WO2017162351A1 - Verfahren zur aufbereitung eines gasstroms - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung eines gasstroms Download PDF

Info

Publication number
WO2017162351A1
WO2017162351A1 PCT/EP2017/051512 EP2017051512W WO2017162351A1 WO 2017162351 A1 WO2017162351 A1 WO 2017162351A1 EP 2017051512 W EP2017051512 W EP 2017051512W WO 2017162351 A1 WO2017162351 A1 WO 2017162351A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon dioxide
washing medium
hydrogen sulfide
gas stream
absorber
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/051512
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kevin BRECHTEL
Katrin RAAKE
Henning Schramm
Hatice Gülsah Sönmez
Ralph Joh
Hans Wolfgang Nickelfeld
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2017162351A1 publication Critical patent/WO2017162351A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1462—Removing mixtures of hydrogen sulfide and carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/52—Hydrogen sulfide
    • B01D53/526—Mixtures of hydrogen sulfide and carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/02—Preparation of sulfur; Purification
    • C01B17/04—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/103—Sulfur containing contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/104—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/2073—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20738—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20761—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/304—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1468—Removing hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/52—Hydrogen sulfide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/54—Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • C10L2290/541—Absorption of impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Definitions

  • the invention relates to a process for the treatment of a gas stream, in particular a natural gas stream. Furthermore, the invention relates to a device for processing a gas stream, in particular a natural gas stream.
  • Natural gas is a fossil fuel with a relatively low emission of carbon dioxide (C0 2 ) and a comparatively low emission of other waste products during combustion. Its contribution as one of the most important energy resources of the world is steadily increasing. Across the background of raw material shortages, constantly rising energy requirements and environmental protection reasons, the processing and use of natural gas is a promising option for the efficient and low-emission generation of energy.
  • raw natural gas can not be used directly in a gas turbine, for pipeline transport or in a combined heat and power plant (CHP).
  • H 2 S hydrogen sulphide
  • C0 2 carbon dioxide
  • the main challenge in the treatment of natural gas flows is thus in particular the simultaneous removal of hydrogen sulfide and carbon dioxide.
  • Wet scrubbing based on chemical or physical absorption is commonly used for this purpose.
  • hydrogen sulfide and / or carbon dioxide are washed out by means of a corresponding washing medium and released by desorption again from the washing medium.
  • the washing media used are, for example, water or methanol. If hydrogen sulphide and / or carbon dioxide are to be absorbed chemically, washing media such as monoethanolamine (MEA) or an amino acid salt are suitable.
  • MEA monoethanolamine
  • the subsequent desorption is usually carried out by supplying heat or reducing the pressure.
  • liquid-reducing sulfur recovery processes so-called liquid redox processes
  • a redox agent is used to convert absorbed in a washing medium hydrogen sulfide into sulfur and to remove the hydrogen sulfide so from the washing medium.
  • Redox agent is reduced by the hydrogen sulfide, then oxidized by contacting with an oxygen-containing gas and regenerated accordingly.
  • a separation of carbon dioxide and hydrogen sulfide in the form of separate streams with high investment costs and a high complexity of the overall process is connected.
  • the invention is based, as a first object, on a method which allows an efficient and cost-effective treatment of a natural gas flow.
  • a second object of the invention is based on a
  • the first object of the invention is achieved by a method for treating a gas stream, in particular a natural gas stream, wherein the gas stream is fed to an absorber, in which contained in the gas stream hydrogen sulfide and carbon dioxide contained in the gas stream in one Wash medium are absorbed, wherein the loaded with hydrogen sulfide and carbon dioxide wash medium is fed to a regeneration stage, in which carbon dioxide is released in gaseous form from the washing medium and hydrogen sulfide is precipitated as elemental sulfur from the washing medium, and wherein a mixture is used as the washing medium, the first absorbent for chemical absorption of hydrogen sulfide, as well as a second absorbent for the physical absorption of carbon dioxide.
  • the invention is based on the consideration that, as part of a liquid redox process, wash media are commonly used which chemically absorb gaseous components such as carbon dioxide and hydrogen sulphide contained in a gas stream. A subsequent separate separation of these components from the chemical washing medium is possible only with great effort. Although hydrogen sulfide is separated from the wash medium as elemental sulfur, carbon dioxide must be removed by the introduction of heat from the wash medium.
  • the invention is based on knowledge of physical absorption-desorption processes. Such processes are particularly suitable for the separation of gaseous components from a gas stream under pressure.
  • Washing medium increases with increasing pressure. For the subsequent desorption of the components absorbed under pressure from the washing medium, only a pressure reduction, ie a relaxation of the washing medium, is necessary.
  • the invention further takes into account that natural gas or sour gas is usually present under high pressure.
  • natural gas or sour gas is usually present under high pressure.
  • a laundry based on physical absorption is generally well suited for the separation of gaseous components from such a gas stream.
  • both carbon dioxide and Hydrogen sulfide desorbed together.
  • the precipitation of hydrogen sulfide as elemental sulfur from the washing medium is prevented.
  • the invention recognizes that the above-described problems can be remedied if a laundry based on physical absorption is integrated into a classic liquid redox process.
  • a mixture is used as the washing medium, which contains a first absorbent for the physical absorption of carbon dioxide and a second absorbent for the chemical absorption of hydrogen sulfide.
  • the present method thus involves a combination of a physical washing process with a liquid-redox process-and thus a chemical wash-in one process step.
  • a first absorbent for chemical absorption ensures that hydrogen sulfide contained in the gas stream dissolves in the washing medium, so that it can be precipitated in the course of the liquid redox process by further reaction with a redox agent to elemental sulfur.
  • the physical wash allows the pressure-dependent absorption of carbon dioxide.
  • For the subsequent separation of carbon dioxide and thus for the regeneration of the washing medium used is no additional heat input, for example by heating steam necessary. The energy balance of the process is improved.
  • the gas stream is supplied to the absorber, and hydrogen sulfide contained in the gas stream and contained carbon dioxide are absorbed in the washing medium.
  • the absorption of hydrogen sulphide and carbon dioxide is preferably carried out under pressure.
  • a pressurized gas stream is supplied to the absorber.
  • the pressure is usually at least 10 bar, depending on the deposit from which the gas stream was taken.
  • a depressurized gas such as biogas
  • this is preferably compressed before entering the absorber. In this way, the gas flow is brought to a suitable pressure, which allows a physical scrubbing of the gas flow.
  • an amino acid salt solution is preferably used as the first absorbent for chemical absorption of hydrogen sulfide.
  • An aqueous amino acid salt solution is useful here. It is also possible to use mixtures of different amino acid salts.
  • the second absorbent for physical absorption of carbon dioxide it is preferable to use a polar medium such as water or an alcohol.
