WO2012001125A2 - Method and device for the desorption of loaded amine-containing detergent solutions from gas scrubbing processes - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the desorption and regeneration of laden amine-containing detergent solutions from gas scrubbing processes in which C0 2 and / or sulfur compounds such as H 2 S are chemically bound and to an apparatus for carrying out the process.
- gases such as biogas, waste gases from chemical processes or natural gas and earth gases contain C0 2 and / or sulfur compounds which must be separated from further use or safe discharge into the atmosphere.
- Chemical and physical gas scrubbing methods are suitable for this purpose, in which case a chemical scrubbing preferably takes place by means of an amine-containing detergent solution in which CO 2 and sulfur compounds are chemically bound.
- a biogas upgrading plant which binds by physical solution under pressure inter alia C0 2 in the detergent.
- the regeneration takes place by carrying out a first expansion step, a heating of the detergent with subsequent second expansion and a final stripping with ambient air.
- Air stripping is a process known for physical adsorption installations for CO 2 and / or sulfur compounds, and is suitable for oxidation-stable detergents.
- detergent solutions containing amine are characterized by a low oxidation stability.
- the separation of the condensed water content is carried out by phase separation in the liquid phase naphtha - water.
- the water to be removed is withdrawn liquid from the system.
- Noncondensing portions of the stripping gas are discharged from the system in gaseous form.
- the recovered by condensation Naphtaanteil is evaporated again.
- a portion of the separated water is added to adjust a reflux to the top of the stripping column.
- Fischer-Tropsch reaction products u. the stripping of physical, physio-chemical and chemical detergents and solvents with gases other than air.
- EP 1 543 874 A2 describes a combined absorption and high pressure stripping in which the pressure of the stripping is above the absorption pressure and in which the stripping gas is exposed to two different pressure stages.
- stripping gases natural gas, nitrogen and C2 to C5 hydrocarbons are given.
- the stripping with water vapor and with product gas, especially for gas purification and especially for the removal of one or all acidic gas components such as hydrogen sulfide and carbon dioxide from gas streams such as natural gas and industrial gases by chemisorption in a two-circuit process includes the DE 698 09 393 T2 (US 6,139,605).
- the process improves the desorption level of the detergent used in the fine cleaning and internally shifts the CO 2 desorption performance to the classical water vapor desorption of the semi-lean branch.
- the method can thus achieve a higher desorption of the detergent, but retains the already outlined disadvantages of classical steam desorption.
- Deposition of C0 2 other methods are known, which are deepened below.
- a common treatment process of hydrocarbons based on the separation of higher hydrocarbons by deep-freeze condensation and upstream adsorptive drying by means of glycol.
- the deep-freeze condensation is a process and energy consuming process that causes a compression of the gas streams after the relaxation. In some cases, an additional pre-cooling of the gas streams is required.
- a suitable membrane process for the fine depletion of hydrocarbons the energy requirement and thus the costs can be reduced because the gases do not have to be subjected to the above-mentioned preconditioning.
- the membrane process thus represents a more environmentally friendly process.
- Hinners describes the testing of polymer-based membranes for the separation of HKW from natural gases under elevated pressure conditions. These show the disadvantage of swelling due to the moisture and HKW contained in the gas stream, whereby the selectivity decreases. The prerequisite for the use of such membranes would therefore be complete predrying of the gas streams.
- membranes made of inorganic-non-metallic materials do not have this swelling capacity and are therefore more versatile.
- their high chemical resistance, pressure and pressure swing resistance and thermal stability A prerequisite for a selective separation is a uniform pore size of the inorganic membrane material in the molecular size of the components to be separated. Therefore, zeolite membranes are suitable because they have an inherent, defined pore system.
- the hydrophobic silicalite or low-aluminum ZSM-5 from the group of MFI zeolites is particularly suitable for the separation of nonpolar components.
- WO 94/01209 describes the synthesis of dense ZSM-5 layers and their use in selective adsorption and the like. a. from hydrocarbons to an applied feed pressure of 100 kPa.
- the invention has for its object to provide a process for the desorption of an obtained in the purification of gases amine-containing detergent solution in which C0 2 and / or sulfur compounds are chemically bonded to provide low exhaust gas consumption, a substantial desorption of the loaded detergent solution and thereby the significantly reduce the oxidative load on the detergent solution, thereby increasing its service life and thus significantly delaying aging.
- Another object is to ensure a minimum content of the flushing gas in the C0 2 -Off gas.
- Another object of the method is to use those technically usable existing heat potentials, which are below the boiling point of Waschstoffiösung.
- the method consists in that
- the heated detergent solution in a stripping zone with a chemically inert flushing gas is contacted intensively for a mean residence time of 3 minutes to 180 minutes, preferably from 30 to 80 minutes, wherein the amine-containing detergent solution stripped from the flushing gas and dissolved C0 2 or dissolved sulfur compounds be driven off (process step B), wherein the intensive contact mitteis bubble, packing, packing columns, membrane contactors or spray columns or a column containing static mixing elements, in which a portion of the laden detergent solution is passed in countercurrent to the flushing gas can take place;
- the flushing gas is recovered as a gas component from the mixture with the desorbed C0 2 or the sulfur compound or the two parts through a two-stage separation at least, wherein carried out in a stage by cooling or by a combination of cooling and pressure increase condensation of the flushing gas , So that a first Flushgasanteil from the offgas stream after condensation is present as a separable liquid and at the exit as a liquid of this condensation zone together with other mitauskondensierenden gas components such.
- B. water is withdrawn, z. B. after a gas liquefier (process step C);
- step D the remaining, uncondensed second Flushgasanteil within the C0 2 or sulfur compounds such as H 2 S or both containing Offgasgemisches in a second process step (step D) is transferred to a Flushgasfeinabtrennung and there:
- step E the liquid or gaseous flue gas is used again in the stripping and recirculated (step E) by the condensed liquid flushed gas evaporated in a heated evaporation zone and introduced via a first entry path together with already gaseous Flushgasan turnover also in gaseous form in the stripping zone and the laden detergent solution is brought into intensive contact, or the remaining after passing through the evaporation zone liquid Flushgasanteile liquid in the filled with the desorbed Waschschiösung heating and / or Are brought to the contact zone or that the flushing gas is spent together with the washing solution in a pressurized Heäzzone and brought via a nozzle by flash evaporation for proportional evaporation or that a second entry path, the flushing gas in the liquid state directly into the filled with the desorbed detergent solution heating zone and / or spent in the stripping zone, and here in the washing medium solution is evaporated, wherein non-evaporating condensate, in particular water, are taken up by the amine-containing
- the separation of the flushing gas from the offgas stream may also comprise its water content, e.g. for drying the off-gas or for regulating the water content of the amine-containing detergent solution can also be deducted separately.
- the coalescing and foam separation zone may be omitted if
- water-soluble chemically inert organic substances suitable for adsorption and absorption in washing solutions, e.g. in polar solvents or
- the separation membrane material for separating the CO 2 -flush gas mixture in a) is characterized by its tightness in the form of leakage.
- Membrane materials can therefore be: ceramic, dense microporous layers (zeolite membranes) or dense polymer membranes. Zeolite membranes work on the principle of adsorption, preferably via pore condensation. Polymer membranes preferably work on the principle of solution diffusion. Preference is given to inorganic zeolite membranes.
- H 2 S is understood here to mean in general sulfur compounds which can usually be present, such as thiols, H 2 S, COS or mercaptans.
- Particularly preferred materials for porous layer inorganic membranes are densely grown zeolite-based crystallites, most preferably MF1, FAU, LTA, MOR, FER, MEL, BEA; ITR and KFi, preferably MFI and FAU, and here particularly preferably the MFI structure with Silikalithmembranen without AI share or MFi membranes with an aluminum content.
- Particularly preferred in MFI membranes with aluminum contents are Si / Al units of greater than 75.
- Further preferred zeolites are CIT-1, DAF-1, Stilbite, Beta, Boggsite, EMC-2 and STA-1.
- the pore sizes are in the range of Moiekül micr the hydrocarbons to be separated at 0.3 - 2 nm, preferably 0.5 - 0.8 nm.
- amorphous inorganic membranes are preferred. Particularly preferred herein are silica membranes and carbon membranes having pore sizes in the range of 0.5-2 nm.
- the membranes should be dense and thus leak-free and thus allow only adsorptive processes on the inner surface, whereby the mass transfer thus proceeds only through the intra-crystalline pore system.
- Advantageous for the separation process are membranes that allow high permeate flows due to their small layer thickness.
- the thickness of the separating layer is therefore preferably less than 50 ⁇ m, for example 2 to 40 ⁇ m, more preferably less than 30 ⁇ m, for example 2 to 20 ⁇ m.
- Membranes of asymmetric construction are preferred, as explained below.
- a mesoporous layer is produced by applying a slurry of ground commercial zeolite materials ( ⁇ 1 ⁇ , advantageously ⁇ 500 nm) and subsequent temperature treatment at 500 - 700 ° C. Thereafter, to produce the microporous layer on the mesoporous layer, the latter with a synthesis solution at 140 to 200 ° C, treated hydrothermally for 12 to 72 hours and z. B. coated with silicalite.
- composition of a silicalite synthesis solution can vary depending on the synthesis method, the reagents used, the physical synthesis parameters as well as the desired membrane properties with respect to selectivity and flux.
- SDA may be, for example, tripropylammonium hydroxide or tripropylammonium bromide or a mixture of both.
- macroporous refers to pores of> 1,000 nm, mesoporous pores of 2 to 50 nm and microporous pores of 0.1 to 2 nm.
- washing processes for binding the gaseous liquid gas component e.g. utilizing a selective solubility of the flushing gas in a solvent to minimize the discharge of flushing gas from the system.
- flush gas is understood to mean a substance which is chemically inert for the substances involved in the process and which is at least partially gaseous at the temperature of the amine-containing detergent solution or which changes into the gaseous state when introduced into the detergent solution, and which stripping the chemically and physically fixed in the detergent solution C0 2 or chemically bonded sulfur compounds or both in the discharged offgas.
- flush gas is understood to mean a condensable gas which boils in the defined temperature range, a low heat of vaporization and is compatible with the product gas. The condensation of the flushing gas must be in the range of 5 to 98 ° C at a pressure in the range of 0.1 to 6 bar (a).
- Low heat of vaporization is understood to mean a range of 10 to 60 kJ / mol.
- An advantageous temperature range is 60-95 ° C, preferably 80-92 ° C.
- Another preferred range is 90-95 ° C. If the Waschmitteilves is under pressure, the temperature can be up to 120 ° C. A preferred temperature range is then 90-1 10 ° C.
- Suitable as a flush gas in the context of the present process are, for example, saturated linear and cyclic alkanes such as n-pentane, cyclopentane, n-hexane. Cyclohexane, n-heptane, cycloheptane, 2,2-dimethylbutane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, mixtures thereof; Ethers such as tert-butyl ether, tert-butyl ethyl ether, isopropanol, di-n-propyl ether and mixtures thereof; primary, secondary and tertiary alcohols such as ethanol, i-propanol, n-propanol, secondary and tertiary butyl alcohol and mixtures thereof.
- saturated linear and cyclic alkanes such as n-pentane, cyclopentane, n-hexane. Cyclohexane, n-heptane
- saturated hydrocarbons or mixtures thereof in particular pentanes or hexanes, especially n-pentane or n-hexane, and tert-butyl ether and tert-butyl ethyl ether.
- Also preferred for the selection of the flushing gas is a small temperature difference between the boiling temperature of the flushing gas and the operating temperature, i. the temperature range in which the stripping of Waschmitteiites takes place.
- “Chemically inert” for the flush gas means that the flush gas does not undergo any chemical reaction with any of the components of the wash solution to interfere with the functionality of the reversible bond detergent with respect to CO 2 and sulfur compounds.
- Heat sources preferred for the invention for heating the amine-containing Waschmitteilves in the heating zone to the operating temperature are heat transfer such as cooling liquids or gases with waste heat from combined heat and power plants (CHP), which are typically available with temperatures up to +98 ° C, or those of heat pumps from Geothermal or solar plants or waste heat or process heat of other industrial processes. These heat sources in the form of water or thermal oil can be brought to the level of desorption temperature by heat pumps.
- Particularly suitable amine-containing wash-solution solutions for the present process are those which are used in the scrubbing of C0 2 from gas mixtures such as biological sewage, ground and mine gas and which are liquid at normal temperature. Preferably, these are aqueous solutions.
- Such detergent solutions react chemically with C0 2 , but also chemically bind sulfur compounds as well as H 2 S, thiols, mercaptans or mixtures thereof. Furthermore, C0 2 and gaseous sulfur compounds can also be physically dissolved to a lesser extent. With the aid of the flushing gas, both the chemically bound sulfur compounds and the C0 2 are stripped off.
- detergent solutions are those obtained in the amine scrubbing in other chemical processes, or resulting from the scrubbing of natural gas or associated gas.
- the degree of loading of the detergent to determine the actual desorption of WaschmitteNösung is measured by the pH, the conductivity, the density, the speed of sound, the spectroscopic properties of the detergent solution or in their combination and used as a demolition criterion of desorption.
- the achievable degree of desorption is dependent on the effective stripping time and stripping intensity, the type of aqueous amine washing solution and its temperature for temperatures around 90-95 ° C at about 50% of the chemical C0 2 absorption capacity of a loaded amine-containing detergent solution.
- the stripping can be carried out at low temperatures just above the Gieich.stician "absorption of C0 2 to desorption of C0 2 ", since the stripping shifts the equilibrium in the desorption reaction in favor of the released gas C0 2 .
- the lowest possible desorption temperature can be used.
- Another important advantage of the invention is that the flushing gas used for stripping can be recovered almost completely with relatively little technical and energy expenditure and reused in the circuit.
- the detergent solution undergoes a C0 2 discharge of 50 to 60% of its inlet-side initial charge.
- the discharge achieved can be determined directly on the basis of parameters for the degree of loading of the washing liquid such as pH, density, refractive index, conductivity and as a criterion for achieving the required average residence time of the detergent solution in the stripping.
- the direct spectrometric or titrimethsche determination of the detergent loading level is possible.
- Another method is the direct determination of the discharged C0 2 amount in the offgas stream using the CO 2 concentration and the off-gas volume flow.
- the device for carrying out the method according to the invention comprises the following functional elements which are in the interaction of action:
- a subsequent primary deposition zone consisting of a gas liquefier or a region in which flash evaporation can take place
- Separation zone for separating the non-condensed parts of the gas stream, consisting on the one hand of CO 2 , H 2 S, methane, amine detergent, water vapor and on the other hand, the gaseous in vapor pressure remaining fractions of the flushing gas; and means for recirculating the flushing gas into the circuit.
