DE2553400A1 - Verfahren zur regeneration von zur entfernung von gasfoermigen, sauer reagierenden verunreinigungen verwendeten absorptionsloesungen - Google Patents

Description

GIUSEPPE GIAMMARCO und PAOIO GIAMMARCO

Venedig, Italien

"Verfahren zur Regeneration von zur Entfernung von gasförmigen, sauer reagierenden Verunreinigungen verwendeten Absorptionslösungen"

Priorität: 28. November 1974, Italien, Nr. 70 464-A/74 Zusatz zu P 24 07 405

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Regeneration von zur Entfernung von gasförmigen, sauer reagierenden Verunreinigungen verwendeten Absorptionslösungen gemäß Hauptpatent (P 24 07 405.3).

Die Erfindung beruht auf einer Reihe von, Untersuchungen mit dem Ziel, den thermischen Wirkungsgrad von Rexnxgungscyclen zu verbessern und den Wärmeverbrauch zu senken. Dabei sollte bei der Durchführung des Reinigungscyclus die in den regenerierten Lösungen enthaltene Wärme verwertet werden. Ferner sollten andere Verfahren (im wesentlichen die im Hauptpatent bzw. in der DT-OS 2 407 4-05 beschriebenen Verfahren) mit dem Zweck,

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die in den regenerierten Lösungen enthaltene Wärme zu steigern, angewendet werden.

Die Erfindung befaßt sieh insbesondere mit Reinigungscyclen, bei denen ein Gasgemisch mit verschiedenen, sauer reagierenden Verunreinigungen, wie COp, HpS, HCK, S0„ und Gemische dieser Gase, in einer Absorptionsstufe mit einer Absorptionslösung entsprechender chemischer Zusammensetzung unter Absorption und Entfernung der genannten Verunreinigungen gewaschen wird. Beispiele für entsprechende Absorptionslösungen sind wäßrige Alkalimetallcarbonatlösungen, gegebenenfalls aktiviert durch Zusatz von AspO,, Glycin, anderen Aminosäuren, Äthanolaminen, wie Monoäthanolamin und Diäthanolamin, Aminosäurelösungen, Äthanolaminlösungen, wie Lösungen von Monoäthanolamin, Diäthanolamin und Triäthanolamin, Alkalimetallphosphatlösungen, Sulfitlösungen, Hydrogensulfitlösungen und Boratlösungen. Die Lösung wird anschließend einer Regenerationsstufe zugeleitet, wo sie durch Abstreifen (Stripping) regeneriert wird, wobei die vorher absorpierten Verunreinigungen entfernt und nach außen abgegeben werden. Die auf diese Weise regenerierte Lösung wird in die Absorptionsstufe zurückgeführt, wodurch sich der Kreislauf schließt. Bei den bekannten Verfahren ist der Wärmeverbrauch in den Cyclen der vorbeschriebenen Art deutlich höher (fast 2mal so hoch) als bei Reinigungscyclen, bei denen die Regeneration der Lösung durch Abstreifen mit Luft oder anderen Inertgasen erreicht wird. Die Gründe dafür ergeben sich aus der DT-OS 2 407 405. Diese Druckschrift beschreibt ein Regenerationsverfahren, dessen thermischer Wirkungsgrad dadurch wesentlich

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verbessert wird, daß die in der Regenerationsstufe zugeführte Wärme hintereinander bei zwei verschiedenen Drücken verwertet wird, so daß die Wärme nach der Verwendung beim ersten Druck auch weitgehend beim zweiten Druck verwertet wird.

Dieses Regenerationsverfahren umfaßt somit eine bei einem höheren Druck arbeitende Hauptkolonne und eine (oder mehrere) bei einem geringeren Druck arbeitende Nebenkolonne.

Der Druck in der Hauptkolonne wird so gesteuert, daß die Wärme, die bei den bekannten Verfahren am Kolonnenkopf in Form von Wasserdampf im Verhältnis zu den dort herrschenden Gleichgewichtsbedingungen in einem unangemessen hohen Überschuß abgegeben wird,statt dessen gewonnen und zur Temperatursteigerung der regenerierten lösung am Kolonnenboden wiederverwendet wird. In der DT-OS 2 407 405 wird näherungsweise festgestellt, daß der vorerwähnte überschüssige Wasserdampf im wesentlichen aus Strippingdampf besteht, der durch äußere Wärmezufuhr mittels eines Aufkochers erhalten worden ist. Um diesen Dampfverlust zu vermeiden und den Dampf zurückzugewinnen, wird der Druck in der Hauptkolonne so gesteuert, daß die Siedetemperatur der lösung am Boden ansteigt und sich eine Temperaturdifferenz mit der Lösung am Kopf einstellt, so daß die Lösung sich erwärmt, indem sie den vorgenannten überschüssigen Strippingdampf absorbiert. Außerdem wird, wie jetzt festgestellt wurde, durch die Druckänderung die Wasserdampfabsorption im Verhältnis zur entsprechenden Absorption bei Atmosphärendruck erleichtert. Dadurch ist es möglich, den Überschuß auf das 1,5 bis 3-fache der den am

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Kolonnenkopf herrschenden Gleichgewichtsbedingungen entsprechenden Menge zu verringern.

In der genannten DT-OS kann der Temperaturunterschied zwischen dem Kopf und dem Boden der Kolonne 10 bis 35⁰C betragen (vgl. Fig. 1), je nach dem zu erreichenden Regenerationsgrad und somit auch je nach der von außen zugeführten Wärmemenge (Kcal/m Lösung). Es wurde jetzt festgestellt, daß dieser Temperaturunterschied in einigen Fällen zweckmäßigerweise zu verändern ist, beispielsweise auf 45 0 zu steigern ist. Diese Tatsache ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 8. In diesem Diagramm sind auf den Abszissen die Einheitswärmemengen, aufgetragen, ausgedrückt in kg Dampf/m Lösung, die von außen mittels des Aufkochers (1 kg Dampf + 540 Kcal) zugeführt werden. Die .Ordinaten geben den Temperaturunterschied zwischen dem Kopf und dem Boden der Kolonne an. Die schräg verlaufenden Kurven beziehen sich auf die prom Lösung absorbierten Volumina an COp und HpS ("pickup")· Das Diagramm bezieht sich auf eine mit Glycin aktivierte Kaliumcarbonat-Absorptionslösung mit einer Konzentration von 250 g/Liter KpO und 50 g/Liter Glycin. Es ist festzuhalten, daß die Bodentemperatur der Kolonne in den Fällen, bei denen mehrere Lösungsfraktionen aus der Kolonne entnommen werden, durch Berechnung der durchschnittlichen Temperatur der entnommenen Fraktionen ermittelt werden.

Für andere Anwendungsfälle der vorliegenden Erfindung, d.h. bei Verwendung-von anderen Absorptionslösungen besteht die allgemeine Arbeitsweise unter Berücksichtigung der in der genannten DT-OS

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gegebenen Richtlinien darin, den Brück in der Hauptkolonne so weit wie möglich zu steigern, d.h. bis die Hitze des am Kolonnenkopf gewonnenen Dampfes gleich der zum Temperaturanstieg, den der Druckanstieg am Boden hervorruft, erforderlichen Wärmemenge ist. Anders ausgedrückt, soll sich die Wärmezufuhr von außen durch den Aufkocher während des Druckanstiegs nicht verändern. Dies entspricht in etwa einer Steuerung des Drucks insoweit, bis der Überschuß des Strippingdampfs am Kolonnenkopf nicht mehr als 1,5 bis 3mal so groß ist, als es der vorerwähnten Gleichgewichtsbedingung entspricht.

Ferner wird in der DT-OS in Betracht gezogen, daß der Anstieg in dem an die Hauptkolonne angelegten Druck eine Rückgewinnung nicht nur des im Verhältnis zu den Gleichgewichtsbedingungen am Kolonnenkopf unangemessen großen Überschusses an Strippingdampf, sondern auch des Dampfes erlaubt, den die verbrauchte, von der Absorptionsstufe bei hoher Temperatur kommende lösung bei ihrer Expansion auf den Druck der Regenerationskolonne bildet. Zur Klarstellung ist daran zu erinnern, daß der zur Rückgewinnung des Strippingdampfs erforderliche Temperaturanstieg auch die Rückgewinnung des bei der Expansion (flash) der verbrauchten Lösung gebildeten Dampfs erlaubt, während es andererseits möglich ist, den Dampf dieser Expansion ohne Rückgewinnung des Strippingdampfs zumindest zu einem großen Teil zurückzugewinnen. Schließlich sei auch an die Ausführungen in den Abschnitten 2 a und 2 b der genannten DT-OS erinnert, wonach die Rückgewinnung des Strippingdampfs und des Expansionsdampfs (flashing steam) dem maximalen thermischen Wirkungsgrad ent-

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spricht, während in der Praxis die vorliegende Erfindung auch unter Bedingungen, die einem geringeren Wirkungsgrad entsprechen, angewendet werden kann.

Neben dem Hinweis auf das Vorgehen gemäß der genannten DT-OS, um die in den regenerierten Lösungen enthaltene Wärmemenge zu steigern, sei noch festgestellt, daß die genannte DT-OS ein einziges Verfahren angibt, nachdem lediglich die in der regenerierten Lösung enthaltene Wärme für regenerative Zwecke verwertet wird.

Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß man die aus dem Absorber kommende, verbrauchte Lösung in zwei Fraktionen, nämlich in eine Haupt- und .eine Nebenfraktion, unterteilt. Die Hauptfraktion wird in die Hauptkolonne geleitet, die unter höherem Druck und unter Wärmezufuhr von außen arbeitet. Die Nebenfraktion gelangt in die bei geringerem Druck arbeitende Nebenkolonne und wird dort vorwiegend unter Zufuhr von Wärme, die bei der Expansion der Hauptfraktion der regenerierten Lösung, d.h. durch die in diese Lösung gespeicherte Wärme, gebildet wird, regeneriert.

Das vorerwähnte Verfahren hat zwei Nachteile. Der erste Nachteil beruht darauf, daß ebenso wie beim Verfahren gemäß der PR-PS 2 047 226 (Fig. 8) aufgrund der Unterteilung der Lösung nur die Wärme eines Teils der LöBung verwertet wird, was den thermischen Wirkungsgrad des Verfahrens begrenzt. Der zweite Nachteil beruht darauf, daß die Menge des unter Druck desor-

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bierten CO_? und/oder HpS in den meisten Fällen für die großtechnische Anwendung nicht ausreichend ist.

Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Ferner wird der Erfindungsgegenstand des Hauptpatents auf weitere Ausführungsformen, die sich unter großem Nutzen anwenden lassen, ausgedehnt. Diese Ausführungsformen weisen das gemeinsame Kennzeichen auf, daß die verbrauchte Lösung an Stelle einer Unterteilung in zwei Fraktionen an der Auslaßöffnung des Absorbers im wesentlichen vollständig einer der beiden im Hauptpatent vorgesehenen Regenerationskolonnen zugeleitet wird, wo sie unvollständig und unter einer geringeren Wärmezufuhr regeneriert wird. Anschließend wird die Lösung der anderen Regenerationskolonne zugeführt, wo die Regeneration bis auf den erforderlichen Regenerationsgrad vervollständigt wird. Ferner betrifft die Erfindung auch weitere Ausführungsformen, bei denen die Wärme, die vom Prozeßgas in der Absorptionsstufe mitgeführt wird, in der Regenerationsstufe verwendet wird.

