PL217545B1 - Method of the absorptive removal of carbon dioxide from the industrial gaseous mixtures - Google Patents
Method of the absorptive removal of carbon dioxide from the industrial gaseous mixturesInfo
- Publication number
- PL217545B1 PL217545B1 PL387590A PL38759009A PL217545B1 PL 217545 B1 PL217545 B1 PL 217545B1 PL 387590 A PL387590 A PL 387590A PL 38759009 A PL38759009 A PL 38759009A PL 217545 B1 PL217545 B1 PL 217545B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- solution
- pressure
- regenerator
- steam
- expander
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1475—Removing carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/52—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with liquids; Regeneration of used liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
- C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
- C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
- C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
- C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
- C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
- C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
- C10K1/12—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/16—Hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/20—Carbon monoxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób absorpcyjnego usuwania ditlenku węgla z przemysłowych mieszanin gazowych w wodnych roztworach chemisorbentów.The subject of the invention is a method for the absorption of carbon dioxide from industrial gas mixtures in aqueous solutions of chemisorbents.
Usuwanie CO2 z przemysłowych mieszanin gazowych jest bardzo ważnym procesem stosowanym w wielu procesach technologicznych, związanych z wytwarzaniem na wielką skalę gazów syntezowych w drodze autotermicznego reformingu lub parowej konwersji gazu ziemnego, wyższych węglowodorów lub gazu wytwarzanego przez zgazowanie węgla. Na przykład w procesie wytwarzania dwuskładnikowej mieszanki syntezowej H2 - N2 do syntezy amoniaku w drodze autotermicznego reformingu lub parowej konwersji gazu ziemnego, mieszanina gazowa otrzymywana po dalszej konwersji CO do CO2 zawiera 17-25% objętościowych ditlenku węgla, który musi być następnie usunięty w kolejnej operacji przygotowywania gazu syntezowego. Najszerzej stosowanym obecnie sposobem usuwania ditlenku węgla z przemysłowych mieszanin gazowych jest wymywanie CO2 wodnym roztworem alkalicznym chemisorbenta, który reaguje z CO2 w reakcji odwracalnej.Removal of CO2 from industrial gas mixtures is a very important process used in many technological processes related to the large-scale production of synthesis gases by autothermal reforming or steam conversion of natural gas, higher hydrocarbons or gas produced by coal gasification. For example, in the production of a two-component H2 - N2 synthesis blend for the synthesis of ammonia by autothermal reforming or steam conversion of natural gas, the gas mixture obtained after further conversion of CO to CO2 contains 17-25% by volume of carbon dioxide, which must then be removed in a subsequent operation synthesis gas preparation. The most widely used method of removing carbon dioxide from industrial gas mixtures today is to leach CO2 with an aqueous alkaline chemisorbent solution which reacts with CO2 in a reversible reaction.
W znanych sposobach usuwania ditlenku węgla z przemysłowych mieszanin gazowych, wodny roztwór chemisorbenta, najczęściej wodny roztwór węglanu potasu aktywowany odpowiednimi promotorami przyspieszającymi proces chemicznego wiązania ditlenku węgla, cyrkuluje w sposób ciągły pomiędzy absorberem, w którym następuje rozpuszczanie i chemiczne wiązanie ditlenku węgla z aktywnym składnikiem roztworu chemisorbenta pod podwyższonym ciśnieniem rzędu 2-3 MPa a regeneratorem, gdzie w wyniku obniżenia ciśnienia do ciśnienia bliskiego ciśnieniu atmosferycznemu oraz na skutek podwyższenia temperatury do temperatury wrzenia roztworu następuje desorpcja ditlenku węgla do strumienia pary wodnej przepływającej przeciwprądowo przez warstwy wypełnienia regeneratora.In the known methods of removing carbon dioxide from industrial gas mixtures, an aqueous solution of a chemisorbent, most often an aqueous solution of potassium carbonate activated with appropriate promoters accelerating the process of chemical binding of carbon dioxide, circulates continuously between the absorber, where the dissolution and chemical binding of carbon dioxide with the active component of the solution takes place. of chemisorbent at elevated pressure of 2-3 MPa and the regenerator, where, as a result of reducing the pressure to a pressure close to atmospheric pressure and as a result of increasing the temperature to the boiling point of the solution, carbon dioxide is desorbed to the stream of water vapor flowing countercurrently through the regenerator packing layers.
Cykliczny proces wymywania CO2 z przemysłowych mieszanin gazowych alkalicznym roztworem chemisorbenta w absorberze pracującym przy podwyższonym ciśnieniu rzędu 2-3 MPa oraz desorpcji CO2 z roztworu do strumienia pary wodnej przepływającej przez regenerator pod ciśnieniem bliskim ciśnieniu atmosferycznemu prowadzi się zwykle w warunkach quazi-izotermicznych to jest tylko przy nieznacznej różnicy temperatur pomiędzy absorberem a regeneratorem, co pozwala na zminimalizowanie zapotrzebowania ciepła do procesu. Ditlenek węgla zawarty w gazie procesowym podawanym do absorbera pod zwiększonym ciśnieniem, korzystnie w zakresie 2-3 MPa, w temperaturze 70-100°C absorbuje się w przepływającym przeciwprądowo strumieniu zregenerowanego roztworu alkalicznego, podawanego do absorbera z temperaturą 70-110°C. Roztwór nasycony ditlenkiem węgla odbierany z dołu absorbera jest kierowany na szczyt regeneratora pracującego przy ciśnieniu bliskim ciśnienia atmosferycznego, skąd spływa przez kolejne warstwy wypełnienia i nagrzewa się do temperatury 110-120°C kosztem ciepła pary wodnej, przepływającej przeciwprądowo i ulega regeneracji z wydzieleniem gazowego CO2, który odprowadza się z regeneratora wraz z nadmiarem pary wodnej.The cyclic process of leaching CO2 from industrial gas mixtures with an alkaline solution of chemisorbent in an absorber operating at elevated pressure of 2-3 MPa and desorption of CO2 from the solution into the stream of water vapor flowing through the regenerator at a pressure close to atmospheric pressure is usually carried out under quasi-isothermal conditions, i.e. only with a slight temperature difference between the absorber and the regenerator, which allows to minimize the heat demand for the process. The carbon dioxide contained in the process gas fed to the absorber at elevated pressure, preferably in the range of 2-3 MPa, at a temperature of 70-100 ° C, is absorbed in a countercurrently flowing stream of regenerated alkaline solution fed to the absorber at a temperature of 70-110 ° C. The solution saturated with carbon dioxide received from the bottom of the absorber is directed to the top of the regenerator operating at a pressure close to atmospheric pressure, from where it flows down through successive layers of filling and heats up to a temperature of 110-120 ° C at the expense of the heat of water vapor, flowing countercurrently, and is regenerated with the release of gaseous CO2 which is discharged from the regenerator with excess water vapor.
W znanych i powszechnie stosowanych sposobach usuwania ditlenku węgla z przemysłowych mieszanin gazowych polegających na wymywaniu CO2 alkalicznym roztworem chemisorbenta cyrkulującego pomiędzy absorberem i regeneratorem, podstawowym źródłem ciepła potrzebnego do przeprowadzenia regeneracji roztworu jest gorący gaz procesowy zawierający znaczny nadmiar pary wodnej, doprowadzany do instalacji oczyszczania gazu od CO2 z temperaturą 220-280°C. Niemal całe ciepło gorącego gazu procesowego kierowanego do węzła usuwania CO2 jest odbierane w wymiennikach ciepła usytuowanych przed absorberem, w których wytwarzana jest para, wykorzystywana następnie do regeneracji roztworu.In the known and commonly used methods of removing carbon dioxide from industrial gas mixtures, consisting in washing CO2 with an alkaline chemisorbent solution circulating between the absorber and the regenerator, the main source of heat needed to regenerate the solution is hot process gas containing a significant excess of water vapor, fed to the gas cleaning installation from CO2 with a temperature of 220-280 ° C. Almost all of the heat of the hot process gas directed to the CO2 removal node is removed in heat exchangers located upstream of the absorber, where steam is produced, which is then used to regenerate the solution.
Występujący często w znanych rozwiązaniach przemysłowych niedostatek ciepła niezbędnego dla wytworzenia dostatecznej ilości pary potrzebnej do zapewnienia wymaganego stopnia regeneracji roztworu, jest zwykle uzupełniany ciepłem ze źródeł zewnętrznych, doprowadzanym do regeneratora w postaci niskociśnieniowej pary wodnej podawanej bezprzeponowo lub przeponowo, poprzez dodatkowy wymiennik ciepła. Takie rozwiązania prowadzą jednak do wzrostu wskaźnika zużycia ciepła.The shortage of heat, which is often present in known industrial solutions, necessary to generate a sufficient amount of steam to provide the required degree of regeneration of the solution, is usually supplemented with heat from external sources, supplied to the regenerator in the form of low-pressure steam fed directly or diaphragm through an additional heat exchanger. However, such solutions lead to an increase in the heat consumption index.
Innym sposobem uzupełniania brakującej ilości ciepła niezbędnego dla wytworzenia dostatecznej ilości pary potrzebnej do zapewnienia wymaganego stopnia regeneracji roztworu jest odzysk ciepła gorącego roztworu opuszczającego regenerator, połączony z wytworzeniem dodatkowego strumienia pary wodnej kierowanej do regeneratora.Another way to replenish the missing amount of heat necessary to generate sufficient steam to provide the required degree of solution regeneration is to recover the heat of the hot solution exiting the regenerator, combined to generate an additional stream of steam directed to the regenerator.