- the device is supplemented by:
- a flush gas line from the evaporation zone to the stripping zone h) a connecting line from the evaporator zone to the heating zone, i) a circulation line with feed pump between heating zone (sump) and stripping zone for a multiple circulation of the amine-containing detergent solution,
- the sensor mentioned under b) can measure the ratio of CO 2 to flush gas, both as direct CO 2 measurement or Flushgaskonzentrationsteil or both, by determining mixture characteristics such as speed of sound, density, heat of condensation of the offgas stream. He can also evaluate the ratio of effective Flushgasvolumenstrom to change the loading of the detergent in the course of desorption.
- the liquid-gas separation in the coalescing and Schaumabscheidezone preferably takes place by mechanically acting separation elements such as perforated bends, screens, Koaleszenzabscheider, filter elements, foam domes u. ä .. It is also possible to use spray elements for spraying WaschmitteH ⁇ sung or water or energy-carrying facilities, such as ultrasonic actuators, evaporation lines, infrared radiant heat sources or electromagnetic heating in the RF or microwave range, which act effectively on foams or foam surfaces and allow such a liquid-gas separation.
- the addition of surface-active chemical foam inhibitor is possible to prevent unwanted transport of liquid in the laxative gas path of the offgas Flushgasgemischs.
- the membrane is characterized by impermeability (leak-free) and preferably consists of ceramic, dense microporous layers (zeolite membranes) or dense polymer membranes, which operate on the principle of adsorption diffusion or, preferably, pore condensation. Preference is given to zeolite membranes.
- a fundamental positive effect of the method is that the risk of premature oxidation and aging of the detergent solution can be substantially reduced by the low process temperatures and that heat sources with relatively low heat level can be used effectively and thus energy optimization is achieved. Due to the lower process temperatures, the aniagenischen requirements can be lowered and thus their durability and availability can be increased. Also, the expenses for the operation and maintenance of the plant are lower, resulting in an overall more economical advantage.
- the plant is part of a biogas upgrading plant that removes CO 2 and / or sulfur compounds by amine scrubbing.
- DGA® diglycolamine
- the loaded Rich detergent solution having an amine concentration of about 50%, a temperature of 60 ° C and a loading of 0.35 mol C0 2 per mole of amine is fed through the Rich-detergent line 1 to the stripping zone 3.
- the stripping zone 3 can be equipped with surface-enlarging elements such as structured packings, random packings, contactors, spray nozzles.
- the Rich detergent solution flows through these elements in the running as a heating zone 4 section.
- the volume of the heating zone 4 and the stripping zone 3 including a connecting line 6 between the heating zone 4 and the stripping zone 3 is dimensioned so that the average residence time of the detergent solution is 30 minutes.
- the heat transfer medium of the heating zone 4 is supplied from a technical low-temperature source of 94 ° C, so that the detergent solu ung in the heating zone 4 is maintained at a temperature in the range of 86 - 92 ° C.
- the flushing gas n-hexane with a boiling point at atmospheric pressure of 69 ° C is passed through the stripping zone 3 and possibly from the heating zone 4 in the stripping zone 3 in countercurrent to the detergent solution and causes the stripping effect in gaseous form and thus the desorption of the detergent solution.
- Part of the dissolved in the detergent solution CO2 and / or H 2 S is stripped by the Flushgasstrom in an advantageous and surprising manner already at temperatures below about 105 ° C, the previous minimum temperature for effective DGA® desorption desorbed, ie the Detergent solution does not need to be boiled.
- the Flushgastrom circulates over surface enlarging internals in the stripping zone 3. Thus, the flushing gas is intensively swirled in countercurrent with the detergent solution.
- the stripping effect is maximally enhanced and effective depletion of the fixed CO2 and the sulfur compounds in the amine-containing detergent solution is effected.
- the depleted detergent solution is withdrawn from the device via the Lean Detergent 2 line for reuse.
- the liquid flushing gas can be heated with the detergent to achieve a superheated liquid state under pressure and by Relaxing of the detergent flushing gas mixture by a nozzle arrangement in the stripping zone evaporation of the flushing gas can be brought about.
- the mixture of both mixture components can also be done directly in front of the nozzle. The method is particularly advantageous when the difference between the boiling temperature of the flushing gas and the temperature of the available heat source is small, ie less than 10K.
- a CO2 sensor 9 measures the C0 2 concentration of the gaseous fuel gas offgas mixture discharged from the coalescing and foam separation zone 8. Since the desorption of the detergent solution via the heating zone 4 and stripping zone 3 is kinetikümiert, it is expedient to limit the volume flow of flushing gas used to a point at which a maximum CO 2 discharge coincides with a minimum Flushgasvolumenstrom, since the enthalpy of enthalpy of Flushgas- phase transition in addition to the chemical desorption enthaiphie the detergent solution and to heat both substances / substance mixtures is applied. For this purpose, the signal of the CO 2 sensor 9 is used to regulate an optimum value in the ratio of CO 2 desorption to generated Flushgasvolumenstrom. This is done in an operative manner via the heat input into the evaporation zone 17 or by regulation of the circulation of the liquid flushing gas when it is evaporated directly in the detergent solution.
- the volume ratio of expelled CO 2 and / or sulfur compounds to the circulating Flushgasstrom is 1: 1 to 1:20.
- the Kinetiklimit ist results from the first reaction at about + 82 to 85 ° C reverse reaction of the carbamate to DGA® under CO 2 release at a reduced reaction rate. Therefore, the possible release of C0 2 is limited by the stripping with the flushing gas. For others, z. B. non-carbamate-forming amine detergent this applies in a comparable manner.
- the detergent solution is circulated from a feed pump 7 from the heating zone 4 via connecting line 6 to the top of the stripping zone 3.
- From the outlet of the coalescing and Schaumabscheidezone 8 enriched with C0 2 and H 2 S gas stream is passed via connecting line 10 in a gas liquefier 11, in which a thermal condensation of the flushing gas takes place; at least a part of the flush gas is thereby transferred into the liquid state of matter.
- the cooling takes place via a cooling medium, which is tempered below the boiling point of the flushm medium. This may be the detergent stream itself or else a separate coolant stream, for example that of a cold water salt.
- An alternative known to a person skilled in the art is liquefaction by a pressure increase or a combination of cooling and pressure change.
- the gas liquefier 11 alone constitutes a liquified gas separation zone when the stripping zone 3 serves as a flash evaporation zone.
- the condensate which also contains non-flushing gas fractions, e.g. Contains water is withdrawn liquid from the gas liquefier 11 and fed via the connecting line 13 of the evaporation zone 17.
- non-flushing gas fractions e.g. Contains water
- the transition from liquid to gaseous flushing gas takes place.
- the recirculated flushing gas is returned via the flushing gas line 18 directly into the stripping zone 3 into the process via the first entry path.
- the unevaporated liquid portions of the flushmium including the co-condensed Wasseranteiie be derived from the evaporation zone 17 via the connecting line 19 and the injector 20 in the heating zone 4.
- the detergent solution then evaporates the remaining Flushgasanteil.
- the main circuit of the Flushgasstroms is closed.
- the liquid present Flushmedium can be introduced with the co-condensed water without upstream evaporation phase directly via the connecting line 19 and injector 20 in the heating zone 4.
- the flushing gas is evaporated in the detergent solution heated above the flushing gas boiling point.
- the uncondensed in the gas liquefier 1 1 part of the gas stream consists of C0 2 , sulfur compounds, traces of methane, traces of amine, water vapor, dissolved permanent gases and the gaseous vapor pressure in the remaining parts of the flushmium.
- the gas liquefier 11 is connected via a connecting line 12 to a second process stage in the form of a fine-gas recirculation 15. within the Flushgasfeinabtrennung 15, the separation is gaseous
- the membrane unit used is an MFI membrane bundle consisting of individual MFI-coated corundum monoco channels with an asymmetrical structure.
- Compressor or vacuum pumps are reinforced (not shown here).
Abstract
The invention relates to a method and device for regenerating loaded amine-containing detergent solutions from gas scrubbing processes of gases such as biogases, waste gases from chemical processes or associated petroleum gases in which CO2 and/or sulfur compounds are present in chemically bound form. The detergent solution is heated to 20 - 96ºC, brought in contact with a flush gas and stripped over 3 to 180 minutes and after separation of the flush gas component said detergent solution is fed as a condensate to a membrane or similar separating unit, where the non-condensed flush gas component is separated. The condensed flush gas is evaporated again and circulated back into the circuit. The desorption is very effective and nearly complete, and because of the low heating temperature, technical low-temperature sources can be used such as co-generation plant cooling water waste heat, solar heat, geothermal heat, industrial waste heat and/or process heat.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Desorption beladener aminhaltiger Waschmitteliösungen aus Gaswaschprozessen Process and apparatus for desorption of loaded amine-containing detergent solutions from gas scrubbing processes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Desorption und Regeneration beladener aminhaltiger Waschmitteliösungen aus Gaswaschprozessen, in der C02 und/oder Schwefelverbindungen wieH2S chemisch gebunden vorliegen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a process for the desorption and regeneration of laden amine-containing detergent solutions from gas scrubbing processes in which C0 2 and / or sulfur compounds such as H 2 S are chemically bound and to an apparatus for carrying out the process.
Verschiedene Gase wie Biogase, Abgase aus chemischen Prozessen oder Erd- und Erdöibegleitgase enthalten C02 und/oder Schwefelverbindungen, die vor einer weiteren Verwendung oder sicheren Ableitung in die Atmosphäre abgetrennt werden müssen. Hierzu kommen unter anderem chemische und physikalische Gaswaschverfahren in Frage, wobei eine chemische Wäsche vorzugsweise mittels einer aminhaltigen Waschmittellösung erfolgt, in der C02 und Schwefeiverbindungen chemisch gebunden werden. Various gases such as biogas, waste gases from chemical processes or natural gas and earth gases contain C0 2 and / or sulfur compounds which must be separated from further use or safe discharge into the atmosphere. Chemical and physical gas scrubbing methods are suitable for this purpose, in which case a chemical scrubbing preferably takes place by means of an amine-containing detergent solution in which CO 2 and sulfur compounds are chemically bound.
Aus DE 203 00 663 U1 ist eine Biogasaufbereitungsanlage bekannt, die durch physikalische Lösung unter Druck u. a. C02 im Waschmittel bindet. Die Regeneration erfolgt unter Durchführung eines ersten Entspannungsschritts, einer Erwärmung des Waschmittels mit nachfolgender zweiter Entspannung und einer abschließenden Strippung mit Umgebungsluft. Die Strippung mit Luft ist ein für Anlagen zur physikalischen Adsorption von C02 und/oder Schwefeiverbindungen bekanntes Verfahren, es eignet sich für oxidationsstabile Waschmittel. Aminhaltige Waschmitteliösungen zeichnen sich jedoch durch eine geringe Oxidationsstabilität aus. From DE 203 00 663 U1 a biogas upgrading plant is known, which binds by physical solution under pressure inter alia C0 2 in the detergent. The regeneration takes place by carrying out a first expansion step, a heating of the detergent with subsequent second expansion and a final stripping with ambient air. Air stripping is a process known for physical adsorption installations for CO 2 and / or sulfur compounds, and is suitable for oxidation-stable detergents. However, detergent solutions containing amine are characterized by a low oxidation stability.
Die klassische Desorption aminhaltiger Waschmitteliösungen durch Strippung mit Wasserdampf ist in„Gas Processing", 5. Ed., von Kohl und Nielsen im Detail beschrieben. Nachteil ist der hohe Energieaufwand zur Erzeugung des Dampfstroms, ferner können bereits moderate Temperaturen von 115 - 130°C zur Standzeitverkürzung der Waschmitteliösungen beitragen.
Aus US Pat. 3,471 ,370 ist eine Konfiguration zur Entfernung von Wasser aus Glykol-Aminiösungen für Gastrocknungszwecke sowie zur Entschwefelung des Gases bekannt, die eine Strippung mit Naphta zur Entfernung geringer Wassermengen aus der Lösung etwa von 6 auf 2,5 Vol.% beschreibt. Dazu wird ein Napthastrom zur Strippung der Giykol-Aminlösung über Verdampfung und anschließende Kondensation im Kreis geführt. Die Abtrennung des auskondensierten Wasseranteils erfolgt durch Phasentrennung in der Flüssigphase Naphta - Wasser. Das zu entfernende Wasser wird flüssig aus dem System abgezogen. Nichtkondensierende Anteile des Strippgases werden gasförmig aus dem System ausgetragen. Der durch Kondensation zurückgewonnene Naphtaanteil wird erneut verdampft. Ein Teil des abgetrennten Wassers wird zur Einstellung eines Rücklaufs auf den Kopf der Strippkolonne aufgegeben. The classic desorption of amine-containing detergent solutions by stripping with steam is described in detail in "Gas Processing", 5th Ed., By Kohl and Nielsen Disadvantage is the high energy expenditure for the generation of the steam flow, furthermore already moderate temperatures of 115 - 130 ° C to shorten the service life of detergent solutions. US Pat. No. 3,471,370 discloses a configuration for removing water from glycol amine solutions for gas drying purposes and desulfurizing the gas, which describes stripping with naphtha to remove small amounts of water from the solution, from about 6 to 2.5 vol.% , For this purpose, a Napthastrom is led to the stripping of Giykol amine solution by evaporation and subsequent condensation in a circle. The separation of the condensed water content is carried out by phase separation in the liquid phase naphtha - water. The water to be removed is withdrawn liquid from the system. Noncondensing portions of the stripping gas are discharged from the system in gaseous form. The recovered by condensation Naphtaanteil is evaporated again. A portion of the separated water is added to adjust a reflux to the top of the stripping column.
Ferner ist aus der Aufbereitung von H2- und C02-haltigen Synthesegasen, Fischer-Tropsch Reaktionsprodukten u. ä. die Strippung physikalischer, physio- chemikalischer und chemischer Wasch- und Lösemittel mit anderen Gasen als Luft bekannt. Furthermore, from the treatment of H 2 - and C0 2 -containing synthesis gases, Fischer-Tropsch reaction products u. the stripping of physical, physio-chemical and chemical detergents and solvents with gases other than air.
EP 1 543 874 A2 beschreibt eine kombinierte Absorption und Hochdruckstrippung, bei der der Druck der Strippung oberhalb des Absorptionsdrucks liegt und bei dem das Strippgas zwei unterschiedlichen Druckstufen ausgesetzt wird. Als Strippgase sind Erdgas, Stickstoff und C2- bis C5- Kohlenwasserstoffe angegeben. EP 1 543 874 A2 describes a combined absorption and high pressure stripping in which the pressure of the stripping is above the absorption pressure and in which the stripping gas is exposed to two different pressure stages. As stripping gases natural gas, nitrogen and C2 to C5 hydrocarbons are given.
