlösung, die zusätzlich 0,05 bis 3 Mol/l, vorzugsweise 0,1 bis 2 Mol/l, insbesondere 0,1 bis 1 Mol/l eines primären Amins oder Alkanolamins wie Monoethanolamin, vorzugsweise eines sekundären Amins oder Alkanolamins, vorteilhaft Methylmonoethanol­ amin, ganz besonders vorteilhaft Piperazin, enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltende Gas in einer Absorptionszone mit der Absorptionsflüssigkeit behandelt wird. Dabei kann die Absorption in einer oder mehreren, vorzugsweise zwei, Absorptionsstufen durchgeführt werden. Bei einer Absorptionsstufe wird das zu behandelnde Gas im unteren Teil der Absorptionsstufe, vorzugsweise im unteren Drittel, zugeführt und im Gegenstrom zur Absorptionsflüssigkeit, die zweckmäßig im oberen Teil der Absorptionsstufe, vorzugsweise im oberen Drittel zugegeben wird, geführt. Die mit den Sauergasen CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit wird im unteren Teil der Absorptionszone, vorzugsweise im unteren Drittel, insbesondere am Sumpf der Absorptionszone abgezogen. Am Kopf der Absorptionsstufe wird das behandelte Gas abgezogen.
Bei der Anwendung von zwei hintereinandergeschalteten Absorptionsstufen wird das am Kopf der ersten Absorptionsstufe erhaltene Gas anschließend einer zweiten Absorptionszone zugeführt, in der es zur weiteren Entfernung von CO2 und gegebenenfalls H2S mit Absorptionsflüssigkeit behandelt wird, die einen geringeren Gehalt an CO2 und gegebenenfalls H2S aufweist als die der ersten Absorptionsstufe zugeführte Absorptionsflüssigkeit. Auch bezüglich der zweiten Absorptionsstufe wird das zu behandelnde Gas zweckmäßig im unteren Teil, vorzugsweise im unteren Drittel, dieser Absorptionsstufe zugeführt und im Gegenstrom zur Absorptionsflüssigkeit geführt, die zweckmäßig im oberen Teil, vorzugsweise im oberen Drittel, der zweiten Absorptionsstufe zugegeben wird. Das Produktgas wird am Kopf der zweiten Absorptionsstufe abgezogen. Die am Boden der zweiten Absorptionsstufe erhaltene mit CO2 und/oder H2S vorbeladene wäßrige Absorptionsflüssigkeit wird am Kopf der ersten Absorptionsstufe zugeführt. In der ersten und zweiten Absorptionsstufe werden im allgemeinen Drucke von 2 bis 130 bar, vorzugsweise 10 bis 120 bar, insbesondere 20 bis 110 bar angewendet. Dabei können in der ersten und zweiten Stufe unterschiedliche Drucke verwendet werden. Im allgemeinen wird man jedoch in der ersten und zweiten Absorptionsstufe bei gleichem Druck bzw. bei im wesentlichen gleichem Druck arbeiten, wobei die Druckunterschiede z.B. durch den sich den den Absorptionsstufen einstellenden Druckverlust bewirkt werden. Als Absorptionsstufen werden zweckmäßig Absorptionskolonnen verwendet, im allgemeinen Füllkörperkolonnen oder mit Böden ausgestattete Kolonnen. Die mit den Sauergasen CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit wird im unteren Teil der ersten Absorptionsstufe abgezogen.
