DE69103439T2

DE69103439T2 - Entfernung von Feststoffen, Halonwasserstoffsäure, COS und H2S aus Gasen.

Info

Publication number: DE69103439T2
Application number: DE1991603439
Authority: DE
Inventors: David Frederick Bowman
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1990-02-12
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2011-02-09
Also published as: CA2036062A1; DE69103439D1; CA2036062C; ES2059032T3; GB9003092D0; EP0443661A1; EP0443661B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungsstoffen aus einem Betriebsgas (feed gas), wie einem Synthesegas, das durch Teiloxidation von kohlenstoffhaltigem Material, wie Kohle, Kohlenwasserstofföl oder Erdgas, hergestellt worden ist. Verunreinigungsstoffe, die in einem solchen Betriebsgas vorliegen, sind Feststoffe, Halogensäure(n), wie HCl oder HF, COS und H&sub2;S.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Verfahren zum Entfernen der Verunreinigungsstoffe aus dem Gas zur Verfügung zu stellen.
Zu diesem Zweck umfaßt das Verfahren zum Entfernen von Feststoffen, Halogensäure(n), COS und H&sub2;S aus einem Betriebsgas nach vorliegender Erfindung die folgenden Verfahrensstufen:
a) Kontaktieren des Betriebsgases mit Wasser zwecks Erhalt einer Mischung von Betriebsgas und Wasser;
b) Kontaktieren der Mischung aus Betriebsgas und Wasser mit einer wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure;
c) Einspeisen der in Stufe b) erhaltenen Mischung in eine Gas/Flüssig-Trennvorrichtung und Entfernen eines Bodenstroms, welcher Feststoffe enthält, und eines gasförmigen Kopfstroms aus der Gas/Flüssig-Trennvorrichtung;
d) Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms mit einer wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, zwecks Umwandlung von COS und Entfernung von H&sub2;S und Wasser aus dem gasförmigen Kopfstrom; und
e) Verwenden des in Stufe d) entfernten Wassers zum Kontaktieren des Betriebsgases in Stufe a).
In Stufe d) wird der gasförmige Kopfstrom mit einer wäßrigen Lösung kontaktiert, die ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure enthält, und H&sub2;S und Wasser werden aus dem gasförmigen Kopfstrom entfernt. In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt diese Stufe das Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms im Gegenstrom mit einer wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, zwecks Erhalt von behandeltem Naßgas, das Entfernen von Wasser aus dem behandelten Naßgas, und das Entfernen von H&sub2;S aus dem behandelten Gas zwecks Erhalt von gereinigtem Gas. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Stufe d) das Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms im Gegenstrom mit einer mageren wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure zwecks Erhalt einer beladenen Lösung und eines gereinigten Naßgases, das Regenerieren der beladenen Lösung zwecks Erhalt eines H&sub2;S-haltigen Stroms und einer mageren wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, und das Entfernen von Wasser aus dem gereinigten Naßgas zwecks Erhalt von gereinigtem Gas.
Die wäßrige Lösung, die ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure enthält, kann ein Natrium- oder Kaliumsalz einer schwachen Säure, wie Kohlensäure, sein. Geeigneterweise ist die wäßrige Lösung, welche ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure enthält, eine wäßrige Lösung, die K&sub2;CO&sub3; umfaßt.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei
Fig.1 eine schematische Darstellung eines Fließdiagramms der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist; und
Fig.2 eine schematische Darstellung eines Fließdiagramms der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Es wird nun auf Fig.1 Bezug genommen. Überhitztes Betriebsgas, das außer CO Und H&sub2; Feststoffe, Halogensäure(n), COS und H&sub2;S enthält, wird bei erhöhtem Druck durch Leitung 1 in den oberen Teil der Kontaktierzone 3 geleitet. Über Leitung 5 in die Kontaktierzone 3 eingespeistes Wasser wird über die Düse 8 in das Betriebsgas gespritzt, um eine Mischung aus gesättigtem Betriebsgas und Wasser zu erhalten. Das Betriebsgas wird durch das verdampfende Wasser gekühlt. Ein Vorteil dieser Direktkühlung besteht darin, daß in der Kontaktierzone 3 keine Kesselsteinbildung auftritt.