  • the washing medium laden with hydrogen sulphide and carbon dioxide is depressurized within the regeneration stage. The previously absorbed under pressure carbon dioxide is then desorbed and can be released to the environment.
  • the desorption of carbon dioxide does not lead to a simultaneous emission of hydrogen sulfide, since this is precipitated in the liquid phase, ie within the washing medium, to solid sulfur.
  • carbon dioxide and hydrogen sulfide separated from the washing medium.
  • no additional energy input is necessary.
  • Carbon dioxide is preferably liberated from it solely by the expansion of the washing medium.
  • the hydrogen sulfide absorbed in the washing medium reacts within the regeneration stage with a catalytically active component to form elemental sulfur.
  • the catalytically active component is expediently reduced by itself.
  • the sulfur precipitates as a solid, and the reduced catalytically active component remains in the wash medium.
  • a complexing agent is added to the second washing medium. It is thus a catalyzed hydrogen sulfide reaction.
  • the catalytically active component can be contained within the regeneration stage, for example in the form of solid particles. It is also possible to use a regeneration stage with catalytically active internals. It is particularly advantageous if the catalytically active component is contained in the washing medium. Accordingly, a washing medium with a catalytically active component is expediently used in addition to the first absorption agent for the chemical absorption of hydrogen sulfide and the second absorption agent for the physical absorption of carbon dioxide. Such a washing medium with a contained catalytically active component allows a homogeneous reaction of the two dissolved reactants, so the
  • Hydrogen sulfide and the catalytically active component itself Hydrogen sulfide and the catalytically active component itself.
  • a metal salt is used as the catalytically active component.
  • metal salts whose metal ions may be present in several oxidation states.
  • the salts of the metals iron, manganese or copper are used. The oxidation of the hydrogen sulfide to elemental sulfur is thus carried out with simultaneous reduction of the metal ion.
  • the catalytically active component is preferably reformed by reaction with an oxygen-containing gas.
  • the oxygen-containing gas is understood to be any gas whose oxygen content is high enough to rebuild the catalytic active components.
  • an oxygen-containing gas for example, ambient air, oxygen-enriched air or pure oxygen can be used.
  • the oxygen-containing gas is expediently fed to the regeneration stage.
  • the regeneration stage used is preferably a fixed bed reactor.
  • the oxygen contained in the gas passes from the gas phase into the liquid phase, ie into the washing medium.
  • the liquid phase the oxidation of the previously reduced in the formation of sulfur metal ion, so that they are available again for the separation of hydrogen sulfide, ie for repeated oxidation.
  • the elemental sulfur precipitated in the regeneration step is preferably separated from the wash medium.
  • the separation is preferably carried out by means of common separation units, such as by means of a cyclone.
  • the liberated from hydrogen sulfide and carbon dioxide washing medium is returned from the regeneration stage in the absorber.
  • the regenerated washing medium is used for the renewed absorption of hydrogen sulphide and carbon dioxide.
  • the washing medium thus expediently circulates between the absorber and the regeneration stage, it is circulated.
  • the loaded with hydrogen sulfide and carbon dioxide wash medium is additionally relaxed before being fed to the regeneration stage. Such a relaxation of the loaded washing medium before entering the regeneration stage prevents an undesirable accumulation of methane in the washing medium. This ensures that methane which has also been absorbed in the washing medium is not desorbed together with carbon dioxide in the regeneration stage and is ultimately lost as a product of value due to the environment.
  • the methane absorbed in the wake medium is separated before it enters the regeneration stage.
  • the separated methane or the methane-containing partial stream is metered into the gas stream before it enters the absorber and together with this fed to the absorber.
  • the substantially methane-free washing medium after the intermediate relaxation is then fed to the regeneration stage as described above, in order there to separate off the absorbed carbon dioxide and the absorbed hydrogen sulphide.
  • the second object of the invention is achieved by a device for treating a gas stream, in particular a natural gas stream, comprising an absorber for absorbing hydrogen sulfide contained in the gas stream and carbon dioxide contained in the gas stream in a washing medium, and a fluidically coupled with the absorber regeneration stage for the release of gaseous carbon dioxide and for the precipitation of hydrogen sulfide as elemental sulfur, being used as a washing medium, a mixture containing a first absorbent for the chemical absorption of hydrogen sulfide, and a second absorption medium for the physical absorption of carbon dioxide.
  • the first absorbent used is preferably an amino acid salt solution which serves for the chemical absorption of hydrogen sulphide.
  • An aqueous amino acid salt solution is useful here.
  • the second absorbent used is expediently a polar medium, such as, for example, water or an alcohol. The second absorbent serves for the physical absorption of carbon dioxide.
  • a discharge line of the absorber is coupled to a supply line of the regeneration stage of the processing unit.
  • the hydrogen sulfide and carbon dioxide-containing wash medium flows over so from the absorber in the Reussirationscut.
  • the regeneration stage is thus expediently downstream of the absorber in the flow direction of the second washing medium laden with hydrogen sulphide and carbon dioxide
  • the regeneration stage is preferably connected to a discharge line.
  • About the discharge line is in the regeneration level discharged by depressurizing the washing medium from this released carbon dioxide to the environment.
  • the hydrogen sulfide is precipitated as elemental sulfur.
  • a catalytically active component is used to precipitate the elemental sulfur.
  • a washing medium a mixture is suitably used, which contains the first absorbent for the chemical absorption of hydrogen sulfide, the second absorbent for the physical absorption of carbon dioxide and the catalytically active component.
  • a metal salt is used as the catalytically active component.
  • the precipitated elemental sulfur is separated from the regeneration step of the washing medium.
  • a separation unit for example, the use of a cyclone advantageous.
  • the absorber of the regeneration stage is downstream of the regeneration medium in the flow direction of the regenerated washing medium.
  • the regenerated in the regeneration stage, so freed from hydrogen sulfide and carbon dioxide washing medium is returned from this in the absorber and used there again for the absorption of hydrogen sulfide and hydrocarbon.
  • a discharge line of the regeneration stage is expediently coupled to a supply line of the absorber.
  • the absorber is preceded by a compressor fluidly.
  • the compressor is expediently connected in a feed line of the absorber.
  • the regeneration stage is preceded by an expansion stage in terms of flow.
  • the loaded washing medium is released before entering the regeneration stage and released in the washing medium absorbed methane as a product of value.
  • the released during the intermediate relaxation methane-containing partial stream is fed to the gas stream before it enters the absorber.
  • a discharge line of the expansion stage is preferably fluidically coupled to a supply line of the absorber.
  • the washing medium is fed to the regeneration stage after the intermediate relaxation as described above.
  • a further discharge line of the expansion stage is fluidically coupled to a supply line of the regeneration stage.