Anschließend wird die aus der Absorptionszone erhaltene, mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit regeneriert, indem die mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit in einer oder mehreren, vorzugsweise zwei bis vier, insbesondere zwei oder drei, Entspannungsstufen entspannt wird, wobei am Kopf der ersten Entspannungsstufe bzw. bei mehreren Entspannungsstufen am Kopf mindestens einer der ersten bis vorletzten Entspannungsstufen ein Entspannungsgas erhalten wird. Die aus der oder den Entspannungsstufen erhaltene teilweise regenerierte Absorptionsflüssigkeit kann in die Absorptionszone zurückgeführt werden. Sie kann jedoch auch zur weiteren Regenerierung einer Abstreifzone zugeführt werden, in der die noch in diesem Strom enthaltenen Sauergase CO2 und gegebenenfalls H2S praktisch ganz ausgestreift werden. Als Ausstreifmittel kommen z.B. Wasserdampf, inerte Gase wie Stickstoff in Betracht. Falls das zu behandelnde Gas als Sauergas nur CO2 enthält, d.h. frei von H2S ist, kommen als Ausstreifmittel auch Luft, beispielsweise bei der Verwendung von Dialkylethern von Polyethylenglykolen als Absorptionsflüssigkeit, in Betracht. Bei einer einstufigen Absorption wird, falls die aus der oder den Entspannungsstufen erhaltene teilweise regenerierte Absorptionsflüssigkeit zur weiteren Regenerierung einer Abstreifzone zugeführt wird, die im unteren Teil der Abstreifzone erhaltene regenerierte Absorptionsflüssigkeit in die Absorptionsstufe zurückgeführt und dort zweckmäßig am Kopf der Absorptionsstufe zugegeben. Bei einer zweistufigen Absorption wird zweckmäßig die am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltene Absorptionsflüssigkeit teilweise als Waschflüssigkeit in die erste Absorptionsstufe zurückgeführt, und es wird ein weiterer Teilstrom der am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltenen Absorptionsflüssigkeit zur weiteren Regenerierung der Abstreifzone zugeführt. Die am Sumpf der Abstreifzone erhaltene ganz regenerierte Absorptionsflüssigkeit wird in die zweite Absorptionsstufe zurückgeführt und dort zweckmäßig am Kopf dieser Absorptionsstufe zugegeben.
Es ist ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Verfahrens, daß mindestens einer der Entspannungsstufen, aus denen Entspannungsgas abgezogen wird, an einer Stelle oberhalb der Zuführung der zu entspannenden Absorptionsflüssigkeit ein Teilstrom von ganz oder teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit zugeführt wird. Zweckmäßig wird die ganz oder teilweise regenerierte Absorptionsflüssigkeit im oberen Teil, vorzugsweise im oberen Drittel der betreffenden Entspannungsstufe(n) zugeführt und im Gegenstrom zu dem in der oder den betreffenden Entspannungsstufen freigesetzten Entspannungsgas geführt. Zweckmäßig ist der Raum oberhalb der Zuführung der zu entspannenden Absorptionsflüssigkeit zu der oder den Entspannungsstufen, woraus das Entspannungsgas abgezogen wird, als Absorptionszone gestaltet, d.h. man stattet ihn zweckmäßig mit Füllkörperpackungen oder mit Böden aus, wodurch die Effektivität der Auswaschung des CO2 und gegebenenfalls des H2S aus dem Entspannungsgas verbessert wird. Für die Auswaschung des CO2 und gegebenenfalls H2S aus dem Entspannungsgas wird nur ein kleiner Teilstrom der ganz oder teilweise regenerierten Absorptionsflüssigkeit benötigt. Im allgemeinen verhalten sich der der Nachwäsche in der oder den Entspannungsstufen zugeführte Teilstrom der ganz oder teilweise regenerierten Absorptionsflüssigkeit zu dem oder der Summe aus den zur Absorptionszone zugeführten Strömen der ganz oder teilweise regenerierten Absorptionsflüssigkeit mengenmäßig zueinander wie 1:100 bis 1:2, vorzugsweise 1:80 bis 1:5, insbesondere 1:50 bis 1:10. Bei der Verwendung von mehreren Entspannungsstufen in der Regenerierung wird der erfindungsgemäßen Nachwäsche im allgemeinen ein Teilstrom von teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit aus der letzten Entspannungsstufe zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, einen Teilstrom von aus der Abstreifzone erhaltener, ganz regenerierter Absorptionsflüssigkeit für die Nachwäsche einzusetzen. Falls die Regenerierung aus einer einzelnen Entspannungsstufe und einer Abstreifzone besteht, wird der Nachwäsche in der Entspannungsstufe ein Teilstrom von aus der Abstreifzone erhaltener regenerierter Absorptionsflüssigkeit zugeführt.
