WO2025186008A1 - Energy-efficient method for raw syngas purification - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for purifying raw synthesis gas, which contains at least carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide, and carbon dioxide, using an absorbent.
- the process is characterized by harnessing energy from the discharged absorbent within the process by means of a heat transfer medium, thereby saving energy costs and CO2 emissions.
- the purification of raw synthesis gas is a process known in the literature, the so-called sulfinol process.
- the sulfinol process is a method for removing acidic components (carbon dioxide, hydrogen sulfide, and/or carbon monoxide sulfide) from natural gas, long-distance gas, and synthesis gas.
- the acidic components are scrubbed from the raw gas under pressure using an absorbent consisting of sulfolane and diisopropanolamine in an absorption column.
- the acidic gas components are expelled from the loaded absorbent.
- Heating steam is typically used as an external heat source. Rising energy prices therefore have a significant impact on the process. Furthermore, large amounts of CO2 are released during the generation of heating steam.
- the objective of the present invention was to provide a purification process for synthesis gas that requires less or no external energy input.
- a purification process that can save CO2 emissions should be provided.
- the process according to the invention is a process for purifying raw synthesis gas which contains at least carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide and carbon dioxide, the process comprising at least the following steps: a) bringing the raw synthesis gas into contact with an absorption medium which consists of 10 to 20 wt.% water, 40 to 50 wt.% DIPA and 35 to 45 wt.% sulfolane, the amounts of the three components water, diisopropylamine (DIPA) and sulfolane adding up to 100%, in at least one absorption column, whereby at least a portion of the hydrogen sulfide and/or at least a portion of the carbon dioxide passes into the absorption medium and a loaded absorption medium BA is formed and whereby a purified synthesis gas stream is obtained; b) feeding the loaded absorption medium BA to at least one desorption column, wherein the loaded absorption medium BA is preheated before entering the desorption column; c) heating the loaded absorption medium in the desorption column by means
- the process according to the invention is characterized by heat integration, in which energy is transferred in the form of heat from one part of the process to another.
- a heat transfer medium is used for this purpose.
- the absorption process is exothermic, with the absorption heat generally being extracted from the system via a cooler.
- the process according to the invention utilizes this heat by using a heat transfer medium.
- the absorption heat is not dissipated via the cooling water, but is used to evaporate a heat transfer medium and then used to heat the bottom evaporator.
- the raw synthesis gas used for purification comes from the production of synthesis gas.
- Synthesis gas can be produced in various ways, for example by crude oil cracking.
- hydrogen sulfide and carbon dioxide can be formed.
- the production of synthesis gas therefore initially produces a raw synthesis gas which contains at least carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide and carbon dioxide.
- the amounts of carbon dioxide in the raw synthesis gas can vary and amount to a maximum of 10 vol.%, preferably a maximum of 4 vol.%, based on the total volume of the raw synthesis gas.
- the amounts of hydrogen sulfide can also vary, but are usually lower and amount to a maximum of 1 vol.%, preferably a maximum of 0.5 vol.%, based on the total volume of the raw synthesis gas.
- raw synthesis gas is brought into contact in at least one absorption column with an absorption medium consisting of 10 to 20 wt.% water, 40 to 50 wt.% DIPA and 35 to 45 wt.% sulfolane, the amounts of the three components water, diisopropylamine (DIPA) and sulfolane adding up to 100%, whereby at least part of the hydrogen sulfide and/or at least part of the carbon dioxide are transferred into the absorption medium and a loaded absorption medium BA is formed and a purified synthesis gas stream is obtained.
- an absorption medium consisting of 10 to 20 wt.% water, 40 to 50 wt.% DIPA and 35 to 45 wt.% sulfolane, the amounts of the three components water, diisopropylamine (DIPA) and sulfolane adding up to 100%, whereby at least part of the hydrogen sulfide and/or at least part of the carbon dioxide are transferred into the absorption medium and a loaded absorption
- the absorbent comprises at least water, diisopropylamine (DIPA), and sulfolane.
- the absorbent used consists only of the three components water, diisopropylamine (DIPA), and sulfolane.
- This absorbent can contain the three components in varying amounts.
- the absorbent consists of 10 to 20 wt.% water, 40 to 50 wt.% DIPA, and 35 to 45 wt.% sulfolane, each based on the total absorbent.
- the amounts of the three components water, diisopropylamine (DIPA), and sulfolane must add up to 100%.
- the absorption in step a) of the process according to the invention is carried out in at least one absorption column. However, it is also possible to use more than one absorption column in step a). According to the invention, the absorption in step a) is preferably carried out in at least two absorption columns, preferably in exactly two absorption columns.
- the unloaded absorption medium EA is first passed to the second absorption column, where a partially loaded absorption medium is formed. This is then passed to the first absorption column, where the loaded absorption medium is formed, which is then passed for desorption in step c).
- the raw synthesis gas is then preferably first introduced into the first absorption column and from there passed to the second absorption column. The purified synthesis gas is thus removed at the top of the second absorption column.
- the absorption column preferably contains internals. Suitable internals include, for example, trays, unstructured packings (random packing), or structured packings. Trays typically used are bubble-cap trays, sieve trays, valve trays with fixed or movable valves, tunnel trays, or slotted trays. Unstructured packings are generally random packings. Raschig rings, Pall rings, Berl saddles, SuperRings/SuperRings Plus, or Intalox® saddles are typically used as the packing. Structured packings are marketed, for example, under the trade name Mellapak® by Sulzer.
- the absorption column comprises a plurality of internals, preferably 2 to 50 internals, more preferably 2 to 15 internals.
- the absorption in step a) of the process according to the invention is preferably operated at a pressure of 20 to 50 bar, particularly preferably at a pressure of 25 to 40 bar.
- the temperature during the absorption in step a) is preferably in the range of 30 to 80 °C, more preferably in the range of 35 to 70 °C.
- the pressure and temperature in the two absorption columns are each within the above-mentioned ranges (pressure: 20 to 50 bar, preferably 25 to 40 bar / temperature 30 to 80 °C, preferably 35 to 70 °C), but do not have to be identical. This means that the absorption columns can also be operated at different pressures and temperatures.
- the absorption in step a) is operated in countercurrent, i.e., the crude synthesis gas and the absorption medium are brought into contact with one another in countercurrent. If two or more absorption columns are present, it is preferred if all absorption columns are operated in countercurrent. It is preferred if the crude synthesis gas is introduced into the lower part of the at least one absorption column and the absorption medium into the upper part of the at least one absorption column. The crude synthesis gas will then flow upwards and come into contact with the descending absorption medium. The impurities (hydrogen sulfide and carbon dioxide) are washed out in the process. The internals preferably present in the at least one absorption column can achieve better distribution and thus improved contact between the crude synthesis gas and the absorption medium.
- a purified synthesis gas stream is produced.
- the purified synthesis gas stream can then be used as a raw material.
- the purified synthesis gas stream can be fed to a hydroformylation plant, where it can be used to convert olefins into aldehydes. It would also be possible to split the synthesis gas into its components (hydrogen and carbon monoxide) and feed the two components to different synthesis processes, for example, the carbon monoxide to an alkoxycarbonylation plant and the hydrogen to a hydrogenation plant.
- the loaded absorbent BA is fed to at least one desorption column, preferably only a single desorption column, wherein the loaded absorbent BA is preheated before entering the desorption column.
- the loaded absorbent BA has a temperature in the range of 30 to 80 °C, preferably 35 to 70 °C.
- desorption takes place at a higher temperature than absorption.
- the preheating of the loaded absorption medium BA is preferably carried out by transferring energy from the discharged absorption medium EA to the loaded absorption medium BA in a heat exchanger.
- Direct transfer means that the two streams Although they do not contact each other directly, energy, especially heat, is transferred from EA to BA without the presence of an additional heat transfer medium.
- the preheating in step b) can be carried out using heat exchangers known to those skilled in the art.
- Suitable evaporators that can be used as heat exchangers include, for example, natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, boiler evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators.
- any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for the desired preheating can also be used.
- the separation of the acid gas from the laden absorption medium takes place in at least one desorption column.
- Any desorption column known to those skilled in the art can be used as the desorption column.
- the desorption column preferably contains internals. Suitable internals include, for example, trays, unstructured packings (random packing), or structured packings. Trays typically used are bubble-cap trays, sieve trays, valve trays with fixed or movable valves, tunnel trays, or slotted trays. Unstructured packings are generally random packings. The packings typically used are Raschig rings, Pall rings, Berl saddles, SuperRings/SuperRings Plus, or Intalox® saddles.
- the desorption column comprises a plurality of internals, preferably 2 to 50 internals, particularly preferably 2 to 15 internals.
- Step c) of the process according to the invention involves heating the loaded absorption medium in the desorption column by means of a bottom evaporator SV.
- the bottom evaporator SV is fed with a stream taken from the lower end of the desorption column and, after passing through the bottom evaporator SV, is returned to the desorption column, whereby at least some of the hydrogen sulfide and/or at least some of the carbon dioxide are released from the loaded absorption medium, producing a discharged absorption medium EA.
- bottom evaporators are referred to as evaporators that heat the bottom of the desorption column.
- evaporators that heat the bottom of the desorption column.
- Such a bottom evaporator is usually located outside the respective desorption column. Since energy, in particular heat, is transferred from one stream to another in bottom evaporators, they act as heat exchangers.
- the stream to be evaporated, the at least partially loaded absorbent is withdrawn from the bottom of the desorption column via an outlet and fed to the bottom evaporator.
- the evaporated stream optionally with a residual liquid portion, is returned to the respective desorption column in the bottom region via at least one inlet.
- Suitable evaporators that can be used as bottom evaporators include natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, kettle evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators.
- a tube bundle or plate evaporator is typically used as the heat exchanger for the evaporator in natural circulation evaporators and forced circulation evaporators.
- any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for use in a desorption column can also be used.
- the desorption in step c) is preferably carried out at a pressure of 1 to 3 bar, particularly preferably at a pressure of 1.2 to 2 bar.
- the temperature in step c) of the process according to the invention should preferably be in the range of 110 to 140 °C, particularly preferably in the range of 115 to 130 °C.
- the aim of desorption is to remove hydrogen sulfide and carbon dioxide from the loaded absorption medium BA. This occurs via elevated temperature.
- an acid gas containing at least hydrogen sulfide and/or carbon dioxide is withdrawn from the top of the desorption column.
- a discharged absorption medium EA is obtained, from which a large portion, i.e., preferably > 90%, particularly preferably > 99%, of the absorbed hydrogen sulfide and carbon monoxide has been removed.
- the discharged absorption medium EA is generally obtained at the bottom of the at least one desorption column.
- the discharged absorption medium EA is returned in step d) to the at least one absorption column in step a).
- the discharged absorption medium is obtained at a temperature in the range of 100 to 140 °C.
- the high temperature is necessary to remove hydrogen sulfide and carbon monoxide from the absorption medium.
