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WO2017162350A1 - Verfahren zur aufbereitung eines gasstroms - Google Patents

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WO2017162350A1
WO2017162350A1 PCT/EP2017/051497 EP2017051497W WO2017162350A1 WO 2017162350 A1 WO2017162350 A1 WO 2017162350A1 EP 2017051497 W EP2017051497 W EP 2017051497W WO 2017162350 A1 WO2017162350 A1 WO 2017162350A1
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WO
WIPO (PCT)
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washing medium
hydrogen sulfide
gas stream
absorber
carbon dioxide
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Application number
PCT/EP2017/051497
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English (en)
French (fr)
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Kevin BRECHTEL
Katrin RAAKE
Henning Schramm
Ralph Joh
Hans Wolfgang Nickelfeld
Mike Rost
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a process for the treatment of a gas stream, in particular a natural gas stream. Furthermore, the invention relates to a device for the treatment of a gas stream, in particular a natural gas stream.
  • Natural gas is a fossil fuel with a relatively low emission of carbon dioxide (C0 2 ) and a comparatively low emission of other waste products during combustion. Its contribution as one of the most important energy resources of the world continues to increase. Against the background of raw material depletion, increasing energy demand and environmental protection reasons, the processing and use of natural gas is a promising option for the efficient and low-emission generation of energy.
  • washing media in addition to the separation of the hydrogen sulfide from the respective gases in particular a regeneration of the washing medium used for the preparation necessary in order to use this as efficiently as possible in the context of the separation of hydrogen sulphide.
  • liquid redox processes As an alternative to the method described above, it is possible to resort to liquid-reducing sulfur recovery processes, so-called liquid redox processes.
  • a redox agent is used to convert absorbed hydrogen sulfide into sulfur in a washing medium and thus to remove the hydrogen sulfide from the washing medium.
  • the redox agent is reduced by the hydrogen sulphide, then oxidized by contact with an oxygen-containing gas. diert and regenerated accordingly.
  • the supply of the gas takes place for example by the gassing with compressed oxygen-containing air. From an economic point of view, however, this method is only suitable to a limited extent. If, for example, large natural gas volume flows are to be worked up, then large apparatuses are required whose acquisition and operation is associated with high costs and costs.
  • the invention is based, as a first object, on a method which allows an efficient and cost-effective treatment of a natural gas flow.
  • the first object of the invention is achieved by a process for the treatment of a gas stream, in particular a natural gas stream, wherein the gas stream is fed to a separation unit in which contained in the gas stream Hydrogen sulfide and carbon dioxide contained in the gas stream are separated from the gas stream by means of a first washing medium circulating in the separation unit, wherein a partial gaseous stream containing the separated hydrogen sulfide and the separated carbon dioxide is fed to a treatment unit, wherein the carbon dioxide in the treatment unit is from the gaseous Sub-stream is withdrawn, and wherein the hydrogen sulfide is precipitated in the processing unit as elemental sulfur.
  • the invention is based on the consideration of utilizing a liquid redox process for purifying a gas stream and in particular a natural gas stream.
  • the invention proceeds from the consideration that the separation of hydrogen sulphide from a small gas stream is preferred from an economic point of view compared to a structural enlargement of the apparatus used.
  • a fundamental reduction of the volume flow of the natural gas to be purified should not be accepted here.
  • the invention recognizes in a third step that a reduction of a gas stream to be worked up can be implemented with a constant volume of the natural gas if only one hydrogen sulfide, carbon dioxide and further secondary component-containing gaseous partial stream is worked up in the course of the liquid redox process.
  • This is implemented according to the present invention by a method in which the liquid redox process is preceded by a wash.
  • the hydrogen sulfide contained in natural gas, carbon dioxide and other secondary components are washed out of the natural gas and fed only a gaseous partial stream containing these components a subsequent liquid redox process.
  • the processing unit will be used as part of the process to carry out the liquid redox
  • the gaseous substream is treated in such a way that carbon dioxide and possibly methane are separated in gaseous form and the hydrogen sulphide contained in the substream is precipitated as elemental sulfur.
  • the invention thus combines two processes known per se such that the volume of the gaseous substream to be purified in the treatment unit is significantly reduced compared to the natural gas flow supplied to the separation unit.
  • the upstream of the preparation laundry in the separation unit further significantly lower Umpumpmengen of washing medium for the separation of the same gas quantities are required as in a single liquid redox process.
  • significantly higher partial flows can be enforced in the packing columns preferably used for the same diameter, as is possible in the currently used bubble columns in the context of the liquid redox processes.
  • the apparatuses can be kept correspondingly small, thus saving investment costs compared with a single-stage liquid redox plant.
  • a first washing medium a first washing medium a
  • Amino acid salt solution used. A watery
  • Amino acid salt solution is useful here.
  • the use of mixtures of different amino acid salts as a washing medium is also possible.
  • Hydrogen sulfide contained in the gas stream and carbon dioxide contained in the gas stream are expediently absorbed within an absorber of the separation unit in the first washing medium.
  • the gas stream is supplied to the absorber and passed inside the absorber with the first washing medium in countercurrent.
  • the absorption preferably takes place physically under pressure, which is dependent on the deposit from which the gas stream was taken.
  • the hydrogen sulfide dissolves in the washing medium and is from the
  • the first washing medium used is preferably not only selective for hydrogen sulfide but also for carbon dioxide. Accordingly, this is separated by the first washing medium from the gas stream. The same applies to methane and other gaseous secondary components still present in the gas stream. By separating the degradation of the washing medium is reduced, which brings a cost savings.
  • the first washing medium When leaving the absorber, the first washing medium is thus loaded with hydrogen sulfide, carbon dioxide and optionally other secondary components.
  • the loaded in the absorber with hydrogen sulfide and carbon dioxide first wash medium is a
  • Desorber the separation unit supplied, in which the hydrogen sulfide and the carbon dioxide containing gaseous partial stream is separated from the washing medium.
  • the separation of the gaseous partial stream is preferably carried out by releasing hydrogen sulfide and carbon dioxide by physical desorption, ie by lowering the pressure level of the first washing medium. Due to the desorbing desorb the hydrogen sulfide, carbon dioxide and optionally methane from the first washing medium.
  • a preferred alternative to such physical desorption is the thermal desorption of hydrogen sulphide and carbon dioxide from the first wash medium by the introduction of heat.
  • the first washing medium freed from hydrogen sulphide and carbon dioxide is introduced into the absorber of the separating unit led.
  • the regenerated first wash medium is used here for the renewed separation of hydrogen sulfide and carbon dioxide.
  • the first washing medium thus circulates between the absorber and the desorber of the separation unit; it is being run in a first cycle.
  • the separated in the desorber gaseous partial stream is fed to an absorber of the treatment unit.
  • This released by the relaxation in the desorber partial flow is considerably reduced compared to the separation unit initially supplied natural gas stream. Due to the reduction in volume, the following liquid redox absorption can take place particularly advantageously under normal pressure.
  • the hydrogen sulfide contained in the gaseous partial stream is absorbed within the absorber of the treatment unit in a second washing medium.
  • the hydrogen sulfide is removed from the gaseous substream by absorption in the second washing medium.
  • the second washing medium is expediently also an amino acid salt solution and in particular an aqueous amino acid salt solution.
