NL8005224A - Werkwijze voor het verwijderen van kooldioxyde uit gassen. - Google Patents

Description

7·- " - 803294/vdVeken

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verwijderen van kooldioxyde uit gassen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van kooldioxide uit gassen.

Er zijn een groot aantal werkwijzen voor de verwijdering van kooldioxyde bekend waarbij de algemeen toegepaste werkwijzen op het 5 gebruik van een alkalinetaalcarbonaat- of alkanolamineoplossing berusten.

Voorts zijn gekombineerde werkwijzen bekend, waarbij zowel een kooldioxydeverwijderingstrap met een alkalimetaalcarbonaat-oplossing als een kooldioxydeverwijderingstrap met een alkanol-10 amineoplossing worden toegepast,

De gekombineerde werkwijze is bijzonder voordelig als het kooldioxydegehalte van het behandelde gas tot enkele volumendelen per miljoen moet worden verminderd onder zo goed mogelijk gebruik van de verschillende eigenschappen van de twee absorberende oplos-15 singen.

De gekombineerde werkwijze bestaat uit twee opeenvolgende kooldioxydeverwijderingstrappen, waarbij in de eerste met een hete alkalimetaalcarbonaatoplossing gewassen wordt, waardoor men een gas verkrijgt met ongeveer 2 vol*$ CO^, en in de tweede trap met een 20 koude alkanolamineoplossing, waardoor het COg-gehalte nog verder tot enkele volumedelen per miljoen wordt verlaagd.

Men voert het gas waaruit het kooldioxyde verwijderd moet worden onder in een eerste onder druk werkende absorptiekolom, waarin het in tegenstroom met een hete alkaliaarbonaatoplossing 25 opstijgt, en via de top van de kolom en na afkoeling tot 40°C onder in een tweede onder druk werkende absorptiekolom geleid wordt die van bovenaf met een alkanolamineoplossing, in het bijzonder mono-ethanolamine wordt gevoed.

De verbruikte carbonaat- en alkanolamineoplossingen worden 30 in de bodem van de eerste respektievelijk de tweede absorptiekolom verzameld en direkt naar de respektievelijke onder atmosferische druk werkende regeneratiekolommen gevoerd en daarna met een pomp gerecirculeerd.

Een hydraulische turbine in de voedingsbuis voor de ver-55 bruikte carbonaatoplossing maakt gebruik van het drukverschil 8005224 - 2 - tussen de absorptie- en regeneratiekolommen, waardoor een deel van het voor de pompen benodigde energie teruggewonnen wordt.

De alkanolamineoplossing en de hete carbonaatoplossing worden door verhitten geregenereerd. De gekombineerde werkwijze bezit een 5 aanzienlijk voordeel ten opzichte van de werkwijze waarbij slechts èèn absorptieoplossing gebruikt wordt, maar verhoogt door het regenereren van de absorptieoplossingen de bedrijfskosten.

Geheel onverwachts heeft men nu gevonden dat de kosten verbonden met het regenereren van de absorptieoplossingen aanzienlijk 10 verlaagd kunnen worden door op de juiste wijze van de beschikbare warmte gebruik te maken.

De onderhavige uitvinding beoogt derhalve een werkwijze te verschaffen voor het verwijderen van kooldioxyde uit gassen in twee absorptietrappen met een alkanolamineoplossing en een alkalimetaal-15 carbonaatoplossing, waarbij de alkanolamineoplossing voor regeneratie naar een eerste kolom gaat, waarin kooldioxyde door toevoer van warmte van buitenaf gestript wordt, terwijl de verbruikte alkali-metaalcarbonaatoplossing ter regeneratie naar een tweede kolom gaat, waarin kooldioxyde gestript wordt onder gebruikmaking van de direk-20 te warmte van de topdampen van genoemde eerste kolom alsmede de warmte uit een met water verzadigde luchtstroom die door indirekte warmteuitwisseling met het in dé kop van de tweede kolom gecondenseerde hoofdzakelijk uit water bestaande medium verhit wordt. Volgens een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm der onderhavige 25 uitvinding bevindt de tweede kolom zich bij voorkeur boven de eerste kolom.