- the discharged absorption medium cannot be returned to the at least one absorption column in step a). Instead, the discharged absorption medium must be cooled. In the present case, this is achieved by the heat integration according to the invention, in which energy is transferred from EA to a liquid or gaseous heat transfer medium W, thereby forming a heat transfer medium W1 and cooling the discharged absorption medium EA before entering the at least one absorption column.
- the transfer of energy, in particular heat energy, from the discharged absorption medium EA to the heat transfer medium W in step d) preferably takes place in a heat exchanger.
- a direct transfer of energy from the discharged absorption medium EA to the heat transfer medium W takes place.
- Direct transfer means that the two streams do not directly contact each other, but that energy, in particular heat, is transferred from EA to W without the presence of an additional heat transfer medium.
- the energy transfer in step d) can be carried out using heat exchangers known to those skilled in the art.
- Suitable evaporators that can be used as heat exchangers include, for example, natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, Boiler evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators.
- any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for the desired preheating can also be used.
- the heat transfer media W is preferably selected from the group consisting of water; alcohols; alcohol-water mixtures; salt-water solutions; ammonia; mineral oils, such as diesel oils; thermal oils, such as silicone oils; biological oils, such as limonene; and aromatic or aliphatic hydrocarbons, such as dibenzyltoluene.
- the heat transfer media W is water, methanol, ethanol, propanol, n-pentane, n-butane, n-hexane, n-propane, or ammonia.
- the heat transfer media W is preferably n-pentane.
- the heat transfer medium W is used in the liquid phase, i.e., a liquid heat transfer medium W, in step d) and energy, preferably thermal energy, is supplied to it in step d), the heat transfer medium W is at least partially evaporated, thereby obtaining an at least partially gaseous heat transfer medium W1. If the heat transfer medium W is used in the gaseous phase, i.e., a gaseous heat transfer medium W, in step d) and energy, preferably thermal energy, is supplied to it in step d), a gaseous heat transfer medium W1 is obtained.
- the formulation of liquid heat transfer medium means that > 50 wt.%, further preferably > 55 wt.%, further preferably > 75 wt.%, further preferably > 90 wt.% and particularly preferably > 99 wt.% of the heat transfer medium used in step d) is in the liquid state, in each case based on the total weight of the heat transfer medium used in step d).
- the formulation of gaseous heat transfer medium means that > 30 wt.%, further preferably > 50 wt.%, further preferably > 75 wt.%, further preferably > 90 wt.% and particularly preferably > 99 wt.% of the heat transfer medium used in step d) is in the gaseous state, in each case based on the total weight of the heat transfer medium used in step d).
- the heat transfer medium W1 has a higher temperature and/or a higher pressure than the heat transfer medium W.
- W1 has a temperature in the range from 30 °C to 110 °C, preferably in the range from 40 °C to 60 °C.
- the pressure of W1 is preferably in the range from 0.5 bar to 5 bar, more preferably 1 bar to 4 bar. It goes without saying that the heat transfer medium W1 corresponds to the heat transfer medium W and that W and W1 differ only in their respective pressure and/or temperature and, if W was used as a liquid, in their state of aggregation.
- the subsequent step e at least a portion of the heat transfer medium W1 is compressed, resulting in a heat transfer medium W2 that is more compressed than W1 and has a higher pressure than the heat transfer medium W1.
- the pressure of W2 after compression is preferably in the range from 1 bar to 20 bar, preferably 2 bar to 15 bar.
- the compression of at least a portion of the heat transfer medium W1 in step e) can be carried out in any desired manner known to the person skilled in the art.
- the compression can be carried out mechanically and in a single-stage or multi-stage process.
- single-stage means that compression takes place from one pressure level to another.
- Multi-stage means that compression is first carried out to a pressure level X and then from X to pressure level Y.
- multi-stage compression several compressors of the same design or compressors of different designs can be used.
- Multi-stage compression can be carried out with one or more compressor machines. The use of single-stage compression or multi-stage compression depends on the compression ratio and thus on the pressure to which the heat transfer medium W1 is to be compressed.
- a compressor preferably a mechanical compressor with which gas streams can also be compressed, is suitable as a compressor in the process according to the invention, in particular for compressing the heat transfer medium W1 in step e).
- Suitable compressors include, for example, single- or multi-stage geared turbocompressors, piston compressors, screw compressors, centrifugal compressors, or axial compressors.
- step h) of the process according to the invention energy is transferred from the compressed heat transfer medium W2 to the stream in the bottom evaporator SV.
- the energy of W2 decreases, so that W2 preferably condenses at least partially.
- the transfer of energy from W2 to the stream in the bottom evaporator SV, preferably the heating of the stream in the bottom evaporator SV by W2, preferably takes place directly.
- Direct transfer means that W2 and the stream in SV do not come into direct contact, but that energy, in particular thermal energy, is transferred from W2 to the stream in the SV without the presence of an additional heat transfer medium.
- the heat transfer devices or heat exchangers familiar to the person skilled in the art, in particular evaporators, can be used as the bottom evaporator SV.
- the energy transfer in step f) can be carried out by methods known to those skilled in the art or using heat exchangers known to those skilled in the art.
- Suitable evaporators that can be used as heat exchangers include, for example, natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, kettle evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators.
- any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for use in a distillation column can also be used.
- the energy transfer in step f) can occur in different ways.
- the compressed heat transfer medium W2 itself can be used in the heat exchanger to transfer energy from W2 to the stream in the bottom evaporator Sv.
- some of the absorption media mentioned are disadvantageous.
- the evaporation temperature for n-butane, ammonia, and propanol k is above the critical point, and sufficient condensation cannot be achieved.
- a person skilled in the art would take this into account when selecting the appropriate heat transfer medium based on their usual specialist knowledge.
- step f) energy is first transferred to another heat transfer medium, such as water.
- the energy transfer in step f) then occurs in such a way that steam is generated via the compressed heat transfer medium W2 in an evaporator, which steam is used for heating in the bottom evaporator SV.
- the evaporators mentioned above can be used as evaporators.
- the steam is preferably water vapor.
- step f) Regardless of whether the energy in step f) is transferred by W2 itself or by the generated steam, W2 or the steam can be used for further preheating of the loaded absorbent BA. This allows for additional energy savings that would otherwise have to be supplied externally.
- the heat transfer medium W2 is recycled after the energy transfer in step f) and reused as heat transfer medium W in step d).
- the heat transfer medium is thus circulated, and only a single heat transfer medium is used in steps d), e), and f).
- the heat transfer medium W1 is compressed twice in step e).
- a compressed heat transfer medium W1.1 is produced which has a higher pressure than W1
- the compressed heat transfer medium W2 is produced which has a higher pressure than W1.1.
- W2 is then used for the energy transfer in step f), as already described.
- Two individual compressors can be used for the double compression.
- the use of a single multi-stage compressor is also possible, with which both compressions V1 and V2 can be carried out independently of one another.
- the heat transfer medium W2 is preferably at least partially condensed during the energy transfer in step f). It is further preferred that the at least partially condensed heat transfer medium W2 is fed into a flash tank operated at the pressure level between the two compression stages V1 and V2. Particularly preferably, the flash portion in the flash tank is passed as a gas phase between the two compression stages. This allows a portion of the energy present in the heat transfer medium W2 after the energy transfer in step f) to be utilized. The flash portion is mixed with the compressed heat transfer medium W1.1, the second compression stage V2. and led to energy transfer in step f). Only the liquid portion in the flash tank is then led to step d) as heat transfer medium W and passes through steps d), e), and f).
- Fig. 1 shows a non-inventive embodiment of the process.
- the crude synthesis gas (1) contaminated with CO2 and H2S is contacted with an absorption medium in countercurrent in the first absorption column (2).
- a gas stream (3) is withdrawn from the top of the first absorption column (2), passed into the second absorption column (5), and again contacted with the absorption medium in countercurrent.
- the purified synthesis gas (6) is withdrawn from the top of the second absorption column and used in other plants, for example in hydroformylation.
- the partially loaded absorption medium (7) obtained in the second absorption column is fed to the first distillation column (2).
- the loaded absorption medium (4) is withdrawn from the bottom of the column (2), subjected to heat integration in the heat exchanger (8), and thereby heated.
- the absorption medium Before being fed into the desorption column (10), it is further heated by means of low-pressure steam via a preheater (9).
- the desorption column (10) the absorption medium is freed of hydrogen sulfide and carbon dioxide, and a sour gas (15) is removed at the top of the column (10).
- Energy is introduced into the system via the bottom evaporator SV (11).
- the discharged absorption medium (12) is removed from the bottom of the desorption column (10) and fed via a booster pump (13) for heat integration at the heat exchanger (8).
- the absorption medium Before being reused in the second absorption column (5), the absorption medium is cooled with cooling water at the heat exchanger (14).
- Fig. 2 shows an embodiment of the method according to the invention, which corresponds in large parts to Fig. 1.
- the thermal energy of the discharged absorption medium is partially utilized using a heat pump.
- the heat transfer medium W preferably n-pentane
- the heat transfer medium is preheated via the heat exchanger (20) and subjected to multi-stage compression in two compressor stages (21, 22).
- heating steam is generated via the heat transfer medium, which is used for heating in the preheater (9) and the bottom evaporator (11).
- the at least partially condensed steam is fed back into the heat exchanger (23) via a booster pump (26).
- the heat transfer medium is subjected to an intermediate flash (24).
- the gas phase generated in the intermediate flash (24) is recirculated to a section between the compressor stages (21 and 22).
- the liquid portion from the intermediate flash is fed to the heat exchanger (25).
- Fig. 3 shows an embodiment of the method according to the invention, which largely corresponds to Fig. 1.
- the thermal energy of the discharged absorption medium is partially utilized with a heat pump.
- the heat transfer medium is used directly as a heating medium.
- the heat transfer medium W preferably n-pentane
- the heat transfer medium is preheated via the heat exchanger (20) and subjected to a multi-stage compression in two compressor stages (21, 22). During the first compression, a partial flow of the heat transfer medium can be used for preheating (9).
- the other part of the heat transfer medium is fed to the second compression stage (22) and subsequently used for heating in the bottom evaporator (11).
- the same feed stream is used as the basis for all subsequent examples.
- the raw syngas composition is considered as follows: 51 vol.% CO, 45 vol.% H2, 3.5 vol.% CO2, 0.3 vol.% H2S, and 0.2 vol.% H2O.
- the calculations were performed using Aspen Plus® Version 10 and an adapted property model based on operationally validated property data.
- the simulation was carried out using the process configuration shown in Fig. 1. The following parameters were taken into account in the simulation.
- the absorbent fresh: 15% water, 45% DIPA and 40% sulfolane
- the purified synthesis gas (6) is withdrawn from the second absorption column (5) at 35 bar abs and 47°C.
- the loaded absorbent is withdrawn from the bottom of the first absorption column (2) at approx. 60°C and heated to 102°C in the heat exchanger (8). It is heated to 118°C by the preheater (9).
- the preheater is operated with 1.2 t/h of low-pressure steam.
- n-pentane is evaporated in the heat exchanger (25) at 1.2 bar abs and 40°C.