W szeroko rozpowszechnionym w praktyce przemysłowej sposobie opartym na patencie U.S. Pat. No. 3 823 222, strumień roztworu częściowo zregenerowanego, odprowadzanego w temperaturze 115-120°C ze środkowej półki regeneratora pod ciśnieniem 0,14-0,16 MPa przepływa szeregowo przezIn a method widely used in industrial practice based on the U.S. patent Stalemate. Well. 3 823 222, the stream of partially regenerated solution, discharged at a temperature of 115-120 ° C from the middle plate of the regenerator at a pressure of 0.14-0.16 MPa, flows in series through
PL 217 545 B1 cztery komory ekspandera, w których utrzymuje się obniżone ciśnienie w zakresie 0,103-0,05 MPa za pomocą inżektorów parowych, zainstalowanych nad każdą komorą ekspandera. Roztwór, ochłodzony w ekspanderze do temperatury 105-110°C w wyniku odparowania niskociśnieniowej pary wodnej, jest kierowany do środkowej części absorbera. Para niskociśnieniowa wytwarzana w wyniku wrzenia gorącego roztworu przepływającego przez kolejne komory ekspandera, po sprężeniu do ciśnienia panującego w środkowej części regeneratora, jest kierowana wraz z parą służącą do napędu inżektorów parowych do regeneratora, co przynosi zwiększenie ilości pary podawanej do regeneracji roztworu.There are four expander chambers in which the reduced pressure is maintained in the range 0.103-0.05 MPa by means of steam injectors installed above each expander chamber. The solution, cooled in the expander to 105-110 ° C as a result of low-pressure steam evaporation, is directed to the middle part of the absorber. Low-pressure steam produced by boiling of hot solution flowing through successive expander chambers, after being compressed to the pressure in the central part of the regenerator, is directed along with the steam used to drive the steam injectors to the regenerator, which increases the amount of steam supplied to regenerate the solution.
Wadą sposobu usuwania ditlenku węgla z przemysłowych mieszanin gazowych według patentu No. 3 823 222 jest wysoka, określona stanem równowagi absorpcyjnej zawartość ditlenku węgla w strumieniu pary wodnej, wytwarzanej przez odparowanie roztworu przepływającego przez wielokomorowy ekspander. Roztwór częściowo zregenerowany, odbierany ze środkowej części regeneratora w stanie równowagi termicznej jest doprowadzany do pierwszej komory ekspandera a następnie przechodzi kolejno przez wszystkie kolejne komory przepływając pod przegrodami oddzielającymi poszczególne komory ekspandera, w których utrzymuje się obniżone ciśnienie za pomocą inżektorów parowych, zainstalowanych nad przestrzenią gazową każdej komory. Obniżenie ciśnienia pary wodnej nad lustrem roztworu dopływającego do każdej komory powoduje wrzenie pęcherzykowe w całej masie roztworu przepływającego przez ekspander.The disadvantage of the method of removing carbon dioxide from industrial gas mixtures according to Patent No. 3,823,222 is a high absorptive equilibrium content of carbon dioxide in the water vapor stream produced by the evaporation of the solution flowing through the multi-chamber expander. The partially regenerated solution, received from the middle part of the regenerator in a state of thermal equilibrium, is fed to the first expander chamber and then passes successively through all subsequent chambers flowing under the partitions separating individual expander chambers, in which the reduced pressure is maintained by steam injectors installed above the gas space each chamber. Lowering the water vapor pressure above the mirror of the solution flowing into each chamber causes bubble boiling in the entire mass of the solution flowing through the expander.
Rozwinięta powierzchnia pęcherzyków pary powstających w całej objętości wrzącego roztworu sprzyja desorpcji CO2 z roztworu do fazy gazowej. Na skutek rozwinięcia dużej powierzchni międzyfazowej zawartość CO2 w strumieniu pary wodnej odbieranej z ekspandera jest zbliżona do zawartości równowagowej, określonej stanem równowagi absorpcyjnej nad roztworem o określonym stosunku KHCO3/K2CO3.The developed surface of the vapor bubbles formed in the entire volume of the boiling solution promotes the desorption of CO2 from the solution into the gas phase. Due to the development of a large interface, the CO2 content in the stream of water vapor received from the expander is close to the equilibrium content, determined by the absorption equilibrium over the solution with a specific KHCO3 / K2CO3 ratio.
Para wodna, wytwarzana kosztem ciepła gorącego roztworu średniozregenerowanego sposobem opisanym w patencie No. 3 823 222, ze znaczną zawartością CO2 zbliżoną do zawartości równowagowej, może być wprowadzana jedynie pod środkową półkę regeneratora i wykorzystywana jedynie do regeneracji roztworu w górnej części regeneratora. Tak wytworzona para, ze względu na znaczną zawartość CO2, nie może być natomiast wykorzystana do regeneracji końcowej roztworu spływającego po wypełnieniu dolnej części regeneratora, co ogranicza skuteczność wykorzystania tej pary do regeneracji całego roztworu.Steam, produced at the expense of the heat of a hot medium regenerated solution by the method described in patent No. 3 823 222, with a significant CO2 content close to the equilibrium content, can only be introduced under the middle plate of the regenerator and only used for regeneration of the solution in the upper part of the regenerator. The steam produced in this way, due to the significant content of CO2, cannot be used for the regeneration of the final solution flowing down after filling the bottom part of the regenerator, which limits the efficiency of using this steam to regenerate the entire solution.
