Beschreibung

Aminwäsche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur parallelen Abtrennung von Kohlendioxid aus zwei Rohgasen mit unterschiedlich hohen Kohlendioxid-Partialdrücken, wobei das einen höheren Kohlendioxid-Partialdruck aufweisende erste Rohgas (Rohgasi) in einer ersten Aminwäsche (Wäschel) und das zweite Rohgas (Rohgas2) in einer zweiten Aminwäsche (Wäsche2) jeweils einer chemischen Sauergaswäsche mit einem Amin enthaltenden Waschmittel (Aminwaschmittel) unterzogen wird und die in den beiden Aminwäschen anfallenden, mit Kohlendioxid beladenen Waschmittelströme zusammengeführt und gemeinsam einer Regenerierung zugeleitet werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Aminwäschen sind seit langem Stand der Technik und werden in der Industrie in vielen Anwendungen, insbesondere zur Abtrennung von Sauergasen (CO ₂ , H ₂ S, COS, HCN) aus Gasgemischen eingesetzt. Bei den in Aminwäschen eingesetzten Waschmitteln (Aminwaschmittel) handelt es sich um wässrige Lösungen von Aminen, aus denen sich mit den im Aminwaschmittel gelösten Sauergasen Ionen bilden. Die Aminwaschmittel können durch Druckentspannung und/oder Strippen regeneriert werden, wobei die ionischen Spezies zu Sauergasen und Aminen zerfallen. Die Sauergase gehen aufgrund des verminderten Drucks aus dem Aminwaschmittel in die Gasphase über und/oder werden mit Hilfe von Dampf abgestrippt. Nach der Regenerierung kann das Aminwaschmittel wiederverwendet werden. Als Aminwaschmittel haben sich insbesondere die wässrigen Lösungen von Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA), Triethanolamin (TEA), Diglykolamin (DGA), Methyldiethanolamin (MDEA), sowie aktiviertem Methyldiethanolamin (z. B. aMDEA ^® ) technisch bewährt.

Ein typisches Einsatzgebiet für Aminwäschen sind Synthesegasanlagen, in denen sie zur Entfernung sauerer Komponenten aus Syntheserohgasen verwendet werden. Oft werden in solchen Anlagen zwei Rohgasströme mit unterschiedlichen Sauergasgehalten erzeugt, wobei ein Teil des erzeugten Syntheserohgases durch Wassergas-Shift konvertiert und der verbleibende Rest ohne Konvertierung weiter

geführt wird. Nach dem Stand der Technik wird jeder der beiden Rohgasströme - nach Abkühlung und Abscheidung von mitgeführtem Wasser - in einer eigenen Aminwäsche gereinigt, die jeweils mit einer eigenständigen Waschmittelregenerierung ausgestattet ist. Der finanzielle Aufwand für eine derartige Lösung ist jedoch beträchtlich, da bereits eine Aminwäsche in der Regel zwischen 15 und 20 Apparate umfasst.

Ebenfalls Stand der Technik ist es, die beladenen Aminwaschmittelströme nach den beiden Gaswäschen zusammenzuführen und gemeinsam einer Regenerierung zuzuleiten. Jeder der beladenen Waschmittelströme wird nach Anwärmung über ein eigenes Ventil zur Regenerierung entspannt. Mit dem Entspannungsventil wird der Flüssigkeitsstand im Sumpf der jeweiligen Waschkolonne gehalten. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass für die beiden beladenen Waschmittelströme getrennte Anwärmeinrichtungen und Entspannungsventile benötigt werden, da die Drücke beider Ströme sich in der Regel nur geringfügig unterscheiden. Trotzdem verringert sich der apparative Aufwand gegenüber dem oben beschriebenen Konzept beträchtlich. Alternativ ist ein zusätzlicher Mischbehälter zur Zusammenführung der beiden Waschmittelströme üblich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgebe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, die es ermöglichen, Kohlendioxid aus konvertiertem und unkonvertiertem Syntheserohgas auf einfachere und wirtschaftlichere Weise abzutrennen, als es nach dem Stand der Technik möglich ist.

