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Title:
METHOD FOR TREATING A GAS FLOW
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/162351
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for treating a gas flow (3), in particular a natural gas flow. The gas flow (3) is supplied to an absorber (5) in which hydrogen sulfide and carbon dioxide contained in the gas flow (3) are absorbed in a washing medium (11), and the washing medium (11) loaded with hydrogen sulfide and carbon dioxide is supplied to a regeneration stage (7) in which carbon dioxide is released in a gaseous form from the washing medium (11) and hydrogen sulfide is precipitated in the form of elementary sulfur from the washing medium (11). A mixture is used as the washing medium (11), said mixture containing a first absorption agent (13) for chemically absorbing hydrogen sulfide and a second absorption agent (15) for physically absorbing carbon dioxide. The invention further relates to a device (1) for treating a gas flow (3).

Inventors:
BRECHTEL, Kevin (Martin-Behaim-Straße 2, Uehlfeld, 91486, DE)
RAAKE, Katrin (Robert-Bloch Str. 7, Rödermark, 63322, DE)
SCHRAMM, Henning (Rheingaustraße 45, Hofheim am Taunus, 65719, DE)
SÖNMEZ, Hatice Gülsah (Brüningstr. 38, Frankfurt am Main, 65929, DE)
JOH, Ralph (Hauptstr. 64, Seligenstadt, 63500, DE)
NICKELFELD, Hans Wolfgang (Am Wingertsgrund 2, Frankfurt, 65933, DE)
Application Number:
EP2017/051512
Publication Date:
September 28, 2017
Filing Date:
January 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B01D53/14; B01D53/52; C01B17/05; C10L3/10
Domestic Patent References:
WO2014170047A12014-10-23
Foreign References:
EP0279667A21988-08-24
EP2243538A22010-10-27
EP2653208A12013-10-23
Other References:
None
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Claims:
Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstromes (3), insbesondere eines Erdgasstroms,

wobei der Gasstrom (3) einem Absorber (5) zugeführt wird, in welchem im Gasstrom (3) enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenes Kohlendioxid in einem Waschmedium (11) absorbiert werden,

wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid bela- dene Waschmedium (11) einer Regenerationsstufe (7) zugeführt wird, in welcher Kohlendioxid gasförmig aus dem Waschmedium (11) freigesetzt und Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium (11) ausgefällt wird, und

wobei als Waschmedium (11) eine Mischung eingesetzt wird, die ein erstes Absorptionsmittel (13) zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptionsmittel (15) zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium (11) innerhalb der Regenerationsstufe (7) entspannt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kohlendioxid durch die Entspannung des Waschmediums (11) aus diesem freigesetzt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in dem Waschmedium (11) absorbierte Schwefelwasserstoff innerhalb der Regenerationsstufe (7) mit einer ka- talytisch aktiven Komponente zu elementarem Schwefel reagiert .

Verfahren nach Anspruch 4, wobei die katalytisch aktive Komponente bei der Reaktion des absorbierten Schwefelwasserstoffs zu elementarem Schwefel reduziert wird. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die katalytisch aktive Komponente durch Reaktion mit einem sauerstoffhaltigen Gas zurückgebildet wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Regenerationsstufe (7) ausgefällter elementarer Schwefel aus dem Waschmedium (11) abgetrennt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite Waschmedium (11) in den Absorber (5) geführt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium (11) vor der Zufuhr zur Regenerationsstufe (7) zusätzlich entspannt wird.

Vorrichtung (1) zur Aufbereitung eines Gasstromes (3) , insbesondere eines Erdgasstroms, umfassend einen Absorber

(5) zur Absorption von im Gasstrom (3) enthaltenem Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenem Kohlendioxid in einem Waschmedium (11) , sowie eine strömungstechnisch mit dem Absorber (5) gekoppelte Regenerationsstufe

(7) zur Freisetzung von gasförmigem Kohlendioxid und zur Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel, wobei als Waschmedium (11) eine Mischung eingesetzt ist, die ein erstes Absorptionsmittel (13) zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptionsmittel (15) zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei zur Ausfällung des elementaren Schwefels aus dem Waschmedium (11) eine katalytisch aktive Komponente eingesetzt ist.