  • the hydrogen sulphide Upon contact of the hydrogen sulphide with the second washing medium, the hydrogen sulphide is selectively bound in it.
  • the absorption takes place particularly advantageously under normal pressure.
  • the second washing medium and the gaseous partial flow are passed in countercurrent through the absorber. Due to the lower pressure, a lower pressure difference must also be applied by the conveyor system, which can save operating costs.
  • carbon dioxide contained in the partial flow is not absorbed in the second washing medium, but withdrawn as gas from the absorber.
  • the carbon dioxide, and optionally also methane (CH 4 ) fed to a further use and used here, for example, for energy.
  • the second washing medium loaded with hydrogen sulfide is fed to a regeneration stage of the processing unit, in which the hydrogen sulfide absorbed in the second washing medium reacts with a catalytically active component to form elemental sulfur.
  • the catalytically active component is reduced even in the reaction of the absorbed hydrogen sulfide to elemental sulfur (oxidation).
  • the sulfur precipitates as a solid, and the reduced catalytically active component remains in the second wash medium.
  • a complexing agent is added to the second washing medium. It is thus a catalyzed hydrogen sulfide reaction.
  • the catalytically active component can be contained within the regeneration stage, for example in the form of solid particles. It is also possible to use a regeneration stage with catalytically active internals.
  • the catalytically active component is contained in the second washing medium.
  • a second washing medium with a catalytically active component is expediently used.
  • Such a washing medium allows a homogeneous reaction of the two dissolved reactants, ie the hydrogen sulfide and the catalytically active component itself.
  • a metal salt is used as the catalytically active component.
  • all metal salts whose metal ions can be present in several oxidation states are suitable here.
  • the salts of the metals iron, manganese or copper are used.
  • the oxidation of the hydrogen sulfide to elemental sulfur thus takes place with simultaneous reduction of the metal ion.
  • the catalytically active component is preferably reformed by reaction with an oxygen-containing gas.
  • the oxygen-containing gas is understood to be any gas whose oxygen content is high enough to rebuild the catalytic active components.
  • an oxygen-containing gas for example, ambient air, oxygen-enriched air or pure oxygen can be used.
  • the oxygen-containing gas is expediently fed to the regeneration stage.
  • the regeneration stage used is preferably a fixed bed reactor.
  • the second washing medium preferably circulates between the absorber and the regeneration stage of the treatment unit.
  • the second washing medium loaded with hydrogen sulphide expediently flows from the absorber into the regeneration stage.
  • the elemental sulfur precipitated in the treatment unit is preferably separated from the second washing medium.
  • the freed of hydrogen sulfide and carbon dioxide second washing medium is returned from the regeneration stage in the absorber of the treatment unit. In the absorber of the regeneration stage, the regenerated second
  • washing medium used for re-absorption of hydrogen sulfide The second washing medium is thus guided in a second circuit.
  • the above-described reactions in the treatment stage preferably proceed under alkaline conditions, wherein the redox potential is directly related to the oxidation potential of the oxygen dissolved in the second washing medium.
  • the lower the redox potential the more oxygen is needed in the process. Since the redox potential depends on the pH value, it is possible to calculate the amount of oxygen required directly if the pH value is known.
  • the separation of the precipitated sulfur can be carried out at various points depending on the structural condition of the device components used for carrying out the method. It is particularly expedient if the separation of the elemental sulfur in the context of the removal of a partial stream of the second detergent from the second detergent circuit. Sulfur contained in the partial stream is separated from the partial stream and the purified partial stream of the second washing medium is fed to the regeneration stage.
  • the separation is preferably carried out by means of common separation units, such as by means of a cyclone.
  • the second object of the invention is achieved by a device for the treatment of a gas stream, in particular a natural gas stream, comprising a separation unit for separating a hydrogen sulfide and carbon dioxide-containing gaseous partial stream from the gas stream by means of a first washing medium, as well as a separation unit downstream of the separation unit for separating gaseous carbon dioxide from the gaseous Partial flow, as well as for the precipitation of hydrogen sulfide as elemental sulfur.
  • the separation unit serves for the chemical and / or physical washing of the gas stream, whereas the downstream unit for liquid-reducing sulfur recovery is used within the scope of a liquid redox process.
  • the first washing medium is preferably a
  • Amino acid salt solution used It is expedient to use an aqueous amino acid salt solution.
  • the separation unit preferably comprises an absorber for absorbing hydrogen sulfide contained in the gas stream and carbon dioxide contained in the gas stream in the first
  • washing medium The gas stream is fed to the absorber and contained in the gas stream hydrogen sulfide and carbon dioxide contained is absorbed in the first washing medium. To regenerate the first washing medium, the previously absorbed components are released again as a gaseous partial flow.
  • the loaded washing medium is fed to a desorber of the separation unit.
  • the absorber of the separation unit is correspondingly preferably flow-coupled to a desorber of the separation unit.
  • a discharge line of the absorber is preferably coupled to a supply line of the desorber, so that the loaded first washing medium can be fed to the desorber starting from the absorber. The desorber is thus downstream of the absorber in the flow direction of the loaded washing medium.
  • the regenerated washing medium is returned from the desorber in the absorber. There, the regenerated first washing medium is used again for the absorption of hydrogen sulfide, carbon dioxide and other minor components contained in natural gas.
  • a discharge line of the desorber is preferably coupled to a supply line of the absorber. The absorber is thus downstream of the desorber in the flow direction of the cleaned first washing medium.
  • the absorber of the separation unit downstream of an absorber of the treatment unit for the absorption of suspended solids in a second washing medium downstream.
  • an amino acid salt solution is also preferably used.
  • the use of an aqueous amino acid salt solution is expedient.
  • the hydrogen sulfide and carbon dioxide-containing gaseous partial stream is passed from the desorber in the absorber of the treatment unit.
  • a discharge line of the desorber of the separation unit is preferably coupled to a supply line of the absorber of the treatment unit.
  • the hydrogen sulfide is absorbed in the second washing medium.
  • the carbon dioxide, and optionally still contained methane, are withdrawn in gaseous form from the absorber.
  • the absorber expediently connected to a discharge line.
  • the absorber of the treatment unit is fluidically coupled to a regeneration stage of the treatment unit.
  • the regeneration stage is fluidically coupled via a supply line to a discharge line of the absorber.
  • the regeneration stage is thus downstream of the absorber in the flow direction of the loaded with hydrogen sulfide second washing medium expediently flow.
  • the regenerated second washing medium is returned to the absorber of the treatment unit.
  • the absorber of the regeneration stage is expediently downstream in flow direction of the regenerated second washing medium.
  • the washing medium purified of hydrogen sulfide can be returned to the absorber.
  • a discharge line of the regeneration stage is expediently coupled to a supply line of the absorber.
  • a catalytically active component is used in the treatment unit.
  • the catalytic active component serves to precipitate the hydrogen sulfide contained in the washing medium.
  • a metal salt is used as the catalytically active component.
  • FIG 1 shows a device for the treatment of a gas stream.
  • a gas stream 3 for example, a gas stream 3
  • the device 1 comprises a separation unit 5, as well as a treatment unit 7 downstream of the separation unit 5.
  • the gas flow 3 is fed via a supply line 9 to an absorber 11 of the separation unit 5.
  • the absorber 11 is an aqueous amino acid salt solution as a first washing medium 13.
  • the gas stream 3 is at a pressure of 25 bar brought into contact with the first washing medium 13 in contact.
  • hydrogen sulfide dissolves in the first washing medium 13 and is thus removed from the gas stream 3.
  • carbon dioxide contained in the gas stream 3 is absorbed in the first washing medium 13.
  • the purified of hydrogen sulfide and carbon dioxide, still under pressure gas stream 3 is withdrawn via a discharge line 15 from the absorber 11 and can be fed directly to another use.
  • the first washing medium 13 charged with hydrogen sulphide and carbon dioxide is fed to a desorber 17, downstream of the absorber 11, of the separation unit 5.
  • a discharge line 19 of the absorber 11 is coupled to a supply line 21 of the desorber 17.
  • the hydrogen sulfide and the carbon dioxide are desorbed from the first washing medium 13.
  • the result is a substantially only hydrogen sulfide and carbon dioxide-containing gaseous partial flow 22.
  • the desorption takes place here by lowering the pressure level of the first washing medium 13 (physical desorption).
  • the regenerated first washing medium 13 is returned to the absorber 11.
  • a discharge line 23 of the desorber 17 is fluidically coupled to a supply line 25 of the absorber.
  • the first washing medium 13 is used for the renewed absorption of hydrogen sulfide and carbon dioxide from the gas stream 3.
  • the first washing medium 13 thus circulates in a first circuit 26 within the separating unit 5 between the absorber 11 and the desorber 17.
  • the liberated from the first washing medium 13 gaseous partial stream 22, so the released hydrogen sulfide and the released carbon dioxide is fed to an absorber 29 of the treatment unit 7.
  • a discharge line 31 of the desorber 17 is fluidically coupled to a supply line 33 of the absorber 29.
  • the carbon dioxide contained in the gaseous partial flow 22 and also remaining quantities of methane are taken or drawn off from the gaseous partial stream 22 via a discharge line 35 and fed to a further use.
  • the hydrogen sulfide is absorbed within the absorber 29 of the treatment unit 7 in a second washing medium 37 under normal pressure.
  • the second washing medium 37 is also an aqueous
  • the loaded with hydrogen sulfide second washing medium 37 is a the absorber 29 fluidly downstream regeneration stage 39, in this case a fixed bed reactor supplied.
  • a discharge line 41 of the absorber 29 is fluidically coupled to a supply line 43 of the regeneration stage 39.
  • a metal salt is contained as a catalytically active component, with which the hydrogen sulfide absorbed in the second washing medium 37 reacts to elemental sulfur. This is done by oxidation of the hydrogen sulfide to elemental sulfur with simultaneous reduction of the metal ion of the metal salt used as the catalytically active component.
  • the sulfur precipitates as a solid and the metal ions remain dissolved in the second washing medium 37.
  • the precipitated sulfur is separated from the second washing medium 37.
  • the regenerated washing medium 37 is then returned via a fluidic coupling of a discharge line 45 of the regeneration stage 39 with a feed line 47 of the absorber 29 in the absorber 29 and there for reabsorbing of which hydrogen sulphide was used.
  • the second washing medium 37 thus circulates in a second circuit 49 within the treatment unit 7 between the absorber 29 and the regeneration stage 39.
  • the separation of the precipitated sulfur from the second washing medium 37 can take place at various points.
  • the discharge line 41 of the absorber 29 is a
  • Extraction line 51 connected. About this sampling line 51, a liquid substream 53 of the second washing medium 37 is removed and separated contained in this sulfur. For separation, a separating step 55 designed as a hydrocyclone is used in the present case. The resulting during the separation second wash medium 37 is returned via a return line 57 back into the regeneration stage 39.
  • the regeneration stage 39 is flowed through by an oxygen-containing gas.
  • a feed line 59 is connected to the regeneration stage 39.
  • the oxygen contained in the gas passes from the gas phase into the second washing medium 37.
  • the oxidation of the previously reduced in sulfur formation metal ion occurs.
  • the catalytically active component is thus recovered and is used again for the separation of hydrogen sulfide by oxidation.
  • the oxygen-containing gas flows out of the regeneration stage 39 via an outlet line 61.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms (3), insbesondere eines Erdgasstroms, wobei der Gasstrom (3) einer Abtrenneinheit (5) zugeführt wird, in welcher im Gasstrom (3) enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenes Kohlendioxid mittels eines in der Abtrenneinheit (5) zirkulierenden ersten Waschmediums (13) aus dem Gasstrom (3) abgetrennt werden, wobei ein den abgetrennten Schwefelwasserstoff und das abgetrennte Kohlendioxid enthaltender gasförmiger Teilstrom (22) einer Aufbereitungseinheit (7) zugeführt wird, wobei das Kohlendioxid in der Aufbereitungseinheit (7) aus dem gasförmigen Teilstrom (22) abgezogen wird, und wobei der Schwefelwasserstoff in der Aufbereitungseinheit (7) als elementarer Schwefel ausgefällt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Aufbereitung eines Gasstroms (3).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstroms. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstroms. Erdgas ist ein fossiler Brennstoff mit einem vergleichsweise niedrigen Ausstoß von Kohlendioxid (C02) und einer vergleichsweise geringen Emission von sonstigen Abfallprodukten bei der Verbrennung. Sein Beitrag als eine der wichtigsten Energieressourcen der Welt steigt weiter an. Vor dem Hinter- grund der RohstoffVerknappung, des steigenden Energiebedarfs und aus Gründen des Umweltschutzes stellt die Aufbereitung und Nutzung von Erdgas somit eine vielversprechende Möglichkeit zur effizienten und emissionsarmen Erzeugung von Energie dar .
Die direkte Nutzung von Roh-Erdgas ist jedoch nur bedingt möglich. Aufgrund der sauren Bestandteile, wie insbesondere Schwefelwasserstoff (H2S) , kann Roh-Erdgas nicht direkt in einer Gasturbine, zum Pipelinetransport oder in einem Block- heizkraftwerk (BHKW) genutzt werden. Daher werden Erdgasströme mit einem hohen Anteil an Schwefelwasserstoff häufig ungenutzt abgefackelt. Entsprechend besteht insbesondere in der Abtrennung von Schwefelwasserstoff eine wesentliche Herausforderung bei der Aufbereitung saurer Gase. Daneben ist zur Qualitätsverbesserung des Gases häufig auch die parallele Abtrennung von im Erdgas enthaltenem Kohlendioxid gewünscht.
Es existieren verschiedene Verfahren zur Aufbereitung von Erdgas mittels physikalisch und/oder chemisch wirkenden
Waschmedien. Hierbei ist neben der Abtrennung des Schwefelwasserstoffes aus den jeweiligen Gasen insbesondere auch eine Regeneration des zur Aufbereitung eingesetzten Waschmediums notwendig, um dieses im Rahmen der Abtrennung von Schwefelwasserstoff möglichst effizient nutzen zu können.
