DE856031C

DE856031C - Verfahren und Einrichtung zur Reinigung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd enthaltenden Gasen

Info

Publication number: DE856031C
Application number: DEK7492A
Authority: DE
Inventors: Alfred R Powell
Original assignee: Koppers Co Inc
Current assignee: Beazer East Inc
Priority date: 1941-01-15
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1952-11-17

Description

Verfahren und Einrichtung zur Reinigung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd enthaltenden Gasen Die vorliegendeErfindung bezieht sich auf einverbessertes Kreislaufverfahren zur kontinuierlichen Reinigung von H., S-haltigen Gasen, die einen schwankenden und vergleichsweise großen CO.-Gehalt aufweisen.
Es ist bekannt, die H2 S-Reinigung von insbesondere Koksofengasen mit Hilfe einer im Kreislauf durch eine Absorptions- und Regenerierstufe geführte Alkalicarbonatlösung vorzunehmen. Diese Gase enthalten im allgemeinen etwa t bis 2,5°/o C02. Die H.=S-Entfernung erfolgt gemäß der um- Durch Zufügung von Sauerstoff (Luft) läßt sich dieses Gleichgewicht nach rechts verschieben.
Dieses unter dem Namen Seabordprozeß allgemein bekannte Verfahren :ist in erster Linie auf die H2 S-Reinigung gerichtet, und deshalb wird in der zugehörigen Regenerierstufe für die beladene Waschlösung im wesentlichen auch nur der H2 S-Gehalt aus der Waschlösung entfernt. In dem Maße aber, in dem in der eigentlichen Gasreinigungsstufe auch CO, von der Waschlösung aufgenommen wird, nimmt die Absorptionsfähigkeit der Waschlösung für H2 S infolge der Bildung von Bicarbonat ab und wird im Laufe des Prozesses immer geringer, weil in der Regenerierstufe eben nur H2 S und nicht auch C02 entfernt wird.
Der Seabordprozeß findet in der angegebenen Form nur bei Gasen mit relativ kleinem C02-Gehalt mit Vorteil Anwendung, weil nach Einstellung des Gleichgewichts zwischen Bicarbonatgehalt der Waschlösung und C02-Gehalt des zu reinigenden Gases immer noch genügend Carbonatgehalt -in der Lösung bleibt, um eine ausreichende H2 S-Absorption zu ermöglichen. Der Seabordprozeß hat zwar den Vorteil, daß er einfach und billig ist, jedoch auch den Nachteil, daß er nur bei relativ kleinem C 02-Geha'lt des Gases anwendbar ist.
Es,ist bereits vorgeschlagen worden, .das Carbonat-Bicarbonat-Verhältnis von Waschlösungen aus der 132 S-Reinigung zwecks Erzielung einer günstigen H2 S-Absorption in gewisser Weise zu regeln mit dem Zweck, vom C 02-Gehalt des zu reinigenden Gases unabhängig zu sein.
Der obererwähnte Seabordprozeß läuft im wesentlichen .in zwei Stufen ab, einer Absorptionsstufe, in der der Schwefelwasserstoff aus einem ihn enthaltenden Gasgemisch entfernt wird, und einer Aktivierungs- oder Regenerierstufe für die beladene Waschflüssigkeit, in der man die letztere im Gegenstrom gegen einen aufsteigenden Luftstrom führt, um den absorbierten Schwefelwasserstoff zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, daß ein Teil der regenerierten Waschlösung vor Rückführung in die Absorptionsstufe aus dem Hauptstrom abgetrennt und in eine weitere Regenerierstufe geleitet wird, in der aus dem Teilstrom der Waschlösung mittels Wärme das in derAbsorptibnsstufe ebenfalls absorbierte Kohlendioxyd praktisch vollständig ausgetrieben wird, wonach der kohlendioxydfreie Teilstrom ebenfalls wieder in die Absorptionsstufe zurückgeführt wird.