  • FIG 1 shows a device for the treatment of a gas stream.
  • a natural gas stream is treated in the device 1 as gas stream 3.
  • the device 1 comprises an absorber 5, as well as a regeneration stage 7 downstream of the absorber 5.
  • the gas stream 3 has a pressure of 20 bar and is supplied to the absorber 5 via a feed line 9.
  • a compressor would be connected in the supply line 9 to the absorber 5.
  • the position of the compressor is indicated here by an arrow 10.
  • carbon dioxide contained in the natural gas stream 3 and contained hydrogen sulfide are absorbed in a washing medium 11 located in the absorber 5.
  • the absorption of the hydrogen sulphide takes place here chemically, for which purpose the washing medium 11 as the first absorbent 13 contains an amino acid salt solution.
  • the washing medium 11 contains methanol as the second absorbent 15. This is the physical absorption of carbon dioxide.
  • the washing medium 11 and the natural gas stream 3 are guided in countercurrent within the absorber 5.
  • the purified natural gas is removed from the absorber 5.
  • a withdrawal line 16 is connected to the absorber 5.
  • Washing medium 11 is fed to the regeneration stage 7.
  • a discharge line 17 is connected to the absorber 5.
  • a relaxation stage 19 is connected in the discharge line 17 of the absorber 5 in the present case.
  • the loaded washing medium 11 is released before entering the regeneration stage 7 to a predetermined pressure level and optionally released in the washing medium 11 absorbed methane as desired product.
  • the liberated methane, or a methane-containing substream 21 is then fed into the gas stream 3 before it enters the absorber 5.
  • one of the expansion stage 19 connected discharge line 23 is fluidly coupled to the supply line 9 to the absorber 5.
  • the loaded with carbon dioxide and hydrogen sulfide washing medium 11 is supplied to the intermediate relaxation, so after passing the expansion stage 19 of the regeneration stage 7.
  • a further discharge line 25 of the expansion stage 19 is fluidically coupled to a supply line 27 of the regeneration stage 7. If an intermediate relaxation is not desired, the expansion stage 19 can be dispensed with.
  • the discharge line 17 of the absorber 5 is fluidically coupled to the supply line 27 of the regeneration stage 7.
  • the washing medium 11 is depressurized to normal pressure.
  • the carbon dioxide absorbed in the washing medium 11 or in the second absorbent 15 is released and removed from the regeneration stage 7 via a withdrawal line 29 connected thereto.
  • a supply of heat for desorption of the carbon dioxide is not necessary, the carbon dioxide is desorbed by the mere relaxation of the washing medium 11.
  • the hydrogen sulfide chemically absorbed in the washing medium 11 or in the first absorbent 13, on the other hand, remains dissolved even during the pressure reduction and instead reacts to form elemental sulfur.
  • a metal salt is additionally contained in the washing medium 11 as a catalytically active component.
  • the reaction to elemental sulfur is carried out by oxidation of the hydrogen sulfide with simultaneous reduction of the metal ion of the metal salt used as the catalytically active component.
  • the sulfur precipitates as a solid and the metal ions remain dissolved in the washing medium 11. The precipitated sulfur is separated off.
  • the regenerated, thus freed of carbon dioxide and hydrogen sulfide washing medium 11 is then returned via a fluidic coupling of a discharge line 31 of the regeneration stage 7 with a supply line 33 of the absorber 5 in this and used there for re-absorption of hydrogen sulfide and carbon dioxide.
  • the regeneration stage 7 is connected to a removal line 35, which is fluidically coupled to a corresponding separation unit 37.
  • the separation unit 37 is in the present case used as a hydrocyclone separation stage.
  • the regeneration stage is flowed through by an oxygen-containing gas.
  • a supply line 39 is connected to the regeneration stage 7.
  • the oxygen contained in the gas passes from the gas phase into the washing medium 11.
  • the oxidation of the previously reduced in sulfur formation metal ion occurs.
  • the catalytically active component is thus reformed and used again for the separation of hydrogen sulfide by oxidation to elemental sulfur.
  • the oxygen-containing gas flows out of the regeneration stage 7 via the withdrawal line 29, via which the carbon dioxide is also removed from the regeneration stage 7.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstromes (3), insbesondere eines Erdgasstroms, wobei der Gasstrom (3) einem Absorber (5) zugeführt wird, in welchem im Gasstrom (3) enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenes Kohlendioxid in einem Waschmedium (11) absorbiert werden, wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium (11) einer Regenerationsstufe (7) zugeführt wird, in welcher Kohlendioxid gasförmig aus dem Waschmedium (11) freigesetzt und Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium (11) ausgefällt wird, und wobei als Waschmedium (11) eine Mischung eingesetzt wird, die ein erstes Absorptionsmittel (13) zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptionsmittel (15) zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Aufbereitung eines Gasstromes (3).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstromes. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstromes. Erdgas ist ein fossiler Brennstoff mit einem vergleichsweise niedrigen Ausstoß von Kohlendioxid (C02) und einer vergleichsweise geringen Emission von sonstigen Abfallprodukten bei der Verbrennung. Sein Beitrag als eine der wichtigsten Energieressourcen der Welt steigt stetig an. Vor dem Hinter- grund der RohstoffVerknappung, des dauerhaft steigenden Energiebedarfs und aus Gründen des Umweltschutzes stellt die Aufbereitung und Nutzung von Erdgas somit eine vielversprechende Möglichkeit zur effizienten und emissionsarmen Erzeugung von Energie dar.
Die direkte Nutzung von Roh-Erdgas ist jedoch bisweilen nur bedingt möglich. Aufgrund der sauren Bestandteile, wie insbesondere Schwefelwasserstoff (H2S) und Kohlendioxid (C02) , kann Roh-Erdgas nicht direkt in einer Gasturbine, zum Pipe- linetransport oder in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) genutzt werden .
In vielen Fällen, beispielsweise bei hohem Kohlendioxid- Anteil des Gases oder zur Erreichung einer geforderten Pipe- line-Spezifikation, muss zusätzlich zum Schwefelwasserstoff auch Kohlendioxid aus dem Gas abgetrennt werden. Während ein hoher Anteil von Schwefelwasserstoff zu Korrosions- bzw.
Emissionsproblemen bei der Verbrennung führt, setzt ein hoher Kohlendioxid-Anteil den Brennwert des Gases und damit die er- zielbare Energieausbeute herab. Daneben kann ein hoher Anteil an Kohlendioxid auch einen erheblichen Umrüstaufwand für ein konventionelles Turbinenequipment bedeuten. Daher werden Erdgasströme oft nicht genutzt oder abgefackelt. Bei Biogasen verhält es sich ähnlich. Biogase müssen gegebenenfalls aufwändig konditioniert werden, um eine optimale Nutzung sicherzustellen.