- the n-pentane is preheated via the heat exchanger 20 and subjected to multi-stage compression (21, 22) using a machine. This requires an electrical output of 1.1 MW.
- 5.4 t/h of heating steam at 4 bar abs is generated from the upgraded waste heat, which is used to heat the preheater (9) and bottom evaporator.
- a total of 3 MW of heating output (by 5.4 t/h steam) was replaced with 1.1 MW of electrical output.
- Example 3 (according to the invention)
- n-pentane is vaporized in the heat exchanger (25) at 1.2 bar abs and 40°C.
- the n-pentane is preheated via heat exchanger 20 and subjected to multi-stage compression (21, 22). This requires a total electrical power of 0.95 MW.
- a total of 3 MW of heating power (by 5.4 t/h of steam) was replaced with 0.95 MW of electrical power.
- Examples 2 and 3 according to the invention demonstrate a process for raw synthesis gas scrubbing in which steam can be replaced by heat integration. By substituting steam with green electricity, up to 9000 CO2eqt/a can be saved and operating costs reduced.
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Abstract
Description
Energieeffizientes Verfahren der Rohsynthesegasreinigung Energy-efficient process for raw synthesis gas purification
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Rohsynthesegas, das zumindest Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthält, mit einem Absorptionsmittel. Das Verfahren zeichnet sich dadurch, dass Energie vom entladenen Absorptionsmittel mittels eines Wärmeträgers innerhalb des Prozesses nutzbar gemacht wird, um Energiekosten und CO2 einzusparen. The invention relates to a process for purifying raw synthesis gas, which contains at least carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide, and carbon dioxide, using an absorbent. The process is characterized by harnessing energy from the discharged absorbent within the process by means of a heat transfer medium, thereby saving energy costs and CO2 emissions.
Die Reinigung von Rohsynthesegas ist ein in der Literatur bekanntes Verfahren, das sogenannte Sulfinol- Verfahren. Das Sulfinol-Verfahren ist ein Verfahren zur Entfernung saurer Bestandteile (Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und/oder Kohlenoxidsulfid) aus Erdgas, Ferngas und Synthesegas. Aus dem Rohgas werden die sauren Bestandteile dabei unter Druck mit einem Absorptionsmittel aus Sulfolan und Diisopropanolamin in einer Absorptionskolonne ausgewaschen. In einem nachgeschalteten Verfahrensschritt werden die sauren Gasbestandteile aus dem beladenen Absorptionsmittel ausgetrieben. The purification of raw synthesis gas is a process known in the literature, the so-called sulfinol process. The sulfinol process is a method for removing acidic components (carbon dioxide, hydrogen sulfide, and/or carbon monoxide sulfide) from natural gas, long-distance gas, and synthesis gas. The acidic components are scrubbed from the raw gas under pressure using an absorbent consisting of sulfolane and diisopropanolamine in an absorption column. In a subsequent process step, the acidic gas components are expelled from the loaded absorbent.
Insbesondere beim Austreiben der Gasbestandteile aus dem beladene Absorptionsmittel in einer Desorptionskolonne muss eine große Menge an Energie extern zugeführt werden. Als externe Wärmequelle wird üblicherweise Heizdampf eingesetzt. Steigende Energiepreise haben also einen erheblichen Einfluss auf das Verfahren. Zudem werden bei der Erzeugung des Heizdampfes große Mengen an CO2 freigesetzt. Particularly when removing gas components from the loaded absorption medium in a desorption column, a large amount of energy must be supplied externally. Heating steam is typically used as an external heat source. Rising energy prices therefore have a significant impact on the process. Furthermore, large amounts of CO2 are released during the generation of heating steam.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines Reinigungsverfahrens für Synthesegas, bei dem weniger oder gar keine Energie extern zugeführt werden muss. Zusätzlich dazu sollte ein Reinigungsverfahren bereitgestellt werden mit dem CO2 eingespart werden kann. The objective of the present invention was to provide a purification process for synthesis gas that requires less or no external energy input. In addition, a purification process that can save CO2 emissions should be provided.
Die zugrundeliegenden Aufgaben konnten durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Rohsynthesegas gemäß Anspruch 1 gelöst werden. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. The underlying objects could be achieved by the inventive method for purifying raw synthesis gas according to claim 1. Preferred embodiments of the method are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Reinigung von Rohsynthesegas, das zumindest Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthält, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Inkontaktbringen des Rohsynthesegases mit einem Absorptionsmittel, das aus 10 bis 20 Gew.-% Wasser, 40 bis 50 Gew.-% DI PA und 35 bis 45 Gew.-% Sulfolan umfasst besteht, wobei sich die Mengen der drei Komponenten Wasser, Diisopropylamin (DIPA) und Sulfolan sich zu 100% addieren, in mindestens einer Absorptionskolonne, wodurch zumindest ein Teil des Schwefelwasserstoffs und/oder zumindest ein Teil des Kohlendioxids in das Absorptionsmittel übergehen und ein beladenes Absorptionsmittel BA entsteht und wodurch ein gereinigter Synthesegasstrom anfällt; b) Zuführen des beladenen Absorptionsmittels BA zu mindestens einer Desorptionskolonne, wobei das beladene Absorptionsmittel BA vor dem Eintritt in die Desorptionskolonne vorgewärmt wird; c) Erhitzen des beladenen Absorptionsmittels in der Desorptionskolonne mittels eines Sumpfverdampfers SV, der mit einem Strom gespeist wird, der am unteren Ende der Desorptionskolonne entnommen wird und nach Durchlaufen des Sumpfverdampfers SV wieder zur Desorptionskolonne geführt wird, wodurch zumindest ein Teil des Schwefelwasserstoffs und/oder zumindest ein Teil des Kohlendioxids aus dem beladenen Absorptionsmittel ausgasen und ein entladenes Absorptionsmittel EA entsteht, das am Sumpf der mindestens einen Desorptionskolonne anfällt; d) Zurückführen des entladenen Absorptionsmittels EA zu der mindestens einen Absorptionskolonne in Schritt a), wobei Energie von EA auf einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger W übertragen wird, wodurch ein Wärmeträger W1 entsteht, der gegenüber dem Wärmeträger W eine erhöhte Temperatur aufweist, und wodurch das entladene Absorptionsmittel EA vor dem Eintritt in die mindestens eine Absorptionskolonne gekühlt wird; e) Verdichten mindestens eines Teils des Wärmeträgers W1 , wodurch ein verdichteter Wärmeträger W2 entsteht, der einen höheren Druck aufweist als der Wärmeträger W1 ; und f) Übertragen von Energie vom verdichteten Wärmeträger W2 auf den Strom im Sumpfverdampfer SV. The process according to the invention is a process for purifying raw synthesis gas which contains at least carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide and carbon dioxide, the process comprising at least the following steps: a) bringing the raw synthesis gas into contact with an absorption medium which consists of 10 to 20 wt.% water, 40 to 50 wt.% DIPA and 35 to 45 wt.% sulfolane, the amounts of the three components water, diisopropylamine (DIPA) and sulfolane adding up to 100%, in at least one absorption column, whereby at least a portion of the hydrogen sulfide and/or at least a portion of the carbon dioxide passes into the absorption medium and a loaded absorption medium BA is formed and whereby a purified synthesis gas stream is obtained; b) feeding the loaded absorption medium BA to at least one desorption column, wherein the loaded absorption medium BA is preheated before entering the desorption column; c) heating the loaded absorption medium in the desorption column by means of a bottom evaporator SV, which is fed with a stream taken from the lower end of the desorption column and, after passing through the bottom evaporator SV, is returned to the desorption column, whereby at least a portion of the hydrogen sulfide and/or at least a portion of the carbon dioxide are outgassed from the loaded absorption medium and a discharged absorption medium EA is formed, which is obtained at the bottom of the at least one desorption column; d) returning the discharged absorption medium EA to the at least one absorption column in step a), wherein energy is transferred from EA to a liquid or gaseous heat carrier W, whereby a heat carrier W1 is produced which has an elevated temperature compared to the heat carrier W, and whereby the discharged absorption medium EA is cooled before entering the at least one absorption column; e) compressing at least a portion of the heat carrier W1, whereby a compressed heat carrier W2 is produced which has a higher pressure than the heat carrier W1; and f) transferring energy from the compressed heat carrier W2 to the stream in the bottom evaporator SV.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Wärmeintegration aus, bei der Energie in Form von Wärme aus dem einen Teil des Verfahrens auf einen anderen Teil übertragen wird. Dabei kommt ein Wärmeträger zum Einsatz. Der Absorptionsprozess ist exotherm, wobei die Absorptionswärme in der Regel über einen Kühler aus dem System entzogen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dagegen vor, diese Wärme nutzbar zu machen in dem ein Wärmeträger eingesetzt wird. Dabei wird die Absorptionswärme nicht über das Kühlwasser abgeführt, sondern genutzt, um einen Wärmeträger zu verdampfen und anschließend zur Beheizung des Sumpfverdampfers eingesetzt zu werden. The process according to the invention is characterized by heat integration, in which energy is transferred in the form of heat from one part of the process to another. A heat transfer medium is used for this purpose. The absorption process is exothermic, with the absorption heat generally being extracted from the system via a cooler. The process according to the invention, however, utilizes this heat by using a heat transfer medium. The absorption heat is not dissipated via the cooling water, but is used to evaporate a heat transfer medium and then used to heat the bottom evaporator.
Das für die Reinigung einzusetzende Rohsynthesegas entstammt der Herstellung von Synthesegas. Die Synthesegasherstellung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Erdölspaltung. Dabei kann es produktionsbedingt zur Bildung Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid kommen. Es fällt bei der Herstellung von Synthesegas deshalb zunächst ein Rohsynthesegas an, das zumindest Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthält. Die Mengen von Kohlendioxid im Rohsynthesegas können variieren und betragen maximal 10 Vol.-%, vorzugsweise maximal 4 Vol.-% bezogen auf das gesamte Volumen des Rohsynthesegases. Die Mengen an Schwefelwasserstoff können ebenfalls variieren, sind aber üblicherweise geringer und betragen maximal 1 Vol.-%, vorzugsweise maximal 0,5 Vol.-% bezogen auf das gesamte Volumen des Rohsynthesegases. Derartige Ströme werden im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Im ersten Schritt a) wird Rohsynthesegas mit einem Absorptionsmittel, aus 10 bis 20 Gew.-% Wasser, 40 bis 50 Gew.-% DI PA und 35 bis 45 Gew.-% Sulfolan umfasst besteht, wobei sich die Mengen der drei Komponenten Wasser, Diisopropylamin (DIPA) und Sulfolan sich zu 100% addieren, in mindestens einer Absorptionskolonne in Kontakt gebracht, wodurch zumindest ein Teil des Schwefelwasserstoffs und/oder zumindest ein Teil des Kohlendioxids in das Absorptionsmittel übergehen und ein beladenes Absorptionsmittel BA entsteht und wodurch ein gereinigter Synthesegasstrom anfällt. The raw synthesis gas used for purification comes from the production of synthesis gas. Synthesis gas can be produced in various ways, for example by crude oil cracking. During production, hydrogen sulfide and carbon dioxide can be formed. The production of synthesis gas therefore initially produces a raw synthesis gas which contains at least carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide and carbon dioxide. The amounts of carbon dioxide in the raw synthesis gas can vary and amount to a maximum of 10 vol.%, preferably a maximum of 4 vol.%, based on the total volume of the raw synthesis gas. The amounts of hydrogen sulfide can also vary, but are usually lower and amount to a maximum of 1 vol.%, preferably a maximum of 0.5 vol.%, based on the total volume of the raw synthesis gas. Such streams are used in the process according to the invention. In the first step a), raw synthesis gas is brought into contact in at least one absorption column with an absorption medium consisting of 10 to 20 wt.% water, 40 to 50 wt.% DIPA and 35 to 45 wt.% sulfolane, the amounts of the three components water, diisopropylamine (DIPA) and sulfolane adding up to 100%, whereby at least part of the hydrogen sulfide and/or at least part of the carbon dioxide are transferred into the absorption medium and a loaded absorption medium BA is formed and a purified synthesis gas stream is obtained.
