Verfahren und Vorrichtung zur Gaswäsche

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung einer Gaswäsche, bei welcher Gas von unten nach oben und Waschmittel von oben nach unten durch eine

Waschsäule geführt werden, wobei wenigstens zwei Wäschsektionen in der

Waschsäule übereinander angeordnet sind, von denen die obere nach unten von einem Kaminboden begrenzt wird, aus welchem zumindest ein Teil des in der oberen Waschsektion beladenen Waschmittels an einer im Bereich des Kaminbodens vorgesehenen Abzugsstelle abziehbar und als Waschmittel an einer im Bereich der unteren Waschsektion vorgesehenen Einleitungsstelle in die untere Waschsektion einleitbar ist, wobei in Strömungsrichtung hinter der Abzugsstelle und vor der

Einleitungsstelle eine Wärmetauscheinrichtung zwischengeschaltet ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung. Derartige Vorrichtungen werden insbesondere für physikalische Gaswäschen eingesetzt. Physikalische Gaswäschen nutzen die Eigenschaft von Flüssigkeiten aus, gasförmige Stoffe zu absorbieren und in Lösung zu halten, ohne die Gase dabei chemisch zu binden. Wie gut ein Gas von einer Flüssigkeit absorbiert wird, wird durch den Löslichkeitskoeffizienten ausgedrückt: je besser sich das Gas in der Flüssigkeit löst, desto größer ist sein Löslichkeitskoeffizient. Der Löslichkeitskoeffizient ist temperaturabhängig und steigt i. Allg. mit fallender Temperatur an. Daher wird das flü ige Waschmittel häufig zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten z.B. durch Wärmetausch mit einem Kältemittel vor der Wäsche abgekühlt. Beispielsweise werden aminhaltige Waschmittel zur Entfernung von Kohlendioxid

(C0 ₂ ) aus Rauchgasen eingesetzt, um die Abgabe von klimaschädlichen Stoffen an die Umwelt zu verringern. Das ausgewaschene Kohlendioxid kann verdichtet und ggf. nach weiterer Aufbereitung im Untergrund verpresst oder einer anderen Nutzung zugeführt werden. Auf diese Weise ist z.B. ein nahezu kohlendioxidemissionsfreier Betrieb von Kohlekraftwerken möglich.

Nach dem Stand der Technik wird eine Rauchgas- C0 ₂ -Wäsche in einer Waschsäule durchgeführt, in der mindestens zwei Waschsektionen übereinander angeordnet und durch einen Kaminboden voneinander getrennt sind, wobei in der unteren Sektion der erste und in der oberen Sektion der zweite Waschschritt ablaufen. Eine derartige Waschsäule verfügt in ihrem unteren Bereich über eine Einrichtung zur Zuführung des zu waschenden Rauchgases und an ihrem Kopf über eine Einrichtung zum Abzug des gewaschenen Rauchgases. Weiterhin weist sie Einrichtungen zur Zuführung von unbeladenem Waschmittel am Kolonnenkopf, zum Abzug von beladenem Waschmittel aus dem Kaminboden, zur Zuführung von beladenem W schmittel in die untere Waschsektion und zum Abzug des Sumpfproduktes aus dem Sumpfraum auf. Das beladene Waschmittel, das sich im Kaminboden sammelt, wird aus diesem abgezogen und zumindest zum Teil mittels einer Pumpe zu einer Wärmetauscheinrichtung gefördert, in der es zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten abgekühlt wird.

Schließlich wird das abgekühlte Waschmittel in die untere Waschsektion eingeleitet.

Bei dieser bekannten Methode wird also die Durchströmung der

Wärmetauscheinrichtung mit dem Waschmittel durch eine Pumpe gewährleistet. Hierzu sind neben der eigentlichen Pumpe ein Pumpenantrieb, eine Pumpenregelung sowie eine Flüssigkeitsvorlage innerhalb der Waschsäule notwendig, was erhebliche

Investitions- und Betriebskosten erfordert. Darüber hinaus besteht die Gefahr von Betriebsstörungen durch Pumpenausfälle. Da dies in der Regel nicht zulässig ist, muss die Pumpe deswegen redundant ausgeführt werden. Ferner ist der Aufwand für regelmäßige Wartungen der Pumpenanordnung zu berücksichtigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der

gattungsgemäßen Art sowie ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, mit denen bei deutlich reduzierten Kosten die Gefahr von Betriebsstörungen weitgehend beseitigt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird seitens der Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abzugsstelle soweit oberhalb der Einleitungsstelle angeordnet ist, dass die hydrostatische Energie allein zur Durchströmung der Wärmetauscheinrichtung und zur Einleitung des Waschmittels in die untere Waschsektion ausreicht.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die Pumpenenergie durch hydrostatische Energie zu ersetzen. Hierzu wird zwischen der Abzugsstelle und der Einleitungsstelle für das Waschmittel ein Höhenunterschied eingestellt, der einen hydrostatischen Druck des Waschmittels zur Folge hat, der für eine Durchströmung der

