NL8002588A - Werkwijze voor de verwijdering van gasvormige verbindingen uit gassen door extractie met behulp van een vastgelegd oplosmiddel. - Google Patents

Description

ï: ™ i 803147/Αγ/ΓΗ

Korte aanduiding: Werkwijze voor de verwijdering van gasvormige ver· bindingen uit gassen door extractie met behulp van een vastgelegd oplosmiddel.

Se uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de verwijdering van een of meer gasvormige verbindingen, die in geringe hoeveelheden aanwezig zijn in een gas.

Se uitvinding is in het bijzonder geschikt voor de 5 behandeling van natuurlijk gas, synthetisch gas, verbrandingsgassen afkomstig van de raffinage of vergassing van koolwaterstoffen of koolstof, van koolwaterstofvoedingen bestemd voor het reformeren met stoom of van terugvoergas van processen voor de behandeling met waterstof.

10 Seze gassen kunnen in kleine hoeveelheden verbindin· gen bevatten zoals H^S, CO^, COS, CS^ en tevens waterdamp. Be gebrui» kelijke extractiemethoden (extractie met een oplosmiddel, in het bij·· zonder de gebruikelijke wasbewerking van gassen met behulp van alca-nolamine-oplossingen) kunnen niet op economische wijze toegepast 13 worden in het geval van gasvormige effluenten, die slechts zeer geringe hoeveelheden verontreinigingen bevatten. Seze methoden zouden namelijk kostbare en onnodige investeringen en een te groot energieverbruik vereisen en anderzijds niet altijd in staat zijn om het gestelde probleem op te lossen.

20 Se uitvinding beoogt nu deze bezwaren op te heffen en verschaft daartoe een werkwijze, waarbij gebruik gemaakt wordt van een met een oplosmiddel geïmpregneerde poreuze drager.

Een eerste voordeel van deze werkwijze is, dat slechts een geringe hoeveelheid oplosmiddel gebruikt wordt door toepassing 25 van een extractiemethode met een doelmatigheid, die niet bereikt kan worden met de gebruikelijke gas-vloeistofextractiemethoden.

Een ander voordeel is, dat gebruik gemaakt wordt van een eenvoudige methode, waardoor de bewerkingen van de produkten tot een minimum teruggebracht worden en toch een doelmatig contact daar· 30 tussen verkregen wordt.

Se werkwijze biedt bovendien de mogelijkheid van een gemakkelijke regeneratie van het extractiemiddel.

Het mechanisme van dit extractiemiddel lijkt in hoofd· 800 2 5 88 — 2 — zaak het volgende te zijn: de in het gas aanwezige organische ver» bindingen lossen op (door eenvoudig oplossen of door reactie) in de geschikte organische vloeistof (oplosmiddel genaamd), die vastgelegd is in de poriën van een poreuze vaste stof, die als drager dient.

5 Dit oplossiddel bezit de volgende eigenschappen:

Een geringe dampspanning ter vermijding van aanzien·, lijke verliezen door verdamping,

Een uitgesproken absorptievermogen voor de te extra· heren verontreiniging of verontreinigingen ten opzichte van andere >10 bestanddelen van het gas, dat wil zeggen, dat in het evenwicht de verhouding van de concentratie van de in het oplosmiddel geëxtraheer-de verbinding en de concentratie van hetzelfde produkt in het gas zo hoog mogelijk moet zijn.

Het oplosmiddel moet inert zijn ten opzichte van de 15 drager.

Bij voorkeur kan het oplosmiddel een chemische affiniteit bezitten voor de verontreiniging of verontreinigingen, waarvan de extractie aldus vergemakkelijkt wordt. Het kan derhalve een basische verbinding zijn, wanneer de verontreinigingen van zure aard 20 zijn.

Bijzonder geschikte dragers zijn degene met een inwendige porositeit (of korrelporositeit) van meer dan of gelijk aan 0,1, bij voorbeeld van 0,1 tot 0,8.

De inwendige porositeit wordt gedefinieerd als de 25 verhouding van het volume van de inwendige lege ruimte tot het werkelijke volume van de deeltjes vaste stof en wordt bij voorbeeld gemeten met behulp van een kwikporeusheidsmeter. De inwendige porositeit onderscheidt zich derhalve van de porositeit van een bed, die gelijk is aan de verhouding tussen het volume van de lege ruimte tussen de 30 korrels en het schijnbare volume van het bed van de deeltjes.