Der das CO2-Produkt enthaltende Sauergasstrom wird bei Verwendung von mehreren Entspannungsstufen in der Regenerierung zweckmäßig am Kopf der letzten Entspannungsstufe und gegebenenfalls zusätzlich am Kopf des Ausstreifers abgezogen. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich am Kopf von einer oder mehreren der vorletzten bis zweiten Entspannungsstufe weitere das CO2-Produkt enthaltende Sauergasströme abzuziehen. Bei Verwendung von einer einzelnen Entspannungsstufe und einer Abstreifzone für die Regenerierung wird der das CO2-Produkt enthaltende Sauergasstrom am Kopf der Abstreifzone abgezogen.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man das aus der oder den Entspannungsstufen abgezogene und gemäß der erfindungsgemäßen Nachwäsche mit ganz oder teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit behandelte Entspannungsgas in die Absorptionszone zurückführt. Zweckmäßig wird das zurückgeführte Entspannungsgas dem der Absorptionszone zugeführten Einsatzgas zugemischt. Durch diese Maßnahme kann die CO2-Ausbeute noch weiter erhöht werden. Durch die vorherige Behandlung des Entspannungsgases mit regenerierter Absorptionsflüssigkeit und die dadurch bewirkte Auswaschung der Sauergase verbleibt nur noch ein geringer Reststrom des Entspannungsgases, so daß nur ein sehr geringer Gasstrom in die Absorptionszone zurückzuführen ist.
Nachfolgend werden weitere Einzelheiten der Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen, deren Verfahrensablauf in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist, erläutert.
Gemäß Fig. 1 wird ein CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltendes Gas, z.B. ein CO2 als Sauergas enthaltendes Synthesegas, über Leitung 1 unter Druck in den Sumpf der ersten Absorptionskolonne 2 gegeben. Gleichzeitig wird über Leitung 5 als Absorptionsflüssigkeit 20 bis 70%ige wäßrige Methyldiethanolaminlösung auf den Kopf der ersten Absorptionskolonne gegeben. Das am Kopf der ersten Absorptionskolonne erhaltene vorgewaschene Gas wird zur Feinreinigung über Leitung 3 in den Sumpf der zweiten Absorptionskolonne 6 gegeben. Gleichzeitig wird über Leitung 20 als Absorptionsflüssigkeit 20 bis 70gew.%ige wäßrige Methyldiethanolamin­ lösung, die aus der Abstreifkolonne 22 erhalten wird und praktisch frei von Sauergasen ist, auf den Kopf der zweiten Absorptionskolonne gegeben. Das gewaschene Gas wird über Leitung 7 am Kopf der zweiten Absorptions­ kolonne 6 abgezogen. Die am Sumpf der zweiten Absorptionskolonne erhaltene mit den Sauergasen vorbeladene wäßrige Absorptionsflüssigkeit wird über Leitungen 14 und 5 nach Vereinigung mit der über Leitungen 12 und 13 aus der letzten Entspannungsstufe 11 erhaltenen Absorptionsflüssigkeit auf den Kopf der ersten Absorptionskolonne 2 gegeben. Die am Sumpf der ersten Absorptionskolonne 2 erhaltene, mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene wäßrige Absorptionsflüssigkeit wird zur Regenerierung über Leitung 4 in einer ersten Entspannungskolonne 8 entspannt, z.B. über ein Ventil oder vorzugsweise über eine Entspannungsturbine. Hierbei wird ein Zwischenentspannungsgas aus der Absorptionsflüssigkeit freigesetzt, das im Gegenstrom zu der aus der letzten Entspannungsstufe 11 über Leitungen 9 und 10 abgezogenen, am Kopf der Kolonne 8 zugegebenen teilweise regenerierten Absorptionsflüssigkeit geführt wird, wobei ein hoher Anteil der in dem Entspannungsgas