Set verrassende feit doet zich voor dat men voor de regeneratie van de alkalimetaalcarbonaatoplossing de met water verzadigde lucht kan gebruiken bij een lagere temperatuur dan voor de regenera-30 tie nodig is, door van de boven in de koelinrichting gewonnen warmte met lage temperatuur gebruik te maken.

De werkwijze volgens de uitvinding zal nu aan de hand van de tekening, die een vereenvoudigd bedrijfsschema van een kooldioxyde-verwijderingsinrichting weergeeft, nader worden toegelicht.

35 Het van kooldioxyde vrij te maken gas, dat in dit geval in hoofdzaak uit H2 en N2 met 18,2% C02 bestaat, stroomt verzadigt met water bij een temperatuur van 120°0 en een druk van 30 atmosfeer 8005224 f. ί - 3 - via leiding 1 onder in absorptiekolom 25 en stijgt daarin omhoog in tegenstroom met een hete kaliumcarbonaatoplossing met een concentratie van 25 gew.$.

De hete gassen verlaten de top van kolom 25 met ongeveer 5 2 vol./6 C02 en bereiken via leiding 2 koelinrichting 26, waarin zij tot 40° C worden af gekoeld om na afscheiding van het condenswater in 27j via leiding 5 naar de bodem van de tweede absorptiekolom 28 gevoerd te worden.

Bij het opstijgen in kolom 28 komt het gas in aanraking met 10 een DEA-oplossing (20 gew.^), waardoor het C02-gehalte van het gas verder tot een niveau van ongeveer 100 ppm (delen per miljoen) verminderd wordt. Het gas met ongeveer 100 ppm C02 stroomt boven uit kolom 28 en wordt via leiding 4 voor verder gebruik afgevoerd.

De verbruikte DEA-oplossing uit de bodem van kolom 28 gaat 15 direkt door buis 7 naar uitwisselaar 29» wordt daarin voorverhit, gaat vandaar via buis 8 naar de top van regeneratiekolom 50, die iets boven atmosferische druk werkt, en wordt in de bodem, verhit en geregenereerd, verzameld.

De verwarming vindt plaats door toevoer van indirekte warmte 20 in de vorm van eventuele beschikbare stoom of hete gassen aan her-verdamper 31..

De geregenereerde DEA-oplossing gaat van de bodem van kolom 30 via pomp 32 en buis 9 eerst voor gedeeltelijke afkoeling naar uitwisselaar 29, daarna via buis 10 voor verdere afkoeling tot 40°C 25 naar koelinrichting 33» en eventueel via leiding 11 naar de top van absorptiekolom 28.

De hete verbruikte kaliumcarbonaatoplossing, die in de bodem van absorptiekolom 25 verzameld wordt, gaat via leiding 5 naar hydraulische turbine 34 en levert door expansie daarin een deel van 30 de voor de pompen benodigde energie, waarna de oplossing via buis 6 de top van regeneratiekolom 35 bereikt.

De regeneratie van de carbonaatoplossing in kolom 35 wordt door het gebruik van hete topdampen uit kolom 30 en verzadigde hete lucht adiabatisch uitgevoerd.

35 De lucht wordt door ventilator 36 samengeperst en na in hoofd koeler 37 van kolom 35 verhit en gelijktijdig verzadigd te zijn, via leiding 22 naar de bodem van kolom 35 gevoerd. Op deze wijze is 8005224 - 4 - het mogelijk een deel van de condensatiewarmte van het water, dat aanwezig is in de topdampen van regeneratiekolom 35» terug te winnen. Door de lage temperatuur van deze dampen zou het niet mogelijk geweest zijn 'de warmte op andere wijze terug te winnen.