13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei dem Absorber (5) ein Kompressor strömungstechnisch vorgeschaltet ist.

14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobe der Regenerationsstufe (7) eine Entspannungsstufe (19) strömungstechnisch vorgeschaltet ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstromes. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstromes. Erdgas ist ein fossiler Brennstoff mit einem vergleichsweise niedrigen Ausstoß von Kohlendioxid (C0 2 ) und einer vergleichsweise geringen Emission von sonstigen Abfallprodukten bei der Verbrennung. Sein Beitrag als eine der wichtigsten Energieressourcen der Welt steigt stetig an. Vor dem Hinter- grund der RohstoffVerknappung, des dauerhaft steigenden Energiebedarfs und aus Gründen des Umweltschutzes stellt die Aufbereitung und Nutzung von Erdgas somit eine vielversprechende Möglichkeit zur effizienten und emissionsarmen Erzeugung von Energie dar.

Die direkte Nutzung von Roh-Erdgas ist jedoch bisweilen nur bedingt möglich. Aufgrund der sauren Bestandteile, wie insbesondere Schwefelwasserstoff (H 2 S) und Kohlendioxid (C0 2 ) , kann Roh-Erdgas nicht direkt in einer Gasturbine, zum Pipe- linetransport oder in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) genutzt werden .

In vielen Fällen, beispielsweise bei hohem Kohlendioxid- Anteil des Gases oder zur Erreichung einer geforderten Pipe- line-Spezifikation, muss zusätzlich zum Schwefelwasserstoff auch Kohlendioxid aus dem Gas abgetrennt werden. Während ein hoher Anteil von Schwefelwasserstoff zu Korrosions- bzw.

Emissionsproblemen bei der Verbrennung führt, setzt ein hoher Kohlendioxid-Anteil den Brennwert des Gases und damit die er- zielbare Energieausbeute herab. Daneben kann ein hoher Anteil an Kohlendioxid auch einen erheblichen Umrüstaufwand für ein konventionelles Turbinenequipment bedeuten. Daher werden Erdgasströme oft nicht genutzt oder abgefackelt. Bei Biogasen verhält es sich ähnlich. Biogase müssen gegebenenfalls aufwändig konditioniert werden, um eine optimale Nutzung sicherzustellen.

Die wesentliche Herausforderung bei der Aufbereitung von Erdgasströmen liegt also insbesondere in der gleichzeitigen Abtrennung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid. Hierzu werden gängigerweise Nasswäschen basierend auf chemischer oder physikalischer Absorption eingesetzt. Im Rahmen solcher Wäschen werden in einem Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und/oder Kohlendioxid mittels eines entsprechenden Waschmediums ausgewaschen und durch Desorption wieder aus dem Waschmedium freigesetzt. Bei einer physikalischen Absorption werden als Waschmedien beispielsweise Wasser oder Methanol eingesetzt. Sollen Schwefelwasserstoff und/oder Kohlendioxid chemisch absorbiert werden, eignen sich Waschmedien wie Monoethanolamin (MEA) oder ein Aminosäuresalz. Die an- schließende Desorption erfolgt üblicherweise durch Wärmezufuhr oder eine Druckabsenkung.

Während Kohlendioxid in einigen Ländern umweltrechtlich an die Umgebung abgegeben werden darf, ist hingegen eine Emissi - on von Schwefelwasserstoff unbedingt zu vermeiden. Eine Behandlung des den abgetrennten Schwefelwasserstoff enthaltenden Abgasstromes ist daher unverzichtbar. Eine solche Nachbehandlung kann beispielsweise in einem sogenannten Claus- Prozess erfolgen, bei welchem der Schwefelwasserstoff zu ele- mentarem Schwefel umgesetzt wird.