Das Absorptionsmittel umfasst mindestens Wasser, Diisopropylamin (DIPA) und Sulfolan. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besteht das eingesetzte Absorptionsmittel nur aus den drei Komponenten Wasser, Diisopropylamin (DIPA) und Sulfolan. Dieses Absorptionsmittel kann die drei Komponenten in unterschiedlichen Mengen enthalten. Das Absorptionsmittel besteht aus 10 bis 20 Gew.-% Wasser, 40 bis 50 Gew.-% DI PA und 35 bis 45 Gew.-% Sulfolan, jeweils bezogen auf das gesamte Absorptionsmittel. Die Mengen der drei Komponenten Wasser, Diisopropylamin (DIPA) und Sulfolan müssen sich zu 100% addieren. The absorbent comprises at least water, diisopropylamine (DIPA), and sulfolane. In the present invention, the absorbent used consists only of the three components water, diisopropylamine (DIPA), and sulfolane. This absorbent can contain the three components in varying amounts. The absorbent consists of 10 to 20 wt.% water, 40 to 50 wt.% DIPA, and 35 to 45 wt.% sulfolane, each based on the total absorbent. The amounts of the three components water, diisopropylamine (DIPA), and sulfolane must add up to 100%.
Die Absorption in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in mindestens einer Absorptionskolonne durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, dass in Schritt a) mehr als eine Absorptionskolonne eingesetzt wird. Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Absorption in Schritt a) in mindestens zwei Absorptionskolonnen, vorzugsweise in exakt zwei Absorptionskolonnen durchgeführt. The absorption in step a) of the process according to the invention is carried out in at least one absorption column. However, it is also possible to use more than one absorption column in step a). According to the invention, the absorption in step a) is preferably carried out in at least two absorption columns, preferably in exactly two absorption columns.
Wird die Absorption in Schritt a) in zwei Absorptionskolonnen durchgeführt, wird das entladene Absorptionsmittel EA zunächst zur zweiten Absorptionskolonne geleitet, wo ein teilweise beladenes Absorptionsmittel entsteht, das dann zur ersten Absorptionskolonne geleitet wird, wodurch dort das beladene Absorptionsmittel entsteht, das zur Desorption in Schritt c) geführt wird. Das Rohsynthesegas wird dann bevorzugt zunächst in die erste Absorptionskolonne eingeleitet und von dort zur zweiten Absorptionskolonne geleitet. Das gereinigte Synthesegas wird demzufolge am Kopf der zweiten Absorptionskolonne abgenommen. If the absorption in step a) is carried out in two absorption columns, the unloaded absorption medium EA is first passed to the second absorption column, where a partially loaded absorption medium is formed. This is then passed to the first absorption column, where the loaded absorption medium is formed, which is then passed for desorption in step c). The raw synthesis gas is then preferably first introduced into the first absorption column and from there passed to the second absorption column. The purified synthesis gas is thus removed at the top of the second absorption column.
Als Absorptionskolonne kann jede beliebige, dem Fachmann bekannte Absorptionskolonne eingesetzt werden. Bevorzugt enthält die Absorptionskolonne Einbauten. Geeignete Einbauten sind zum Beispiel Böden, unstrukturierte Packungen (Füllkörper) oder strukturierte Packungen. Als Böden werden üblicherweise Glockenböden, Siebböden, Ventilböden mit festen oder beweglichen Ventilen, Tunnelböden oder Schlitzböden eingesetzt. Unstrukturierte Packungen sind im Allgemeinen Füllkörperschüttungen. Als Füllkörper werden üblicherweise Raschigringe, Pallringe, Berl-Sättel, SuperRinge/SuperRinge Plus oder Intalox®-Sättel verwendet. Strukturierte Packungen werden zum Beispiel unter dem Handelsnamen Mellapak® der Firma Sulzer vertrieben. Neben den genannten Einbauten sind dem Fachmann weitere geeignete Einbauten bekannt und können ebenfalls verwendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Absorptionskolonne eine Vielzahl von Einbauten, vorzugsweise 2 bis 50 Einbauten, besonders bevorzugt 2 bis 15 Einbauten. Die Absorption in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise bei einem Druck von 20 bis 50 bar, besonders bevorzugt bei einem Druck von 25 bis 40 bar betrieben. Die Temperatur bei der Absorption in Schritt a) liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 80 °C, vorzugsweise im Bereich von 35 bis 70 °C. Wird die Absorption in Schritt a) in zwei Absorptionskolonnen durchgeführt, liegen der Druck und die Temperatur in den beiden Absorptionskolonnen jeweils in den oben genannten Bereichen (Druck: 20 bis 50 bar, bevorzugt 25 bis 40 bar / Temperatur 30 bis 80 °C, vorzugsweise 35 bis 70 °C), müssen aber nicht identisch sein. Das bedeutet, dass die Absorptionskolonnen auch bei unterschiedlichem Druck und bei unterschiedlicher Temperatur betrieben werden können. Any absorption column known to the person skilled in the art can be used as the absorption column. The absorption column preferably contains internals. Suitable internals include, for example, trays, unstructured packings (random packing), or structured packings. Trays typically used are bubble-cap trays, sieve trays, valve trays with fixed or movable valves, tunnel trays, or slotted trays. Unstructured packings are generally random packings. Raschig rings, Pall rings, Berl saddles, SuperRings/SuperRings Plus, or Intalox® saddles are typically used as the packing. Structured packings are marketed, for example, under the trade name Mellapak® by Sulzer. In addition to the internals mentioned, other suitable internals are known to the person skilled in the art and can likewise be used. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the absorption column comprises a plurality of internals, preferably 2 to 50 internals, more preferably 2 to 15 internals. The absorption in step a) of the process according to the invention is preferably operated at a pressure of 20 to 50 bar, particularly preferably at a pressure of 25 to 40 bar. The temperature during the absorption in step a) is preferably in the range of 30 to 80 °C, more preferably in the range of 35 to 70 °C. If the absorption in step a) is carried out in two absorption columns, the pressure and temperature in the two absorption columns are each within the above-mentioned ranges (pressure: 20 to 50 bar, preferably 25 to 40 bar / temperature 30 to 80 °C, preferably 35 to 70 °C), but do not have to be identical. This means that the absorption columns can also be operated at different pressures and temperatures.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Absorption in Schritt a) im Gegenstrom betrieben wird, d. h. das Rohsynthesegas und das Absorptionsmittel im Gegenstrom miteinander in Kontakt gebracht werden. Liegen zwei oder mehr Absorptionskolonnen vor, ist es bevorzugt, wenn alle Absorptionskolonne im Gegenstrom betrieben werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Rohsynthesegas in den unteren Teil der mindestens einen Absorptionskolonne und das Absorptionsmittel in den oberen Teil der mindestens einen Absorptionskolonne eingeleitet wird. Das Rohsynthesegas wird dann nach oben strömen und mit dem herunterlaufenden Absorptionsmittel in Kontakt kommen. Die Verunreinigungen (Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid) werden dabei ausgewaschen. Über die vorzugsweise in der mindestens einen Absorptionskolonne vorliegenden Einbauten kann eine bessere Verteilung und damit ein verbesserter Kontakt zwischen Rohsynthesegas und Absorptionsmittel erreicht werden. It is further preferred that the absorption in step a) is operated in countercurrent, i.e., the crude synthesis gas and the absorption medium are brought into contact with one another in countercurrent. If two or more absorption columns are present, it is preferred if all absorption columns are operated in countercurrent. It is preferred if the crude synthesis gas is introduced into the lower part of the at least one absorption column and the absorption medium into the upper part of the at least one absorption column. The crude synthesis gas will then flow upwards and come into contact with the descending absorption medium. The impurities (hydrogen sulfide and carbon dioxide) are washed out in the process. The internals preferably present in the at least one absorption column can achieve better distribution and thus improved contact between the crude synthesis gas and the absorption medium.
In Schritt a) fällt ein gereinigter Synthesegasstrom an. Der gereinigte Synthesegasstrom kann anschließend als Rohstoff eingesetzt werden. So kann der gereinigte Synthesegasstrom zu einer Hydroformylierung geleitet wird und dort für die Umsetzung von Olefinen zu Aldehyden eingesetzt werden. Möglich wäre auch das Synthesegas in seine Komponenten zu zerlegen (Wasserstoff und Kohlenmonoxid) und die beiden Komponenten zu unterschiedlichen Syntheseverfahren zu leiten, das Kohlenmonoxid beispielsweise zu einer Alkoxycarbonylierung und den Wasserstoff zu einer Hydrierung. In step a), a purified synthesis gas stream is produced. The purified synthesis gas stream can then be used as a raw material. The purified synthesis gas stream can be fed to a hydroformylation plant, where it can be used to convert olefins into aldehydes. It would also be possible to split the synthesis gas into its components (hydrogen and carbon monoxide) and feed the two components to different synthesis processes, for example, the carbon monoxide to an alkoxycarbonylation plant and the hydrogen to a hydrogenation plant.
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das beladene Absorptionsmittels BA zu mindestens einer Desorptionskolonne, vorzugsweise nur einer einzigen Desorptionskolonne, geführt, wobei das beladene Absorptionsmittel BA vor dem Eintritt in die Desorptionskolonne vorgewärmt wird. Das beladene Absorptionsmittel BA weist nach der Absorption eine Temperatur im Bereich von 30 bis 80 °C, vorzugsweise 35 bis 70 °C auf. Die Desorption findet jedoch bei höherer Temperatur statt als die Absorption. Insofern ist es von Vorteil das beladene Absorptionsmittel BA vor dem Eintritt in die Desorptionskolonne vorzuwärmen, da nicht die gesamte Desorptionsenergie über den Sumpfverdampfer der Desorptionskolonne eingebracht werden muss. In step b) of the process according to the invention, the loaded absorbent BA is fed to at least one desorption column, preferably only a single desorption column, wherein the loaded absorbent BA is preheated before entering the desorption column. After absorption, the loaded absorbent BA has a temperature in the range of 30 to 80 °C, preferably 35 to 70 °C. However, desorption takes place at a higher temperature than absorption. In this respect, it is advantageous to preheat the loaded absorbent BA before entering the desorption column, since not all of the desorption energy needs to be introduced via the bottom evaporator of the desorption column.
Die Vorwärmung des beladenen Absorptionsmittel BA erfolgt vorzugsweise dadurch, dass in einem Wärmetauscher Energie vom entladenen Absorptionsmittel EA auf das beladene Absorptionsmittel BA übertragen wird. Es findet dabei eine direkte Übertragung von Energie vom entladenen Absorptionsmittel EA auf das beladene Absorptionsmittel BA statt. Direkte Übertragung bedeutet, dass die beiden Ströme sich zwar nicht direkt kontaktieren, aber dass Energie, insbesondere Wärme, von EA auf BA übergeht, ohne dass ein zusätzliches Wärmeüberträgermedium vorhanden ist. The preheating of the loaded absorption medium BA is preferably carried out by transferring energy from the discharged absorption medium EA to the loaded absorption medium BA in a heat exchanger. This involves a direct transfer of energy from the discharged absorption medium EA to the loaded absorption medium BA. Direct transfer means that the two streams Although they do not contact each other directly, energy, especially heat, is transferred from EA to BA without the presence of an additional heat transfer medium.
Die Vorwärmung in Schritt b) kann mit dem Fachmann bekannten Wärmetauschern durchgeführt werden. Geeignete Verdampfer, die als Wärmetauscher eingesetzt werden können, sind zum Beispiel Naturumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer mit Entspannung, Kesselverdampfer, Fallfilmverdampfer oder Dünnschichtverdampfer. Neben den genannten kann aber auch jede beliebige andere, dem Fachmann bekannte Verdampferbauart, die sich zum Einsatz für die gewünschte Vorwärmung eignet, eingesetzt werden. The preheating in step b) can be carried out using heat exchangers known to those skilled in the art. Suitable evaporators that can be used as heat exchangers include, for example, natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, boiler evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators. In addition to the aforementioned evaporators, any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for the desired preheating can also be used.
Die Abtrennung des Sauergases aus dem beladenen Absorptionsmittel findet in mindestens einer Desorptionskolonne statt. Als Desorptionskolonne kann jede beliebige, dem Fachmann bekannte Desorptionskolonne eingesetzt werden. Bevorzugt enthält die Desorptionskolonne Einbauten. Geeignete Einbauten sind zum Beispiel Böden, unstrukturierte Packungen (Füllkörper) oder strukturierte Packungen. Als Böden werden üblicherweise Glockenböden, Siebböden, Ventilböden mit festen oder beweglichen Ventilen, Tunnelböden oder Schlitzböden eingesetzt. Unstrukturierte Packungen sind im Allgemeinen Füllkörperschüttungen. Als Füllkörper werden üblicherweise Raschigringe, Pallringe, Berl-Sättel, SuperRinge/SuperRinge Plus oder Intalox®-Sättel verwendet. Strukturierte Packungen werden zum Beispiel unter dem Handelsnamen Mellapak® der Firma Sulzer vertrieben. Neben den genannten Einbauten sind dem Fachmann weitere geeignete Einbauten bekannt und können ebenfalls verwendet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Desorptionskolonne eine Vielzahl von Einbauten, vorzugsweise 2 bis 50 Einbauten, besonders bevorzugt 2 bis 15 Einbauten. The separation of the acid gas from the laden absorption medium takes place in at least one desorption column. Any desorption column known to those skilled in the art can be used as the desorption column. The desorption column preferably contains internals. Suitable internals include, for example, trays, unstructured packings (random packing), or structured packings. Trays typically used are bubble-cap trays, sieve trays, valve trays with fixed or movable valves, tunnel trays, or slotted trays. Unstructured packings are generally random packings. The packings typically used are Raschig rings, Pall rings, Berl saddles, SuperRings/SuperRings Plus, or Intalox® saddles. Structured packings are marketed, for example, under the trade name Mellapak® by Sulzer. In addition to the internals mentioned, other suitable internals are known to those skilled in the art and can also be used. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the desorption column comprises a plurality of internals, preferably 2 to 50 internals, particularly preferably 2 to 15 internals.
Schritt c) des erfindungsgemäße sieht das Erhitzen des beladenen Absorptionsmittels in der Desorptionskolonne mittels eines Sumpfverdampfers SV vor. Der Sumpfverdampfer SV der mit einem Strom gespeist wird, der am unteren Ende der Desorptionskolonne entnommen wird und nach Durchlaufen des Sumpfverdampfers SV wieder zur Desorptionskolonne geführt wird, wodurch zumindest ein Teil des Schwefelwasserstoffs und/oder zumindest ein Teil des Kohlendioxids aus dem beladenen Absorptionsmittel ausgasen und ein entladenes Absorptionsmittel EA entsteht. Step c) of the process according to the invention involves heating the loaded absorption medium in the desorption column by means of a bottom evaporator SV. The bottom evaporator SV is fed with a stream taken from the lower end of the desorption column and, after passing through the bottom evaporator SV, is returned to the desorption column, whereby at least some of the hydrogen sulfide and/or at least some of the carbon dioxide are released from the loaded absorption medium, producing a discharged absorption medium EA.
Als Sumpfverdampfer werden erfindungsgemäß Verdampfer bezeichnet, die den Sumpf der Desorptionskolonne beheizen. Ein derartiger Sumpfverdampfer ist üblicherweise außerhalb der jeweiligen Desorptionskolonne angeordnet. Da in Sumpfverdampfern Energie, insbesondere Wärme, von einem Strom auf einen anderen übertragen wird, sind sie Wärmeüberträger. Über einen Abzug aus dem Sumpf der Desorptionskolonne wird der zu verdampfende Strom, das zumindest teilweise beladene Absorptionsmittel, abgezogen und dem Sumpfverdampfer zugeführt. Über mindestens einen Zulauf wird der verdampfte Strom gegebenenfalls mit einem Restanteil Flüssigkeit wieder in die jeweilige Desorptionskolonne im Bereich des Sumpfs zurückgeführt. Geeignete Verdampfer, die als Sumpfverdampfer eingesetzt werden können, sind zum Beispiel Naturumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer mit Entspannung, Kesselverdampfer, Fallfilmverdampfer oder Dünnschichtverdampfer. Als Wärmeübertrager für den Verdampfer wird bei Naturumlaufverdampfern und Zwangsumlaufverdampfern üblicherweise ein Rohrbündel oder Plattenapparat eingesetzt. Neben den genannten kann aber auch jede beliebige andere, dem Fachmann bekannte Verdampferbauart, die sich zum Einsatz an einer Desorptionskolonne eignet, eingesetzt werden. According to the invention, bottom evaporators are referred to as evaporators that heat the bottom of the desorption column. Such a bottom evaporator is usually located outside the respective desorption column. Since energy, in particular heat, is transferred from one stream to another in bottom evaporators, they act as heat exchangers. The stream to be evaporated, the at least partially loaded absorbent, is withdrawn from the bottom of the desorption column via an outlet and fed to the bottom evaporator. The evaporated stream, optionally with a residual liquid portion, is returned to the respective desorption column in the bottom region via at least one inlet. Suitable evaporators that can be used as bottom evaporators include natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, kettle evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators. A tube bundle or plate evaporator is typically used as the heat exchanger for the evaporator in natural circulation evaporators and forced circulation evaporators. In addition to the above, any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for use in a desorption column can also be used.
Die Desorption in Schritt c) wird vorzugsweise bei einem Druck von 1 bis 3 bar, besonders bevorzugt bei einem Druck von 1 ,2 bis 2 bar betrieben. Die Temperatur sollte in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise im Bereich von 110 bis 140 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 115 bis 130 °C liegen. The desorption in step c) is preferably carried out at a pressure of 1 to 3 bar, particularly preferably at a pressure of 1.2 to 2 bar. The temperature in step c) of the process according to the invention should preferably be in the range of 110 to 140 °C, particularly preferably in the range of 115 to 130 °C.
Ziel der Desorption ist die Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus dem beladenen Absorptionsmittel BA. Das geschieht über die erhöhte Temperatur. Als Resultat wird in Schritt c) am Kopf der Desorptionskolonne ein Sauergas entnommen, was zumindest Schwefelwasserstoff und/oder Kohlendioxid enthält. Zusätzlich dazu fällt ein entladenes Absorptionsmittel EA an, aus dem ein Großteil, d. h. vorzugsweise > 90 %, besonders bevorzugt > 99 % des absorbierten Schwefelwasserstoffs und des absorbierten Kohlenmonoxids entfernt worden sind. Das entladene Absorptionsmittel EA fällt in der Regel am Sumpf der mindestens einen Desorptionskolonne an. The aim of desorption is to remove hydrogen sulfide and carbon dioxide from the loaded absorption medium BA. This occurs via elevated temperature. As a result, in step c), an acid gas containing at least hydrogen sulfide and/or carbon dioxide is withdrawn from the top of the desorption column. In addition, a discharged absorption medium EA is obtained, from which a large portion, i.e., preferably > 90%, particularly preferably > 99%, of the absorbed hydrogen sulfide and carbon monoxide has been removed. The discharged absorption medium EA is generally obtained at the bottom of the at least one desorption column.
Das entladene Absorptionsmittel EA wird in Schritt d) zu der mindestens einen Absorptionskolonne in Schritt a) zurückgeführt. Das entladene Absorptionsmittel fällt dabei mit einer Temperatur im Bereich von 100 bis 140 °C an. Die hohe Temperatur ist notwendig, um Schwefelwasserstoff und Kohlenmonoxid aus dem Absorptionsmittel zu entfernen. Mit dieser hohen Temperatur kann das entladene Absorptionsmittel nicht in die mindestens eine Absorptionskolonne in Schritt a) zurückgeführt werden. Stattdessen muss das entladene Absorptionsmittel gekühlt werden. Das geschieht im vorliegenden Fall durch die erfindungsgemäße Wärmeintegration, bei der Energie von EA auf einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger W übertragen wird, wodurch ein Wärmeträger W1 entsteht und wodurch das entladene Absorptionsmittel EA vor dem Eintritt in die mindestens eine Absorptionskolonne gekühlt wird. The discharged absorption medium EA is returned in step d) to the at least one absorption column in step a). The discharged absorption medium is obtained at a temperature in the range of 100 to 140 °C. The high temperature is necessary to remove hydrogen sulfide and carbon monoxide from the absorption medium. At this high temperature, the discharged absorption medium cannot be returned to the at least one absorption column in step a). Instead, the discharged absorption medium must be cooled. In the present case, this is achieved by the heat integration according to the invention, in which energy is transferred from EA to a liquid or gaseous heat transfer medium W, thereby forming a heat transfer medium W1 and cooling the discharged absorption medium EA before entering the at least one absorption column.