Das Strippen mit Wasserdampf und mit Produktgas, insbesondere für Gasreinigung und speziell zur Entfernung von einer oder allen sauren Gaskomponenten wie Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus Gasströmen wie Erdgas und technischen Gasen durch Chemiesorption in einem Zweikreisverfahren beinhaltet die DE 698 09 393 T2 (US 6,139,605). Das Verfahren verbessert den Desorptionsgrad des in der Feinreinigung verwendeten Waschmittels und verschiebt die C02-Desorptionsleistung intern auf die klassische Wasserdampfdesorption des Semi-Lean-Zweigs. Das Verfahren kann somit einen höheren Desorptionsgrad des Waschmittels erzielen, behält jedoch die bereits skizzierten Nachteile der klassischen Wasserdampfdesorption. The stripping with water vapor and with product gas, especially for gas purification and especially for the removal of one or all acidic gas components such as hydrogen sulfide and carbon dioxide from gas streams such as natural gas and industrial gases by chemisorption in a two-circuit process includes the DE 698 09 393 T2 (US 6,139,605). The process improves the desorption level of the detergent used in the fine cleaning and internally shifts the CO 2 desorption performance to the classical water vapor desorption of the semi-lean branch. The method can thus achieve a higher desorption of the detergent, but retains the already outlined disadvantages of classical steam desorption.
Aus WO 03/031028 ist ein Apparat bekannt, der der Strippung einer aminhaltigen Waschlösung mit Luft dient. Dazu wird die Waschlösung im Bereich von
90 - 130°C erwärmt und in einer Schüttungskolonne mit leicht komprimierter Umgebungsluft gestrippt. Einsatzzweck ist die Entfernung von C02 in Konzentrationen von unter 1 Vol. %, zur Konditionierung der Brennluft von Brennstoffzellen. Die vorgeschlagene Anordnung besitzt jedoch den erwähnten erheblichen Nachteil, daß die Strippung mit Luft erfolgt und die Waschflüssigkeit einer oxidativen Belastung unterliegt, die zur Verkürzung ihrer Standzeit und Lebensdauer führt. From WO 03/031028 an apparatus is known, which serves the stripping of an amine-containing washing solution with air. For this, the washing solution is in the range of Heated to 90 - 130 ° C and stripped in a packed column with slightly compressed ambient air. Purpose is the removal of C0 2 in concentrations of less than 1 vol.%, For conditioning the combustion air of fuel cells. However, the proposed arrangement has the mentioned significant disadvantage that the stripping is done with air and the washing liquid is subject to an oxidative stress, which leads to a shortening of their service life and life.
Curnow et al. in Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 1085-1089 beschreiben die Strippung von C02 aus einer wäßrigen MEA-Glykol!ösung mit Stickstoff. Der angegebene Stickstoffüberschuß liegt um den Faktor 5 bis 20 über dem Volumen des desorbierten C02. Das desorbierte C02 wird zusammen mit dem Strippgas an die Umgebung abgegeben. Möglich ist auch eine Verwendung von Helium und Argon. Nachteilig für Anwendungen außerhalb kleiner Laborapplikationen ist der daraus notwendige hohe Aufwand zur Bereitstellung des Strippgases. Curnow et al. in Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 1085-1089 describe the stripping of C0 2 from an aqueous MEA glycol solution with nitrogen. The indicated excess of nitrogen is by a factor of 5 to 20 above the volume of the desorbed C0 2 . The desorbed C0 2 is released together with the stripping gas to the environment. It is also possible to use helium and argon. A disadvantage for applications outside of small laboratory applications is the high expenditure required for the provision of the stripping gas.
Für die Behandlung kohlenwasserstoffhaitiger Gasgemische und für die For the treatment of hydrocarbon-containing gas mixtures and for the
Abscheidung von C02 sind weitere Verfahren bekannt, die im Folgenden vertieft werden. Ein übliches Aufbereitungsverfahren von Kohlenwasserstoffen beruht auf der Separation höherer Kohlenwasserstoffe durch Tiefkühlkondensation und vorgeschalteter adsorptiver Trocknung mittels Glykol. Die Tiefkühlkondensation ist ein verfahren- und energieaufwendiger Prozeß, der nach der Entspannung eine Verdichtung der Gasströme bedingt. Teilweise ist zusätzlich eine Vorkühlung der Gasströme erforderlich. Durch Anwendung eines geeigneten Membranverfahrens zur Feinabreicherung von Kohlenwasserstoffen können der Energiebedarf und damit die Kosten gesenkt werden, da die Gase nicht der o. g. Vorkonditionierung unterzogen werden müssen. Das Membranverfahren stellt damit ein umweltschonenderes Verfahren dar. Deposition of C0 2 , other methods are known, which are deepened below. A common treatment process of hydrocarbons based on the separation of higher hydrocarbons by deep-freeze condensation and upstream adsorptive drying by means of glycol. The deep-freeze condensation is a process and energy consuming process that causes a compression of the gas streams after the relaxation. In some cases, an additional pre-cooling of the gas streams is required. By applying a suitable membrane process for the fine depletion of hydrocarbons, the energy requirement and thus the costs can be reduced because the gases do not have to be subjected to the above-mentioned preconditioning. The membrane process thus represents a more environmentally friendly process.
Bezüglich vorliegenden Trennproblems ist der Einsatz von Polymermembranen zur Abreicherung von Kohlendioxid aus Gasströmen bekannt. Diese Trennmethodik ist jedoch im vorliegenden Fall aufgrund der zu bewältigenden Stoffströme technisch ungünstig, da bevorzugt geringe Stoffmengen mittels Membranen handhabbar sind und die erzieibaren Trennschärfen für eine gefahrlose direkte Ableitung des Offgases in die Umgebung nicht ausreichen.
Zum Beispiel wird in DE 10 2007 058 548 B4 der Einsatz einer Membran beschrieben, die Rohbiogas in einen methanangereichertem und einen methanabgereichertem Produktstrom überführt. Nachteile sind allerdings schwer handhabbare hohe Gasströme durch die Membranen und eine schlechte Trennleistung. With regard to the present separation problem, the use of polymer membranes to deplete carbon dioxide from gas streams is known. However, this separation method is technically unfavorable in the present case due to the mass flows to be handled, since preferably small amounts of matter are handled by membranes and the erzieibaren separating sharpness for a safe direct discharge of the off-gas into the environment are not sufficient. For example, DE 10 2007 058 548 B4 describes the use of a membrane which converts raw biogas into a methane-enriched and a methane-depleted product stream. Disadvantages, however, are difficult to handle high gas flows through the membranes and a poor separation efficiency.
In ERDÖL ERDGAS KOHLE 120. Jg. 2004, Heft 2 wird von Hinners die Erprobung von polymerbasierten Membranen zur Abtrennung von HKW aus Erdgasen unter erhöhten Druckbedingungen beschrieben. Diese zeigen den Nachteil, durch die im Gasstrom enthaltene Feuchte und HKW zu quellen, wodurch die Selektivität sinkt. Voraussetzung zur Nutzung derartiger Membranen wäre deshalb eine vollständige Vortrocknung der Gasströme. In ERDÖL ERDGAS KOHLE 120.Jg. 2004, No. 2, Hinners describes the testing of polymer-based membranes for the separation of HKW from natural gases under elevated pressure conditions. These show the disadvantage of swelling due to the moisture and HKW contained in the gas stream, whereby the selectivity decreases. The prerequisite for the use of such membranes would therefore be complete predrying of the gas streams.
Im Gegensatz dazu besitzen Membranen aus anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffen diese Quellfähigkeit nicht und sind dadurch vielseitiger einsetzbar. Hinzu kommt ihre hohe chemische Resistenz, Druck- und Druckwechselbeständigkeit sowie thermische Stabilität. Voraussetzung für eine selektive Trennung ist eine einheitliche Porenweite des anorganischen Membranmaterials in der Molekülgröße der zu trennenden Komponenten. Geeignet sind daher Membranen aus Zeolith, da diese ein inhärentes, definiertes Porensystem aufweisen. Speziell für die Trennung unpolarer Komponenten eignet sich der hydrophobe Silikalith oder aluminiumarmer ZSM-5 aus der Gruppe der MFI-Zeoiithe. In contrast, membranes made of inorganic-non-metallic materials do not have this swelling capacity and are therefore more versatile. In addition, their high chemical resistance, pressure and pressure swing resistance and thermal stability. A prerequisite for a selective separation is a uniform pore size of the inorganic membrane material in the molecular size of the components to be separated. Therefore, zeolite membranes are suitable because they have an inherent, defined pore system. The hydrophobic silicalite or low-aluminum ZSM-5 from the group of MFI zeolites is particularly suitable for the separation of nonpolar components.
So beschreibt WO 94/01209 die Synthese dichter ZSM-5-Schichten und deren Einsatz bei der Selektivadsorption u. a. von Kohlenwasserstoffen bis zu einem angewandten Feeddruck von 100 kPa. For example, WO 94/01209 describes the synthesis of dense ZSM-5 layers and their use in selective adsorption and the like. a. from hydrocarbons to an applied feed pressure of 100 kPa.
In DE 693 26 254 T2 wird beschrieben, daß es möglich ist, Butan von Methan mitteis trägergestützter MFI-Membranen zu trennen, wobei durch Adsorption der höhere Kohlenwasserstoff im Permeat angereichert wird. Verwendet wurden dabei poröse Metallträger sowie als selektive Schicht ZSM-5-Zeolithe, welche im Gegensatz zum Silikalith aluminiumhaltig und damit hydrophiler sind. Die Permeationsversuche erfolgten unter Einsatz eines Sweepgases auf der Permeatseite. Bei diesem und bei anderen bekannten Verfahren erfolgt die Trennung durch die so genannte Oberflächendiffusion.
Zeoiithmembranen auf porösen Trägern können auf verschiedene Weisen präpariert werden. Üblich sind die in-situ Kristallisation direkt auf dem Träger, oder aber die seedgestützte Synthese für ein orientierteres, gleichmäßigeres Wachstum. In DE 693 26 254 T2 it is described that it is possible to separate butane from methane mitteis carrier-supported MFI membranes, which is enriched by adsorption of the higher hydrocarbon in the permeate. Porous metal carriers were used as well as ZSM-5 zeolites as selective layer, which in contrast to silicalite are more aluminous and therefore more hydrophilic. The permeation tests were carried out using a sweep gas on the permeate side. In this and in other known methods, the separation is carried out by the so-called surface diffusion. Zeolite membranes on porous supports can be prepared in a variety of ways. Common is in situ crystallization directly on the support, or seed-based synthesis for more oriented, uniform growth.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Desorption einer bei der Reinigung von Gasen anfallenden aminhaltigen Waschmittellösung, in der C02 und/oder Schwefelverbindungen chemisch gebunden sind, bereitzustellen, um bei geringem Flushgasverbrauch eine weitgehende Desorption der beladenen Waschmittellösung zu ermöglichen und dabei die oxidative Belastung der Waschmitteliösung deutlich zu vermindern, um dadurch deren Standzeit zu erhöhen und damit die Alterung wesentlich zu verzögern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen minimalen Gehalt des Flushgases im C02-Off-Gas sicherzustellen. The invention has for its object to provide a process for the desorption of an obtained in the purification of gases amine-containing detergent solution in which C0 2 and / or sulfur compounds are chemically bonded to provide low exhaust gas consumption, a substantial desorption of the loaded detergent solution and thereby the significantly reduce the oxidative load on the detergent solution, thereby increasing its service life and thus significantly delaying aging. Another object is to ensure a minimum content of the flushing gas in the C0 2 -Off gas.
