PROCESS FOR ELIMINATING AND CONCURRENTLY RECUPERATING ACID POLLUTANTS CONTAINED IN GASEOUS MIXTURES

Abstract: 1. A process for the separation and simultaneous recovery of acid impurities, in particular CO2 , from gas mixtures containing a physically active solvent by pressure scrubbing, where the pressure above the charged solvent is reduced to a first intermediate pressure in order to de-gas co-absorbed inert substances and is then further reduced stepwise to separate the majority of the absorbed CO2 from the charged solvent, and is finally brought to the regeneration pressure in order to remove the residual CO2 , whereupon the solvent is returned to the pressure scrubbing step, characterised in that a part of the scrubbed gas is expanded to the regeneration pressure of the solvent and is used as stripping gas to remove the residual CO2 from the solvent.

Description: Verfahren zur Abtrennung und gleichzeitigen Gewinnung saurer Verunreinigungen aus Gasge mischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung und gleichzeitigen Gewinnung saurer Verunreinigungen, insbesondere CO2, aus Gasgemischen mit einem physikalisch wirkenden Lösungsmittel durch Druckwäsche, bei dem der Druck über dem beladenen Lösungsmittel zur Ausqasung von koabsorbierten Inerten auf einen ersten Zwischendruck und anschliessend zur Abtrennung der Hauptmenge des absorbierten C02 aus dem beladenen Lösungsmittel stufenweise weiter gesenkt und schliesslich zur Entfernung des Rest-CO2 auf den Regenerierenddruck gebracht wird, wonach das Lösungsmittel zur Druckwäsche zurückgeführt wird. Ein derartiges Verfahren wird im Rahmen der Herstellung von Harnstoffsynsthesegas in einer älteren Patentanmeldung P 32 39 605.8 von der Anmelderin bereits vorgeschlagen. Dabei wird der Druck über dem beladenen Lösungsmittel nach der Teilentspannung auf einen Zwischendruck gebracht und das Lösungsmittel zur Teilausgasung von CO2 angewärmt. Das ausgasende CO2 fällt somit unter Druck an und kann nach Abkühlung z.B. zur Harnstoffsynthese herangezogen werden. Das teilregenerierte Lösungsmittel wird einer letzten drucklosen Regenerierstufe unterworfen. Dort wird das Lösungsmittel zur Entfernung des Rest-CO2 entweder mittels eines Reboilers angewärmt oder durch Anwendung von Vakuum von dem Rest-CO2 befreit. Bei der erstgenannten Variante ergeben sich jedoch die Nachteile eines hohen Dampfbedarfes im Reboiler zur An warnung des Lösungsmittels und zur Deckung der restlichen Entgasungswärme sowie von Fremdkälte zum Decken der Austauschverluste und zusätzlich eines Kältebedarfs zum Kompensieren der Pumpenerwärmung und Rohgasabkühlung. Hiermit verbunden ist ein zusätzlicher apparativer Aufwand, wie Wärmetauscher, Reboiler und Kondensator mit Abscheider und Kondensatpumpe. Die Verwendung von Vakuum erfordert ebenfalls eine zusätzliche Maschine mit relativ hohem spezifischem Energiebedarf. Die erreichbare Restbeladung ist durch den Saugdruck des Vakuumkompressors festgelegt. Somit kann das Rohgas in der Wäsche nicht so gut gereinigt werden. Die CO2 Restbeladung kann gesenkt werden durch Anwärmung des Lösungsmittels mit Abwärme, doch dann treten ähnliche Nachteile wie bei der Warmregenerierung auf. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass auf energie- und kostengünstige Weise Kohlendioxid aus dem Lösungsmittel entfernt wird unter gleichzeitiger Gewinnung von Rein-CO2. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Teilmenge des gewaschenen Gases auf den Regenerierenddruck des Lösungsmittels entspannt und als Strippgas zur Entfernung des Rest-CO2 aus dem Lösungsmittel verwendet wird. Mit diesem Verfahren wird CO2 durch Entspannung von dem beladenen Lösungsmittel abgetrennt und als Produkt gewonnen. Die Strippung ersetzt die Regeneriersäule mit Reboiler oder die Anwendung von Vakuum. Mit der Strippung kann eine ausreichende Reinheit des Gases von CO2 erreicht werden. Die Konzentration des CO2 im C02-Produkt kann durch Absenkung des Druckes bei der ersten Zwischenentspannung den geforderten Bedingungen angepasst werden. Die Reinheit des Produktgases bezüglich CO2 kann durch Vergrösserung der Strippgasmenge, also der Teilmenge des gewaschenen Gases, und der Bodenzahl in der Säule verbessert werden. Durch Einbau von Expansionsturbinen bei der Entspannung des beladenen Lösungsmittels und des Produkt- bzw. Strippgases kann überdies der Energiebedarf der Anlage weiter gesenkt werden. Das beladene Lösungsmittel wird stufenweise entspannt und anschliessend gestrippt. Somit ist für die Endregenerierung des Lösungsmittels keine Wärmezufuhr und auch kein Wärmetauscher für beladenes gegen regeneriertes Lösungsmittel erforderlich. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Strippgas zusammen mit dem ausgestrippten CO2 auf den Rohgasdruck verdichtet und dem Rohgas vor der Wäsche zugemischt wird. Mit dieser Verfahrensführung wird erreicht, dass das in die Wäsche zurückgeführte CO2 ausgewaschen und bei der nachfolgenden Entspannung in reiner Form gewonnen wird. Damit vergrössert die Strippung mit Rückführung des Strippgases und des ausgestrippten Rest.C02 die C02-Ausbeute. Gemäss einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, das Rohgas vor der Wäsche zu verdichten. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass sich die umgewälzte Lösungsmittelmenge erheblich reduziert. Ausserdem kann eventuell der Rückführverdichter eingespart werden, da das Strippgas und das ausgestrippte Rest-CO2 danh zu sammen mit dem Rohgas verdichtet wird. Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei allen physikalischen Lösungsmitteln angewendet werden, wie beispielsweise Alkoholen, Ketonen, N-Methylpyrrolidon, Polyäthylenglykoläthern, Dimethylformamid, Glykolen, Butyrolacton. Das gewonnene Rein-CO2 kann in der Lebensmittelchemie oder bei der Enhanced Oil Recovery eingesetzt werden. Im folgenden sei das erfindungsgemässe Verfahren anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Rohgas in Leitung 1 wird in einer Waschsäule 2 mit regeneriertem Lösungsmittel, das der Säule im oberen Bereich über Leitung 3 aufgegeben wird, gewaschen. Dabei wird CO2 bis auf einen Restgehalt von ca. 100 ppm ausgewaschen. Die erreichbare Reinheit ist eine Funktion der Lösungsmittelmenge und -reinheit, der Temperatur und der Bodenzahl bzw. Schütthöhe. Neben CO2 werden entsprechend der jeweiligen Löslichkeit im Lösungsmittel auch andere Bestandteile des Rohgases gelöst, gleichzeitig wird auch Wasser teilweise ausgewaschen. Am Kopf der Waschsäule 2 wird gewaschenes Gas über Leitung 4 abgezogen, in einem Wärmetauscher 25 gegen Rohgas angewärmt und zumindest teilweise über Leitung 26 abgegeben. Das am Sumpf der Waschsäule über Leitung 5 abgezogene beladene Lösungsmittel wird zunächst in einem Ventil 6 in einen Abscheider 7 auf einen Zwischendruck entspannt und die dabei freiwerdenden Gase, bevorzugt H2, über Leitung 8 über einen