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Verfahren zur Regeneration ammoniakfreier Waschlaugen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Regeneration von ammoniakfreien W,aschlaugen, die zur
Entfernung von Kohlensäure oder anderen sauren Bestandtailen aus Gasen oder Gasgemischen
gedient haben. Die Regeneration erfolgte bisher meist in der Weise, daß die gesättigte
Lauge in kesselartigen Apparaten auf Siedetemperatur erhitzt wurde in der Meinung,
daß eine Regeneration nur bei oder nahezu bei Kochtemperatur erfolgen könne. Diese
Regeneration war in wärmewirtschaftlicher Beziehung sehr unbefriedigend, denn beim
Abkochen der ausgebrauchten Lauge wurde erheblich mehr Wärme in Form von Wasserdampf
abgeführt, als unter Wärmeaustausch durch die zufließende, zu regenerierende Lauge
ausgenutzt werden kann. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei solchen Kochbehältern,
auf die ein Turm aufgesetzt ist, über dessen Füllung die zufiießende Lauge herunterrieselt
und dabei mit den von unten aus dem Kessel aufsteigenden Gasen und Dämpfen in Berührung
kommt, weil auch hier der Wärmeinhalt der Brüden nur zum geringen Teil nutzbar gemacht
werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird die Lauge in drei Temperaturstufen, und
zwar auf den verschiedenen Temperaturstufen verschieden lange erhitzt. Die Temperatur
wird in allen Fällen unterhalb der Siedetemperatur der Lauge und in der ersten Stufe
so gewählt,. daß bei ihr. bereits erhebliche Mengen der auszutreibenden Gase entfernt
werden. Die Erhitzungsdauer bei den höheren T,emper,aturstufen wird kleiner gewählt
als. bei den nied--rigeren. Gelingt es so, z.B. etwa 50% der auszutreibenden Kohlensäure
freizumachen, so nimmt diese bei der geringen Sättigungstemperatur nur wenig Wasserdampf
mit, der Wärmeverlust mit den Regenerationsabgasen ist also gegenüber der bisherigen
üblichen Regenerationsinethode sehr klein, und nur in der letzten Periode der stärkeren
Erhitzung, in der ein Bruchteil der insgesamt entbundenen Kohlensäure entweicht,
muß eine etwas stärkere Wasserverdampfung mit in Kauf genommen werden. Dafür kann
dieser Zeitabschnitt aber auch verhältnismäßig klein gewählt werden.
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Man hat bereits früher ammoniakhaltige Waschlaugen zur Gewinnung
von Kohlensäure stufenweise wärmebehandelt, jedoch wurde dabei die Siedetemperatur
überschiitten, weil die Erkenntnis fehlte, daß, ohne die Kochtemperatur
zu
überschreiten, praktisch eine Regeneration der Lauge bei hoher Wärmeausnutzung moglich
ist.
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Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, in denen die Kohlensäure bei
allmählich steigender Temperatur ausgetrieben wird. In diesen Vorrichtungen fehlen
aber mehrere voneinander getrennte Temperaturstufen, auf die die vorliegende Erfindung
nicht verzichten kann.
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Es ist weiterhin bekannt, die Regeneration von ammoniakalischen Absorptionslösungen,
wie z. B. Ammoncarbonatlauge, durch Erhitzen in zwei Stufen vorzunehmen. Diese stufenweise
Erhitzung muß aber in diesem Falle zwangsläufig vorgenommen werden und beruht auf
dem physikalisch-chebmischen Verhalten von Ammoncarb onatlösungen beim Erhitzen.
Um einen Verlust an Ammoniak zu vermeiden, dürfen Ammoncarbonatiö.sungen während
der Regeneration in der ersten Stufe nur auf Temperaturen bis zu höchstens 65°,
d. i. die Zerfallstemperatur des gelösten Ammoncarbonats, erhitzt werden. Damit
ist aber keine nennenswerte Entbindung von Kohlensäure verbunden, sondern die durch
den Zerfall des Ammoncarbonats gebildete freie Kohlensäure kann erst im Verlauf
der Rektifixation durch allmähliches Erhitzen völlig ausgetrieben werden. Hingegen
wird nach der Erfindung bereits in der ersten Stufe der größte Teil der Kohlensäure
bei ammoniakfreien Laugen entbunden.