Eine weitere Aufgabe des Verfahrens ist es, diejenigen technisch nutzbaren vorhandenen Wärmepotentiale zu nutzen, die unterhalb des Siedepunktes der Waschmitteliösung liegen. Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß Another object of the method is to use those technically usable existing heat potentials, which are below the boiling point of Waschmitteliösung. According to the invention, the method consists in that
IM die beladene aminhaltige Waschmitteliösung, auch als Rich- Waschmittellösung bezeichnet, unter Nutzung einer Wärmequelle in einer Kolonne mit einer Heizzone auf eine Temperatur unterhalb des druckabhängigen Siedepunktes der Waschmitteliösung, auf wenigstens 20 °C bis 96 °C erwärmt wird (Verfahrensschritt A), wobei die Temperatur während des Prozesses gehalten wird; IM the loaded amine-containing detergent solution, also referred to as rich detergent solution, using a heat source in a column with a heating zone to a temperature below the pressure-dependent boiling point of Waschmitteliösung, heated to at least 20 ° C to 96 ° C (method step A), wherein the temperature is maintained during the process;
121 die erwärmte Waschmitteliösung in einer Strippzone mit einem chemisch inerten Flushgas intensiv für eine mittlere Verweilzeit von 3 Minuten bis 180 Minuten, vorzugsweise von 30 bis 80 Minuten in Kontakt gebracht wird, wobei die aminhaltige Waschmitteliösung vom Flushgas gestrippt und gelöstes C02 bzw. gelöste Schwefeiverbindungen ausgetrieben werden (Verfahrensschritt B), wobei der intensive Kontakt mitteis Blasen-, Füllkörper-, Packungskolonnen, Membrankontaktoren oder Sprühkolonnen oder eine Kolonne, die statische Mischelemente enthält, in dem ein Teil der beladenen Waschmitteliösung im Gegenstrom zum Flushgas geführt wird, erfolgen kann; 121 the heated detergent solution in a stripping zone with a chemically inert flushing gas is contacted intensively for a mean residence time of 3 minutes to 180 minutes, preferably from 30 to 80 minutes, wherein the amine-containing detergent solution stripped from the flushing gas and dissolved C0 2 or dissolved sulfur compounds be driven off (process step B), wherein the intensive contact mitteis bubble, packing, packing columns, membrane contactors or spray columns or a column containing static mixing elements, in which a portion of the laden detergent solution is passed in countercurrent to the flushing gas can take place;
/3/ mitgerissene Flüssigkeitspartikel, Schäume u. ä. in einer anschließenden / 3 / entrained liquid particles, foams and the like Ä. in a subsequent
Koaleszenz- und Schaumabscheidezone aufgefangen und wieder in den Flüssigkeitskreislauf der vorgelagerten Heiz- und/oder Strippzone zurückgeführt
werden und damit einen unerwünschten Flüssigkeitstransport in den abführenden Gasweg des Offgas-Flushgasgemisches unterbinden; Coalescence and Schaumabscheidezone caught and returned to the liquid circulation of the upstream heating and / or stripping and thus prevent unwanted liquid transport in the laxative gas path of the offgas flushing gas mixture;
141 die das Flushgas als Gaskomponente aus dem Gemisch mit dem desorbierten C02 oder dem Schwefelverbind ungs-Anteil oder beiden über eine mindestens zweistufig geführte Abtrennung zurückgewonnen wird, wobei in einer Stufe durch Abkühlung oder durch eine Kombination von Abkühlung und Druckerhöhung eine Kondensation des Flushgases erfolgt, so daß ein erster Flushgasanteil aus dem Offgasstrom nach Kondensation als abtrennbare Flüssigkeit vorliegt und am Ausgang als Flüssigkeit dieser Kondensationszone zusammen mit weiteren mitauskondensierenden Gaskomponenten wie z. B. Wasser abgezogen wird, z. B. nach einem Gasverflüssiger (Verfahrensschritt C); 141, the flushing gas is recovered as a gas component from the mixture with the desorbed C0 2 or the sulfur compound or the two parts through a two-stage separation at least, wherein carried out in a stage by cooling or by a combination of cooling and pressure increase condensation of the flushing gas , So that a first Flushgasanteil from the offgas stream after condensation is present as a separable liquid and at the exit as a liquid of this condensation zone together with other mitauskondensierenden gas components such. B. water is withdrawn, z. B. after a gas liquefier (process step C);
/5/ der verbliebene, nicht kondensierte zweite Flushgasanteil innerhalb des C02 oder Schwefelverbindungen wie H2S oder beide enthaltenden Offgasgemisches in einem zweiten Verfahrensschritt (Verfahrensschritt D) in eine Flushgasfeinabtrennung überführt wird und dort: / 5 / the remaining, uncondensed second Flushgasanteil within the C0 2 or sulfur compounds such as H 2 S or both containing Offgasgemisches in a second process step (step D) is transferred to a Flushgasfeinabtrennung and there:
a) durch eine einzelne Membran oder eine Membrankaskade, oder a) by a single membrane or a membrane cascade, or
b) durch physikalische Adsorption oder bevorzugte Porenkondensation an geeigneten Zeoiithen oder Aktivkohlen, mit und ohne deren Regeneration, oder b) by physical adsorption or preferential pore condensation on suitable Zeoiithen or activated carbons, with and without their regeneration, or
c) durch eine Wäsche, oder c) by a wash, or
d) durch eine beliebige Kombination von Membran, Adsorptions- und Waschverfahren d) by any combination of membrane, adsorption and washing methods
weiter abgetrennt wird, wobei der in der Flushgasfeinabtrennung zurückgewonnene Flushgasanteil durch Kondensation verflüssigt oder aber gasförmig belassen wird; is further separated, wherein the recovered in the Flushgasfeinabtrennung Flushgasanteil liquefied by condensation or left in gaseous form;
IQI das flüssig oder gasförmig vorliegende Flushgas erneut in der Strippzone verwendet und im Kreislauf geführt wird (Verfahrensschritt E), indem das kondensierte flüssige Flushgas in einer beheizten Verdampfungszone verdampft und über einen ersten Eintragungsweg zusammen mit bereits gasförmigen Flushgasanteilen ebenfalls gasförmig in die Strippzone eingetragen und mit der beladenen Waschmittellösung in einen intensiven Kontakt gebracht wird, oder die nach Passieren der Verdampfungszone flüssig verbliebenen Flushgasanteile flüssig in die mit der zu desorbierenden Waschmitteliösung gefüllte Heiz- und/oder
Kontaktzone verbracht werden oder daß das Flushgas zusammen mit der Waschlösung in eine unter Druck stehende Heäzzone verbracht und über eine Düse durch Entspannungsverdampfung zur anteiligen Verdampfung gebracht wird oder daß über einen zweiten Eintragungsweg das Flushgas im flüssigen Aggregatzustand direkt in die mit der zu desorbierenden Waschmittellösung gefüllten Heizzone und/oder in die Strippzone verbracht wird, und hier in der Wasch mittel lös ung verdampft wird, wobei nicht verdampfende Kondensatanteile, insbesondere Wasser, von der aminhaltig Waschmittellösung aufgenommen werden. IQI the liquid or gaseous flue gas is used again in the stripping and recirculated (step E) by the condensed liquid flushed gas evaporated in a heated evaporation zone and introduced via a first entry path together with already gaseous Flushgasanteilen also in gaseous form in the stripping zone and the laden detergent solution is brought into intensive contact, or the remaining after passing through the evaporation zone liquid Flushgasanteile liquid in the filled with the desorbed Waschmitteliösung heating and / or Are brought to the contact zone or that the flushing gas is spent together with the washing solution in a pressurized Heäzzone and brought via a nozzle by flash evaporation for proportional evaporation or that a second entry path, the flushing gas in the liquid state directly into the filled with the desorbed detergent solution heating zone and / or spent in the stripping zone, and here in the washing medium solution is evaporated, wherein non-evaporating condensate, in particular water, are taken up by the amine-containing detergent solution.
Die Abtrennung des Flushgases vom Offgasstrom kann auch dessen Wasseranteil umfassen, der z.B. zur Trocknung des Offgases oder zur Regulierung des Wassergehalts der aminhaltigen Waschmittellösung auch gesondert abgezogen werden kann. The separation of the flushing gas from the offgas stream may also comprise its water content, e.g. for drying the off-gas or for regulating the water content of the amine-containing detergent solution can also be deducted separately.
Die Koaleszenz- und Schaumabtrennungszone kann entfallen, wenn The coalescing and foam separation zone may be omitted if
Entschäumungsmittel verwendet werden. Defoamer be used.
Als Flushgas finden Verwendung: As a flush gas find use:
- chemisch inerte organische Stoffe geeignet zur bevorzugten Abtrennung an keramischen Membranen (Trennprinzip Adsorptionsdiffusion bzw. bevorzugte Porenkondensation) bzw. Polymermembranen (Trennprinzip Lösungsdiffusion) oder - Chemically inert organic substances suitable for the preferred separation of ceramic membranes (separation principle adsorption or preferred pore condensation) or polymer membranes (separation principle solution diffusion) or
- chemisch inerte organische Stoffe geeignet zur physikalischen Adsorption z.B. an Zeolithen bzw. Aktivkohlen oder - chemically inert organic substances suitable for physical adsorption, e.g. on zeolites or activated carbons or
- nicht oder wenig wasserlösliche chemisch inerte organische Stoffe geeignet zur Ad- und Absorption in Waschlösungen wie z.B. in unpolaren Lösemitteln oder not or poorly water-soluble chemically inert organic substances suitable for adsorption and absorption in washing solutions, e.g. in nonpolar solvents or
- wasserlösliche chemisch inerte organische Stoffe geeignet zur Ad- und Absorption in Waschlösungen wie z.B. in polaren Lösemitteln oder water-soluble chemically inert organic substances suitable for adsorption and absorption in washing solutions, e.g. in polar solvents or
- chemisch inerte organische Stoffe mit einem Siedepunkt oberhalb des Frostpunkts der wäßrigen Aminlösung bis unterhalb des Siedepunktes der wäßrigen Aminlösung oder - Chemically inert organic substances having a boiling point above the freezing point of the aqueous amine solution to below the boiling point of the aqueous amine solution or
- organische Stoffe, bevorzugt Kohlenwasserstoffe oder Alkohole, jedoch mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen je Molekül oder mehr.
Das Trennmembranmaterial zur Separation des CO2-Flushgasgemischs in a) zeichnet sich durch seine Dichtheit in Form von Leckfreiheit aus. Membranmaterialien können daher sein: keramische, dichte mikroporöse Schichten (Zeolithmembranen) oder dichte Polymermembranen. Zeolithmembranen arbeiten nach dem Prinzip der Adsorptionsdiffusion,, bevorzugt über Porenkondensation. Polymermembranen arbeiten bevorzugt nach dem Prinzip der Lösungsdiffusion. Bevorzugt sind anorganische Zeolithmembranen. Bei diesem Verfahren werden die restlichen Flushgasanteile, die die Membran passieren und sich innerhalb der Membran anreichern oder im jenseitigen Permeatraum kondensieren, von den restlichen Bestandteilen des Offgases abgetrennt, das CO2, H2S und z.B. noch Methan, Arninwaschmittel und Wasserdampf enthält. Unter H2S werden hier allgemein Schwefelverbindungen verstanden, die üblicherweise enthalten sein können wie Thiole, H2S, COS oder Mercaptane. - Organic substances, preferably hydrocarbons or alcohols, but having 2 to 7 carbon atoms per molecule or more. The separation membrane material for separating the CO 2 -flush gas mixture in a) is characterized by its tightness in the form of leakage. Membrane materials can therefore be: ceramic, dense microporous layers (zeolite membranes) or dense polymer membranes. Zeolite membranes work on the principle of adsorption, preferably via pore condensation. Polymer membranes preferably work on the principle of solution diffusion. Preference is given to inorganic zeolite membranes. In this method, the remaining Flushgasanteile that pass through the membrane and accumulate within the membrane or condense in the otherworldly Permeatraum, separated from the remaining components of the off-gas containing CO 2 , H 2 S and eg still methane, Arninwaschmittel and water vapor. H 2 S is understood here to mean in general sulfur compounds which can usually be present, such as thiols, H 2 S, COS or mercaptans.
Besonders bevorzugte Materialien für anorganische Membranen mit poröser Schicht, sind dicht verwachsene Kristallite auf der Basis zeolithischer Strukturtypen, besonders bevorzugt MF1, FAU, LTA, MOR, FER, MEL, BEA; ITR und KFi, vorzugsweise MFI und FAU, und hier besonders bevorzugt der MFI-Struktur mit Silikalithmembranen ohne AI-Anteil oder MFi-Membranen mit einem Aluminiumanteil. Besonders bevorzugt ist der bekannte ZSM-5 mit NanAlnS!g6-nOi92 «16H2O (0<n<27). Besonders bevorzugt bei MFI-Membranen mit Aluminiumanteilen sind Si/Al-Anteiie von größer 75. Weiterhin bevorzugte Zeolithe sind CIT-1 , DAF-1 , Stilbit, Beta, Boggsite, EMC-2 und STA-1 . Particularly preferred materials for porous layer inorganic membranes are densely grown zeolite-based crystallites, most preferably MF1, FAU, LTA, MOR, FER, MEL, BEA; ITR and KFi, preferably MFI and FAU, and here particularly preferably the MFI structure with Silikalithmembranen without AI share or MFi membranes with an aluminum content. Particularly preferably, the known ZSM-5 with Na n ALNs! G 6 -nOi9 2 "16H 2 O (0 <n <27). Particularly preferred in MFI membranes with aluminum contents are Si / Al units of greater than 75. Further preferred zeolites are CIT-1, DAF-1, Stilbite, Beta, Boggsite, EMC-2 and STA-1.
Allgemein liegen die Porengrößen im Bereich der Moieküldurchmesser der abzutrennenden Kohlenwasserstoffe bei 0,3 - 2 nm, vorzugsweise 0,5 - 0,8 nm. Generally, the pore sizes are in the range of Moieküldurchmesser the hydrocarbons to be separated at 0.3 - 2 nm, preferably 0.5 - 0.8 nm.
Ebenfalls sind amorphe anorganische Membranen bevorzugt. Besonders bevorzugt sind hierin Silikamembranen und Kohlenstoffmembranen mit Porengrößen im Bereich von 0,5 - 2 nm. Also, amorphous inorganic membranes are preferred. Particularly preferred herein are silica membranes and carbon membranes having pore sizes in the range of 0.5-2 nm.
Die Membranen sollen dicht und damit leckfrei sein und damit nur adsorptive Prozesse an der inneren Oberfläche zulassen, wobei der Stofftransport demnach nur durch das innerkristalline Porensystem vonstatten geht. Von Vorteil für das Trennverfahren sind Membranen, die aufgrund ihrer geringen Schichtdicke hohe Permeat- flüsse ermöglichen. Bevorzugt beträgt die Dicke der Trennschicht deshalb weniger als 50 pm, z.B. 2 - 40 pm, besonders bevorzugt weniger als 30 pm, z.B. 2 - 20 pm.
Membranen mit asymmetrischem Aufbau sind bevorzugt, wie nachfolgend erläutert. Die Herstellung einer solchen Membran kann vorteilhaft derart erfolgen, daß auf einem makroporösen Träger, z.B. aus Korund, eine mesoporöse Schicht erzeugt wird durch Auftragen eines Schlickers aus gemahlenem kommerziellen Zeolith- materials (< 1 μιη, vorteilhaft < 500 nm) und anschließende Temperaturbehandlung bei 500 - 700 °C. Danach wird zur Erzeugung der mikroporösen Schicht auf der mesoporösen Schicht letztere mit einer Syntheselösung bei 140 bis 200 °C, für 12 bis 72 Stunden hydrothermal behandelt und z. B. mit Silikalith beschichtet. The membranes should be dense and thus leak-free and thus allow only adsorptive processes on the inner surface, whereby the mass transfer thus proceeds only through the intra-crystalline pore system. Advantageous for the separation process are membranes that allow high permeate flows due to their small layer thickness. The thickness of the separating layer is therefore preferably less than 50 μm, for example 2 to 40 μm, more preferably less than 30 μm, for example 2 to 20 μm. Membranes of asymmetric construction are preferred, as explained below. The preparation of such a membrane can be advantageously carried out such that on a macroporous support, such as corundum, a mesoporous layer is produced by applying a slurry of ground commercial zeolite materials (<1 μιη, advantageously <500 nm) and subsequent temperature treatment at 500 - 700 ° C. Thereafter, to produce the microporous layer on the mesoporous layer, the latter with a synthesis solution at 140 to 200 ° C, treated hydrothermally for 12 to 72 hours and z. B. coated with silicalite.
Die Zusammensetzung einer Silikalith-Syntheselösung kann in Abhängigkeit vom Syntheseverfahren, den eingesetzten Reagenzien, den physikalischen Syntheseparametern sowie den gewünschten Membraneigenschaften bezüglich Selektivität und Fluß variieren. Möglich sind Synthesezusammensetzungen im Bereich 100 mo! Si02 : 0 - 35 mol SDA : 0 - 50 mol NaOH : 0 - 17 mol ΑΙΞ03 und 1.000 - 100.000 moi H20, wobei SDA für die strukturdirigierende Agenzien, auch Template genannt, steht. SDA kann beispielsweise sein Tripropylammoniumhydroxid oder Tripropylammoniumbromid oder eine Mischung aus beiden. The composition of a silicalite synthesis solution can vary depending on the synthesis method, the reagents used, the physical synthesis parameters as well as the desired membrane properties with respect to selectivity and flux. Possible synthesis compositions in the range 100 mo! Si0 2 : 0 - 35 mol SDA: 0 - 50 mol NaOH: 0 - 17 mol ΑΙ Ξ 0 3 and 1,000 - 100,000 moi H 2 0, wherein SDA stands for the structure-directing agents, also called template. SDA may be, for example, tripropylammonium hydroxide or tripropylammonium bromide or a mixture of both.