Die wesentliche Herausforderung bei der Aufbereitung von Erdgasströmen liegt also insbesondere in der gleichzeitigen Abtrennung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid. Hierzu werden gängigerweise Nasswäschen basierend auf chemischer oder physikalischer Absorption eingesetzt. Im Rahmen solcher Wäschen werden in einem Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und/oder Kohlendioxid mittels eines entsprechenden Waschmediums ausgewaschen und durch Desorption wieder aus dem Waschmedium freigesetzt. Bei einer physikalischen Absorption werden als Waschmedien beispielsweise Wasser oder Methanol eingesetzt. Sollen Schwefelwasserstoff und/oder Kohlendioxid chemisch absorbiert werden, eignen sich Waschmedien wie Monoethanolamin (MEA) oder ein Aminosäuresalz. Die an- schließende Desorption erfolgt üblicherweise durch Wärmezufuhr oder eine Druckabsenkung.
Während Kohlendioxid in einigen Ländern umweltrechtlich an die Umgebung abgegeben werden darf, ist hingegen eine Emissi - on von Schwefelwasserstoff unbedingt zu vermeiden. Eine Behandlung des den abgetrennten Schwefelwasserstoff enthaltenden Abgasstromes ist daher unverzichtbar. Eine solche Nachbehandlung kann beispielsweise in einem sogenannten Claus- Prozess erfolgen, bei welchem der Schwefelwasserstoff zu ele- mentarem Schwefel umgesetzt wird.
Der Einsatz einer Clauss-Anlage bzw. eines entsprechenden Prozesses ist jedoch aus Kostengründen nicht immer sinnvoll. So ist der Clauss-Prozess zwar bei großen Gasströmen wirt- schaftlich sinnvoll. Bei verhältnismäßig kleinen Gasströmen im Rahmen eines Kraftwerksprozesses ist der Prozess jedoch mit einem hohen finanziellen und auch technischen Aufwand verbunden. Die Menge des im Rahmen der Aufarbeitung aus dem Erdgas abgetrennten Schwefelwasserstoffes ist hierbei so gering, dass eine Aufarbeitung des abgetrennten Schwefelwasserstoffes in einer angeschlossenen Claus-Anlage wegen der hohen Investitionskosten nicht wirtschaftlich ist. Auch ergeben sich oftmals (Akzeptanz -) Probleme bei der Integration des
Prozesses in ein bestehendes Kraftwerksumfeld, da die Verwendung von Chemikalien mit möglichem Gefahrenpotential notwendig ist und die Anforderungen an die Sicherheit entsprechend hoch sind.
Als Alternative zu dem vorbeschriebenen Clauss-Prozess kann zur Nachbehandlung des Schwefelwasserstoffes auf flüssig reduzierende Schwefelgewinnungsprozesse, sogenannte Liquid- Redox-Verfahren, zurückgegriffen werden. Hierbei wird ein Redoxmittel eingesetzt, um in einem Waschmedium absorbierten Schwefelwasserstoff in Schwefel umzuwandeln und den Schwefelwasserstoff so aus dem Waschmedium zu entfernen. Das
Redoxmittel wird durch den Schwefelwasserstoff reduziert, dann durch Kontaktieren mit einem sauerstoffhaltigen Gas oxi- diert und entsprechend regeneriert. Allerdings ist bei beim Einsatz des Liquid-Redox-Verfahrens eine Abtrennung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff in Form getrennter Stoffströme mit hohen Investitionskosten und einer hohen Komplexität des Gesamtprozesses verbunden.
Der Erfindung liegt als eine erste Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine effiziente und kostengünstige Aufbereitung eines Erdgasstroms erlaubt. Als eine zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde eine
Vorrichtung anzugeben, die eine entsprechend effiziente und kostengünstige Aufbereitung eines Erdgasstroms erlaubt.
Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstromes, insbesondere eines Erdgasstroms, wobei der Gasstrom einem Absorber zugeführt wird, in welchem im Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom enthaltenes Kohlendioxid in einem Waschmedium absorbiert werden, wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium einer Regenerationsstufe zugeführt wird, in welcher Kohlendioxid gasförmig aus dem Waschmedium freigesetzt und Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium ausgefällt wird, und wobei als Waschmedium eine Mischung eingesetzt wird, die ein erstes Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält.
In einem ersten Schritt basiert die Erfindung auf der Überlegung, dass im Rahmen eines Liquid-Redox-Prozess gängigerweise Waschmedien eingesetzt werden, die in einem Gasstrom enthaltene gasförmige Komponenten wie Kohlendioxid und Schwefelwas- serstoff chemisch absorbieren. Eine anschließende getrennte Abscheidung dieser Komponenten aus dem chemischen Waschmedium ist hierbei nur mit hohem Aufwand möglich. Zwar wird Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium abgetrennt, Kohlendioxid muss jedoch durch die Einbringung von Wärme aus dem Waschmedium entfernt werden.
In einem zweiten Schritt legt die Erfindung ihre Kenntnis bezüglich physikalischer Absorptions-Desorptions-Prozesse zugrunde. Derartige Prozesse eignen sich insbesondere zur Ab- trennung von gasförmigen Komponenten aus einem unter Druck stehenden Gasstrom. Die Absorptionsrate der jeweiligen gasförmigen Komponenten in dem zur Absorption eingesetzten
Waschmedium steigt hierbei mit zunehmendem Druck an. Zur anschließenden Desorption der unter Druck absorbierten Kompo- nenten aus dem Waschmedium ist lediglich eine Druckabsenkung, also eine Entspannung des Waschmediums notwendig.
Hierzu berücksichtigt die Erfindung weiter, dass Erdgas bzw. Sauergas üblicherweise unter hohem Druck vorliegen. Eine auf physikalischer Absorption basierende Wäsche ist somit grundsätzlich gut zur Abtrennung gasförmiger Komponenten aus einem solchen Gasstrom geeignet. Allerdings werden bei einer Druckabsenkung des Waschmediums sowohl Kohlendioxid als auch Schwefelwasserstoff gemeinsam desorbiert . Die Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium wird unterbunden. In einem dritten Schritt erkennt die Erfindung schließlich, dass die vorbeschriebenen Probleme dann behoben werden können, wenn eine auf physikalischer Absorption basierende Wäsche in einen klassischen Liquid-Redox-Prozess integriert wird. Hierzu wird als Waschmedium eine Mischung eingesetzt, die ein erstes Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid und ein zweites Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff enthält. Es handelt sich bei dem vorliegenden Verfahren somit um eine Kombination eines physikalischen Waschprozesses mit einem Li- quid-Redox-Verfahren - und damit einer chemischen Wäsche - in einem Prozessschritt.
