DE1282609B

DE1282609B - Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch

Info

Publication number: DE1282609B
Application number: DES81575A
Authority: DE
Inventors: Dr Fortunat Hartmann
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1962-09-11
Filing date: 1962-09-20
Publication date: 1968-11-14
Also published as: US3248855A; GB1042185A; NL285025A; CH423732A; FR1368633A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

BOId

Deutsche KL: 12 e-3/03

Nummer: 1282 609

Aktenzeichen: P 12 82 609.4-43 (S 81575)

Anmeldetag: 20. September 1962

Auslegetag: 14. November 1968

Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxyd aus dieses enthaltenden Gasen durch ein Absorptionsmittel und zum Desorbieren des im Absorptionsmittel absorbierten Kohlendioxyds, wobei das Absorptionsmittel im Kreislauf durch einen der Absorption und anschließend durch einen der Desorption dienenden Turm mit einem Düsenboden im unteren Teil für die Vermischung mit dem Kohlendioxyd geführt wird, und wobei der gesamte Kreislauf die etwa gleiche, gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur von etwa 30 bis 75° C aufweist, sind allgemein bekannt.

So ist aus der deutschen Patentschrift 711016 ein Verfahren zur Durchführung von Stoffübergängen zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase bekannt. Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes Gegenstromverfahren, d. h., die gasförmige Phase durchströmt die Absorptionsvorrichtung von unten nach oben im Gegenstrom zu der abwärts strömenden Flüssigkeit. Die bekannte Ausführungsform der Absorptionsvorrichtung ist hierbei so ausgebildet, daß ausschließlich die gasförmige Phase von unten mittels Düsen in darüber angeordnete einzelne Rohre, in welchen die flüssige Phase von oben nach unten strömt, eingeleitet wird.

Aus der britischen Patentschrift 417669 ist ein Verfahren zur Absorption von Kohlendioxyd bekannt, wobei die Absorptions- und Desorptionsvorgänge bei etwa gleicher, gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhter Temperatur erfolgen und die Absorption unter erhöhtem Druck stattfinden soll, während zur nachfolgenden Regenerierung des Absorptionsmittels der Druck reduziert wird. Bei dem bekannten Verfahren handelt es sich um ein diskontinuierliches Verfahren, bei welchem absatzweise absorbiert und regeneriert werden soll. Es müssen hierbei extra Heizmittel angeordnet werden, um das Absorptionsmittel auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Auch das Gasgemisch wird mit der gewünschten erhöhten Temperatur in die Absorptionsvorrichtung eingeleitet. Bei dem Vorgang der Absorption bzw. demjenigen der Regenerierung sollen für eine Durchwirbelung der flüssigen und gasförmigen Phase Rührer benutzt werden.

Die deutsche Patentschrift 757 867 bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswaschung von Gasbestandteilen, wobei in erster Linie an Verfahren gedacht ist, bei welchen das Absorptionsmittel mit dem Gasgemisch bzw. mit dem Desorptionsgas im Gegenstrom geführt wird und Kolonnen mit Einbauten verwendet werden, über die das Absorptionsmittel herabrieselt. Die Bestimmung der Absorptionsmittel-Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch

Anmelder:

Gebr. Sulzer Aktiengesellschaft,

Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

4000 Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:

Dr. Fortunat Hartmann, Zürich (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 11. September 1962 (10 779)

menge richtet sich hierbei ausschließlich nach der Größe der theoretischen Absorptionsmittelmenge, wobei noch ein gewisser Überschuß zugegeben wird,

^a5 insbesondere, wenn ein Absorptionsmittel von nur geringem Lösungsvermögen vorliegt, welches einen bestimmten Teil des zu waschenden Gases aufnehmen soll.
Demgegenüber geht die Erfindung von einem wesentlich anderen Gesichtspunkt aus. Die Erfindung ist auf ein sogenanntes Gleichstromverfahren gerichtet, wie es beispielsweise in der nachveröffentlichten deutschen Patentschrift 1197 847 vorgeschlagen wurde. Hierbei soll sowohl für die Absorption als auch für die Desorption ein Turm mit Düsen verwendet werden, durch die das Absorptionsmittel zugeführt und in deren engstem Bereich Gasgemisch bzw. Gas mit Hilfe des als Treibmittel wirkenden Absorptionsmittels eingesaugt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Absorptionsmittel in solcher Menge verwendet, daß es mindestens ein Sechstel des dem Absorptionsturm bzw. dem Desorptionsturm zugeführten Volumens des Gases beträgt, wobei der Absorptionsvorgang unter erhöhtem Druck und die nachfolgende Regenerierung des Absorptionsmittels bei niedrigem Druck erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich gegenüber bisher gebräuchlichen Verfahren eine höhere Wirtschaftlichkeit sowie eine Verminderung des apparativen Aufwandes einer Anlage zur Durchführung derartiger Verfahren erreichen.