Ein gängiges Verfahren ist die chemische oder physikalische Wäsche. Hierbei werden im Erdgas enthaltener Schwefelwasserstoff und auch Kohlendioxid durch Absorption in einem Waschmedium aus dem Erdgas herausgewaschen. Durch ein anschließendes Temperieren des Waschmediums wird der Schwefelwasserstoff wieder ausgetrieben und beispielsweise in einer Claus-Anlage zu elementarem Schwefel umgesetzt. Hierbei wird der Schwefelwasserstoff partiell zu Schwefeldioxid (S02) verbrannt, und diese gemeinsam mit verbleibendem Schwefelwasserstoff kataly- tisch zu Schwefel umgesetzt. Der Einsatz einer Clauss-Anlage bzw. eines entsprechenden
Prozesses ist jedoch aus Kostengründen nicht immer sinnvoll. So ist der Clauss-Prozess zwar bei großen Gasströmen wirtschaftlich sinnvoll. Bei verhältnismäßig kleinen Gasströmen im Rahmen eines Kraftwerksprozesses ist der Prozess jedoch mit einem hohen finanziellen und auch technischen Aufwand verbunden. Die Menge des im Rahmen der Aufarbeitung aus dem Erdgas abgetrennten Schwefelwasserstoffes ist so gering, dass eine Aufarbeitung des abgetrennten Schwefelwasserstoffes in einer angeschlossenen Claus-Anlage wegen der hohen Investiti- onskosten nicht wirtschaftlich ist. Auch ergeben sich oftmals (Akzeptanz -) Probleme bei der Integration des Prozesses in ein bestehendes Kraftwerksumfeld, da die Verwendung von Chemikalien mit möglichem Gefahrenpotential notwendig ist und die Anforderungen an die Sicherheit entsprechend hoch sind.
Als Alternative zu dem vorbeschriebenen Verfahren kann auf flüssig reduzierende Schwefelgewinnungsprozesse, sogenannte Liquid-Redox-Verfahren, zurückgegriffen werden. Hierbei wird ein Redoxmittel eingesetzt, um in einem Waschmedium absor- bierten Schwefelwasserstoff in Schwefel umzuwandeln und den Schwefelwasserstoff so aus dem Waschmedium zu entfernen. Das Redoxmittel wird durch den Schwefelwasserstoff reduziert, dann durch Kontaktieren mit einem sauerstoffhaltigen Gas oxi- diert und entsprechend regeneriert. Die Zufuhr des Gases erfolgt beispielsweise durch die Begasung mit komprimierter sauerstoffhaltiger Luft. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist jedoch auch dieses Verfahren nur bedingt geeignet. Sollen beispielsweise große Erdgas-Volumenströme aufgearbeitet werden, so bedarf es großer Apparate, deren Anschaffung und Betrieb mit hohem Aufwand und Kosten verbunden ist. Bei der Aufarbeitung von Erdgas- Volumenströmen bei hohem Druck besteht weiter die Gefahr, dass sich im Gasstrom enthaltenes Methan in dem eingesetzten Waschmedium löst und so als Wertstoff verloren geht. Zudem müssen im Rahmen des Verfahrens hohe Mengen an Waschmedium gegen ein Druckgefälle bewegt werden. Die hierfür benötigten Pumpen sind kostenintensiv in ihrer Anschaffung und ihrem Betrieb. Auch ist mittels des vorbeschriebenen Verfahrens keine Abtrennung von im Erdgas enthaltenem Kohlendioxid möglich.
Letzteres kann erreicht werden, wenn im Rahmen des Liquid- Redox-Verfahrens ein Waschmedium mit einem Metallsalz als ka- talytisch aktive Komponenten eingesetzt wird. Die übrigen vorbeschriebene Einschränkungen hinsichtlich der Aufarbeitung großer Erdgas-Volumenströme, gegebenenfalls bei hohem Druck, gelten jedoch auch bei dem Einsatz eines metallsalzhaltigen Waschmediums.
Der Erfindung liegt als eine erste Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine effiziente und kostengünstige Aufbereitung eines Erdgasstroms erlaubt.
Als eine zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde eine Vorrichtung anzugeben, die eine entsprechend effiziente und kostengünstige Aufbereitung eines Erdgasstroms erlaubt. Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstroms, wobei der Gasstrom einer Abtrenneinheit zugeführt wird, in welcher im Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom enthaltenes Kohlendioxid mittels eines in der Abtrenneinheit zirkulierenden ersten Waschmediums aus dem Gasstrom abgetrennt werden, wobei ein den abgetrennten Schwefelwasserstoff und das abgetrennte Koh- lendioxid enthaltender gasförmiger Teilstrom einer Aufberei- tungseinheit zugeführt wird, wobei das Kohlendioxid in der Aufbereitungseinheit aus dem gasförmigen Teilstrom abgezogen wird, und wobei der Schwefelwasserstoff in der Aufbereitungseinheit als elementarer Schwefel ausgefällt wird.
In einem ersten Schritt basiert die Erfindung trotz der beschriebenen Nachteile auf der Überlegung, zur Aufreinigung eines Gasstromes und insbesondere eines Erdgasstromes einen Liquid-Redox-Prozess zu nutzen.
In einem zweiten Schritt geht die Erfindung dazu weiter von der Überlegung aus, dass die Abtrennung von Schwefelwasserstoff aus einem kleinen Gasstrom unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten gegenüber einer baulichen Vergrößerung der ein- gesetzten Apparate bevorzugt ist. Eine grundsätzliche Verringerung des Volumenstroms des aufzureinigenden Erdgases soll hierbei jedoch nicht in Kauf genommen werden.
Schließlich erkennt die Erfindung in einem dritten Schritt, dass eine Verringerung eines aufzuarbeitenden Gasstroms bei gleichbleibendem Volumen des Erdgases dann umgesetzt werden kann, wenn im Rahmen des Liquid-Redox-Prozesses lediglich ein Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und weitere Nebenkomponente enthaltender gasförmiger Teilstrom aufgearbeitet wird. Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren umgesetzt, bei welchem dem Liquid-Redox-Prozess eine Wäsche vorgeschaltet ist. Im Rahmen der Wäsche werden die im Erdgas enthaltenen Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und weiteren Nebenkomponenten aus dem Erdgas herausgewaschen und lediglich ein diese Komponenten enthaltender gasförmiger Teilstrom einem anschließenden Liquid-Redox-Prozess zugeführt. Die chemische und/oder physikalische Wäsche des Erdgases, bei welcher Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid mittels eines Absorptions-Desorptions-Prozesses herausgewaschen werden, erfolgt in der Abtrenneinheit. Die Aufbereitungseinheit wird im Rahmen des Verfahrens zur Durchführung des Liquid-Redox-
Verfahrens, also der flüssig reduzierenden Schwefelgewinnung, eingesetzt. Hier wird der gasförmige Teilstrom derart behandelt, dass Kohlendioxid und gegebenenfalls Methan gasförmig abgetrennt werden und der in dem Teilstrom enthaltene Schwe- felwasserstoff als elementarer Schwefel ausgefällt wird.
Die Erfindung kombiniert somit zwei an sich bekannte Prozesse derart, dass das Volumen des in der Aufbereitungseinheit aufzureinigenden gasförmigen Teilstroms gegenüber dem der Ab- trenneinheit zugeführten Erdgasstrom deutlich verringert ist. Durch die der Aufbereitung vorgeschaltete Wäsche in der Abtrenneinheit werden weiter deutlich geringere Umpumpmengen an Waschmedium zur Abtrennung gleicher Gasmengen benötigt als bei einem einzelnen Liquid-Redox-Prozess . Außerdem können in den hierzu vorzugsweise eingesetzten Packungskolonnen bei gleichem Durchmesser wesentlich höhere Teilströme durchgesetzt werden, als dies in den derzeitig eingesetzten Blasensäulen im Rahmen der Liquid-Redox-Prozesse möglich ist. Somit können bei der Aufreinigung lediglich eines Teilstroms des dem Verfahren eingangs zugeführten Gasstroms die Apparate entsprechend klein gehalten und damit Investitionskosten gegenüber einer einstufigen Liquid-Redox-Anlage gespart werden.
Besonders bevorzugt wird als erstes Waschmedium eine
Aminosäuresalzlösung eingesetzt. Eine wässrige
Aminosäuresalzlösung ist hierbei zweckmäßig. Auch ist der Einsatz von Mischungen verschiedener Aminosäuresalze als Waschmedium möglich. Im Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom enthaltenes Kohlendioxid werden zweckmäßigerweise innerhalb eines Absorbers der Abtrenneinheit in dem ersten Waschmedium absorbiert. Hierzu wird der Gasstrom dem Absorber zugeführt und innerhalb des Absorbers mit dem ersten Waschmedium im Gegenstrom geführt. Die Absorption erfolgt vorzugsweise physikalisch unter Druck, der abhängig von der Lagerstätte ist, welcher der Gasstrom entnommen wurde. Hierbei löst sich der Schwefelwasserstoff in dem Waschmedium und wird aus dem
Gasstrom entfernt (chemische Absorption) .
Das eingesetzte erste Waschmedium ist vorzugsweise nicht nur selektiv für Schwefelwasserstoff, sondern ebenfalls für Koh- lendioxid. Entsprechend wird auch dieses durch das erste Waschmedium aus dem Gasstrom abgetrennt. Gleiches gilt für noch im Gasstrom enthaltenes Methan und andere gasförmige Nebenkomponenten. Durch deren Abtrennung wird die Degradation des Waschmediums verringert, was eine Kostenersparnis mit sich bringt.
Beim Verlassen des Absorbers ist das erste Waschmedium somit mit Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und gegebenenfalls weiteren Nebenkomponenten beladen.
Zweckmäßigerweise wird das im Absorber mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene erste Waschmedium einem
Desorber der Abtrenneinheit zugeführt, in welchem der den Schwefelwasserstoff und das Kohlendioxid enthaltende gasför- mige Teilstrom aus dem Waschmedium abgetrennt wird. Die Abtrennung des gasförmigen Teilstroms erfolgt vorzugsweise durch Freisetzen von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid durch physikalische Desorption, also durch eine Absenkung des Druckniveaus des ersten Waschmediums. Durch die Entspannung desorbieren der Schwefelwasserstoff, das Kohlendioxid und gegebenenfalls Methan aus dem ersten Waschmedium. Eine bevorzugte Alternative zu einer solchen physikalischen Desorption liegt in der thermischen Desorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus dem ersten Waschmedium durch das Ein- bringen von Wärme.
Vorzugsweise wird das von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite erste Waschmedium in den Absorber der Abtrenn- einheit geführt. Das regenerierte erste Waschmedium wird hier zur erneuten Abtrennung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid eingesetzt. Das erste Waschmedium zirkuliert somit zwischen dem Absorber und dem Desorber der Abtrenneinheit; es wird in einem ersten Kreislauf geführt.
Besonders bevorzugt wird der im Desorber abgetrennte gasförmige Teilstrom einem Absorber der Aufbereitungseinheit zugeführt. Dieser durch die Entspannung im Desorber freigesetzte Teilstrom ist gegenüber dem der Abtrenneinheit eingangs zugeführten Erdgasstrom erheblich verkleinert. Durch die Volumenverringerung kann die folgende Liquid-Redox-Absorption besonders vorteilhaft unter Normaldruck stattfinden. Vorzugsweise wird der in dem gasförmigen Teilstrom enthaltene Schwefelwasserstoff innerhalb des Absorbers der Aufbereitungseinheit in einem zweiten Waschmedium absorbiert. Mit anderen Worten wird der Schwefelwasserstoff durch Absorption in dem zweiten Waschmedium aus dem gasförmigen Teilstrom ent- fernt . Als zweites Waschmedium ist zweckmäßigerweise ebenfalls eine Aminosäuresalzlösung und insbesondere eine wässri- ge Aminosäuresalzlösung eingesetzt.
Bei Kontakt des Schwefelwasserstoffs mit dem zweiten Waschme- dium wird der Schwefelwasserstoff selektiv in diesem gebunden. Die Absorption erfolgt hierbei besonders vorteilhaft unter Normaldruck. Das zweite Waschmedium und der gasförmige Teilstrom werden im Gegenstrom durch den Absorber geführt. Durch den geringeren Druck muss auch eine geringere Druckdif- ferenz von dem Fördersystem aufgebracht werden, wodurch sich Betriebskosten sparen lassen. Im Teilstrom enthaltenes Kohlendioxid wird aufgrund des drucklosen Verfahrens nicht in dem zweiten Waschmedium absorbiert, sondern als Gas aus dem Absorber abgezogen. Vorzugsweise wird das Kohlendioxid, und gegebenenfalls auch Methan (CH4) , einer weiteren Verwendung zugeführt und hier beispielsweise zur Energiegewinnung genutzt . Weiter bevorzugt wird das mit Schwefelwasserstoff beladene zweite Waschmedium einer Regenerationsstufe der Aufberei- tungseinheit zugeführt, in welcher der in dem zweiten Waschmedium absorbierte Schwefelwasserstoff mit einer katalytisch aktiven Komponente zu elementarem Schwefel reagiert. Zweckmäßigerweise wird die katalytisch aktive Komponente selbst bei der Reaktion des absorbierten Schwefelwasserstoffs zu elementarem Schwefel (Oxidation) reduziert. Der Schwefel fällt als Feststoff aus, und die reduzierte katalytisch aktive Komponente verbleibt in dem zweiten Waschmedium. Um die Bildung von Sulfiden zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn dem zweiten Waschmedium ein Komplexbildner zugesetzt wird. Es handelt sich somit um eine katalysierte Schweielwasserstoff-Umsetzung .
Grundsätzlich kann die katalytisch aktive Komponente innerhalb der Regenerationsstufe beispielsweise in Form von Fest- stoffPartikeln enthalten sein. Ebenfalls ist der Einsatz ei- ner Regenerationsstufe mit katalytisch aktiven Einbauten möglich.
Besonders von Vorteil ist es, wenn die katalytisch aktive Komponente in dem zweiten Waschmedium enthalten ist. Entspre- chend wird zweckmäßigerweise ein zweites Waschmedium mit einer katalytisch aktiven Komponente eingesetzt. Ein solches Waschmedium ermöglicht eine homogene Reaktion der beiden gelösten Reaktionspartner, also des Schwefelwasserstoffes und der katalytisch aktiven Komponente selbst.