Deze porositeit maakt het mogelijk om de drager te impregneren met een vloeistof, die opgesloten blijft in de poriën van de drager.

Het is niet nodig, dat de drager een eigen selecti-35 viteit ten opzichte van de te extraheren verbinding bezit.

Men heeft bij voorbeeld goede resultaten verkregen met puimsteen, kieze£oer, bauxiet, aluminiumoxyde, koolstof of silicaten, die het mogelijk maken om een aanzienlijk volume van het oplosmiddel vast te leggen in een schijnbaar gering volume. Deze mate 800 2 5 88 * Λ m 3 — rialen kunnen toegepast worden in de vorm van poeder, korrels, bolle·· tjes of staafjes net verschillende vormen. De afmeting van de korrels wordt bij voorkeur gekozen tussen 0,1 mm en 5 cm.

Men geeft de voorkeur aan dragers, die een goede in-5 ertie ten opzichte van het oplosmiddel en de bestanddelen van het te behandelen gas bezitten. De anorganische dragers beantwoorden in het algemeen aan deze voorwaarden. Om de poreuze drager te impregneren kiest men een oplosmiddel met de reeds vermelde eigenschappen, dat geschikt is voor het op te lossen geval.

10 De vloeistoffen, waarvan men met voordeel gebruik maakt als vastgelegde oplosmiddelen zijn de gewoonlijk bij de bekende extractiemethoden van de eerdergenoemde gasvormige verbindingen toegepaste oplosmiddelen, bij voorbeeld waterige oplossingen van alcanol-aminen, bij voorbeeld monoethanolamine, diethanolamine, triethanol-15 amine, methyl-diethanolamine voor de extractie van verbindingen zoals H^S, COg, GOS en CS2, en glycolen, bij voorbeeld ethyleenglycol, diethyleenglycol, triethyleenglycol, polyethyleenglycol, voor de deshydratatie van de gasvormige effluenten.

De hoeveelheid van het toegepaste oplosmiddel hangt 20 af van de inwendige porositeit van het poreuze medium en van de porositeit van het bed van dit materiaal. De hoeveelheid kan bij voorbeeld 20i - 75volume % van het schijnbare volume van de vulling bedragen.

Men heeft bovendien vastgesteld, dat wanneer het gehalte aan verontreinigingen van het verkregen gasvormige effluent 25 een bepaalde waarde heeft bereikt, die tevoren als maximaal toege-stane waarde is vastgesteld, men de extractiemassa kan regenereren door deze in contact te brengen met hetzelfde oplosmiddel als dat voor de impregnering of met een ander oplosmiddel, dat echter wel moet voldoen aan de eerdergenoemde voorwaarden.

30 Men voert aldus een wasbewerking van de massa uit, waarbij het oplosmiddel ten minste gedeeltelijk de eerder geabsorbeerde verbinding vervangt.

Men kan gebruik maken van andere regeneratiemethoden, bij voorbeeld door de massa onder verminderde druk te brengen of door 33 een stripbehandeling uit te voeren. Men geeft echter de voorkeur aan de wasbehandeling of herextractie, waardoor de extractiemassa zonder ander energieverbruik onmiddellijk opnieuw gebruikt kan worden.

Voor de uitvoering van de uitvinding kan men bij voorbeeld als volgt te werk gaan.

800 2 5 88 » If Μ

Men impregneert de poreuze, vooraf gedroogde, bij voorbeeld in een kolom aangebrachte drager met een op geschikte wijze gekozen oplos» middel^ dat de poriën van de drager vult. Men laat de overjSat oplos» middel zoveel mogelijk wegstromen en leidt het te behandelen gas door 5 de aldus geïmpregneerde drager. Indien gewenst, verwijdert men de verkregen eerste gasvormige fracties, die druppeltjes oplosmiddel, die zich in de ruimten tussen de korrels van de dragers bevonden, hebben meegesleept·

Vanneer men waarneemt, dat de verzadiging van de 10 geïmpregneerde drager wordt benaderd, dat wil zeggen wanneer de ex» tractiegraad beneden de gekozen grenswaarde daalt, gaat men over tot de regeneratie, zoals eerder is vermeld. Se hoeveelheid oplosmiddel, die nodig is voor de regeneratie, is nooit erg groot.