Der Einsatz einer Clauss-Anlage bzw. eines entsprechenden Prozesses ist jedoch aus Kostengründen nicht immer sinnvoll. So ist der Clauss-Prozess zwar bei großen Gasströmen wirt- schaftlich sinnvoll. Bei verhältnismäßig kleinen Gasströmen im Rahmen eines Kraftwerksprozesses ist der Prozess jedoch mit einem hohen finanziellen und auch technischen Aufwand verbunden. Die Menge des im Rahmen der Aufarbeitung aus dem Erdgas abgetrennten Schwefelwasserstoffes ist hierbei so gering, dass eine Aufarbeitung des abgetrennten Schwefelwasserstoffes in einer angeschlossenen Claus-Anlage wegen der hohen Investitionskosten nicht wirtschaftlich ist. Auch ergeben sich oftmals (Akzeptanz -) Probleme bei der Integration des

Prozesses in ein bestehendes Kraftwerksumfeld, da die Verwendung von Chemikalien mit möglichem Gefahrenpotential notwendig ist und die Anforderungen an die Sicherheit entsprechend hoch sind.

Als Alternative zu dem vorbeschriebenen Clauss-Prozess kann zur Nachbehandlung des Schwefelwasserstoffes auf flüssig reduzierende Schwefelgewinnungsprozesse, sogenannte Liquid- Redox-Verfahren, zurückgegriffen werden. Hierbei wird ein Redoxmittel eingesetzt, um in einem Waschmedium absorbierten Schwefelwasserstoff in Schwefel umzuwandeln und den Schwefelwasserstoff so aus dem Waschmedium zu entfernen. Das

Redoxmittel wird durch den Schwefelwasserstoff reduziert, dann durch Kontaktieren mit einem sauerstoffhaltigen Gas oxi- diert und entsprechend regeneriert. Allerdings ist bei beim Einsatz des Liquid-Redox-Verfahrens eine Abtrennung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff in Form getrennter Stoffströme mit hohen Investitionskosten und einer hohen Komplexität des Gesamtprozesses verbunden.

Der Erfindung liegt als eine erste Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine effiziente und kostengünstige Aufbereitung eines Erdgasstroms erlaubt. Als eine zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde eine

Vorrichtung anzugeben, die eine entsprechend effiziente und kostengünstige Aufbereitung eines Erdgasstroms erlaubt.

Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstromes, insbesondere eines Erdgasstroms, wobei der Gasstrom einem Absorber zugeführt wird, in welchem im Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom enthaltenes Kohlendioxid in einem Waschmedium absorbiert werden, wobei das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium einer Regenerationsstufe zugeführt wird, in welcher Kohlendioxid gasförmig aus dem Waschmedium freigesetzt und Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium ausgefällt wird, und wobei als Waschmedium eine Mischung eingesetzt wird, die ein erstes Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält.

In einem ersten Schritt basiert die Erfindung auf der Überlegung, dass im Rahmen eines Liquid-Redox-Prozess gängigerweise Waschmedien eingesetzt werden, die in einem Gasstrom enthaltene gasförmige Komponenten wie Kohlendioxid und Schwefelwas- serstoff chemisch absorbieren. Eine anschließende getrennte Abscheidung dieser Komponenten aus dem chemischen Waschmedium ist hierbei nur mit hohem Aufwand möglich. Zwar wird Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium abgetrennt, Kohlendioxid muss jedoch durch die Einbringung von Wärme aus dem Waschmedium entfernt werden.

In einem zweiten Schritt legt die Erfindung ihre Kenntnis bezüglich physikalischer Absorptions-Desorptions-Prozesse zugrunde. Derartige Prozesse eignen sich insbesondere zur Ab- trennung von gasförmigen Komponenten aus einem unter Druck stehenden Gasstrom. Die Absorptionsrate der jeweiligen gasförmigen Komponenten in dem zur Absorption eingesetzten

Waschmedium steigt hierbei mit zunehmendem Druck an. Zur anschließenden Desorption der unter Druck absorbierten Kompo- nenten aus dem Waschmedium ist lediglich eine Druckabsenkung, also eine Entspannung des Waschmediums notwendig.

Hierzu berücksichtigt die Erfindung weiter, dass Erdgas bzw. Sauergas üblicherweise unter hohem Druck vorliegen. Eine auf physikalischer Absorption basierende Wäsche ist somit grundsätzlich gut zur Abtrennung gasförmiger Komponenten aus einem solchen Gasstrom geeignet. Allerdings werden bei einer Druckabsenkung des Waschmediums sowohl Kohlendioxid als auch Schwefelwasserstoff gemeinsam desorbiert . Die Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel aus dem Waschmedium wird unterbunden. In einem dritten Schritt erkennt die Erfindung schließlich, dass die vorbeschriebenen Probleme dann behoben werden können, wenn eine auf physikalischer Absorption basierende Wäsche in einen klassischen Liquid-Redox-Prozess integriert wird. Hierzu wird als Waschmedium eine Mischung eingesetzt, die ein erstes Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid und ein zweites Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff enthält. Es handelt sich bei dem vorliegenden Verfahren somit um eine Kombination eines physikalischen Waschprozesses mit einem Li- quid-Redox-Verfahren - und damit einer chemischen Wäsche - in einem Prozessschritt.

Durch den Einsatz eines ersten Absorptionsmittels zur chemischen Absorption wird sichergestellt, dass sich im Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff in dem Waschmedium löst, so dass dieser im Rahmen des Liquid-Redox-Prozesses durch weitere Reaktion mit einem Redoxmittel zu elementarem Schwefel ausgefällt werden kann. Die physikalische Wäsche hingegen erlaubt die druckabhängige Absorption des Kohlendioxids. Zur anschließenden Abtrennung von Kohlendioxid und damit zur Regeneration des eingesetzten Waschmediums ist keine zusätzliche Wärmeeinbringung, beispielsweise durch Heizdampf notwendig. Die Energiebilanz des Verfahrens wird verbessert. Zur Absorption von im Gasstrom enthaltenem Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid in dem Waschmedium wird der Gasstrom dem Absorber zugeführt und in dem Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und enthaltenes Kohlendioxid werden in dem Waschmedium absorbiert .

Selbstverständlich können grundsätzlich auch geringe Mengen an Kohlendioxid chemisch in dem ersten Absorptionsmittel absorbiert werden, genauso, wie eine physikalische Absorption von Schwefelwasserstoff in dem zweiten Absorptionsmittel möglich ist. Im Wesentlichen wird jedoch der im Gasstrom enthaltene Schwefelwasserstoff jedoch chemisch mittels des ersten Absorptionsmittels absorbiert, die Absorption von Kohlendio- xid erfolgt physikalisch mittels des zweiten Absorptionsmittels .

Die Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid erfolgt vorzugsweise unter Druck. Hierzu wird dem Absorber ein unter Druck stehender Gasstrom zugeführt. Bei einem Erdgasstrom liegt der Druck in Abhängigkeit von der Lagerstätte, welcher der Gasstrom entnommen wurde, üblicherweise bei mindestens 10 bar. Bei der Aufbereitung eines drucklos vorliegenden Gases, wie beispielsweise Biogas, wird dieses vor dem Eintritt in den Absorber vorzugsweise komprimiert. Auf diese Weise wird der Gasstrom auf einen geeigneten Druck gebracht, der eine physikalische Wäsche des Gasstroms ermöglicht.

Als erstes Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff wird bevorzugt eine Aminosäuresalzlösung eingesetzt. Eine wässrige Aminosäuresalzlösung ist hierbei zweckmäßig. Auch ist der Einsatz von Mischungen verschiedener Aminosäuresalze möglich. Als zweites Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid wird vorzugsweise ein polares Medium, wie beispielsweise Wasser oder ein Alkohol eingesetzt. Besonders bevorzugt wird das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium innerhalb der Regenerations- stufe entspannt. Das zuvor unter Druck absorbierte Kohlendioxid wird dann desorbiert und kann an die Umgebung abgegeben werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wäschen kommt es bei der Desorption des Kohlendioxids jedoch nicht zu einer gleichzeitigen Emission von Schwefelwasserstoff, da dieser sich in der Flüssigphase, also innerhalb des Waschmediums, zu festem Schwefel ausgefällt wird. Somit werden Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff getrennt voneinander aus dem Waschmedium entfernt. Zur Regeneration des Waschmediums ist kein zusätzlicher Energieeintrag notwendig. Kohlendioxid wird vorzugsweise allein durch die Entspannung des Waschmediums aus diesem freigesetzt.