Sposób według wynalazku eliminuje wady opisanego wyżej sposobu usuwania CO2 z przemysłowych mieszanin gazowych połączonego z wytwarzaniem niskociśnieniowej pary zużywanej do regeneracji roztworu kosztem ciepła gorącego roztworu częściowo zregenerowanego i pozwala na wytwarzanie pary wodnej z gorącego roztworu częściowo zregenerowanego, w której zawartość CO2 jest znacznie niższa od zawartości równowagowej.The method according to the invention eliminates the disadvantages of the above-described method of removing CO2 from industrial gas mixtures combined with the production of low-pressure steam used for regeneration of the solution at the expense of the heat of the hot partially regenerated solution, and allows the production of steam from the hot partially regenerated solution, the CO2 content of which is significantly lower than that of equilibrium.
Sposób absorpcyjnego usuwania ditlenku węgla z przemysłowych mieszanin gazowych w cyklicznym procesie absorpcyjnym, w którym wodny roztwór chemisorbenta krąży pomiędzy absorberem, gdzie następuje chemiczne wiązanie CO2 z aktywnym składnikiem roztworu chemisorbenta przy podwyższonym ciśnieniu i regeneratorem, gdzie następuje desorpcja CO2 z roztworu chemisorbenta do strumienia pary wodnej przepływającej przez regenerator pod ciśnieniem bliskim ciśnieniu atmosferycznemu a częściowo zregenerowany roztwór odprowadzany ze środkowej części regeneratora i kierowany do środkowej części adsorbera przepływa przez ekspander, w którym ulega ochłodzeniu na skutek gwałtownego odparowania roztworu pod ciśnieniem niższym od ciśnienia panującego w środkowej części regeneratora według wynalazku polega na tym, że częściowo zregenerowany roztwór odbierany ze środkowej części regeneratora pod ciśnieniem 0,14-0,16 MPa w temperaturze 114-118°C i kierowany do środkowej części absorbera wprowadza się do jednokomorowego ekspandera nad powierzchnię roztworu, w którym wytwarza się ciśnienie obniżone do 0,10-0,12 MPa. Niskociśnieniową parę wodną wytwarzaną w wyniku gwałtownego odparowania roztworu w ekspanderze spręża się do ciśnienia 0,15-0,20 MPa za pomocą pary wodnej o wyższym ciśnieniu 0,4-1,0 MPa i kieruje się pod dolną warstwę wypełnienia regeneratora, korzystnie wraz z parą wodną użytą do jej sprężania. Częściowo zregenerowany roztwór podawany do ekspandera odbiera się ze środkowej części regeneratora po osiągnięciu stopnia karbonizacji [KHCO3]/(2[K2CO3]+[KHCO3]) równego 0,40-0,50. Niskociśnieniowa para wodna wytwarzana w ekspanderze kosztem ciepła gorącego roztworu odbieranego ze środkowej półki regeneratora, zwiększa całkowity strumień pary wodnej wprowadzanej do regeneratora. W warunkach panujących w ekspanderze, roztwór odbierany ze środkowej części regeneratora w stanie wrzenia staje się roztworem przegrzanym, dążącym do natychmiastowego przywrócenia równowagi termicznej. Przywracanie równowagi termicznej następuje przez gwałtowne odparowanie części paryA method of absorptive removal of carbon dioxide from industrial gas mixtures in a cyclic absorption process, in which an aqueous chemisorbent solution circulates between the absorber, where the chemical binds CO2 with the active component of the chemisorbent solution at elevated pressure, and the regenerator, where CO2 is desorbed from the chemisorbent solution into the steam stream flowing through the regenerator at a pressure close to atmospheric pressure and the partially regenerated solution discharged from the middle part of the regenerator and directed to the middle part of the adsorber flows through the expander, in which it is cooled due to the rapid evaporation of the solution at a pressure lower than the pressure in the middle part of the regenerator according to the invention is based on in that the partially regenerated solution taken from the middle part of the regenerator at a pressure of 0.14-0.16 MPa at a temperature of 114-118 ° C and directed to the middle part of the absorber is fed to the units. ohmic expander above the surface of the solution, in which the pressure is reduced to 0.10-0.12 MPa. Low-pressure steam produced as a result of rapid evaporation of the solution in the expander is compressed to a pressure of 0.15-0.20 MPa by means of steam at a higher pressure of 0.4-1.0 MPa and directed under the bottom layer of regenerator filling, preferably together with steam used for its compression. The partially regenerated solution fed to the expander is withdrawn from the middle of the regenerator after reaching the carbonization degree [KHCO3] / (2 [K2CO3] + [KHCO3]) of 0.40-0.50. The low pressure steam produced in the expander at the expense of the heat of the hot solution withdrawn from the middle plate of the regenerator increases the total flow of steam entering the regenerator. Under the conditions prevailing in the expander, the solution withdrawn from the central part of the regenerator in a boiling state becomes an overheated solution, tending to immediately restore the thermal equilibrium. The thermal equilibrium is restored by the rapid evaporation of part of the steam
PL 217 545 B1 i obniżenie temperatury roztworu do wartości równowagowej, odpowiadającej obniżonemu ciśnieniu, panującemu w ekspanderze.And lowering the temperature of the solution to the equilibrium value, corresponding to the reduced pressure in the expander.