5 De geregenereerde carbonaatoplossing wordt uit de bodem van regeneratiekolom 25 afgetapt.

De topdampen uit kolom 35 bereiken via leiding 12 uitwisselaar 37 waarin een deel van het in de dampen aanwezige water gecondenseerd en in 39 verzameld wordt, vervolgens door pomp 40 via lei-10 ding 13 afgezogen en gedeeltelijk via leiding 20 bovenin kolom 30 en gedeeltelijk via leiding 19 met de door ventilator 36 via leiding 21 toegevoerde lucht naar uitwisselaar 37 gepompt wordt.

De dampen uit scheidingsinrichting 39 gaan via leiding 14 naar koelinrichting 41» waar zij tot 50°C worden afgekoeld, en van-15 daar naar de scheidingsinrichting voor het condensaat 42, voordat zij via leiding 16 in de atmosfeer geloosd worden.

Het bij 42 verzamelde condenswater wordt door pomp 45 door leiding 15 gepompt en gedeeltelijk via pijp 17 uit de inrichting verwijderd en gedeeltelijk via buis 18 naar de bodem van kolom 35 20 gevoerd, terwijl de rest via buis 23 als terugvloeiïng naar kolom 30 gaat.

De tabellen A, B en C bevatten de gegevens van een praktisch voorbeeld van een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij naar de tekening verwezen wordt die een schematisch overzicht van de 25 kooldioxydeverwijderingsinstallatie geeft.

8005224 V. * - 5 - . - ' ϊ ίί ! ί

a* in in o II I ^ \ vn . Q

o I C— OJ O II 1 · ^ S

>··||· II I £ i c- <n , <2 II ?|CTnO OH I ® II·!·* * d ON O II 11 «> I ^ v® o Η Η II I *» 2

. © I II I g H

ϊ λ ϊ !! M ° ϊ

I HI It μ-i I I

Φ p II H I ® t η I

β\| II > I 45 tiD φ · I

H § m I S II I M fi ^ a ^

M m αβ|θι II I Η Η · Μ Φ I

™ 1 I o\ a CM II i a m ο h s SO P i VO in h ϊ q ο o · i co in ίί i p ra o ogl c- co , f I CO II I rO Ο H P *5^? ! * S 1 £ί rf.

ο £ ο i vo o ^ I I vo ii I 14 H u n\ i ^ £ ΪΡ

eh 03 i> I ®v H <M σν jj I J® g* ^ H

I I II I I

—i-«Κ—I-3-i- { ο ί £ o £ oil! 'fcS. £ £ g I > | J J J 1 'o* II ! ί ί I ^ . ™ « 5 I -3 1 H ! I 3 60 I Λ ° I SI ! I B ϊ H I (Dpi N|—(I®. i“j ! ϊ—ϊ ϊ a \ ϊ η {_! ϊ 4s sc ® · I I I OJtnl π > ! -¾ Ö -mm i

• SSI II I Ή ·Η 33 Φ I

ϊ CM O Ö I CJ\ ΙΛ CO oil |d02 S ^ [j I _.

I ο Ο Ο · 1 00 Γ— Η* I I Η II I H 03 VO Ο O P· I VO ITV H

§ ^ " a 3 I S S N Si I ÏS ” m 8I , £ , S I H

If, ra>jON O' } i£ g· ίίί I " £ o

I II I I_ H

_I_-J---H-1 ....."'..........t-—--

i I η~ ί c— co in ο II ! I >5 m! S S

* I O IHCTvCO Oil II Η Η ®. , , , I ^ j > 1 · · ο ϊ 1 ·!1 ΙΟ ο O -gi I ! I ! _, ,