Durch den Einsatz eines ersten Absorptionsmittels zur chemischen Absorption wird sichergestellt, dass sich im Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff in dem Waschmedium löst, so dass dieser im Rahmen des Liquid-Redox-Prozesses durch weitere Reaktion mit einem Redoxmittel zu elementarem Schwefel ausgefällt werden kann. Die physikalische Wäsche hingegen erlaubt die druckabhängige Absorption des Kohlendioxids. Zur anschließenden Abtrennung von Kohlendioxid und damit zur Regeneration des eingesetzten Waschmediums ist keine zusätzliche Wärmeeinbringung, beispielsweise durch Heizdampf notwendig. Die Energiebilanz des Verfahrens wird verbessert. Zur Absorption von im Gasstrom enthaltenem Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid in dem Waschmedium wird der Gasstrom dem Absorber zugeführt und in dem Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und enthaltenes Kohlendioxid werden in dem Waschmedium absorbiert .
Selbstverständlich können grundsätzlich auch geringe Mengen an Kohlendioxid chemisch in dem ersten Absorptionsmittel absorbiert werden, genauso, wie eine physikalische Absorption von Schwefelwasserstoff in dem zweiten Absorptionsmittel möglich ist. Im Wesentlichen wird jedoch der im Gasstrom enthaltene Schwefelwasserstoff jedoch chemisch mittels des ersten Absorptionsmittels absorbiert, die Absorption von Kohlendio- xid erfolgt physikalisch mittels des zweiten Absorptionsmittels .
Die Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid erfolgt vorzugsweise unter Druck. Hierzu wird dem Absorber ein unter Druck stehender Gasstrom zugeführt. Bei einem Erdgasstrom liegt der Druck in Abhängigkeit von der Lagerstätte, welcher der Gasstrom entnommen wurde, üblicherweise bei mindestens 10 bar. Bei der Aufbereitung eines drucklos vorliegenden Gases, wie beispielsweise Biogas, wird dieses vor dem Eintritt in den Absorber vorzugsweise komprimiert. Auf diese Weise wird der Gasstrom auf einen geeigneten Druck gebracht, der eine physikalische Wäsche des Gasstroms ermöglicht.
Als erstes Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff wird bevorzugt eine Aminosäuresalzlösung eingesetzt. Eine wässrige Aminosäuresalzlösung ist hierbei zweckmäßig. Auch ist der Einsatz von Mischungen verschiedener Aminosäuresalze möglich. Als zweites Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid wird vorzugsweise ein polares Medium, wie beispielsweise Wasser oder ein Alkohol eingesetzt. Besonders bevorzugt wird das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium innerhalb der Regenerations- stufe entspannt. Das zuvor unter Druck absorbierte Kohlendioxid wird dann desorbiert und kann an die Umgebung abgegeben werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wäschen kommt es bei der Desorption des Kohlendioxids jedoch nicht zu einer gleichzeitigen Emission von Schwefelwasserstoff, da dieser sich in der Flüssigphase, also innerhalb des Waschmediums, zu festem Schwefel ausgefällt wird. Somit werden Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff getrennt voneinander aus dem Waschmedium entfernt. Zur Regeneration des Waschmediums ist kein zusätzlicher Energieeintrag notwendig. Kohlendioxid wird vorzugsweise allein durch die Entspannung des Waschmediums aus diesem freigesetzt.
Vorteilhafterweise reagiert der in dem Waschmedium absorbierte Schwefelwasserstoff innerhalb der Regenerationsstufe mit einer katalytisch aktiven Komponente zu elementarem Schwefel. Bei der Reaktion des absorbierten Schwefelwasserstoffs zu elementarem Schwefel wird die katalytisch aktive Komponente zweckmäßigerweise selbst reduziert. Der Schwefel fällt als Feststoff aus, und die reduzierte katalytisch aktive Komponente verbleibt im Waschmedium. Um die Bildung von Sulfiden zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn dem zweiten Waschmedium ein Komplexbildner zugesetzt wird. Es handelt sich somit um eine katalysierte Schweielwasserstoff-Umsetzung .
Grundsätzlich kann die katalytisch aktive Komponente inner- halb der Regenerationsstufe beispielsweise in Form von Fest- stoffPartikeln enthalten sein. Ebenfalls ist der Einsatz einer Regenerationsstufe mit katalytisch aktiven Einbauten möglich. Besonders von Vorteil ist es, wenn die katalytisch aktive Komponente im Waschmedium enthalten ist. Entsprechend wird zweckmäßigerweise ein Waschmedium mit einer katalytisch aktiven Komponente - zusätzlich zum ersten Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff und zum zweiten Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid - eingesetzt. Ein solches Waschmedium mit einer enthaltenen katalytisch aktiven Komponente ermöglicht eine homogene Reaktion der beiden gelösten Reaktionspartner, also des
Schwefelwasserstoffes und der katalytisch aktiven Komponente selbst.
Vorteilhafterweise wird als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt. Prinzipiell eignen sich hierbei all solche Metallsalze, deren Metallionen in mehreren Oxidations- stufen vorliegen können. Vorzugsweise werden die Salze der Metalle Eisen, Mangan oder Kupfer eingesetzt. Die Oxidation des Schwefelwasserstoffes zu elementarem Schwefel erfolgt so- mit bei gleichzeitiger Reduktion des Metallions.
Die katalytisch aktive Komponente wird vorzugsweise durch Reaktion mit einem sauerstoffhaltigen Gas zurückgebildet. Hierbei wird unter dem sauerstoffhaltigem Gas jedes Gas verstan- den, dessen Sauerstoffgehalt hoch genug ist, um die katalyti- sche aktive Komponenten zurückzubilden . Als sauerstoffhaltiges Gas kann beispielsweise Umgebungsluft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch reiner Sauerstoff eingesetzt werden. Das sauerstoffhaltige Gas wird zweckmäßigerweise der Re- generationsstufe zugeführt. Als Regenerationsstufe wird vorzugsweise ein Festbettreaktor eingesetzt.
Bei Kontakt des Waschmediums mit dem Gas tritt der im Gas enthaltene Sauerstoff von der Gasphase in die Flüssigphase, also in das Waschmedium, über. In der Flüssigphase erfolgt die Oxidation des zuvor bei der Schwefelbildung reduzierten Metallions, so dass diese erneut zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff, also zur wiederholten Oxidation zur Verfügung stehen .
Um das Waschmedium zu regenerieren, wird der in der Regenerationsstufe ausgefällte elementare Schwefel vorzugsweise aus dem Waschmedium abgetrennt. Die Abtrennung erfolgt vorzugsweise mittels gängiger Abtrenneinheiten, wie beispielsweise mittels eines Zyklons.