Allgemein versteht man unter makroporös Poren mit > 1.000 nm, unter mesoporös Poren mit 2 - 50 nm und unter mikroporös Poren mit 0,1 - 2 nm. Generally, macroporous refers to pores of> 1,000 nm, mesoporous pores of 2 to 50 nm and microporous pores of 0.1 to 2 nm.
Zur Flushgasfeinabtrennung können auch adsorptive Verfahren zur selektiven Bindung von Gasbestandteilen vorgesehen werden, etwa die Bindung an einer Zeolithschüttung. Bei Vollbeladung wird diese regeneriert und wieder verfügbares Flushgas in den Kreislauf zurückgeführt bzw. aus dem System ausgeschleust. For Flushgasfeinabtrennung also adsorptive method for the selective binding of gas components can be provided, such as the binding to a Zeolithschüttung. When fully charged, this is regenerated and again available flushing gas is returned to the circulation or discharged from the system.
Nutzbar sind auch Waschverfahren zur Bindung des gasförmigen Flüsssiggasanteifs z.B. unter Nutzung einer selektiven Löslichkeit des Flushgases in einem Lösemittel, um den Austrag von Flushgas aus dem System zu minimieren. Also useful are washing processes for binding the gaseous liquid gas component, e.g. utilizing a selective solubility of the flushing gas in a solvent to minimize the discharge of flushing gas from the system.
Unter dem Begriff "Flushgas" wird ein für die beteiligten Stoffe im Verfahren chemisch inerte Stoff verstanden, der bei der Temperatur der aminhaltigen Wasch- mittellösung zumindest teilweise gasförmig vorliegt oder der bei Einbringen in die Waschmittel lösung in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht, und der die Strippung des in der Waschmittellösung chemisch und physikalisch fixierten C02 oder chemisch gebundener Schwefelverbindungen oder beider in das abgeführte Offgas bewirkt. Weiterhin wird als "Flushgas" ein kondensierbares Gas verstanden, das in dem definierten Temperaturbereich siedet, eine geringe Verdampfungswärme
aufweist und kompatibel zum Produktgas ist. Die Kondensation des Flushgases muß in dem Bereich von 5 bis 98°C bei einem Druck im Bereich von 0,1 bis 6 bar(a) erfolgen können. Unter geringer Verdampfungswärme wird ein Bereich von 10 bis 60 kJ/mol verstanden. Ein vorteilhafter Temperaturbereich Hegt bei 60-95°C, bevorzugt 80-92°C. Ein weiterer bevorzugter Bereich beträgt 90-95°C. Sofern die Waschmitteilösung unter Druck steht, kann die Temperatur bis 120°C betragen. Ein bevorzugter Temperaturbereich ist dann 90-1 10°C. The term "flush gas" is understood to mean a substance which is chemically inert for the substances involved in the process and which is at least partially gaseous at the temperature of the amine-containing detergent solution or which changes into the gaseous state when introduced into the detergent solution, and which stripping the chemically and physically fixed in the detergent solution C0 2 or chemically bonded sulfur compounds or both in the discharged offgas. Furthermore, the term "flush gas" is understood to mean a condensable gas which boils in the defined temperature range, a low heat of vaporization and is compatible with the product gas. The condensation of the flushing gas must be in the range of 5 to 98 ° C at a pressure in the range of 0.1 to 6 bar (a). Low heat of vaporization is understood to mean a range of 10 to 60 kJ / mol. An advantageous temperature range is 60-95 ° C, preferably 80-92 ° C. Another preferred range is 90-95 ° C. If the Waschmitteilösung is under pressure, the temperature can be up to 120 ° C. A preferred temperature range is then 90-1 10 ° C.
Geeignet als Flushgas im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren sind beispielsweise gesättigte lineare und zyklische Alkane wie n-Pentan, Cyciopentan, n-Hexan. Cyclohexan, n-Heptan, Cycloheptan, 2,2-Dimethylbutan, 2- Methylpentan, 3-Methyipentan, Gemische davon; Ether wie tert-Butylether, tert- Butyiethylether, Isopropanol, Di-n-propylether und Gemische davon; primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole wie Ethanol, i-Propanol, n-Propanol, sekundärer und tertiärer Butylalkohol und Gemische davon. Besonders bevorzugt sind gesättigte Kohlenwasserstoffe oder Gemische davon, insbesondere Pentane oder Hexane, speziell n-Pentan oder n-Hexan, sowie tert-Butylether und tert-Butylethylether. Suitable as a flush gas in the context of the present process are, for example, saturated linear and cyclic alkanes such as n-pentane, cyclopentane, n-hexane. Cyclohexane, n-heptane, cycloheptane, 2,2-dimethylbutane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, mixtures thereof; Ethers such as tert-butyl ether, tert-butyl ethyl ether, isopropanol, di-n-propyl ether and mixtures thereof; primary, secondary and tertiary alcohols such as ethanol, i-propanol, n-propanol, secondary and tertiary butyl alcohol and mixtures thereof. Particular preference is given to saturated hydrocarbons or mixtures thereof, in particular pentanes or hexanes, especially n-pentane or n-hexane, and tert-butyl ether and tert-butyl ethyl ether.
Bevorzugt für die Auswahl des Flushgases ist auch eine geringe Temperaturdifferenz zwischen der Siedetemperatur des Flushgases und der Betriebstemperatur, d.h. dem Temperaturbereich, in dem das Strippen der Waschmitteilösung erfolgt. Also preferred for the selection of the flushing gas is a small temperature difference between the boiling temperature of the flushing gas and the operating temperature, i. the temperature range in which the stripping of Waschmitteilösung takes place.
"Chemisch inert" für das Flushgas bedeutet, daß das Flushgas mit keiner der beteiligten Komponenten der Waschmitteilösung chemische Reaktionen eingeht, die die Funktionalität des Waschmittels zur reversiblen Bindung in Bezug auf C02 und Schwefelverbindungen beeinträchtigen. "Chemically inert" for the flush gas means that the flush gas does not undergo any chemical reaction with any of the components of the wash solution to interfere with the functionality of the reversible bond detergent with respect to CO 2 and sulfur compounds.
Für die Erfindung bevorzugte Wärmequellen für die Erwärmung der aminhaltigen Waschmitteilösung in der Heizzone auf die Betriebstemperatur sind Wärmeträger wie Kühlflüssigkeiten oder Gase mit Abwärme aus Blockheizkraftwerken (BHKW), die typischerweise mit Temperaturen bis zu +98 °C verfügbar sind, oder solche von Wärmepumpen, aus Erdwärme- oder Solaranlagen oder aus Abwärme oder Prozeßwärme anderer industrieller Prozesse. Diese Wärmequellen in Form von Wasser oder Thermalöl können durch Wärmepumpen auf das Niveau der Desorptionstemperatur gebracht werden.
Für das vorliegende Verfahren besonders geeignete aminhaltige Waschmättellösungen sind solche, die bei der Wäsche von C02 aus Gasgemischen wie Bio- Klär-, Erd- und Grubengas genutzt werden und bei Normaitemperatur flüssig sind. Vorzugsweise sind das wäßrige Lösungen. Derartige Waschmitteliösungen reagieren chemisch mit C02, binden aber auch Schwefelverbindungen chemisch sowie H2S, Thiole, Mercaptane oder Gemische davon. Ferner können C02 und gasförmige Schwefelverbindungen in geringerem Umfang auch physikalisch gelöst vorliegen. Mit Hiife des Flushgases werden sowohl die chemisch gebundenen Schwefelverbindungen sowie das C02 abgestrippt. Heat sources preferred for the invention for heating the amine-containing Waschmitteilösung in the heating zone to the operating temperature are heat transfer such as cooling liquids or gases with waste heat from combined heat and power plants (CHP), which are typically available with temperatures up to +98 ° C, or those of heat pumps from Geothermal or solar plants or waste heat or process heat of other industrial processes. These heat sources in the form of water or thermal oil can be brought to the level of desorption temperature by heat pumps. Particularly suitable amine-containing wash-solution solutions for the present process are those which are used in the scrubbing of C0 2 from gas mixtures such as biological sewage, ground and mine gas and which are liquid at normal temperature. Preferably, these are aqueous solutions. Such detergent solutions react chemically with C0 2 , but also chemically bind sulfur compounds as well as H 2 S, thiols, mercaptans or mixtures thereof. Furthermore, C0 2 and gaseous sulfur compounds can also be physically dissolved to a lesser extent. With the aid of the flushing gas, both the chemically bound sulfur compounds and the C0 2 are stripped off.
Weitere geeignete Waschmitteliösungen sind solche, die bei der Aminwäsche in anderen chemischen Prozessen anfallen, oder die aus der Wäsche von Erdgas oder Erdölbegleitgas herrühren. Other suitable detergent solutions are those obtained in the amine scrubbing in other chemical processes, or resulting from the scrubbing of natural gas or associated gas.
Der Beladungsgrad des Waschmittels zur Bestimmung des tatsächlichen Desorptionsgrades der WaschmitteNösung wird anhand des pH-Wertes, der Leitfähigkeit, der Dichte, der Schallgeschwindigkeit, der spektroskopischen Eigenschaften der Waschmittellösung oder in deren Kombination gemessen und als Abbruchskriterium der Desorption genutzt. The degree of loading of the detergent to determine the actual desorption of WaschmitteNösung is measured by the pH, the conductivity, the density, the speed of sound, the spectroscopic properties of the detergent solution or in their combination and used as a demolition criterion of desorption.
Der erzielbare Desorptionsgrad liegt in Abhängigkeit von der effektiven Strippzeit und Strippintensität, der Art der wäßrigen Aminwaschlösung und dessen Temperatur für Temperaturen um 90 - 95 °C bei über 50% der chemischen C02-Absorptionskapazität einer beladenen aminhaltigen Waschmittellösung. The achievable degree of desorption is dependent on the effective stripping time and stripping intensity, the type of aqueous amine washing solution and its temperature for temperatures around 90-95 ° C at about 50% of the chemical C0 2 absorption capacity of a loaded amine-containing detergent solution.
Besonders vorteilhaft dabei ist, daß die Strippung bereits bei geringen Temperaturen dicht über dem Gieichgewichtspunkt "Absorption von C02 zu Desorption von C02" erfolgen kann, da die Strippung das Gleichgewicht in der Desorptionsreaktion zugunsten des gasförmig freigesetzten C02 verschiebt. Somit kann eine möglichst niedrige Desorptionstemperatur genutzt werden. It is particularly advantageous that the stripping can be carried out at low temperatures just above the Gieichgewichtspunkt "absorption of C0 2 to desorption of C0 2 ", since the stripping shifts the equilibrium in the desorption reaction in favor of the released gas C0 2 . Thus, the lowest possible desorption temperature can be used.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das zum Strippen eingesetzte Flushgas mit relativ geringem technischen und energetischem Aufwand praktisch vollständig zurückgewonnen und im Kreislauf wieder eingesetzt werden kann.
Bei einer temperatur- und beladungsabhängigen Desorptionszeit von 30 bis 80 Minuten erfährt die Waschmittellösung eine C02-Entladung von 50 bis 60% ihrer eintrittseitigen Ausgangsbeladung. Die erzielte Entladung läßt sich direkt anhand von Parametern für den Beladungsgrad der Waschflüssigkeit wie pH-Wert, Dichte, Brechungsindex, Leitfähigkeit bestimmen und als Kriterium für das Erreichen der erforderlichen mittleren Verweilzeit der Waschmittellösung in der Strippung heranziehen. Darüber hinaus ist auch die direkte spektrometrische oder titrimethsche Bestimmung des Waschmittel-Beladungsgrades möglich. Eine weitere Methode besteht in der direkten Bestimmung der ausgetragenen C02-Menge im Offgasstrom unter Nutzung der CO2-Konzentration und des Offgas-Volumenstroms. Another important advantage of the invention is that the flushing gas used for stripping can be recovered almost completely with relatively little technical and energy expenditure and reused in the circuit. At a temperature- and load-dependent desorption time of 30 to 80 minutes, the detergent solution undergoes a C0 2 discharge of 50 to 60% of its inlet-side initial charge. The discharge achieved can be determined directly on the basis of parameters for the degree of loading of the washing liquid such as pH, density, refractive index, conductivity and as a criterion for achieving the required average residence time of the detergent solution in the stripping. In addition, the direct spectrometric or titrimethsche determination of the detergent loading level is possible. Another method is the direct determination of the discharged C0 2 amount in the offgas stream using the CO 2 concentration and the off-gas volume flow.
In einigen Fällen, etwa zur Einhaltung höchster emissionsseitiger Anforderungen, z.B. hinsichtlich der zulässigen freigesetzten Menge an organischem Kohlenstoff, kann die Nachschaltung einer Nachverbrennungsanlage erfolgen, die zugleich auch sonstige mittransportierte Kohlenwasserstoffanteile oxidieren kann. In some cases, such as meeting highest emission requirements, e.g. With regard to the permissible amount of organic carbon released, it is possible to connect an afterburner plant, which at the same time can also oxidise other hydrocarbons that are transported along with it.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die nachfolgenden im Wirkungsverbund stehenden Funktionselemente: The device for carrying out the method according to the invention comprises the following functional elements which are in the interaction of action:
a) eine Desorptionskolonne mit einer Hetzzone, einer Strippzone und einer Koaleszenz- und Schaumabtrennzone in Kaskadenanordnung; a) a desorption column with a Hetzzone, a stripping zone and a coalescing and Schaumabtrennzone in cascade arrangement;
b) einen Sensor zur Messung der CO2- oder Flushgas-Konzentration des aus der Koaleszenz- und Schaumabtrennzone abgeführten Gasgemisches und zurb) a sensor for measuring the CO 2 - or Flushgas concentration of discharged from the coalescing and Schaumabtrennzone gas mixture and
Einstellung des Flushgasvolumenstromes; Adjustment of the flush gas volume flow;
c) eine nachfolgende primäre Abscheidezone, bestehend aus einem Gasverflüssiger oder einem Bereich, in dem eine Entspannungsverdampfung stattfinden kann; c) a subsequent primary deposition zone consisting of a gas liquefier or a region in which flash evaporation can take place;
d) eine zweite nachgeordnete Flushgasabtrenneinrichtung als sekundäre d) a second downstream Flushgasabtrenneinrichtung as secondary
Abscheidezone zur Trennung der nicht kondensierten Teile des Gasstroms, bestehend einerseits aus CO2, H2S, Methan, Aminwaschmittel, Wasserdampf und andererseits dem im Dampfdruck gasförmig verbliebenen Anteilen des Flushgases; sowie Einrichtungen zur Rückführung des Flushgases in den Kreislauf. Separation zone for separating the non-condensed parts of the gas stream, consisting on the one hand of CO 2 , H 2 S, methane, amine detergent, water vapor and on the other hand, the gaseous in vapor pressure remaining fractions of the flushing gas; and means for recirculating the flushing gas into the circuit.