Die vorgenannten Ausführungsformen werden im folgenden an Hand der Figuren 1 bis 7 erläutert.

In Fig. 1 wird die verbrauchte Lösung in ihrer gesamten Menge in die unter höherem Druck arbeitende Hauptregenerationskolonne geleitet, wo sie durch äußere Wärmezufuhr unvollständig regeneriert wird. Anschließend wird die Lösung unter Bildung von Wasserdampf expandiert. Sodann wird sie in eine bei niedrigerem Druck arbeitende liebenregenerationskolonne geleitet, wo die Regenera-

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tion mit Hilfe des vorher bei der Expansion gebildeten Wasserdampfs vervollständigt wird. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Gewinnung von etwa 90 Prozent des unter Druck stehenden COp.

In Fig. 2 ist eine vereinfachte Ausführungsform der Vorrichtung von Fig. 1 abgebildet, die weniger apparativen Aufwand erfordert. Das Erwärmen des in den Aufkocher eingespeisten Wassers durch direkten Kontakt mit dem bei der Expansion gebildeten Wasserdampf ist als mögliche Alternative vorgesehen.

Gemäß Fig. 3 wird die Ausführungsform von Fig. 1 auf einen zweistufigen Gyclus angewendet.

Gemäß Fig. 4 wird die verbrauchte Lösung in ihrer Gesamtmenge der bei niedrigerem Druck arbeitenden Nebenregenerationskolonne zugeleitet. Anschließend wird sie in die unter höherem Druck arbeitende Hauptregenerationskolonne gepumpt. In der Rebenkolonne wird die Lösung erwärmt, und durch den bei der Expansion der aus der Hauptkolonne entnommenen, regenerierten Lösung gebildeten Dampf vorregeneriert. Die Regeneration der Lösung wird sodann in der Hauptkolonne durch Zufuhr von äußerer Wärme vervollständigt. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Absorption bei niedrigen Temperaturen, mit dem Vorteil, daß H_?S im wesentlichen in der Nebenkolonne desorbiert wird.

Gemäß Fig. 5 wird die verbrauchte Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die bei höherem Druck arbeitende Hauptkolonne

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geleitet. Von dieser Kolonne werden zwei oder mehr Lösungsfraktionen mit einem unterschiedlichen CO„-Sättigungsgrad an verschieden hohen Stellen entnommen und direkt der bei niedrigerem Druck arbeitenden Nebenkolonne an verschieden hohen Stellen zugeleitet. Der Wasserdampf, den jede Fraktion der Lösung bei der Expansion in der Nebenkolonne bildet, wird dazu verwendet, die darüber liegenden Fraktionen auf einen höheren Regenerationsgrad zu regenerieren. Diese Ausfiihrungsform eignet sich insbesondere für zweistufige Cyclen.

Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform gemäß Fig. 5.

Fig. 7 zeigt eine Abänderung, bei der die Wärme der Hauptregenera— tionskolonne der Nebenkolonne in Form eines Dampfstroms zugeleitet wird, der von der Hauptkolonne entnommen und in die Nebenkolonne geleitet wird.

Im folgenden werden die vorgenannten Ausfuhrungsformen näher erläutert.

1) In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die verbrauchte, zu regenerierende Lösung dem Kopf der'Hauptkolonne P zugeleitet. Der Arbeitsdruck dieser Kolonne wird gemäß den Angaben des Hauptpatents und gemäß den vorstehend an Hand des Diagramms von Fig.8 gemachten Ausführungen gesteuert.

In dieser Ausführungsform sowie in den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen stellt die Temperaturdifferenz Tpu-Tps die

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Wasserdampfmenge dar, die durch die Expansion der aus der Hauptkolonne P entnommenen regenerierten lösung gebildet wird und die in der Nebenkolonne S verwendet wird. Diese Differenz Tpu-Tps besteht aus zwei Teilen, d.h. der Differenz Tpe-Tpu, die die aus dem Aufkocher kommende Wärmemenge darstellt, die erfindungsgemäß gewonnen wird und die Differenz Tpe-Tps, die die Wasserdampfmenge darstellt, die von der Absorptionsstufe an die Regenerationsstufe geliefert wird und die sich bekanntlich aus der Reaktionswärme und der im zu reinigenden Gasgemisch, das aus dem Absorber eingespeist wird, enthaltenen Wärme besteht.

Es bestehen also weitgehende Wahlmöglichkeiten. Durch entsprechende Steigerung des Drucks in der Hauptkolonne läßt sich eine zunehmende, in der Nebenkolonne zu verwertende Wasserdampf menge - bis zum vorgenannten Maximum - erreichen.

Die Lösung wird in der Hauptkolonne P unvollständig regeneriert, d.h. mit einer geringeren Wärmemenge, die von außen durch den Aufkocher R- zugeführt wird. Anschließend wird die Lösung durch die Leitung "a" entnommen und in die Expansionskammer E geleitet. Der bei dieser Expansion gebildete Dampf wird durch die Leitung "b" zum Boden der Nebenkolonne I geleitet. Nach der Expansion wird die Lösung durch die Leitung "c" zum Kopf der Kolonne I geleitet, wo sie im Gegenstrom zum vorgenannten Wasserdampf nach unten strömt, wodurch die Regeneration bis zum gewünschten Regenerationsgrad verbessert und vervollständigt wird. Die Lösung wird auch durch den im Aufdampfer Rp erzeugten Wasserdampf regeneriert. Schließlich wird die Lösung durch die Leitung "d" mit

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Hilfe der Pumpe N nach entsprechender Kühlung im Kühler C in den Absorber A geleitet.

Der aus der Nebenkolonne stammende Wasserdampf wird später gemäß folgenden zwei Alternativen verwertet: Gemäß der ersten Alternative wird er, wie aus Pig. 2 hervorgeht, der Einrichtung zum Heizen des in den Aufkocher eingespeisten Wassers durch direkten Kontakt zugeführt. Gemäß der zweiten Alternative wird er mit
Hilfe der Leitung "v" in die zusätzliche Nebenkolonne S (vgl. Fig.1) geleitet, wo er anschließend zur Regeneration einer Fraktion der Lösung, die durch die Leitung "f" am Boden des höheren Abschnitts Z der Hauptkolonne entnommen ist, verwertet wird.

Es ist zweckmäßig, diese Fraktion vom Boden des höheren Abschnitts Z der Säule nach Durchlaufen einer bestimmten Säulenhöhe zu entnehmen. Die Gründe dafür finden sich im folgenden
unter 7). Auf jeden Fall wird die Entnahme so vorgenommen, daß diese Fraktion eine bestimmte Menge an CO„ und/oder H_?S freisetzen kann, wodurch die Menge an desorbierten Verunreinigungen steigt und diese unter Druck erhältlich sind. Jedoch kann diese Nebenfraktion (wenn auch mit geringerem Wirkungsgrad) auch der verbrauchten Lösung vor der Hauptkolonne entnommen werden, was durch die punktierte Linie"y angedeutet ist.

Wie bereits in der FR-PS 2 020 744 ausgeführt ist, wird die
Nebenfraktion durch die Leitung "ic" entnommen und nach dem
Erwärmen und Vorregenerieren mit dem Expansionsdampf mit Hilfe der Pumpe Nc in die Hauptregenerationskolonne zurückgeleitet,

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wie durch die punktierte Linie in .Fig. 1 angedeutet ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Hebenfraktion durch die Leitung "e" der Kolonne I zuzuleiten, wo sie mit der aus der Expansionskammer E kommenden Lösung vermischt und zusammen mit dieser wieder dem Absorber A zugeführt wird.

Die Menge der Hebenfraktion der zur Kolonne S geleiteten Lösung wird so gesteuert, daß sie praktisch auf die gleiche Weise wie die vom Boden der Kolonne P und von der Expansionskammer kommende Lösung regeneriert werden kann.

Es ist> jedoch anzumerken, daß der in die Kolonne S eingespeiste Dampf durch geringe Mengen an C0„ und/oder HpS, die in der Kolonne I desorbiert werden, verunreinigt ist. Deshalb soll die Steuerung der Uebenfraktion "s" jedesmal entsprechend den verschiedenen Anwendungszwecken des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung der folgenden Ausführungsformen neu berechnet werden.

Wenn es für zweckmäßig erachtet wird, so kann man die regenerierte Fraktion "s" am Boden der Kolonne S entnehmen und, anstatt sie dem Kopf der Nebenkolonne I zuzuleiten, direkt in die Absorptionsstufe leiten. In diesem Fall ist es zweckmäßig, an Stelle des einstufigen Absorbers gemäß Fig. 1 einen zweistufigen Absorber vorzusehen.

Zu beachten ist, daß die zusätzliche Nebenkolonne S im allge-

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meinen oberhalb der Nebenkolonne I angeordnet wird, wodurch sie mit der letzteren eine einzige Kolonne bildet. Jedoch ist in Fig. 1 sowie in den anderen Figuren die Kolonne S als eigene und von der Kolonne I getrennt angeordnete Kolonne abgebildet, um eine größere Klarheit zu erreichen.

a) Die Ergebnisse verschiedener Messungen und Untersuchungen, mit denen die Verbesserung des Regenerationsgrads der Lösung in der Hebenkolonne festgestellt wurden, sind in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle!

	20	30	endgültiger CO nach Zufuhr το Lösung	60	2-Sättigun£ η kg Dampf/	;sgrad
ursprünglicher COp- Sättigungsgrad	18%	17,2%	40	15,3%	80	100
	26%	24,5%	16,5%	21%	14,5%	14%
20%	30$	28% .	23,2%	23,2%	18,8%	17%
30%	33,5%	31% · ·	26%	25%	21%	18,8%
35%			'28,5%		22,5%	20%
40%

Diese Untersuchungen wurden mit einer mit Glycin aktivierten Kaliumcarbonatlösung mit einer Konzentration von 250 g/Liter KpO und 50 g/Liter Glycin durchgeführt. Es ist festzuhalten, daß die Lösung zuerst in der Kolonne P und anschließend in der Kolonne I durch zwei getrennte und unterschiedliche Dampfmengen, deren Regenerationswirkung in geeigneter Weise experimentell und durch Berechnungen gesteuert wird, regeneriert wird·.

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Aus Tabelle I läßt sieh entnehmen, daß die Verbesserung der Regeneration in Kolonne I beträchtlich ist. Außerdem läßt sich feststellen, daß die Verbesserungen umso deutlicher sind, je weniger vollständig die "von der Kolonne P kommenden Lösungen regeneriert sind.

Schließlich läßt sich feststellen, daß in der vorliegenden Ausführungsform sowie in den folgenden Ausführungsformen der maßgebende Anteil an CO₂ und/oder HpS in der Hauptkolonne unter Druck desorbiert wird (wobei die Lösung in der Praxis mit einem COp-Sättigungsgrad von 70 bis 85 Prozent eintritt). Deswegen zeigt die vorliegende Ausführungsform im Vergleich zum Verfahren des Hauptpatents den Vorteil, daß unter Druck bis zu 80 bis 95 Prozent des COp und/oder HpS desorbiert werden können.

b) Außerdem läßt sich für die vorliegende und die folgenden Ausführungsformen feststellen, daß in der Praxis häufig die von außen zur Gewährleistung des Ablaufs des Reinigungscyclus zugeführte Wärme die Wärme ist, die im Prozeßgas enthalten ist.