Bevorzugt wird das von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite Waschmedium ausgehend von der Regenerationsstufe in den Absorber zurückgeführt. In dem Absorber wird das regene- rierte Waschmedium zur erneuten Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid genutzt. Das Waschmedium zirkuliert somit zweckmäßigerweise zwischen dem Absorber und der Regenerationsstufe, es wird in einem Kreislauf geführt. In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium vor der Zufuhr zur Regenerationsstufe zusätzlich entspannt. Durch eine solche Entspannung des beladenen Waschmediums vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe wird eine unerwünschte Anreicherung von Methan in dem Waschmedium verhindert. So wird sichergestellt, dass im Waschmedium ebenfalls absorbiertes Methan in der Regenerationsstufe nicht ge- meinsam mit Kohlendioxid desorbiert und schließlich - durch Angabe an die Umgebung - als Wertprodukt verloren geht. Bei der Zwischenentspannung wird das im Wachmedium absorbierte Methan vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe abgetrennt. Vorzugsweise wird das abgetrennte Methan bzw. der methanhal- tige Teilstrom dem Gasstrom vor dessen Eintritt in den Absorber zudosiert und mit diesem gemeinsam dem Absorber zugeführt .
Das nach der Zwischenentspannung im Wesentlichen Methan- freie Waschmedium wird dann wie vorbeschrieben der Regenerations- stufe zugeführt, um dort das absorbierte Kohlendioxid und den absorbierten Schwefelwasserstoff abzutrennen.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstroms, umfassend einen Absorber zur Absorption von im Gasstrom enthaltenem Schwefelwasserstoff und im Gasstrom enthaltenem Kohlendioxid in einem Waschmedium, sowie eine strömungstechnisch mit dem Absorber gekoppelte Regenerationsstufe zur Freisetzung von gasförmigem Kohlendioxid und zur Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel, wobei als Waschmedium eine Mischung eingesetzt ist, die ein erstes Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptions- mittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält . Mittels einer solchen Vorrichtung können Kohlendioxid gasförmig und Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel auf einfache Weise getrennt voneinander aus einem Gasstrom entfernt werden. Da die Desorption des Kohlendioxids lediglich durch Druckabsenkung des zur Absorption aus dem Gasstrom eingesetzten Waschmediums erfolgt, muss nicht auf eine Wärmezufuhr zur Freisetzung des Kohlendioxids zurückgegriffen werden. Der in dem ersten Absorptionsmittel chemisch absorbierte Schwefelwasserstoff wird in der Regegenrationsstufe als elementarer Schwefel ausgefällt, das in dem zweiten Absorptionsmittel physikalisch absorbierte Kohlendioxid wird gasförmig
desorbiert .
Als erstes Absorptionsmittel ist vorzugsweise eine Amino- Säuresalzlösung eingesetzt, die der chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff dient. Eine wässrige Aminosäuresalzlösung ist hierbei zweckmäßig. Als zweites Absorptionsmittel ist zweckmäßigerweise ein polares Medium, wie beispielsweise Wasser oder ein Alkohol eingesetzt. Das zweite Absorptionsmittel dient der physikalischen Absorption von Kohlendioxid.
Weiter ist auch eine chemische Absorption geringer Mengen an Kohlendioxid in dem ersten Absorptionsmittel möglich. Gleiches gilt für eine physikalische Absorption geringer Mengen an Schwefelwasserstoff in dem zweiten Absorptionsmittel. Auch diese Möglichkeit besteht grundsätzlich.
Vorzugsweise ist eine Abführleitung des Absorbers mit einer Zuführleitung der Regenerationsstufe der Aufbereitungseinheit gekoppelt. Das Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthaltende Waschmedium strömt über so vom Absorber in die Regegenrationsstufe . Die Regenerationsstufe ist dem Absorber somit in Strömungsrichtung des mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladenen zweiten Waschmediums zweckmäßigerweise strö- mungstechnisch nachgeschaltet
Der Regenerationsstufe ist bevorzugt eine Abzugsleitung angeschlossen. Über die Abzugsleitung wird in der Regenerations- stufe durch Druckabsenkung des Waschmediums aus diesem freigesetztes Kohlendioxid an die Umgebung abgegeben.
Der Schwefelwasserstoff wird als elementarer Schwefel ausge- fällt. Vorzugsweise ist zur Ausfällung des elementaren Schwefels eine katalytisch aktive Komponente eingesetzt. Besonders bevorzugt ist ein Waschmedium mit einer katalytisch aktiven Komponente eingesetzt. Als Waschmedium ist zweckmäßigerweise eine Mischung eingesetzt, die das erste Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, das zweite Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid und die katalytisch aktive Komponente enthält. Insbesondere ist als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt .
Der ausgefällte elementare Schwefel wird der Regenerationsstufe aus dem Waschmedium abgetrennt. Als Abtrenneinheit ist beispielsweise der Einsatz eines Zyklons von Vorteil. Zweckmäßigerweise ist der Absorber der Regenerationsstufe in Strömungsrichtung des regenerierten Waschmediums strömungs- technisch nachgeschaltet. Das in der Regenerationsstufe regenerierte, also von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite Waschmedium wird ausgehend von dieser in den Absorber zurückgeführt und dort erneut zur Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlenwasserstoff genutzt. Eine Abführleitung der Regenerationsstufe ist zweckmäßigerweise mit einer Zuführleitung des Absorbers gekoppelt. Im Fall der Aufarbeitung eines drucklosen Gasstromes ist es vorteilhaft, wenn dem Absorber ein Kompressor strömungstechnisch vorgeschaltet ist. So kann der zu behandelnde Gasstrom auf das für die physikalische Absorption notwendige Druckniveau gebracht werden. Der Kompressor ist hierzu zweckmäßiger- weise in eine Zuführleitung des Absorbers geschaltet.
Weiter von Vorteil ist es, wenn der Regenerationsstufe eine Entspannungsstufe strömungstechnisch vorgeschaltet ist. In der Entspannungsstufe wird das beladene Waschmediums vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe entspannt und im Waschmedium absorbiertes Methan als Wertprodukt freigesetzt. Der bei der Zwischenentspannung freigesetzte Methan-haltige Teilstrom wird dem Gasstrom vor dessen Eintritt in den Absorber zugeführt. Hierzu ist vorzugsweise eine Abführleitung der Entspannungsstufe mit einer Zuführleitung des Absorbers strömungstechnisch gekoppelt. Das Waschmedium wird nach der Zwischenentspannung wie vorbeschrieben der Regenerationsstufe zugeführt. Hierzu ist eine weitere Abführleitung der Entspannungsstufe strömungstechnisch mit einer Zuführleitung der Regenerationsstufe gekoppelt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen für die Vorrichtung er- geben sich aus den auf das Verfahren gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für das Verfahren und dessen Weiterbildungen benannten Vorteile sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen werden. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige FIG 1 eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms 3.