Na afloop van de regeneratie verkrijgt men een oplos» 13 sing van geëxtraheerde verontreinigingen in het oplosmiddel. Men be» handelt dit mengsel met bekende middelen, bij voorbeeld door strippen of destillatie ter regeneratie van het oplosmiddel.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm gebruikt men ten minste twee kolommen, bij voorkeur drie kolommen, waarvan een of 20 bij voorkeur twee werkzaam zijn bij de extractie, zodat de capaciteit van de geïmpregneerde drager maximaal gebruikt wordt, terwijl de derde geregenereerd wordt.

Voor de absorptie kan men met voordeel toevoersnel» heden van de te behandelen gassen van bij voorbeeeld twee liter per 25 cm /uur tot 100 liter/cm /uur, bij voorkeur van 10 liter/cmvuur tot 2 2 50 liter/cm /uur toepassen, waarbij de uitdrukking liter/cmvuur het volume van het gas (normale temperatuur uit druk) in liters per doorsnede-eenheid van het bed en per uur betekent. Met voordeel gebruikt men hoeveelheden van het te behandelen gas en de geïmpreg» 30 neerde poreuze drager in een volumeverhouding tussen 5 : 1 en 5000 : 1, bij voorkeur tussen 100 : 1 en 2000 : 1.

Bij de regeneratie bedraagt de hoeveelheid oplos» 3 2 middel bij voorbeeld 10 tot 500 cm"/cm/uur. De bovengenoemde hoe» veelheden zijn gemiddelde hoeveelheden en kunnen aanzienlijk gewij» 35 zigd worden afhankelijk van de bijzondere uitvoeringsomstandigheden van de werkwijze.

Gewoonlijk bevatten de te behandelen gassen geringe hoeveelheden verontreinigingen, in het algemeen minder dan 5 volume# meestal minder dan 2 volume#.

800 2 5 88 - 5 - < Λ

Deze hoeveelheden zijn niet beperkend voor de uitvinding, doch men behandelt niettemin bij voorkeur gassen met geringe hoeveelheden verontreinigingen·

Het gehalte aan verontreinigingen van een te zuiveren 5 gas kan verlaagd worden tot niet waarneembare hoeveelheden van bij voorbeeld minder dan 1 volume-ppm. De uitvinding zal nader worden toegelicht door de hierna volgende, niet beperkende voorbeelden. Voorbeeld I

Hen vult een kolom met een binnendiameter van 2 cm 10 over een hoogte van cm met korrelvormige puimsteen met een deel* tjesgrootte van 0,08 - 0,1 cm. De porositeit van het aldus verkregen bed bedraagt 0,3 en de porositeit van de korrels 0,5^·

Men leidt in de kolom vanaf de onderzijde een 23 gew.# waterige oplossing van di-ethanolamine (D.E.A.) tot de 15 porositeit van de vaste stof en de ruimten tussen de korrels gevuld is en luchtbelletjes verdwenen zijn, Hen laat dan de overmaat vloeistof wegstromen· Hen leidt vervolgens een gasvormig mengsel van stik** stof en kooldioxyde in. Het gehalte aan kooldioxide bedraagt 1,05 volume# en de toevoersnelheid bedraagt 50 liter/uur. Het bij de af- ........ . . 20 voer van de kolom verkregen gas wordt geanalyseerd, waarbij men waarneemt, dat het kooldioxyde niet aangetand kan worden (waarnemings-drempel: 0,01 volume#) tot 120 liter gas is doorgeleid. Na doorvoer van 123 liter gas bedraagt het gemiddelde gehalte aan CO^ 0,01 volume#.

De bewerking wordt dan stopgezet en men gaat over tot de regeneratie 23 door doorspoelen met de 23# D.E.A. oplossing. Na doorleiden van 60 cm'* oplossing is het mogelijk om opnieuw te beginnen met een absorptie van CO^ onder dezelfde omstandigheden en met dezelfde resultaten.

De aan zuur gas verrijkte oplossing van D.E.A. wordt geregenereerd door strippen met stoom.

