DE2810249C2

DE2810249C2 - Verfahren zur Regeneration eines Absorptionsmittels

Info

Publication number: DE2810249C2
Application number: DE2810249A
Authority: DE
Inventors: Pieter August Amsterdam Mes
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1985-09-19
Also published as: NO780825L; DE2810249A1; FR2382922B1; JPS53113290A; GB1572682A; NO146184C; NO146184B; NL7702650A; BR7801458A; CA1104996A; FR2382922A1; JPS6139092B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Absorptionsmittels für die Entfernung von CO2 und/oder COS aus Gasen, das aus einer wäßrigen, mit einem Oxazolidon verunreinigten Lösung eines primären und/oder sekundären N-(2-Hydroxyalkyl)-amins besteht

Primäre und sekundäre N-(2-Hydroxyalkyl)-amine, die die Gruppe —N^H—C—C°^H— enthalten, bilden Oxazolidone, wenn ihre wäßrigen Lösungen als Absorptionsmittel für CO2 verwendet werden, möglicherweise gemäß der folgenden Reaktion:

/ \ /
—N C— + CO₂ > —N C— ► —N C— + H₂O

I I

H OH O = C-OH OH O = C O

Mit COS erfolgt die Reaktion wahrscheinlich gemäß folgender Gleichung:

C C

—N C— + COS > —N C— + H₂S

«II Il

N OH O = C O

Ein Absorptionsmittel, das oft für die Absorption von CO2, COS und H₂S aus Gasen verwendet wird und in dem sich Oxazolidone bilden können, ist eine wäßrige Lösung von Diisopropanolamin; es bildet sich dann 3-(2-Hydroxypropyl)-5-methyl-2-oxazolidon. Andere Beispiele für Alkanolamine für diesen Zweck sind Monoäthanolamin und Diethanolamin.

Da in solchen Absorptionsmitteln die Bildung von Oxazolidonen unerwünscht sein kann (in einigen Fällen sind die Bedingungen derart, daß 1 Gewichtsprozent Alkanolamin je Stunde umgewandelt wird), wurde in der GB-PS 18 687 ein Regenerationsverfahren beschrieben, in dem das zu regenerieVende Absorptionsmittel mit Kaliumhydroxid versetzt wird, wobei sich das Oxazolidon in Alkanolamin unter Bildung von Kaliumcarbonat verwandelt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß das Kaliumcarbonat entfernt werden muß, daß teure Chemikalien verwendet werden, daß die Regeneration nur sehr schwer kontinuierlich durchgeführt werden kann und somit eine relativ komplizierte Anlage notwendig ist.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Regeneration des Absorptionsmittels zur Verfügung zu stellen, das diese Nachteile nicht aufweist und in dem das Alkanolamin aus dem Oxazolidon in einfacher Weise wiedergewonnen werden kann.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Regeneration eines Absorptionsmittels für die Entfernung von CO- und/oder COS aus Gasen, bestehend aus einer wäßrigen, mit einem Oxazolidon verunreinigten Lösung eine primären und/oder sekundären N-(2-Hydroxyalkyl)-amins, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Absorptionsmittel oder eine daraus erhaltene Oxazolidon enthaltende Fraktion auf eine Temperatur von mindestens 200⁰C bei erhöhtem Druck in Gegenwart von Wasser erhitzt.

Es wurde festgestellt, daß dieses Erhitzen bei erhöhtem Druck das Oxazolidon unter Freisetzung von CO2 und unter Verbrauch von Wasser in das ursprünglich in dem Absorptionsmittel vorhandene Alkanolamin verwan-

delL Wird das Absorptionsmittel selbst erhitzt, so ist genügend Wasser für diesen Zweck vorhanden. Wird jedoch eine aus dem Absorptionsmittel hergestellte Fraktion erhitzt, die nicht genügend Wasser enthält, so kann man etwas Wasser zusetzen.