Dieses Gas durchläuft zuerst den Hauptaufkocher R/, der sich am Boden der Hauptregenerationskolonne befindet. Anschließend strömt es mit einer Temperatur von 135 bis 145⁰C aus der Hauptregenerationskolonne, was darauf zurückzuführen ist, daß durch den Druck die Siedetemperatur der Lösung in der Hauptkolonne angestiegen ist. Sodann durchläuft das Gas den zweiten Aufkocher R2, der sich am Boden der bei niedrigerem Druck arbeitenden Nebenkolonne be-

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findet. Dort kann das Gas seine restliche Wärme abgeben (unter Abkühlung bis auf 115 bis 125⁰C, was etwa 10 bis 20 Prozent der vom Prozeßgas freigesetzten Gesamtwärme entspricht).

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das Prozeßgas nach Durchlaufen des Aufkochers R-. einer hochgelegenen Stelle der Hauptkolonne P zugeleitet wird, um die Wärme entweder durch einen Aufkocher oder durch einen Erhitzer (in Pig.1 nicht gezeigt) an die in die Kolonne eintretende Lösung abzugeben. Die Temperatur dieser lösung ist im erfindungsgemäßen Verfahren am Kolonnenkopf niedriger als am Kolonnenboden.

2) In Pig. 2 ist eine Abänderung der Ausführungsform von 1) abgebildet, die sich als noch zweckmäßiger erweist. Ferner sind noch weitere Verbesserungen vorgesehen.

Die Absorptionskolonne ist in zwei Zonen A-. und A2 unterteilt. Gemäß der PR-PS 2 014 591 dient die obere Zone A₁ zur vollständigen oder zumindest teilweisen chemischen Absorption der im zu reinigenden Gasgemisch enthaltenen Verunreinigungen. Die untere Zone A₂ dient hingegen hauptsächlich zur physikalischen Absorption der im zu reinigenden Gasgemisch enthaltenen Wärme. Die Temperatur der dem Absorberkopf zugeführten Lösung steigt beim Durchlaufen der Zone A- aufgrund der Reaktionswärme stark an. Die Lösung wird teilweise von der Zone A. entnommen und durch die Leitung "m" dem Kopf der Hauptregenerationskolonne zugeleitet. Der restliche Teil der Lösung fließt weiter nach unten in die untere Zone A₂, wo er die im zu reinigenden Gasgemisch enthaltene

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Wärme absorbiert. Dabei wird die Lösung selbst erwärmt. Anschließend wird sie durch die Leitung "n" der Hauptregenerationskolonne an einer zwischen Kopf und Boden liegenden Stelle zugeleitet.

Durch diese Ausführungsform ergeben sich hauptsächlich zwei Torteile. Der erste Vorteil besteht in der Tatsache, daß die chemische Absorption der zu beseitigenden Verunreinigungen bei nicht sonderlich hohen Temperaturen vorgenommen wird, was unter anderem den Vorteil hat, daß die Lösung, bezogen auf eine Einheitsmenge, ein größeres Volumen an Verunreinigungen absorbieren kann. Der zweite Vorteil besteht in der Tatsache, daß der Wirkungsgrad der Regeneration in der Hauptkolonne verbessert wird. Tatsächlich läßt sich beobachten, daß die verbrauchte, zu regenerierende Lösung, die in Form von zwei unterteilten Fraktionen der Kolonne an zwei verschieden hohen Stellen zugeleitet wird, zwei verschiedene Temperaturniveaus bildet.

Die Wärmerückgewinnung am Kolonnenkopf wird durch die dort herrschenden niedrigeren Temperaturen erleichtert. Die Expansion der der Kolonne an einer zwischen Kopf und Boden liegenden Stelle in heißerer Form zugeführten Lösung erleichtert die Regeneration der darüberliegenden Lösung.

Wie in der in Fig. 1 abgebildeten, vorhergehenden Ausführungsform wird die Lösung unter Aufwendung einer geringeren Wärmemenge regeneriert, d.h. in unvollständiger Weise. Anschließend wird die Lösung durch die Leitung "a" in die Nebenkolonne geleitet, wo die Regeneration durch den bei der Expansion der Lösung gebildeten

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Dampf vervollständigt wird. Dies entspricht den Erläuterungen zu Fig. 1. Sodann wird die Lösung von der Hebenkolonne I entnommen und durch die Leitung "d" mit Hilfe der Pumpe N in die obere Zone A.J des Absorbers geleitet.

An dieser Stelle der in Fig. 2 abgebildeten Ausführungsform ergeben sich zwei weitere Verbesserungen. Die erste besteht in der Tatsache, daß die Nebenkolonne im Gleichstrom arbeitet, d.h. daß die von der Hauptkolonne entnommene Lösung zum Kopf der Nebenkolonne. I geleitet und dort expandiert wird. Der bei der Expansion gebildete Wasserdampf strömt in der Kolonne in der gleichen Strömungsrichtung wie die Lösung nach unten. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Lösung vorher regeneriert worden ist und deshalb die Dampfdruckkurve der Lösung sehr flach wird. Unter diesen Bedingungen unterscheiden sich die Regenerationen im Gegenstrom und im Gleichstrom nicht sehr stark in ihrer Arbeitsweise.

Die zweite Verbesserung besteht in der Tatsache, daß der Nebenaufkocher Rp (ⁱⁿ ^ig· ^{1 am} Boden der Nebenkolonne) entfällt. Tatsächlich verbleibt die auf den Nebenaufkocher bezogene Wärme innerhalb des zu reinigenden Gasgemisches, das durch die Leitung "z^M in die Zone A„ des Absorbers geleitet wird. Diese Wärme beeinflußt jedoch die chemische Absorption innerhalb der Zone A-nicht, da sie in der Zone Ap absorbiert und verlustfrei in die Hauptregenerationskolonne zurückgebracht wird.

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c) Praktische Anwendungsmöglichkeiten der in Fig. 2 abgebildeten Ausführungsform ergeben sich aus Tabelle II.

Es handelt sich um eine Anlage zur. Entfernung von COp aus 151 000 Fm /Std. eines Gasgemisches mit einem COp-Gehalt von 18,25 Prozent bei einem Druck von 28 absoluten Atmosphären (ata) unter Verwendung einer mit Glycin aktivierten Kaliumcarbonatlösung (250 g/Liter KpO und 50 g/Liter Glycin).

In ähnlicher Weise können andere Lösungen verwendet werden, z.B. Äthanolaminlösungen.

In den vorerwähnten Fällen arbeitet die Hauptkolonne bei 2,1 ata und bei einer Temperatur von 127°C am Boden. .

Die wirksame Zufuhr von Außenwärme ist in Tabelle II in der Reihe 1) als kg Wasserdampf/m Lösung (1 kg Wasserdampf = 540 Kcal) angegeben. Der COp-Sättigungsgrad der aus der Hauptkolonne entnommenen Lösung ist in. der Zeile 2) angegeben. Der COp-Sättigungsgrad der aus der Nebenkolonne entnommenen Lösung findet sich in Zeile 3). Die Wärmezufuhr, die zum Erreichen des Regenerationsgrads der dritten Zeile bei einer Lösung, die einer normalen Regeneration unterworfen worden ist, notwendig gewesen wäre, ist in Zeile .4) angegeben. Die erreichte Wärmeeinsparung findet sich in Zeile 5). Der Wärmeverbrauch/Nm C0„ ist in Zeile 6) angegeben. In Zeile 7) findet sich der COp-Anteil der unter Druck gebildet worden ist. Die Temperatur des aus der Hebenkolonne entweichenden und zum Erwärmen des in den Aufkocher eingespeisten

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Wassers ist in Zeile 8) angegeben. In Zeile 9) findet sich die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung (der "pick-up" beträgt etwa 32 bis 34 Volumina C0₂/Volumenlösung).

Tabelle II

D	45	50	55	65	75	kg/m3
2)	32,6	31,5	30,2	28,2	26,5	-Sfo-GO Sättigungsgr
3)	27,5	26,5	26	24,5	23,5	$-C02 Sättigungsgr
4)	69	75	79	90	103	kg/m3
5)	35$ '	33,5$	30$	28$	27,5$	Einsparung
6)	765	845	930	1034	1193	Kcal/Nm3 CO2
7)	90,3	91,2	92,44	93,5	93,85	$
8)	97,1°	97,3°	97,4°	97,6°	97,7°	°C
9)	859	859	859	808	808	m3/h

Aus den Daten von Tabelle II ergibt sich folgendes: Gemäß Zeile 7) ist der Anteil des unter Druck freigesetzten CO« beträchtlich und liegt immer über 90 Prozent. Diese Ausführungsform erlaubt eine fast vollständige Regeneration der Lösung. Bei einer wirksamen Wärmezufuhr in einer Menge von 45 bis 75 kg Wasserdampf/m Lösung gemäß Zeile 1) werden Regenerationsgrade erreicht, die einer sonstigen Wärmezufuhr von 69 bis 103 kg Wasserdampf/Nm Lösung entsprechen; vgl. Zeile 4). Im Pail der letzten Spalte (75 kg Wasserdampf/m Lösung) ist die Verwendung von Äthanolaminlösungen unter Erzielung einer fast vollständigen Reinigung möglich.

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d) Aus Fig. 2 ergibt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung. Dieser liegt in der Tatsache, daß der aus der Bebenkolonne durch die Leitung "τ" austretende Wasserdampf besonders geeignet zum Erwärmen des in die Aufko'eher eingespeisten Wassers unter direktem Kontakt ist, wobei die Aufkocher bekanntlich in der Mehrzahl der

Pälle mit den C0„ und/oder H„S-Reinigungsanlagen sowie -Reformierverbunden sind,
und -Umwandlungsanlagen/ Dieser Wasserdampf weist neben seiner ziemlich hohen Temperatur (vgl. Zeile 8) in Tabelle II) einen hohen Reinheitsgrad auf, da er von der Expansion der regenerierten Lösung in der Hauptkolonne stammt, d.h. von einer Lösung, die vorher regeneriert und somit in bezug auf gasförmige oder flüchtige Verunreinigungen, wie NH Methylamin, HCF und organische und aromatische Verbindungen, die im zu reinigenden Gemisch enthalten sind (diese Verunreinigungen machen bekanntlich die Verwertung der daraus erhaltenen Kondensate schwierig), in hohem Maß gereinigt worden ist.

Deshalb ist es klar, daß dieser Wasserdampf zweckmäßigerweise unter den vorerwähnten Bedingungen verwendet werden kann, um das in den Aufkocher eingespeiste Wasser zu erwärmen, und zwar durch direkten Kontakt zwischen dem Wasserdampf und dem zu erwärmenden Wasser.

In Fig. 2 ist eine der Einrichtungen abgebildet, die zur vorerwähnten Erwärmung unter direktem Kontakt verwendet werden kann. Es ist offensichtlich, daß ähnliche Anordnungen auch bei anderen Ausführungsformen der Erfindung anwendbar sind.