Nieoczekiwanie okazało się, że zawartość CO2 w strumieniu niskociśnieniowej pary wodnej wytwarzanej przez odparowanie z gorącego roztworu węglanu potasowego silnie zależy od sposobu prowadzenia procesu odparowania pary z roztworu. Badania kinetyki desorpcji CO2 z gorącego roztworu węglanu potasowego o różnym stosunku KHCO3/K2CO3 oraz szybkości odparowywania pary z roztworu przegrzanego, dopływającego do ekspandera w którym panuje ciśnienie niższe od ciśnienia określonego stanem równowagi wrzenia wykazały, że sposób wprowadzania roztworu do ekspandera oraz czas przebywania roztworu przepływającego przez ekspander ma zasadniczy wpływ na skład fazy parowej, odbieranej z nad powierzchni roztworu.Surprisingly, it turned out that the CO2 content in the low-pressure steam stream produced by evaporation from hot potassium carbonate solution strongly depends on the method of carrying out the process of evaporating the steam from the solution. The research on the kinetics of CO2 desorption from a hot potassium carbonate solution with a different KHCO3 / K2CO3 ratio and the rate of vapor evaporation from the overheated solution flowing to the expander at a pressure lower than the pressure determined by the equilibrium boiling state showed that the method of introducing the solution into the expander and the residence time of the flowing solution through the expander has a significant influence on the composition of the vapor phase, received from above the surface of the solution.
Przywracanie równowagi termicznej pomiędzy fazą ciekłą i gazową, zakłóconej w wyniku wprowadzenia gorącego roztworu węglanu potasowego do ekspandera w którym panuje ciśnienie niższe od równowagowej prężności pary nad wrzącym roztworem jest procesem natychmiastowym, polegającym na gwałtownym odparowaniu stosownej ilości wody w wyniku czego następuje obniżenie temperatury roztworu do temperatury określonej nowym stanem równowagi termicznej. Niewielka powierzchnia międzyfazowa rozwijana podczas odparowania roztworu doprowadzanego nad powierzchnię roztworu w ekspanderze powoduje, że odparowaniu wody z roztworu towarzyszy tylko nieznaczna desorpcja CO2, dzięki czemu prężność cząstkowa CO2 w strumieniu pary odprowadzanej z ekspandera jest znacznie niższa od równowagowej prężności CO2 nad roztworem.Restoring the thermal equilibrium between the liquid and gas phases, disturbed as a result of introducing the hot potassium carbonate solution into the expander, which has a pressure lower than the equilibrium vapor pressure above the boiling solution, is an immediate process, consisting in a rapid evaporation of an appropriate amount of water, as a result of which the temperature of the solution is reduced to temperature determined by the new state of thermal equilibrium. A small interface developed during the evaporation of the solution supplied above the surface of the solution in the expander causes that the evaporation of water from the solution is accompanied by only a slight desorption of CO2, so that the partial pressure of CO2 in the vapor stream discharged from the expander is much lower than the equilibrium pressure of CO2 above the solution.
Procesowi gwałtownego odparowania wody z roztworu w ekspanderze, połączonemu z ochłodzeniem roztworu do temperatury odpowiadającej nowemu stanowi równowagi termicznej, towarzyszy stosunkowo powolny proces desorpcji ditlenku węgla i przywracania równowagi adsorpcyjnej pomiędzy fazą ciekłą i gazową, zakłóconej w wyniku wytworzenia dodatkowej ilości pary zmieniającej skład fazy gazowej. Tak więc, w wyniku umiejętnie prowadzonego procesu odparowania pary z przegrzanego roztworu węglanu potasowego, nawet przy wysokim stosunku KHCO3/K2CO3 można otrzymać parę wodną tylko nieznacznie zanieczyszczoną ditlenkiem węgla.The process of rapid evaporation of water from the solution in the expander, combined with cooling the solution to a temperature corresponding to the new state of thermal equilibrium, is accompanied by a relatively slow process of desorption of carbon dioxide and restoration of the adsorption equilibrium between the liquid and gas phases, disturbed by the production of additional steam changing the composition of the gas phase. Thus, as a result of a skillfully carried out vaporization process from a superheated potassium carbonate solution, even with a high KHCO3 / K2CO3 ratio, water vapor only slightly contaminated with carbon dioxide can be obtained.