Das gebildete CO₂ wird vorzugsweise während des Erhitzens auf eine Temperatur von mindestens 200° C durch Strippen mit Wasserdampf entfernt Dieses Verfahren ist billig und wirkungsvoll, das Absorptionsmittel 5 wird nicht verunreinigt, die notwendige Temperatur wird leicht erreicht, außerdem erlaubt das Strippen mit Wasserdampf ein kontinuierliches Entfernen des gebildeten CO₂. Bei einer entsprechenden Druckkontrolle erlaubt die Verwendung von Wasserdampf das Aufrechterhalten der gewünschten Wassermenge während der Oxazolidonumwandlung.

Gute Ergebnisse erhält man bei Temperaturen von 200 bis 300⁰C, insbesondere bei 200 bis 250°C Bei diesen Temperaturen ist das Risiko einer thermischen Zersetzung der Alkanolamine und Oxazolidone gering.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erhitzen bei einem Druck von 10 bis 60 bar. Dieser Druck ist einerseits hoch genug für eine gute Umwandlung, andererseits sind die Kosten für die notwendige Ausrüstung niedriger als für sehr viel höhere Drücke.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren regenerierten Absorptionsmittel eignen sich für die kontinuierliche Entfernung von H₂S, COS und CO₂ aus Gasen. Zu diesem Zweck wird das Gas oft im Aufstrom durch eine Kolonne geleitet, in der eine Anzahl von Kontaktböden vorhanden sind und über die das Absorptionsmittel im Abstrom fließt Am Boden der Kolonne wird das mit CO₂ und H₂S beladene Absorptionsmittel entnommen, am Kopf der Kolonne entweicht gereinigtes Gas. Das beladene Absorptionsmittel wird kontinuierlich vom unteren Ende der Kolonne zum Kopf einer Strippkolonne geleitet, in der es abwärts fließt und von dem CO₂ und H₂S entweder durch Entspannen oder Strippen mit einem Strippgas, wie Wasserdampf, befreit wird. Die Bedingungen in der Absorptionskolonne und in der Strippkolonne werden so gewählt, daß das CO₂ und H₂S absorbiert bzw. desorbiert werden. Das gestrippte Lösungsmittel wird kontinuierlich vom Boden der Strippkolonne zum Kopf der Absorptionskolonne zurückgeführt In der Strippkolonne wird die Temperatur im allgemeinen unter 175^eC gehalten.

Wird das in beiden Säulen gebildete Oxazolidon nicht entfernt oder umgewandelt, so sammelt sich das Oxazolidon an, die Absorptionsfähigkeit des Absorptionsmittels nimmt allmählich ab.

Zweckmäßigerweise wird ein Teilstrom des Absorptionsmittelstroms, der vom Boden der Strippkolonne zum Kopf der Absorptionssäule zurückgeführt wird, im erfindungsgemäßen Verfahren regeneriert, und zwar vorzugsweise kontinuierlich.

Da die Regeneration im erfindungsgemäßen Verfahren durch Erhitzen erfolgt (im allgemeinen auf relativ lange Zeit), ist es von Vorteil, die benötigte Wärmemenge durch Vermindern der zu erhitzenden Flüssigkeitsmenge zu erniedrigen. Deshalb ist es günstig, das Oxazolidon nicht aus dem Absorptionsmittelstrom, der von der Strippkolonne zur Absorptionskolonne zurückgeführt wird, zu entfernen, sondern aus einer Fraktion dieses Stroms, die Oxazolidon enthält Diese Fraktion erhält man durch (vorzugsweise kontinuierliche) destillative Auftrennung in eine Oxazolidon enthaltende Fraktion und in eine Fraktion, die kein Oxazolidon oder nur in geringer Menge enthält Diese Oxazolidon enthaltende Fraktion wird erfindungsgemäß regeneriert und dem Verfahren wieder zugeführt z. B. am Kopf der Absorptionssäule. Auf diese Weise wird ein eventuell steigender Oxazolidongehalt in der Gesamtmenge des Absorptionsmittels verhindert, der Oxazolidongehalt des Absorptionsmittels kann auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden, ohne daß größere Mengen an Absorptions- mittel bei hohem Druck und hoher Temperatur behandelt werden müssen.