enthaltenen Sauergase ausgewaschen wird. Das mit teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit behandelte Entspannungsgas wird über Leitung 16 abgezogen. Am Boden der Entspannungskolonne 8 wird die teilentspannte Absorptionsflüssigkeit abgezogen und über Leitung 15 in die Entspannungskolonne 11 entspannt. Am Kopf der Entspannungskolonne 11 wird über Leitung 27 ein das CO2-Produkt enthaltendes Entspannungsgas abgezogen, das nach Passieren des Wärmetauschers 17 und des Abscheidegefäßes 26 über Leitung 25 abgezogen wird. Die am Sumpf der Entspannungskolonne 11 über Leitung 9 abgezogene entspannte Absorptionsflüssigkeit wird, wie bereits vorstehend ausgeführt, zu einem sehr geringen Anteil, z.B. in einer Menge von 3 bis 10%, bezogen auf die insgesamt aus der Kolonne 11 abgezogene Absorptionsflüssigkeit, über Leitung 10 auf den Kopf der Entspannungskolonne 8 aufgegeben. Der weitaus größere Teil der entspannten Absorptionsflüssigkeit wird über Leitung 12 weitergeführt und zu einem Teil über Leitungen 13 und 5 zum Kopf der Absorptionskolonne 2 zurückgeführt und zum anderen Teil über Leitung 23 auf den Kopf der Abstreifkolonne 22 gegeben. Das im Abscheidegefäß 26 anfallende Kondensatwasser wird über Leitung 18 der in der Abstreifkolonne 22 weiter zu regenerierenden Absorptionsflüssigkeit zugeführt.
Die am Sumpf der Abstreifkolonne 22 erhaltene regenerierte Absorptionsflüssigkeit wird über Leitung 20 nach Passieren der Wärmetauscher 19 und 21 auf den Kopf der zweiten Absorptionskolonne 6 zurückgeführt. Der am Kopf der Abstreifkolonne 22 erhaltene CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltende Abgasstrom wird über Leitung 24 zweckmäßig dem unteren Teil der Entspannungskolonne 11 zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, den am Kopf der Abstreifkolonne 22 erhaltenen Abgasstrom unmittelbar aus dem System abzuziehen, ohne ihn noch vorher der Entspannungskolonne 11 zuzuführen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 2) wird wie im ersten Ausführungsbeispiel verfahren, wobei jedoch das am Kopf der Kolonne 8 über Leitung 16 abgezogene Entspannungsgas im Kompressor 28 verdichtet wird und über Leitung 29 dem über Leitung 1 der Absorptionskolonne 2 zugeführten Einsatzgas zugegeben wird.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung.
Beispiel
Man verwendet eine Gaswaschanlage entsprechend der Fig. 1 mit zwei hintereinandergeschalteten Absorptionskolonnen, zwei hintereinander­ geschalteten Entspannungskolonnen und einer Abstreifkolonne. In den Absorptionskolonnen werden 6 410 kmol/h eines CO2-haltigen Synthesegases mit einer 40 gew.%igen wäßrigen Methyldiethanolamin-Lösung als Absorptionsflüssigkeit gewaschen. Das zu reinigende Synthesegas wird mit einem Druck von 35 bar am Sumpf der ersten Absorptionskolonne zugeführt. Das zu reinigende, aus einem Steam Reformer stammende Gas hat die folgende Zusammensetzung:
CO₂
17,9 Vol.%
CO 0,3 Vol.%
H₂ 60,3 Vol.%
N₂ 20,7 Vol.%
CH₄ 0,5 Vol.%
Ar 0,3 Vol.%.
Die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit im Zulauf zur ersten Absorptionskolonne beträgt 73°C. Die Temperatur der der zweiten Absorptionskolonne zugeführten Absorptionsflüssigkeit beträgt 50°C. Das am Kopf der zweiten Absorptionskolonne abgezogene gereinigte Synthesegas hat die folgende Zusammensetzung:
CO₂
0,1 Vol.%
CO 0,4 Vol.%
H₂ 73,3 Vol.%
N₂ 25,3 Vol.%
CH₄ 0,6 Vol.%
Ar 0,3 Vol.%.
