HU180102B - Method for extracting acid gases from gas mixtures - Google Patents

Description

Butwell Kenneth Francis, vegyész, Newburgh, Kubek Dániel John, vegyész, Greenburg, New York állam, Ame'rikai Egyesült Államok

Szabadalmas:

Unión Carbide Corporation, New York, Ameri· kai Egyesült Államok

Eljárás savas gázok eltávolítására gázelegyekből

A találmány tárgya folyamatos eljárás jsavas gázok eltávolítására gázelegyekből vizes/alkanol-amin oldatok segítségével. A találmány szerinti eljárás különösen alkalmas széndioxid eltávolítására különböző gázelegyekből/

Savas gázok eltávolítása alkanol-aminokkal végrehajtott ellenáramú abszorpcióval több mint negyven éve ismert az iparban. Egy 1969 körül felfedezett és később 3 808140 számon az Amerikai Egyesült Alamokban szabadalmazott korróziógátló rendszer a mono-etanol-amin (MEA) -széndioxid rendszerekkel kapcsolatos sok tervezési és működtetési problémát kiküszöbölt. Az azóta eltelt időben folyamatosan dolgoznak a MEA-széndioxid korróziógátló rendszer javításán és optimalizálálsán a szükséges tőkebefektetés, azaz a szükséges berendezés egységeinek és méretének csökkentése, és a folyamat végrehajtásához szükséges energiaigény csökkentése érdekében.

A találmány tárgya olyan javított eljárás savas gázok eltávolítására, amely minimálisra csökkenti a külső forrásból biztosítandó melegítés és hűtés szükségességét, ugyanakkor korrózióvédelmi szempontból is előnyös.

A találmány további vonásainak megértésében segítséget nyújtanak a leírás következő részei és a rajzok, ahol az 1. ábra a találmány szerinti eljárás egy foganatosítási módjának sematikus folyamatábrája; és a 2. ábra a kiforralt széndioxid százalékos mennyiségét mutatja be a hőmérséklet és a szén5 dioxid-telítettség függvényében.

A találmány szerinti eljárás értelmében a savban feldúsult amin mosóoldatot az abszorpciós oszlop aljához közel lehűtjük, hogy ezzel csökkentsük az abszorbeált savas gáz hőmérséklet10 függő parciális nyomását, és így nagyobb mennyiségű gáz abszorbeálását tegyük lehetővé, mint egyébként lehetséges lenne. (A leírás egyszerűsítése céljából a továbbiakban mindig a széndioxidra hivatkozunk savas gázként. A ta15 lálmányt azonban — mint később még részletezzük — nem feltétlenül korlátozzuk a széndioxid eltávolítására.) A feldúsult oldat lehűtésével kombinálva a feldúsúlt oldat (flash-desztillációjával) egyensúlyi lepárlásával biztosítjuk, 20 hogy a szokásosnál lényegesen alacsonyabb ismételt forralási teljesítmény elegendő legyen.

