DE1444952C

DE1444952C - Verfahren zum vollständigen Auswaschen saurer Komponenten aus Gasgemischen

Info

Publication number: DE1444952C
Authority: DE
Inventors: Karl Dr 6380 Bad Homburg Bratzier
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Publication date: 1971-05-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vollständigen Auswaschen von sauren Komponenten, z. B. von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxyd, Cyanwasserstoff aus Gasen, die bei der Veredelung von Brennstoffen oder aus natürlichen Vorkommen anfallen und welche die sauren Komponenten in vergleichsweise hoher Konzentration enthalten. Der^ artige Gase sind beispielsweise konvertiertes Wassergas, durch Vergasung fester Brennstoffe mit Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf unter Druck er-■ zeugte Gase (»Druckvergasungsgas«), manche Crackgase und viele Naturgase, in denen die Summe der Partialdrücke von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd 1 at wesentlich übersteigt. :-. Es ist bekannt, saure Komponenten aus Gasgemischen mittels alkalisch reagierender Absorptionslösungen bei normalem oder erhöhtem Druck und bei Umgebungstemperatur oder höheren Temperaturen auszuwaschen und aus der beladenen Lödiing durch Entspannen, Erwärmen und gegebenenfalls Ausblasen mit einem Inertgas wieder auszutreiben. Die Absorptionslösung wird dabei im Kreislauf durch einen Absorptionsturm und einen Regenerationsturm geführt. Als Absorptionslösungen für diese Verfahren sind wäßrige Lösungen organischer Basen, z. B. Mono-, Di-, Triäthanolamine, oder Alkalisalze schwacher organischer Säuren, z. B. der einfachen Aminosäuren, Glykokoll, Alanin und der Oxyaromaten, oder Alkalisalze schwacher anorganischer Säuren, z. B. der der Kohlensäure, der Borsäure, der arsenigen Säure, der Phosphorsäure, bekannt.

Da das Absorptionsvermögen dieser chemisch reagierenden Absorptionslösungen den stöchiometrischen Gesetzen unterliegt, eignen sich diese Verfahren vorzugsweise zur Reinigung von Gasen, in denen die Konzentration und damit auch der Partialdruck der sauren Komponenten verhältnismäßig gering ist. Bei hohen Konzentrationen der sauren Komponenten müssen große Waschmittelmengen durch den Absorptionsturm und den Regenerationsturm umgewälzt werden.

Hinzu kommt, daß der Energieaufwand bei der Regeneration der alkalisch reagierenden mit sauren Gaskomponenten beladenen Absorptionslösungen beträchtlich ist, weil er die Trennung einer chemischen Bindung herbeiführen muß. Da der Reinheitsgrad des behandelten Gases vom Regenerationsgrad der beladenen Lösung abhängt, werden die alkalischen Gaswäschen oft zweistufig ausgeführt, wobei in beiden Stufen die gleichen oder auch verschiedene Absorptionslösungen verwendet werden können, wobei aber in jedem Fall die Absorptionslösung der zweiten Stufe durch Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft bis zur Restbeladung O getrieben wird.

Zur Reinigung von Gasen mit einem hohen Gehalt an sauren Komponenten werden vorzugsweise' Vcf-■*"'·"* fahren mit physikalisch lösenden Absorptionsmitteln angewendet, deren Absorptionsvermögen proportional dem Partialdruck der zu absorbierenden Komponenten und sinkender Temperatur wächst. Das einfachste physikalisch wirkende Absorptionsmittel ist das Wasser. Die bekannte Druckwasserwäsche zur Abscheidung von Kohlendioxyd und Schwefel wasserstoff aus komprimierten Gasen ist verhältnismäßig einfach und wird zu einer Grobreinigung kohlendioxydreicher f>5 Gase oft verwendet. Das mit Kohlendioxyd angereicherte Wasser wird durch Entspannen und Belüften entgast und der Waschstufe wieder zugeführt. Andere Verfahren dieser Art verwenden als physikaliscl wirkende Absorptionsmittel organische polare Flüb sigkeiten, vorzugsweise Methanol oder Aceton, um erreichen bei Absorptionstemperaturen bis -6O⁰C und einer scharfen Regeneration des Absorptionsmit . tels durch fraktionierende Destillation sehr hohl Reinheitsgrade im behandelten Gas. Diese Arbeits weise, mittels welcher aus einem Gasgemisch alk Komponenten bis auf die permanenten Gase gemeinsam ausgewaschen werden, dient vorzugsweise zu; Herstellung reinster Synthesegase in großen Mengen

- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zuir. Auswaschen saurer Komponenten aus Gasgemischen unter erhöhtem Druck in zwei Stufen mir* einem physikalisch und einem chemisch wirkenden Absorptionsmittel, die jeweils für sich durch Entspannen und bzw. oder Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft regeneriert werden. !

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß aus dem rohen Gas in der ersten Stufe die sauren Komponenten mit N-Methylpyrrolidon, das allein durch Entspannen auf Atmosphärendruck regeneriert wird, in bekannter Weise auf einen Restpartialdruck von 0,8 bis 0,6 kg/cm² ausgewaschen werden und daß der Rest der sauren Komponenten mit einer solchen Menge eines bekannten Alkanolamine, das durch Entspannen, Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft regeneriert wird, ausgewaschen wird, daß die Alkanolaminlösung mit den im vorgereinigten Gas verbliebenen sauren Komponenten bis zu mindestens 80% ihres maximalen Absorptionsvermögens belädt.

Die Erfindung geht aus von der Erfahrung, daß der spezifische Aufwand an Regenerationsenergie für alkalische Absorptionslösungen, beispielsweise der Dampfverbrauch je Nm³ (H₂S + CO₂) mit zunehmender Beladung der Absorptionslösung an diesen sauren Komponenten geringer wird und ein Minimum erreicht, wenn das Absorptionsmittel bis zur maximal nutzbaren Aufnahmefähigkeit beladen wird.

Bei der Kombination einer Vorwäsche mit einem ■physikalisch lösenden Absorptionsmittel und einer Feinwäsche mit einem alkalisch reagierenden Waschmittel gibt es erfindungsgemäß ein Minimum für das Anlagevolumen und den Bedarf an Renenerationsenergie, wenn in der ersten Waschstufe mit dem physikalisch lösenden Absorptionsmittel, das lediglich durch Entspannen regeneriert wird, so viel von den sauren Gaskomponenten ausgewaschen werden, daß in der Feinwäsche die alkalische Absorptionslösung bei dem verlangten Reinheitsgrad des behandelten Gases bis zu mindestens 80% ihres maximal nutzbaren Aufnahmevermögens beladen wird. Der Energiebedarf-der Regeneration in der ersten, mit einem physikalisch lösenden Absorptionsmittel betriebenen Stufe darf gegenüber dem der Regeneration des chemisch bindenden Absorptionsmittel* vernachlässigt werden. .. _v?,. ;^;··-

In den Diagrammen 1 und 2 sind die Gleichgewichtskurven für die Absorption von U₂S und bzw. oder CO₂ durch einige alkalisch reagierende Absorptionslösungen, nämlich 2()%igc Diäthanolaminlösung, eine Dimethylglykoikaliumlösung und eine Kalium-Arscnit-Lösung dargestellt.

Aus diesen Diagrammen ergibt sich, daß die, als strichpunktierte Linien eingetragenen Aufladungen der einzelnen Lösungen von etwa HO bis 90% ihres maximalen Absorptionsvermögens, d. h. die vorn

.irtialdruck der sauren Gasbestandteile praktisch !abhängigen Sättigungsbeladungen, bei Partialdrükn des Schwefelwasserstoffes und bzw. oder des jhlendioxyds von 0,6 bis 0,8 kg/cm² erreicht werden. ird das Rohgas in der Vorwäsche auf diesen Restrtialdruck der sauren Komponenten vorgereinigt, nn ergeben sich für beide Stufen die kleinsten lrmhöhen und für die letzte Stufe der kleinste jfwand an Regenerationsenergie. Das möge das chfolgende Beispiel zeigen.

