DD153060A5 - Verfahren zur dekarbonation von gasen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen durch zweistufige Absorbtion mit einer Alkalicarbonat-Loesung und einer Alkanolamin-Loesung und Regenerieren der Absorbtions-Loesungen mit Hilfe von Waerme. Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren zur Regenerierung der Waschloesungen zum Einsparen von Energie unter Ausnutzung der verfuegbaren Waerme zu verbessern. Erfindungsgemaess wird in der Weise verfahren, dass man fuer die Regenerierung der Alkalicarbonat-Loesung die Waerme der den Kopf der Regenerierkolonne fuer die Alkanolamin-Loesung verlassenden Daempfe und die Waerme eines mit Wasserdampf gesaettigten Luftstromes verwertet, der durch indirekten Waermeaustausch mit einem Heizmedium erwaermt worden ist, welches am Kopf d. Regenerierkolonne fuer d. Alkalicarbonat-Loesung kondensiert worden ist. Insbesondere wird die Regenerierung der Alkalicarbonat-Loesung in einer Kolonne vorgenommen, welche sich oberhalb der Regenerierkolonne fuer die Alkanolamin-Loesung befindet. Das Verfahren wird in dem beiliegenden Flieszschema naeher erlaeutert.
Description
Es sind die verschiedensten Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen bekannt. Die am weitesten in die Technik Eingang gefundenen Verfahren beruhen auf derAnwendung von Alkalicarbonat-Lösungen oder von Alkanolamin-Lösungen zun Auswaschen des Kohlendioxids aus den Gasen· Es sind jedoch auch Verfahren bekannt, wo beide Waschlösungen angewandt werden· Ein solches kombiniertes Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn der COp-Gehalt der Gase auf wenige ppm gesenkt werden soll durch weitestgehende Ausnutzung der unterschiedlichen Eigenschaften der zwei Waschmedien. Dieses kombinierte Verfahren ist ein im wesentlichen zweistufiges. In der ersten Stufe erfolgt die Gaswäsche mit einer heißen Alkalicarbonat-Lösung, mit deren Hilfe der COg-Gehalt des Gases auf etwa 2 Vol.-% gesenkt werden kann. In der zweiten Stufe wird dann mit einer kalten Alkanolamin-Lösung der COp-Gehalt der Gase bis auf wenige ppm gesenkt· Das zu reinigende Gas tritt unten in die erste unter Druck stehende Absorptionskolonne ein, steigt in der Kolonne im Gegenstrom zu dar heißen Alkalicarbonat-Lösung auf, verläßt diese Kolonne am Kopf und
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tritt nach Abkühlen auf etwa 40 0C unten in eine zweite unter Druck stehende Absorptionskolonne ein, in welcher dem aufsteigenden Gas eine oben eingespeiste Alkanolamin-Lösung, insbesondere eine Lösung von (Mono)ethanolamin, entgegenströmt· Die ausgebrauchten Waschlösungen, die sich am Boden der beiden Absorptionskolonnen sammeln, werden direkt in die entsprechenden Regenerierkolonnen geführt, welche bei Normaldruck arbeiten, und werden aus diesen wieder in die Absorptionskolonnen zurückgeleitet·
Eine hydraulische Turbine, die sich in der Rückspeise-Leitung der Carbonat-Lösung befindet, gestattet die Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen Absorptions- und Regenerationskolonnen, so daß auf diese Weise ein Teil des Kraftbedarfs der Pumpen xückgewonnen werden kann.
