BESCHREIBUNG

Bisher wird zur Beseitigung von Kohlendioxid aus einem kohlendioxidhaltigen Gas, beispielsweise aus einem kohlendioxidhaltigen Abgasstrom oder aus Erdgas, das kohlendi- oxidhaltige Gas durch einen Absorber geführt, durch den im Gegenstrom dazu ein Absorptionsmittel strömt und auf diese Weise mit dem Kohlendioxid beladen wird. In einem nachgeschalteten Stripper wird das Kohlendioxid vom Absorptions - mittel getrennt. Zwischen dem Absorber und dem Stripper kann außerdem eine Entspannungsstufe eingefügt sein. Nachteilig bei solchen Anordnungen sind die relativ hohen Investitionskosten.

Die Erfindung hat die Aufgabe, Kohlendioxid mit einer Anordnung zu beseitigen, bei der die Investitionskosten ver- mindert werden können. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Anordnung zur Beseitigung von Kohlendioxid aus einem kohlendioxidhaltigen Gas mit mindestens einem Absorber, in dem ein Absorptionsmittel mit dem Kohlendioxid beladbar ist, und mindestens einer Wirbelstufe, in der das mit dem Kohlendioxid beladene Absorptionsmittel verwirbelbar ist. In der Wirbelstufe, die nun anstelle einer bisher üblichen Entspannungsstufe hinter dem Absorber verwendet wird, wird das Kohlendioxid vom Absorptionsmittel größtenteils ge- trennt, ohne dass relativ große Bauhöhen und Einbauten wie bei bekannten Entspannungsstufen notwendig sind. Die Investitionskosten werden dadurch also reduziert.

Das Absorptionsmittel kann flüssig sein, wobei es Wasser enthalten kann, aber nicht muss. Das wässrige Absorptionsmittel kann neben dem Wasser weitere mit Wasser basisch reagierende und/oder die Absorptionsgeschwindigkeit von Kohlendioxid beschleunigende Bestandteile aufweisen. Das flüssige Absorptionsmittel kann in der Wirbelstufe durch Zentrifugalkräfte nach außen gedrückt werden, so dass flüssige Kohlenwasserstoffe, die in der Wirbelstufe anfallen können, zur Mitte des Wirbels gelangen, und zwar auch dann, wenn in der Wirbelstufe derselbe Druck herrscht wie im Absorber.

Wenn der Druck im Absorber im Vergleich zum Druck in der Wirbelstufe und im Vergleich zum Druck im Stripper verhältnismäßig hoch ist und/oder die Temperatur im Absorber im Vergleich zur Temperatur im Stripper relativ niedrig ist, so kann das Kohlendioxid im Absorber am effektivsten vom Absorptionsmittel aufgenommen und in der Wirbelstufe und im Stripper am effektivsten wieder vom Absorptionsmit- tel getrennt werden. Deshalb ist es sinnvoll, wenn der Druck in der mindestens einen Wirbelstufe geringer ist als im mindestens einen Absorber. Das Kohlendioxid kann somit weitgehend ausgasen, wobei das Ausgasen und die Trennung zwischen gasförmiger und flüssiger Phase umso effektiver sind, je größer die Oberfläche eines in der Wirbelstufe entstehenden Wirbels und die Zentrifugalkräfte im Wirbel sind. Folglich gelangt das Kohlendioxid aufgrund seiner geringeren Dichte zur Mitte des Wirbels. Aufgrund der gro- ßen Oberfläche des Wirbels genügt es, wenn der Druck in der Wirbelstufe nur sehr minimal unter dem Druck im Absorber liegt. Der Druckunterschied kann also nahe Null liegen . Um einen Wirbel mit einer möglichst großen Oberfläche und mit möglichst großen Zentrifugalkräften zu erzeugen, kann die Wirbelstufe einen trichterartigen Abschnitt mit einem hyperbolisch verlaufenden Längsschnitt aufweisen. Strömungstechnisch ist es sinnvoll, wenn der trichterartige Abschnitt einen Auslaufkanal aufweist, dessen Länge vorzugweise größer als der Durchmesser der Wirbelstufe ist, wobei der Auslaufkanal in einen flüssigen Sumpf im unteren Bereich der mindestens einen Wirbelstufe eintau- chen kann.