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Bei Anwendung der Erfindung bildet sich nicht von etwa 30 bis 75° C einstellen. Es wird hierbei nur in den Türmen ein sogenanntes Blasenbett — bewußt darauf verzichtet, eine für die Absorption d. h. eine Dispersion des Gases in der Flüssig- günstigere tiefere Temperatur herbeizuführen, da der keit — aus, sondern es stellt sich auch im gesamten Temperatureinfluß auf die Absorption bei erhöhten Absorptionsmittelkreislauf eine erhöhte Temperatur 5 Drücken gering ist und da andererseits bei der ohne im wesentlichen durch die Pumpenenergie der im zusätzliche Erhitzung erzielten höheren Temperatur Kreislauf angeordneten Pumpen ein. Bei der Bemes- bei Atmosphärendruck eine gute Desorptionswirkung sung der die Türme durchsetzenden Absorptions- in der Desorptionsvorrichtung erreicht wird. Dadurch mittelmenge wird bei der Erfindung nicht von der ergibt sich insgesamt ein wesentlich herabgesetzter sogenannten theoretischen Absorptionsmittelmenge io Energieverbrauch der Gesamtanlage gegenüber geausgegangen, sondern davon, daß sich in der Ab- bräuchlichen Anlagen, bei welchen im Kreislauf sorptions- bzw. in der Desorptionsvorrichtung einer- Kühl- und Heizmittel erforderlich sind,
seits ein sogenanntes Blasenbett ausbildet, was für Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich an einen verbesserten Stoffübergang gegenüber einer Hand der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten und Dispersion von Flüssigkeit in einer Gasphase maß- 15 im folgenden erläuterten Ausführungsbeispiele der gebend ist, und daß andererseits auf Grund der rela- Erfindung.

tiv größen Menge 'Von Absorptionsmittel, die im Fig. 1 zeigt eine zur Durchführung des erfin-

Kreislauf umgewälzt wird, im wesentlichen die Pum- dungsgemäßen Verfahrens dienende Anlage mit

penenergie der Pumpen ausreichend ist zur Einstel- einem Absorptions- und einem Desorptionsturm,

lung einer gegenüber der Umgebungstemperatur er- 20 während

höhten Temperatur. Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der

Bei einer großen_: Anzahl von Anwendungsfällen in F i g. 1 dargestellten Anlage zeigt, wobei ein Teil

auf dem Gebiet der Abtrennung von Kohlendioxyd des mit Kohlendioxyd beladenen Absorptionsmittels

aus einem Gasgemisch durch Absorption ist Kohlen- ständig in den Absorptionsturm wieder zurückgeführt

dioxyd nicht der Hauptbestandteil des Gasgemisches, 25 wird.

sondern liegt beispielsweise nur in einer Konzentra- In der F i g. 3 ist ein gegenüber den F i g. 1 und 2 tion von einigen Prozent vor, wobei häufig auch nur abgeändertes Anlagendetail dargestellt,
die Konzentration um einen bestimmten Grad er- Nach Fig. 1 besteht die Anlage zur Absorption niedrigt werden soll. In allen diesen Fällen wird die von Kohlendioxyd aus einem Gasgemisch und Regetheoretische Absorptionsmittelmenge, die außerdem 30 neration des beladenen Absorptionsmittels durch Deunter anderem von der Art bzw. der Konzentration sorption mittels Frischluft im wesentlichen aus einem des verwendeten Absorptionsmittels abhängt, wesent- Absorptionsturm 1, in dessen unterem Teil ein Doplich unterhalb derjenigen Absorptionsmittelmenge lie- pelboden mit Mischdüsen 2 bekannter Bauart angegen, die durch die Erfindung bestimmt ist. ordnet ist, und einem Gasflüssigkeitsabscheider 3 zur