Der nicht zusätzlich mit Wärme behandelte Teil der regenerierten Waschlösung wird unmittelbar wieder der Absorptionsstufe an einer bestimmten Stelle zugeführt, während der mit Luft und Wärme behandelte Anteil der Waschlösung jedoch an einer höher gelegenen Stelle zugeführt wird, so daß er nur mit den schon teilweise gereinigten Gasen in Berührung kommt. Diese Aufspaltung des Waschlösungsstromes ist deshalb besonders vorteilhaft, weil der mit Luft und Wärme behandelte Anteil der Waschlösung wegen seines höheren Alkalicarbonatgehaltes sehr gut die letzten Spuren von Schwefelwasserstoff aus den Gasen entfernen kann, wenn diese bereits durch Berührung mit der Hauptmenge der nur mit Luft behandelten Waschlösung vorgereinigt sind.
Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau einer gemäß der Erfindung arbeitenden Anlage, an der das Wesen der Erfindung näher erläutert werden soll.
Die eigentliche Gasreinigung findet im Absorber i statt. Für diesen Absorber können die verschiedensten bekannten Ausführungsformen gewählt werden. In der Abbildung ist eine Absorberform mit Glockenboden 2 dargestellt. Das zu reinigende Gas wird durch die Leitung 3 zugeführt und tritt in den Absorber in der Nähe seines Bodens ein. Es steigt gegen eine abwärts fließende Nag C 03 / Na H C 03-Lösung, welche hauptsächlich durch die Leitung i4 zugeführt wird, aufwärts und absorbiert dabei Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd. Selbstverständlich kann statt .des N atriumsalzes auch das entsprechende Kaliumsalz genommen werden. In diesem unteren Teil des Absorbers wird bereits der größte Teil des Schwefelwasserstoffes zusammen mit einer gewissen -Menge Kohlendioxyd aus dem Gas entfernt. Das Gas strömt dann weiter aufwärts und kommt mit einem gegenströmenden, schwächeren Waschlösungsstrom in Berührung, .der bei 31 einmündet und der einen höheren Natriumcarbonatgehaft oder ein größeres Carbonat-Bicarbona@t-Verhältnis aufweist. Durch diesem schwächeren Lösumgsmittelstrom im oberen Teil des Absorbers werden die letzten, im Gas noch vorhandenen Spuren von Schwefelwasserstoff entfernt, eben weil dieser Waschlösungsstrom ein größeres Absorptionsvermögen für H, S hat. Das Verhältnis der Mengen der beiden `Waschlösungen und ebenso das Carbonat-Bicarbouat-1"erhältnis werden durch noch zu beschreibende Einrichtungen kontrolliert und geregelt. Das gereinigte Gas verläßt den _11r sortier durch d-ie Leitung 4.
Für die Regenerierung des am Boden des Absorbers i abfließendem Lösungsgemisches wird ein Regenerierturm 9 verwendet, der in der Abbildung beispielsweise in Form des bekannten Füllkörperturms io ausgebildet ist.
Die verbrauchte Lösung,aus dem Absorber i verläßt diesen durch die Leitung 5 und gelangt durch das Ventil des Flüssigkeitsstandreglers 6 zur Pumpe 7, die die Lösung durch Leitung 8 zum Regenerierturm 9 pumpt. In diesem fließt die Lösung einem Luftstrom entgegen, der mittels eines Gebläses 12 unten in den Turm 9 eingeblasen wird. Dabei wird der Schwefelwasserstoff wieder in Freiheit gesetzt und entweicht zusammen mit der eingeblasenen Luft durch die Abzugleitung i i.
Der größte Teil der so regenerierten Waschlösung wird durch eine Pumpe 13 abgezogen und durch Leitung 14 wieder dem Absorher i zugeführt. Der Restteil der regenerierten Waschlösung wird jedoch mittels Pumpe 15 durch Leitung 16 zunächst dem Wärmeaustauscher 17 zugeführt, in dem ein Wärmeaustausch mit einer aus einem späteren Prozeß stammenden heißen Waschlösung stattfindet und gelangt nach Vorwärmung durch Leitung 18 in den Druckentgaser i9.