Vorliegend wird in der Vorrichtung 1 als Gasstrom 3 ein Erd- gasstrom aufbereitet. Die Vorrichtung 1 umfasst hierzu einen Absorber 5, sowie eine dem Absorber 5 strömungstechnisch nachgeschaltete Regenerationsstufe 7. Der Gasstrom 3 hat einen Druck von 20 bar und wird dem Absorber 5 über eine Zuführleitung 9 zugeführt.
Aufgrund des unter Druck stehenden Gasstromes 3 entfällt hier der Einsatz eines Kompressors. Dessen Einsatz wäre beispielsweise bei der Aufbereitung von Biogas notwendig. In diesem Fall wäre ein Kompressor in die Zuführleitung 9 zum Absorber 5 geschaltet. Die Position des Kompressors ist vorliegend durch einen Pfeil 10 angedeutet. Innerhalb des Absorbers 5 werden in dem Erdgasstrom 3 enthaltenes Kohlendioxid und enthaltener Schwefelwasserstoff in einem in dem Absorber 5 befindlichen Waschmedium 11 absorbiert. Die Absorption des Schwefelwasserstoffes erfolgt hierbei che- misch, wozu das Waschmedium 11 als erstes Absorptionsmittel 13 eine Aminosäuresalzlösung enthält. Weiter enthält das Waschmedium 11 Methanol als zweites Absorptionsmittel 15. Diese dient der physikalischen Absorption von Kohlendioxid. Das Waschmedium 11 und der Erdgasstrom 3 werden innerhalb des Absorbers 5 im Gegenstrom geführt.
Nach der Absorption von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff wird das gereinigte Erdgas aus dem Absorber 5 entnommen.
Hierzu ist dem Absorber 5 eine Abzugsleitung 16 angeschlos- sen. Das mit Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff beladene
Waschmedium 11 wird der Regenrationsstufe 7 zugeführt. Hierzu ist dem Absorber 5 eine Abführleitung 17 angeschlossen.
In die Abführleitung 17 des Absorbers 5 ist vorliegend eine Entspannungsstufe 19 geschaltet. In der Entspannungsstufe 19 wird das beladene Waschmedium 11 vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe 7 auf ein vorgegebenes Druckniveau entspannt und im Waschmedium 11 gegebenenfalls absorbiertes Methan als Wertprodukt freigesetzt. Das freigesetzte Methan, bzw. ein Methan-haltiger Teilstrom 21 wird dann in den Gasstrom 3 vor dessen Eintritt in den Absorber 5 eingespeist. Hierzu ist eine der Entspannungsstufe 19 angeschlossene Abführleitung 23 strömungstechnisch mit der Zuführleitung 9 zum Absorber 5 gekoppelt .
Das mit Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff beladene Waschmedium 11 wird nach der Zwischenentspannung, also nach Passieren der Entspannungsstufe 19 der Regenerationsstufe 7 zugeführt. Hierzu ist eine weitere Abführleitung 25 der Ent- spannungsstufe 19 strömungstechnisch mit einer Zuführleitung 27 der Regenerationsstufe 7 gekoppelt. Falls eine Zwischenentspannung nicht gewünscht ist, kann auf die Entspannungsstufe 19 verzichtet werden. In diesem Fall ist die Abführleitung 17 des Absorbers 5 strömungstechnisch mit der Zuführleitung 27 der Regenerationsstufe 7 gekoppelt.
Innerhalb der Regenerationsstufe 7 wird das Waschmedium 11 auf Normaldruck entspannt. Das in dem Waschmedium 11 bzw. in dem zweiten Absorptionsmittel 15 absorbierte Kohlendioxid wird freigesetzt und der Regenerationsstufe 7 über eine die- ser angeschlossenen Abzugsleitung 29 entnommen. Eine Zufuhr von Wärme zur Desorption des Kohlendioxids ist nicht nötig, das Kohlendioxid wird durch die ledigliche Entspannung des Waschmediums 11 desorbiert . Der chemisch in dem Waschmedium 11 bzw. in dem ersten Absorptionsmittel 13 absorbierte Schwefelwasserstoff hingegen bleibt auch bei der Druckabsenkung gelöst und reagiert stattdessen zu elementarem Schwefel. Hierzu ist in dem Waschmedium 11 zusätzlich ein Metallsalz als katalytisch aktive Komponen- te enthalten. Die Reaktion zu elementarem Schwefel erfolgt durch Oxidation des Schwefelwasserstoffes bei gleichzeitiger Reduktion des Metallions des als katalytisch aktive Komponente eingesetzten Metallsalzes. Der Schwefel fällt als Feststoff aus und die Metallionen verbleiben gelöst in dem Wasch- medium 11. Der ausgefällte Schwefel wird abgetrennt.
Das regenerierte, also von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff befreite Waschmedium 11 wird dann über eine strömungstechnische Kopplung einer Abführleitung 31 der Regenerations- stufe 7 mit einer Zuführleitung 33 des Absorbers 5 in diesen zurückgeführt und dort zur erneuten Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid genutzt.
Zur Abtrennung des ausgefällten Schwefels aus dem Waschmedium 11 ist der Regenerationsstufe 7 eine Entnahmeleitung 35 angeschlossen, die strömungstechnisch mit einer entsprechenden Abtrenneinheit 37 gekoppelt ist. Als Abtrenneinheit 37 ist vorliegend eine als Hydrozyklon ausgebildete Trennstufe eingesetzt .
Zur Rückbildung der katalytisch aktiven Komponente wird die Regenerationsstufe von einem sauerstoffhaltigen Gas durchströmt. Hierzu ist der Regenerationsstufe 7 eine Zuführleitung 39 angeschlossen. Bei Kontakt des Waschmediums 11 mit dem sauerstoffhaltigen Gas tritt der im Gas enthaltene Sauerstoff von der Gasphase in das Waschmedium 11 über. Hier er- folgt die Oxidation des zuvor bei der Schwefelbildung reduzierten Metallions.
Die katalytisch aktive Komponente wird somit zurückgebildet und erneut zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff durch Oxi- dation zu elementarem Schwefel genutzt. Das sauerstoffhaltige Gas strömt über die Abzugsleitung 29, über welche auch das Kohlendioxid aus der Regenerationsstufe 7 entnommen wird, wieder aus der Regenerationsstufe 7 aus.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstromes (3), insbesondere eines Erdgasstroms,
wobei der Gasstrom (3) einem Absorber (5) zugeführt wird, in welchem im Gasstrom (3) enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenes Kohlendioxid in einem Waschmedium (11) absorbiert werden,
wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid bela- dene Waschmedium (11) einer Regenerationsstufe (7) zugeführt wird, in welcher Kohlendioxid gasförmig aus dem Waschmedium (11) freigesetzt und Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium (11) ausgefällt wird, und
wobei als Waschmedium (11) eine Mischung eingesetzt wird, die ein erstes Absorptionsmittel (13) zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptionsmittel (15) zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium (11) innerhalb der Regenerationsstufe (7) entspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kohlendioxid durch die Entspannung des Waschmediums (11) aus diesem freigesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in dem Waschmedium (11) absorbierte Schwefelwasserstoff innerhalb der Regenerationsstufe (7) mit einer ka- talytisch aktiven Komponente zu elementarem Schwefel reagiert .