Die gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wäschel in zwei aufeinander folgenden Schritten als Grob- und Feinwäsche durchgeführt wird, wobei das gesamte in der Wäsche2 mit Kohlendioxid beladene Aminwaschmittel in der Grobwäsche als vorbeladenes Waschmittel eingesetzt wird.

Ausgangspunkt der Erfindung ist die Abhängigkeit des Kohlendioxid- Aufnahmevermögens eines Aminwaschmittels in Abhängigkeit vom dem in einem zu trennenden Gasstrom herrschenden Kohlendioxid-Partialdruck. Je höher der Kohlendioxid-Partialdruck ist, desto weiter verschiebt sich das Gleichgewicht der bei der Kohlendioxid-Absorption stattfindenden chemischen Reaktion auf die Seite der Produkte und desto höher ist das Kohlendioxid-Aufnahmevermögen des

Aminwaschmittels. Hieraus ergibt sich, dass das in der Wäsche2 eingesetzte Aminwaschmittel je Gewichtseinheit weniger Kohlendioxid aufnehmen kann als das in der Wäschel eingesetzte Aminwaschmittel. Das mit Kohlendioxid vorbeladene Aminwaschmittel aus der Wäsche2 ist somit geeignet, in der Grobwäsche von Wäschel als Waschmittel zur Kohlendioxidabtrennung eingesetzt zu werden.

In der Feinwäsche von Wäschel wird die Kohlendioxidkonzentration in dem zu reinigenden Gas bis auf einen geforderten Grenzwert reduziert. Das eingesetzte Aminwaschmittel, das der Wäschel unbeladen zugeführt wird, reichert sich dabei mit Kohlendioxid an und wird nachfolgend in die Grobwäsche weitergeführt.

Zweckmäßigerweise wird das Aminwaschmittel in der Feinwäsche soweit beladen, dass es genauso viel Kohlendioxid je Gewichtseinheit gebunden enthält, wie das vorbeladen aus Wäsche2 zugeführten Aminwaschmittel. Die beiden Waschmittelströme werden in der Grobwäsche zusammengeführt und vermischen sich bis zum Austritt aus der Wäschel zu einem beladenen Waschmittelstrom mit homogener Zusammensetzung, der direkt - und ohne einen weiteren Vermischungsschritt - der Regenerierung zugeführt werden kann.

Bei der Absorption von Sauergasen wird Reaktionsenergie frei gesetzt, die zu einer Erwärmung des Aminwaschmittels während einer Sauergaswäsche führt. Da die

Dampfdrücke der bei der Sauergasabsorption gebildeten Verbindungen mit steigender Temperatur rasch anwachsen, führt diese Erwärmung zu einer Abnahme des Sauergas-Aufnahmevermögens des Aminwaschmittels. Um sein Kohlendioxid- Aufnahmevermögen zu steigern, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher vor, dass das beladene Aminwaschmittel aus der Wäsche2 vor seiner Einleitung in die Grobwäsche der Wäschel gekühlt wird. Die Kühlung erfolgt dabei gegen ein von außen zugeführtes Kühlmittel oder/und gegen einen oder mehrere anzuwärmende Verfahrensströme.

Prinzipiell eignet sich jedes Aminwaschmittel für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren. So können wässrige Lösungen der primären Amine Monoethanolamin (MEA) oder Diethanolamin (DEA) oder Triethanolamin (TEA) oder Diglykolamin (DGA) als Waschmittel verwendet werden. Besonders geeignet sind jedoch wässrige Lösungen von sekundären und tertiären Aminen, da diese eine wesentlich stärkere Abhängigkeit ihres Kohlendioxid-Aufnahmevermögens vom

Kohlendioxid-Partialdruck aufweisen. Besonders bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen daher vor, dass eine wässrige Lösung von Methyldiethanolamin (MDEA) oder aktiviertem Methyldiethanolamin als Aminwaschmittel eingesetzt werden.