Ergänzt wird die Vorrichtung durch: The device is supplemented by:
e) eine Fördereinrichtung für das Flushgas aus den Abscheidezonen,
f) eine Verdampfungszone als Verdampfer zur direkten oder Entspannungsverdampfung für das flüssig anfallende Flushgas, einschließlich Fremd Wärmeversorgung durch BHKW-Abwärme, Wärme von Wärmepumpen und/oder Solaranlagen, wobei im Falle der Entspannungsverdampfung Ver- dampfungszone und Strippzone räumlich zusammenfallen, e) a conveying device for the flushing gas from the separation zones, f) an evaporation zone as an evaporator for direct or flash evaporation for the liquid flushing gas, including external heat supply by cogeneration waste heat, heat from heat pumps and / or solar systems, wherein in the case of expansion evaporation evaporation zone and stripping zone coincide spatially,
g) eine Flushgasleitung von der Verdampfungszone zur Strippzone, h) eine Verbindungsleitung von der Verdampferzone zur Heizzone, i) eine Kreislaufleitung mit Förderpumpe zwischen Heizzone (Sumpf) und Strippzone für einen mehrfachen Umlauf der aminhaltigen Waschmittellösung, g) a flush gas line from the evaporation zone to the stripping zone, h) a connecting line from the evaporator zone to the heating zone, i) a circulation line with feed pump between heating zone (sump) and stripping zone for a multiple circulation of the amine-containing detergent solution,
j) eine Wärmezuführung für die Heizzone, wobei die Betriebstemperatur unter der druckabhängigen Siedetemperatur der Waschmittellösung eingestellt ist, k) einen Injektor zum Anschluß der Kondensatleitung (Verbindungsleitung wäßrige Phase) an die Heizzone. j) a heat supply for the heating zone, wherein the operating temperature is set below the pressure-dependent boiling temperature of the detergent solution, k) an injector for connecting the condensate line (connecting line aqueous phase) to the heating zone.
Der unter b) genannte Sensor kann das Verhältnis von CO2 zu Flushgas messen, sowohl als direkte CO2-Messung oder Flushgaskonzentrationsmessung oder beides, durch Ermittlung von Gemischkenngrößen wie Schallgeschwindigkeit, Dichte, Kondensationswärme des Offgasstromes. Er kann auch das Verhältnis von effektiver Flushgasvolumenstrom zu Änderung der Beladung des Waschmittels im Zuge der Desorption auswerten. The sensor mentioned under b) can measure the ratio of CO 2 to flush gas, both as direct CO 2 measurement or Flushgaskonzentrationsmessung or both, by determining mixture characteristics such as speed of sound, density, heat of condensation of the offgas stream. He can also evaluate the ratio of effective Flushgasvolumenstrom to change the loading of the detergent in the course of desorption.
Die Flüssigkeits-Gas-Trennung in der Koaleszenz- und Schaumabscheidezone erfolgt vorzugsweise durch mechanisch wirkende Abscheideelemente wie Lochbieche, Siebe, Koaleszenzabscheider, Filterelemente, Schaumdome u. ä.. Möglich ist auch die Nutzung von Sprühelementen zur Einsprühen von WaschmitteHÖsung oder Wasser oder energieeintragender Einrichtungen, wie Ultra- schallaktoren, Verdampfungsstrecken, Infrarot-Strahlungswärmequellen oder elektromagnetische Erwärmung im RF- bzw. Mikrowellenbereich, die wirksam auf Schäume bzw. auf Schaumoberflächen einwirken und so eine Flüssigkeits-Gastrennung erlauben. Auch der Zusatz oberflächenaktiver chemischer Schaumhemmer ist möglich, um einen unerwünschten Flüssägkeitstransport in den abführenden Gasweg des Offgas-Flushgasgemischs zu unterbinden. The liquid-gas separation in the coalescing and Schaumabscheidezone preferably takes place by mechanically acting separation elements such as perforated bends, screens, Koaleszenzabscheider, filter elements, foam domes u. ä .. It is also possible to use spray elements for spraying WaschmitteHÖsung or water or energy-carrying facilities, such as ultrasonic actuators, evaporation lines, infrared radiant heat sources or electromagnetic heating in the RF or microwave range, which act effectively on foams or foam surfaces and allow such a liquid-gas separation. The addition of surface-active chemical foam inhibitor is possible to prevent unwanted transport of liquid in the laxative gas path of the offgas Flushgasgemischs.
Die genannte Flushgasabtrennung innerhalb der Flushgasabtrenneinrichtung ist eine Feinabtrennung mittels einer Membranenabtrenneinheit, die innerhalb der
Flushgasabtrenneinrichtung als Einzelmembran, Membranbündel oder Membrankaskade ausgeführt ist. Die Membran zeichnet sich durch Dichtheit (Leckfreiheit) aus und besteht vorzugsweise aus keramischen, dichten mikroporösen Schichten (Zeolithmembranen) oder dichten Polymermembranen, die nach dem Prinzip der Adsorptionsdiffusion bzw. bevorzugt der Porenkondensation arbeiten. Bevorzugt sind Zeolithmembranen. Said Flushgasabtrennung within the Flushgasabtrenneinrichtung is a fine separation by means of a membrane separation unit, which within the Flushgasabtrenneinrichtung is designed as a single membrane, membrane bundle or membrane cascade. The membrane is characterized by impermeability (leak-free) and preferably consists of ceramic, dense microporous layers (zeolite membranes) or dense polymer membranes, which operate on the principle of adsorption diffusion or, preferably, pore condensation. Preference is given to zeolite membranes.
Der verbliebene, nicht kondensierte Flushgasanteil innerhalb des C02- und/ oder H2S-haltigen Offgasgemisches wird mittels der Membran (en) sicher abgetrennt, wobei die Flushgasabtrenneinrichtung neben der Anordnung von Einzelmembran oder Membrankaskade nachfolgende Anordnungen bzw. deren Kombinationen möglich sind oder die alternativ eingesetzt werden können: The remaining, non-condensed Flushgasanteil within the C0 2 - and / or H 2 S-containing offgas mixture is safely separated by the membrane (s), the Flushgasabtrenneinrichtung next to the arrangement of single membrane or membrane cascade subsequent arrangements or combinations thereof are possible or the alternatively can be used:
a) durch physikalische Adsorption oder bevorzugte Porenkondensation an geeigneten Zeolithen oder Aktivkohlen, mit und ohne deren Regeneration, oder a) by physical adsorption or preferred pore condensation on suitable zeolites or activated carbons, with and without their regeneration, or
b) durch eine Wäsche, oder b) through a wash, or
c) durch eine beliebige Kombination von Membran, Adsorptions- und Waschverfahren. c) by any combination of membrane, adsorption and washing processes.
Ein grundsätzlicher positiver Effekt des Verfahrens besteht darin, daß durch die niedrigen Prozeßtemperaturen die Gefahr einer vorzeitigen Oxidation und Alterung der Waschmittellösung wesentlich verringert werden kann und daß Wärmequellen mit relativ niedrigem Wärmeniveau effektiv genutzt werden können und damit eine Energieoptimierung erreicht wird. Durch die niedrigeren Prozeßtemperaturen können auch die aniagentechnischen Anforderungen abgesenkt und damit ihre Haltbarkeit und Verfügbarkeit erhöht werden. Auch fallen die Aufwendungen für den Betrieb und die Instandhaltung der Anlage geringer aus, was insgesamt einen wirtschaftlicheren Vorteil ergibt. A fundamental positive effect of the method is that the risk of premature oxidation and aging of the detergent solution can be substantially reduced by the low process temperatures and that heat sources with relatively low heat level can be used effectively and thus energy optimization is achieved. Due to the lower process temperatures, the aniagentechnischen requirements can be lowered and thus their durability and availability can be increased. Also, the expenses for the operation and maintenance of the plant are lower, resulting in an overall more economical advantage.
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel auf der Basis eines Funktionsschemas einer Anlage zur Desorption von beiadener Waschlösung, in der CO2 und/oder H2S gebunden sind, nochmals verdeutlicht. In the following, the invention will be clarified once again on an exemplary embodiment on the basis of a functional scheme of a system for the desorption of aadequate washing solution, in which CO 2 and / or H 2 S are bound.
Die Anlage ist Bestandteil einer Biogasaufbereitungsanlage, die CO2 und/oder Schwefelverbindungen mittels einer Aminwäsche entfernt. Um die Diglykolamin (DGA®) enthaltende Waschmittellösung benutzungsfähig zu halten, ist es erforderlich, die CO2- bzw. H2S-Beladung der Waschmittellösung zu reduzieren, um eine
genügend hohe Beladungsdifferenz im erneuten Umlauf der Waschmittellösung nutzen zu können. The plant is part of a biogas upgrading plant that removes CO 2 and / or sulfur compounds by amine scrubbing. In order to keep the detergent solution containing diglycolamine (DGA®) usable, it is necessary to reduce the CO 2 or H 2 S loading of the detergent solution in order to obtain a be able to use sufficiently high loading difference in the recirculation of the detergent solution.
Die beladene Rich-Waschmitteliösung mit einer Aminkonzentration von etwa 50 %, einer Temperatur von 60 °C und einer Beladung von 0,35 mol C02 je mol Amin, wird über die Leitung Rich-Wasch mittel 1 auf die Strippzone 3 geführt. Die Strippzone 3 kann mit oberflächenvergrößernden Elementen wie strukturierten Packungen, Füllkörpern, Kontaktoren, Sprühdüsen ausgestattet sein. Die Rich- Waschmittellösung strömt über diese Elemente in den als Heizzone 4 ausgeführten Abschnitt. Das Volumen der Heizzone 4 und der Strippzone 3 einschließlich einer Verbindungsleitung 6 zwischen Heizzone 4 und der Strippzone 3 ist so dimensioniert, das die mittlere Verweilzeit der Waschmittellösung 30 Minuten beträgt. Über den Zulauf 5 wird das Wärmeträgermedium der Heizzone 4 aus einer technischen Niedertemperaturquelle von 94°C zugeführt, so daß die Waschmittel lös ung in der Heizzone 4 bei einer Temperatur im Bereich von 86 - 92 °C gehalten wird. The loaded Rich detergent solution having an amine concentration of about 50%, a temperature of 60 ° C and a loading of 0.35 mol C0 2 per mole of amine is fed through the Rich-detergent line 1 to the stripping zone 3. The stripping zone 3 can be equipped with surface-enlarging elements such as structured packings, random packings, contactors, spray nozzles. The Rich detergent solution flows through these elements in the running as a heating zone 4 section. The volume of the heating zone 4 and the stripping zone 3 including a connecting line 6 between the heating zone 4 and the stripping zone 3 is dimensioned so that the average residence time of the detergent solution is 30 minutes. Through the inlet 5, the heat transfer medium of the heating zone 4 is supplied from a technical low-temperature source of 94 ° C, so that the detergent solu ung in the heating zone 4 is maintained at a temperature in the range of 86 - 92 ° C.
Das Flushgas n-Hexan mit einem Siedepunkt bei Normaldruck von 69°C wird durch die Strippzone 3 und ggf. von der Heizzone 4 in die Strippzone 3 im Gegenstrom zur Waschmittellösung geführt und bewirkt gasförmig den Strippeffekt und so die Desorption der Waschmittellösung. Ein Teil des in der Waschmittellösung gelösten CO2 und/oder H2S wird bei Strippung durch den Flushgasstrom in vorteilhafter und überraschenden Weise bereits bei Temperaturen damit unterhalb von etwa 105°C, der bisherigen Mindesttemperatur zur effektiven DGA®-Desorption, desorbiert, d.h. die Waschmittellösung braucht nicht zum Sieden gebracht zu werden. Der Flushgastrom zirkuliert über oberflächenvergrößernden Einbauten in der Strippzone 3. Damit wird das Flushgas im Gegenstrom mit der Waschmittellösung intensiv verwirbelt. Innerhalb einer mittleren Verweilzeit von 30 Minuten wird so der Strippeffekt maximal verstärkt und eine effektive Abreicherung des fixierten CO2 und der Schwefelverbindungen in der aminhaltigen Waschmittellösung bewirkt. Die abgereicherte Waschmitteliösung wird über die Leitung Lean-Waschmittel 2 zur erneuten Verwendung aus der Vorrichtung abgezogen. The flushing gas n-hexane with a boiling point at atmospheric pressure of 69 ° C is passed through the stripping zone 3 and possibly from the heating zone 4 in the stripping zone 3 in countercurrent to the detergent solution and causes the stripping effect in gaseous form and thus the desorption of the detergent solution. Part of the dissolved in the detergent solution CO2 and / or H 2 S is stripped by the Flushgasstrom in an advantageous and surprising manner already at temperatures below about 105 ° C, the previous minimum temperature for effective DGA® desorption desorbed, ie the Detergent solution does not need to be boiled. The Flushgastrom circulates over surface enlarging internals in the stripping zone 3. Thus, the flushing gas is intensively swirled in countercurrent with the detergent solution. Within a mean residence time of 30 minutes, the stripping effect is maximally enhanced and effective depletion of the fixed CO2 and the sulfur compounds in the amine-containing detergent solution is effected. The depleted detergent solution is withdrawn from the device via the Lean Detergent 2 line for reuse.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Verdampfung in In a further embodiment of the invention, the evaporation in
Form einer Entspannungsverdampfung erfolgen. Form of a flash evaporation take place.
in vorteilhafter Weise kann das flüssige Flushgas mit dem Waschmittel zur Erreichung eines überhitzen Flüssigkeitszustandes unter Druck erwärmt und durch
Entspannen des Waschmittel-Flushgasgemisches durch eine Düsenanordnung in die Strippzone ein Verdampfen des Flushgases herbeigeführt werden. Die Mischung beider Gemischkomponenten kann auch unmittelbar vor der Düse erfolgen. Das Verfahren ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Differenz der Siedetemperatur des Flushgases zur Temperatur der zur Verfügung stehenden Wärmequelle klein ist, d.h. weniger als 10K beträgt. Advantageously, the liquid flushing gas can be heated with the detergent to achieve a superheated liquid state under pressure and by Relaxing of the detergent flushing gas mixture by a nozzle arrangement in the stripping zone evaporation of the flushing gas can be brought about. The mixture of both mixture components can also be done directly in front of the nozzle. The method is particularly advantageous when the difference between the boiling temperature of the flushing gas and the temperature of the available heat source is small, ie less than 10K.