Als Druckbereich für die Absorption, in welchem 35 Abtrennung des von Kohlendioxyd befreiten Gasdas erfindungsgemäße Verfahren mit besonderem gemisches von der mit Kohlendioxyd beladenen AbVorteil angewendet werden kann, kann etwa 1 bis sorptionsmittelflüssigkeit, einem Filter 30 zur Ab-50atü angegeben werden. Bisher wurde es bei Ab- scheidung fester Verunreinigungen, einer Expansionssorptionsverfahren vermieden, eine so hohe Absorp- maschine, z. B. einer Expansionsturbine 4, einem tionsmittelmenge umzuwälzen, da man die erforder- 40 Entgaser 5 zur Abscheidung von vom Absorptionsliche hohe Antriebsenergie für die hierzu erforder- mittel während der Absorption aufgenommenen wertlichen Umwälzpumpen des Absorptionsmittels vollen Gasen, einem Desorptionsturm 6 der gleichen scheute und weiterhin Kühler großer Abmessungen Bauart wie der Absorptionsturm 1, mit einem Düsenerforderlich waren, um auftretende Temperatur- doppelboden 7, einem Flüssigkeitsgasabscheider 8 erhöhungen wieder rückgängig zu machen und die 45 zur Abtrennung der mit Kohlendioxyd beladenen Absorption bei gegenüber der Desorption herab- Frischluft von dem regenerierten Absorptionsmittel gesetzter Temperatur durchzuführen. sowie einer Umwälzpumpe 9 zur Rezirkulation von

Demgegenüber geht die Erfindung von der Er- Absorptionsmittel in den Desorptionsturm und einer kenntnis aus, daß bei. Durchführung des Absorptions- Pumpe 10, die zur Förderung des Absorptionsmittels Vorganges bei der gleichen Temperatur wie der 50 von dem Desorptionsteil zum Absorptionsteil der Desorptionsvorgang wesentliche Vorteile erzielt wer- Anlage und zur Erhöhung des Desorptionsdruckes den können. Die Desorption des Absorptionsmittels auf den Absorptionsdruck dient,
soll mit Frischluft oder einem Inertgas als Strip- Die Durchführung des erfindungsgemäßen Vermedium in einer in bezug auf die Mischdüsen gleich- fahrens der dargestellten Anlage erfolgt in der nachartig wie die Absorptionvorrichtung ausgebildeten 55 stehenden Weise: -

Desorptionsvorrichtung durchgeführt werden. Von Ein Gasgemisch, aus dem Kohlendioxyd mindebesonderem Vorteil ist die Erfindung, wenn der stens zum größten Teil ausgewaschen werden soll, Absorptionsvorgang bei erhöhtem Druck, beispiels- das beispielsweise unter einem Druck von lOatü weise bei 10 atü, stattfindet, während der Desorp- steht ■— wobei dieser Druck von einem in der Leitionsvorgang bei etwa Atmosphärendruck erfolgt. Bei 60 tung 11 angeordneten, nicht dargestellten Gasgebläse Umwälzung einer gegenüber gebräuchlichen Verfah- erzeugt wird, im Falle das Gasgemisch nicht schon ren relativ hohen Umwälzmenge des Absorptions- mit dem erhöhten Druck zur Verfügung steht — wird mittels wird bei Durchführung des erfindungsgemäßen aus der Leitung 11 durch die vom Absorptionsmittel Verfahrens sich infolge der ebenfalls, gegenüber bis- durchströmten Düsen 2 in den Absorptionsturm 1 herigen Anlagen erforderlichen höheren Antriebs- 65 eingesaugt und mit dem Absorptionsmittel verwirbelt, energie der Pumpen zur Umwälzung des Absorptions- Auf Grund des erfindungsgemäß gewählten Verhältmittels im ganzen Kreislauf eine gegenüber der Um- nisses des Durchsatzvolumens des Absorptionsmittels gebungstemperatur etwa gleich erhöhte Temperatur pro Zeiteinheit zu· dem. effektiven Durchsatzvolumen