Damit die Oberfläche des Wirbels und die Zentrifugalkräfte im Wirbel möglichst groß werden können, wird eine hohe kinetische Energie benötigt. Deshalb kann das mit dem Koh- lendioxid beladene Absorptionsmittel tangential in die mindestens eine Wirbelstufe eingeleitet werden. Zur Regelung der Temperatur im Inneren der mindestens einen Wirbelstufe kann eine an eine innere Kontur eines trichterartigen Abschnitts angepasste spiralförmig angeordnete Rohrleitung vorgesehen sein. Abhängig von den Pro- zessbedingungen kann damit zum Beispiel eine Erwärmung oder Kühlung des verwirbelten Absorptionsmittels erfolgen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Heiz- oder ein Kühlmittel durch die Rohrleitung geführt werden, das sich folglich nicht mit dem Absorptionsmittel vermischen kann. Das Heiz- oder Kühlmittel kann flüssig oder gasförmig sein.

Da in der mindestens einen Wirbelstufe bei der Trennung des Kohlendioxids vom Absorptionsmittel sich im gasförmi- gen Absorbereintrag enthaltene oder sich bildende Kohlenwasserstoffe anreichern können, die eine Explosionsgefahr darstellen, kann oberhalb des Wirbels ein Gaspolster aus Inertgas vorgesehen werden, das eine explosiv ablaufende Umsetzung ausschließt. Das Inertgas kann aus einem Vor- ratstank mit einem bestimmten Druck in die Wirbel stufe eingeleitet werden. Als Inertgas kommen beispielsweise Stickstoff, ein Edelgas oder andere dem Fachmann bekannte Gase infrage. Zur Prozessoptimierung kann ein Teil des am Sumpf der mindestens einen Wirbelstufe abgesetzten Absorptionsmittels zu einem Einlass der Wirbelstufe zurückgeführt und ein geringerer Teil auch im Sumpf der Wirbelstufe tangential eingeleitet werden, um dort eine gasförmige Einleitung von Inertgas in den Sumpf zu minimieren. Somit wird das im Absorptionsmittel enthaltene Kohlendioxid der Wirbelstufe erneut zugeführt, wodurch die Beseitigung des Kohlendioxids verbessert wird.

Der mindestens eine Absorber und die mindestens eine Wir- beistufe können eine bauliche Einheit bilden. Wenn der Absorber und die Wirbelstufe beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse oder in einem gemeinsamen Gestell integriert sind, ist die gesamte Anordnung kompakter und folglich platzsparender.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Beseitigung von Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• Einleiten des flüssigen Absorptionsmittels von einem Endbereich und des kohlendioxidhaltigen Gases von einem anderen Endbereich in den mindestens einen Absorber zum Beladen der Absorptionsflüssigkeit mit dem Kohlendioxid,

• Durchleiten der mit dem Kohlendioxid beladenen Ab- sorptionsflüssigkeit durch mindestens eine Wirbelstufe.

In einem weiteren Verfahrensschritt können der mindestens einen Wirbelstufe die sich anreichernden flüssigen Kohlen- Wasserstoffe entnommen werden.

Außerdem können in nachgeschalteten Verfahrensschritten das im Absorptionsmittel nach der mindestens einen Wirbel - stufe noch verbleibende Kohlendioxid in mindestens einem Stripper ausgestrippt und die ausgestrippten Kohlenwasserstoffe an einem Kopf des Strippers in flüssiger Form abgezogen werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert . Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß Anordnung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Wirbelstufe ;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Wirbelstufe.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 100 zur Beseitigung von Koh- lendioxid aus einem kohlendioxidhaltigen Gas mit einem Absorber 2. In einen Sumpf des Absorbers 2 wird über eine Leitung 1 unter erhöhtem Druck ein kohlendioxidhaltiges Gas, das ein von einem Verbrennungsprozess stammendes Verbrennungsabgas oder auch ein Erdgas sein kann, einge- leitet. Gleichzeitig gelangt ein Absorptionsmittel über eine in einen Kopf des Absorbers 2 einmündende Leitung 3 in den Absorber 2. Der Kopf des Absorbers 2 bildet also einen Endbereich des Absorbers 2, wohingegen der Sumpf des Absorbers 2 seinen anderen Endbereich bildet. Das kohlen- dioxidhaltige Gas und das Absorptionsmittel werden im Absorber 2 also im Gegenstrom zueinander geführt, wobei das Absorptionsmittel mit Kohlendioxid beladen wird. Das mit dem Kohlendioxid beladene Absorptionsmittel wird über eine Leitung 4 am Sumpf des Absorbers 2 abgezogen und einer Wirbelstufe 5 zugeführt. Ein gereinigtes Gas, das noch einen mehr oder weniger geringen Restgehalt an Kohlendioxid enthalten kann, wird am Kopf des Absorbers 2 über eine Leitung 22 abgeführt.

