DE3314381A1

DE3314381A1 - Verfahren zum abtrennen von co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) aus rauchgasen

Info

Publication number: DE3314381A1
Application number: DE19833314381
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. 8022 Grünwald Linde
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1984-10-25
Also published as: US4528002A; CA1217034A

Description

^:'T'^:..^:-..^: 33U381

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(H 1390) H 83/025

Sti/bd 20.4.1983 10

Verfahren zum Abtrennen von CO₂ aus Rauchgasen

■J5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von CO₂ aus Rauchgasen durch Wäsche mit einem physikalisch wirkenden Waschmittel, das nach Aufnahme des CO₂ regeneriert und in die Wäsche zurückgeführt wird.

Zur CO₂-Gewinnung aus Gasgemischen sind mehrere Verfahren bekannt. Als wesentliche Verfahren haben sich chemische und physikalische Wäschen sowie adsorptive Trennverfahren ausgezeichnet. Als chemische Wäschen seien dabei beispielsweise die NH₃- oder MEA-Wäsche erwähnt, während als physikalische Wäsche die bei tiefen Temperaturen durchgeführte Methanolwäsche Beachtung findet. Die adsorptive Entfernung von CO₂ aus Gasgemischen kann mit Hilfe von Aktivkohle oder eines Molsiebes durchgeführt werden..Als weitere Möglichkeit zur CO₃-Abtrennung aus Gasgemischen sei auf das Regeneratorverfahren mit Vakuumabsaugung hingewiesen.

Die bekannten Verfahren weisen alle Nachteile auf. So besitzen die chemischen Wäschen einen sehr hohen Wärmebedarf für die Regenerierung in Form von z.B. Niederdruckdampf

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(ri2,5 bar) und liefern zunächst ein wassergesättigtes Gas, daß vor weiterer Verdichtung (im allgemeinen auf 140 bar) wegen Korrosionsgefahr getrocknet werden muß. Eine physikalische Wäsche mit Methanol als Absorptionsmittel kommt · wegen dessen hohen Dampfdruckes, der einen sehr hohen Waschmittelverlust verursacht, nicht in Frage. Man müßte hier entweder das drucklose Rauchgas auf hohe Drücke verdichten oder bei äußerst tiefen Temperaturen arbeiten, um den Methanolverlust in wirtschaftlichen Grenzen zu halten. Beides kostet aber zuviel Energieaufwand. Mit dem Regeneratorverfahren schließlich wird ein Gas geliefert, das einen zu hohen Anteil an N₂ hat, der nachträglich mit großem Aufwand abgetrennt werden müßte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die aufgezeigten Mängel beseitigt werden und ein CO₂-PrO-dukt mit möglichst hoher Reinheit anfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Waschmittel Dimethylformamid verwendet wird.

Dimethylformamid (DMF) hat sich zur Abtrennung von CO₂ aus Rauchgasen als geeignet erwiesen. Der Dampfdruck dieses Waschmittels liegt um 2 Zehnerpotenzen niedriger als der von Methanol, es hat aber praktisch genau die gleich hohe Löslichkeit für CO _ wie dieses. Dabei bietet die Verwendung von DMF als Waschmittel den Vorteil einer Senkung der Betriebsmittelkosten bei zumindest nicht höheren Investitionskosten. Überdies ist eine Trocknung des abgetrennten CO₂, wie dies beispielsweise bei chemischen Wäschen erforderlich ist, nicht notwendig, da das Produkt absolut trocken gewonnen wird. Ein weiterer Vorteil bei Verwendung von DMF besteht darin, daß Rauchgase mit beliebigem Schwefelgehalt verarbeitet werden können, ohne daß irgendwelche

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Störungen des Waschprozesses oder Verunreinigungen des Produktes auftreten. Der Grund hierfür ist, daß DMF eine extrem hohe Löslichkeit für SO₂ bei gleichzeitig sehr hoher Selektivität besitzt. Im Rauchgas enthaltenes SO₂ kann durch Regenerieren eines minimalen Teilstromes an DMF ausgeschleust werden.

Das Waschverfahren unter Verwendung von DMF wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bei einem Druck von 1,5 bis 3 bar und einer Temperatur von -30 bis -60 ⁰C durchgeführt. Damit braucht das meist drucklos vorliegende Rauchgas nur auf mäßig hohen Druck verdichtet zu werden.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß das Waschmittel zur Regenerierung entspannt und angewärmt wird. Dabei wird"die Regenerierung vorteilhaft unter Vakuum, speziell bei einem Druck von 0,05 bis 0,3 bar, und bei einer Temperatur zwischen -60 und -10 ⁰C durchgeführt. Mit dieser Verfahrensführung kann eine Produktreinheit des CO₂ von bis zu 99 Vo1t% erreicht werden.

Das bei der Regenerierung freiwerdende CO₂ wird sodann in mehreren Schritten verdichtet, zweckmäßigerweise auf insgesamt etwa 140 bar. Dabei ist nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß das beladene Waschmittel im Wärmetausch zu einem Teilstrom des auf einem Mitteldruck befindlichen Produkt-CO₂ angewärmt wird, daß das beladene Mitteldruck-CO₂ dabei verflüssigt und nach Entspannung verdampft und abgegeben wird. Insbesondere kann das CO₂ in einer in der Waschsäule eingebauten Kühlschlange verdampft werden, wodurch die bei der CO₂-Absorption im Waschmittel freiwerdende Lösungswärme abgeführt wird. Die Produktabsaugung unter Vakuum und der Mitteldruck-COjj-Hilfskreislauf lassen sich dabei problemlos in das notwendige CO^Verdich-r tungssystem integrieren.

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Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Rein-CO₂ kann insbesondere zur Einblasung in Erdöllagerstätten verwendet werden.

S Im folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Über Leitung 1 wird druckloses Rauchgas mit etwa 13,5 Vol-% CO2 herangeführt und in einem Verdichter 2 auf 2,4 bar verdichtet. Das Rauchgas liegt mit einer Temperatur von 130 bis 150 ⁰C vor. In einem Regeneratorsystem 3 wird es in bekannter Weise auf -50 ⁰C abgekühlt. Das Regeneratorsystem 3 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei voneinander getrennten Regeneratoren. Während sich z.B. im Regenerator A Rauchgas in Strömungsrichtung von oben nach unten an der Speichermasse abkühlt, wird das von CO₂ befreite Rauchgas über eine Leitung 4 bei Durchströmen von Regenerator B von der Temperatur des noch zu beschreibenden Waschprozesses in Richtung von unten nach oben wieder aufgeheizt auf eine Temperatur von etwa 120 ⁰C und über Leitung 5 abgegeben. Die Durchströmung der Regeneratoren wird zyklisch nach einer Schaltzeit von z.B. drei Minuten vertauscht.

Das auf -50 ⁰C abgekühlte Rauchgas wird über eine Leitung 6 dem unteren Teil einer Waschsäule 7 zugeführt und durch physikalische Absorption von dem CO₂ befreit. Als Waschmittel dient erfindungsgemäß Dimethylformamid.

Dieses wird über Leitung 8 auf den oberen Teil der Waschsäule 7 aufgegeben. Das Rauchgas wird somit im Gegenstrom zu abwärts fließendem DMF von CO₂ befreit und kann am Kopf der Waschsäule 7 abgezogen, entspannt 9, im. Wärmetausch 10 zu abzukühlendem, regeneriertem Waschmittel erwärmt und über Leitung 4 dem Regeneratorsystem 3 zugeführt werden.

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Das beladene Waschmittel wird vom Sumpf der Waschsäule über Leitung 11 abgezogen und entspannt 12. Dabei entgast gegebenenfalls mitgelöster N₂, der aus einem Abscheider 13 über Leitung 14 abgezogen und zusammen mit dem regenerierten Rauchgas in Leitung 4 dem Regeneratorsystem 3 zugeführt wird.

Das verbleibende Waschmittel wird über Leitung 15 aus dem Abscheider 13 abgezogen und entspannt 16. Bei der Entspannung wird CO₂ freigesetzt, das mit einem Druck von 0,1 bar vorliegt und mittels eines Gebläses 17 in Leitung 18 aus einem Abscheider 19 abgezogen wird. Das teilregenerierte Waschmittel wird einem weiteren Abscheider zugeführt und dort im Wärmetausch zu einem Teilstrom des Produkt-C0₂ aus Leitung 21 auf -20 ⁰C erwärmt. Dabei entgast weiteres CO₂, das über Leitung 22 dem C0₂-Produkt aus dem ersten Abscheider zugemischt wird. Das angewärmte und vollständig regenerierte DMF wird über Leitung 22a abgezogen und im Abscheider 19 im Wärmetausch zu dem zu regenerierenden DMF abgekühlt und über Leitung 8 der Waschsäule 7 erneut zugeführt.

Das Produkt-C0₂ in Leitung 18 wird in Verdichtern 23, auf 20 bar und im Verdichter 25 auf 140 bar verdichtet und abgegeben.

Der über Leitung 21 abgezweigte Teilstrom des Produkt-CO₂ liegt somit unter einem Druck von 20 bar und einer Temperatur von etwa 30 ^eC vor. Im Wärmetausch zu regeneriertem DMF wird das Mitteldruck-CO₂ verflüssigt, über Leitung 26 abgezogen und nach Entspannung 27 auf 6 bar verdampft in einer in der Waschsäule 7 eingebauten Kühlschlange 28. Auf diese Weise wird die bei der CO₂ ^- Absorption im DMF freiwerdende Lösungswärme abge-

führt. Schließlich wird das vorgewärmte CO₂ durch

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das Regeneratorsystem 3 zur weiteren Anwärmung geleitet und mit einer Temperatur von 20 "C und einem Druck von 5,7 bar über Leitung 29 dem C0₂-Produkt vor dem Verdichter 24 zugeführt.
5

Enthält das Rauchgas neben CO₂ auch SO₂/ so wird dieses ebenfalls im DMF gelöst. Es ist daher vorgesehen, einen Teilstrom des teilregenerierten DMP über Leitung 30 abzuziehen und daraus SO₂ auszuschleusen.

Nachfolgend ist ein Vergleich der Betriebsmittelkosten bei Anwendung einer chemischen Wäsche - beispielhaft wurde eine NH₃-Wäsche gewählt - und der erfindungsgemäß vorgeschlagenen DMF-Wäsche aufgestellt. In beiden Fällen wird von einem Rohgas ausgegangen,, das 13,5 Vol-% CO₂ enthält. Als Produkt werden 10 000 Nm³/h Rein-C0₂ (99 Vol-%) unter 140 bar
gewonnen.

NH.-Wäsche DMF-Wäsche

³

Elektrische Energie

MW a 80 DM 4,0 MW 7,7 MW

» 320 DM/h - 616 DM/h

Kühlwasser

m³ ä 5 Pf 2.415 m^s/h 435 m³ /h

* 121 DM/h = 22 DM/h

Niederdruck-Dampf 2,5 bar

to/h a 12 DM 40 to/h

NH. bwz. DMF

480 DM/h

kg/h NH, 0,3 DM/kg 35 kg/h

»10 DM/-

DMF 3 DM/kg 15 kg/h

» 45 DM/h

Betriebsmittelkosten
DM/h 931 683

Pf/Nm³ CO₂ 9,3 6,8.

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1 Wie dem Vergleich zu entnehmen ist, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden.

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. 40- - Leerseite -

Claims

33U381

(H 1390) H 83/025

Sti/bd 20.4.1983 10

Patentansprüche

\ 1. !Verfahren zum Abtrennen von CO2 aus Rauchgasen durch V_yWäsche mit einem physikalisch wirkenden Waschmittel, das nach Aufnahme des CO₂ regeneriert und in die Wäsche zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Waschmittel Dimethylformamid verwendet wird. . .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wäsche bei einem Druck von 1,5 bis 3 bar und einer Temperatur von -30 bis -60 ⁰C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschmittel zur Regenerierung entspannt und angewärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierung des Waschmittels bei einem Druck von 0,05 bis 0,3 bar und bei einer Temperatur zwischen -60 und -10 ⁰C durchgeführt wird.

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^:":"^:~^:-..^: 33H381

1 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet/ daß das bei der Regenerierung freiwerdende CO₂ in mehreren Schritten verdichtet wird.
5
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das beladene Waschmittel im Wärmetausch zu einem Teilstrom des auf einem Mitteldruck befindichen Produkt-CO, angewärmt wird, daß das Mitteldruck-CO₂ dabei verflüssigt und nach Entspannung verdampft und abgegeben ™ wird.

Form. 5720 7.78