\ f- Η O OH IH OH <D a HH

l d I K OH I h t M d dHI

3 1 HI Η II I ® I

5 Φ j it ioc I

p ϊ II I Η I I

a --ϊ I |l j <D Ώ rH I _ H-fr ϊ OXjl II μ.) I -P CQ 2u?* 52 η a\ η > i p o a & ι η h tn ram II I η h ra φ 1 ^ ^ oj ssl π ϊ a pi a w u i · · I in o o S ι σν m in t— ti ι P ο o o 3 ^ 1 ft VO KV O < I CO N 'Φ I I Oil IP-POO p 'dpi ! * 1 1 * m cu ο P Η η σν co d- π i P ® ft •h'n. ^ ™ ph -poivoH n ii ι ® ® -ρφδρι ·· j * ra > I σν σνιι I i> a ο p Μ i hh j II I I _ I___ I__—-II " —^-------1-~~

--ί I II I I I

I η I +> ii ϊ μ I vo σν in oh I ® ‘jj L, i I o j o h c*- on I® draM _ _ ϊ ϊ · · · ϊ ϊ *it ia Ητοΐ®ί g g I m co vo on to o i i i i i °> °}

Η I C- H Oil I f 8^3! HH

I η I Η II IP Μ Ο Η I Η H

I CD I II i ® J

I A t i! ! ° ,

I H i II I II

. I I CM (Dpi II > 1 ® . Η I _ M o a \ ϊ η ^143¾) ® · j 22 lo rani i π ipa a^ Hr· I S S I 11 I Η Η ® Φ I ^ 1+ O I ON H vf d- II I p m gSopi ® ® I O · I CO H OD 03 II I δ ra o o o a i fv I moOPHlind-vo I I von ifocomp d d I I I I I ™ ^ icöcvim-poivomco con iPH ·Η\ j ^

C5H ra > I ON W cvl II I ® ft JJ

I I Η II I i> O CO P W 1 Η H

I I II I I --- . !__|_ --..-— -H--1--I *

I I Η Π I J H

ϊ i d| I ii I I Pi I

I I o KV ii I I O fn I I I O II I I J, o I I <{ o II < I I <$ o H CM u I — ! g cvl I è I fl W II I . I PI W ..

g» I ο ^ ΐ a ! .clg O I j || a° - ! *w * ; ra p I! ^ I .3 ° 3 I ¢5 ί ii j

I I I ά -¾ j + δ δ g ^ S T3 i ^ g, _y ! + CM o S I

^ j % % J I CVI Ο*1'1 °CJ o inpn § I! J I Σ J g MCMON°CMg I

ih,&hq i SJ o W CvjcvjoEhII I Bi Ω IKOMOJCJO^

1^- I II I, I

I I III V I

- 6 - ί ^ ! S S S 8 8 ί Μ V. ! ο νο Ο Η I * · ο I I · II I 3 · I M3 CM Η Ο ο ι ο ο σ\ ο ιι t η η ι · · · 1 1 * I > I ^ W (ί\ Ο II I Tip I Ο Ο ΟΝ ο I Η II I !> I νο ΝΛ Ο ι I II I Ο I Η

I Η I I! I Λ I

ι ιη ι 3 ι 11 ! S _L

I e~. h 3 i II I ©HI

φ < II I Ή © .· I

in a « II I J4 S Η I

CM m a ι II νθ I cm Ο Φ © p η | rH a a ι ιι hi ^iaih ai>3i Λ _

ι § I Ο Η M3 c— li I CQ O 3 I Ο H CO ON

‘ O TJ · I ο Η Ο I I Η II I O O -3\ * g d S' 1 1 R

I ο· Μ -Η Η I O ^ M3 Oil I Pi S Μ ·Η« I p ^ O in I o -p © ο ι c~- m in von 10 if if 2 Ü d 501 ^ Cl c-t w 3 > ι M- « Μ1 rHII I & cd CO 3 S I ·Μ- CM C-·

ι ι Η II I I

t ιι ι _ ι____

___—-—ι--- li-1 ..... —I

! ; ! ! : ί ^ ί I! ! * ί ί t ! , . . 8 , 8 ί! j i 8 i * to ι ιι I to ι u a I ιι ι ι φ η ι ιι ι s ij