W korzystnych warunkach prowadzenia procesu odparowania roztworu w ekspanderze sposobem według wynalazku okazało się, że zawartość ditlenku węgla w parze odbieranej z nad roztworu o średnim stopniu karbonizacji [KHCO3]/(2[K2CO3]+[KHCO3]) równym 0,45 jest niższa od zawartości CO2 w parze wytwarzanej przez odparowanie z roztworu głęboko zregenerowanego o niskim stopniu karbonizacji równym 0,25 w warniku, gdzie odparowaniu wody z roztworu towarzyszy desorpcja CO2 w ilości określonej stanem równowagi absorpcyjnej.Under favorable conditions of the evaporation process of the solution in the expander according to the method according to the invention, it turned out that the content of carbon dioxide in the vapor received from the solution with an average degree of carbonization [KHCO3] / (2 [K2CO3] + [KHCO3]) equal to 0.45 was lower than CO2 content in the vapor produced by evaporation from a deeply regenerated solution with a low degree of carbonization equal to 0.25 in a digester, where the evaporation of water from the solution is accompanied by desorption of CO2 in an amount determined by the absorption equilibrium state.
Niska zawartość CO2 w strumieniu pary wytwarzanej przez odparowanie gorącego roztworu w ekspanderze sposobem według wynalazku i związana z tym możliwość jej wykorzystania do regeneracji roztworu w dolnej części regeneratora ma zasadniczy wpływ na efektywność wykorzystania dodatkowej pary wodnej wytwarzanej kosztem ciepła gorącego roztworu odprowadzanego ze środkowej półki regeneratora do regeneracji roztworu myjącego. Doprowadzenie dodatkowego strumienia pary wytwarzanej w ekspanderze pod dolną warstwę wypełnienia regeneratora poprawia warunki wymiany masy w obu częściach regeneratora, co stanowi istotną zaletę sposobu według wynalazku w porównaniu ze sposobem, opartym na wykorzystaniu patentu U.S. Pat. No. 3 823 222.The low content of CO2 in the steam stream produced by the evaporation of hot solution in the expander according to the method of the invention and the associated possibility of using it to regenerate the solution in the lower part of the regenerator has a major impact on the efficiency of using the additional steam produced at the expense of the heat of the hot solution discharged from the middle plate of the regenerator to the regenerator. regeneration of the washing solution. Providing an additional stream of steam produced in the expander under the lower layer of regenerator packing improves the mass exchange conditions in both parts of the regenerator, which is a significant advantage of the method according to the invention compared to the method based on the use of the U.S. patent. Stalemate. Well. 3 823 222.
Wynalazek objaśnia się w przykładzie w oparciu o zamieszczony rysunek.The invention is illustrated by an example with reference to the attached drawing.
Strumień 200000 Nm/h gazu syntezowego zawierającego 17.5 % obj. CO2, doprowadzany do instalacji usuwania CO2 przewodem 1 w temperaturze 240°C wprowadzono do absorbera 2 pod ciśnieniem 2.9 MPa, po ochłodzeniu w kotle pary średniociśnieniowej 3, warniku roztworu 4 i podgrzewaczu wody kotłowej 5 do temperatury 80°C. Do absorbera podawano strumień 1600 t/h roztworu węglanu potasowego w temperaturze 108°C zawierającego 30% wagowych K2CO3 o stopniu karbonizacji 0,45 nad dolną warstwę wypełnienia przewodem 6 oraz 320 t/h roztworu węglanu potasowego w temperaturze 80°C o stopniu karbonizacji 0,25 nad górną warstwę wypełnienia przewodem 7. Gaz oczyszczony, zawierający CO2 w ilości nie przekraczającej 0,1% CO2 odbierano z absorbera przewodem 8.Stream 200,000 Nm / h of synthesis gas containing 17.5 vol. CO2, supplied to the CO2 removal installation through the line 1 at a temperature of 240 ° C, was introduced into the absorber 2 at a pressure of 2.9 MPa, after cooling in the medium-pressure steam boiler 3, the solution cooker 4 and the boiler water heater 5 to the temperature of 80 ° C. The absorber was fed with a stream of 1600 t / h of potassium carbonate solution at the temperature of 108 ° C containing 30% by weight of K2CO3 with the degree of carbonization 0.45 above the lower layer of filling with conduit 6 and 320 t / h of potassium carbonate solution at the temperature of 80 ° C with the degree of carbonization 0 25 above the upper layer of filling through line 7. Purified gas containing CO2 in an amount not exceeding 0.1% CO2 was collected from the absorber through line 8.