30 Voorbeeld II (vergelijkingsvoorbeeld)

Hen werkt men dezelfde inrichting, doch impregneert de puimsteen niet met een oplossing van D.E.A. In dit geval verschijnt het kooldioxyde onmiddellijk in het gasvormige effluent.

Voorbeeld III

35 Hen werkt met dezelfde inrichting en onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld I, doch in dit geval is de te verwijderen verontreiniging zwavelwaterstof.

Men neemt waar, dat men 58 liter gas, dat 1 volume# H^S bevat, kan behandelen, het gehalte aan R^S van dit gas kan terug- 800 2 5 88 - 6 - brengen op 0,01 vulume# en de absorberende massa kan regenereren „ 3 met 53 cm van een 25 gew.# oplossing van D.E.A.

Voorbeeld .IV

Men gaat op dezelfde wijze te werk als in voorbeeld 5 ïrmet een kolom, die een binnendiameter Tan 1 cm en een hoogte van 3k cm bezit en gevuld is met puimsteen met een deeltjesgrootte van 0,08 - 0,1 cm, dat geïmpregneerd is met diethyleenglycol (D.E.G.) door deze in contact te brengen met de droge puimsteen. De porosi» text van het bed bedraagt 0,3 en de porositeit van de korrels 0,5¼.

10 Men leidt 35 liter per uur stikstof in, dat water» damp bevat^een hoeveelheid van 1,55 gram/100 liter. Na doorvoer van 90 liter gas is het watergehalte van het gas lager dan 0,02 g/100 liter. Inleiden van 25 ca^ D.E.G. maakt het mogelijk de kolom te regenereren en opnieuw te beginnen met een zelfde absorptie.

15 Iet water wordt uit de oplossing van D.E.G. verwij» derd door de destillatie onder normale of verminderde druk of door strippen met een niet in water oplosbaar gas (bij voorbeeld natuur» lijk gas). De van geabsorbeerd water bevrijde diethyleenglycol wordt teruggevoerd.

800 2 5 88

Claims (8)

1. Werkwijze voor de extractie van ten minste één gas· vormige verbinding, die als verontreiniging aanwezig is in een gas, met behulp van een extractiemassa, met het kenmerk, dat 5 men het te zuiveren gas in aanraking brengt met een extractiemassa die bestaat uit deeltjes van een inerte poreuze drager, die ge· impregneerd is met een in de poriën van de drager vastgelegd orga· nisch oplosmiddel met een geringe dampspanning, een goed selectief oplossend vermogen voor de te extraheren verbinding en een chemische 10 inertie ten opzichte van de drager, de extractiemassa vervolgens regenereert door hierover een zoals eerder gedefinieerd organisch oplosmiddel te leiden en de aldus verkregen regeneratie-oplossing onderwerpt aan een destillatie of aan strippen om de opgeloste gas· vormige verbinding eruit te verwijderen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het ken· merk, dat de poreuze drager een inerte anorganische drager met een inwendige porositeit van ten minste 0,1 is.

3· Werkwijze volgens conclusie 2, met het ken· merk, dat de drager bestaat uit puimsteen, aluminiumoxyde, bauxiet, 20 kiezelgoer, koolstof of een anorganisch silicaat.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,met het ken· merk, dat de gasvormige verbinding bestaat uit zwavelwaterstof en/of kooldioxide en het oplosmiddel bestaat uit een verbinding van de groep der alkanolaminen.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, i e t het ken· merk, dat de gasvormige verbinding waterdamp is en het oplosmiddel bestaat uit een verbinding van de groep der glycolen.

6. Werkwijze volgens conclusie 1,met het ken· merk, dat de volumeverhouding van de hoeveelheden van het te be· 30 handelen gas en de geïmpregneerde drager van 5 : 1 tot 5000 : 1 bedraagt.

7· Werkwijze volgens conclusie 1,met het ken· merk, dat de volumeverhouding van de hoeveelheden van het te be· handelen gas en de geïmpregneerde drager van 100 : 1 tot 2000 : 1 35 bedraagt.

8. Werkwijze volgens conclusie 1,met het ken· merk, dat de deeltps van de geïmpregneerde drager aangebracht zijn in een vast bed en de toevoersnelheid van het door dit bed geleide p g$us van 2 tot 100 liter per cm doorsnede van het bed per uur bedraagt. 800 2 5 88