Rückführverdichter 9 ins Rohgas zurückgeführt. Dabei erfüllt dieser Rückführverdichter zwei Aufgaben: Erhöhung der H2-Ausbeute und gleichzeitig Anhebung der C02-Konzentration im Produkt-CO2. Anschliessend wird das Lösungsmittel in Leitung 10 schrittweise in Ventilen 11, 12 in Abscheider 13, 14 entspannt. Dabei wird jeweils CO2 freigesetzt, welches über Leitungen 15, 16 abströmt und als Produkt entweder in der Lebensmittelchemie oder Enhanced Oil Recovery eingesetzt wird. Die Anzahl der Entspannungsstufen und eventuell vorhandener Verdichterstufen wird sinnvollerweise aufeinander abgestimmt. Nach Entspannung auf einen Druck von etwa 1,3 bar wird das Lösungsmittel, welches immer noch CO2 enthält, einer Strippsäule zugeführt und dort mit einer über Leitung 18 herangeführten Teilmenge des gewaschenen Produktes behandelt. Dabei wird das gewaschene Gas vor Einführen in die Strippsäule in einem Ventil 19 entspannt. Vom Kopf der Strippsäule 17 wird Rest-CO2 zusammen mit dem Strippgas über Leitung 20 abgezogen und nach Verdichtung in Rückführverdichter 9 über Leitung 21 dem Rohgasstrom in Leitung 1 zugemischt. Das im Sumpf der Strippsäule 17 über Leitung 22 abgezogene Lösungsmittel wird auf den Druck der Waschsäule gepumpt, 23. In einem Kühler 24 wird die mit dem Rohgas und den Pumpen zugeführte Wärme abgeführt. Zahlenbeispiel: Gewinnung von CO2 aus einem Rohgas, welches zur Gewinnung von H2 durch katalytische Umsetzung von Erdgas in einem Steamreformer gewonnen wurde. Vor der Wäsche muss das CO in einer Konvertierung noch in H2 + C02 umgesetzt werden. Rohgasmenge: 4000 kmol/h Druck: 22 bar Zusammensetzung: H2 77 mol% N2 + CO + CH4 5,3 mol% C02 17,7 mol% Produktgas (nach Abzweigung des Strippgases) Menge: 3274 kmol/h Druck: 20,5 bar Zusammensetzung: H2 93,8 mol% N2 + CO + CH4 6,0 mol% CO2 0,2 mol% C02-Produkt: Menge: 726 knolth Druck: 1,1 bzw. 3 bar Zusammensetzung: H2 1,0 mol% N2 + CO + CH4 1,7 mol% C02 97,3 mol% Strippgasmenge zur Strippsäule: Menge: 340 kmol/h Zusammensetzung wie Produktgas Gesamte Rückführung Menge: 752 kmol/h Druck: 22 bar Zusammensetzung: H2 49,7 mol% NN2 + CO + CH4 3,8 mol% C02 46,5 mol% Lösungsmittel: Polyäthylenglykoläther Menge: 1340 m3/h

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Abtrennung und gleichzeitigen Gewinnung saurer Verunreinigungen, insbesondere CO2, aus Gasge mischen mit einem physikalisch wirkenden Lösungsmittel durch Druckwäsche, bei dem der Druck über dem belade nen Lösungsmittel zur Ausgasung von koabsorbierten Iner ten auf einen ersten Zwischendruck und anschliessend zur Abtrennung der Hauptmenge des absorbierten CO2 aus dem beladenen Lösungsmittel stufenweise weiter gesenkt und schliesslich zur Entfernung des Rest-CO2 auf den Regenerierenddruck gebracht wird, wonach das Lösungsmittel zur Druckwäsche zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge des gewa schenen Gases auf den Regenerierenddruck des Lösungs mittels entspannt und als Strippgas zur Entfernung des Rest-CO2 aus dem Lösungsmittel verwendet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strippgas zusammen mit dem ausgestrippten Rest-CO2 auf den Rohgasdruck verdichtet und dem Roh gas vor der Wäsche zugemischt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgas vor der Wäsche verdichtet wird.

Inventors: RANKE, GERHARD, DIPL. -ING., SCHRADER, ULRICH, DR. DIPL.ING.
Applicants: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: B01D53
IPC codes: B01D53, C10K1