Około 2000 t/h nasyconego roztworu węglanu potasowego odbieranego z dołu absorbera 2 przewodem 9 doprowadzano na szczyt regeneratora 10. W wyniku regeneracji zachodzącej pod wpływem obniżenia ciśnienia w górnej części regeneratora do 0.14 MPa i kontaktu ze strumieniem pary wodnej przepływającej przeciwprądowo z dołu do góry przez wszystkie warstwy wypełnienia pod 3 ciśnieniem bliskim ciśnieniu atmosferycznemu, przewodem 11 odbierano około 40 000 Nm3/h ditlenku węgla wraz z nadmiarem pary wodnej. Strumień około 1600 t/h częściowo zregenerowanego roztwoPL 217 545 B1 ru, odbieranego w stanie wrzenia pod ciśnieniem 0.15 MPa w temperaturze 116°C ze środkowej części regeneratora po osiągnięciu stopnia karbonizacji [KHCO3]/(2[K2CO3]+[KHCO3]) równego 0,45, wprowadzono przewodem 12 do jednokomorowego ekspandera 13 nad powierzchnię roztworu. W ekspanderze utrzymywano obniżone ciśnienie 0,105 MPa za pomocą inżektora parowego 14, napędzanego strumieniem 30 t/h pary o ciśnieniu 0,6 MPa, podawanej z kotła 3 przewodem 15.About 2,000 t / h of saturated potassium carbonate solution withdrawn from the bottom of the absorber 2 through line 9 was fed to the top of the regenerator 10. As a result of regeneration by lowering the pressure in the top of the regenerator to 0.14 MPa and contact with a stream of water vapor flowing countercurrently from bottom to top through all the layers of fill under 3 atmospheric pressure, was collected pipe 11 about 40 000 Nm3 / h of carbon dioxide, together with excess water vapor. Flux of about 1600 t / h of partially regenerated solution, received in a boiling state at a pressure of 0.15 MPa at a temperature of 116 ° C from the middle part of the regenerator after reaching the degree of carbonization [KHCO3] / (2 [K2CO3] + [KHCO3]) equal to 0.45 was introduced through line 12 to single-chamber expander 13 above the solution surface. The reduced pressure of 0.105 MPa was maintained in the expander by means of a steam injector 14, driven by a stream of 30 t / h of steam at a pressure of 0.6 MPa, fed from the boiler 3 through line 15.
Roztwór ochłodzony w ekspanderze do temperatury 107-108°C w wyniku odparowania niskociśnieniowej pary wodnej podawano nad dolną warstwę wypełnienia absorbera 2 przewodem 6 przy pomocy pompy 16. Pozostałą część roztworu w ilości około 320 t/h spływającego po wypełnieniu w dolnej części regeneratora kierowano przewodem 18 do warnika 4, gdzie podgrzewano roztwór do wrzenia strumieniem gazu procesowego i wytwarzano parę wodną, odprowadzaną wraz z wrzącą cieczą pod dolną półkę regeneratora przewodem 17. Głęboko zregenerowany roztwór węglanu potasowego o stopniu karbonizacji 0,25 odbierany z dolnej części regeneratora przewodem 19, ochładzano w chłodnicy 20 do temperatury 80°C i podawano na szczyt absorbera 2 za pomocą pompy 21.The solution cooled in the expander to the temperature of 107-108 ° C as a result of low-pressure steam evaporation was fed over the lower layer of the absorber 2 filling through the line 6 by means of the pump 16. The remaining part of the solution in the amount of about 320 t / h flowing down after filling in the lower part of the regenerator was directed through the line 18 to the cooker 4, where the solution was heated to boiling with the process gas stream and steam was produced, discharged with the boiling liquid under the bottom plate of the regenerator through line 17. Deeply regenerated potassium carbonate solution with the degree of carbonization 0.25 received from the bottom part of the regenerator through line 19, cooled in cooler 20 to a temperature of 80 ° C and fed to the top of absorber 2 by pump 21.
Niskociśnieniową parę wodną, wytworzoną w wyniku gwałtownego odparowania roztworu w ekspanderze, skierowano przewodem 22 i po sprężeniu w inżektorze parowym 14 do ciśnienia 0,18 MPa za pomocą pary wodnej o ciśnieniu 0,6 MPa doprowadzonej przewodem 15 podawano pod dolną warstwę wypełnienia regeneratora 10 przewodami 23 i 17, wraz z parą wodną użytą do jej sprężania oraz strumieniem pary wytwarzanej w warniku.Low-pressure steam, produced as a result of rapid evaporation of the solution in the expander, was directed through the line 22 and after compression in the steam injector 14 to a pressure of 0.18 MPa with a pressure of 0.6 MPa steam supplied through the line 15, it was fed under the bottom layer of the regenerator filling with 10 lines 23 and 17, together with the steam used to pressurize it and the steam stream produced in the digester.