Wie bereits im einleitenden Teil dieser Beschreibung ausgeführt, besteht in Synthesegasanlagen häufig die Notwendigkeit einen kohlendioxidreicheren und einen kohlendioxidärmeren Gasstrom parallel von Sauergasen zu reinigen, wobei der kohlendioxidreichere Gasstrom durch Wassergas-Shift aus einem Syntheserohgas erzeugt wird. Eine andere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass die beiden Rohgase aus einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Syntheserohgas gewonnen werden, wobei das Rohgasi aus einem Teil des Syntheserohgases durch Wassergas-Shift erzeugt wird, während das Rohgas2 aus dem restlichen, keiner Wassergas-Shift unterzogenen Syntheserohgas gebildet wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur parallelen Abtrennung von Kohlendioxid aus zwei Rohgasen mit unterschiedlich hohen Kohlendioxid- Partialdrücken, aufweisend eine erste und eine zweite Wascheinrichtung, in denen jeweils eines der Rohgase einer Sauergaswäsche mit einem chemisch wirkenden

Waschmittel (Aminwaschmittel) unterziehbar ist, wobei das den höheren Kohlendioxid- Partialdruck aufweisende erste Rohgas (Rohgasi) in die erste Wascheinrichtung und das zweite Rohgas (Rohgas2) in die zweite Wascheinrichtung einleitbar ist, sowie eine Regeneriereinrichtung, in welche die in den beiden Wascheinrichtungen anfallenden, mit Kohlendioxid beladenen Waschmittelströme nach ihrer Zusammenführung gemeinsam weiterleitbar sind.

Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Wascheinrichtung eine Grob- und eine Feinwäsche umfasst und mit einer überführeinrichtung mit der zweiten Wascheinrichtung verbunden ist, über die das in der zweiten Wascheinrichtung beladene Aminwaschmittel als vorbeladenes Waschmittel in die Grobwäsche der ersten Wascheinrichtung einleitbar ist.

Herrscht zwischen der Entnahmestelle des beladenen Aminwaschmittels aus der zweiten Wascheinrichtung und der Einleitungsstelle des beladenen Aminwaschmittels

in die Grobwäsche der ersten Wascheinrichtung ein Druckgefälle, das ausreichend hoch ist, um allein mit seiner Hilfe das gesamte beladen Aminwaschmittel aus der ersten Wascheinrichtung in die Grobwäsche zu überführen, so umfasst die überführungseinrichtung zweckmäßigerweise ein Drosselorgan zur standgeregelten überleitung des gesamten Waschmittelstromes, wobei die Regelgröße der

Flüssigkeitsstand im Sumpf der zweiten Wascheinrichtung ist. Ist das Druckgefälle zu klein oder sogar negativ, so sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung des vorbeladenen Aminwaschmittels eine Pumpe als Bestandteil der überführungseinrichtung vor.

Um das Kohlendioxid-Aufnahmevermögen des vorbeladenen Aminwaschmittels vor seiner Einleitung in die Grobwäsche zu steigern, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Wärmetauscher als Bestandteil der überführungseinrichtung vor, in dem das vorbeladene Aminwaschmittel abkühlbar ist.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste Wascheinrichtung als Waschkolonne ausgeführt ist, deren oberer Teil als Feinwäsche und deren unterer Teil als Grobwäsche ausgebildet ist.

Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass Fein- und Grobwäsche jeweils als eigenständige Waschkolonnen ausgeführt sind.

Durch die Erfindung werden im Vergleich zum Stand der Technik sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten einer gattungsgemäßen Aminwäsche reduziert. Durch die gemeinsame Regenerierung der in den beiden

Wascheinrichtungen beladenen Waschmittelströme kann die Anzahl der notwendigen Verfahrensschritte und der dazu erforderlichen Apparate deutlich verringert werden. Die Zusammenführung und homogene Vermischung der beladenen Waschmittelströme wird auf einfache Weise erreicht, da die zur Aminwäsche eingesetzten Wascheinrichtungen i.Allg. so ausgeführt sind, dass sie für eine intensive Vermischung der sie durchströmenden Medien sorgen. Der Hauptvorteil der Erfindung liegt aber drin, dass für die Aminwäsche des ersten Rohgases eine deutlich geringere Menge an regeneriertem Aminwaschmittel benötigt wird, als es bisher der Fall ist. Da dies gleichzeitig zu einer Reduktion der zu regenerierenden Waschmittelmenge führt, kann die Waschmittelregenerierung mit deutlich kleineren Apparaten und mit erheblich

geringeren Verbrauchen an Betriebsmitteln (Pumpenenergie, Kühlwasser, Dampf) ausgeführt werden.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer Synthesegasanlage, in der zwei Rohgasströme mit unterschiedlich hohen Kohlendioxidgehalten erzeugt und parallel durch Aminwäsche von Sauergasen, insbesondere von Kohlendioxid, befreit werden.