A kimerült oldatból a széndioxid deszorpciójához szükséges energiát egy amin-típusú széndioxid-eltávolító berendezés széndioxid-kiűző 25 („sztrippelö”) oszlopának segítségével biztosítjuk. A szokásos, nem gátolt széndioxid eltávolító MEA rendszerekben ennek az energiának a biztosításához 2,2-10⁸ joule/kg-mól széndioxid gőzre van szükség. A 3 808 140 számú amerikai 30 egyesült államokbeli szabadalmi leírásban is-13 180102 4 mertetett eljárás nagymértékben csökkentette ezt az energiaszükségletet. A jelen találmány szerinti eljárás tovább csökkenti a külső hűtés, illetve melegítés szükségességét. Ismeretes, hogy minél kisebb a sztrippelő oszlop széndioxid-terhelése, annál kisebb hő betáplálására van szükség, és annál kisebb átmérőjű sztrippelő oszlopra van szükség. Ez az oka annak, hogy a találmány szerinti eljárásban a tényleges sztrippelés előtt egy megfelelő tartályban a széndioxid egy részét egyensúlyi lepárlással eltávolítjuk. Minél több széndioxidot távolítunk el a sztrippelő oszlopon kívül, felhasználva a közel egyensúlyi körülményekre tervezett kontraktort elhagyó, széndoxidban feldúsult amin nagy széndioxid-koncentrációját (a MEA oldat hűtése következtében), annál kisebb hőmennyiségre van szükség a regeneráláshoz. Az egyensúlyi lepárlást közel atmoszférikus nyomáson végezzük. Elvben a lefúvató tartály a feldúsult oldatot vezető csővezeték bármely részébe beiktatható a kontaktor és a sztrippelő torony közötti szakaszon, további megfontolások azonban arra az eredményre vezetnek, hogy egy nem megfelelően elhelyezett és tervezett lefúvató tartálytól nem sok eredményt lehet várni. Ez szoros kapcsolatban áll a rendszer termodinamikájával. Miután a széndioxidot és a vizet nagynyomású áramból fúvatjuk le, az elpárolgáshoz szükséges energia a folyadék fázis termikus energiájából származik. így, ha a lefúvató tartályt közvetlenül a sztrippelő oszlop bemenetéhez csatlakoztatjuk, a belépő folyadék lecsökkent hőmérséklete következtében megnő az oszlop érzékelhető teljesítménye, azaz a lecsökkent széndioxid terhelésből származó esetleges előnyöket lerontja az alacsonyabb belépési hőmérséklet által kiváltott negatív hatás. Ezért sztrippelés előtt a folyadékáramot hőkicse'réléssel elő kell melegíteni. Megpróbálhatjuk elhelyezni a lefúvató tartályt közvetlenül a kontaktor feldúsult oldatot tartalmazó ágába, a friss és kimerült oldat cseréje előtt, mert itt lefúvatás után megfelelő melegítést tudnánk biztosítani. Ez a megoldás ismét nem vezet kielégítő eredményhez, de az előzőtől eltérő okból. Alapvetően igaz, hogy minél nagyobb a lefúvató tartályba belépő folyadékáram hőmérséklete, annál jobb hatásfokkal hajtható végre a lefúvatás, ha a hatásfokot a széndioxid eltávolításának mértékével mérjük (lásd 2. ábra). A lefúvatás hatásfoka az összes eltávolított széndioxid-mennyiség a feldúsúlt oldat széndioxid-tartalmának %-ában kifejezve. A lefúvatás hatásfokát erősen befolyásolja a feldúsult oldat szándioxid-koncentrációja, széndioxid-telítettsége. így például 82,22 °C hőmérsékleten egy 0,50 m m telítettségű oldatból kevesebb, mint 4% széndioxid távolítható el, míg egy 0,58 m/m telítettségű oldatból a széndioxidnak már majdnem 13%-a eltávolítható lefúvatással.

A találmány egyik célkitűzése az abszorbert elhagyó feldúsult oldat széndioxid-telítettségének növelése a jelenleg általánosnak tekinthető 0,50 m/m körüli értékhez viszonyítva. Ezt úgy érjük el, hogy az abszorpciós oszlopot úgy tervezzük, hogy az alsó tálcák az egyensúlyihoz igen közeli telítettséggel működjenek, míg az alsó tálcák egyikéhez egy hűtőegységet kapcso5 lünk, amellyel lehűtjük a részben telített amint.

A hűtés lecsökkenti a széndioxid pa'rciális nyomását az aminban, megnövelve a széndioxid tömegáram hajtóe’rejét, és ezáltal lehetővé téve, hogy a telítettség még tovább nőjön a még 1*1 fennmaradó alsó tálcákon. Az abszorbgrt elhagyó feldúsult oldat alacsonyabb hőmérséklete miatt azonban a lefúvató egységet az 1. ábra 10. és 14. hőcserélője közé kell elhelyezni, mert ily módon kielégítő lefúvás előtti hőmérsékletet 15 tudunk biztosítani, és ugyanakkor megőrizzük az oldat visszamelegítésének lehetőségét a lefúvatás után, a sztrippelés előtt.

A találmány szerinti eljárás megvalósítása során az abszo'rberbe betáplált gáz egy savas gázt 20 tartamazó gázelegy. A savas gázt kísérő gáz lehet egy szénhidrogén, szénhidrogének elegye, szintézisgáz vagy nitrogén és hidrogén elegye. Az eljárással feldolgozható szénhidrogének közé tartoznak például az elán és a metán, ame25 lyek természetes vagy szintetikus gáz formájában egyaránt előfordulhatnak, az etilén, etán, propilén, propán, e szénhidrogének elegyei, és a kőolaj vagy nyersolaj krakkolásából vagy a szén gázosításából származó előtisztított gázok. S0 A szintézisgáz hidrogén és szénmonoxid elegye, amelyben a szénmonoxid 0,1—20 térfogat%, a hidrogén 60—80 térfogat% mennyiségben van jelen, az esetleg fennmaradó részt pedig széndioxid teszi ki. A megadott %-os értékek a szin35 tézisgáz teljes térfogatára vonatkoznak. Egy tipikus szintézisgáz elegy 77,7% hidrogént, 0,3% szénmonoxidot és 22,0% széndioxidot, egy másik pedig 70% hidrogént, 15% szénmonoxidot és 15% széndioxidot ta'rtalmaz. A nitrogén és 10 hidrogén elegyét az ammóniagyártásban használják. Ez a gázelegy általában körülbelül 20 térfogat% nitrogént és körülbelül 60 térfogat% hidrogént tartalmaz, a teljes nitrogén/hidrogén gázelegy térfogatára vonatkoztatva.