Vorteilhafterweise reagiert der in dem Waschmedium absorbierte Schwefelwasserstoff innerhalb der Regenerationsstufe mit einer katalytisch aktiven Komponente zu elementarem Schwefel. Bei der Reaktion des absorbierten Schwefelwasserstoffs zu elementarem Schwefel wird die katalytisch aktive Komponente zweckmäßigerweise selbst reduziert. Der Schwefel fällt als Feststoff aus, und die reduzierte katalytisch aktive Komponente verbleibt im Waschmedium. Um die Bildung von Sulfiden zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn dem zweiten Waschmedium ein Komplexbildner zugesetzt wird. Es handelt sich somit um eine katalysierte Schweielwasserstoff-Umsetzung .

Grundsätzlich kann die katalytisch aktive Komponente inner- halb der Regenerationsstufe beispielsweise in Form von Fest- stoffPartikeln enthalten sein. Ebenfalls ist der Einsatz einer Regenerationsstufe mit katalytisch aktiven Einbauten möglich. Besonders von Vorteil ist es, wenn die katalytisch aktive Komponente im Waschmedium enthalten ist. Entsprechend wird zweckmäßigerweise ein Waschmedium mit einer katalytisch aktiven Komponente - zusätzlich zum ersten Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff und zum zweiten Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid - eingesetzt. Ein solches Waschmedium mit einer enthaltenen katalytisch aktiven Komponente ermöglicht eine homogene Reaktion der beiden gelösten Reaktionspartner, also des

Schwefelwasserstoffes und der katalytisch aktiven Komponente selbst.

Vorteilhafterweise wird als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt. Prinzipiell eignen sich hierbei all solche Metallsalze, deren Metallionen in mehreren Oxidations- stufen vorliegen können. Vorzugsweise werden die Salze der Metalle Eisen, Mangan oder Kupfer eingesetzt. Die Oxidation des Schwefelwasserstoffes zu elementarem Schwefel erfolgt so- mit bei gleichzeitiger Reduktion des Metallions.

Die katalytisch aktive Komponente wird vorzugsweise durch Reaktion mit einem sauerstoffhaltigen Gas zurückgebildet. Hierbei wird unter dem sauerstoffhaltigem Gas jedes Gas verstan- den, dessen Sauerstoffgehalt hoch genug ist, um die katalyti- sche aktive Komponenten zurückzubilden . Als sauerstoffhaltiges Gas kann beispielsweise Umgebungsluft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch reiner Sauerstoff eingesetzt werden. Das sauerstoffhaltige Gas wird zweckmäßigerweise der Re- generationsstufe zugeführt. Als Regenerationsstufe wird vorzugsweise ein Festbettreaktor eingesetzt.

Bei Kontakt des Waschmediums mit dem Gas tritt der im Gas enthaltene Sauerstoff von der Gasphase in die Flüssigphase, also in das Waschmedium, über. In der Flüssigphase erfolgt die Oxidation des zuvor bei der Schwefelbildung reduzierten Metallions, so dass diese erneut zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff, also zur wiederholten Oxidation zur Verfügung stehen .

Um das Waschmedium zu regenerieren, wird der in der Regenerationsstufe ausgefällte elementare Schwefel vorzugsweise aus dem Waschmedium abgetrennt. Die Abtrennung erfolgt vorzugsweise mittels gängiger Abtrenneinheiten, wie beispielsweise mittels eines Zyklons.

Bevorzugt wird das von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite Waschmedium ausgehend von der Regenerationsstufe in den Absorber zurückgeführt. In dem Absorber wird das regene- rierte Waschmedium zur erneuten Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid genutzt. Das Waschmedium zirkuliert somit zweckmäßigerweise zwischen dem Absorber und der Regenerationsstufe, es wird in einem Kreislauf geführt. In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene Waschmedium vor der Zufuhr zur Regenerationsstufe zusätzlich entspannt. Durch eine solche Entspannung des beladenen Waschmediums vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe wird eine unerwünschte Anreicherung von Methan in dem Waschmedium verhindert. So wird sichergestellt, dass im Waschmedium ebenfalls absorbiertes Methan in der Regenerationsstufe nicht ge- meinsam mit Kohlendioxid desorbiert und schließlich - durch Angabe an die Umgebung - als Wertprodukt verloren geht. Bei der Zwischenentspannung wird das im Wachmedium absorbierte Methan vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe abgetrennt. Vorzugsweise wird das abgetrennte Methan bzw. der methanhal- tige Teilstrom dem Gasstrom vor dessen Eintritt in den Absorber zudosiert und mit diesem gemeinsam dem Absorber zugeführt .