Vorteilhafterweise wird als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt. Prinzipiell eignen sich hierbei all solche Metallsalze, deren Metallionen in mehreren Oxidations- stufen vorliegen können. Vorzugsweise werden die Salze der Metalle Eisen, Mangan oder Kupfer eingesetzt. Die Oxidation des Schwefelwasserstoffes zu elementarem Schwefel erfolgt somit bei gleichzeitiger Reduktion des Metallions. Die katalytisch aktive Komponente wird vorzugsweise durch Reaktion mit einem sauerstoffhaltigen Gas zurückgebildet. Hierbei wird unter dem sauerstoffhaltigem Gas jedes Gas verstanden, dessen Sauerstoffgehalt hoch genug ist, um die katalyti- sehe aktive Komponenten zurückzubilden . Als sauerstoffhaltiges Gas kann beispielsweise Umgebungsluft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch reiner Sauerstoff eingesetzt werden. Das sauerstoffhaltige Gas wird zweckmäßigerweise der Regenerationsstufe zugeführt. Als Regenerationsstufe wird vor- zugsweise ein Festbettreaktor eingesetzt.
Bei Kontakt des Waschmediums mit dem Gas tritt der im Gas enthaltene Sauerstoff von der Gasphase in die Flüssigphase, also in das Waschmedium, über. In der Flüssigphase erfolgt die Oxidation des zuvor bei der Schwefelbildung reduzierten
Metallions, so dass diese erneut zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff, also zur wiederholten Oxidation zur Verfügung stehen . Das zweite Waschmedium zirkuliert vorzugsweise zwischen dem Absorber und der Regenerationsstufe der Aufbereitungseinheit. Hierbei strömt das mit Schwefelwasserstoff beladene zweite Waschmedium zweckmäßigerweise von dem Absorber in die Regenerationsstufe .
Um das zweite Waschmedium zu regenerieren, wird der in der Aufbereitungseinheit ausgefällte elementare Schwefel vorzugsweise aus dem zweiten Waschmedium abgetrennt. Bevorzugt wird das von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite zweite Waschmedium ausgehend von der Regenerationsstufe in den Absorber der Aufbereitungseinheit zurückgeführt. In dem Absorber der Regenerationsstufe wird das regenerierte zweite
Waschmedium zur erneuten Absorption von Schwefelwasserstoff genutzt. Das zweite Waschmedium wird somit in einem zweiten Kreislauf geführt.
Die vorbeschriebenen Reaktionen in der Aufbereitungsstufe laufen vorzugsweise unter alkalischen Bedingungen ab, wobei das Redoxpotential direkt in Zusammenhang mit dem Oxidations- potential des im zweiten Waschmedium gelösten Sauerstoffs steht. Dies stellt eine gut kontrollierbare Regelgröße für die Sauerstoffzufuhr dar. Je niedriger das Redoxpotential ist, desto mehr Sauerstoff wird im Prozess benötigt. Da das Redoxpotential vom pH-Wert abhängt, kann man bei Kenntnis des pH-Wertes die Menge des benötigten Sauerstoffes unmittelbar berechnen . Die Abtrennung des ausgefällten Schwefels kann in Abhängigkeit der baulichen Beschaffenheit der zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten Vorrichtungskomponenten an verschiedenen Stellen erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Abtrennung des elementaren Schwefels im Rahmen der Entnahme eines Teilstroms des zweiten Waschmittels aus dem zweiten Waschmittelkreislauf erfolgt. In dem Teilstrom enthaltener Schwefel wird aus dem Teilstrom abgetrennt und der gereinigte Teilstrom des zweiten Waschmediums der Regenerationsstufe zugeführt. Die Abtrennung erfolgt vorzugsweise mittels gängiger Abtrenneinheiten, wie beispielsweise mittels eines Zyklons.
Es werden insbesondere Schweielpartikel aus dem zweiten
Waschmedium abgetrennt, deren Durchmesser einen vorgegebenen bzw. voreingestellten Wert überschreitet. Partikel mit einem kleineren Durchmesser zirkulieren innerhalb des zweiten
Waschmediums zwischen dem Absorber und der Regenerationsstufe und wachsen so lange auf, bis auch sie den zur Abtrennung gewünschten Durchmesser haben. Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms, insbesondere eines Erdgasstroms, umfassend eine Abtrenneinheit zur Abtrennung eines Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthaltenden gasförmigen Teilstroms aus dem Gasstrom mittels eines ersten Waschmediums, sowie eine der Abtrenneinheit strömungstechnisch nachgeschaltete Aufbereitungseinheit zur Abtrennung von gasförmigem Kohlendioxid aus dem gasförmigen Teilstrom, sowie zur Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel .
Die Abtrenneinheit dient der chemischen und/oder physikali- sehen Wäsche des Gasstromes, wohingegen die nachgeschaltete zur flüssig reduzierenden Schwefelgewinnung im Rahmen eines Liquid-Redox-Verfahrens genutzt wird. Durch die Kombination der Abtrenneinheit und der Aufbereitungseinheit kann sowohl die Aufbereitung großer Volumenströme, als auch die Aufberei- tung von Volumenströmen unter hohem Druck mit gegenüber gängigen Vorrichtungen verringerten Investitions- und Betriebskosten in einer gemeinsamen Vorrichtung durchgeführt werden.
Als erstes Waschmedium ist vorzugsweise eine
Aminosäuresalzlösung eingesetzt. Zweckmäßig ist der Einsatz einer wässrigen Aminosäuresalzlösung.
Die Abtrenneinheit umfasst vorzugsweise einen Absorber zur Absorption von im Gasstrom enthaltenem Schwefelwasserstoff und von im Gasstrom enthaltenem Kohlendioxid in dem ersten
Waschmedium. Der Gasstrom wird dem Absorber zugeführt und in dem Gasstrom enthaltener Schwefelwasserstoff und enthaltenes Kohlendioxid wird in dem ersten Waschmedium absorbiert. Zur Regeneration des ersten Waschmediums werden die zuvor absorbierten Komponenten als gasförmiger Teilstrom wieder freigesetzt. Hierzu wird das beladene Waschmedium wird einem Desorber der Abtrenneinheit zugeführt. Der Absorber der Abtrenneinheit ist entsprechend bevorzugt strömungstechnisch mit einem Desorber der Abtrenneinheit gekoppelt. Eine Abführleitung des Absorbers ist vorzugsweise mit einer Zuführleitung des Desorbers gekoppelt, so dass das beladene erste Waschmedium ausgehend vom Absorber dem Desorber zugeführt werden kann. Der Desorber ist dem Absorber somit in Strö- mungsrichtung des beladenen Waschmediums strömungstechnisch nachgeschaltet . Nach der Desorption des Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthaltenden gasförmigen Teilstroms aus dem ersten Waschmedium wird das regenerierte Waschmedium ausgehend vom Desorber in den Absorber zurückgeführt. Dort wird das regenerierte erste Waschmedium erneut zur Absorption von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und weiteren im Erdgas enthaltenen Nebenkomponenten eingesetzt. Vorzugsweise ist hierzu eine Abführleitung des Desorbers mit einer Zuführleitung des Absorbers gekoppelt. Der Absorber ist dem Desorber also in Strömungs- richtung des gereinigten ersten Waschmediums strömungstechnisch nachgeschaltet.