In der Wirbelstufe 5 wird Kohlendioxid vom Absorptionsmit - tel weitgehend getrennt. Dabei zum Beispiel vom gasförmigen Eintrag in den Absorber 2 stammender in der Wirbelstufe 5 angereicherter Sauerstoff wird über eine Leitung 26 abgeführt . Ein Teil des am Sumpf der Wirbelstufe 5 abgezogenen Absorptionsmittels kann zur optimierten Beseitigung des Kohlendioxids mittels einer Pumpe 6 über eine Leitung 7 wieder zum Kopf der Wirbelstufe 5 zurückgeführt werden. Sollten statt der einen Wirbelstufe 5 mehrere Wirbelstufen hintereinander geschaltet werden, so kann diese Rückführung auch teilweise zum Kopf jeder einzelnen Wirbelstufe und/oder zum Kopf der ersten Wirbelstufe erfolgen. Die Wirbelstufen können seriell und/oder parallel zueinander angeordnet sein.

Da in der Wirbelstufe 5 flüssige Kohlenwasserstoffe anfallen können, werden diese über eine Leitung 8 durch ein Entspannungsventil 9 zu einem Kühler 17 geführt, soweit sie nicht schon in einer Vermischung mit dem Absorptions- mittel über eine Leitung 10 aus der Wirbelstufe 5 ausgeführt werden.

Das durch die Wirbelstufe 5 fließende Absorptionsmittel wird zu einem Wärmetauscher 15 geleitet und dort im Gegen- ström zu dem von einem Sumpf eines Strippers 12 heiß abgezogenen Absorptionsmittel erhitzt. Das im Wärmetauscher 15 erhitzte Absorptionsmittel wird über die Leitung 10 und ein druckminderndes Drosselventil 11 zum Stripper 12 geführt. Anstelle des Drosselventils 11 kann alternativ auch eine Entspannungsturbine vorgesehen sein. Durch die Erhitzung im Wärmetauscher 15 und die Druckminderung im Dros- selventil 11 wird ein Teil der im Absorptionsmittel noch enthaltenen Reste an Kohlendioxidbestandteilen sowie ein Großteil der in der Wirbelstufe 5 gebildeten Kohlenwasserstoffe in einen gasförmigen Zustand überführt. Ein dann noch eventuell im Absorptionsmittel enthaltener Rest an Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen oder anderen Gasen wird durch Wärmezufuhr mittels eines Wärmetauschers 13 im Gegenstrom zu aufsteigendem Wasserdampf, der im Wärmetauscher 13 erzeugt wird, unter erhöhter Temperatur und im Vergleich zum Absorber 2 abgesenktem Druck aus dem Absorptionsmittel, das am Kopf des Strippers 12 eingeleitet wird, im Gegenstrom ausgetrieben. Der Wärmetauscher 13 wird zur Dampferzeugung mit von außen zugeführtem Hochdruckdampf durchströmt.

Das von löslichen Gasen weitestgehend befreite Absorptionsmittel wird am Sumpf des Strippers 12 abgezogen. Mittels einer Pumpe 14 und nach Kühlung im Wärmetauscher 15 sowie eventuell nach Passieren eines weiteren hier nicht gezeigten mit Kühlwasser gespeisten Kühlers wird das Absorptionsmittel über die Leitung 3 zum Kopf des Absorbers 2 zurückgeführt.

Die ausgestrippten Gase werden über eine Leitung 16 an ei- nem Kopf des Strippers 12 abgezogen und von dort dem als Kondensator wirkenden Kühler 17 zugeführt. Im Kühler 17 werden der Wasserdampf und die angefallenen Kohlenwasser- Stoffe kondensiert. Das ausgestrippte Kohlendioxid und andere Gase werden über eine Leitung 20 abgeführt.

Das kondensierte Wasser und die flüssigen Kohlenwasser- Stoffe werden in ein Trenngefäß 18 geleitet und dort voneinander getrennt. Das Wasser wird über eine Leitung 19 zum Kopf des Strippers 12 zurückgeleitet, wobei über eine Leitung 25 dem Stripper 12 noch Wasser zugeführt werden kann, um Wasserverluste im Prozess und über die Leitung 20 in Form von Wasserdampf zu ersetzen. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden über eine Leitung 21 abgeführt.