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Der aus der liebenkolonne I entweichende Dampf wird durch den Separator D geleitet, der dazu dient, das Mitreißen von Lösungsteilen zu verhindern. Anschließend wird er durch die Kolonne S geleitet, die aus zwei übereinander angeordneten Zonen besteht, die jeweils mit einem entsprechenden Köntaktmaterial beschickt sind. In der unteren Zone B wird der Wasserdampf mittels der Spirale C (oder mittels einer anderen Vorrichtung) zur Wärmeübertragung unter teilweiser Kondensation so abgekühlt, wie es dem Wassergleichgewicht des Reinigungscyclus entspricht. Durch diese Kondensation wird ein Mitreißen von kleinen Lösungsteilchen verhindert und das wichtige Waschen des Wasserdampfs ermöglicht. Dieser von da an von Flüssigkeitsteilchen vollkommen befreite Wasserdampf wird sodann in der oberen Zone S mit dem zu erwärmenden Wasser in Kontakt gebracht.

Dieses Wasser wird am Kopf durch die Leitung "1" eingespeist und erreicht rasch eine Temperatur von 96 bis 98⁰C. Schließlich wird das Wasser am Boden durch die Leitung "p" entnommen und einem herkömmlichen Entgaser zugeleitet, der. bekanntlich zur Entfernung von CO„- und Op-Verunreinigungen dient. Der überschüssige Wasserdampf wird zusammen mit dem in der Nebenkolonne I desorbierten COp durch die Leitung "q" nach außen abgegeben.

3) 3?ig. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen zweistufigen Reinigungscyclus.

Bei dieser Ausführungsform umfaßt die bei einem höheren Druck arbeitende Hauptregenerationskolonne zwei Regenerationsstufen,

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d.h. eine erste Stufe P-, ypix deren Boden die sogenannte "halbregenerierte" Lösungsfraktion entnommen wird, und eine zweite Stufe Pp, von deren Boden die sogenannte "regenerierte" Lösungsfraktion entnommen wird. .

Die Nebenkolonne umfaßt auch zwei Regenerationszonen, nämlich eine obere I₁ und eine untere I₂, gemäß Fig. 3.

Die zusätzliche Nebenkolonne S besteht in einer einstufigen Kolonne.

Der Absorber umfaßt eine erste Stufe A₁ und eine zweite Stufe Ap

Die vom Boden der zweiten Stufe Pp der Hauptkolonne entnommene, regenerierte Fraktion wird der Expansionskammer Ep zugeleitet, wo sich Wasserdampf entwickelt, der durch die Leitung "bp" dem Boden der unteren Zone Ip der Nebenkolonne zugeleitet wird, während die Lösung nach.der Expansion durch die Leitung "c'₂" dem Kopf der Zone Ip zugeleitet wird, wo sie im Gegenstrom unter Einwirkung sowohl des durch die Leitung "bp" hinzutretenden Wasserdampfs als auch des vom Aufkocher Rp, der sich am Boden der Kolonne befindet, entwickelten Wasserdapfs regeneriert wird. Ferner erfolgt auch eine Regeneration durch den Wasserdampf, der durch die halbregenerierte Lösung in der Kammer E₁ erzeugt wird. Dies wird im folgenden erläutert.

Die auf diese Weise vollständig regenerierte Lösung wird durch die Leitung "dp" und die Pumpe N„ entnommen und nach entsprechender

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Kühlung im Kühler C₂ dem Kopf des Absorbers A₂ zugeleitet.

Der gleiche Arbeitsgang wird für die halbregenerierte Fraktion wiederholt. Diese letztgenannte Fraktion wird dem Boden der ersten Stufe der Hauptkolonne entnommen und in die Expansionskammer E^ geleitet, wo sie Wasserdampf entwickelt, der durch die Leitung "b-j" wieder dem Boden der unteren Zone I₂ der Nebenkolonne zusammen mit dem in der Kammer E₂ entwickelten Wasserdampf zugeleitet wird. Die halbregenerierte Fraktion wird nach der Expansion durch die Leitung '¹C₁" dem Kopf der Zone I₁ zugeleitet, wo sie im Gegenstrom mit dem aus der darunter liegenden Regenerationszone I₂ stammenden Dampf regeneriert wird, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Schließlieh wird die halbregenerierte Fraktion am Boden der Zone I₁ gesammelt, von wo aus sie durch die Leitung "d-t" und die Pumpe N₁ entnommen und nach Kühlung im Kühler C₁ dem Kopf der ersten Stufe des Absorbers A₁ zugeleitet wird.

Die Funktionsweise der zusätzlichen Hebenkolonne ist ähnlich wie beim einstufigen Reinigungscyclus gemäß Fig. 1 und den Ausführungen in Abschnitt 1).

Was die Aufteilung der Wärme des Prozeßgases zwischen den Aufkochern R/ und R₂ betrifft, so haben die Ausführungen im Abschnitt 1b) ihre Gültigkeit.

Sehr wichtig ist die Betonung der Tatsache, daß die halbregenerierte Fraktion in der Zone I- der Hebenkolonne eine sehr wichtige Verbesserung ihres Regeneratlonsgrads erfährt. Dies ist sowohl

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auf die große Menge an Wasserdampf, die aus der darunter liegenden Zone Ip kommt und hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Verbesserung im Regenerationsgrad, die in der vorstehenden Tabelle angegeben ist, umso größer ist, je weniger gründlich die Lösungen vorher regeneriert worden sind, was bei der halbregenerierten Lösung der Fall ist. Diese Tatsache stellt einen bemerkenswerten Vorteil des zweistufigen Cyclus im Vergleich zum einstufigen Cyclus dar.

4) Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei wird die zu regenerierende, verbrauchte Lösung im wesentlichen .in ihrer Gesamtmenge zunächst in die bei geringerem Druck arbeitende Nebenkolonne I geleitet, in der sie einer Behandlung durch den Wasserdampf unterliegt, der bei der Expansion der aus der Hauptkolonne P entnommenen, regenerierten Lösung in der Kammer E entstanden ist. Anschließend wird die Lösung mittels der Pumpe Nc durch die Leitung "i" der vorerwähnten Hauptkolonne P zugeleitet, wo die Regeneration unter Einwirkung der von außen durch den Aufkocher R₁ zugeführten Wärme vervollständigt wird. In dieser Kolonne wird der Druck gemäß den Ausführungen des Hauptpatents gesteuert, wobei man sich des Diagramms der Fig. 8 bedient. Nach der Regeneration unter Druck in der Kolonne P wird die Lösung durch die Leitung "a" entnommen und in die Expansionskammer E geleitet, wo sie unter Bildung von Wasserdampf expandiert.

Dieser Wasserdampf wird in die Nebenkolonne I geleitet, um die vom Absorber kommende, verbrauchte Lösung einer Vorerwärmung und Vorregeneration zu unterziehen, wie bereits ausgeführt wurde.

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Die Lösung wird nach entsprechender Kühlung im Kühler C durch die Leitung ^Mc^M mittels der Pumpe ΪΓ in den Absorber geleitet. Bekanntlich ist die Menge des vom Kopf der Hauptkolonne nach außen abgegebenen Wasserdampfs vernachlässigbar.

Die Anwendung der vorgenannten Ausführungsform ist dann besonders zu empfehlen, wenn die Absorption bei relativ geringen Temperaturen (40 bis 90 C) durchgeführt wird und wenn das zu reinigende Gasgemisch neben CO^ merkliche Mengen an HpS enthält. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß praktisch das gesamte entfernte HpS in der Nebenkolonne desorbiert wird, weshalb das H_?S am Auslaß dieser Kolonne eine hohe Konzentration erreicht, womit es in den Claus—Öfen leichter verwertet werden kann.

e) Bei dieser Ausführungsform sind zwei Alternativen möglich, je nachdem ob der in der Expansionskammer E gebildete Wasserdampf vorzugsweise in der Hauptsache zur Erwärmung oder zur Vorregenerierung der in die Nebenkolonne I geleiteten, verbrauchten Lösung verwendet wird.

Bei der ersten Alternative wird die Absorption bei relativ niedrigen Temperaturen so durchgeführt, daß die Lösung anschließend in der Nebenkolonne S mittels des vorgenannten Wasserdampfs bei mindestens 90 bis 95⁰C erwärmt werden kann.· Dabei besteht der Vorteil, daß die bei herkömmlichen Reinigungscyclen üblichen Wärmeaustauscher zwischen der verbrauchten Lösung und der regenerierten Lösung teilweise oder vollständig entfallen.

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Bei der zweiten Alternative ist es zweckmäßig so zu verfahren, ; daß die Lösung so weit wie möglich in der Kolonne I vorregeneriert wird, d.h. so weit, bis ein COp-Sättigungsgrad oberhalb des kritischen Punkts in bezug auf die Regeneration in der Hauptkolonne P erreicht ist. Unter diesem "kritischen Punkt" ist der Punkt zu verstehen, der die notwendigerweise zuzuführende Wärmemenge bestimmt, um einen gewünschten Regenerationsgrad zu erreichen; vgl. hierzu die Ausführungen im Hauptpatent unter dem Abschnitt 2). Die vorliegende Ausführungsform bedient sich in diesem Fall der Beobachtung, daß durch die Vorregeneration der Lösung, bis der erwähnte kritische Punkt überschritten ist, die zum Erreichen des gewünschten Regenerationsgrads in der Hauptkolonne notwendige Wärmemenge deutlich abnimmt. In der Praxis wird dieses Ergebnis bei der COp-Absorption dann erreicht, wenn in der aus der Nebenkolonne ausströmenden, regenerierten Lösung das in Form von Hydrogencarbonat vorliegende Alkali, das als Hydrogencarbonat in der regenerierten Lösung in der Hauptkolonne vorliegende Alkali nicht um mehr als 20 Prozent übersteigt. Dies bedeutet, um es klarer auszudrücken, daß im Verhältnis zu einem COp-Sättigungsgrad der aus der Hauptkolonne P ausströmenden Lösung von 10, 20 oder 30 Prozent der GOp-Sättigungsgrad der vorregenerierten Lösung in der Kebenkolonne I nicht mehr als 30, 40 bzw. 50 Prozent betragen darf.

Wie aus Beispiel 4 noch deutlicher hervorgeht, werden durch die vorliegende Ausführungsform alle beiden erwähnten Vorteile erzielt, d.h. es entfällt nicht nur der erwähnte Wärmeaustauscher, sondern die Lösung wird besser regeneriert, als es der tatsäch-

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lichen Wärmezufuhr von außen entspricht.

f) In vielen praktischen Fällen ist es oft vorzuziehen, die vorliegende Ausführungsform zum Erzielen einer weiteren Abnahme des Wärmeverbrauchs anzuwenden. In diesen Fällen wird die Nebenkolonne I in Fig. 4 am Boden durch eine zusätzliche Nebenkolonne S vervollständigt. Der in der Kammer E gebildete Wasserdampf wird dem Boden der zusätzlichen Kolonne S (und nicht mehr dem Boden der Uebenkolonne I) zugeleitet. Dementsprechend wird ein Teil der in der Kolonne I vorregenerierten Lösung durch die Leitung "v" in die darunter liegende Kolonne S geleitet. Die Menge wird dabei so gesteuert, daß die Lösung bis zum Regenerationsgrad der aus der Hauptkolonne P strömenden Lösung regeneriert wird.