Am oberen Ausgang der Strippzone 3 steht ein Gasgemisch aus dem Flush- gas, C02, H2S und Wasserdampf an. Dieses Flushgasgemisch wird zur Flüssigkeits- Gas-Trennung durch die Koaleszenz- und Schaumabscheidezone 8 geführt, wo Flüssig keitströpfchen zurückgehalten werden und eine Schaumbildung unterbunden wird. Die zurückgehaltene Flüssigkeit wird in die Stripp- und Heizzone 3, 4 abgeleitet. At the upper outlet of the stripping zone 3 is a gas mixture of the flushing gas, C0 2 , H 2 S and water vapor. This Flushgasgemisch is performed for liquid-gas separation through the coalescing and Schaumabscheidezone 8, where liquid keitströpfchen be retained and foaming is prevented. The retained liquid is discharged into the stripping and heating zone 3, 4.
Ein CO2-Sensor 9 mißt die C02-Konzentration des aus der Koaleszenz- und Schaumabscheidezone 8 abgeführten, gasförmigen Fiushgas-Offgas-Gemisches. Da die Desorption der Waschmittellösung über Heizzone 4 und Strippzone 3 kinetikümiert ist, ist es zweckmäßig, den eingesetzten Volumenstrom Flushgas auf einen Punkt zu begrenzen, bei dem ein maximaler CO2-Austrag mit einem minimalen Flushgasvolumenstrom zusammenfällt, da die Verdampfungsenthalpie des Flushgas- Phasenübergangs zusätzlich zur chemischen Desorptionsenthaiphie der Waschmittellösung und zur Erwärmung beider Stoffe / Stoffgemische aufzubringen ist. Zu diesem Zweck wird das Signal des CO2-Sensors 9 genutzt, einen Optimalwert im Verhältnis von CO2-Desorptionsrate zu erzeugtem Flushgasvolumenstrom zu regeln. Dies erfolgt wirkverbunden über die Wärmezufuhr in die Verdampfungszone 17 oder durch Regulierung des Umlaufes des flüssigen Flushgases, wenn es direkt in der Waschmittellösung verdampft wird. A CO2 sensor 9 measures the C0 2 concentration of the gaseous fuel gas offgas mixture discharged from the coalescing and foam separation zone 8. Since the desorption of the detergent solution via the heating zone 4 and stripping zone 3 is kinetikümiert, it is expedient to limit the volume flow of flushing gas used to a point at which a maximum CO 2 discharge coincides with a minimum Flushgasvolumenstrom, since the enthalpy of enthalpy of Flushgas- phase transition in addition to the chemical desorption enthaiphie the detergent solution and to heat both substances / substance mixtures is applied. For this purpose, the signal of the CO 2 sensor 9 is used to regulate an optimum value in the ratio of CO 2 desorption to generated Flushgasvolumenstrom. This is done in an operative manner via the heat input into the evaporation zone 17 or by regulation of the circulation of the liquid flushing gas when it is evaporated directly in the detergent solution.
Das Volumenverhältnis von ausgetriebenem CO2 und/oder Schwefelverbindungen zum umlaufenden Flushgasstrom liegt bei 1 :1 bis 1 : 20. The volume ratio of expelled CO 2 and / or sulfur compounds to the circulating Flushgasstrom is 1: 1 to 1:20.
Die Kinetiklimitierung ergibt sich durch die erst bei etwa + 82 bis 85 °C einsetzende Rückreaktion des Carbamats zu DGA® unter CO2-Freisetzung bei eingeschränkter Reaktionsgeschwindigkeit. Daher ist die mögliche Freisetzung von C02 durch die Strippung mit dem Flushgas beschränkt. Für andere, z. B. nicht- carbamatbildende Aminwaschmittel gilt dies in vergleichbarer Weise. The Kinetiklimitierung results from the first reaction at about + 82 to 85 ° C reverse reaction of the carbamate to DGA® under CO 2 release at a reduced reaction rate. Therefore, the possible release of C0 2 is limited by the stripping with the flushing gas. For others, z. B. non-carbamate-forming amine detergent this applies in a comparable manner.
Zur Aufrechterhaltung eines intensiven Gegenstromkontakts der Waschmittellösung mit dem Flushgasstrom, der Gewährleistung einer gleichbleibenden
Prozeßtemperatur und zur Erzielung einer optimalen Desorption wird die Waschmittellösung von einer Förderpumpe 7 aus der Heizzone 4 über Verbindungs- leitung 6 auf den Kopf der Strippzone 3 umgewälzt. To maintain an intensive countercurrent contact of the detergent solution with the flushing gas stream, ensuring a consistent Process temperature and to achieve optimum desorption, the detergent solution is circulated from a feed pump 7 from the heating zone 4 via connecting line 6 to the top of the stripping zone 3.
Vom Auslaß der Koaleszenz- und Schaumabscheidezone 8 wird der mit C02 und H2S angereicherte Gasstrom über Verbindungsleitung 10 in einen Gasverflüssiger 11 geführt, in dem eine thermische Kondensation des Flushgases erfolgt; zumindest ein Teil des Flushgases geht dadurch in den flüssigen Aggregatzustand über. Die Kühlung erfolgt über ein Kühlmedium, das unterhalb des Siedepunktes des Flushmediums temperiert ist. Dies kann der Waschmittelstrom selbst sein oder auch ein separater Kühimittelstrom z.B. der eines Kaltwassersalzes. Eine dem Fachmann bekannte Alternative ist die Verflüssigung durch eine Druckanhebung bzw. eine Kombination von Abkühlung und Druckveränderung. From the outlet of the coalescing and Schaumabscheidezone 8 enriched with C0 2 and H 2 S gas stream is passed via connecting line 10 in a gas liquefier 11, in which a thermal condensation of the flushing gas takes place; at least a part of the flush gas is thereby transferred into the liquid state of matter. The cooling takes place via a cooling medium, which is tempered below the boiling point of the flushm medium. This may be the detergent stream itself or else a separate coolant stream, for example that of a cold water salt. An alternative known to a person skilled in the art is liquefaction by a pressure increase or a combination of cooling and pressure change.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt der Gasverflüssiger 11 allein eine Abscheidezone für verflüssigtes Gas dar, wenn die Strippzone 3 als Bereich für eine Entspannungsverdampfung dient. In another embodiment of the invention, the gas liquefier 11 alone constitutes a liquified gas separation zone when the stripping zone 3 serves as a flash evaporation zone.
Das Kondensat, das auch mitkondensierende Nicht-Flushgasanteile wie z.B. Wasser enthält, wird aus dem Gasverflüssiger 11 flüssig abgezogen und über die Verbindungsleitung 13 der Verdampfungszone 17 zugeführt. Hier erfolgt unter Zufuhr von Verdampfungswärme der Phasen Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Flushgas. Über den ersten Eintragungsweg wird anschließend das zurückgewonnene Flushgas über die Flushgasleitung 18 direkt in die Strippzone 3 in den Prozeß zurückgeführt. The condensate, which also contains non-flushing gas fractions, e.g. Contains water is withdrawn liquid from the gas liquefier 11 and fed via the connecting line 13 of the evaporation zone 17. Here, under the supply of heat of vaporization of the phases, the transition from liquid to gaseous flushing gas takes place. Then the recirculated flushing gas is returned via the flushing gas line 18 directly into the stripping zone 3 into the process via the first entry path.
Über den zweiten Eintragungsweg werden die nicht verdampften flüssigen Anteile des Flushmediums, einschließlich der mitkondensierten Wasseranteiie aus der Verdampfungszone 17 über die Verbindungsleitung 19 und den Injektor 20 in die Heizzone 4 abgeleitet. In der Waschmitteliösung verdampft dann der restliche Flushgasanteil. Damit ist der Hauptkreislauf des Flushgasstroms geschlossen. Via the second entry path, the unevaporated liquid portions of the flushmium, including the co-condensed Wasseranteiie be derived from the evaporation zone 17 via the connecting line 19 and the injector 20 in the heating zone 4. In the detergent solution then evaporates the remaining Flushgasanteil. Thus, the main circuit of the Flushgasstroms is closed.
Unabhängig davon kann das flüssig vorliegende Flushmedium mit den mitkondensierten Wasseranteilen ohne vorgeschaltete Verdampfungsphase unmittelbar über die Verbindungsleitung 19 und Injektor 20 in die Heizzone 4 eingeleitet werden. Hier wird das Flushgas in der oberhalb des Flushgassiedepunktes erwärmten Waschmittellösung verdampft.
Der im Gasverflüssiger 1 1 nicht kondensierte Teil des Gasstroms besteht aus C02, Schwefelverbindungen, Methanspuren, Aminspuren, Wasserdampf, entlösten Permanentgasen und den im Dampfdruck gasförmig verbliebenen Anteilen des Flushmediums. Da ein Verlust von Flushgas mit dem desorbierten CO2 und/oder Schwefel- verbindungs-Gasstrom aus wirtschaftlichen und emissionsseitigen Gründen möglichst zu vermeiden ist, schließt sich dem Gasverflüssiger 1 1 über eine Verbindungsleitung 12 eine zweite Verfahrensstufe in Form einer Flushgas- feinabtrennung 15 an. innerhalb der Flushgasfeinabtrennung 15 erfolgt die Abtrennung gasförmigerRegardless, the liquid present Flushmedium can be introduced with the co-condensed water without upstream evaporation phase directly via the connecting line 19 and injector 20 in the heating zone 4. Here, the flushing gas is evaporated in the detergent solution heated above the flushing gas boiling point. The uncondensed in the gas liquefier 1 1 part of the gas stream consists of C0 2 , sulfur compounds, traces of methane, traces of amine, water vapor, dissolved permanent gases and the gaseous vapor pressure in the remaining parts of the flushmium. Since a loss of flushing gas with the desorbed CO2 and / or sulfur compound gas stream should be avoided as far as possible for economic and emission-related reasons, the gas liquefier 11 is connected via a connecting line 12 to a second process stage in the form of a fine-gas recirculation 15. within the Flushgasfeinabtrennung 15, the separation is gaseous
Bestandteile des Flushgases aus dem Offgasstrom, mittels eines selektiven Elements 14, hier einer keramischen Trennmembran mit Leckfreiheit, die eine direkte Rückgewinnung des Flushgases ermöglicht, so daß das CO2 und H2S enthaltende Offgas nur noch sehr geringe Anteile des Flushgases enthält und so zur weiteren Verwertung bei 23 abgeleitet werden kann. Als Membraneinheit wird eingesetzt ein MFI-Membranbündel, bestehend aus einzelnen MFI-beschichteten Korundmonokanälen mit asymmetrischem Aufbau. Diese sind gekennzeichnet durch eine auf der Innenseite der Monokanäle hydrothermal erhaltenen (I) MFI-Trennschicht, 30 pm stark, Porendurchmesser 0,5 - 0,7 nm, nach der Synthesezusammensetzung von 100 Mol SiO2 : 0, 169 Mol AI2O3 : 3,3 Mol TPABr : 3,3 Mol TPAOH : 3,3 Mol Na2O : 2000 Mol H2O erhalten und unter Ozonatmosphäre erfolgtem Templatausbrand (II), einer darunterliegenden mesoporösen MF-Schicht aus MFI, 30 pm stark (III), darunter eine Korund-MF-Schicht mit 200 nm Poren und 40 pm stark auf dem darunter befindlichen (IV) Korundstützkörper. Components of the flushing gas from the offgas stream, by means of a selective element 14, here a ceramic separation membrane with leak-free, which allows a direct recovery of the flushing gas, so that the CO 2 and H 2 S-containing offgas contains only very small proportions of the flushing gas and so further utilization at 23 can be derived. The membrane unit used is an MFI membrane bundle consisting of individual MFI-coated corundum monoco channels with an asymmetrical structure. These are characterized by an (I) MFI separation layer hydrothermally obtained on the inside of the monochannels, 30 pm thick, pore diameter 0.5-0.7 nm, according to the synthesis composition of 100 mol SiO 2 : 0, 169 mol Al 2 O 3 : 3.3 moles of TPABr: 3.3 moles of TPAOH: 3.3 moles of Na 2 O: 2000 moles of H 2 O, and templated outgassing (II) under an ozone atmosphere, an MF MFI mesoporous layer below, 30 μm thick (III ), including a corundum MF layer with 200 nm pores and 40 pm thick on the underlying (IV) corundum support.
Bei Erfordernis können die an der Membran wirkenden Triebkräfte durch If required, the forces acting on the membrane driving forces through
Verdichter oder Vakuumpumpen verstärkt werden (hier nicht mit dargestellt). Compressor or vacuum pumps are reinforced (not shown here).
Der aus dem Offgas-Flushgasgemisch abgetrennte und zurückgehaltene gasförmige Anteil des Flushgases wird über die Verbindungsleitung 16 in die Verdampfungszone 17 und wie im Abschnitt oben ausgeführt, in den Prozeßkreislauf zurückgeführt.