Claims

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des Gasgemisches, von ζ. B. einem Sechstel, entsteht Antrieb einer Umwälzpumpe ausgenutzt werden. In im Absorptionsturm eine mit Gasbläschen durch- diesem Fall ist die Turbine 4 mit der Pumpe 9 auf setzte Flüssigkeitssäule, wobei das Kohlendioxyd aus einer gemeinsamen Welle angeordnet,
dem Gasgemisch mindestens zum großen Teil von Das erhöhte Temperaturniveau im Kreislauf stellt dem flüssigen Absorptionsmittel absorbiert wird. Das 5 sich auf Grund der in Wärme umgesetzten Verlust-Gasflüssigkeitsgemisch strömt bei einem Druck von leistung der im Kreislaufsystem angeordneten Pumetwa lOatü durch die Leitung 12 in den Abschei- pen und auch durch die in bzw. nach den Düsen 2 der 3, aus dessen oberem Teil das gereinigte Gas- im Absorptionsturm 1 und in bzw. nach den Düsen 7 gemisch durch die Leitung 13 z. B. in eine Anlage im Desorptionsturm 6 auftretende Umsetzung des zur Weiterbehandlung eingeleitet wird. io Überschußdruckes des Absorptionsmittels gegenüber Das mit Kohlendioxyd beladene Absorptionsmittel dem Druck im Steigkanal des Absorptions- bzw. strömt aus dem unteren Teil des Abscheiders durch Desorptionsturmes in Wirbelenergie ein. Das heißt, eine Leitung 15 ab, in der zur Regelung der abströ- es erfolgt zunächst eine Umwandlung der potentiellen menden Flüssigkeitsmenge ein Regelventil 16 ange- Energie des Absorptionsmittels in den Düsen in Geordnet ist, das in üblicher Weise in Abhängigkeit 15 schwindigkeitsenergie, die in Wirbelenergie und damit von einer mit dem Abscheider verbundenen Niveau- in Wärmeenergie umgewandelt wird. Auf Grund der regeleinrichtung 17 einreguliert wird. In der Expan- vom Absorptionsmittel an das Stripgas im Desorpsionsturbine 4, die auch durch ein Entspannungs- tionsturm erfolgenden Wärmeabgabe und der Wärmeventil ersetzt werden kann, wird das beladene Ab- abgabe des Absorptionsmittels an das Gasgemisch sorptionsmittel auf etwa 1,5 atü entspannt und in den so im Absorptionsturm, im Falle dieses mit niedrigerer Entgaser 5 zur Rückgewinnung von während der Temperatur, z. B. Umgebungstemperatur, in den AbAbsorption aus dem Gasgemisch aufgenommenen sorptionsturm eintritt, sowie der Wärmeabgabe der wertvollen Gase eingeleitet. Im Ausführungsbeispiel Gesamtanlage an die Umgebung hauptsächlich durch enthält dieser Entgaser eine Schirmdüse 18, in der Konvektion stellt sich nach kurzer Zeit im ganzen eine weitere Entspannung des Absorptionsmittels auf 25 Kreislauf eine etwa gleiche, gegenüber der Umetwa 0,5 atü erfolgt. Die im Entgaser abgetrennten gebungstemperatur erhöhte Temperatur ein.
Gase verlassen diesen durch eine Leitung 19 und Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform können nach entsprechender Verdichtung beispiels- einer Anlage zur Kohlendioxydauswaschung aus weise wieder dem Gasgemisch in der Leitung 13 einem Gasgemisch stimmt mit Fig. 1 bis daraut zugeführt werden. Das aus dem Entgaser durch die 30 überein, daß eine Teilmenge des im Abscheider 3 Leitung 20 abströmende beladene Absorptionsmittel abgetrennten Absorptionsmittels direkt wieder durch wird in den Desorptionsturm 6 eingeleitet und bewirkt eine Leitung 27 in den Absorptionsturm 1 mittels eine Ansaugung von Frischluft aus der Atmosphäre einer Umwälzpumpe 28 zurückgeführt wird. Weiterdurch die Leitung 21 in die Düsen 7. Wenn die De- hin ist bei dieser Ausführungsform die Expansionssorption bei einem höheren Druck durchgeführt wer- 35 turbine 4 mit der Pumpe 10 und einem nicht darden soll, wird in der Leitung 21 ein Gasgebläse an- gestellten elektrischen Antriebsmotor auf einer gegeordnet. In den Düsen sowie im darüber befind- meinsamen Welle angeordnet.

