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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau einer gemäß der Erfindung
arbeitenden Anlage, an der das Wesen der Erfindung näher erläutert werden soll.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der unter diesen Bedingungen betriebene Gasreinigungsprozeß lief im
Dauerbetrieb ohne Schwierigkeiten, ohne daß das einmal eingestellte Bicarbonat-Carbonat-Verhältnis
sich dabei wesentlich änderte.
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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.
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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.
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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.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei allen Druckverhältnissen des
zu reinigenden Gases anwendbar, sei es Unter-, Normal- oder Leberdruck.