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Auch die Tatsache, daß die Entfernung von Kohlensäure aus carbonisiertlen
ammoniakallschen Waschlaugen bereits bei 93 bis 950 vollständig ist, steht nicht
im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, da ja nicht irgendeine Arbeitstemperatur,
sondern die Arbeitsweise der Regeneration beansprucht wird.
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Wenn dabei die Temperaturen in allen Fällen unterhalb der Siedetemperatur
der Lauge zu wählen sind, so geschieht dies nicht deshalb, weil wie bei ammoniakalischen
Laugen die Entfernung der Kohlensäure bereits beendet ist, sondern weil bei stufenweiser
Erhitzung die ammoniakfreien Laugen, deren CO ohne diese Behandlung erst bei Siedetemperatur
restlos entfernt ist, mit geringstem Wärmeaufwand regenerierbar ist.
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Vorrichtungen, in denen eine getrennte Regelung von Temperatur und
Erhitzungsdauer nicht möglich ist, können für das vorliegende Verfahren nicht benutzt
werden, weil durch die Abstimmung dieser beiden Komponeunten im Sinne des vorliegenden
Verfahrens erst die bezweckt Wärme ersparnis erreicht wird.
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Beispiel I Es ist eine zu 74% ihrer maximalen Aufnahmefähigkeit an
Kohlensäure gesättigte 20%ige Pottaschelösung zu regenerieren.
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Diese Lösung siedet bei etwa 103°. Erfolgt die Regeneration durch
ununterbrochenes Erhitzen auf 1.000, so ist nach 52 Minuten die Kohlensäure bis
auf einen Restgehalt von 33% ihrer maximalen Sättigung ausgetrieben.
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Aus 1 m3 einer derartigen Lauge wird also 13,3 m³ Kohlensäure bei
100° entbunden, die mit Wasserdampf gesättigt ist und infolgedessen I46kg Wasserdampf
= 94 500 Kalorien aus der Lösung wegführen.
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Nimmt man die Regeneration in Stufen gemäß der Erfindung unter sonst
gleichen Versuchsbedingungen vor und wählt man bei der gleichen Lauge drei Temperaturstufen,
die bei go, 95 und I009 liegen, so ist die gleiche Lauge durch Erhitzen auf 90°
nach 45 Minuten auf 50% ihrer maximalen Aufnahmefähigkeit regeneriert. Steigert
man dann die Temperatur auf 950, so erreicht sie 42,5% ihres Sättigungsgrades nach
weiteren 15 Minuten, und wird die Lauge nun schließlich auf 100° erhitzt, so wird
der gleiche Sättigungsgrad wie bei dem obigen Gegenbeispiel nach weiteren 15 Minuten
erreicht. Die je Subikmeter gleicher Ausgangslauge frei werdenden Kohlensäure-,
Wasserdampf- und Wärmemengen stellen sich in den drei Stufen wie folgt:
| Darin |
| o C C O2 nm3 Wasserdampf kcal |
| kg |
| 90 | 7,8 | 11,7 | 7 250 |
| 95 2,4 6,8 3 850 |
| 100 3,1 34,0 22 000 |
| 13,3 52,5 33 100 |
Einer Erhöhung der Regenerationsdauer von nur 45% steht also eine Wärmeersparnis
von 66% gegenüber.
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Beispiel 2 Ist eine zu 700/o ihrer maximalen.Aufnahmefähigkeit an
Kohlendioxyd gesättigte 8,35%ige Sodalösung zu regenerieren, die bei etwa 101 bis
1020 siedet, so könnte die Regeneration durch ununterbrochenes Erhitzen auf 100°
erfolgen. Dabei würde die Kohlensäure nach 50 Minuten bis auf einen Restgehalt von
30% der maximalen Laugensättigung ausgetrieben sein. 1 m³ einer derartigen Lauge
würde also 7,05 nm³ Kohlendioxyd bei 100° abspalten, die 158 kg Wasserdampf = 101
400 Kalorien aus der Lösung mit wegführen.
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Beim Arbeiten in drei Stufen von go, 95 und 100° ist die gleiche
Lauge in der ersten Stufe nach 45 Minuten auf 54% ihrer maximalen Aufnahmefähigkeit
regeneriert. In der
zweiten Stufe erreicht sie 46,5% nach weiteren
15 Minuten. Beim Erhitzen auf I 005 wird der gleiche Regenerationsgrad wie blei
dem obigen Gegenbeispiel nach weiteren 30 Minuten erreicht, Die jie Kubikmeter gleicher
Ausgangslauge frei werdenden Kohlendioxyd-, Wasserdampf- und Wärmemengen stellen
sich in den drei Stufen wie folgt:
| Darin |
| ° C C O2 nm³ Wasserdampf kcal |
| kg |
| 90 2,85 4,6 3 030 |
| 95 I,30 4,4 2 820 |
| 100 2,90 65,I 41 700 |
| 7,05 - 74,I 47 550 |
Einer knappen Verdoppelung der Regenerationszeit steht also eine Ersparnis an Wärme
von über 53 % gegenüber.