Beispiel

10000 Nirf/h Erdgas unter einem Druck von 60 atü it einem Gehalt von 15 Volumprozent Schwefelisserstoff und 15 Volumprozent Kohlendioxyd sollen if Restgehalte von 5 mg Schwefelwasserstoff und 0 mg Kohlendioxyd je Nm³ Reingas gebracht ;rden. In der ersten Waschstufe wird als physikach lösendes Absorptionsmittel N-Methylpyrrolidon rwendet, das jeweils durch Entspannung auf Atmohärendruck regeneriert wird. In der zweiten Waschife wird als alkalisch reagierendes Absorptionsmittel ie 20%ige wäßrige Lösung von Diäthanolamin rwendet. Diese wird durch Erhitzen und Ausdämpfen generiert.

ίη der nachfolgenden Tabelle sind drei Versuche /,ammengestellt, die sich durch den Grad der Ausischung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd der ersten Stufe unterscheiden. Die Tabelle gibt ■ jeden Fall den Auswaschungsgrad für (H₂S + CO₂) Prozent von der Ausgangskonzentration im Roh-.s in der ersten Stufe, die Restpartialdrücke für CO₂ d H₂S im vorgereinigten Gas, die Waschmittellläufe in m³/h und die relativen Turmhöhen der !sorptionstürme beider Stufen und schließlich den ifwand an Strom und Dampf für die Regeneration s alkalisch reagierenden Absorptionsmittels in der eiten Stufe an.

40

Waschstufe (N-Methylpyrrolidon)

Auswaschungsgrad (CO₂ + U₂S), % ..
Restpartialdruck

CO₂, at

Restpartialdruck

H₂S, at

Waschmittelumlauf,

m³/h

Relative Kolonnenhöhe

Waschstufe
(Diäthanolamin)
Endgasreinheit:

I.	2.
93	99
0,84	0,09
ΙΟ"³	ΙΟ"³
49	95
1	3,8

6 mg H₂S

+50OnIgCO₂ZNm³

Waschmittelumlauf,

m³/h

Relative Kolonnenhöhe

Stromverbrauch,

KW/h

Dampfverbrauch,
kg/h, beider Stufen

1.	2.
4	4
1	1
130	242
350	350

1,4
125
720

Das Beispiel. zeigt, daß der Versuch 1 sowohl anlagenmäßig als auch betriebsmäßig am günstigsten ist, weil er in beiden Stufen bei kleinster Kolonnenhöhe und kleinstem Waschmittelumlauf den kleinsten Energieverbrauch der Regeneration aufweist.

Aus der nachfolgenden Tabelle ist der Dampfbedarf der Regeneration je Nm³ Gas für verschiedene Beladungszustände einer Monoäthanolaminlösung (Nm³ CO₂ je Kubikmeter Lösung) zu entnehmen.

Beladung	Dampfverbrauch
Nm³CO₂Zm³ Lösung	kg Dampf/Nm³ CO₂
5	9
10	5,6
15	4,5
20	4,0
25	3,7
30	3,4

85
1,55

ΙΟ"³ 42

1

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Auswaschen saurer Komponenten aus Gasgemischen unter erhöhtem Druck in zwei Stufen mit einem physikalisch und einem chemisch wirkenden Absorptionsmittel, die jeweils für sich durch Entspannen und bzw. oder Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft regeneriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Rohgas in der ersten Stufe die sauren Gaskomponenten mit N-Methylpyrrolidon, das allein durch Entspannen auf Atmosphärendruck regeneriert wird, in bekannter Weise auf einen Restpartialdruck von 0,8 bis 0,6 kg/cm³ ausgewaschen werden und daß der Rest der sauren Komponenten mit einer solchen Menge eines bekannten Alkanolamine, das durch Entspannen, Erwärmen und Strippen mit Dampf oder Luft regeneriert wird, ausgewaschen wird, daß sich die Alkanolaminlösung mit den im vorgereinigten Gas verbliebenen sauren Komponenten bis zu mindestens 80% ihres maximalen Absorptionsvermögens belädt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen