DE4336790A1 - Verfahren zum Reinigen von Druckgasen - Google Patents

Verfahren zum Reinigen von Druckgasen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Druckgasen durch Tieftempe­ raturgaswäsche und anschließendes Ausgasen der beladenen Waschflüssigkeit durch Entspannen, Evakuieren, Austreiben und Erhitzen.
Das vorliegende Verfahren dient der Entfernung insbesondere von Metallcarbonyl­ verbindungen, die im Verein mit anderen Nebenprodukten insbesondere bei der Spaltung schwermetallhaltiger Brennstoffe zur Gewinnung von Synthesegas anfal­ len.
Synthesegas kann nach verschiedenen Verfahren, beispielsweise durch Steamre­ forming von Erdgas, Flüssiggas oder Naphtha durch Verfahren, die aus einer Kom­ bination von Partialoxidation und Steamreformingverfahren, mit oder ohne Zugabe von CO₂, bestehen oder durch Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen oder flüssigen bis schwerflüssigen Kohlenwasserstoffen erzeugt werden. Das Synthese­ gas besteht im wesentlichen aus Wasserstoff, Kohlenwasserstoffen, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid mit den aus den eingesetzten Rohstoffen stammenden Neben­ produkten wie insbesondere H₂S, HCN, COS, HSCN aber auch Metallcarbonylver­ bindungen. Derartige Metallcarbonylverbindungen, die neben den genannten Ne­ benprodukten als störende Gasverunreinigungen aus dem Rohsynthesegas entfernt werden müssen, gehen vermutlich auf den Einsatz stark schwermetallhaltiger Rück­ stände der Mineralölverarbeitung zurück.
In einer Rectisolanlage (vgl. Hydrocarbon Processing, April 1990, 89) wird das Roh­ gas zunächst zur HCN-Entfernung mit einer kleinen Teilmenge der regenerierten Waschflüssigkeit, hier Methanol, vorgewaschen. Anschließend wird das Rohgas mit der Hauptmenge des regenerierten Methanols gewaschen, um das H₂S zu absorbie­ ren. Sowohl das beladene Vorwaschmethanol als auch das beladene Hauptwasch­ methanol enthalten die genannten Schwermetallverbindungen.
Ein Verfahren zum Reinigen von Druckgasen aus der Spaltung schwermetallhaltiger Brennstoffe durch ein- oder mehrstufige Tieftemperaturgaswäsche bei -60 bis 0°C mit Lösungsmitteln und anschließendes Ausgasen des Lösungsmittels durch Ent­ spannen, Evakuieren, Austreiben und Erhitzen mit zusätzlicher Behandlung in einem Vorreaktor ist in der Patentschrift DE 26 10 982 03 näher beschrieben. Als Zweck des dort beschriebenen Verfahrens ist die Verhinderung der Ablagerung derartiger unlöslicher Schwermetallverbindungen in den Ausgasungskolonnen von Gaswä­ schen und die Verlängerung der Betriebszeiten angegeben . Allerdings gelangen auch bei Anwendung dieses Verfahrens nicht im Vorreaktor umgewandelte Me­ tallcarbonyle, im Vorwaschmethanol gelöste Metallcarbonyle sowie im Vorreaktor ausgegaste Metallcarbonyle immer noch zum großen Teil in das Sauergas.
Das beladene Hauptwaschmethanol wird nach Erwärmung über Vorreaktor 3 zur Regenerierkolonne 6 gefahren. Dabei fällt ein Sauergas an, welches die im Verlauf der Regeneration nicht umgewandelten Nebenprodukte enthält, wobei die trotz des Vorreaktors 3 im Sauergas verbliebenen Metallcarbonylverbindungen in der Schwefelrückgewinnungsanlage (Clausanlage) zu Ablagerungen und somit zu ver­ kürzten Laufzeiten führen würden.
Bei dem in der DE 26 10 982 03 beschriebenen Verfahren wird das Vorwaschme­ thanol nach Erwärmung einer Strippkolonne zugeführt, wo die Flüssigkeit mit den Flashgasen des Vorreaktors gestrippt wird.
Nach der Teilkondensation der Dämpfe der Strippkolonne und der Regenerationsko­ lonne gemäß der DE 26 10 982 C3 erhält man ein Kondensat, das nicht völlig frei ist von den genannten Schwermetallverbindungen. Das H₂S/CO₂-haltige Gas enthält noch derartige Schwermetallverbindungen, die insbesondere in den nachgeschalte­ ten Clausanlagen zu Anbackungen auf dem Katalysatorbett und damit zu verkürzten Laufzeiten führen. Je nach Reaktortemperatur und Verweilzeit erzielt man einen Ab­ scheidungsgrad der Metallverbindungen, der zwischen 20 und 96% liegen kann (vgl. Fig. 2 der DE 26 10 982 03).
Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß bei einem Verfahren der eingangs an­ gegebenen Art vor Eintritt in eine Regenerierkolonne 6 ein stark beladener und ein schwach beladener Teilstrom der Waschflüssigkeit erhitzt und je einem Reaktor 3, 4 zugeführt wird und daß der schwach beladene Teilstrom der Waschflüssigkeit ge­ meinsam mit dem Kondensat, das im Zuge der Teilkondensation der Dämpfe aus dem Kondensationssystem 7 der Regenerierkolonne 6 anfällt, in Verweilzeitreaktor 4 gefahren wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Fig. 1 der Zeichnung in einem Fließschema unter Angabe der zugehörigen Massen- (Gewichts-) Anteile in ppm an Nickel- und Eisencarbonyl dargestellt.
Eine speziellere Ausgestaltung ist der Fig. 2 der Zeichnung zu entnehmen.
Hierbei haben die in den Figuren angegebenen Bezugszeichen die folgende Bedeu­ tung:
Bezugszeichenliste
1 Vorwaschkolonne
2 Hauptwaschkolonne
3 Vorreaktor
4 Reaktor
5 Flashbehälter
6 Regenerierkolonne
7 Kondensationssystem
L1 bis L5 Leitungen wie in Fig. 2 eingetragen.
Erfindungsgemäß werden beide beladenen Ströme der Waschflüssigkeit, vorzugs­ weise Waschmethanolströme, erwärmt und anschließend jeweils einem separaten Verweilzeitreaktor zugeführt. In den Reaktoren 3 und 4 werden die Bedingungen so gewählt, daß die Ausgasung minimiert wird.
Der schwach beladene Teilstrom der Waschflüssigkeit wird gemeinsam mit dem Kondensat, das im Zuge der Teilkondensation der Dämpfe aus dem Kondensations­ system 7 der Regenerierkolonne 6 anfällt, in Verweilzeitreaktor 4 gefahren.
Bei den Schwermetallverbindungen handelt es sich hauptsächlich um Nickeltetra­ carbonyl (Nickelcarbonyl) und Eisenpentacarbonyl (Eisencarbonyl), die bei 42 bzw. 103°C sieden. Allerdings verhalten sich die beiden Carbonyle in kleinen Konzentra­ tionen im vorliegenden Mehrkomponenten-System stark nicht-ideal. Es wurde ge­ funden, daß dieses nicht-ideale Verhalten zu einem erhöhten Nickelübertrag von der Vorwasch- zur Hauptwaschkolonne und dem hohen Nickelgehalt im Flashgas des Vorreaktors sowie im Clausgas beiträgt.
Das Kondensationssystem 7 der Regenerierkolonne 6 kann in einer bevorzugten Ausführung aus zwei Kondensationsstufen aufgebaut sein. Das Gas wird beispiels­ weise auf etwa 40°C abgekühlt und teilkondensiert. Das verbleibende Gas wird an­ schließend beispielsweise auf etwa -30 °C abgekühlt. Bei dieser Temperatur kon­ densiert fast das gesamte Methanol und ein Großteil der Carbonyle. Das carbonyl­ haltige Kondensat wird zu der erfindungsgemäß vorgeschlagenen zusätzlichen Re­ aktionsstufe rezirkuliert.
Bei Ausgasung einer zu hohen Dämpfemenge aus Vorreaktor 3 können die Dämpfe mit Wasch- oder auch Frischmethanol kontaktiert werden, welches über Verweil­ zeitreaktor 4 rezirkuliert wird.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, als Waschflüssigkeit unbeladenes Waschmethanol oder auch Frischmethanol in die Gasphase zur zweiten tiefkalten Kondensationsstufe der Regenerierkolonne 6 ein­ zuspritzen und dieses zusammen mit Kondensat über Reaktor 4 zu rezirkulieren. Durch diese Maßnahme wird das Mengenverhältnis von Clausgas zu Kondensat verringert, was eine entsprechende Erhöhung des Anteils der kondensierten Schwermetallverbindungen zur Folge hat. So kann der Nickelcarbonylgehalt im Clausgas um beispielsweise 30% gesenkt werden.