Auch für diesen Belüfter kann irgendeine der bekannten Gas-Flüssigkeitskontaktvorrichtungen gewählt werden, z. B. solche mit Füllkörper, beispielsweise Raschigringe usw. In der Abbildung ist der Druckent.gaser mit Koks 20 gefüllt. Die Gasabzugsleitung 22 weist einen Druckregler 21 auf und endet in der Gasabzugsleitung i i des Regenerierturms 9. Das Gebläse 12 wird durch eine Dampfturbine 25 betrieben, wobei der hochgespannte Dampf durch Leitung24 zugefü'hrtwird'. Deraus derTurbine entweichende Abdampf strömt durch die Dampfleitung 26 in die Heizrohrschlange 23 am Bodendes Druckentgasers i9, so daß .die im Abdampf der Dampfturbine enthaltene Wärme die im Druckentgaser i9 abwärts strömende Lösung verdampft.
Der in dem Druckentgaser i9 abwärts strömenden Waschlösung strömt also sozusagen ihr eigener Dampfstrom entgegen. Die Menge der Waschlösung und die Druck- und Temperaturverhältnisse im Druckenrgaser i9 werden empirisch so eingestellt, daß gerade so viel C OZ ausgetrieben wird, wie in der obersten Absorptionsstufe des Absorbers i absorbiert wird. Der im Druckentgaser i9 vorhandene Druck, der durch Verdampfung von Waschlösung mittels Abdampf aus der Turbine 25 entsteht, kann je nach den Verhältnissen zwischen i und .4 Atmosphären schwanken und wird mit Hilfe des Druckreglers 21 genau eingestellt.
Durch die Austreibung des C02 im Druckentgaser i9 auf die beschriebene Weise findet eine Rückbildung von Bicarbonat zu Carbonat statt. wodurch das Verhältnis Carbonat-Bicarbonat in diesem kleineren Teil der Waschlösung größer gemacht wird, als es in der Hauptmenge der Waschlösung ist.
Die praktisch völlig regenerierte Lösung fließt aus dem Druckentgaser i9 durch Leitung 27 in den Wärmeaustauscher 17, wo sie ihre Wärme zum Teil an die vom Regenerierturm 9 kommende, mit Luft teilweise regenerierte Lösung abgibt, die ihrerseits dann dem Druckentgaser i9 .durch Leitung 18 zugeführt wird.
Vom Wärmeaustauscher 17 gelangt die vollständig regenerierte Waschlösung durch den Kühler 29 und die Pumpe 30 wieder in den oberen Teil des Absorbers i, wo ihre Wirkung von neuem beginnt.
Die vorliegende Erfindung möge an folgendem Zahlenbeispiel näher erläutert werden: Ein Brenngas, z. B. Koksofengas, möge unter normalen Druck- und Temperaturbedingungen einen C 02-Ge'halt von i,5 % und einen HZ S-Gehalt von etwa 12 g/Nm3 aufweisen. Dieses Gas wurde unter den oben lyeschriebenen Bedingungen mit Waschflüssigkeit in Berührung gebracht, und zwar entfielen etwa 81 Waschflüssigkeit auf 1 1 Gas. Der Alkaligelialt der Waschflüssigkeit betrug 30 g/1, und zwar 700/0 davon in Form von N a H CO, und der Rest in Form von N a2 CO" Der 1-I2 S-Gehalt des gereinigten Gases betrug etwa o,6 g/Nm3, d. h. 95% des ursprünglichen sind entfernt worden. Die beladene Waschlösung wurde mit einer Luftmenge behandelt, die etwa dreimal so groß war wie das gereinigte Gas.
Der unter diesen Bedingungen betriebene Gasreinigungsprozeß lief im Dauerbetrieb ohne Schwierigkeiten, ohne daß das einmal eingestellte Bicarbonat-Carbonat-Verhältnis sich dabei wesentlich änderte.