Die Regenerierung der Alkanolamin-Lösung und der heißen Carbonat-Lösung erfolgt durch Y/ärmezufuhr· Dieses kombinierte Verfahren ist ein beträchtlicher Portschritt gegenüber den Methoden, welche eine einzige Absorptions-Lösung verwenden, jedoch kommt es zu einem beträchtlichen Aufwand für den Betrieb, insbesondere in Verbindung mit der Regenerierung der Waschlösungen·
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Regenerierung der Waschlösungen, bei dem Energie eingespart werden kann·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regenerierung der Absorptions- oder Wasch-Lösungen zu verbessern durch
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Ausnutzung der verfügbaren Wärme·
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen durch zweistufige Absorption mit Hilfe einer АікапоЭатіп- und einer Alkalicarbonat-Waschlösung, wobei die ausgebrauchte Alkanolamin-Lögung zur Regenerierung in eine erste Kolonne geMtet wird, worin Kohlendioxid durch Wärmezufuhr von außen abgestreift wird. Die ausgebrauchte Carbonat-Lösung gelangt zur Regenerierung in eine zweite Kolonne, in der das Kohlendioxid abgestreift wird unterAusnutzung der Wärme der aus dem Kopf der ersten Kolonne entweichenden Dämpfe sowie des Wärmeinhalts eines mit Wasser gesättigten Luftstromes, der indirekt in einem Wärmeaustauscher erwärmt worden ist mit Hilfe eines fließfähigen Mediums, welches am Kopf der zweiten Kolonne kondensiert und im wesentlichen Y/asser ist· Die zweite Kolonne befindet sich vorteilhafterweise über der ersten Kolonne nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens·
Es ist überraschend, daß es möglich ist, für die Regenerierung der Carbonat-Lösung wassergesättigte Luft mit einer Temperatur, die unter der liegt, welche für die Regeneration erforderlich ist, auszunutzen, nämlich der Wärmeenergie bei niederem Temperaturniveau aus dem Kopf des Kondensators«
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des beiliegenden Fließschemas weiter erläutert·
Das чсп Kohlendioxid zu befreiende Gas, welches beispielsweise im wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff und
6. 2. 1981 AP В 01 J / 224 074 11
etwa 18,2 % CO« besteht, tritt mit Wasser gesättigt und einer Temperatur von 120 0C unter einem Druck von etwa 30 bar in den unteren Teil der Absorptionskolonne 25 über die Zuleitung 1 ein und steigt in der Kolonne 25 auf im Gegenstrom zu einer heißen Kaliumcarbonat-Lösung, deren Konzentration etwa 25 Gew.-% beträgt.
Heißes Gas verläßt den Kolonnenkopf mit etwa 2 VoI,-% COp und gelangt über die Leitung 2 und den Kühler 26, worin es auf etwa 40 0C abgekühlt wird, in den Kondensator 27· Das kondensierte Wasser wird am Boden des Kondensators 27 abgezogen und das abgekühlte Gas über die Leitung 3 in den Boden der zv/eiten Absorptionskolonne 28 eingeführt.
Beim Aufsteigen durch die Kolonne 28 kommt das Gas mit einer etwa 20 gew.-%igen Lösung von Diethanolamin in Berührung, v/odurch der COp-Gehalt des Gases auf etwa 100 ppm verringert wird. Dieses Gas mit etwa 100 ppm COp verläßt die Kolonne 28 am Kopf und gelangt über die Leitung 4 an seinen Bestimmungsort.
Die ausgebrauchte Diethanolamin-Lösung verläßt die Kolonne 28 am Boden und gelangt direkt über die Leitung 7 in den Wärmeaustauscher 29» worin sie vorgewärmt wird, und dann über die Leitung 8 in den Kopf der Regenerierkolonne 30 eintritt; diese arbeitet bei einem geringen Überdruck, Am Boden dieser Kolonne 30 sammelt sich die regenerierte Waschlösung mit der entsprechenden Temperatur,
Die Erwärmung geschieht durch indirekte Beheizung entweder durch Zufuhr von eventuell verfügbarem Dampf oder Heißgasen in den Erhitzer 31·
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Die regenerierte Diethanolaminlösung wird aus dem Boden der Kolonne 30 mit Hilfe der Pumpe 32 durch die Leitung 9 in den Wärmeaustauscher 29 geführt, worin sie teilweise abgekühlt wird; sie gelangt dann über die Leitung 10 und den Kühler 33» in dem sie auf etwa 40 0C heruntergekühlt wird, und eventuell durch die Leitung 11 in den Kopf der zweiten Absorptionskolonne 28·
Die heiße ausgebrauchte Kaliumcarbonat-Lösung aus dem Boden der ersten Absorptionskolonne 25 wird über die Leitung 5 einer Turbine 34 zugeführt, in der durch Entspannung die Rückgewinnung eines Teils der von den Pumpen benötigten Kraft erfolgt. Dann gelangt die Lösung über die Leitung 6 in den Kopf der Regenerierkolonne 35·
Die Regenerierung der Carbonat-Lösung in der Kolonne 35 geschieht adiabatisch mit Hilfe von heißen Dämpfen aus dem Kopf der Kolonne 30 und einem Strom von mit Wasserdampf ) gesättigter heißer Luft,
Die ankommende Luft wird im Kompressor 36 verdichtet und nach Erwärmen und gleichzeitigem Sättigen mit Wasserdampf im Wärmeaustauscher 37» nachgeschaltet dem Kopf der Kolonne 35, gelangt sie über die Zuleitung 22 in den Boden der Kolonne 35· Es läßt sich auf diese Weise ein Teil der Kondensationswärme des Wassers der die Regenerationskolonne 35 verlassenden Dämpfe gewinnen. Wegen des relativ niederen Temperaturniveaus dieser Dämpfe läßt sich deren Wärmeinhalt auf andere Weise nicht rückgewinnen.