Vorzugsweise ist dem Desorber der Abtrenneinheit ein Absorber der Aufbereitungseinheit zur Absorption von Schweielwasser- Stoff in einem zweiten Waschmedium strömungstechnisch nachgeschaltet. Als zweites Waschmedium ist bevorzugt ebenfalls eine Aminosäuresalzlösung eingesetzt. Der Einsatz einer wässri- gen Aminosäuresalzlösung ist zweckmäßig. Der Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthaltende gasförmige Teilstrom wird vom Desorber in den Absorber der Aufbereitungseinheit geleitet. Entsprechend ist eine Abführleitung des Desorbers der Abtrenneinheit vorzugsweise mit einer Zuführleitung des Absorbers der Aufbereitungseinheit gekoppelt. In dem Absorber wird der Schwefelwasserstoff in dem zweiten Waschmedium absorbiert. Das Kohlendioxid, sowie gegebenenfalls noch enthaltenes Methan, werden gasförmig aus dem Absorber abgezogen. Hierzu ist dem Absorber zweckmäßigerweise eine Abzugsleitung angeschlossen.
Besonders von Vorteil ist es, wenn der Absorber der Aufbereitungseinheit strömungstechnisch mit einer Regenerationsstufe der Aufbereitungseinheit gekoppelt ist. Zweckmäßigerweise ist die Regenerationsstufe strömungstechnisch über eine Zuführ- leitung mit einer Abführleitung des Absorbers gekoppelt. Die Regenerationsstufe ist dem Absorber somit in Strömungsrichtung des mit Schwefelwasserstoff beladenen zweiten Waschmediums zweckmäßigerweise strömungstechnisch nachgeschaltet. Das regenerierte zweite Waschmedium wird in den Absorber der Aufbereitungseinheit zurückgeführt. Dort wird es bevorzugt erneut zur Absorption von Schwefelwasserstoff, beispielsweise aus einem sauren Erdgas, einem Begleitgas der Ölförderung oder einem Biogas genutzt. Zweckmäßigerweise ist der Absorber der Regenerationsstufe hierzu in Strömungsrichtung des regenerierten zweiten Waschmediums strömungstechnisch nachgeschalt. So kann das von Schwefelwasserstoff gereinigte Wasch- medium wieder dem Absorber zugeführt werden. Eine Abführleitung der Regenerationsstufe ist zweckmäßigerweise mit einer Zuführleitung des Absorbers gekoppelt.
Besonders bevorzugt ist in der Aufbereitungseinheit eine ka- talytisch aktive Komponente eingesetzt. Die katalytische aktive Komponente dient der Ausfällung des im Waschmedium enthaltenen Schwefelwasserstoffs. Insbesondere ist als kataly- tisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen für die Vorrichtung ergeben sich aus den auf das Verfahren gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für das Verfahren und dessen Weiterbildungen benannten Vorteile sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige FIG 1 eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Gasstroms. In der Vorrichtung 1 wird als Gasstrom 3 beispielsweise ein
Erdgasstrom aufbereitet. Die Vorrichtung 1 umfasst hierzu eine Abtrenneinheit 5, sowie eine der Abtrenneinheit 5 strömungstechnisch nachgeschaltete Aufbereitungseinheit 7. Der Gasstrom 3 wird über eine Zuführleitung 9 einem Absorber 11 der Abtrenneinheit 5 zugeführt. In dem Absorber 11 befindet sich eine wässrige Aminosäuresalzlösung als ein erstes Waschmedium 13. Der Gasstrom 3 wird mit einem Druck von 25 bar im Gegenstrom mit dem ersten Waschmedium 13 in Kontakt gebracht. Hierbei löst sich im Gasstrom 3 enthaltener Schwefelwasserstoff in dem ersten Waschmedium 13 und wird somit aus dem Gasstrom 3 entfernt. Gleichzeitig wird im Gasstrom 3 enthaltenes Kohlendioxid in dem ersten Waschmedium 13 absorbiert .
Der von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid gereinigte, noch unter Druck stehende Gasstrom 3 wird über eine Abzugsleitung 15 aus dem Absorber 11 abgezogen und kann direkt einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
Ausgehend vom Absorber 11 wird das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene erste Waschmedium 13 einem dem Ab- sorber 11 strömungstechnisch nachgeschalteten Desorber 17 der Abtrenneinheit 5 zugeführt. Hierzu ist eine Abführleitung 19 des Absorbers 11 mit einer Zuführleitung 21 des Desorbers 17 gekoppelt. Innerhalb des Desorbers 17 werden der Schwefelwasserstoff und das Kohlendioxid aus dem ersten Waschmedium 13 desorbiert . Es resultiert ein im Wesentlichen nur Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthaltender gasförmiger Teil- strom 22. Die Desorption erfolgt vorliegend durch eine Absenkung des Druckniveaus des ersten Waschmediums 13 (physikalische Desorption) .
Nach der Desorption des Schwefelwasserstoffes und des Kohlendioxids aus dem ersten Waschmedium 13 wird das regenerierte erste Waschmedium 13 in den Absorber 11 zurückgeführt. Hierzu ist eine Abführleitung 23 des Desorbers 17 strömungstechnisch mit einer Zuführleitung 25 des Absorbers gekoppelt. Innerhalb des Absorbers 11 wird das erste Waschmedium 13 zur erneuten Absorption von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus dem Gasstrom 3 genutzt. Das erste Waschmedium 13 zirkuliert somit in einem ersten Kreislauf 26 innerhalb der Abtrenneinheit 5 zwischen dem Absorber 11 und dem Desorber 17.
Der aus dem ersten Waschmedium 13 freigesetzte gasförmige Teilstrom 22, also der freigesetzte Schwefelwasserstoff und das freigesetzte Kohlendioxid, wird einem Absorber 29 der Aufbereitungseinheit 7 zugeführt. Zur Zufuhr des gasförmigen Teilstroms 22 ist eine Abführleitung 31 des Desorbers 17 strömungstechnisch mit einer Zuführleitung 33 des Absorbers 29 gekoppelt.
In dem Absorber 29 werden das im gasförmigen Teilstrom 22 enthaltene Kohlendioxid und auch noch vorhandene Mengen an Methan aus dem gasförmigen Teilstrom 22 über eine Abzugslei - tung 35 entnommen bzw. abgezogen und einer weiteren Verwendung zugeführt. Der Schwefelwasserstoff wird innerhalb des Absorbers 29 der Aufbereitungseinheit 7 in einem zweiten Waschmedium 37 unter Normaldruck absorbiert. Als zweites Waschmedium 37 ist ebenfalls eine wässrige
Aminosäuresalzlösung eingesetzt.
Das mit Schwefelwasserstoff beladene zweite Waschmedium 37 wird einer dem Absorber 29 strömungstechnisch nachgeschalteten Regenerationsstufe 39, vorliegend ein Festbettreaktor, zugeführt. Hierzu ist eine Abführleitung 41 des Absorbers 29 strömungstechnisch mit einer Zuführleitung 43 der Regenerationsstufe 39 gekoppelt.