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die katalytisch aktive Komponente bei der Reaktion des absorbierten Schwefelwasserstoffs zu elementarem Schwefel reduziert wird. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die katalytisch aktive Komponente durch Reaktion mit einem sauerstoffhaltigen Gas zurückgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Regenerationsstufe (7) ausgefällter elementarer Schwefel aus dem Waschmedium (11) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite Waschmedium (11) in den Absorber (5) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium (11) vor der Zufuhr zur Regenerationsstufe (7) zusätzlich entspannt wird.
Vorrichtung (1) zur Aufbereitung eines Gasstromes (3) , insbesondere eines Erdgasstroms, umfassend einen Absorber
(5) zur Absorption von im Gasstrom (3) enthaltenem Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenem Kohlendioxid in einem Waschmedium (11) , sowie eine strömungstechnisch mit dem Absorber (5) gekoppelte Regenerationsstufe
(7) zur Freisetzung von gasförmigem Kohlendioxid und zur Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel, wobei als Waschmedium (11) eine Mischung eingesetzt ist, die ein erstes Absorptionsmittel (13) zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptionsmittel (15) zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei zur Ausfällung des elementaren Schwefels aus dem Waschmedium (11) eine katalytisch aktive Komponente eingesetzt ist.
13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei dem Absorber (5) ein Kompressor strömungstechnisch vorgeschaltet ist.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobe der Regenerationsstufe (7) eine Entspannungsstufe (19) strömungstechnisch vorgeschaltet ist.
PCT/EP2017/051512 2016-03-23 2017-01-25 Verfahren zur aufbereitung eines gasstroms WO2017162351A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016204862.7 2016-03-23
DE102016204862 2016-03-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017162351A1 true WO2017162351A1 (de) 2017-09-28

Family

ID=58018062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/051512 WO2017162351A1 (de) 2016-03-23 2017-01-25 Verfahren zur aufbereitung eines gasstroms

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017162351A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0279667A2 (de) * 1987-02-19 1988-08-24 The Dow Chemical Company Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und gegebenenfalls Kohlendioxid aus Gasströmen
EP2243538A2 (de) * 2009-04-22 2010-10-27 Uhde GmbH Verfahren zur Entfernung von sauren Gaskomponenten aus einem Gasgemisch
EP2653208A1 (de) * 2012-04-17 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Aminwaschlösung zur Absorption von Kohlendioxid mit Oxidationsinhibitoren
WO2014170047A1 (de) * 2013-04-15 2014-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Absorptionsmittel, verfahren zur herstellung eines absorptionsmittels, sowie verfahren und vorrichtung zur abtrennung von schwefelwasserstoff aus einem sauren gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0279667A2 (de) * 1987-02-19 1988-08-24 The Dow Chemical Company Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und gegebenenfalls Kohlendioxid aus Gasströmen
EP2243538A2 (de) * 2009-04-22 2010-10-27 Uhde GmbH Verfahren zur Entfernung von sauren Gaskomponenten aus einem Gasgemisch
EP2653208A1 (de) * 2012-04-17 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Aminwaschlösung zur Absorption von Kohlendioxid mit Oxidationsinhibitoren
WO2014170047A1 (de) * 2013-04-15 2014-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Absorptionsmittel, verfahren zur herstellung eines absorptionsmittels, sowie verfahren und vorrichtung zur abtrennung von schwefelwasserstoff aus einem sauren gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2365938B1 (de) Verfahren zur entschwefelung
EP2964364A1 (de) Absorptionsmittel, verfahren zur herstellung eines absorptionsmittels, sowie verfahren und vorrichtung zur abtrennung von schwefelwasserstoff aus einem sauren gas
DE10313438A1 (de) Verfahren zur selektiven Entfernung von Schwefelwasserstoff und CO2 aus Rohgas
EP3010624B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entschwefelung von gasgemischen
DE10219900B4 (de) Verfahren zur Reinigung von kohlenwasserstoffhaltigem Gas
EP3271046B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entschwefelung eines gasstroms
EP2805756A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Sauergaswäsche eiens Synthesegases und zur Behandlung eines schwefelhaltigen Abgases aus einer Schwefelgewinnung
DE102014018844A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Waschmittelregenerierung in einer physikalischen Gaswäsche
EP3601498B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entschwefelung eines schwefelwasserstoff enthaltenden gasstroms
DE4025471A1 (de) Verfahren zur schwefelrueckgewinnung aus einem h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)s-haltigen gasstrom unter hohem druck
DE102012017045A1 (de) Verfahren zur Wäsche von schwefelhaltigen Gasen mit einer im Kreislauf geführten ammoniakhaltigen Waschlösung
WO2017162351A1 (de) Verfahren zur aufbereitung eines gasstroms
WO2018166937A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung eines schwefelwasserstoffhaltigen gasstromes
EP0341572B1 (de) Verfahren zur Regenerierung eines mit H2S und/oder COS beladenen Waschmittels
EP0197289A2 (de) Verfahren zum Reinigen der Abgase von Claus-Anlagen und zur Wiedergewinnung der in diesen Abgasen enthaltenen Schwefelverbindungen
EP0560039B1 (de) Verfahren zur Reinigung eines durch Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material gewonnenen Gases
DE69912005T2 (de) Verfahren zum umwandeln von schwefelwasserstoff zu elementarem schwefel
WO2017162350A1 (de) Verfahren zur aufbereitung eines gasstroms
DE102015202649A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration eines Schwefelwasserstoff enthaltenden Waschmediums
WO2018202406A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entschwefelung eines schwefelwasserstoff enthaltenden gasstroms
WO2015007484A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur aufbereitung eines brenngases, insbesondere zur aufbereitung eines erdgases
WO2013149705A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur schwefelgewinnung
DE1669327A1 (de) Verfahren zur weiteren Verringerung des HCN-Gehaltes von Stadtgas
WO2013104373A1 (de) Verfahren zur entfernung von schwefelwasserstoff aus kohlendioxidhaltigen gasen
DE10124302A1 (de) Verfahren zur Entschwefelung von unter Druck befindlichen technischen Gasen mit simultaner Schwefelgewinnung

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17704679

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17704679

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1