Die auf diese Weise im gleichen Umfang regenerierten und durch die Leitungen "c" bzw. "b" entnommenen Lösungen werden vereinigt und in den Absorber A geleitet.

Die in Fig. 4 abgebildete Ausführungsform kann zusätzlich zur Hinzufügung der Kolonne S noch modifiziert und verbessert werden, indem man sie mit den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 (einstufige Cyclen) und insbesondere gemäß Fig. 3 und Fig. 5 (zweistufige Cyclen) kombiniert. Bei allen diesen Verfahren ist es ausreichend, daß die verbrauchte Lösung vollständig durch die Leitung "y", punktiert eingezeichnet, in die Kolonne S geleitet und anschließend nach dem Durchlaufen dieser Kolonne teilweise durch die' Pumpe Nc und die Leitung "ic",in den Zeichnungen punktiert eingezeichnet, aufgenommen und zum Kolonnenkopf P zurückgebracht

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wird (in diesem Fall sollte die obere Zone dieser Kolonne entfallen) .

g) Eine beträchtliche Verbesserung der vorliegenden Ausführungsform erreicht man bei Verwendung des Ejektors (Strahlpumpe) E., der in Fig. 4 punktiert eingezeichnet ist.

Gemäß der I¹E-PS 2 020 586 wird die aus dem Absorber unter Druck austretende, verbrauchte lösung in diese Strahlpumpe geleitet, wobei ein Unterdruck erzeugt wird, der an die von der regenerierten Lösung durchströmte Kammer E^ angelegt wird, bevor diese Lösung dem Kühler C und dem Absorber A zugeleitet wird. Aufgrund des Unterdrucks entwickelt sich aus der Lösung Wasserdampf. Dieser Dampf wird durch die Strahlpumpe angesaugt und zum Erwärmen der verbrauchten Lösung verwertet. Die Wasserdampfentnahme wird durch die Tatsache, daß der Wasserdampf durch die Lösung, kondensiert wird, stark erleichtert.

5) Die unter diesem Abschnitt beschriebene Ausführungsform besteht darin, daß man die zu regenerierende, verbrauchte Lösung praktisch vollständig in die Hauptkolonne P leitet und an verschieden hohen Stellen der bei einem höheren Druck arbeitenden Hauptkolonne zwei oder mehr Fraktionen der Lösung mit einem unterschiedlichen CO„-Sättigungsgrad entnimmt und diese an verschieden hohen Stellen in die bei einem niedrigeren Druck arbeitende Nebenkolonne leitet. Der beim Expandieren der jeweiligen Fraktionen innerhalb der Kolonne gebildete Wasserdampf wird zur Regeneration der darüberliegenden Fraktionen mit einem

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höheren COp-^Sättigungsgrad verwendet« ^;

Fig. 5 betrifft einen zweistufigen Cyelus, der für die vorliegende Ausfiihrungsform am zweckmäßigsten ist. Dabei ist neben dem Absorber und der Hauptkolonne insbesondere auch die Nebenkolonne eine zweistufige Kolonne.

In Fig. 5 wird die zu regenerierende lösung in die Hauptkolonne P geleitet, wo der Druck gemäß den vorstehenden Ausführungen gesteuert wird. Die sogenannte regenerierte Fraktion, die durch die Leitung ^Ha₂" vom Boden der zweiten Stufe P₂ der Hauptkolonne kommt, wird as Kopf der Regenerationszone I₂ der Nebenkolonne eingespeist und durch den vom Aufkocher Rp (wo das Prozeßgas die Wärme freisetzt, die es im Aufkocher R₁ der Hauptkolonne nicht freisetzen könnte) entwickelten Dampf regeneriert. Die Lösung, deren Regenerationsgrad auf diese Weise verbessert ist, wird durch die Leitung ^Hd₂" mittels der Pumpe N₂ nach Kühlung im Kühler C„ dem Kopf der zweiten Stufe Ap des Absorbers zugeleitet.

Die sogenannte halbregenerierte Fraktion, die von der ersten Stufe P^ stammt, wird durch die Leitung "a^" in den Kopf der Zone I₁ der Nebenkolonne eingespeist, wo sie durch den aus der darunter liegenden Zone I_? kommenden Dampf regeneriert wird, d.h. durch den vom Aufkocher R₂ gebildeten Dampf und dem Dampf, der durch die darin expandierende, regenerierte Fraktion gebildet wird. Die Lösung wird anschließend am Boden der Zone entnommen und durch die Leitung "d.," mittels der Pumpe N..

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gegebenenfalls ,nach Kühlung im Kühler C. der ersten Stufe A- des Absorbers zugeleitet. Nach Verwertung in der Zone I- wird der Dampf in die darüberliegende, zusätzliche Nebenkolonne S geleitet, wo er zur Regeneration der fast verbrauchten Fraktion der Nebenlösung verwertet wird, die von der oberen Zone der Hauptkolonne P durch die Leitung "f" entnommen wird, wie vorstehend an Hand von Fig. 3 beschrieben wurde.

Es läßt sich feststellen, daß der thermische Wirkungsgrad der vorliegenden Ausführungsform mit steigender Anzahl an Lösungsfraktionen, die von der Hauptkolonne entnommen und in die Nebenkolonne geleitet werden, ansteigt. Für die praktische Durchführung wird die Entnahme von zwei Lösungsfraktionen beim einstufigen Cyclus und von drei Lösungsfraktionen beim zweistufigen Cyclus empfohlen. Der zweistufige Cyclus wird auch aus dem Grund bevorzugt, daß sich neben dem allgemein geringeren Wärmebedarf eines solchen Cyclus die erfindungsgemäße Senkung des Wäfxneverbrauchs ergibt.

6) Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Version der in Abschnitt 5 beschriebenen Ausführungsform mit zweistufigem Cyclus. Die Beschreibung dieser Version kann durch Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren abgekürzt werden. Zunächst ist zu beachten, daß die sogenannte regenerierte Lösungsfraktion, die von der zweiten Stufe P_? der Hauptkolonne durch die Leitung "a,," entnommen wird, in die Expansionskammer E geleitet wird, wo sie sieh unter Bildung von Wasserdampf ausdehnt. Anschließend wird sie in den Kühler C„ geleitet und schließlich mittels der Pumpe N

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in die zweite Stufe des Absorbers Ap. Der bei der Expansion gebildete Wasserdampf wird von der Kammer E zum Boden der Nebenkolonne I geleitet.

Der Nebenaufkocher Rp (in den vorhergehenden Figuren abgebildet) entfällt. Das vom Aufkocher R₁ am Boden der Hauptkolonne ausströmende Gasgemisch (mit 135 bis 145⁰C) wird direkt in den Absorber A geleitet, wo es die Absorptionslösung erwärmt.

h) Schließlich ist festzustellen, daß die sogenannte "halbregenerierte" Fraktion, die von der ersten Stufe P₁ der Hauptkolonne entnommen wird, nicht gemäß dem Verfahren von Fig. 3 in die Expansionskammer geleitet wird, sondern statt dessen durch die Leitungen "a-" und "a " in zwei Teile unterteilt wird, die direkt in die Nebenregenerationskolonne I an verschieden hohen Stellen eingespeist werden. Gemäß Fig. 6 wird die .durch die Leitung "a₂" zugeführte Lösung mit dem bei der Expansion der durch die Leitung "a-" zugeführten Lösung gebildeten Wasserdampf regeneriert. Ein höherer Wirkungsgrad läßt sich erreichen, indem man die Lösung in eine größere Anzahl von Fraktionen unterteilt. Der Wirkungsgrad dieser Ausführungsform ist sicher geringer als der der in Fig. 3 erläuterten Ausführungsform, bei der eine Expansionskammer verwendet wird. Jedoch hat die vorliegende Ausführungsform den Vorteil, daß·sie wesentlich weniger aufwendig ist.

Das an Hand von Fig. 6 erläuterte Expansionsverfahren für die halbregenerierte Lösung eines zweistufigen Cyclus kann selbst-

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verständlich auch für andere Fraktionen und andere Arten von Lösungen und auch für einen einstufigen Cyclus verwendet werden.

7) Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgeraäßen Verfahrens ist in Fig. 7 abgebildet. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, daß die Hauptkolonne P einen Teil ihrer Wärme an die Nebenkolonne S abgibt, und zwar mittels eines WasserdampfStroms, der an einer Stelle mittlerer Höhe (zwischen Kopf und Boden) der Hauptkolonne entnommen und einer Stelle mittlerer Höhe der Nebenkolonne zugeleitet wird, um die dort nach unten strömende Lösung zu regenerieren. Diese Ausführungsform wird auch als eine Modifikation der vorhergehenden Ausführungsformen verwendet, wenn es wünschenswert ist, zu vermeiden, daß die Lösung übermäßig hohe Temperaturen erreicht, z.B. Temperaturen, die aufgrund der chemischen Zusammensetzung des Füllmaterials nicht zulässig sind.

Die folgenden Beobachtungen, die bei der großtechnischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnen wurden, dienen zur Erläuterung der vorstehenden Ausführungen.

Die vom Absorber A kommende und heiß in den Kopf der Hauptkolonne P eingespeiste Lösung hat häufig trotz der entsprechenden Steigerung des Drucks der Säule eine Temperatur, die geringfügig über der Siedetemperatur entsprechend ihrem C0₂-Sättigungsgrad liegt. Deshalb neigt die Temperatur der Lösung während des Herunterströmens in der Hauptkolonne zu einer Abnahme und nimmt jedenfalls nicht zu, bis die Lösung regeneriert ist und einen

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COp-Sättigungsgrad erreicht hat, dessen Siedetemperatur der tatsächlichen Temperatur der Lösung entspricht.

Unter diesen Bedingungen ergibt sich in der oberen Zone Z der Regenerationskolonne eine COp-Desorption mit einem begrenzten Wärmeverbrauch, d.h. in der Praxis nur unter Verbrauch der Reaktionswärme. Dies ist der Grund, warum im Abschnitt 1), vgl. Fig. 1, die Nebenkolonne durch die Leitung "f" mit einer Lösungsfraktion, die der Hauptkolonne entnommen wird, nach der genannten oberen Zone Z beschickt wird.

Die in der Kolonne P nach unten strömende Lösung erfährt einen Temperaturanstieg und wird regeneriert, bis sie den kritischen Regenerationspunkt erreicht; vgl. die Ausführungen im Hauptpatent.

Der COp-Gehalt im desorbierenden Strom, der am Kopf der Kolonne sehr hoch ist, nimmt allmählich ab, bis er am Kolonnenboden gegen Null geht. Deshalb kann die Wasserdampfentnahme von der Hauptkolonne zweckmäßigerweise nur vor dem kritischen Punkt der Regeneration erfolgen, d.h. wenn der Wasserdampf bereits seine regenerative Funktion, entsprechend dem genannten kritischen Punkt, erreicht hat.