A betáplált gáz savas gáz komponense lehet széndioxid, hidrogénszulfid és ezek elegyei a betáplált gáz teljes térfogatára számítva 5—60 té'rfogat% mennyiségben. A „betáplált gáz teljes térfogata” magába foglalja a fentiekben de50 finiáit kísérőgázt és a savas gázt is, de nem terjed ki a vízgőzre és a következőkben tárgyalandó szennyeződésekre. A betáplált gázban a savas gáz mennyisége általában 15—30 térfogat%.

Az elegy tartalmazhat, és rendszerint tartalmaz is vizet vízgőz vagy vízcseppek formájában. A víz koncentrációja 0 es a telítettségi érték között mozoghat. Előnyösen vízzel telített gázeleggyel dolgozunk, mert a telítettség mini60 malizálja a víz elpárolgását az abszorpciós zóna alsó részén. Vízmentes gázt is betáplálhatunk a rendszerbe, ez azonban a gyakorlatban igen ritkán fordul elő.

A gázelegy szennyezései a következőképpen 65 csoportosíthatók: (a) minden olyan gáz, amelyet

-2180102 nem soroltuk fel a kísérőgáz savas gáz és vízgőz fogalmának meghatározásakor, és (b) a betáplált gázban jelenlevő szilárd részecskék vagy folyadékcseppek, kivéve a vízcseppeket. A szennyezések a betáplált gáz teljes súlyára számítva legfeljebb 3 súly% mennyiségben lehetnek jelen, mennyiségük azonban előnyösen nem haladja meg az 1 súly%-ot, és sok esetben 0,01 súly% alatt van. Gázalakú szennyezőként például jelen lehet kéndioxid, karbonil-szulfid és szén-diszulfid. A szilárd vagy folyékony szenynyezések jellegzetes képviselőiként megemlíthetjük a vas-szulfidot, vas-oxidot, nagy molekulasúlyú szénhidrogéneket és polimereket. Az olyan olefinek, amelyek egynél több kettős kötést tartalmaznak, a hármas kötést tartalmazó szénhidrogének, és általában az olyan anyagok, amelyek in situ polimerizálódhatnak vagy reagálhatnak, a nemkívánatos szennyezések közé tartoznak.

Abszorbensként 1—3 alkanol-csoportot tartalmazó alkanol-amin oldatokat használunk, ahol az alkanol-csoportok mindegyike 1'—3 szénatomos. A felhasználható alkanol-aminok közé tartozik a monoetanol-amin (MEA), dietanol-amin (DEA) és a trietanol-amin (TEA). A találmány szerinti eljárás szemléltetésére a monoetanolamint választottuk. Alkalmas alkanol-amin még a diizopropil-amin, monoizopropil-amin, monopropanol-amin, dipropanol-amin, ti’ipropanolamin és triizopropanol-amin. Bár alkanol-aminok elegyei is felhasználhatók, ezeket nem tartjuk előnyösnek. Felhasználhatók aminok és inért szervetlen vagy szerves vegyületek elegyei is, ahol az utóbbiakat úgy választjuk meg, hogy jól oldják az eltávolítani kívánt szennyezéseket. Ezek a komponensek helyettesíthetik a vizet. Alkalmazható például glikol, egy amin és víz elegye, amint a 2 177 068 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás bemutatja.

A folyamatba bevezetett vizes MEA oldat általában 15—70 súly% MEA-t tártalmaz az oldat súlyára vonatkoztatva. Ha DEA-t használunk, a bevezetett oldat amin-tartalma 25—90 súly%, TEA oldat esetében pedig 40—95 súly%. Az eljárásban felhasználható vizes amin-oldatok például a következő összetételűek lehetnek:

35% MEA + 65% víz

50% DEA -j- 50% víz

70% TEA -f- 30% víz

Az eljárás végrehajtásának körülményeit előnyösen úgy választjuk meg, hogy korrózió ne lépjen fel. Ellenkező esetben a találmány szerinti eljárásból származó előnyöket a nagyüzemi hasznosítás során lerontja a kofrodeált berendezés karbantartása, illetve cseréje miatt szükségessé váló nagy állásidő, ami nagy veszteségeket okoz a termelésben. A korrózió kiküszöbölése elérhető például széndioxid-rendszerben a 3 808 140 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban megadott korróziógátlók felhasználásával, vagy úgy, hogy olyan berendezésben dolgozunk, amely különböző titán ötvözetekből Vágy különböző korrózióálló rozsdamentes, vagy szén-acélokból vagy esetleg üvegből készült. Általában ajánlatos, hogy a széndioxid eltávolítását korrózióálló rendszerben végezzük. Ha a 3 808 140 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerinti antimón és vanádium vegyületeket használjuk, a megfelelő vegyületeket összekeverjük úgy, hogy 1—9 súlyrész antimón vegyületet mérünk 9—1 súlyrész vanádium vegyüleme'. A fenti arány előnyösen 4—6 : 6—4 súlyrcsz, legelőnyösebben azonban egyenlő mennyiségben keverjük össze az antimón és vanádium vegyületet. Az antimón és vanádium vegyületek kombinációját az alkanolamin oldat súlyára számítva 0,01—2,0 súly% mennyiségben adjuk a vizes oldathoz, ahol az oldat súlyába tehát a víz és az alkanol-amin súlyát is beleszámítjuk.

Az abszorpciós, sztrippelési és hűtési lépéshez felhasznált egységek, valamint az újraforralók, szűrők, csővezetékek, turbinák, szivatytyúk, a lefúvató tartály és a berendezés többi eleme szokásos te'rvezésűek. Abszorpciós oszlopként tipikusan szitatálcás tornyot használunk, amely 15—35 tálcát tartalmaz, ahol egy szita 0,6 m-es vagy ekvivalens töltetű. így az abszorpciós oszlop tartalmazhat 15—20 tálcát vagy ezzel ekvivalens töltetet. A lepárló az alsó részén vagy egy külön forralóban egy csöves fűtőelemet vagy forralót tartalmaz, míg a tetőrészen és a lepárlón kívül hűtő és vízleválasztó egységek vannak elhelyezve, amelyeket a rajzon nem ábrázoltunk.

A találmány szerinti eljárás részleteit a rajzon követve az alábbi módon járunk el:

A gázt az 1 vezetéken tápláljuk be a 2 abszorbe'rbe az alsó tálcán vagy az alsó tálcához közel. A betáplált gáz belépési hőmérséklete (T_o) rendszerint a 60 °C—88 °C tartományban van. Az áramlás elősegítése érdekében azonban az oldattal érintkezésbe lépő gáz hőmérséklete előnyösen 3 °C-kal a kilépő oldat hőmérséklete felett kell hogy legyen, hogy meggátolja a víz elpárolgását az oldatból a gázba. A párolgás párolgási film kialakulásához vezet, amely meggátolja a gázból a folyadékba irányuló jó anyagtranszportot. Ilyen esetekben tehát csökken íz anyagtranszport. A betáplált gáz felfelé áramlik az abszorpciós oszlopban, ahol ellenáramban találkozik a friss alkanol-amin oldattal, amelynek bevezetése a legfelső tálcán vagy annak közelében, a 4 vezetéken át történik a 2 abszorberbe.

A 2 abszorberben a nyomás körülbelül az 1,03—103,0 atm tartományban mozoghat, és előnyösen 17—49 atm.

A friss oldat 40,5—72,2 °C, rendszerint 41— 52 °C hőmérsékleten lép be a 2 abszorberbe, a belépési hőmérsékletet %-el jelöljük.

A betáplált gáz, amely az eltávolítani kívánt savas komponenst tartalmazza, végighalad az abszorpciós oszlopon, és a 3 vezetéken keresztül

40,5—72 °C, rendszerint 40,5—-52 °C hőmérsékleten hagyja el az oszlopot. Az eltávozó gáz (a folyamatgáz) legfeljebb 18 000 ppm savas gázt tartalmaz. A cél természetesen az, hogy megfe-

-31S0102 leljünk a kapott, tisztított gázzal szemben támasztott előírásoknak, amelyek bizonyos esetekben megkívánják, hogy a kapott gáz legfeljebb 5 ppm mennyiségben tartalmazza a savas gázt. A találmány sze'rinti eljárás minden nehézség nélkül kielégíti ezeket a követelményeket.