Die Mischung aus Betriebsgas und Wasser wird im Gleichstrom mit der wäßrigen Lösung, die ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure in Form einer wäßrigen Lösung, umfassend K&sub2;CO&sub3;, enthält, und die über Leitung 11 in die Kontaktierzone 3 geleitet wird, kontaktiert. In der Mischung wird (werden) die Halogensäure(n) neutralisiert. Über Leitung 12 wird die Mischung aus Betriebsgas und wäßriger Lösung zu einer Gas/Flüssig-Trennvorrichtung in Form einer Trennzone 14 im unteren Teil der Kontaktiervorrichtung 15 geleitet. Aus dem unteren Teil der Trennzone 14 wird ein Bodenstrom über Leitung 20 abgezogen, und aus ihrem oberen Teil wird ein gasförmiger Kopfstrom abgezogen. Dieser gasförmige Kopfstrom wird durch den Kaminboden (chimney tray) 19 in den oberen Teil 21 der Kontaktiervorrichtung 15 geleitet. Der Bodenstrom ist ein wäßriger Strom, der Feststoffe, Halogene und verbrauchtes Salz enthält, und dieser Bodenstrom wird einer weiteren Behandlung unterzogen (nicht dargestellt), bevor er entsorgt werden kann. Der gasförmige Kopfstrom ist somit im wesentlichen frei von Feststoffen und Halogensäure(n).
Im oberen Teil 21 der Kontaktiervorrichtung 15 wird der gasförmige Kopfstrom, der aus der Trennvorrichtung 14 austritt, mit wäßriger Lösung kontaktiert, die ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure in Form einer wäßrigen Lösung, umfassend K&sub2;CO&sub3; enthält, um mittels Hydrolyse COS in H&sub2;S umzuwandeln. COS-freies behandeltes Naßgas wird über Leitung 25 aus dem oberen Teil 21 der Kontaktiervorrichtung 15 abgezogen. Die wäßrige Lösung von K&sub2;CO&sub3; wird über Leitung 28 vom Boden des oberen Teils 21 abgezogen und über die Pumpe 31 über Leitung 32 zum oberen Abschnitt des oberen Teils 21 gebracht. Über Leitung 35 kann Ergänzungsmaterial für die wäßrige Lösung zugeführt werden.
COS-freies behandeltes Naßgas wird im Wärmeaustauscher 37 gekühlt, Wasser wird im Tank 40 von dem Gas abgetrennt, um ein gekühltes gesättigtes Gas zu erzeugen, das über Leitung 41 in eine Anlage 42 zur Entfernung von H&sub2;S aus dem Gas geleitet wird. Gereinigtes Gas wird über Leitung 43 abgezogen. Da das behandelte Naßgas keinerlei nicht-flüchtige Komponenten enthält, ist das daraus kondensierte Wasser frei von nicht-flüchtigen Stoffen. Daher führt das zur Düse 8 geleitete Wasser nicht zur Kesselsteinbildung, denn eine solche wird nur durch Verdampfen von einer wäßrigen Lösung, die nicht-flüchtige Komponenten enthält, verursacht.
Das abgetrennte Wasser wird mittels der Pumpe 44 über Leitung 5 zur Spritzdüse 8 in der Kontaktierzone 3 geleitet.
Da H&sub2;S nur stromabwärts von der Kontaktiervorrichtung 15 entfernt wird, ist die wäßrige Lösung, die K&sub2;CO&sub3; enthält und die mittels Pumpe 31 zirkuliert wird, mit H&sub2;S gesättigt, und da die wäßrige Lösung nicht regeneriert wird, ist sie auch mit CO&sub2; gesättigt.
Es wird nun auf Fig.2 Bezug genommen, die die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft; Vorrichtungen, die den in bezug auf Fig.1 beschriebenen Vorrichtungen entsprechen, sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Ausführungsform wird die wäßrige Lösung im Regenerator 46 durch Abflashen auf einen niedrigeren Druck und durch Erhitzen mit einem Teil der im Wiedererhitzer 47 erhitzten wäßrigen Lösung regeneriert. Ein H&sub2;S und desorbiertes CO&sub2; enthaltender Strom wird über Leitung 49 zu einer Schwefelaufbereitungsanlage (nicht dargestellt) geleitet. In dieser Ausführungsform wird die COS-Umwandlung mit dem Entfernen von H&sub2;S mit der wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, kombiniert. Das gesättigte Gas, das durch Leitung 41 strömt, ist somit frei von H&sub2;S.
Ein wichtiges Merkmal des Verfahrens nach vorliegender Erfindung ist das Kühlen des überhitzten Betriebsgases mit Wasser, das frei ist von nicht-flüchtigen Komponenten, zwecks Herstellung einer Mischung aus Betriebsgas und Wasser. Als Ergebnis des Nichtvorliegens von nicht-flüchtigen Komponenten tritt in der Kontaktierzone 3 keine Kesselsteinbildung auf.
Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die über Leitung 20 entfernten Feststoffe nur in einem kleinen wäßrigen Strom konzentriert sind; die Menge an in diesem Strom enthaltenem Wasser ist die Differenz zwischen der Menge an in dem überhitzten Betriebsgas in das Verfahren eingeführtem Wasser und der Menge an im gesättigten Gas über Leitung 41 (plus der Menge an über Leitung 49, siehe Fig.2, abfließendem Wasser) aus dem Verfahren austretenden Wasser.
Da es wahrscheinlich ist, daß einige Feststoffe über den Kaminboden mitgeführt werden, werden Feststoffe in die wäßrige Lösung eintreten, mit welcher der gasförmige Kopfstrom im Gegenstrom im oberen Teil 21 der Kontaktiervorrichtung 15 kontaktiert wird. Die Ansammlung von Feststoffen in der wäßrigen Lösung wird durch den Seitenstrom, der über Leitung 11 austritt, verhindert.
Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß das für die Kühlung benötigte Wasser kontinuierlich für die Wiederverwendung wiedergewonnen wird.
Als weiterer Verunreinigungsstoff kann HCN im Betriebsgas vorliegen. Zur Entfernung von HCN sollte die wäßrige Lösung ferner elementaren Schwefel oder eine Vorstufe von Schwefel enthalten. HCN wird dann als SCN&supmin; in der wäßrigen Lösung entfernt.