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Beispiel 3 Zu regenerieren ist eine wäßrige 5ovolumprozentige, technisches
Triäthanolamin enthaltende Lösung, die 18,3 nm³ Schwefelwasserstoff/m3 Lauge aufgenommen
hat. Der Siedepunkt der Lösung liegt bei ungefähr 105°, doch spaltet sie bereits
bei ungefähr 95° lebhaft Schwefelwasserstoff ab. Regeneriert man bei 950, so ist
nach 30 Minuten der Schwefelwasserstoffgehalt der Lösung auf 6,2 nm³ H2S/m³ Laug
gesunken. Dieser frei gemachte Schwefelwasserstoff hat 29 kg Wasserdampf = I8 850
Kalorien aus der Lösung weggeführt.
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Beim Arbeiten in drei Stufen von 60, 80 und 950 und 30 Minuten Aufenthalt
in der ersten Stufe sinkt der Schwefelkwasserstoffgehalt der Lösung auf I4,o5nm3
H2S/m³, nach weiteren 15 Minuten bei 800 beträgt er I0,95 nm3 H2S/m,3 und durch
weiteres Erhitzen auf 950 während I5 Minuten kann er auf den bei dem Gegenbeispiel
angegebienen Wert gesenkt werden.
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Die frei werdenden Schwefelwasserstoff-, Wasserdampf- und Wärmemengen
stellen sich in den drei Stufen wie folgt:
| Darin |
| ° C C O2 nm³ Wasserdampf kcal |
| kg |
| 60 4,25 . 0,70 - 525 |
| 80 3,10 I,80 .890 |
| 95 4,75 11,40 7 400 |
| 12,10 13,90 8 815 |
Während die Regenerationszeit sich verdoppelt hat, kann eine Wärmeersparnis von
über 53 3% erzielt werden.
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Will man die Regeneration in den bisher üblichen Kochkesseln oder
sonstigen Erhitzungsgefäßen durchführen, so sind nach der Erfindung drei solcher
Erhitzungsgefäße hintereinanderzuschalten. Dabei ist es zweckmäßig, die Größe der
einzelnen Erhitzungsgefäße so zu wählen, daß die der jeweiligen Temperaturstufe
entsprechende Erhitzungsdauer erreicht wird, mit anderen Worten, die Größe der einzelnen
Erhitzungsgefäße muß der für die entsprechende Temperaturstufe notwendigen Erhitzungsdauer
proportional sein.
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Man kann aber auch die Regeneration in an sich bekannten Kolonnen
oder gentsprechenden Apparaten durchführen, die derartig abgeändert sind, daß die
Böden oder Tassen verschiedene nach unten zu abnehmende Größe besitzen oder daß
in den Kolonnentassen verschiebbare Überläufe angeordnet sind, so daß in den verschiedenen
Böden verschieden hohe Flüssigkeitsstände gehalten werden können.
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Man erreicht durch alle diese Maßnahmen, daß die Flüssigkeit in den
oberen Kolonnenböden oder Tassen langsamer fließt als in den unteren, daß also die
Aufenthalts dauer der Lauge in den einzelnen Temperaturstufen geregelt wird. Die
Temperaturstufen selbst lassen sich in an sich bekannter Weise durch Regelung der
Wärmezufuhr zu den indirekt beheizten Böden oder Tass'en einsteilen. Es kann aber
auch die aus einer höheren Temperaturstufe mit den Regenerationsgasen und -dämpfen
entweichende Wärme auf die auf den niedrigeren Temperaturstufen befindliche Lauge
übertragen werden. Man erreicht dadurch besonders vorteilhafte Ausnutzung der wiederzugewinnenden
Wärme innerhalb der Regenerationsvorrichtung, so daß sich ein als Wärmeaustauscher
dienender besonderer Dephlegmator erübrigt.