Die Übertragung von Energie, insbesondere Wärmeenergie, von dem entladenen Absorptionsmittel EA auf den Wärmeträger W in Schritt d) erfolgt vorzugsweise in einem Wärmetauscher. Es findet dabei eine direkte Übertragung von Energie vom entladenen Absorptions mittel EA auf den Wärmeträger W statt. Direkte Übertragung bedeutet, dass die beiden Ströme sich zwar nicht direkt kontaktieren, aber dass Energie, insbesondere Wärme, von EA auf W übergeht, ohne dass ein zusätzliches Wärmeüberträgermedium vorhanden ist. The transfer of energy, in particular heat energy, from the discharged absorption medium EA to the heat transfer medium W in step d) preferably takes place in a heat exchanger. A direct transfer of energy from the discharged absorption medium EA to the heat transfer medium W takes place. Direct transfer means that the two streams do not directly contact each other, but that energy, in particular heat, is transferred from EA to W without the presence of an additional heat transfer medium.
Die Energieübertragung in Schritt d) kann mit dem Fachmann bekannten Wärmetauschern durchgeführt werden. Geeignete Verdampfer, die als Wärmetauscher eingesetzt werden können, sind zum Beispiel Naturumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer mit Entspannung, Kesselverdampfer, Fallfilmverdampfer oder Dünnschichtverdampfer. Neben den genannten kann aber auch jede beliebige andere, dem Fachmann bekannte Verdampferbauart, die sich zum Einsatz für die gewünschte Vorwärmung eignet, eingesetzt werden. The energy transfer in step d) can be carried out using heat exchangers known to those skilled in the art. Suitable evaporators that can be used as heat exchangers include, for example, natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, Boiler evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators. In addition to the above, any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for the desired preheating can also be used.
Als Wärmeträger kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Substanzen oder Mischungen eingesetzt werden. Der Wärmeträger W wird vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Wasser; Alkoholen; Alkohol-Wasser-Mischungen; Salz-Wasser-Lösungen; Ammoniak; Mineralöle, wie zum Beispiel Dieselöle; Thermalölen, wie zum Beispiel Silikonöle; biologische Ölen, wie zum Beispiel Limonen; und aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie zum Beispiel Dibenzyltoluol ausgewählt. Der Wärmeträger W ist Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, n-Pentan, n-Butan, n-Hexan, n-Propan oder Ammoniak. Bevorzugt ist der Wärmeträger W n-Pentan. A variety of different substances or mixtures can be used as heat transfer media. The heat transfer media W is preferably selected from the group consisting of water; alcohols; alcohol-water mixtures; salt-water solutions; ammonia; mineral oils, such as diesel oils; thermal oils, such as silicone oils; biological oils, such as limonene; and aromatic or aliphatic hydrocarbons, such as dibenzyltoluene. The heat transfer media W is water, methanol, ethanol, propanol, n-pentane, n-butane, n-hexane, n-propane, or ammonia. The heat transfer media W is preferably n-pentane.
Wird der Wärmeträger W in Schritt d) in flüssiger Phase, also ein flüssiger Wärmeträger W, eingesetzt und diesem in Schritt d) Energie, bevorzugt Wärmeenergie, zugeführt, wird der Wärmeträger W zumindest teilweise verdampft und dadurch ein zumindest partiell gasförmiger Wärmeträger W1 erhalten. Wird der Wärmeträger W in Schritt d) in gasförmiger Phase, also ein gasförmiger Wärmeträger W eingesetzt und diesem in Schritt d) Energie, bevorzugt Wärmeenergie, zugeführt, wird ein gasförmiger Wärmeträger W1 erhalten. If the heat transfer medium W is used in the liquid phase, i.e., a liquid heat transfer medium W, in step d) and energy, preferably thermal energy, is supplied to it in step d), the heat transfer medium W is at least partially evaporated, thereby obtaining an at least partially gaseous heat transfer medium W1. If the heat transfer medium W is used in the gaseous phase, i.e., a gaseous heat transfer medium W, in step d) and energy, preferably thermal energy, is supplied to it in step d), a gaseous heat transfer medium W1 is obtained.
Mit der Formulierung flüssiger Wärmeträger ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemeint, dass > 50 Gew.-%, weiterhin bevorzugt > 55 Gew.-%, weiterhin bevorzugt > 75 Gew.-%, weiterhin bevorzugt > 90 Gew.-% und besonders bevorzugt > 99 Gew.-% des in Schritt d) eingesetzten Wärmeträgers im flüssigen Aggregatzustand vorliegen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des in Schritt d) eingesetzten Wärmeträgers. In the context of the present invention, the formulation of liquid heat transfer medium means that > 50 wt.%, further preferably > 55 wt.%, further preferably > 75 wt.%, further preferably > 90 wt.% and particularly preferably > 99 wt.% of the heat transfer medium used in step d) is in the liquid state, in each case based on the total weight of the heat transfer medium used in step d).
Mit der Formulierung gasförmiger Wärmeträger ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemeint, dass > 30 Gew.-%, weiterhin bevorzugt > 50 Gew.-%, weiterhin bevorzugt > 75 Gew.-%, weiterhin bevorzugt > 90 Gew.-% und besonders bevorzugt > 99 Gew.-% des in Schritt d) eingesetzten Wärmeträgers im gasförmigen Aggregatzustand vorliegen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des in Schritt d) eingesetzten Wärmeträgers. In the context of the present invention, the formulation of gaseous heat transfer medium means that > 30 wt.%, further preferably > 50 wt.%, further preferably > 75 wt.%, further preferably > 90 wt.% and particularly preferably > 99 wt.% of the heat transfer medium used in step d) is in the gaseous state, in each case based on the total weight of the heat transfer medium used in step d).
Nach der beschriebenen Energieübertragung in Schritt d) weist der Wärmeträger W1 gegenüber dem Wärmeträger W eine erhöhte Temperatur und/oder einen erhöhten Druck auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist W1 eine Temperatur im Bereich von 30 °C bis 110 °C, vorzugsweise im Bereich von 40 °C bis 60°C auf. Der Druck von W1 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bar bis 5 bar, bevorzugt 1 bar bis 4 bar auf. Es versteht sich von selbst, dass der Wärmeträger W1 dem Wärmeträger W entspricht und sich W und W1 nur in ihrem jeweiligen Druck und/oder ihrer Temperatur und gegebenenfalls, wenn W als Flüssigkeit eingesetzt wurde, durch den Aggregatzustand unterscheiden. Im anschließenden Schritt e) wird mindestens ein Teil des Wärmeträgers W1 verdichtet, wodurch ein gegenüber W1 verdichteter Wärmeträger W2 entsteht, der einen höheren Druck aufweist als der Wärmeträger W1 . Der Druck von W2 liegt nach dem Verdichten vorzugsweise im Bereich von 1 bar bis 20 bar, bevorzugt 2 bar bis 15 bar auf. After the described energy transfer in step d), the heat transfer medium W1 has a higher temperature and/or a higher pressure than the heat transfer medium W. In a preferred embodiment of the present invention, W1 has a temperature in the range from 30 °C to 110 °C, preferably in the range from 40 °C to 60 °C. The pressure of W1 is preferably in the range from 0.5 bar to 5 bar, more preferably 1 bar to 4 bar. It goes without saying that the heat transfer medium W1 corresponds to the heat transfer medium W and that W and W1 differ only in their respective pressure and/or temperature and, if W was used as a liquid, in their state of aggregation. In the subsequent step e), at least a portion of the heat transfer medium W1 is compressed, resulting in a heat transfer medium W2 that is more compressed than W1 and has a higher pressure than the heat transfer medium W1. The pressure of W2 after compression is preferably in the range from 1 bar to 20 bar, preferably 2 bar to 15 bar.
Das Verdichten des mindestens einen Teils des Wärmeträgers W1 in Schritt e) kann auf jede beliebige, dem Fachmann bekannte Art erfolgen. So kann die Verdichtung zum Beispiel mechanisch und einstufig oder mehrstufig durchgeführt werden. Einstufig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Verdichtung von einem auf ein anderes Druckniveau stattfindet. Mehrstufig bedeutet, dass erst auf ein Druckniveau X und dann von X auf das Druckniveau Y verdichtet wird. Bei einer mehrstufigen Verdichtung können mehrere Verdichter gleicher Bauart oder Verdichter unterschiedlicher Bauart eingesetzt werden. Eine mehrstufige Verdichtung kann mit einer oder mehreren Verdichtermaschinen erfolgen. Der Einsatz einer einstufigen Verdichtung oder einer mehrstufigen Verdichtung ist vom Verdichtungsverhältnis und somit davon abhängig, auf welchen Druck der Wärmeträger W1 verdichtet werden soll. The compression of at least a portion of the heat transfer medium W1 in step e) can be carried out in any desired manner known to the person skilled in the art. For example, the compression can be carried out mechanically and in a single-stage or multi-stage process. In this context, "single-stage" means that compression takes place from one pressure level to another. "Multi-stage" means that compression is first carried out to a pressure level X and then from X to pressure level Y. In multi-stage compression, several compressors of the same design or compressors of different designs can be used. Multi-stage compression can be carried out with one or more compressor machines. The use of single-stage compression or multi-stage compression depends on the compression ratio and thus on the pressure to which the heat transfer medium W1 is to be compressed.
Als Verdichter im erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere zum Verdichten des Wärmeträgers W1 in Schritt e), eignet sich jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Verdichter, bevorzugt mechanische Verdichter, mit dem sich auch Gasströme verdichten lassen. Geeignete Verdichter sind zum Beispiel ein- oder mehrstufige Getriebeturboverdichter, Kolbenverdichter, Schraubenverdichter, Zentrifugalverdichter oder Axialverdichter. Any compressor known to the person skilled in the art, preferably a mechanical compressor with which gas streams can also be compressed, is suitable as a compressor in the process according to the invention, in particular for compressing the heat transfer medium W1 in step e). Suitable compressors include, for example, single- or multi-stage geared turbocompressors, piston compressors, screw compressors, centrifugal compressors, or axial compressors.
Im Schritt h) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Energie vom verdichteten Wärmeträger W2 auf den Strom im Sumpfverdampfer SV übertragen. Durch den Schritt f) sinkt die Energie von W2, so dass W2 vorzugsweise mindestens teilweise kondensiert. Die Übertragung von Energie von W2 auf den Strom im Sumpfverdampfer SV, bevorzugt die Beheizung des Stroms im Sumpfverdampfer SV durch W2 erfolgt bevorzugt direkt. Direkte Übertragung bedeutet, dass W2 und der Strom in SV sich zwar nicht direkt kontaktieren, aber dass Energie, insbesondere Wärmeenergie, von W2 auf den Strom im SV übergeht, ohne dass ein zusätzliches Wärmeüberträgermedium vorhanden ist. Als Sumpfverdampfer SV können die dem Fachmann geläufigen Wärmeüberträger bzw. Wärmetauscher, insbesondere Verdampfer, eingesetzt werden. In step h) of the process according to the invention, energy is transferred from the compressed heat transfer medium W2 to the stream in the bottom evaporator SV. As a result of step f), the energy of W2 decreases, so that W2 preferably condenses at least partially. The transfer of energy from W2 to the stream in the bottom evaporator SV, preferably the heating of the stream in the bottom evaporator SV by W2, preferably takes place directly. Direct transfer means that W2 and the stream in SV do not come into direct contact, but that energy, in particular thermal energy, is transferred from W2 to the stream in the SV without the presence of an additional heat transfer medium. The heat transfer devices or heat exchangers familiar to the person skilled in the art, in particular evaporators, can be used as the bottom evaporator SV.