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von Feststoffen, Halogensäure(n), COS und H&sub2;S aus einem Betriebsgas, welches die folgenden Verfahrensstufen umfaßt:

a) Kontaktieren des Betriebsgases mit Wasser zwecks Erhalt einer Mischung von Betriebsgas und Wasser;

b) Kontaktieren der Mischung aus Betriebsgas und Wasser mit einer wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure;

c) Einspeisen der in Stufe b) erhaltenen Mischung in eine Gas/Flüssig-Trennvorrichtung und Abziehen eines Bodenstroms, welcher Feststoffe enthält, und eines gasförmigen Kopfstroms aus der Gas/Flüssig-Trennvorrichtung;

d) Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms mit einer wäßrigen Lösung, umfassend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, zwecks Umwandlung von COS und Entfernung von H&sub2;S und Wasser aus dem gasförmigen Kopfstrom; und

e) Verwenden des in Stufe d) entfernten Wassers zum Kontaktieren des Betriebsgases in Stufe a).

2. Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, in welchem das Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms mit einer wäßrigen Lösung, die ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure enthält, und das Entfernen von H&sub2;S und Wasser aus dem gasförmigen Kopfstrom in Stufe d) das Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms im Gegenstrom mit der wäßrigen Lösung, enthaltend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, zwecks Erhalt von behandeltem Naßgas, das Entfernen von Wasser aus dem behandelten Naßgas und das Entfernen von H&sub2;S aus dem behandelten Gas zwecks Erhalt von gereinigtem Gas umfaßt.

3. Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, in welchem das Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms mit einer wäßrigen Lösung, die ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure enthält, und das Entfernen von H&sub2;S und Wasser aus dem gasförmigen Kopfstrom in Stufe d) das Kontaktieren des gasförmigen Kopfstroms im Gegenstrom mit einer mageren wäßrigen Lösung, enthaltend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, zwecks Erhalt einer beladenen Lösung und eines gereinigten Naßgases, das Regenerieren der beladenen Lösung zwecks Erhalt eines H&sub2;S-haltigen Stroms und einer mageren wäßrigen Lösung, enthaltend ein Alkalimetallsalz einer schwachen Säure, und das Entfernen von Wasser aus dem gereinigten Naßgas zwecks Erhalt von gereinigtem Gas umfaßt.

4. Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, in welchem die schwache Säure Kohlensäure ist.

5. Verfahren, wie in Anspruch 4 beansprucht, in welchem das Alkalimetallsalz K&sub2;CO&sub3; ist.