Die regenerierte Carbonat-Lösung wird aus dem Boden der Regenerierkolonne 35 abgezogen und mit Hilfe einer Pumpe 38 über die Leitung 24 dem Kopf der Absorptionskolonne 25 zugeführt.
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Die Dämpfe aus dem Kopf der Kolonne 35 werden über die Leitung 12 dem Wärmeaustauscher 37 zugeführt, worin ein Teil des Dampfes kondensiert und sich das Kondensat in dem Behälter 39 sammelt, von wo es über die Leitung 13 mit Hilfe der Pumpe 40 sowohl über die Leitung 20 in den Kopf der Regenerierkolonne 30 als auch über die Leitung 19 in den Wärmeaustauscher 37 zusammen mit über den Kompressor 36 und die Leitung 21 ankommender Luft geführt wird·
Die das Gefäß 39 verlassenden Dämpfe werden über die Leitung 14 dem Kühler 41 zugeführt, worin sie auf etwa 50 0C abgekühlt werden. Dann gelangen sie in den Abscheider 42, bevor sie über die Leitung 16 in die Atmosphäre abgeblasen werden·
Das Kondensat aus dem Abscheider 42 gelangt über die Leitung 15 und die Pumpe 43 entweder zur Austragung über die Leitung 17 oder über die Leitung 18 in den Boden der Kolonne 35, während der Rest über die Leitung 23 als Rücklaufstrom in die Kolonne 30 eingeführt wird·
Die folgenden Tabellen geben die Daten für die beispielsweise Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund des beiliegenden Fließschemas wieder. Die erste Lösung v/ar eine 20 gew.-^ige Diethanolamin-Lösung, während die zweite Lösung eine 25 gew.-$ige Kaliumcarbonat-Lösung war.
| Position | Gas + | 120 | 1 | am | Kopf | 2 | von 25 | am | Kopf | 3 | von 27 | 4 | 40 | 100 ppm | 0,25 |
| 30 | co2 | 65 | 40 | am Kopf von 28 | 30 | 243 | - | ||||||||
| Temp·, 0C | 30 | 30 | - | - | |||||||||||
| Druck, bar | - | 100,00 | |||||||||||||
| Durchsatz | /h | m3 | m3 | VoI,-% | 96 832 | ||||||||||
| (Hormalbe- | m3 | 589 | 96 | /h | VoI·-% | 96 | /h | Vol.-$ | m3/h | 99,75 | |||||
| dingungen) | 96 | 411 | VoI,~% | 1 | 589 | 97,17 | 1 | 589 | 97,75 | 96 589 | |||||
| H2 + H2 | 23 | 75,06 | 973 | 1,98 | 973 | 2,00 | |||||||||
| co2 | 8 | - | 18,19 | 845 | 0,85 | 248 | 0,25 | ||||||||
| H2O | - | 6,75 | - | - | - | - | |||||||||
| 1. Lösung | 684 | - | 99 | mm | - | 98 | - | - | |||||||
| 2· Lösung | 128 | - | 407 | 100,00 | 810 | 100,00 | |||||||||
| Summe | 100,00 | ||||||||||||||
vji > σ»
СЮ Hd ·
ο ω го
ro ro
| Position | 5 | 6 | 7 | 3 876 3, | ) | 76 | 8 | 3 876 3 | - | 99 285 96 | % | I | te τ |
| gebrauchte 2. Lösung | gebrauchte 2. Lösung | gebrauchte 1. Lösung | - - | gebrauchte 1· Lösung | CO I | ω ro о | |||||||
| Temp. 0C | 80 | 80 | 56 | 99 285 96, | 24 | 100 | 103 161 100 | ,76 | -А —i VO сч ω | ||||
| Druck, bar | 30 | 30 | 1,4 | / 224 | |||||||||
| Durchsatz | kg/h Carbonat Index | - kg/h Carbonat- Index | kg/h Gew. -% | 103 161 100, | 00 | kg/h Gew.-( | ,24 | ѴЛ CO | 074 | ||||
| H2 + N2 | - | - | - | O ѴЛ ro | |||||||||
| GO2 | - - | - | ,00 | ||||||||||
| H2O | - | - | |||||||||||
| 1· Lösung | - | mm mm | |||||||||||
| 2· Lösung | 1 223 410 1,90 | 1 223 410 1,90 | |||||||||||
| Summe | 1 223 410 1,90 | I 223 410 1,90 | |||||||||||