Die Waschlösung mit der angegebenen Zusammensetzung wurde nun zur Reinigung eines 5 Volumprozent CO, und die übliche Menge an H, S enthaltenden Gases verwendet. Das Gas stand dabei unter einem Druck von .4,2 Atmosphären, und die aufgewandte Waschflüssigkeit betrug 281 je Liter komprimierten Gases. Nach kurzer Betriebszeit stieg der Natriumbicarbonatgehalt der Lösung von 700/0 auf 96,.3%, so daß nur noch 3,5l)/, N a2 C 03 in der Lösung enthalten waren. Entsprechend nahm die Absorption von Schwefelwasserstoff sehr stark ab, so daß eine solche Menge von Waschflüssigkeit genommen werden mußte, daß die Rentabilität der Anlage nicht mehr gewährleistet war.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wurde die Gesamtmenge der beladenen Waschlösung aus dem Absorber i zuerst im Belüfter 9 regeneriert. Dann wurde etwa '/a von,der regenerierten Lösung abgetrennt, das sind etwa 7 1 Waschlösung je Liter gereinigten Gases, und im Druckentgaser i9 in der angegebenen Weise zum Sieden gebracht. Dabei sank der Natriumbicarbonatgehalt wieder auf 300/0 des gesamten Alkalicarbonatgehaltes ab. Diese doppelt regenerierte Waschlösung wurde ebenfalls wieder dem Absorber zugeführt und drückte den HZ S-Gehalt des gereinigten Gases durch Zusammenwirkung mit der Hauptmenge der einfäch regenerierten Waschlösung auf etwa o,i2 g Nm3 Gas herunter.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es also, auch bei Gasen mit hohem C 02-Gehalt eine sehr gute HZ S-Reinigung dadurch zu erzielen, daß die absorbierende Wirkung der Waschlösung stets auf demselben Grad gehalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei allen Druckverhältnissen des zu reinigenden Gases anwendbar, sei es Unter-, Normal- oder Leberdruck.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Entschwefelung von Gasen, vorzugsweise solchen, die neben Schwefelwasserstoff einen über 1,5 bis 2 Volumprozent liegenden Anteil an Kohlendioxyd enthalten, mittels einer Wäsche des zu reinigenden Gases mit einer Alkalicarbonatlösung, die nach Absorbierung des Schwefelwasserstoffes mit Luft regeneriert und wieder in den Waschprozeß zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der regenerierten Waschlösung vor Rückführung in die Absorptionsstufe aus dem Hauptstrom abgetrennt und in eine weitere Regenerierstufe geleitet wird, in der aus dem Teilstrom der Waschlösung mittels Wärme das in der Absorptionsstufe ebenfalls absorbierte Kohlendioxyd praktisch vollständig ausgetrieben wird, wonach der köhlendioxydfreie Teilstrom ebenfalls wieder in die Absorptionsstufe zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Absorptionsstufe das eintretende Gas zunächst mit der Hauptmenge der regenerierten, aber kohlendioxydhaltigen Waschlösung und anschließend das teilweise gereinigte Gas mit dem kohlendioxydfreien Anteil der Waschlösung in Berührung gebracht wird.
3. Verfahren nach :Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regenerierstufe für den Teilstrom der Waschlösung so viel Kohlendioxyd ausgetrieben wird, wie dieser Teilstrom nach Rückführung in die Absorptionsstufe aus dem zu reinigenden Gas absorbiert.
4. Verfahren nach Anspruch t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Regenerierstufe für den Teilstrom abgezogene Waschlösungsstrom in Wärmeaustausch mit der dieser Regenerierstufe zuzuführenden Waschlösung gebracht wird.
5. Verfahren nach :Anspruch r bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme für die Regenerierstufe für den Teilstrom der Waschlösung aus dem Abdampf einer Dampfturbine entnommen wird, die zum Antrieb der Gebläse für die Hauptregenerierstufe dient.