Claims (3)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL387590A PL217545B1 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Method of the absorptive removal of carbon dioxide from the industrial gaseous mixtures |
| PCT/PL2009/050042 WO2010110687A1 (en) | 2009-03-24 | 2009-12-31 | Method of absorbing carbon dioxide from industrial gaseous mixtures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL387590A PL217545B1 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Method of the absorptive removal of carbon dioxide from the industrial gaseous mixtures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL387590A1 PL387590A1 (en) | 2010-09-27 |
| PL217545B1 true PL217545B1 (en) | 2014-07-31 |
Family
ID=42078978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL387590A PL217545B1 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Method of the absorptive removal of carbon dioxide from the industrial gaseous mixtures |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL217545B1 (en) |
| WO (1) | WO2010110687A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103768895A (en) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for low-energy consumption removal of carbon dioxide by hot potash |
| CN106881021B (en) * | 2017-04-27 | 2019-10-11 | 河北精致科技有限公司 | After a kind of processing can direct emission tail gas of sulphur purification process |
| WO2019144229A1 (en) * | 2018-01-24 | 2019-08-01 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natural Resources | Cost-effective gas purification methods and systems by means of ejectors |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3563695A (en) * | 1968-03-22 | 1971-02-16 | Field And Epes | Separation of co2 and h2s from gas mixtures |
| DE2043190C3 (en) | 1969-09-09 | 1979-02-15 | Benson, Field & Epes, Berwyn, Pa. (V.St.A.) | Process for the separation of acid gases from hot gas mixtures containing water vapor |
| NL7514993A (en) * | 1974-12-24 | 1976-06-28 | Hecke Francis Van | METHOD FOR THE REGENERATION OF Aqueous WASHING SOLUTIONS USED FOR THE REMOVAL OF ACID GASES FROM GAS MIXTURES. |
| US4409191A (en) * | 1982-01-04 | 1983-10-11 | Exxon Research & Engineering Co. | Integrated cyclic scrubbing and condensate stripping process for the removal of gaseous impurities from gaseous mixtures |
| US5145658A (en) * | 1990-11-28 | 1992-09-08 | Eickmeyer & Associates, Inc. | Reclaiming of heat of reaction energy from an alkaline scrubbing solution used in acid gas removal processes and apparatus therefor |
-
2009
- 2009-03-24 PL PL387590A patent/PL217545B1/en unknown
- 2009-12-31 WO PCT/PL2009/050042 patent/WO2010110687A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010110687A1 (en) | 2010-09-30 |
| PL387590A1 (en) | 2010-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7297775B2 (en) | Systems and methods for the production and separation of hydrogen and carbon dioxide | |
| US8790617B2 (en) | Process for producing hydrogen with complete capture of CO2 and recycling unconverted methane | |
| JP4991681B2 (en) | Separation of carbon dioxide via partial pressure swing cycle chemistry | |
| CN101460233A (en) | Carbon dioxide and hydrogen production method from synthesis gas | |
| US8746009B2 (en) | Production of hydrogen from a reforming gas and simultaneous capture of CO2 co-product | |
| AU2012347153B2 (en) | Method and device for separating hydrogen sulfide and hydrogen production system using the same | |
| JP5655245B2 (en) | Method and system for regenerating an amine-containing scrubbing solution obtained during gas purification | |
| WO2007103467A2 (en) | Method of recovering carbon dioxide | |
| JP2019156658A (en) | Method for recycling carbon dioxide | |
| CN103189124B (en) | System and method for recovering gas containing CO2 and H2S | |
| CN102602899A (en) | Helium purification method and device | |
| EP2663381B1 (en) | Heat recovery from sorbent-based co2 capture | |
| PL217545B1 (en) | Method of the absorptive removal of carbon dioxide from the industrial gaseous mixtures | |
| CN102659105B (en) | Technology for extracting carbon dioxide and hydrogen by combining medium temperature shift gas decarbonization-stationary bed-pressure swing adsorption | |
| JP2017186183A (en) | Carbon dioxide gas recovery apparatus and method for producing carbon dioxide gas | |
| CN102659104B (en) | Process for extracting carbon dioxide and hydrogen jointly by decarburization-pressure swing adsorption of shift gas | |
| Manzolini et al. | Integration of SEWGS for carbon capture in natural gas combined cycle. Part A: Thermodynamic performances | |
| WO2020174858A1 (en) | Carbon dioxide production method, and device for producing carbon dioxide | |
| CA3218108A1 (en) | Process and plant for producing pure hydrogen by steam reforming with reduced carbon dioxide emissions | |
| CN102642832B (en) | Combined process for extracting carbon dioxide and hydrogen from middle pressure transformed gas through decarburization-washing-PSA (pressure swing adsorption) | |
| JP2011073909A (en) | Co2 recovery process and co2 recovery apparatus | |
| JP2005177716A (en) | Processing method of off-gas discharged from hydrogen psa purifying device | |
| RU2802427C2 (en) | Method of operation of adsorption unit at variable temperature and adsorption unit at variable temperature | |
| RU2631799C2 (en) | Production method of hydrogen for alkaline fuel cells | |
| GB2636513A (en) | Syngas drying integrated within a hydrogen plant |