Η φ m Hl II I © H

Η I Sj m φ . { II ! -P © * I

ι oj o s ^ ι ιι in ι 3 3 £ ι | S Η Ο Ο © © ι II pH I © O “ ® ! I <D ft Μ" ιλ β δΟ !4 I H Hit ism S ^ fj i §a o 0 3 ι I I I 00 I GO H I© S I 3. ,3; |0)| o *3 3 I CM CM II I ·3 ο -3 3 I I I H" I I H" ι o u ·η\ ί on cr\ ιι ι α η ·π\ j m m

I0)w +» Ο) SjO I ON On I ΙΟ -P Φ ÖD I Ο O

ion M 3 w I II I o WiM I CM CM

, —i-!-i—ί ι

_l J ^ ! ί! i ί Η N CM O

53 OOIII Oic-t-in o 3 © I I I I ο I O II I Ή I · · · 1 ι °

-dl© tlOI H H II 1 9 1 !£i S'1 H S

Η I 3 &D I π I > I H- CM m O

ins ι !! ι H

ι © ·Η I i II I II

ι φ CO HI II I HI

ο ι n © © · ι ιι·μ·ι 2

Hi 0) o m Π&Ι II Η I β Η I

iSHc— © © ι ιι ι on 2PB!

® ft e ί© η l Η Η ιι im 6 > 3 I

J ba ο o 3 ι ι ι ι oo I oo ιι I m o 3 p H in vo

10)1 0031 CM CM II I t— Ο I Ο Η H CM

i s J; p ·Η\ I ON ON II I Pi n Hr, | Ο Η" Η" I I CO

ι φ GD -μ φ Μ I ON ON II IO Η © S I C~- NN CM pi

on II 1^ co 3 S I 3* cm m O

j M I II I_I _H

* i ^ 1 Ü I ^ I I ! , , , 8 . 8 !! ! * \ ο o

ΙΦ ί© ι Η Η II I © IIIOIIO

ι Tj £)0 I II I ilD I Η H

ns ι ιι ι i Φ H I II I Π I j

φ 02 H I II I Φ H

in© ©*i iii-p © ° ΟνιφοΟΝ S^l II CO I 3 S&'l ISHH © © (111 I II H I © 2 S> I © Pi H g t© η I H Hll I S m S fj _ c© o o3l oo co ιι ι © e*- P 3 ο o ΙΦΙ 0-331 cm CM II IO p 3 3 1,.0..1¾ I n 4 n H'X I ON ON II I s n H\ | | VO I I ^

ΐφΗ -P φ £© | ON 0NU IO Η Φ *© I ö O

ion CO 3 Μ I j! I o CO 3 M j H H

ι i ·ιι ι ί * I H U I d { I · P( ιι ι I *2* i H O II I i d ? { i o m ιι ι ι 9 d0'

I I ο II I I O

I Ο ιι I I ^ ° ι H CM II I I g ι n w ιι o> ι ! n w CD . I ,11 C I .· νΛ ,c i ο E i » -hi © b ^ •Hi Q+* I ·« HTJIO+r i* s® ,

Ό I a ° ι ^ & 3 II ·Η S I

η I ο I -p © © < u 31 3 · ι if <8. S. 5 © H p, 13 ilOSlO^IIJlHnji ! ί ηιπ ^ ^ «J I -3 S3 I O CM O B II 1 Ό S 3 2 λΝΟλ,λ ιη η Φ © Η ι 3 ο CM ο m Ο II I © © η ^ Ο CM Ο UN ο |Σ BQ inO|X|CMCMEHII, 151. e-IQ IHOKCMCMEh

I I II' I I

8005224 - 7 - * ! j I! ! i -A ί ^ a 1-3 tJ Φ Μ I !£

[ j o onto H fd ® I

fe I I O t I o i<0 O StJ I I I I I · ·

I 1 1 H H II I ® g S ö s ! H H

g) II t ^ -Η Λ) O -H

iiiho .