Das nach der Zwischenentspannung im Wesentlichen Methan- freie Waschmedium wird dann wie vorbeschrieben der Regenerations- stufe zugeführt, um dort das absorbierte Kohlendioxid und den absorbierten Schwefelwasserstoff abzutrennen.

Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstroms, umfassend einen Absorber zur Absorption von im Gasstrom enthaltenem Schwefelwasserstoff und im Gasstrom enthaltenem Kohlendioxid in einem Waschmedium, sowie eine strömungstechnisch mit dem Absorber gekoppelte Regenerationsstufe zur Freisetzung von gasförmigem Kohlendioxid und zur Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel, wobei als Waschmedium eine Mischung eingesetzt ist, die ein erstes Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, sowie ein zweites Absorptions- mittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid enthält . Mittels einer solchen Vorrichtung können Kohlendioxid gasförmig und Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel auf einfache Weise getrennt voneinander aus einem Gasstrom entfernt werden. Da die Desorption des Kohlendioxids lediglich durch Druckabsenkung des zur Absorption aus dem Gasstrom eingesetzten Waschmediums erfolgt, muss nicht auf eine Wärmezufuhr zur Freisetzung des Kohlendioxids zurückgegriffen werden. Der in dem ersten Absorptionsmittel chemisch absorbierte Schwefelwasserstoff wird in der Regegenrationsstufe als elementarer Schwefel ausgefällt, das in dem zweiten Absorptionsmittel physikalisch absorbierte Kohlendioxid wird gasförmig

desorbiert .

Als erstes Absorptionsmittel ist vorzugsweise eine Amino- Säuresalzlösung eingesetzt, die der chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff dient. Eine wässrige Aminosäuresalzlösung ist hierbei zweckmäßig. Als zweites Absorptionsmittel ist zweckmäßigerweise ein polares Medium, wie beispielsweise Wasser oder ein Alkohol eingesetzt. Das zweite Absorptionsmittel dient der physikalischen Absorption von Kohlendioxid.

Weiter ist auch eine chemische Absorption geringer Mengen an Kohlendioxid in dem ersten Absorptionsmittel möglich. Gleiches gilt für eine physikalische Absorption geringer Mengen an Schwefelwasserstoff in dem zweiten Absorptionsmittel. Auch diese Möglichkeit besteht grundsätzlich.

Vorzugsweise ist eine Abführleitung des Absorbers mit einer Zuführleitung der Regenerationsstufe der Aufbereitungseinheit gekoppelt. Das Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthaltende Waschmedium strömt über so vom Absorber in die Regegenrationsstufe . Die Regenerationsstufe ist dem Absorber somit in Strömungsrichtung des mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladenen zweiten Waschmediums zweckmäßigerweise strö- mungstechnisch nachgeschaltet

Der Regenerationsstufe ist bevorzugt eine Abzugsleitung angeschlossen. Über die Abzugsleitung wird in der Regenerations- stufe durch Druckabsenkung des Waschmediums aus diesem freigesetztes Kohlendioxid an die Umgebung abgegeben.

Der Schwefelwasserstoff wird als elementarer Schwefel ausge- fällt. Vorzugsweise ist zur Ausfällung des elementaren Schwefels eine katalytisch aktive Komponente eingesetzt. Besonders bevorzugt ist ein Waschmedium mit einer katalytisch aktiven Komponente eingesetzt. Als Waschmedium ist zweckmäßigerweise eine Mischung eingesetzt, die das erste Absorptionsmittel zur chemischen Absorption von Schwefelwasserstoff, das zweite Absorptionsmittel zur physikalischen Absorption von Kohlendioxid und die katalytisch aktive Komponente enthält. Insbesondere ist als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt .

Der ausgefällte elementare Schwefel wird der Regenerationsstufe aus dem Waschmedium abgetrennt. Als Abtrenneinheit ist beispielsweise der Einsatz eines Zyklons von Vorteil. Zweckmäßigerweise ist der Absorber der Regenerationsstufe in Strömungsrichtung des regenerierten Waschmediums strömungs- technisch nachgeschaltet. Das in der Regenerationsstufe regenerierte, also von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite Waschmedium wird ausgehend von dieser in den Absorber zurückgeführt und dort erneut zur Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlenwasserstoff genutzt. Eine Abführleitung der Regenerationsstufe ist zweckmäßigerweise mit einer Zuführleitung des Absorbers gekoppelt. Im Fall der Aufarbeitung eines drucklosen Gasstromes ist es vorteilhaft, wenn dem Absorber ein Kompressor strömungstechnisch vorgeschaltet ist. So kann der zu behandelnde Gasstrom auf das für die physikalische Absorption notwendige Druckniveau gebracht werden. Der Kompressor ist hierzu zweckmäßiger- weise in eine Zuführleitung des Absorbers geschaltet.

Weiter von Vorteil ist es, wenn der Regenerationsstufe eine Entspannungsstufe strömungstechnisch vorgeschaltet ist. In der Entspannungsstufe wird das beladene Waschmediums vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe entspannt und im Waschmedium absorbiertes Methan als Wertprodukt freigesetzt. Der bei der Zwischenentspannung freigesetzte Methan-haltige Teilstrom wird dem Gasstrom vor dessen Eintritt in den Absorber zugeführt. Hierzu ist vorzugsweise eine Abführleitung der Entspannungsstufe mit einer Zuführleitung des Absorbers strömungstechnisch gekoppelt. Das Waschmedium wird nach der Zwischenentspannung wie vorbeschrieben der Regenerationsstufe zugeführt. Hierzu ist eine weitere Abführleitung der Entspannungsstufe strömungstechnisch mit einer Zuführleitung der Regenerationsstufe gekoppelt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen für die Vorrichtung er- geben sich aus den auf das Verfahren gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für das Verfahren und dessen Weiterbildungen benannten Vorteile sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen werden. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige FIG 1 eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms 3.

Vorliegend wird in der Vorrichtung 1 als Gasstrom 3 ein Erd- gasstrom aufbereitet. Die Vorrichtung 1 umfasst hierzu einen Absorber 5, sowie eine dem Absorber 5 strömungstechnisch nachgeschaltete Regenerationsstufe 7. Der Gasstrom 3 hat einen Druck von 20 bar und wird dem Absorber 5 über eine Zuführleitung 9 zugeführt.

Aufgrund des unter Druck stehenden Gasstromes 3 entfällt hier der Einsatz eines Kompressors. Dessen Einsatz wäre beispielsweise bei der Aufbereitung von Biogas notwendig. In diesem Fall wäre ein Kompressor in die Zuführleitung 9 zum Absorber 5 geschaltet. Die Position des Kompressors ist vorliegend durch einen Pfeil 10 angedeutet. Innerhalb des Absorbers 5 werden in dem Erdgasstrom 3 enthaltenes Kohlendioxid und enthaltener Schwefelwasserstoff in einem in dem Absorber 5 befindlichen Waschmedium 11 absorbiert. Die Absorption des Schwefelwasserstoffes erfolgt hierbei che- misch, wozu das Waschmedium 11 als erstes Absorptionsmittel 13 eine Aminosäuresalzlösung enthält. Weiter enthält das Waschmedium 11 Methanol als zweites Absorptionsmittel 15. Diese dient der physikalischen Absorption von Kohlendioxid. Das Waschmedium 11 und der Erdgasstrom 3 werden innerhalb des Absorbers 5 im Gegenstrom geführt.

Nach der Absorption von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff wird das gereinigte Erdgas aus dem Absorber 5 entnommen.

Hierzu ist dem Absorber 5 eine Abzugsleitung 16 angeschlos- sen. Das mit Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff beladene

Waschmedium 11 wird der Regenrationsstufe 7 zugeführt. Hierzu ist dem Absorber 5 eine Abführleitung 17 angeschlossen.