Wärmeaustauscheinrichtung und für die Einleitung des Waschmittels in die untere Waschsektion ausreicht. Die treibende Kraft für das Waschmittel wird also nicht mehr durch die Pumpe erzeugt, sondern allein durch die hydrostatische Energie infolge des Höhenunterschieds zwischen Abzugs- und Einleitungsstelle. Üblicherweise wird gemäß dem Stand der Technik eine Pumpe verwendet, um zum einen frei zu sein in der Aufstellung der Wärmetauscheinrichtung und zum anderen einen höheren

Druckverlust innerhalb der Wärmetauscheinrichtung sowie seiner Verrohrung zu ermöglichen. Überraschenderweise wurde mit der Erfindung festgestellt, dass zum einen eine passende Aufstellung der Wärmetauscheinrichtung ohne Mehrkosten zu realisieren ist und zum anderen die Mehrkosten der aufgrund des niedrigeren zulässigen Druckverlustes teureren Wärmeaustauscheinrichtung mehr als aufgewogen werden durch die Minderkosten aufgrund des Wegfalls der Pumpe. Zweckmäßigerweise ist die Wärmetauscheinrichtung außerhalb der Waschsäule . angeordnet und über Leitungen einerseits mit der Abzugsstelle und andererseits mit der Einleitungsstelle verbunden. Dabei ist die Abzugsstelle in einer Höhe oberhalb der Einleitungsstelle angeordnet, aus der sich eine hydrostatische Energie des

Waschmittels ergibt, mit der die Druckverluste in den Leitungen und in der

Wärmetauscheinrichtung überwindbar sind. In der Praxis ist der Kaminboden in der Waschsäule so ausgeführt, dass sich an der Abzugsstelle des für die untere

Waschsektion bestimmten Waschmittels ein statischer Flüssigkeitsdruck ausbilden kann, der ausreichend ist, die Druckverluste auszugleichen, die das Waschmittel auf seinem Weg aus dem Kaminboden in die untere Waschsektion erfährt. Wegen der Reibungsverluste in den Leitungen und den durch die Wärmeaustauscheinrichtung verursachten Druckverlusten können sich für den Kaminboden Höhen von mehreren Metern ergeben. Vorzugsweise beträgt die Höhendifferenz zwischen der Abzugsstelle und der Einleitungsstelle ca. 2 bis ca. 8 m. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens drei, durch Kaminböden voneinander getrennte Waschsektionen in der Waschsäule angeordnet sind, wobei die Abzugsstelle für das Waschmittel im Bereich des untersten

Kaminbodens und die Einleitungsstelle für das Waschmittel im Bereich der untersten Waschsektion angeordnet sind und die Wärmetauscheinrichtung zwischen

Abzugsstelle und Einleitungsstelle zwischengeschaltet ist. Eine solche Ausführungsform kann z.B. mit Vorteil zur Aminwäsche von Rauchgasen eingesetzt werden.

Unterhalb dieser Waschsektionen kann ggf. zusätzlich eine Vorwäsche vorgesehen sein. In diesem Fall sind die Abzugsstelle für das Waschmittel im Bereich des untersten oberhalb der Vorwäsche angeordneten Kaminbodens und die

Einleitungsstelle für das Waschmittel im Bereich der untersten oberhalb der Vorwäsche angeordneten Waschsektion vorgesehen. Grundsätzlich eignet sich die Erfindung für alle Gaswäschen, bei denen das beladene Waschmittel aus einer oberen Waschsektion abgezogen und nach einem

Wärmetausch in einer Wärmetauscheinrichtung in eine untere Waschsektion eingeleitet werden soll. Insbesondere ist die Erfindung für physikalische Gaswäschen vorgesehen, bei der das abgezogene Waschmittel in der Wärmetauscheinrichtung zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten abgekühlt und in die untere Waschsektion eingeleitet wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer Gaswäsche, bei welcher Gas von unten nach oben und Waschmittel von oben nach unten durch die Waschsäule geführt werden, wobei wenigstens zwei Waschsektionen in der

Waschsäule übereinander angeordnet sind, von denen die obere nach unten von einem Kaminboden begrenzt wird, aus welchem zumindest ein Teil des in der oberen Waschsektion beladenen Waschmittels abgezogen, über eine

Wärmetauscheinrichtung geleitet und als Waschmittel in die untere Waschsektion eingeleitet wird.

Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Waschmittel allein aufgrund der hydrostatischen Energie durch den Wärmetauscher zur unteren Waschsektion getrieben wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus einem kohlendioxidhaltigen Rauchgas unter Einsatz eines aminhaltigen

Waschmittels zumindest ein Teil des Kohlendioxids ausgewaschen wird. Durch die Erfindung ist es möglich, auf die sonst übliche Pumpe mit Antrieb, Regelung und Vorlagevolumen zu verzichten, wodurch sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten erheblich verringert werden können. Außerdem ist die Störanfälligkeit deutlich reduziert.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert werden. Es zeigen Figur 1 eine Waschsäule mit pumpengetriebenem Zwischenkühler nach dem

Stand der Technik

Figur 2 eine Waschsäule mit schwerkraftgetriebenem Zwischenkühler Figur 3 eine Waschsäule mit auf erhöhtem Niveau angeordnetem,

schwerkraftgetriebenen Zwischenkühler

In Figur 1 ist eine Waschsäule zur Rauchgas- C0 ₂ -Wäsche nach dem Stand der Technik dargestellt, in der aus einem kohlendioxidhaltigen Rauchgas, das z.B. in einem Kohlekraftwerk anfällt, in mehreren Waschsektionen das Kohlendioxid mittels eines aminhaltigen Waschmittels weitgehend entfernt wird. Das ausgewaschene Kohlendioxid kann nach entsprechender, in der Figur nicht dargestellten, Aufbereitung schließlich im Untergrund verpresst werden oder einer anderen Verwendung, z.B. als Einsatzstoff für Bioreaktoren (Algenkulturen) zur Kraftstofferzeugung, zugeführt werden.

Über Leitung 1 wird das zu reinigende Rauchgas in die Waschsäule T eingeleitet und strömt anschließend aufwärts durch die untere Waschsektion WS1. Waschmittel, welches in der oberen Waschsektion WS2 bereits zur Gaswäsche verwendet wurde, wird im Kaminboden K, welcher die Waschsektion WS2 nach unten abschließt, aufgefangen und über Leitungen 5 und 4 in die untere Waschsektion WS1 geleitet. Das Waschmittel fließt in der unteren Waschsektion WS1 von oben nach unten, und wäscht auf seinem Weg aus dem im Gegenstrom geführten Rauchgas einen Teil des

Kohlendioxids aus, bevor es - nunmehr mit C0 ₂ und ggf. weiteren Komponenten beladen - im Sumpfraum S der Waschsäule T gesammelt wird. Das bereits teilweise gereinigte Rauchgas strömt durch den Kaminboden K nach oben in die obere

Waschsektion WS2, in welcher es durch im Gegenstrom geführtes Waschmittel, das regeneriert am Kopf der Waschsektion WS2 über Leitung 2 eingeleitet wird, weiter von Kohlendioxid gereinigt wird. Über Leitung 3 wird das gereinigte Rauchgas schließlich aus der Waschsäule T abgezogen.

Zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten des Waschmittels wird das über Leitung 5 aus der Waschsäule abgezogene Waschmittel in einem als Wärmetauscheinrichtung vorgesehenen, üblicherweise als Zwischenkühler bezeichneten, Wärmetauscher 6 durch Wärmetausch mit einem Kältemittel abgekühlt. Das abgekühlte Waschmittel wird über Leitung 4 in die untere Waschsektion WS1 eingeleitet. Die Durchströmung des Wärmetauschers 6 wird durch eine Pumpe 7 gewährleistet.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Stand der Technik dadurch, dass die Durchströmurig des

Wärmetauschers 6 nicht durch eine Pumpe gewährleistet wird, sondern allein durch den hydrostatischen Druck des über Leitung 5 vom Kaminboden K abgezogenen Waschmittels. Hierzu ist die Abzugsstelle A in einer Höhe über der Einleitungsstelle E angeordnet, die einen für die Überwindung des Druckverlustes in den Leitungen 4 und 5 und im Wärmetauscher 6 ausreichenden hydrostatischen Druck zur Folge hat. Dabei beträgt die Höhendifferenz zwischen der Abzugsstelle A und der Einleitungsstelle E in der Praxis z.B. 2 bis 8 m.

In Figur 3 ist eine Variante des in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt, bei der der Wärmetauscher 6 auf einem erhöhten Niveau angeordnet ist, um die

Druckverluste in den Leitungen 4 und 5 und damit des notwendigen hydrostatischen Drucks, also der Höhendifferenz zwischen Abzugsstelle A und Einleitungsstelle E, zu verringern.