Für den Fall, dass das Absorptionsmittel kein oder nur sehr wenig Wasser enthält, kann der Anordnung 100 über ei- ne Leitung 24 Wasser beispielsweise zur Verbesserung der Stripperwirkung zugeführt werden, das zum Ausgleich der Wasserbilanz über eine Leitung 25 unterhalb des Trenngefäßes 18 wieder abgeführt werden kann. Ein in der Wirbelstufe 5 sich anreichernder gasförmiger Sauerstoff wird mit dem über eine Leitung 23 der Wirbel - stufe 5 zugeführten Inertgas soweit versetzt, dass in der Wirbelstufe ein gasförmiges Kohlenwasserstoff/Sauerstoff - Gemisch außerhalb der Explosionsgrenze liegt. Der Sauer- stoff wird über eine Leitung 26 und ein Entspannungsventil 27 dem Kühler 17 zugeführt, von wo aus er die Anlage 100 über die Leitung 20 verlässt.

An der Leitung 3 kann eine aus Übersichtlichkeitsgründen hier nicht näher dargestellte Verzweigung vorgesehen sein, sodass das Absorptionsmittel zum Anfahren der Anlage 100 aus einem ebenfalls nicht gezeigten Tank bereit gestellt werden kann.

Das mit dem Kohlendioxid beladene Absorptionsmittel wird über eine Eintrittsöffnung 50 (siehe Fig. 2} , in welche die Leitungen 4 und 7 einmünden, tangential in die Wirbel - stufe 5 eingeleitet. In der Wirbelstufe 5 bildet sich im oberen Bereich ein flüssiger Wirbel 51 unter einem Gaspolster 52 aus einem Inertgas, das über die Leitung 23 und eine Eintrittsöffnung 59 zugeführt wird, aus. Die Wirbel - stufe 5 weist einen rotationssymmetrischen trichterartigen Abschnitt 53 mit einem vorzugsweise hyperbolischen Längsschnitt auf, durch welchen die Ausbildung des Wirbels mit einer möglichst großen Oberfläche optimiert wird. Das mit dem Kohlendioxid beladene Absorptionsmittel passiert um die Längsachse der Wirbelstufe 5 rotierend den trichterartigen Abschnitt 53, wenn es durch die Wirbelstufe 5 hindurchfließt. In einem Sumpf 54 im unteren Bereich der Wirbelstufe 5 bildet sich eine stationäre Flüssigkeitsansamm- lung 55 aus dem mit dem restlichen Kohlendioxid beladenen Absorptionsmittel. Es verlässt die Wirbelstufe 5 über eine Austrittsöffnung 58. Auf der Flüssigkeitsansammlung 55 kann sich eine zweite Flüssigkeitsansammlung 56 aus den im Wirbel 51 entstandenen Kohlenwasserstoffen abscheiden. Diese werden über eine Austrittsöffnung 57, an welche die Leitung 8 angeschlossen ist, von der Wirbelstufe 5 abgeführt. Der Sauerstoff verlässt die Wirbelstufe 5 über eine Öffnung 500, an die die Leitung 26 angeschlossen ist. Der trichterartige Abschnitt 53 weist einen Auslaufkanal 501 auf, der vorzugsweise in den Sumpf 54 eintaucht. Fig. 3 zeigt einen trichterartigen Abschnitt 30 einer hier nicht näher dargestellten Wirbelstufe, in die über eine Leitung 31 vom Absorber 2 kommend das mit dem Kohlendioxid beladene Absorptionsmittel tangential zugeführt wird. Das Absorptionsmittel umströmt auf seinem Weg zu einem Auslass 32 eine im Inneren des trichterartigen Abschnitts 30 angeordnete Rohrleitung 33. Die Rohrleitung 33 windet sich spiralförmig von oben nach unten, wobei sie an die innere Kontur des trichterartigen Abschnitts 30 angepasst ist. Folglich weist die durch die Rohrleitung 33 gebildete Spirale im oberen Bereich des trichterartigen Abschnitts 30 einen maximalen Durchmesser auf, der sich zum Auslass 32 eines Auslaufkanals 38 hin stetig verringert. Der Rohrleitung 33 kann das den Auslass 32 verlassende Absorptions- mittel mittels einer Leitung 34 zugeführt werden, das somit bis zum Ende der Rohrleitung 33 geführt wird und diese über eine Leitung 35 verlässt. Von dort kann das Absorptionsmittel dem Stripper 12 zugeführt werden. Alternativ zum Absorptionsmittel kann ein Heiz- oder Kühlmittel durch die Rohrleitung 33 geführt werden. Auf diese Weise kann das die Rohrleitung 33 außen umströmende Absorptionsmittel erwärmt oder gekühlt werden. Das Kühlmittel oder das Absorptionsmittel kann über eine Leitung 36 mittels einer Pumpe 37 über die Leitung 34 der Rohrleitung 33 zugeführt wer- den. Wenn das Heizmittel jedoch dampfförmig ist, kann die Pumpe 37 entfallen.