Die die erste Absorptionskolonne am Sumpf verlassende beladene Absortionsflüssigkeit wird der ersten Entspannungskolonne im mittleren Bereich zugeführt und dort auf einen Druck von 8 bar entspannt, wobei Entspannungsgas freigesetzt wird. Die obere Hälfte der ersten Entspannungskolonne ist durch den Einbau einer Füllkörperpackung als Absorptionszone gestaltet. Die am Boden der ersten Entspannungskolonne abgezogene Absorptionsflüssigkeit wird anschließend in die zweite Entspannungskolonne auf einen Druck von 1,25 bar entspannt. Die am Boden der zweiten Entspannungskolonne erhaltene entspannte, teilregenerierte Absorptionsflüssigkeit wird zu etwa 6% dem oberen Teil der ersten Entspannungskolonne zugeführt und wird in der Absorptionszone der ersten Entspannungskolonne im Gegenstrom zu dem aufsteigenden Entspannungsgas geführt. Am Kopf der ersten Entspannungskolonne werden 28 kmol/h des mit teilregenerierter Absorptionsflüssigkeit gewaschenen Entspannungsgases mit einem CO2-Gehalt von nur 15 Vol.% abgezogen. Die verbleibende aus der zweiten Entspannungskolonne abgezogene entspannte, teilregenerierte Absorptionsflüssigkeit wird zu etwa 4/5 in die erste Absorptionskolonne zurückgeführt und zu etwa 1/5 der Abstreifkolonne zugeführt. Die aus der Abstreifkolonne erhaltene vollständig regenerierte Absorptionsflüssigkeit wird in die zweite Absorptionskolonne zurückgeführt.
Am Kopf der zweiten Entspannungskolonne wird das CO2-Produkt in einer Reinheit von 99,8% und einer Ausbeute von 99,2% erhalten.
Falls das am Kopf der ersten Entspannungskolonne abgezogene Entspannungsgas entsprechend Fig. 2 in die erste Absorptionskolonne zurückgeführt wird, erhöht sich die Ausbeute an CO2-Produkt bei vergleichbarer Reinheit auf 99,5%.
Vergleichsversuch
In einem Vergleichsversuch wird wie im Beispiel (ohne Rückführung des Entspannungsgases zur ersten Absorptionskolonne) verfahren, wobei jedoch gemäß den herkömmlichen Verfahren das in der ersten Entspannungskolonne erhaltene Entspannungsgas nicht einer Nachwäsche mit regenerierter Absorptionsflüssigkeit unterzogen wird. Dabei wird das am Kopf der zweiten Entspannungskolonne abgezogene CO2-Produkt bei vergleichbarer Reinheit wie im Beispiel lediglich in einer Ausbeute von 96,2% erhalten.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entfernen von CO2 und gegebenenfalls H2S aus einem CO2 und gegegebenenfalls H2S enthaltenden Gas mittels einer Absorptions­ flüssigkeit, bei dem man das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltende Gas in einer Absorptionszone mit der Absorptionsflüssigkeit behandelt, aus der Absorptionszone das behandelte Gas abzieht, die aus der Absorptionszone erhaltene, mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit anschließend regeneriert, indem die mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit in einer oder mehreren Entspannungsstufen entspannt wird und am Kopf der ersten Entspannungsstufe bzw. bei mehreren Entspannungsstufen am Kopf mindestens einer der ersten bis vorletzten Entspannungsstufen ein Entspannungsgas abgezogen wird und die aus der letzten Entspannungsstufe erhaltene teilweise regenerierte Absorptions­ flüssigkeit gegebenenfalls zur weiteren Regenerierung einer Abstreifzone zugeführt wird, wobei aus der Regenerierung mindestens ein das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltender Sauergasstrom abgezogen wird und die regenerierte Absorptionsflüssigkeit in die Absorptionszone zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Entspannungsstufen, aus denen das Entspannungsgas abgezogen wird, an einer Stelle oberhalb der Zuführung der zu entspannenden Absorptionsflüssigkeit ein Teilstrom von ganz oder teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Entspannungsstufen verwendet werden und der oder den Entspannungs­ stufen, aus denen das Entspannungsgas abgezogen wird, je ein Teilstrom von aus der letzten Entspannungsstufe abgezogener teilweise regenerierter Absorptionsflüssigkeit