Das erste Rohgas 1 wird durch Wassergas-Shift und anschließende Kühlung und Wasserabscheidung (nicht dargestellt) aus einem Wasserstoff, Kohlenmonoxid sowie Kohlendioxid und andere Sauergase enthaltenden Syntheserohgas erzeugt, während das zweite Rohgas 2 aus dem verbleibenden Syntheserohgas nur durch Kühlung und Abtrennung von Wasser gewonnen wird. Trotz des Druckverlustes in der Wassergas- Shift, weist das erste Rohgas 1 einen höheren Kohlendioxid-Partialdruck auf als das zweite Rohgas 2.

Das erste Rohgas 1 wird zur Abtrennung der in ihm enthaltenen Sauergase in die Waschkolonne T1 eingeleitet und dort mit chemisch wirkendem Aminwaschmittel 7 und 3, bei dem es sich vorzugsweise jeweils um eine wässrige Lösung von aktiviertem Methyldiethanolamin handelt, einer Grobwäsche G und einer nachfolgenden Feinwäsche F unterzogen. Vom Kopf der Waschkolonne T1 wird Rohwasserstoff 4, der keine Produktqualität aufweist, abgezogen. Parallel hierzu wird das zweite Rohgas 2 in die Waschkolonne T2 eingeleitet und dort durch das im Gegenstrom geführte

Aminwaschmittel 5 von Sauergasen befreit, sodass vom Kopf der Waschkolonne T2 ein nahezu ausschließlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehendes Oxogas 6 abgeführt werden kann. Im Sumpfraum der Waschkolonne T2 sammelt sich beladenes Aminwaschmittel, dessen Aufnahmefähigkeit für Kohlendioxid unter den hier herrschenden Bedingungen weitgehend ausgeschöpft ist, das jedoch noch in der Lage ist, in der Grobwäsche G der Waschkolonne T1 aufgrund des dort herrschenden höheren Kohlendioxid-Partialdrucks Kohlendioxid aufzunehmen. Das beladene Aminwaschmittel wird daher mit Hilfe der Pumpe P1 aus dem Sumpf der Waschkolonne T2 abgezogen und über Leitung 7 in die Grobwäsche G der Waschkolonne T1 eingeleitet, wo es als vorbeladenes Waschmittel genutzt wird und

wo es sich - bedingt durch die Kolonneneinbauten - intensiv mit dem in der Feinwäsche F vorbeladenen Aminwaschmittel vermischt.

über Leitung 8 wird aus dem Sumpf der Waschkolonne T1 das gesamte in den beiden Waschkolonnen T1 und T2 mit Sauergasen beladene Aminwaschmittel abgezogen, im Wärmetauscher E1 angewärmt, über das Drosselorgan a entspannt und an ihrem Kopf der Strippkolonne T3 zur Regenerierung aufgegeben. Der zur Stripping benötigte Dampf wird über den Reboiler E2 erzeugt. Gemeinsam mit dem Strippdampf werden die abgestrippten Sauergase über Leitung 9 vom Kopf der Strippkolonne T3 abgezogen, im Wärmetauscher E3 abgekühlt und in den Abscheider D eingeleitet. Im Abscheider D trennen sich die Sauergase von dem durch die Abkühlung in E3 auskondensierten Strippdampf und werden über Leitung 10 einer Entsorgung oder auch einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt. Das Kondensat wird über Leitung 1 1 aus dem Abscheider D abgezogen und durch die Pumpe P2 zum Kopf der Strippkolonne T3 zurückgeleitet, wo es als Rücklauf dient. Mit Hilfe der Pumpe P3 wird über Leitung 12 regeneriertes Aminwaschmittel aus dem Sumpf der Strippkolonne T3 gefördert, das, nach Abkühlung in den Wärmetauschern E1 und E4, in die beiden Waschmittelströme 3 und 5 aufgeteilt und zu den beiden Waschkolonnen T1 und T2 zurückgeführt wird.