Bezugszeichenliste The separated and retained from the offgas-Flushgasgemisch gaseous fraction of the flushing gas is recycled via the connecting line 16 in the evaporation zone 17 and as in the section above, returned to the process cycle. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Leitung Rich-Waschmittel 1 line of rich detergent
2 Leitung Lea n-Wasch mittel 2 line Lea n-washing medium
3 Strippzone 3 stripping zone
4 Heizzone 4 heating zone
5 Wärmeträger Zulauf (Heizzone) 5 heat transfer inlet (heating zone)
6 Verbindungsleitung 6 connection line
7 Förderpumpe 7 feed pump
8 Koaleszenz- und Schaumabscheidezone 8 coalescing and foam separation zone
9 Sensor 9 sensor
10 Verbindungsleitung 10 connection line
11 Gasverflüssiger 11 gas liquefier
12 Verbindungsleitung 12 connection line
13 Verbindungsleitung für Kondensat 13 Connecting pipe for condensate
14 selektives Element Flushgasfeinabtrennung 14 selective element Flushgasfeinabtrennung
15 Flushgasfeinabtrennung 15 Flush gas fine separation
16 Verbindungsleitung 16 connection line
17 Verdampfungszone 17 evaporation zone
18 Flushgasleitung (Gasphase) 18 flush gas line (gas phase)
19 Verbindungsleitung (wäßrige Phase) 19 connecting line (aqueous phase)
20 Injektor 20 injector
21 Kühlmediumzufuhr 21 Cooling medium supply
22 Verdampfungswärmezufuhr 22 heat of vaporization
23 Offgasableitung
23 Offgas discharge
Claims
1. Verfahren zur Desorption beladener aminhaliiger Waschmittellösungen aus Gaswaschprozessen von Gasen, worin C02 und/oder H2S chemisch gebunden vorliegen mittels eines Flushgases, dadurch gekennzeichnet, daß Anspruch [en] A process for desorbing charged amine detergent solutions from gas scrubbing processes of gases in which CO 2 and / or H 2 S are chemically bound by means of a flush gas, characterized in that
a) die beladene wäßrige, aminhaltige Waschmitteilösung unter Nutzung einer Wärmequelle, auf eine Temperatur unterhalb des druckabhängigen Siedepunktes der Waschmittellösung im Bereich von 20°C bis 96DC erwärmt und während des Prozesses der Desorption gehalten wird; a) the loaded aqueous aminhaltige Waschmitteilösung using a heat source, heated to a temperature below the pressure-dependent boiling point of the detergent solution in the range of 20 ° C to 96 D C and held during the process of desorption;
b) ein für die beteiligten Stoffe chemisch inerter Stoff als Ffushgas in die erwärmte Waschmittellösung in einer Strippzone für eine mittlere Verweiizeit von 3 Minuten bis 180 Minuten im Gegenstrom mit dem Flushgas in Kontakt gebracht und die aminhaltige Waschmittellösung gestrippt und gelöstes C02 oder gelöste Schwefelverbindungen oder beide ausgetrieben werden; b) a chemically inert substance for the substances involved as Ffushgas in the heated detergent solution in a stripping zone for a median refueling time of 3 minutes to 180 minutes in countercurrent contacted with the flushing gas and the amine-containing detergent solution stripped and dissolved C0 2 or dissolved sulfur compounds or both are expelled;
c) mitgerissene flüssige Waschmitteilösungsteile in Form von Partikeln und c) entrained liquid Waschmitteilösungsteile in the form of particles and
Schäumen in einer anschließenden Koaleszenz- und Schaumabtrennzone von dem bei b) erhaltenen Gasstrom abgetrennt und in die Strippzone oder in die Heizzone zurückgeführt werden; Foams in a subsequent coalescence and foam separation zone are separated from the gas stream obtained at b) and returned to the stripping zone or heating zone;
d) das Flushgas aus dem Gemisch mit dem desorbierten C02 oder Schwefelverbindungsanteil oder beiden, das bei c) erhalten wird, über eine mindestens zweistufige Abtrennung geführt und zurückgewonnen wird, indem in einer ersten primären Stufe die Abtrennung durch Abkühlung oder Druckerhöhung oder beide Maßnahmen als Kondensation des Flushgases und überschüssiger Wasser- und übriger Flüssigkeitsanteiie erfolgt, und daß danach dieses Flüssigkeitsgemisch separiert wird; d) the flue gas from the mixture with the desorbed C0 2 or sulfur compound fraction or both obtained in c) is passed through an at least two-stage separation and recovered by separation in a first primary stage by cooling or pressure increase or both measures Condensation of the flushing gas and excess water and other Flüssigkeitsanteiie takes place, and that after this liquid mixture is separated;
e) der innerhalb des C02 oder H2S oder beide enthaltenden Offgasgemisches verbliebene, in Stufe d) nicht kondensierte Flushgasanteil in einer zweiten sekundären Stufe einer Flushgasfeinabtrenneinheit mit selektiven Elementen zugeführt wird, wobei die selektiven Elemente e) the remaining within the C0 2 or H 2 S or both offgas mixture remaining, in step d) uncondensed Flushgasanteil in a second secondary stage of a Flushgasfeinabtrenneinheit with selective elements is supplied, wherein the selective elements
eine einzelne Membran oder eine Membrankaskade darstellen oder represent a single membrane or a membrane cascade or
eine Einheit zur physikalischen Adsorption an Festkörperoberfächen oder eine Wascheinheit oder a unit for physical adsorption on solid surfaces or a washing unit or
eine Kombination von Membran, Adsorptionseinheit und Wascheinheit und mit diesen Elementen der nichtkondensierte Flushgasanteil abgetrennt wird, und das C02 oder H2S oder beide enthaltende Offgas separat abgeleitet wird; f) das zurückgewonnene kondensierte Flushgas in einer beheiztena combination of membrane, adsorption unit and washing unit and with these elements the non-condensed Flushgasanteil is separated, and the C0 2 or H 2 S or both containing offgas is derived separately; f) the recovered condensed flush gas in a heated
Verdampfungszone verdampft und gasförmig in die Strippzone transportiert und hier mit der im Kreislauf geführten, beiadenen Aminwaschmittellösung in Kontakt gebracht wird; Evaporated evaporation zone and transported in gaseous form in the stripping zone and brought here in contact with the circulated, laden amine detergent solution in contact;
g) der im flüssigen Aggregatzustand verbliebene Flushgasanteil einschließlich der übrigen nicht verdampften Flüssigkeitsanteile direkt in die mit der zu desorbierenden Waschmittellösung beschickten Heizzone übergeleitet und in der Waschmittellösung verdampft wird. g) the liquid gas remaining in the liquid state, including the remaining unevaporated liquid components, is transferred directly into the heating zone charged with the detergent solution to be desorbed and evaporated in the detergent solution.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , worin die Wärmequelle eine technische Niedertemperaturquelle ist, ausgewählt unter BHKW-Kühlwasser, BHKW-Abgas, Solarwärme, Erdwärme, industrieller Abwärme, technischer Prozeßwärme und Gemischen davon. 2. The method of claim 1, wherein the heat source is a technical low temperature source selected from CHP cooling water, CHP exhaust gas, solar heat, geothermal, industrial waste heat, process heat technical and mixtures thereof.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Waschmittellösung innerhalb der Strippzone über Blasenkolonnen, Füllkörperkolonnen, Packungskolonnen, Membranenkontaktoren, statische Mischer oder Gegenstrom-Sprühkolonnen geführt und intensiv mit dem Flushgas verwirbelt wird. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the detergent solution is guided within the stripping zone on bubble columns, packed columns, packing columns, membrane contactors, static mixers or countercurrent spray columns and vortexed intensively with the flushing gas.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Volumenstrom des Flushgases durch die CO2-Konzentration im Flushgas-Offgasgemisch geregelt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the volume flow of the flushing gas is controlled by the CO 2 concentration in the flush gas offgas mixture.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Temperatur der Waschmitteliösung im Bereich von 60 bis 92 °C liegt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature of the Waschmitteliösung is in the range of 60 to 92 ° C.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die Temperatur im Bereich von 90 bis6. The method of claim 5, wherein the temperature is in the range of 90 to
120°C liegt, wenn die Waschmittellösung unter Druck steht. 120 ° C, when the detergent solution is under pressure.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin als Flushgas genutzt werden chemisch inerte organische Stoffe, die geeignet sind zur Abtrennung durch keramische Membranen auf Zeoüthbasis mittels Adsorptionsdiffusion oder Porenkondensation oder durch Polymermembranen; oder 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein are used as a flushing gas chemically inert organic substances suitable for separation by zeolite-based ceramic membranes by adsorption diffusion or pore condensation or by polymer membranes; or
chemisch inerte organische Stoffe mit einem Siedepunkt von 0 °C bis unterhalb des Siedpunktes der Waschlösung oder chemically inert organic substances with a boiling point of 0 ° C below the boiling point of the washing solution or
organische gesättigte C2- bis C7-Kohlenwasserstoffe oder Gemische davon. organic saturated C 2 to C 7 hydrocarbons or mixtures thereof.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das insgesamt zurückgewonnene Flushgas im flüssigen Aggregatzustand direkt in die Heizzone oder in die Strippzone oder in beide eingeleitet oder in der erwärmten Waschmittellösung verdampft wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the total recovered flushing gas in the liquid state is introduced directly into the heating zone or in the stripping zone or both or evaporated in the heated detergent solution.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin als Flushgas eine Substanz aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus n-Hexan oder n-Heptan, Cyclopentan, Cyclohexan, 2,2-Dimethylbutan, 2-Methylpentan, 2-Methylpentan und Gemischen davon. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein as a flushing gas, a substance selected from the group consisting of n-hexane or n-heptane, cyclopentane, cyclohexane, 2,2-dimethylbutane, 2-methylpentane, 2-methylpentane and Mixtures thereof.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Abtrennung des Flushgases in der ersten primären Stufe in einem Gasverflüssiger erfolgt. 10. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the separation of the flushing gas in the first primary stage takes place in a gas liquefier.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der im Offgas verbliebene gasförmige Anteil des Flushgases zusammen mit den aus der wäßrigen Aminwaschmittellösung mit ausgestrippten gasförmigen Kohlenwasserstoffen in einer Nachbehandlungseinheit oxidiert wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the remaining in the off-gas gaseous portion of the flushing gas is oxidized together with those from the aqueous amine detergent solution with stripped gaseous hydrocarbons in an aftertreatment unit.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , worin die Membran eine anorganische Membran mit einer mikroporösen Schicht mit zeolithischer Struktur ist, ausgewählt unter ZSM-5, MFI, FAU, Silikalith, CIT-1 , DAF-1 , Stilbit, Beta, Boggsite, E C-2 und STA-1. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the membrane is an inorganic membrane having a microporous layer with zeolithic structure selected from ZSM-5, MFI, FAU, silicalite, CIT-1, DAF-1, stilbite, beta, Boggsite, E C-2 and STA-1.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeichnet durch 13. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 to 12, characterized by
a) eine Desorptionskolonne mit einer Heizzone (4), einer Strippzone (3) und einer Koaleszenz- und Schaumabtrennzone (8) in Kaskadenanordnung; a) a desorption column with a heating zone (4), a stripping zone (3) and a coalescing and Schaumabtrennzone (8) in cascade arrangement;
b) einen Sensor (9) zur Messung der C02-Konzentration des aus einer Koaleszenz-und Schaumabtrennzone (8) abgeführten Gasgemisches; b) a sensor (9) for measuring the C0 2 concentration of a Coalescence and Schaumabtrennzone (8) discharged gas mixture;
c) eine primäre Abscheidezone mit einem Gasverflüssiger (11 ); c) a primary separation zone with a gas liquefier (11);
d) eine sekundäre Abscheidezone mit einer Flushgasabtrenneinheit (15) zur Abscheidung der im Gasverflüssiger (11) nicht kondensierten Teile des Flush- gases aus dem Gasstrom, der aus C02, Schwefelverbindungen, gasförmigem Aminwaschmittel, Methan, Wasserdampf und gasförmig verbliebenen Anteilen des Flushmediums besteht; d) a secondary separation zone with a Flushgasabtrenneinheit (15) for separating the non-condensed in the gas liquefier (11) parts of the flushing gas from the gas stream, which consists of C0 2 , sulfur compounds, gaseous amine detergent, methane, water vapor and gaseous fractions of the flushmium ;
e) ein Verdichter zur Druckerhöhung zwischen der primären und sekundären Abscheidezone gemäß c) und d); sowie Einrichtungen zur Rückführung des Flushgases in den Kreislauf. e) a compressor for increasing the pressure between the primary and secondary deposition zone according to c) and d); and means for recirculating the flushing gas into the circuit.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Einrichtungen zur Rückführung des Flushgases umfassen 14. The apparatus of claim 13, wherein the means for recycling the flushing gas comprise
f) eine Förderpumpe für das Flushgas aus den Abscheidezonen gemäß c) und d), f) a pump for the flushing gas from the separation zones according to c) and d),
g) einen Verdampfer (17) für das kondensierte und im flüssigen g) an evaporator (17) for the condensed and in the liquid
Aggregatzustand anfallende Flushgas, State of matter accumulating flushing gas,
h) eine Kreisiaufleitung (6) mit Förderpumpe (7) zwischen Heizzone (4) und Strippzone (3) für den Umlauf der Waschmittellösung, h) a Kreisiaufleitung (6) with feed pump (7) between the heating zone (4) and stripping zone (3) for the circulation of the detergent solution,
i) eine Zuführung (5) für die Wärmeenergie in die Heizzone (4), i) a feed (5) for the thermal energy into the heating zone (4),
j) eine Flushgasleitung ( 8) von der Verdampferzone (17) zur Strippzone j) a flush gas line (8) from the evaporator zone (17) to the stripping zone
(3), (3)
k) eine Verbindungsleitung (19) von der Verdampferzone (17) zur Heizzone (4) sowie k) a connecting line (19) from the evaporator zone (17) to the heating zone (4) and
I) einen Injektor (20) zum Anschluß der Verbindungsleitung (19) an die Heizzone (4). I) an injector (20) for connecting the connecting line (19) to the heating zone (4).
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, worin in der Koaleszenz- und Schaumabtrennzone (8) Abscheideelemente, wie Lochbleche, Siebe, Koaieszenz- abscheider, Filterelemente, Schaumdome oder Sprühelementen zur Einsprühen von Waschmittellösung oder Wasser oder energieeintragende Einrichtungen, wie Ultraschallaktoren, Verdampfungsstrecken, Infrarot- Strahlungswärmequellen oder elektromagnetische Mittel zur Erwärmung im RF- bzw. Mikrowellenbereich angeordnet sind. 15. Device according to claim 13 or 14, wherein in the coalescence and foam separation zone (8) separation elements, such as perforated plates, sieves, Koaieszenz- separator, filter elements, foam domes or spray elements for spraying detergent solution or water or energy-carrying devices, such as ultrasonic actuators, evaporation sections, Infrared radiant heat sources or Electromagnetic means are arranged for heating in the RF or microwave range.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin ein selektives Element (14) in der Flushgasfeinabtrenneinheit (15) als anorganische Membranen ausgebildet ist mit dichten mikroporösen Schichten oder eine dichte Polymermembran darstellt, wobei die anorganischen Membranen nach dem Prinzip der Adsorptionsdiffusion oder Porenkondensation arbeiten. 16. Device according to one of claims 13 to 15, wherein a selective element (14) in the Flushgasfeinabtrenneinheit (15) is formed as inorganic membranes with dense microporous layers or a dense polymer membrane, wherein the inorganic membranes according to the principle of adsorption or pore condensation work.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, worin die Strippzone (3) zugleich einen Bereich für eine Entspannungsverdampfung darstellt. 17. Device according to one of claims 13 to 16, wherein the stripping zone (3) at the same time constitutes a region for a flash evaporation.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, worin der18. Device according to one of claims 13 to 17, wherein the
Gasverflüssiger (1 ) allein eine Abscheidezone für verflüssigtes Gas darstellt, wenn die Strippzone (3) als Bereich für eine Entspannungsverdampfung dient. Gas liquefier (1) alone represents a deposition zone for liquefied gas, when the stripping zone (3) serves as a region for a flash evaporation.
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