Azt az oldatot, amely a savas gáz csaknem teljes mennyiségét abszorbeálta, feldúsúlt oldatnak nevezzük. A feldúsult oldat tehát friss oldat, abszorbeált savas gáz, a betáplált gázból megkötött víz és bizonyos szennyezések elegye. A feldúsult oldat telítettségét az alkanol-amin mójaira számított mólokban kifejezett savas gáz mennyiségével jellemezzük. Ez az érték általában 0,1— 1,0 mól/mól, rendszerint 0,50—0,67 mól/mól. Amikor a savas gázt tartalmazó oldat hőmérséklete eléri az 57—85 °C, előnyösen körülbelül 68 °C értéket, az oldatot átvezetjük az 5 hűtőzónán, ahol lecsökkentjük az oldat hőmérsékletét, majd a lehűtött áramot átvezetjük az abszorpciós zónán, ezzel megnövelve az abszorbeált gáz mennyiségét az oldatban, úgy hogy az abszorpciós zónát elhagyó oldat hőmérséklete soha ne haladja meg a 85 °C-ot, és előnyösen az 57—85 °C tartományban legyen, ha MEA oldatot használunk széndioxid megkötésére. Az előnyös értéket az anyagtranszport alapján határozzuk meg, ami a kinetika és a rendszerben fellépő hajtóerő függvénye. A megadott hőmérsékleti tartomány alatt és felett egyaránt gátolt a széndioxid transzportja a gázból a MEA oldatba. így például, ha a hőmérséklet 57 °C alatt van, csökken a reakciósebesség, mert a rendszer kinetikájából az következik, hogy a reakciónak negatív a hőmérsékleti koefficiense. Ha a hőmérséklet meghaladja a 85 °C-ot, megnő a széndioxid visszaáramlása a gáztérbe. így előnyösen a megadott hőmérséklet-tartományban dolgozunk. Meg kell azonban jegyezni, hogy, ha további transzportot elősegítő egységeket, így tálcákat iktatunk az abszorpciós oszlopba, magasabb és alacsonyabb abszorpciós hőmérsékleten is dolgozhatunk, de ebben az esetben drágább lesz a berendezés, ami természetesen nem kívánatos. A nagy telítettségű feldúsult oldat az alsó tálcához közel, a 8 vezetéken T₂ hőmérsékleten hagyja el a 2 abszorbert, ahol a T₂ kilépési hőmérséklet 57—85 °C, rendszerint 63—68 °C. Előnyösen az abszorbert elhagyó feldúsult oldat hőmérséklete alacsonyabb az abszorberbe betáplált gáz hőmérsékleténél.

A 2 abszorpciós oszlop aljáról a feldúsúlt oldat a 10 első hőcserélőbe kerül, ahol a feldúsult oldat és a recirkuláltatott regenerált alkanol-amin oldat között jön létre hőcsere, és az oldat hőmérséklete T₃-ra emelkedik. A 77—90,5 °C-ra felmelegített feldúsult oldat a 9 vezetéken keresztül a 12 lefúvató tartályba kerül, ahol a széndioxidot a 7 vezetéken ke'resztül 0—4 atm, előnyösen 0,5—1,15 atm túlnyomáson fúvatjuk le. Mint már említettük, és ahogy a 2. ábrán látható, a lefúvatott gáz mennyisége függ a lefúvatás hőmérsékletétől és az oldat telítettségi fokától. Minél magasabb a hőmérséklet és minél nagyobb az oldat széndioxid-koncentrációja, annál nagyobb ez a mennyiség. A lefúvás következtében a 12 tartályt elhagyó áram hőmérséklete T₄-re csökken, ahol T_Z1 68—82 °C hőmérsékletnek felel meg. Ennek megfelelően a folyadékáramot a 2 szivattyúval a 13 vezetéken keresztül a 14 második hőcserélőbe vezetjük, ahol felmelegítjük 93—115,5 °C hőmérsékletre, annak érdekében, hogy minimalizáljuk a kifo'rralóban a széndioxid kiűzéséhez szükséges hőmennyiséget. Az oldatot a 22 vezetéken a 19 sztrippelő egységbe vezetjük. Az oldat a 19 sztrippelő egységet 115,5—138 °C (Τ_β) hőmérsékleten hagyja el. Ezt az oldatot azután recirkuláltatjuk a 16, illetve 17 vezetéken keresztü a 14 és 10 hőcserélőkbe, majd a 18 vezetéken át a 21 hűtőbe vezetjük. A lehűtött friss oldatot ezután a 24 szivattyú segítségével az abszorber tetején vezetjük be és megismételjük a ciklust.

A találmány szerinti eljárás előnyei világosan kitűnnek a következő példákból és összehasonlító adatokból.