liehen Steigkanal des Desorptionsturmes erfolgt eine Im Entgaser 5 kann bei dieser Ausführungsform

intensive Durchwirbelung des flüssigen Absorptions- das beladene Absorptionsmittel auf etwa 1 Atmo-

mittels mit der Frischluft, wobei bekanntlich eine De- 40 sphäre entspannt und vor der Pumpe 9 in die Leitung

sorption des Kohlendioxyds aus dem Absorptions- 24 eingespeist werden.

mittel in die Frischluft erfolgt. Das oben aus dem Die bei den dargestellten Ausführungsformen an-Desorptionsturm austretende Flüssigkeitsgasgemisch gegebenen Zahlenwerte sind als beispielhafte Anströmt durch die Leitung 22 in den Abscheider 8, aus gaben aufzufassen. So kann es gegebenenfalls zweckdem die mit Kohlendioxyd beladene Frischluft durch 45 mäßig sein, den Druck des Absorptionsmittels in der eine Leitung 23 in die Atmosphäre abgeführt wird, Pumpe 10 bei einem Druck des Gasgemisches von während das regenerierte Absorptionsmittel durch 10 atü auf mehr als 11 atü, z. B. auf 13 atü, zu ereine Leitung 24 mittels der Umwälzpumpe 9, die eine höhen und mittels der Pumpe 9 eine Druckerhöhung Druckerhöhung auf etwa 0,5 atü bewirkt, zum Teil des regenerierten Absorptionsmittels nicht nur um V2, wieder in den Desorptionsturm zurückgeführt wird, 50 sondern beispielsweise um 2 Atmosphären herbeiwährend der andere Teil durch eine Leitung 25 mit- zuführen.

tels der Pumpe 10 wieder auf den erforderlichen Wenn kein Entgaser 5 erforderlich ist, besteht eine Betriebsdruck des Absorptionsmittels von etwa 11 atü vorteilhafte Ausführungsform darin, anstatt in einer im Ausführungsbeispiel heraufgesetzt und in den unte- Expansionsmaschine die potentielle Energie des unter ren Teil des Absorptionsturmes 1 zurückgeführt wird. 55 erhöhtem Druck stehenden beladenen Absorptions-Ais Absorptionsmittel für die Kohlendioxydaus- mittels zurückzugewinnen, einen Ejektor 29 (F i g. 3) waschung können die üblichen Lösungsmittel, wie im Kreislaufsystem anzuordnen. In diesem Fall ist basische Lösungen, z. B. von Karbonaten, reines auch die Umwälzpumpe 9 nicht mehr erforderlich. Wasser oder organische Lösungsmittel, z. B. Ätha- Im Fall die erreichte Konzentrationsverminderung nolamine, verwendet werden. Über eine Leitung 26 60 des Gasgemisches an Kohlendioxyd noch weiter gekann das aus dem flüssigen Absorptionsmittel wäh- trieben werden soll, können mehrere der in der Zeichrend des Verfahrens verdunstete Wasser durch destil- nung dargestellten Anlagen hintereinandergeschaltet liertes Wasser oder Dampf ersetzt werden. werden.

Wie in der Zeichnung schematisch durch eine ge- Patentanspruch:

strichelte Verbindungslinie zwischen der Expansions- 65

turbine 4 und der Pumpe 9 angedeutet ist, kann die Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxyd

bei der Entspannung des Absorptionsmittels frei wer- aus dieses enthaltenden Gasen durch ein Absorp-

dende Energie zweckmäßig in der Anlage für den tionsmittel und zum Desorbieren des im Absorp-

tionsmittel absorbierten Kohlendioxyds, wobei das. Absorptionsmittel im Kreislauf durch einen der Absorption und anschließend durch einen der Desorption dienenden Turm mit einem Düsenboden im unteren Teil für die Vermischung mit dem Kohlendioxyd geführt wird, und wobei der gesamte Kreislauf die etwa gleiche, gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur von etwa 30 bis 75° C aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel ίο in solcher Menge verwendet wird, daß es minde-

stens ein Sechstel des dem Absorptionsturm bzw. Desorptionsturm zugeführten Volumens des Gases beträgt, wobei der Absorptionsvorgang unter erhöhtem Druck und die nachfolgende Regenerierung des Absorptionsmittels bei niedrigem Druck erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsehe Patentschriften Nr. 757 867, 654 373,
016, 1197 847;
britische Patentschrift Nr. 417 669.

Hierzu t Blatt Zeichnungen

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