Infolgedessen ist es in der vorliegenden Ausführungsform zu empfehlen, daß an einer Stelle mittlerer Höhe (zwischen Kopf und Boden) der Hauptkolonne, d.h. in der Nähe des genannten kritischen Punkts, ein Wasserdampfstrom in der Menge, die zum Absenken der Temperatur der Lösung in der Kolonne als erforderlich

betrachtet wird, entnommen wird. Dieser Wasserdampf wird sodann durch die Leitung "g" der Nebenkolonne an einer Stelle mittlerer Höhe zugeleitet und zur Regeneration der dort nach unten strömenden Lösung verwertet.

In fig. 7 wird ebenso wie in den vorhergehenden Figuren die in der Hauptkolonne regenerierte Lösung aus dieser Kolonne entnommen und in der Kammer E expandiert. Der erhaltene Wasserdampf wird durch die Leitung "b" in die Nebenkolonne geleitet. Die .in der Nebenkolonne regenerierte Lösung und die in der Kammer E expandierte Lösung werden nach entsprechender Kühlung im Kühler C mittels der Pumpe N in den Absorber A geleitet.

Wie bereits erwähnt, kann diese Ausführungsform auch in den vorangehenden Ausführungsformen Anwendung finden, wenn es erwünscht ist, die Lösungsmenge und die Temperatur der Lösung in der Haupt kolonne P zu senken. Der von der Hauptkolonne entnommene Dampf wird entweder in die Nebenkolonne oder in die zusätzliche Nebenkolonne geleitet, je nachdem welche Maßnahmen vorgesehen sind.

8) Der zweistufige Gyclus wird ferner durch folgenden Kunstgriff wesentlich zweckmäßiger ausgestaltet. Dabei werden der bei der Expansion der von der Hauptkolonne entnommenen, regenerierten Lösungen gebildete Wasserdampf und die vom Nebenaufkocher gelieferte Wärme entweder getrennt oder gemeinsam zuerst zur Verbesserung der Regeneration der Fraktion der regenerierten Lösung, die dem Kopf der zweiten Stufe des Absorbers

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zugeleitet werden soll, und erst anschließend zur Regeneration der Lösung, die in die erste Stufe des Absorbers geleitet werden soll, verwendet.

9) Eine weitere, besondere Anwendungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der durch die Expansion der von der Hauptkolonne entnommenen Lösungen entwickelte Wasserdampf (und jedenfalls die darin enthaltene Wärme) zur Desorption des COp und/oder des BLS aus absorbierenden Lösungen, die in anderen und unterschiedlichen Reinigungsanlagen für COp, HpS und andere Verunreinigungen zirkulieren, verwendet wird. Andere Anwendungsmöglichkeiten sind solche, bei denen der vorgenannte Wasserdampf außerhalb der Reinigungsanlage, aus der er kommt, verwendet wird. Beispielsweise kann dieser Wasserdampf in einer Umwandlungsanlage für Kohlenmonoxid (CO), die bei niedrigem Druck arbeitet, oder in einer Reformier- oder Crackanlage für Methan oder andere Kohlenwasserstoffe, die bei niedrigem Druck arbeiten, verwendet werden. Diese Arbeitsweisen sind im Hauptpatent nicht ausdrücklich vorgesehen, beziehen sich aber insoweit auf dieses, als sie die Verwertung der Wärme betreffen, die nach dem Regenerationsverfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen werden kann.

Schließlich betrifft die Erfindung auch Verbesserungen, die im Hauptpatent bereits vorgeschlagen wurden und sich auf die . Anwendung von vermindertem Druck oder die Behandlung der aus der Hauptkolonne kommenden und in der Nebenkolonne oder in der zusätzlichen Nebenkolonne behandelten Lösungen mit Inertgasen beziehen. 6 0982 ο/0959

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Schließlich ist festzustellen, daß die hier beschriebenen Ausführungsformen in ähnlicher Weise,wie es im Hauptpatent erläutert ist» verbessert werden können, wenn man das Verfahren der S¹R-PS 2 014 591 anwendet. Gemäß dieser Druckschrift sind in der Absorptionskolonne zwei Zonen vorgesehen, d.h. eine obere Zone, die zur chemischen Absorption von C0„ und/oder H^S und anderen Verunreinigungen oder eines wichtigen Teils dieser G-ase dient, und eine untere Zone, die zur physikalischen Absorption der im zu reinigenden Gasgemisch enthaltenen Wärme dient. Dabei kann die untere Zone entweder eine Einheit mit der oberen Zone

bilden oder sie kann getrennt von dieser ausgebildet sein. Sodann wird eine (kältere) Fraktion der Absorptionslösung von der oberen Zone entnommen und in die TsTebenregenerationskolonne geleitet. Schließlich wird die erhaltene (wärmere) Fraktion der Lösung aus der unteren Zone des Absorbers entnommen und in die Hauptregenerationskolonne geleitet.

Auf diese Weise wird die chemische Absorption in der oberen Zone

des Absorbers bei einer relativ niedrigen Temperatur erreicht, wodurch sowohl der Absorptionswirkungsgrad als auch die Aufnahme (pick-up) der absorbierenden Lösung verbessert wird. Gleichzeitig wird die im zu reinigenden Gasgemisch enthaltene Wärme in der aus der unteren Zone des Absorbers entnommenen Lösung konzentriert und in der Hauptregenerationskolonne in vollständigerer Weise verwertet, entsprechend dem grundlegenden Konzept der vorliegenden Erfindung.

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Die in Pig. 2 abgebildete Ausführungsform wurde bereits durch die fünf Beispiele gemäß Tabelle I erläutert.

Ferner wird die Erfindung durch weitere Beispiele erläutert. Dabei wird die gleiche Kapazität (151 000 NmVstd.)» der gleiche Arbeitsdruck (28 ata) und der gleiche Anfangsgehalt an CO₂ (18$) und schließlich die gleiche Wärmezufuhr (720 bis 740 Kcal/Nm⁵ CO₂ verwendet. Der letzte Wert könnte auch beträchtlich gesenkt werden (auf 550 bis 580 Keal/lTm⁵ CO₂). Er wurde jedoch auf 720 bis 740 festgesetzt, was in der Praxis einen Wärmeverbrauch darstellt, bei dem auch zusätzliche Wärmemengen für andere Zwecke, beispielsweise zum Vorerwärmen des in den Kocher eingespeisten Wassers, berücksichtigt werden.

Da die vorgenannten Bedingungen in den einzelnen Beispielen gleich sind, ergibt sich aus diesen Beispielen, inwieweit der Regenerationsgrad der Lösungen gemäß den verschiedenen Alternativen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert werden kann.

Die folgenden Beispiele beziehen sich auf eine Kaliumcarbonatlösung mit 250 g/Liter KpO und 50 g/Liter Glycin.

Beispieli

In einem einstufigen Reinigungscyclus gemäß Pig. 1 wird Prozeßgas (151 000 ITmVstd; 28 ata; 18?£ CO₂) bei 166⁰C in den ersten Aufkocher (in der Hauptkolonne) geleitet, wo es 13 900 000 Kcal/ Std. freisetzt. Das Gas strömt mit einer Temperatur von 141⁰C aus

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und gelangt in den zweiten Aufkocher (in der Nebenkolonne), wo es 6 100 000 Kcal/Std. freisetzt. Von hier tritt es mit einer Temperatur von 12O⁰C aus und gelangt bei dieser Temperatur in den Absorber. Die Lösung strömt aus dem Absorber mit einer Temperatur von 108 C. Die Durchfluß leistung der Lösung mit 250 g/ Liter KpO und 50 g/Liter Glycin beträgt 1040 mVstd. Diese Lösung wird in die Hauptregenerationskolonne geleitet und nach Durchlaufen eines kleinen Teils dieser Kolonne in eine Fraktion von 572 m /Std. die in der Kolonne nach unten strömt (Hauptfraktion) und eine Fraktion von 468 m /Std., die in die zusätzliche Nebenkolonne geleitet wird (Nebenfraktion), unterteilt.

Der Druck in der Hauptkolonne beträgt 1,53 ata am Kolonnenkopf, so daß entsprechend zur Lösungstemperatur von 108⁰C die das CO₂ und/oder das H„S als "flashing"- und auch als "stripping"-Wasserdampf begleitende Wasserdampfmenge auf 0,6 kg HpO/Nm C0„ vermindert wird.

Wie aus dem Hauptpatent bekannt ist, weist die Lösung am Boden der Hauptkolonne eine Temperatur von 117,5 C (Druck 1,70 ata) und einen COp-Sättigungsgrad von 33 Prozent auf. Die Lösung expandiert in der Expansionskammer auf etwa 1 ata, kühlt auf 108⁰C ab und entwickelt 9 350 kg Wasserdampf/Std. Anschließend wird die Lösung in die Nebenkolonne geleitet, wo sie sowohl durch den aus der Expansionskaaimer als auch den aus dem Nebenauf kocher (11 300 kg/Std.) kommenden Wasserdampf (insgesamt

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20 65O kg/Std.) regeneriert wird.

Die verbrauchte Nebenfraktion, die vom oberen Teil der Hauptkolonne in einer Menge von 4-68 m /Std. kommt, wird in zwei an verschieden hohen Stellen der zusätzlichen Nebenkolonne zugegebene Teile unterteilt (so daß der obere Teil mit dem bei der Expansion des unteren Teils gebildeten Wasserdampf behandelt wird), wo sie mit dem aus der ITebenkolonne kommenden Dampf behandelt und anschließend in die Nebenkolonne geleitet wird.

Die Nebenfraktion wird am Boden der zusätzlichen Nebenkolonne auf einen Regenerationsgrad'von 35,5 Prozent regeneriert. Die vereinigte Haupt- und Nebenfraktion weist am Boden der Nebenkolonne einen Regenerationsgrad von 29 Prozent auf.

Es ergibt sich also eine Verbesserung des Regenerationsgrads der Hauptkolonne von 33 auf 29 Prozent. Die Nebenfraktion wird ebenfalls auf den gleichen Wert regeneriert.

Beispiel2

Dieses Beispiel unterscheidet sieh von Beispiel 1 dadurch, daß der Nebenaufkocher entfällt und durch einen Erhitzer am Kopf der Hauptkolonne ersetzt wird.

Die thermischen Bedingungen sind folgendermaßen: Das Prozeßgas tritt in den Hauptaufkocher mit einer Temperatur von 165°G ein und setzt 15 675 000 Kcal/Std. frei. Es tritt mit einer Temperatur von 136 0 aus und gelangt in den vorgenannten Erhitzer, wo

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es 4 200 000 Kcal/Std. freisetzt und die Hauptfraktion am Absorberauslaß von 108⁰C auf 115⁰C erwärmt. Die Lösung wird in eine Hauptfraktion von 645 m /Std. und eine Nebenfraktion von 395 mVstd. unterteilt. .

Der Druck in der Hauptkolonne wird auf 1,90 ata am Kopf und 2,05 ata am Boden, wo die Siedetemperatur 124,5 C beträgt, eingestellt.

Bei der Expansion der regenerierten Fraktion wird Wasserdampf in einer Menge von 18 630 kg/Std. entwickelt. Der Regenerationsgrad der Hauptfraktion am Auslaß der Hauptkolonne beträgt 33 Prozent. Der Regenerationsgrad der vereinigten Haupt- und Nebenfraktion am Auslaß der Nebenkolonne beträgt 30 Prozent. Der Regenerationsgrad der Nebenfraktion am Auslaß der zusätzlichen Nebenkolonne beträgt 35,5 Prozent.

Beispiel3

In einem zweistufigen Reinigungseyelus gemäß Fig. 3 gelangt Prozeßgas (151 000 Ifar/StcL; 28 ata} 18 Prozent CO₂) mit einer Temperatur von 166⁰C in den ersten Aufkocher, wo 13 900 000 Kcal/Std. freigesetzt werden. Das Gas strömt mit einer Temperatur von 141⁰C aus und gelangt in den zweiten Aufkocher, wo 6 100 000 Kcal/Std. freigesetzt werden. Von hier strömt es mit einer Temperatur von 12O⁰C aus und gelangt bei dieser Temperatur in die erste Stufe des Absorbers. Vom Absorber strömt es mit einer Temperatur von 108 C aus. Die Durchflußleistung der

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250 g/Liter HpO und 50 g/Liter Glycin enthaltenden Lösung beträgt 1040 m /Std. Die Lösung wird in die Hauptkolonne geleitet und nach Durchlaufen eines kurzen Stücks dieser Kolonne in eine Hauptfraktion von 572 m /Std. und eine ETebenfraktion von 468 nr/Std. unterteilt.

Der Druck wird auf 1,55 ata am Kolonnenkopf eingestellt. Wie in Beispiel 1 wird auf diese Weise die Menge des "flashing"-und "stripping"-Wasserdampfs auf 0,6 kg Wasserdampf/m GOp verringert.

Die regenerierte Fraktion der Lösung am Boden der zweiten Stufe der Hauptkolonne weist eine Temperatur von 119 C, eine Durchflußleistung von 260 m /Std. und einen Regeneratxonsgrad von 23,5 Prozent auf. Sie expandiert in der entsprechenden Expansionskammer, kühlt auf 108⁰C ab und entwickelt 4 937 kg Wasserdampf/Std.

Die halbregenerierte Fraktion der Lösung weist am Boden der ersten Stufe der Hauptkolonne eine Temperatur von 116,2⁰C, eine Durchflußleistung von 312 m /Std. und einen Regenerationsgrad von 40,9 Prozent auf. Sie expandiert in der entsprechenden Expansionskammer, kühlt auf 108⁰C ab und bildet 4 417 kg Wasserdampf /Std.

Außerdem wird eine weitere Wasserdampfmenge von 11 296 kg/Std. durch den zweiten Aufkocher gebildet.

Die vorgenannten drei Wasserdampfmsngen (insgesamt 20 650 kg/Std.)

strömen entlang der unteren Zone der Nebenkolonne, wobei sie die regenerierte Fraktion regenerieren, anschließend entlang der oberen Zone der genannten Kolonne und schließlich entlang der zusätzlichen Nebenkolonne, wobei sie gemäß Fig. 3 die halbregenerierte Fraktion und die Febenfraktion regenerieren.

Folgende Regenerationsgrade werden erreicht: Regenerierte Fraktion am Auslaß der zweiten Stufe der Hauptkolonne 23,5 Prozent; regenerierte Fraktion am Auslaß der Nebenkolonne 16 Prozent; halbregenerierte Fraktion am Auslaß der ersten Stufe der Hauptkolonne 40,9 Prozent; Nebenfraktion am Auslaß der zusätzlichen Nebenkolonne 37 Prozent; vereinigte halbregenerierte und Nebenfraktion am Boden der oberen Zone der Nebenkolonne 31,5 Prozent.

Schließlich ergibt sich neben einer beachtlichen Verminderung der Wärmezufuhr im vorliegenden Beispiel eine deutliche Verbesserung des Regenerationsgrads der Lösungen (insbesondere der halbregenerierten Lösung). Dieses Ergebnis bedeutet eine bessere Reinigung des Gases am Absorptionsäuslaß und/oder eine deutliche Verminderung der G-röße der Absorptionseinrichtung.

Beispiel 4

Dieses Beispiel unterscheidet sich von den vorangehenden Beispielen darin, daß die verbrauchte Nebenfraktion, die in den vorangehenden Beispielen nach dem Durchlaufen der zusätzlichen Nebenkolonne in die Nebenkolonne geleitet werden, statt dessen mittels einer Pumpe zum Kopf der Hauptkolonne zurückgeleitet v/erden.

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Dieses Beispiel betrifft einen einstufigen Reinigungscyclus, bei dem der Absorber bei niedrigen Temperaturen (63 bis 82,5 C) arbeitet und bei dem dank der erfindungsgemäßen Maßnahmen der übliche Wärmeaustauscher zwischen der regenerierten und der verbrauchten Lösung entfällt.

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Proseßgas (151 OOOMir/Std; 28 ata; 18 Prozent GOp) wird bei einer Temperatur von 181,5°C in den Hauptaufkocher in der Hauptkolonne geleitet, wo 32 800 000 Kcal/Std. freigesetzt werden. Das Gas strömt mit einer Temperatur von 136⁰G aus und gelangt sodann in den zweiten Aufkocher der Nebenkolonne, wo 4 200 000 Kcal/Std. freigesetzt werden. Hier strömt das Gas mit einer Temperatur von 120 C aus und wird anschließend in die Absorptionskolonne geleitet.

Aus dieser Kolonne werden 845 m /Std. verbrauchte Lösung mit einer Temperatur von 82,5 C entnommen und in ihrer Gesamtmenge in die zusätzliche Nebenkolonne geleitet. Dort wird die Lösung durch den von der Nebenkolonne kommenden Dampf erwärmt und vorregeneriert. Anschließend wird die Lösung mittels einer Pumpe vom Boden der zusätzlichen Nebenkolonne zum Kopf der Hauptkolonne geleitet. Die Temperatur beträgt etwa 100⁰C.

Der Druck in dieser Kolonne wird auf 1,85 ata eingestellt. Am Boden der Kolonne weist die Lösung eine Temperatur von 121⁰G und einen CO^-Sättigungsgrad von 27 Prozent auf. Anschließend expandiert die Lösung in der entsprechenden Expansionskammer kühlt

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auf 108⁰G ab und entwickelt 17 400 kg Wasserdampf/Std., die zum Boden der Nebenkolonne geleitet werden. Aus dem Nebenaufkocher am Boden der Nebenkolonne werden 7 780 kg Wasserdampf/ Std. entwickelt, die zusammen mit dem durch die Expansion gebildeten Wasserdampf die Regeneration bis zu einem COp-Sättigungsgrad τοπ 22,5 Prozent vervollständigen. Anschließend wird die Lösung auf etwa 63°C gekühlt und in den Absorber geleitet. Von dort strömt sie mit einer Temperatur von 82,5⁰C aus, wobei sie durch die Reaktionswärme und durch die vom heißen Gas (12O⁰C) freigesetzte Wärme auf diese Temperatur erwärmt wird.

Im vorliegenden Beispiel entfällt der Wärmeaustauscher zwischen der verbrauchten und der regenerierten Lösung. Die Wärmezufuhr ist die übliche Wärmezufuhr, entsprechend einer Einheitsbeladung von 32 vol C0p/vol Lösung, wobei unter Anwendung des Verfahrens des Hauptpatents ein Regenerationsgrad von 27 Prozent zu. erreichen wäre, entsprechend einer Wärmezufuhr von 37 800 Kcal/m Lösung. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Regenerationsgrad bis auf 22,5 Prozent verbessert wird.

Wie in den vorhergehenden Beispielen wird eine Lösung mit einem Gehalt von 250 g/Liter K„0 und 50 g/Liter Glycin ver- " wendet.

Bei Verwendung der Strahlpumpe Ej gemäß Pig. 4 ermöglicht die aus der regenerierten Lösung (bei 108⁰C) durch diese Strahlpumpe

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gewonnene Wärme die Absorption bei noch niedrigeren Temperaturen. Die Temperatur der Terbrauchten, aus dem Absorber kommenden lösung kann auf 65 bis 7O⁰C abnehmen, anstelle von 82,5⁰C.

Claims (1)

1. _ 46 Patentansprüche

   1. Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von gasförmigen, sauer reagierenden Verunreinigungen, wie CO₂, HpS, HCN oder SO aus Gasgemischen in einer bei Temperaturen von 40 bis 135 C durchgeführten Absorptionsstufe, bei der das Gasgemisch mit einer alkalischen Absorptionslösung aus der Gruppe von Alkalimetallcarbonatlösungen, gegebenenfalls aktiviert durch Zusatz von Glycin oder anderen Aminosäuren, Äthanolaminen oder AspO,, Aminosäurelösungen, Äthanolaminlösungen, Alkalimetallphosphatlösungen, Sulfitlösungen und Boratlösungen in Kontakt gebracht wird, und in einer Regenerationsstufe, bei der die verbrauchte Absorptionslösung durch Abstreifen und Ausstoßen der vorher absorbierten Verunreinigungen regeneriert wird, wobei die Absorptionsstufe zwei Kolonnen, nämlich eine Haupt- und ^ eine Nebenkolonne, umfaßt, von denen die Hauptkolonne bei einem höheren Druck durch äußere Wärmezufuhr und die Nebenkolonne bei einem niedrigeren Druck im wesentlichen durch den bei der Expansion der in der Hauptkolonne regenerierten Lösung erhaltenen Wasserdampf betrieben werden, und wobei der Druck in der Hauptkolonne so gesteuert wird, daß der überschüssige, dort ausströmende Wasserdampf gewonnen wird, nach Hauptpatent (P 24 07 405), dadurch gekennzeich net, daß man die zu regenerierende, verbrauchte Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge zuerst in eine der beiden Regeneration3kolonnen, wo sie unvollständig regeneriert wird, und anschließend in die andere Kolonne leitet, wo die Regene-

   60982 5/035 9

   ration vervollständigt wird.