A találmány szerinti eljárást egy az előzőekben ismertetett rendszerben valósítjuk meg abszorbensként 35 súly%-os MEA oldatot használva. A bevezetett gáz áramlási sebessége 6124 kg. mól/óra, amelyből a szénndioxid mennyisége 1087 kg mól/óra és az abszorciós oszlopba való bevezetés hőmérséklete 65,6 °C. A bevezetett gázáram vízzel telített állapotban van, és a nyomás 25,84 atm. Annak érdekében, hogy megkönnyítsük a találmány szerinti eljárás összehasonlítását a különböző más rendszerekkel ekvivalencia alapon, a feldúsult oldószeráram telítettségét az egyensúly közelítést alkamazva megközelítően 87%-os állandó értéken tartjuk. Az oldat áramlási sebessége 2300 gpm és az abszorberbe való bevezetés hőmérséklete 40,50 °C. A friss oldat 1 mólaminra számítva 0,21 mól széndioxidot tartalmaz. A széndioxiddal részlegesen telített MEA oldatot egy 5 hűtőn vezetjük keresztül megköztlítőleg 71 °C hőmérsékleten, majd visszavezetjük az abszonberbe, ahol 0,56 mól széndioxid/mól amin telítettség eléréséig telítjük. Az abszorbert elhagyó oldat hőmérséklet 57 °C és a kiengedett gáz széndioxidtartalma 100 ppm.

A feldúsult amin-oldatot 57 °C hőmérsékleten vezetjük be egy 10 hőcserélőbe. A hőcserélőből az oldat 80 °C hőmérsékleten lép ki. Ugyanakkor a recirkuláltatott friss amin-oldat belépési hőmérséklete megközelítőleg 87 °C, míg kilépési hőmérséklete 64 °C. Az oldatot ezután a lefúvató tartályba vezetjük, és atmoszférikus nyomásra fúvatjuk le. A feldúsult oldat hőmérséklete a lefúvatás következtében 80 °C-ról 74 °C-'ra hűl le, és 138 kg mól/óra széndioxid távozik el lefúvatással. Ennek következtében a feldúsult oldat széndioxid-tartalma 1741 kg. mól/óráról 1574 kg. mól/órára csökken.

Az oldatot ezután 74 °C hőmérsékleten a 14 második hőcserélőbe vezetjük, ahol hőmérsékle-4180102 tét 110 °C-ra emeljük, a recirkuláltatott friss amino-oldat segítségével, amelynek belépési hőmérséklete 121 °C, és amely 67 °C-os hőmérsékleten távozik.

A feldúsult oldatot ezután 110 °C hőmérsékleten bevezetjük a sztripppelő toronyba. Itt 9,821xl0⁷ joule/kg. mól energiára van szükség ahhoz, hogy a széndioxidban feldúsult amináram széndioxid-tartailmát 1294 kg mól széndioxid/óra értékről 537 kg mól/széndioxidértékre csökkentsük.

Ezen a ponton, érdemes összevetni a találmány szerinti eljárást néhány más ismert eljárással. Az 1. táblázat néhány ilyen rendszer jellemző adatait szemlélteti. Elsődleges fontossággal bír az egyes eljárások 1 mól széndioxidra számított energiaigénye. Nem szabad azonban figyelmen kívül hagyni, hogy néhány alternatíva esetében a hasznosítási költségek csak megnövekedett tőkebefektetés útján csökkenthetők. Ennnek szemléltetésére szolgál a 2. összehasonlított index, az üzemeltetési index, amely magába foglalja a tényleges üzemeltetési költségeket, az évi hasznosítási költségeket és egy állandó évi amortizációt egy adott rendszeresítőben. A hagyományos módszerek üzemeltetési indexét 1,0-nak választottuk, és a javított módszerek megfelelő indexét ehhez viszonyítjuk.

Az ismert eljárás abban különbözik a találmány szerinti eljárástól, hogy a folyamatból hiányzik a flash-desztilláció (lefúvatás) és a közbenső hűtés, üzemeltetési indexe a fentiek szerint 1,0. Javítása érdekében először is felhasználhatjuk a széndioxid lefúvatását, amelylyel csökkentjük a sztrippelő oszlop megterhelését. Ennek hatását mutatja az 1. táblázat 2. oszlopa. Az ezzel az eljárással kapcsolatos elsődleges nehézség az, hogy az egyensúlyi megfontolások a feldúsult oldat telítettségét 0,5 mól/mólra korlátozzák, ami erősen behatárolja az elérhető lefúvatás mértékét (lásd 2. ábra). Egy további javítás szerint csökkenthetjük a sztrippelő oszlop reakció és párologtatási entalpiaigényét azáltal, hogy a friss oldat telítettségét 0,15-ről 0,21 mól/mólra emeljük (3. oszlop). Sajnos, e megoldás potenciális előnyeit lerontja az, hogy abban az esetben, ha a feldúsult oldat telítettségét megkötjük az egyensúlyi megközelítéssel, a friss oldat telítettségét növelve megnő az oldat áramlási sebessége, és ezen keresztül az érzékelhető hőigény. Amint a táblázat adataiból látható azonban bizonyos javulást érhetünk el mind a hasznosítási költségek, mind az üzemeltetési költségek tekintetében. Egy másik megoldás szerint, amellyel próbálkozhattunk volna, megkísérelhettük volna növelni a feldúsult oldat telítettségét egy közbeiktatott hűtő segítségével. Másszóval, ha alacsonyabb a hőmérséklet, ugyanolyan egyensúly-megközelítést alkalmazva, nagyobb telítettséget érhetünk el, mint maga sabb hőmérsékleten. További előny származhat a friss oldat hőmérsékletének emeléséből, ami hozzájárul a sztrippelés termodinamikájának javításához. Az 1. táblázat 4. oszlopában bemuta5 tott adatok szintén javulásra vallanak. Határozottan szignifikáns javulás érhető el, ha megfelelően tervezett berendezés segítségével egyesítjük az előbb említett két megoldás előnyeit. Megfelelő eredményeket csak akkor érhetünk 10 el, ha a kombináció szintenergetikus hatást mutat. A lefúvatás'ra azért van szükség, hogy csökkentsük a sztrippeléssel kihajtani kívánt széndioxid mennyiségét és a lefúvató egység működésének termodinamikája arra mutat, hogy 15 a lefúvatás hatásfoka függ a bevezetett oldat széndioxid-koncentrációjától. Éppen ezért az egyensúlyi megközelítés korlátái között a bevezetett oldat széndioxid-telítettségét kívánatos a lehető legnagyobb értéken tartani. A hagyo20 mányos módszereknél alkalmazott telítettség esetén nem lehet elérni azt a lefúvatási hatásfokot, amely a folyamat gazdaságos végrehajtásához szükséges. Egy közbenső hűtőegység beiktatása viszont lehetővé teszi a lefúvatás ha25 tásfokának megnövelését, nagyobb egyensúlyi telítettségi értéket téve lehetővé. A közbenső hűtés beiktatásának egy másik fontos jelentősége is van. A sztrippelő egységbe belépő friss oldat nagyobb telítettségét csak akkor tudjuk 30 megfelelően kihasználni, ha megakadályozzuk, hogy a megnövekedett áramlási sebesség következtében megnőjön az oldat értékelhető hőszükséglete. A közbenső hűtés lehetővé teszi, hogy egyesítsük a javított termodinamikájú 35 sztrippelő és abszorber előnyeit. A berendezés valamennyi elemének kölcsönhatása eredményezi, hogy optimális hatást tudjunk elérni, és ezáltal a teljes rendszer nettó energiaszükséglete alacsonyabb, mint az egyes komponensek kü40 lön-külön mért energiaszükségletének összege.

A találmány szerinti eljárás előnyeit csak a közbenső hűtőegység és a lefúvató egység megfelelő elhelyezésével tudjuk biztosítani, és egyidejűleg aPra is ügyelni kell, hogy a tervezés 45 során valamennyi paramétert gondosan válaszszűk meg, és így kiegyensúlyozott rendszert hozzunk létre. Amint az 1. táblázat 5. oszlopában megadott adatokból látható, a találmány szerinti eljárással lényegesen lecsökkenthető a 50 sztrippelés energiaigénye, és az üzemeltetési index. Ezek az előnyök nagymértékű hasznosítási költség-megtakarításban is megmutatkoznak. Ezek az előnyök lényegesen felülmúlják azt a csekély hátrányt, hogy némiképpen megnő a 55 tőkebefektetés szükségessége, amit az mutat, hogy a teljes üzemeltetési index 0,87.

Hangsúlyozni kívánjuk, hogy az eddigiekben csak a találmány szerinti eljárás előnyös foganatosítási módjait szemléltettük, ami nem zárja 60 ki, hogy további változásokat is végre lehessen hajtani a találmány keretein belül.

-511 isnioá

1. Táblázat ismert módszer ismert módszer + lefúvatás ismert ismert módszer találmány szemódszer _W/_kö_ZbensŐ^rinti, ^eIi^árás + lefúvatás hűtés + lefúvatás feldúsult oldat

telítettsége	0,50	0,50	0,50	0,56	0,56
friss oldat telítettsége	0,15	0,15	0,21	0,21	0,21
megközelítés	87,5%	87,5%	87,5%	87,5%	87,5%
joule/mól	5,797.10’	5,175.107	4,848.107	5,038.107	4,500.107
tőkebefektetés (MS)	4535	5593	5573	5523	6154
hasznosítási költség		>
(MS/év)	3520	3159	2996	3028	2708
üzemeltetési költség (MS/év)	4427	4278	4151	4133	3939
tőke index	1,0	1,23	1,27	1,22	1,36
hasznosítási index	1,0	0,90	0,85	0,86	0,77
üzemeltetési index	1,0	0,97	0,94	0,93	0,89

Szabadalmi igénypontok:

Claims (10)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. folyamatos eljárás savas gázok eltávolítására gázelegyekből 1—3 alkanol-csoportot tartalmazó vizes alkanolamin-oldatok segítségével, ahol az alkanol-csportok egymástól függetlenül 2 vagy 3 szénatomosak, azzal jellemezve, hogy · egy abszorpciós zónába gázelegyet vezetünk —, amely savas gázként az elegy teljes térfogatára számítva 5—60 térfogat% mennyiségben széndioxidot, hidrogén-szulfidot vagy ezek elegyét és kísérőgázként egy szénhidrogént, szénhidrogének elegyét, szintézisgázt vagy nitrogén és hidrogén gáz elegyét tartalmazza — 60—88 °C belépési hőmérsékleten (To), a betáplált gázt ellenáramban érintkeztetjük 15—95 súly% koncentrációjú — adott esetben korróziógátló adalékot és/vagy inért szerves vegyületet tartalmazó — vizes alkanol-amin oldattal, amelynek bevezetési hőmérséklete 40,5— 72 °C (T,), a lefelé áramló, savas gázt tartalmazó alkanol-amin oldatot, amikor hőmérséklete elérte az 58—85 °C értéket, részben vagy egészben átvezetjük egy közbeiktatott hűtőzónán, majd tovább vezetjük az abszorpciós zónán keresztül, ahonnan legfeljebb 85 °C hőmérsékleten vezetjük ki a savas gázban feldúsult oldatot.

   az abszorpciós zóna alján kivezetett feldúsult oldatot, amely az oldat 1 móljára számítva 0,50—0,67 mól savas gázt tartalmaz, hőcserélőbe vezetjük, ahol hőmérsékletét a regenerált alkanol-amin oldattal való hőcsere következtében 77—96 ’C-ra (T₃) emeljük, a felmelegített feldúsult oldatot egy lefúvató zónába vezetjük, ahol az oldott savas gáz lefúvatásával az oldat hőmérsékletét 68—82 °C-ra csökkentjük (TJ, a kapott, a savas gázt a lefúvatás következtében kisebb koncentrációban tartalmazó oldatot egy második hőcserélőbe vezetjük, ahol a recirkuláltatott regenerált amin segítségével hőmérsékletét 93—115,5 °C-r-a emeljük, a felmelegített odatot egy sztrippelő zónába 25 vezetjük, a sztrippeléssel a zóna tetején eltávolítjuk a savas gáz és egy kis mennyiségű víz elegyét, ahol a víz vízgőz formájában van jelen, a sztrippelő zóna alján elvezetjük a vissza30 maradt oldatot, amelynek hőmérséklete 115— 138 °C (T₆), a forró regenerált oldatot az első és második hőcserélőn keresztül a hűtőzónába vezetjük, ahol hőmérsékletét 40,5—72 °C (Tj) csökként35 jük, majd a lehűtött regenerált oldatot visszavezetjük az abszorpciós zóna tetejére.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja azzal jellemezve, hogy alkanol-

   40 amin oldatként monoetanol-amin oldatot használunk.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy savas gázként széndioxidot használunk.

   45
4. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy alkanol-aminként 15—17 súly% koncentrációjú vizes monoetanol-amin oldatot használunk.
5. 5. A 4. igénypont szerinti eljárás foganatosítási 50 módja, azzal jellemezve, hogy alkanol- aminként 35 súly%-os vizes monoetanol-amin oldatot használunk.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a T2 hő-

   55 mérsékletet 57 és 85 °C között tartjuk.
7. 7. A 6. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a T₂ hőmérsékletet 63 és 68 °C között tartjuk.
8. 8. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganato60 sítási módja, azzal jellemezve, hogy olyan vizes alkanol-amin oldatot használunk, amely korróziógátlóként antimón- és vanádiumvegyületek 1:
9. 9—9:1 súlyrész arányban összekevert elegyét tartalmazza.

   65 9. A 8. igénypont szerinti eljárás foganatosí6 tási módja, azzal jellemezve, hogy az antimón és vanádium aránya 4:6—6:4.
10. 10. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganato sítási módja, azzal jellemezve, hogy a vizes alkanol-amin oldat savas gáz telítettsége 0,56 mól,''mól.

    2 lap rajz

    A kiadásért felei: a Közgazdasági cs Jogi Könyvkiadó igazgatója

    64. 4i2 1*94 Petőfi Nyomda, Kecskemét — Felelős vezető: Ablaka István igazgató

    -7180102

    Nemzetközi osztályozás:

    C 01 B 31/20 B 01 J 19/04