| + Carbonatindex: Äquivalent verhältnis CO2: K3C | |||||||||||||
| Position | 9 | 10 | 11 | 12 |
| Temp· 0C Druck, bar | regenerxerte 1. Lösung 119 | regenerierte 1. Lösung 73 | regenerierte 1. Lösung 40 30 | am Kopf von 35 75 |
| Durchsatz Luft CO2 H2O 1# Lösung 2* Lösung Summe | kg/h Gew.-% a* » 99 281 100 99-281 100 | kg/h Gew.-% 99 281 100 99 281 100 | kg/h Gew. -% 99 281 100 99 281 100 | m3/h VoI,-95 47 000 40,51 23 411 20,18 45 606 39,31 116 017 100,00 |
ѵл $> cn
CO h) ·
O te) ro
-* VO
-J> C4 CO
ro ro
| Position | 13 | am Kopf | 14 | VoI♦-# | 15 | 50 | 16 | - |
| Kondensate | von 39 | 45,71 | Kondensate | am Kopf von 42 | - | |||
| Temp. 0O | 73 | 73 | 22,77 | Gew· -% | 50 | 77 509 100,00 | ||
| Druck, bar | m3/h | 31,52 | mm | abgeblasen | ||||
| Durchsatz | kg/h Gew.-?, | 47 000 | - | kg/h | - | nr/h Vol.~$ | ||
| Luft | - | 23 411 | - | - | 100 | 47 000 60,64 | ||
| CO2 | - | 32 415 | 100,00 | - | - | 23 411 30,20 | ||
| п2о | 10 600 100 | - | 20 344 | - | 7 098 9,16 | |||
| 1. Lögung | - | - | - | 100 | ||||
| 2. Lösung | - | 102 826 | - | |||||
| Summe | 10 600 100 | 20 344 | ||||||
VJI OQ
O W ГО VJl ·
го ro
| Position | 17 | 18 | 19 | 20 |
| Temp. 0C Druck, bar | Kondensate 50 | Kondensate 50 | Kondensate 73 | Kondensate 73 1,4 |
| Durchsatz Luft co2 H2O 1. Lösung 2. Lösung Summe | kg/h Gew,~% 2 161 100 2 161 100 | kg/h Gew.-% 3 527 100 3 527 100 | kg/h Gew,-% 9 230 100 9 230 100 | kg/h Gew.-% 1 370 100 1 370 100 |
VJl Jt> СП
O W го
| Position | 21 | m3/h | - | 000 | Vol. | - | .% | 22 | m3/h | 000 | VoI | .-* | 23 | 50 1,4 | 24 |
| Luft | 47 | 944 | 96, | - | 03 | Luft | 47 | 430 | 77, | 78 | Kondensate | Oew.-f. | regenerierte Carbonat-Lösung | ||
| Temp. 0C Druck, bar | 35 | 1 | 48 | 3, | 100, | 97 | 65 | 13 | 22, | 22 | - | 65 30 | |||
| Durchsatz | - | - | kg/h | 100 | kg/h Carbonat- Index | ||||||||||
| Luft | 944 | - | 430 | mm | - | - | - | ||||||||
| co2 H2O | 00 | 60 | 100 | ,00 | mm 14 656 | - | |||||||||
| 1. Lösung | - | 100 | - | ||||||||||||
| 2· Lösung | - | 1 175 000 1,45 | |||||||||||||
| Summe | 14 656 | 1 175 000 1,45 | |||||||||||||
ο ω ro ѵл · го о
Claims (2)
1· Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gasen durch zweistufige Absorption mit einer Alkalicarbonat-Lösung und einer Alkanolamin-Lösung und Regenerieren der Absorptions-Lösungen mit Hilfe von Wärme, gekennzeichnet dadurch, daß man für die Regenerierung der Alkalicarbonat-Lösung die Wärme der dem Kopf der Regenerierkolonne für die Alkanolamin-Lösung verlassenden Dämpfe und die Wärme eines mit Wasserdampf gesättigten Luftstroms verwertet, der durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizmedium erwärmt worden ist, welches am Kopf der Regenerierkolonne für die Alkalicarbonat-Lösung kondensiert worden ist,
2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die Regenerierung der Alkalicarbonat-Lösung in einer Kolonne vornimmt, welche sich oberhalb der Regenerierkolonne für die Alkanolamin-Lösung befindet.
Hiexzu A Seite Zeichnung
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