c I η I ® “ I

i § hi “ {S° ® - ! o o

I’S Cfel «-«t'oPtLrsOÖSsI SS

.O j m ^ § ® I !! w \ g 2 * ^ S g, u ! * » i I p g3-1 i ' 1 ° 1 ° 5 i si ssli 1 1 1 1 5} 5

jo Wiï! H HU I Öfl “ «S M j Η H

! j II I ....___I------------- l I______—-H-1-- ? -{----I II I j I I II I 1 ! * i o o ! ! ^ £ I I 8 I I 8 II g ! I 1 3 · « o

S Η Η II I & H M

“I II I “ § A \ SIS h

, S ω·ί II CO I -P 0) · I

t Is C & 1 II CM | CÖ a * t

Ov O CQ (U I II J ® ^ 2 g, JJ j

Η I C i B j OOH O^^j VO VO

ί -S £ O «Ö J ! I I O I I o 11 I -g ^ g j 1 1 £ 1 1 £ I g U -3¾ I Sf S ! S I ) s s

jo I ov OV II JO “ΛΜ I Η H

i-4-—--t-1—“ ~ I η t j ! * ! 0 ο I! i ^ {£ si s i I I · o 1 1 o {j j ^ } fl 1 N 1 1 o“ j S> ;j J > ί *- cv* o ! a I j λ \ ί “ ® . i ! § * S J o ral! 'ΐ cm -2 2 B j j§0 i 10 s j j cüi f m § M i ο ο o

§ £ £ &ΰ i m in ii I 3 £ £ J J £ ^ S

JO CQ dB W J MV MV II I H CQ Λ jz; j ^ H VO

1__1 II-1- 1- — ”

-- II I

I > II I j i ο ο ϋ i ^ j ο ξ 8

j g j ‘ 1 H ' 1 Η II ! O £ ' - ' ' O

» j S ! > . ον o \ a I jj ! 4 !

{ -p ffi · ί II I ® · J

hs j ra So! Hi I P Ö j H| g o 0^01 ί! CM { -P O § } S 5 5

r ζ$Ί\ 1 1 ö il s i i § - ss>i 8 , s . . I

II £!>! d ss i \z ssi|s H * —j-i-:-ί-i-i j ί . t ! ! · g.

I I H O II I HO

1 i ' o 'm !i i o MV

ΐ I 4 8 1!' \ i gc

j I fi MW B t I ° M

cl o è { ^ ^ π C O E* ; ^ ^ •W|o-P I ·· I! HI Ο H J vi ,

•s I I IS 8. S 3 ϊ «I I p, Λ I I NO δ s I

i 5 § S ! 3 oWOwo in o !! J,t I |S is o cvj o LTV o ιΣ&ιΟ ΐ id ϋ B w N Β II IX EHO iHtoWCMCviEs

ΐ . t ii ΐ J

I I II I I

3005224

Claims (2)

1. Werkwijze voor het verwijderen van kooldioxyde uit gassen in twee trappen door absorptie met een alkalimetaalcarbonaatoplossing respektievelijk een alkanolamineoplossing, waarbij een regeneratie-trap wordt uitgevoerd onder verhitten van de absorberende oplos- 5 singen, met het kenmerk, dat voor het regenereren van de alkalimetaalcarbonaatoplossing de direkte warmte van de topdam-pen van de regeneratiekolom voor de alkanolamineoplossing alsmede de warmte van een met water verzadigde stroom, die door indirekte warmteuitwisseling met het in de top van de regeneratiekolom voor 10 de alkalimetaalcarbonaatoplossing gecondenseerde medium verhit is, gebruikt wordt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de regeneratie van de alkalimetaalcarbonaatoplossing in een kolom uitgevoerd wordt die boven de regeneratiekolom voor de alka- 15 nolamineoplossing is aangebracht. 8005224