jeweils an einer Stelle oberhalb der Zuführung der zu entspannenden Absorptionsflüssigkeit zu der betreffenden Entspannungsstufe zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltende Gas zunächst in einer ersten Absorptionsstufe mit Absorptionsflüssigkeit behandelt, das am Kopf der ersten Absorptionsstufe erhaltene Gas einer zweiten Absorptionsstufe zuführt, in der es zur weiteren Entfernung von CO2 und gegebenenfalls H2S mit Absorptionsflüssigkeit behandelt wird, die einen geringeren Gehalt an CO2 und gegebenenfalls H2S aufweist als die der ersten Absorptionsstufe zugeführte Absorptionsflüssigkeit, am Kopf der zweiten Absorptionsstufe das behandelte Gas abzieht, die am Boden der zweiten Absorptionsstufe erhaltene mit CO2 und gegebenenfalls H2S vorbeladene wäßrige Absorptionsflüssigkeit am Kopf der ersten Absorptionsstufe zuführt, die im unteren Teil der ersten Absorptionsstufe erhaltene, mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit zur Regenerierung in mindestens zwei Entspannungsstufen entspannt, einen Teilstrom des am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltenen Stroms der Absorptionsflüssigkeit in die erste Absorptionsstufe zurückführt, einen weiteren Teilstrom des am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltenen Stroms der Absorptionsflüssigkeit mindestens einer der ersten bis vorletzten Entspannungsstufen zuführt, einen weiteren am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltenen Strom der Absorptionsflüssigkeit zur weiteren Regenerierung einer Abstreifzone zuführt und die am Sumpf der Abstreifzone erhaltene regenerierte Absorptionsflüssigkeit in die zweite Absorptionsstufe zurückführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltende Gas in einer Absorptionsstufe mit Absorptionsflüssigkeit behandelt, am Kopf der Absorptionsstufe das behandelte Gas abzieht, die im unteren Teil der Absorptionsstufe erhaltene, mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptionsflüssigkeit zur Regenerierung in mindestens zwei Entspannungsstufen entspannt und zur weiteren Regenerierung einer Abstreifzone zuführt, einen Teilstrom des am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltenen Stroms der Absorptionsflüssigkeit und/oder einen Teilstrom des am Sumpf der Abstreifzone erhaltenen Stroms der Absorptionsflüssigkeit mindestens einer der ersten bis vorletzten Entspannungsstufen zuführt und den am Sumpf der Abstreifzone erhaltenen Strom der Absorptionsflüssigkeit ganz oder teilweise in die Absorptionsstufe zurückführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das CO2 und gegebenenfalls H2S enthaltende Gas in einer Absorptionsstufe mit Absorptionsflüssigkeit behandelt, am Kopf der Absorptionsstufe das behandelte Gas abzieht, die im unteren Teil der Absorptionsstufe erhaltene, mit CO2 und gegebenenfalls H2S beladene Absorptions­ flüssigkeit zur Regenerierung in mindestens zwei Entspannungsstufen entspannt, einen Teilstrom des am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltenen Stroms der Absorptionsflüssigkeit mindestens einer der ersten bis vorletzten Entspannungsstufen zuführt und einen weiteren Teilstrom des am Sumpf der letzten Entspannungsstufe erhaltenen Stroms der Absorptionsflüssigkeit in die Absorptionsstufe zurückführt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Absorptionsflüssigkeit ein physikalisches Lösungsmittel verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Absorptionsflüssigkeit ein chemisches Lösungsmittel verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Absorptionsflüssigkeit Polyethylenglykoldialkylether verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Absorptionsflüssigkeit eine 20 bis 70 Gew.% Methyldiethanolamin enthaltende wäßrige Lösung verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eines der mit regenerierter Absorptionsflüssigkeit behandelten Entspannungsgase in die Absorptionszone zurückführt.
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