In dem zweiten Waschmedium 37 ist ein Metallsalz als kataly- tisch aktive Komponente enthalten, mit welcher der in dem zweiten Waschmedium 37 absorbierte Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel reagiert. Dies erfolgt durch Oxidation des Schwefelwasserstoffes zu elementarem Schwefel bei gleichzeitiger Reduktion des Metallions des als katalytisch aktive Komponente eingesetzten Metallsalzes. Der Schwefel fällt als Feststoff aus und die Metallionen verbleiben gelöst in dem zweiten Waschmedium 37. Der ausgefällte Schwefel wird aus dem zweiten Waschmedium 37 abgetrennt. Das regenerierte Waschmedium 37 wird dann über eine strömungstechnische Kopplung einer Abführleitung 45 der Regenerationsstufe 39 mit einer Zuführleitung 47 des Absorbers 29 in den Absorber 29 zurückgeführt und dort zur erneuten Absorpti- on davon Schwefelwasserstoff genutzt. Das zweite Waschmedium 37 zirkuliert somit in einem zweiten Kreislauf 49 innerhalb der Aufbereitungseinheit 7 zwischen dem Absorber 29 und der Regenerationsstufe 39.
Die Abtrennung des ausgefällten Schwefels aus dem zweiten Waschmedium 37 kann an verschiedenen Stellen erfolgen. Vorliegend ist der Abführleitung 41 des Absorbers 29 eine
Entnahmeleitung 51 angeschlossen. Über diese Entnahmeleitung 51 wird ein flüssiger Teilstrom 53 des zweiten Waschmediums 37 entnommen und in diesem enthaltener Schwefel abgetrennt. Zur Abtrennung ist vorliegend eine als Hydrozyklon ausgebildete Trennstufe 55 eingesetzt. Das bei der Abtrennung resultierende zweite Waschmedium 37 wird über eine Rückführleitung 57 wieder in die Regenerationsstufe 39 zurückgeführt.
Zur Rückbildung der katalytisch aktiven Komponente wird die Regenerationsstufe 39 von einem sauerstoffhaltigen Gas durchströmt. Hierzu ist der Regenerationsstufe 39 eine Zuführlei- tung 59 angeschlossen. Bei Kontakt des zweiten Waschmediums
37 mit dem Gas tritt der im Gas enthaltene Sauerstoff von der Gasphase in das zweite Waschmedium 37 über. Hier erfolgt die Oxidation des zuvor bei der Schwefelbildung reduzierten Metallions. Die katalytisch aktive Komponente wird somit zu- rückgebildet und wird erneut zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff durch Oxidation genutzt. Das sauerstoffhaltige Gas strömt über eine Austrittsleitung 61 wieder aus der Regenerationsstufe 39 aus.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufbereitung eines Gasstroms (3), insbesondere eines Erdgasstroms,
wobei der Gasstrom (3) einer Abtrenneinheit (5) zugeführt wird, in welcher im Gasstrom (3) enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenes Kohlendioxid mittels eines in der Abtrenneinheit (5) zirkulierenden ersten Waschmediums (13) aus dem Gasstrom (3) abgetrennt werden,
wobei ein den abgetrennten Schwefelwasserstoff und das abgetrennte Kohlendioxid enthaltender gasförmiger Teil- strom (22) einer Aufbereitungseinheit (7) zugeführt wird, wobei das Kohlendioxid in der Aufbereitungseinheit (7) aus dem gasförmigen Teilstrom (22) abgezogen wird, und wobei der Schwefelwasserstoff in der Aufbereitungseinheit (7) als elementarer Schwefel ausgefällt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Gasstrom (3) enthaltener Schwefelwasserstoff und im Gasstrom (3) enthaltenes Kohlendioxid innerhalb eines Absorbers (11) der Abtrenneinheit (5) in dem ersten Waschmedium (13) absorbiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das im Absorber (11) mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid beladene erste
Waschmedium (13) einem Desorber (17) der Abtrenneinheit (5) zugeführt wird, in welchem der den Schwefelwasserstoff und das Kohlendioxid enthaltende gasförmige Teilstrom (22) aus dem Waschmedium (13) abgetrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das im Desorber (17) von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite erste
Waschmedium (13) in den Absorber (11) der Abtrenneinheit (5) geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der im Desorber (17) abgetrennte gasförmige Teilstrom (22) einem Absorber (29) der Aufbereitungseinheit (7) zugeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der in dem gasförmigen Teilstrom (22) enthaltene Schwefelwasserstoff innerhalb des Absorbers (29) der Aufbereitungseinheit (7) in einem zweiten Waschmedium (37) absorbiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das mit Schwefelwasserstoff beladene zweite Waschmedium (37) einer Regenerationsstufe (39) der Aufbereitungseinheit (7) zugeführt wird, in welcher der in dem zweiten Waschmedium (37) absorbierte
Schwefelwasserstoff mit einer katalytisch aktiven Komponente zu elementarem Schwefel reagiert .
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die katalytisch aktive Komponente bei der Reaktion des absorbierten Schwefelwasserstoffs zu elementarem Schwefel reduziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei als katalytisch aktive Komponente ein Metallsalz eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die katalytisch aktive Komponente durch Reaktion mit einem sauerstoffhaltigen Gas zurückgebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei in der Aufbereitungseinheit (7) ausgefällter elementarer Schwefel aus dem zweiten Waschmedium (37) abgetrennt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreite zweite
Waschmedium (13) in den Absorber (29) der Aufbereitungseinheit (7) geführt wird.
13. Vorrichtung (1) zur Aufbereitung eines Gasstroms (3), insbesondere eines Erdgasstroms, umfassend eine Abtrenneinheit (5) zur Abtrennung eines Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthaltenden gasförmigen Teilstroms (22) aus dem
Gasstrom (3) mittels eines ersten Waschmediums (13) , sowie eine der Abtrenneinheit (5) strömungstechnisch nachgeschaltete Aufbereitungseinheit (7) zur Abtrennung von gasförmigem Kohlendioxid aus dem gasförmigen Teilstrom (22), sowie zur Ausfällung von Schwefelwasserstoff als elementarer Schwefel.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei die Abtrenneinheit (5) einen Absorber (11) zur Absorption von im Gasstrom (3) enthaltenem Schwefelwasserstoff und von im Gasstrom (3) enthaltenem Kohlendioxid in dem ersten Waschmedium (13) um- fasst.
15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei der Absorber (11) der Abtrenneinheit (5) strömungstechnisch mit einem Desorber (17) der Abtrenneinheit (5) gekoppelt ist.
16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, wobei dem Desorber (17) der Abtrenneinheit (5) ein Absorber (29) der Aufbereitungseinheit (7) zur Absorption von Schwefelwasserstoff in einem zweiten Waschmedium (37) strömungstechnisch nachge- schaltet ist.
17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei der Absorber (29) der Aufbereitungseinheit (7) strömungstechnisch mit einer Regenerationsstufe (39) der Aufbereitungseinheit (7) ge- koppelt ist.
18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei in der Aufbereitungseinheit (7) eine katalytisch aktive Komponente eingesetzt ist.
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WO2014170047A1 (de) * 2013-04-15 2014-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Absorptionsmittel, verfahren zur herstellung eines absorptionsmittels, sowie verfahren und vorrichtung zur abtrennung von schwefelwasserstoff aus einem sauren gas

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WO2014170047A1 (de) * 2013-04-15 2014-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Absorptionsmittel, verfahren zur herstellung eines absorptionsmittels, sowie verfahren und vorrichtung zur abtrennung von schwefelwasserstoff aus einem sauren gas

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