Die Übertragung von Energie in Schritt f) kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren oder mit dem Fachmann bekannten Wärmetauschern durchgeführt werden. Geeignete Verdampfer, die als Wärmetauscher eingesetzt werden können, sind zum Beispiel Naturumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer mit Entspannung, Kesselverdampfer, Fallfilmverdampfer oder Dünnschichtverdampfer. Neben den genannten kann aber auch jede beliebige andere, dem Fachmann bekannte Verdampferbauart, die sich zum Einsatz an einer Destillationskolonne eignet, eingesetzt werden. Die Übertragung der Energie in Schritt f) kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der verdichtete Wärmeträger W2 selbst im Wärmetauscher eingesetzt werden, um von W2 Energie auf den Strom im Sumpfverdampfer Sv zu übertragen. Wenn Energie vom Wärmeträger W2 auf den Strom im Sumpfverdampfer Sv übertragen wird, sind manche der genannten Absorptionsmittel nachteilig. So liegt die Temperatur der Verdampfung beispielwiese bei n- Butan, Ammoniak und Propanol k über dem kritischen Punkt und es kann keine ausreichende Kondensation erreicht werden. Das würde der Fachmann bei der Wahl des richtigen Wärmeträger auf Basis seiner fachüblichen Kenntnisse aber berücksichtigen. The energy transfer in step f) can be carried out by methods known to those skilled in the art or using heat exchangers known to those skilled in the art. Suitable evaporators that can be used as heat exchangers include, for example, natural circulation evaporators, forced circulation evaporators, forced circulation evaporators with expansion, kettle evaporators, falling-film evaporators, or thin-film evaporators. In addition to the aforementioned evaporators, any other evaporator design known to those skilled in the art that is suitable for use in a distillation column can also be used. The energy transfer in step f) can occur in different ways. In one variant of the process according to the invention, the compressed heat transfer medium W2 itself can be used in the heat exchanger to transfer energy from W2 to the stream in the bottom evaporator Sv. When energy is transferred from the heat transfer medium W2 to the stream in the bottom evaporator Sv, some of the absorption media mentioned are disadvantageous. For example, the evaporation temperature for n-butane, ammonia, and propanol k is above the critical point, and sufficient condensation cannot be achieved. However, a person skilled in the art would take this into account when selecting the appropriate heat transfer medium based on their usual specialist knowledge.
Eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zunächst Energie auf einen weiteren Wärmeträger wie Wasser übertragen wird. Die Übertragung von Energie in Schritt f) erfolgt dann so, dass über den verdichteten Wärmeträger W2 in einem Verdampfer Dampf erzeugt wird, der zur Beheizung im Sumpfverdampfer SV eingesetzt wird. Als Verdampfer können die im Vorhinein erwähnten Verdampfer eingesetzt werden. Der Dampf ist vorliegend vorzugsweise Wasserdampf. Another variant of the process according to the invention provides that energy is first transferred to another heat transfer medium, such as water. The energy transfer in step f) then occurs in such a way that steam is generated via the compressed heat transfer medium W2 in an evaporator, which steam is used for heating in the bottom evaporator SV. The evaporators mentioned above can be used as evaporators. In this case, the steam is preferably water vapor.
Unabhängig davon, ob die Energie in Schritt f) von W2 selbst oder durch den erzeugten Dampf übertragen wird, können W2 oder der Dampf für eine weitere Vorwärmung des beladenen Absorptionsmittels BA eingesetzt werden. Dadurch kann noch zusätzlich Energie eingespart werden, die sonst extern zugeführt werden müsste. Regardless of whether the energy in step f) is transferred by W2 itself or by the generated steam, W2 or the steam can be used for further preheating of the loaded absorbent BA. This allows for additional energy savings that would otherwise have to be supplied externally.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wärmeträger W2 nach der Energieübertragung in Schritt f) zurückgeführt und wieder als Wärmeträger W in Schritt d) eingesetzt. Der Wärmeträger wird also im Kreis gefahren und es wird nur ein einziger Wärmeträger in den Schritten d), e) und f) eingesetzt. In a preferred embodiment of the present invention, the heat transfer medium W2 is recycled after the energy transfer in step f) and reused as heat transfer medium W in step d). The heat transfer medium is thus circulated, and only a single heat transfer medium is used in steps d), e), and f).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wärmeträger W1 in Schritt e) zweimal verdichtet. Dabei entsteht in der ersten Verdichtung V1 ein verdichteter Wärmeträger W1 .1 , der einen höheren Druck als W1 aufweist und in der zweiten Verdichtung V2 der verdichtete Wärmeträger W2, der einen höheren Druck als W1 .1 aufweist. W2 wird dann wie bereits beschrieben für die Energieübertragung in Schritt f) eingesetzt. Zur zweifachen Verdichtung können zwei einzelne Verdichter eingesetzt werden. Möglich ist aber auch die Verwendung eines einzigen mehrstufigen Verdichters mit dem beide Verdichtungen V1 und V2 unabhängig voneinander durchgeführt werden können. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the heat transfer medium W1 is compressed twice in step e). In the first compression V1, a compressed heat transfer medium W1.1 is produced which has a higher pressure than W1, and in the second compression V2, the compressed heat transfer medium W2 is produced which has a higher pressure than W1.1. W2 is then used for the energy transfer in step f), as already described. Two individual compressors can be used for the double compression. However, the use of a single multi-stage compressor is also possible, with which both compressions V1 and V2 can be carried out independently of one another.
Der Wärmeträger W2 wird bei der Energieübertragung in Schritt f) vorzugsweise zumindest teilweise kondensiert. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der zumindest teilweise kondensierte Wärmeträger W2 in einen Flashbehälter gefahren wird, der auf dem Druckniveau betrieben wird, das zwischen den beiden Verdichtungsstufen V1 und V2 liegt. Besonders bevorzugt wird der Flashanteil im Flashbehälter als Gasphase zwischen die beiden Verdichtungsstufen geleitet. Dadurch kann ein Teil der nach der Energieübertragung in Schritt f) im Wärmeträger W2 vorhandenen Energie genutzt werden. Der Flashanteil wird mit dem verdichteten Wärmeträger W1 .1 vermischt, der zweiten Verdichtung V2 unterworfen und zur Energieübertragung in Schritt f) geführt. Nur der flüssige Anteil im Flashbehälter wird dann als Wärmeträger W zu Schritt d) geleitet und durchläuft die Schritte d), e) und f). The heat transfer medium W2 is preferably at least partially condensed during the energy transfer in step f). It is further preferred that the at least partially condensed heat transfer medium W2 is fed into a flash tank operated at the pressure level between the two compression stages V1 and V2. Particularly preferably, the flash portion in the flash tank is passed as a gas phase between the two compression stages. This allows a portion of the energy present in the heat transfer medium W2 after the energy transfer in step f) to be utilized. The flash portion is mixed with the compressed heat transfer medium W1.1, the second compression stage V2. and led to energy transfer in step f). Only the liquid portion in the flash tank is then led to step d) as heat transfer medium W and passes through steps d), e), and f).
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen beschrieben. The present invention will be described with reference to the drawings described below.
Fig. 1 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens. Das mit CO2 und H2S verunreinigte Rohsynthesegas (1) wird in der ersten Absorptionskolonne (2) mit einem Absorptionsmittel im Gegenstrom in Kontakt gebracht. Am Kopf der ersten Absorptionskolonne (2) wird ein Gasstrom (3) entnommen, in die zweite Absorptionskolonne (5) geleitet und erneut im Gegenstrom mit dem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht. Das gereinigte Synthesegas (6) wird am Kopf der zweiten Absorptionskolonne entnommen und in anderen Anlagen, beispielsweise bei der Hydroformylierung verwendet. Das in der zweiten Absorptionskolonne anfallende teilweise beladene Absorptionsmittel (7) wird zur ersten Destillationskolonne (2) geführt. Das beladene Absorptionsmittel (4) wird im Sumpf der Kolonne (2) entnommen, einer Wärmeintegration im Wärmetauscher (8) unterzogen und dadurch aufgeheizt. Bevor es in die Desorptionskolonne (10) gefahren wird, wird es über einen Vorwärmer (9) mittels Niederdruckdampf weiter aufgeheizt. In der Desorptionskolonne (10) wird das Absorptionsmittel von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid befreit und ein Sauergas (15) am Kopf der Kolonne (10) entnommen. Über den Sumpfverdampfer SV (1 1) wird Energie in das System eingebracht. Das entladene Absorptionsmittel (12) wird im Sumpf der Desorptionskolonne (10) entnommen und über eine Druckerhöhungspumpe (13) zur Wärmeintegration am Wärmetauscher (8) gefahren. Vor der erneuten Verwendung in der zweiten Absorptionskolonne (5) wird das Absorptionsmittel am Wärmetauscher (14) mit Kühlwasser gekühlt. Fig. 1 shows a non-inventive embodiment of the process. The crude synthesis gas (1) contaminated with CO2 and H2S is contacted with an absorption medium in countercurrent in the first absorption column (2). A gas stream (3) is withdrawn from the top of the first absorption column (2), passed into the second absorption column (5), and again contacted with the absorption medium in countercurrent. The purified synthesis gas (6) is withdrawn from the top of the second absorption column and used in other plants, for example in hydroformylation. The partially loaded absorption medium (7) obtained in the second absorption column is fed to the first distillation column (2). The loaded absorption medium (4) is withdrawn from the bottom of the column (2), subjected to heat integration in the heat exchanger (8), and thereby heated. Before being fed into the desorption column (10), it is further heated by means of low-pressure steam via a preheater (9). In the desorption column (10), the absorption medium is freed of hydrogen sulfide and carbon dioxide, and a sour gas (15) is removed at the top of the column (10). Energy is introduced into the system via the bottom evaporator SV (11). The discharged absorption medium (12) is removed from the bottom of the desorption column (10) and fed via a booster pump (13) for heat integration at the heat exchanger (8). Before being reused in the second absorption column (5), the absorption medium is cooled with cooling water at the heat exchanger (14).