   2. Verfahren nach' Anspruch 1, dadurch gekennzeic hnet, daß man den Druck in der Hauptregenerationskolonne so steuert, daß sich zwischen dem Kopf und dem Boden dieser Kolonne ein Temperaturunterschied von 10 bis 45 G einstellt, je nach der in diese Kolonne von außen zugeführten Wärmemenge.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck in der Hauptregenerationskolonne so steuert, daß die vom Kopf dieser Kolonne ausströmende Wasserdampfmenge nicht mehr als 1,5 bis 3mal so groß als die Menge ist, die den am Kopf dieser Kolonne herrschenden. G-Ieichgewichtsbedingungen entspricht.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) die verbrauchte, zu regenerierende Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die Hauptkolonne leitet und dort unvollständig regeneriert,

   b) die Lösung anschließend in eine Expansionskammer leitet, und dort unter Bildung von'Wasserdampf expandiert,

   c) die Lösung nach der Expansion dem Kopf. der Nebenkolonne und den durch die Expansion gebildeten Wasserdampf dem Boden dieser Nebenkolonne zuleitet, wobei die Regeneration in der Nebenkolonne vervollständigt wird,

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   d) die auf diese Weise regenerierte Lösung aus der Nebenkolonne entnimmt und in die Absorptionsstufe leitet und

   e) den aus der Nebenkolonne ausströmenden Wasserdampf zusammen mit den durch diesen Wasserdampf desorbierten Verunreinigungen aus dem Reinigungscyclus entfernt.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, da.durch gekennzeichnet, daß man

   a) die Regenerationsstufe so durchführt, daß neben der Hauptkolonne und der Nebenkolonne außerdem eine zusätzliche Nebenkolonne vorhanden ist,

   b) den aus der Nebenkolonne ausströmenden Wasserdampf in die zusätzliche Nebenkolonne leitet,

   c) eine Fraktion der Lösung aus der oberen Zone der Hauptkolonne entnimmt, diese in die zusätzliche Nebenkolonne leitet und dort durch den aus der Nebenkolonne ausströmenden Wasserdampf von b) regeneriert

   d) die Menge der Fraktion der Lösung von c) so steuert, daß diese Lösung auf den Regenerationsgrad der am Boden der Hauptkolonne ausströmenden Lösung regeneriert wird und

   e) diese Fraktion der Lösung von c) und die am Boden der Hauptkolonne ausströmende Lösung vereinigt und zusammen in der Nebenkolonne regeneriert, von wo sie entnommen und in die Absorptionsstufe geleitet werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennz e i c h η·β t, daß man

   a) den Reinigungscyclus zweistufig durchführt und eine zweistufige

   60982 ^r. /0959

   Absorptionskolonne, eine zweistufige Hauptregenerationskolonne und eine zweistufige liebenregenerationskolonne vorsieht ,

   b) die verbrauchte, zu regenerierende Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die Hauptregenerationskolonne leitet, von der ersten Stufe dieser Kolonne eine Lösungsfraktion entnimmt, diese Fraktion in einer Expansionskammer unter Bildung von Wasserdampf expandiert und anschließend in die erste Stufe der Febenregenerationskolonne leitet, von wo sie entnommen und in die erste Stufe der Absorptionskolonne geleitet wird,

   c) die restliche, in die Hauptregenerationskolonne geleitete Fraktion der Lösung aus der zweiten Stufe dieser Kolonne entnimmt, in einer weiteren Expansionskammer unter Bildung von Wasserdampf expandiert und anschließend in die zweite Stufe der liebenregenerationskolonne leitet, von wo sie entnommen und in die zweite Stufe der Absorptionskolonne geleitet wird, und

   d) den in den beiden Expansionskammern gemäß b) und c) gebildeten Wasserdampf zum Boden der liebenregenerationskolonne leitet, von wo sie die beiden Stufen dieser Kolonne durchlaufen und schließlich aus dem Reinigungscyclus entfernt werden.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch geken nzeichnet, daß man

   a) die Regenerationsstufe so durchführt, daß sie neben der zweistufigen Hauptkolonne und der zweistufigen Hebenkolonne außerdem eine einstufige zusätzliche Nebenkolonne aufweist,

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   b) den vom Kopf der Nebenkolonne ausströmenden Wasserdampf in die zusätzliche Nebenkolonne leitet,

   c) eine Fraktion der Lösung vom oberen Teil der ersten Stufe der Hauptkolonne entnimmt, in die zusätzliche Nebenkolonne leitet und dort mit dem aus der Nebenkolonne ausströmenden Dampf gemäß b) regeneriert,

   d) die Menge der Fraktion der Lösung gemäß c) so steuert, daß die letztgenannte Lösung auf den Regenerationsgrad der vom Boden der ersten Stufe der Hauptregenerationskolonne regeneriert wird, und

   e) die Fraktion der Lösung gemäß c) und die von der ersten Stufe der Hauptkolonne ausströmende Lösung vereinigt und zusammen in der ersten Stufe der Nebenkolonne regeneriert, von wo die vereinigte Lösung entnommen und in die erste Stufe der Absorptionskolonne geleitet wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) die zu regenerierende, verbrauchte Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die Nebenregenerationskolonne leitet und dort erwärmt und vorregeneriert,

   b) die Lösung anschließend in die Hauptregenerationskolonne pumpt, wo die Regeneration mittels äußerer Wärme vervollständigt wird,

   c) die Lösung gemäß b) nach der Regeneration in eine Expansionskammer leitet, wo sie auf den Druck der Nebenkolonne expandiert wird, wobei Wasserdampf gebildet wird,

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   d) den durch diese Expansion gebildeten Wasserdampf in die Nebenkolonne leitet und in Kontakt mit der Lösung gemäß a) bringt, und

   e) die Lösung nach der Regeneration gemäß b) und der Expansion gemäß c) in die Absorptionsstufe leitet.

   9· "Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) die Regenerationsstufe so durchführt, daß sie neben der Haupt- und Nebenkolonne außerdem eine zusätzliche Nebenkolonne aufweist,

   b) den durch die Expansion der regenerierten, aus der Hauptkolonne entnommenen Lösung gebildeten Dampf zuerst zur zusätzlichen Nebenkolonne und anschließend in die Nebenkolonne leitet,

   c) die verbrauchte, zu regenerierende, im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die Nebenregenerationskolonne geleitete Lösung von dort entnimmt und in zwei Fraktionen teilt, wovon die erste in die Hauptkolonne gepumpt wird und die zweite in die zusätzliche Nebenkolonne geleitet und dort durch den Wasserdampf gemäß b) regeneriert wird,

   d) die Menge der Lösungsfraktion, die von der Nebenkolonne in die zusätzliche Nebenkolonne geleitet wird, so steuert, daß sie bis zum Regenerationsgrad der vom Boden der Hauptkolonne ausströmenden Lösung regeneriert wird, und

   e) die regenerierte, von der zusätzlichen Nebenkolonne entnommene Lösung und die regenerierte, von der Hauptkolonne entnommene Lösung vereinigt und in die Absorptionskolonne leitet.

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   1 bis

   10. Verfahren nach Anspruch/3, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) die verbrauchte, zu regenerierende Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die unter äußerer Wärmezufuhr arbeitende Hauptregenerationskolonne leitet und dort unvollständig regeneriert,

   b) mindestens zwei Fraktionen mit verschiedenem COp-Sättigungsgrad an verschieden hohen Stellen der Hauptkolonne entnimmt,

   c) diese Fraktionen der Lösung an verschieden hohen Stellen in die Nebenkolonne einspeist und dort unter Bildung von Wasserdampf expandiert, wobei der auf diese Weise gebildete Wasserdampf zur Regeneration der darüberliegenden Lösungsfraktionen dient, die in größerer Höhe eingespeist worden sind und einen höheren COp-Sättigungsgrad aufweisen und

   d) die auf diese Weise in der Nebenregenerationskolonne unvollständig regenerierten Lösungsfraktionen entnimmt und in die Absorptionskolonne leitet.

   11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) eine zweistufige Absorptionskolonne verwendet, eine Hauptregenerationskolonne verwendet, die zur Entnahme von mindestens drei Lösungsfraktionen an verschieden hohen Stellen ausgerüstet ist und eine Nebenregenerationskolonne verwendet, die zwei Stufen, nämlich eine untere und eine obere Stufe, aufweist,

   b) die verbrauchte, zu regenerierende Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die Hauptkolonne leitet,

   ' 6 0 ^c 3 ? "^; / η 9 5 9

   c) mindestens drei Fraktionen mit unterschiedlichem CO₂-Sättigungsgrad an verschieden hohen Stellen der Hauptkolonne entnimmt,

   d) eine Fraktion der Lösung vom Boden der Hauptkolonne entnimmt und in die untere Stufe der Nebenkolonne, leitet, wo sie expandiert, Dampf bildet, vollständig regeneriert wird und von dort entnommen und dem Kopf der zweiten Stufe der Absorptionskolonne zugeleitet wird, wobei der bei dieser Expansion gebildete und von der unteren Stufe austretende Wasserdampf in die obere Stufe der Nebenkolonne geleitet wird,

   e) die anderen Lösungsfraktionen an zwischen Kopf und Boden (mittlere Höhen) der Hauptkolonne liegenden Stellen entnimmt, verschieden hohen Stellen der oberen Stufe der Nebenregenerationskolonne zuleitet und unter Bildung von Wasserdampf expandiert, wobei der Wasserdampf zusammen mit dem von der unteren Stufe der Nebenkolonne kommenden Wasserdampf .die auf höherem Niveau eingespeisten Lösungsfraktionen regeneriert und

   f) die Lösungsfraktion gemäß e), deren Regeneration in der oberen Stufe der Nebenkolonne verbessert worden ist, anschließend aus dieser Kolonne entnimmt und in die erste Stufe der Absorptionskolonne leitet.

   12. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die verbrauchte, von der Absorptionsstufe kommende Lösung im wesentlichen in ihrer Gesamtmenge in die zusätzliche Nebenkolonne leitet und diese Lösung nach dem

   r. c c

   Durchlaufen der Kolonne zum Kopf der Hauptregenerationskolonne pumpt.

   13. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7 und 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Hauptregenerationskolonne entnommenen Lösungsfraktionen direkt in die Nebenkolonne leitet, in mindestens zwei Unterfraktionen teilt und an verschieden hohen Stellen in die Uebenkolonne einspeist.

   14. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7 und 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) eine Absorptionskolonne verwendet, die zwei Zonen aufweist, · nämlich eine obere und eine untere Zone, wobei die obere Zone zur chemischen Absorption von praktisch der gesamten Menge des 00« und/oder ^S und anderer Verunreinigungen dient, während die untere Zone zur physikalischen Absorption der im.zu reinigenden Gasgemisch enthaltenen Wärme dient,

   b) einen Teil der in die Absorptionskolonne eingespeisten.Lösung vom Boden der oberen Absorptionszone entnimmt und in die Nebenregenerationskolonne leitet und

   c) den restlichen Teil der Absorptionslösung vom Boden dieser unteren Zone zur physikalischen Absorption der Wärme entnimmt und in die Hauptregenerationskolonne leitet.

   15. Verfahren nach Anspruch Η, dadurch .gekennzeichnet, daß man den Teil der Lösung, der von der oberen Zone zur chemischen Absorption entnommen worden ist, zum Kopf

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   der' Hauptregenerationskolonne leitet und den Teil der Lösung, die von der unteren Zone zur physikalischen Absorption entnommen worden ist', in die gleiche Hauptregenerationskolonne auf einer mittleren Höhe einleitet.

   16. Verfahren nach Anspruch 6, 7, 11, 13, H und 15, dadurch gekennz e i ohne t, daß man den Reinigungscyclus zweistufig durchführt und den bei der Expansion der regenerierten, von der Hauptkolonne entnommenen Lösung gebildeten Wasserdampf zuerst zur Vervollständigung der Regeneration der in die zweite Stufe des Absorbers zu leitenden Lösungsfraktion und anschließend zur Regeneration der in die erste Stufe des Absorbers zu leitenden Lösungsfraktion verwendet.

   17· Verfahren nach Anspruch 6, 7, 11, 13, H und 15, dadurch gekennzeichnet, daß man den Reinigungsoyclus zweistufig durchführt und den vom Nebenaufkocher kommenden Wasserdampf zuerst zur Vervollständigung der Regeneration der in die zweite Stufe des Absorbers zu leitenden Lösungsfraktion und anschließend zur Regeneration der in die erste Stufe des Absorbers zu leitenden Lösungsfraktion verwendet.

   18. Verfahren nach Anspruch 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man den vom Kopf der.Nebenregenerationskolonne ausströmenden Dampf in direkten Kontakt mit dem in den Aufkocher eingespeisten Wasser bringt, kondensiert und damit das Wasser erwärmt.

   ' 6 0 9 H ? / η 9 S 9