Reaktor 4 wird zweckmäßig bei einem Druck betrieben, der etwa der Siedetempera­ tur der kombinierten Reaktoreintrittsströme entspricht.
Bevorzugt ist, Reaktor 4 bei einer Temperatur von 50 bis 180°C, einem Druck von 5 bis 25 bar sowie einer Verweilzeit von 0,05 bis 1 h zu betreiben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, den Rückfluß aus den Kondensationsstufen für das Kopfprodukt von Regenerierkolonne 6 über den Verweilzeitreaktor 4 für die schwach beladene Waschflüssigkeit zum Kopf der Regenerierkolonne 6 zurückzuführen.
Es ist auch möglich, den schwach beladenen Teilstrom L1 der Waschflüssigkeit aus Reaktor 4, ggf. zusammen mit Flashgasen aus Reaktor 3 über L4 einem Flashbehäl­ ter 5 zuzuführen, dessen Dämpfe über das Kondensationssystem 7 gefahren und über L2 rezirkuliert werden (vgl. Fig. 2). Das Sumpfprodukt von Flashbehälter 5 wird über L5 und L1 rezirkuliert.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung liegt darin, die Flüssigphase vom Flashbe­ hälter 5 zum Reaktor 4 zu rezirkulieren.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Rezirkulation wird der nicht quantitative Abbau der Schwermetallkomponenten in dem Vorreaktor 3 wesentlich beeinflußt. Die in die Gasphase der als Flashbehälter fungierenden Strippkolonne 5 übergegangenen Schwermetallkomponenten gelangen zum Teil in das Kondensat des Kondensa­ tionssystems 7 der Regenerierkolonne 6 und werden zu dem Reaktor 4 zurückge­ führt. Im Reaktor 4 werden die Schwermetallverbindungen bei etwa 100°C umge­ setzt und ausgefällt. Der Druck wird so hoch gewählt, beispielsweise 15 bar, daß nur geringe Mengen an Dampf ausgasen. Hierdurch verbleiben die Schwermetallverbin­ dungen überwiegend in der Flüssigphase.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Carbonyle im Clausgas, je nach Wahl der Verfahrensbedingungen in den beiden Reaktoren 3 und 4 und in Flashbehälter 5 sowie in Abhängigkeit von den über den Reaktor 4 rezirkulierten Kondensatmengen und der Einspritzmethanolmenge um bis zu 95 oder sogar 99% reduzieren.

Claims (7)

1. Verfahren zum Reinigen von Druckgasen durch Tieftemperaturgaswäsche, an­ schließendes Ausgasen der beladenen Waschflüssigkeit durch Entspannen, Evakuieren, Austreiben und Erhitzen, dadurch gekennzeichnet, daß vor Eintritt in eine Regenerierkolonne (6) ein stark beladener und ein schwach beladener Teilstrom der Waschflüssigkeit erhitzt und je einem Reaktor (3, 4) zugeführt wer­ den und daß der schwach beladene Teilstrom der Waschflüssigkeit gemeinsam mit dem Kondensat, das im Zuge der Teilkondensation der Dämpfe in dem Kon­ densationssystem (7) der Regenerierkolonne (6) anfällt, in Verweilzeitreaktor (4) gefahren wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensations­ system (7) der Regenerierkolonne (6) aus zwei Kondensationsstufen aufgebaut ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Waschflüs­ sigkeit unbeladenes Waschmethanol oder auch Frischmethanol in die Gasphase zur zweiten tiefkalten Kondensationsstufe der Regenerierkolonne (6) eingespritzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Re­ aktor (4) bei einem Druck, der etwa der Siedetemperatur der kombinierten Reak­ toreintrittsströme entspricht, betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Re­ aktor (4) bei einer Temperatur von 50 bis 180°C, einem Druck von 5 bis 25 bar sowie einer Verweilzeit von 0,05 bis 1 h betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der schwach beladene Teilstrom der Waschflüssigkeit aus Reaktor (4), ggf. zusam­ men mit Flashgasen aus Reaktor (3) einem Flashbehälter (5) zugeführt wird, des­ sen Dämpfe über Kondensationssystem (7) gefahren werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigphase von Flashbehälter (5) zu Reaktor (4) rezirkuliert wird.
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