In die Abführleitung 17 des Absorbers 5 ist vorliegend eine Entspannungsstufe 19 geschaltet. In der Entspannungsstufe 19 wird das beladene Waschmedium 11 vor dem Eintritt in die Regenerationsstufe 7 auf ein vorgegebenes Druckniveau entspannt und im Waschmedium 11 gegebenenfalls absorbiertes Methan als Wertprodukt freigesetzt. Das freigesetzte Methan, bzw. ein Methan-haltiger Teilstrom 21 wird dann in den Gasstrom 3 vor dessen Eintritt in den Absorber 5 eingespeist. Hierzu ist eine der Entspannungsstufe 19 angeschlossene Abführleitung 23 strömungstechnisch mit der Zuführleitung 9 zum Absorber 5 gekoppelt .

Das mit Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff beladene Waschmedium 11 wird nach der Zwischenentspannung, also nach Passieren der Entspannungsstufe 19 der Regenerationsstufe 7 zugeführt. Hierzu ist eine weitere Abführleitung 25 der Ent- spannungsstufe 19 strömungstechnisch mit einer Zuführleitung 27 der Regenerationsstufe 7 gekoppelt. Falls eine Zwischenentspannung nicht gewünscht ist, kann auf die Entspannungsstufe 19 verzichtet werden. In diesem Fall ist die Abführleitung 17 des Absorbers 5 strömungstechnisch mit der Zuführleitung 27 der Regenerationsstufe 7 gekoppelt.

Innerhalb der Regenerationsstufe 7 wird das Waschmedium 11 auf Normaldruck entspannt. Das in dem Waschmedium 11 bzw. in dem zweiten Absorptionsmittel 15 absorbierte Kohlendioxid wird freigesetzt und der Regenerationsstufe 7 über eine die- ser angeschlossenen Abzugsleitung 29 entnommen. Eine Zufuhr von Wärme zur Desorption des Kohlendioxids ist nicht nötig, das Kohlendioxid wird durch die ledigliche Entspannung des Waschmediums 11 desorbiert . Der chemisch in dem Waschmedium 11 bzw. in dem ersten Absorptionsmittel 13 absorbierte Schwefelwasserstoff hingegen bleibt auch bei der Druckabsenkung gelöst und reagiert stattdessen zu elementarem Schwefel. Hierzu ist in dem Waschmedium 11 zusätzlich ein Metallsalz als katalytisch aktive Komponen- te enthalten. Die Reaktion zu elementarem Schwefel erfolgt durch Oxidation des Schwefelwasserstoffes bei gleichzeitiger Reduktion des Metallions des als katalytisch aktive Komponente eingesetzten Metallsalzes. Der Schwefel fällt als Feststoff aus und die Metallionen verbleiben gelöst in dem Wasch- medium 11. Der ausgefällte Schwefel wird abgetrennt.

Das regenerierte, also von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff befreite Waschmedium 11 wird dann über eine strömungstechnische Kopplung einer Abführleitung 31 der Regenerations- stufe 7 mit einer Zuführleitung 33 des Absorbers 5 in diesen zurückgeführt und dort zur erneuten Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid genutzt.

Zur Abtrennung des ausgefällten Schwefels aus dem Waschmedium 11 ist der Regenerationsstufe 7 eine Entnahmeleitung 35 angeschlossen, die strömungstechnisch mit einer entsprechenden Abtrenneinheit 37 gekoppelt ist. Als Abtrenneinheit 37 ist vorliegend eine als Hydrozyklon ausgebildete Trennstufe eingesetzt .

Zur Rückbildung der katalytisch aktiven Komponente wird die Regenerationsstufe von einem sauerstoffhaltigen Gas durchströmt. Hierzu ist der Regenerationsstufe 7 eine Zuführleitung 39 angeschlossen. Bei Kontakt des Waschmediums 11 mit dem sauerstoffhaltigen Gas tritt der im Gas enthaltene Sauerstoff von der Gasphase in das Waschmedium 11 über. Hier er- folgt die Oxidation des zuvor bei der Schwefelbildung reduzierten Metallions.

Die katalytisch aktive Komponente wird somit zurückgebildet und erneut zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff durch Oxi- dation zu elementarem Schwefel genutzt. Das sauerstoffhaltige Gas strömt über die Abzugsleitung 29, über welche auch das Kohlendioxid aus der Regenerationsstufe 7 entnommen wird, wieder aus der Regenerationsstufe 7 aus.