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens, die in weiten Teilen der Fig. 1 entspricht. Zusätzlich zu der in der Fig. 1 beschriebenen Verschaltung wird die Wärmeenergie des entladenen Absorptionsmittels mit einer Wärmepumpe teilweise nutzbar gemacht. Hierzu wird im Wärmetauscher (25) der Wärmeträger W, vorzugsweise n-Pentan, zumindest teilweise verdampft. Der Wärmeträger wird über den Wärmetauscher (20) vorgewärmt und einer mehrstufigen Verdichtung in zwei Verdichterstufen (21 , 22) unterzogen. Im Wärmetauscher (23) wird über den Wärmeträger Heizdampf erzeugt, der zur Beheizung im Vorwärmer (9) und im Sumpfverdampfer (11) eingesetzt wird. Der zumindest teilweise kondensierte Dampf wird über eine Druckerhöhungspumpe (26) zurück in den Wärmetauscher (23) gefahren. Der Wärmeträger wird einem Zwischenflash (24) unterzogen. Die im Zwischenflash (24) anfallende Gasphase wird in eine zwischen die Verdichterstufen (21 und 22) zurückgeführt. Der flüssige Anteil aus dem Zwischenflash wird zum Wärmetauscher (25) geführt. Fig. 2 shows an embodiment of the method according to the invention, which corresponds in large parts to Fig. 1. In addition to the circuitry described in Fig. 1, the thermal energy of the discharged absorption medium is partially utilized using a heat pump. For this purpose, the heat transfer medium W, preferably n-pentane, is at least partially evaporated in the heat exchanger (25). The heat transfer medium is preheated via the heat exchanger (20) and subjected to multi-stage compression in two compressor stages (21, 22). In the heat exchanger (23), heating steam is generated via the heat transfer medium, which is used for heating in the preheater (9) and the bottom evaporator (11). The at least partially condensed steam is fed back into the heat exchanger (23) via a booster pump (26). The heat transfer medium is subjected to an intermediate flash (24). The gas phase generated in the intermediate flash (24) is recirculated to a section between the compressor stages (21 and 22). The liquid portion from the intermediate flash is fed to the heat exchanger (25).
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens, die in weiten Teilen der Fig. 1 entspricht. Zusätzlich zu der in der Fig. 1 beschriebenen Verschaltung wird die Wärmeenergie des entladenen Absorptionsmittels mit einer Wärmepumpe teilweise nutzbar gemacht. Im vorliegenden Fall wird der Wärmeträger direkt als Heizmedium verwendet. Hierzu wird im Wärmetauscher (25) der Wärmeträger W, vorzugsweise n-Pentan, zumindest teilweise verdampft. Der Wärmeträger wird über den Wärmetauscher (20) vorgewärmt und einer mehrstufigen Verdichtung in zwei Verdichterstufen (21 , 22) unterzogen. Nach der ersten Verdichtung kann ein Teilstrom des Wärmeträgers zur Vorwärmung (9) genutzt werden. Der andere Teil des Wärmeträgers wird der zweiten Verdichtungsstufe (22) zugeführt und anschließend zur Beheizung im Sumpfverdampfer (1 1) verwendet. Fig. 3 shows an embodiment of the method according to the invention, which largely corresponds to Fig. 1. In addition to the circuitry described in Fig. 1, the thermal energy of the discharged absorption medium is partially utilized with a heat pump. In the present case, the heat transfer medium is used directly as a heating medium. For this purpose, the heat transfer medium W, preferably n-pentane, is at least partially evaporated in the heat exchanger (25). The heat transfer medium is preheated via the heat exchanger (20) and subjected to a multi-stage compression in two compressor stages (21, 22). During the first compression, a partial flow of the heat transfer medium can be used for preheating (9). The other part of the heat transfer medium is fed to the second compression stage (22) and subsequently used for heating in the bottom evaporator (11).
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne deren Anwendungsbreite, die sich aus der Beschreibung und den Patentansprüchen ergibt, einzuschränken. The following examples are intended to illustrate the invention without limiting its scope of application, which is apparent from the description and the claims.
Beispiele Examples
Für alle nachfolgenden Beispiele wird der gleiche Feedstrom als Basis verwendet. Die Zusammensetzung des Rohsynthesegas wird wie folgt berücksichtigt: 51 Vol.% CO, 45 Vol. % H2, 3,5 Vol % CO2 und 0,3 Vol % H2S und 0,2 Vol. % H2O. Die Rechnungen wurden mit Aspen Plus® Version 10 und einem angepassten Stoffdatenmodell, welches auf betrieblich validierten Stoffdaten basiert, durchgeführt. The same feed stream is used as the basis for all subsequent examples. The raw syngas composition is considered as follows: 51 vol.% CO, 45 vol.% H2, 3.5 vol.% CO2, 0.3 vol.% H2S, and 0.2 vol.% H2O. The calculations were performed using Aspen Plus® Version 10 and an adapted property model based on operationally validated property data.
Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß) Example 1 (not according to the invention)
Die Simulation wurde mit der in Fig. 1 gezeigten Verfahrensverschaltung durchgeführt. Die nachfolgenden Parameter wurden bei der Simulation berücksichtigt. Das Absorptionsmittel (frisch: 15% Wasser, 45% DIPA und 40% Sulfolan) wird mit einer Rate von 80 t/h in die erste Desorptionskolonne (2), die bei einem Druck von 36 bar abs betrieben wird, geleitet. Das gereinigte Synthesegas (6) wird bei 35 bar abs und 47°C an der zweiten Absorptionskolonne (5) entnommen. Das beladene Absorptionsmittel wird im Sumpf der ersten Absorptionskolonne (2) bei ca. 60°C entnommen und im Wärmetauscher (8) auf 102°C aufgeheizt. Durch den Vorwärmer (9) wird es auf 118°C aufgeheizt. Der Vorwärmer wird dabei mit 1 ,2 t/h Niederdruckdampf betrieben. Über den Sumpfverdampfer (11) an der Desorptionskolonne (10) wird mittels 4,2 t/h Niederdruckdampf Energie in das System eingebracht, um die benötigen 80t/h entladenes Absorptionsmittel (12) bereit zu stellen. Vor der erneuten Verwendung in der zweiten Absorptionskolonne (5) wird das Absorptionsmittel am Wärmetauscher (14) mit Kühlwasser auf die optimale Absorptionstemperatur von ca. 47°C gebracht. Am Wärmetauscher (14) werden mit Rückkühlwasser 2,3 MW dem System entzogen. In Summe werden 5,4 t/h Dampf (= 3 MW Heizleistung) benötigt, um die Reinigung von Rohsynthesegas betreiben zu können. The simulation was carried out using the process configuration shown in Fig. 1. The following parameters were taken into account in the simulation. The absorbent (fresh: 15% water, 45% DIPA and 40% sulfolane) is fed at a rate of 80 t/h into the first desorption column (2), which is operated at a pressure of 36 bar abs. The purified synthesis gas (6) is withdrawn from the second absorption column (5) at 35 bar abs and 47°C. The loaded absorbent is withdrawn from the bottom of the first absorption column (2) at approx. 60°C and heated to 102°C in the heat exchanger (8). It is heated to 118°C by the preheater (9). The preheater is operated with 1.2 t/h of low-pressure steam. Energy is introduced into the system via the bottom evaporator (11) on the desorption column (10) using 4.2 t/h of low-pressure steam to provide the required 80 t/h of discharged absorption medium (12). Before being reused in the second absorption column (5), the absorption medium is heated to the optimal absorption temperature of approximately 47°C using cooling water in the heat exchanger (14). At the heat exchanger (14), 2.3 MW of energy is removed from the system using recooling water. A total of 5.4 t/h of steam (= 3 MW heating capacity) is required to operate the purification of raw synthesis gas.
Beispiel 2 (erfindungsgemäß) Example 2 (according to the invention)
Die Simulation wurde mit der in Fig. 2 gezeigten Verfahrensverschaltung durchgeführt. Die nachfolgenden Parameter wurden bei der Simulation berücksichtigt. Bei der Wärmeintegration wird n- Pentan bei 1 ,2 bar abs und 40°C im Wärmetauscher (25) verdampft. Das n-Pentan wird über den Wärmeübertrager 20 vorgewärmt und einer mehrstufigen Verdichtung (21 , 22) mit einer Maschine unterzogen. Hierzu ist eine elektrische Leistung von 1 ,1 MW erforderlich. Im Wärmeübertrager 23 wird aus der aufgewerteten Abwärme 5,4 t/h Heizdampf bei 4 bar abs erzeugt, mit dem Vorwärmer (9) und Sumpfverdampfer beheizt werden. Insgesamt wurden 3 MW Heizleistung (durch5,4 t/h Dampf) mit 1 ,1 MW elektrischer Leistung ersetzt. Beispiel 3 (erfindungsgemäß) The simulation was carried out using the process configuration shown in Fig. 2. The following parameters were taken into account in the simulation. During heat integration, n-pentane is evaporated in the heat exchanger (25) at 1.2 bar abs and 40°C. The n-pentane is preheated via the heat exchanger 20 and subjected to multi-stage compression (21, 22) using a machine. This requires an electrical output of 1.1 MW. In the heat exchanger 23, 5.4 t/h of heating steam at 4 bar abs is generated from the upgraded waste heat, which is used to heat the preheater (9) and bottom evaporator. A total of 3 MW of heating output (by 5.4 t/h steam) was replaced with 1.1 MW of electrical output. Example 3 (according to the invention)
Die Simulation wurde mit der in Fig. 3 gezeigten Verfahrensverschaltung durchgeführt. Bei der Wärmeintegration wird n-Pentan bei 1 ,2 bar abs und 40°C im Wärmetauscher (25) verdampft. Das n- Pentan wird über den Wärmeübertrager 20 vorgewärmt und einer mehrstufigen Verdichtung (21 , 22) unterzogen. Hierzu ist insgesamt eine elektrische Leistung von 0,95 MW erforderlich. Insgesamt wurden 3 MW Heizleistung (durch5,4 t/h Dampf) mit 0,95 MW elektrischer Leistung ersetzt. The simulation was performed using the process configuration shown in Fig. 3. During heat integration, n-pentane is vaporized in the heat exchanger (25) at 1.2 bar abs and 40°C. The n-pentane is preheated via heat exchanger 20 and subjected to multi-stage compression (21, 22). This requires a total electrical power of 0.95 MW. A total of 3 MW of heating power (by 5.4 t/h of steam) was replaced with 0.95 MW of electrical power.
Die erfindungsgemäßen Beispiele 2 und 3 zeigen ein Verfahren zur Rohsynthesegaswäsche, bei dem Dampf durch Wärmeintegration ersetzt werden kann. Durch die Substitution von Dampf mit grünem Strom können bis zu 9000 CO2eqt/a eingespart und die Betriebskosten reduziert werden. Examples 2 and 3 according to the invention demonstrate a process for raw synthesis gas scrubbing in which steam can be replaced by heat integration. By substituting steam with green electricity, up to 9000 CO2eqt/a can be saved and operating costs reduced.
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| PCT/EP2025/054674 Pending WO2025186008A1 (en) | 2024-03-04 | 2025-02-21 | Energy-efficient method for raw syngas purification |
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| WO (1) | WO2025186008A1 (en) |
Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| EP2105189A1 (en) * | 2008-03-27 | 2009-09-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for separating carbon dioxide from an exhaust gas of a fossil fuel-powered power plant |
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-
2025
- 2025-02-21 WO PCT/EP2025/054674 patent/WO2025186008A1/en active Pending
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2025186008A8 (en) | 2025-10-02 |
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