Die destillative Abtrennung der das Oxazolidon enthaltenden Fraktion führt man vorzugsweise bei 100 bis 200⁰C mit Wasserdampf als Strippgas durch. Das N-(2-Hydroxyalkyi)-amin wird abdestilliert, die Oxazolidon enthaltende Sumpffraktion enthält weniger Wasser und Alkanolamin als das Absorptionsmittel. Das Beispiel erläutert die Erfindung.

Ausführungsbeispiel

In einer Anzahl von Versuchen wird ein Gemisch von Wasser und 3-(2-Hydroxypropyl)-5-methyl-2-oxazolidon eine gewisse Zeit bei verschiedenen Temperaturen und erhöhtem Druck mit Wasserdampf gestrippt Während der Reaktion werden dem Reaktor Proben entnommen, um die Umwandlung von Oxazolidon in Diisopropanolamin zu verfolgen.

In jedem Versuch wird eine bestimmte Menge Wasser und Oxazolidon in den Reaktor eingefüllt, der dann mit CO₂ zur Entfernung der Luft gespült wird. Die Temperatur und folglich der Druck im Reaktor werden innerhalb 15 Minuten allmählich erhöht Der während des Versuchs durchgeleitete Wasserdampf wird immer vom Reaktor in ein Kondensationsgefäß geführt, wo eine kondensierte Fraktion gesammelt wird. Nach Erreichen der gewünschten Temperatur werden dem Reaktor über ein in den Reaktor mündendes Rohr in regelmäßigen Abständen Proben entnommen, zu gleicher Zeit wird wird die kondensierte Fraktion entnommen. Der Zeitpunkt bei dem die erste Probe entnommen wird, wird immer als Beginn des Versuchs angesehen.

Beim Auswerten der Ergebnisse wird berücksichtigt das die Oxazolidonkonzentration im Reaktor durch drei verschiedene Faktoren beeinflußt wird:

1. Ein Teil des Oxazolidons wird in Diisopropanolamin umgewandelt,

2. der durchgeleitete Wasserdampf kann das Gemisch im Reaktor verdünnen oder einengen und

3. durch den Wasserdampf kann ein Teil des Oxazolidons in die kondensierte Form gelangen.

Wegen der Faktoren 2 und 3 wird die in Isopropanolamin umgewandelte Oxazolidonfraktion auf eine besondere Weise bestimmt: Die Fraktion wird aus einem Massengleichgewicht berechnet das durch Analyse der

Reaktorzufuhr, der aus dem Reaktor entnommenen Proben und der kondensierten Fraktion bestimmt wird. Bei dieser Beredmung wird das in den kondensierten Fraktionen gefundene Oxazolidon immer zu dem nicht umgewandelten Oxazolidon hinzugerechnet Die Ergebnisse sind in der Tabe'je zusammengefaßt, als »umgewandelte Fraktion« wird das Verhältnis von umgewandeltem Oxazolidon zu ursprünglich vorhandenem Oxazolidon bezeichnet

Tabelle

Zeit, Min. Druckbar umgewandelte Fraktion Temperatur,°C

225 12 0,106

,3 450 0,148

59 23 0,137

ΪΪ 15 120 0,291

jj| 179 0,608 &'·

$ 59 21 0,069

£ 120 0,124

20 179 0,213

25 36 0,091

65 0328

105 0,542

30 35 0,103

75 0333

135 0309

15 41 0,040

45 0,167

16 55 0,174

33 0356

15 57 0,181

45 0374

90 0327

40 77 0,461

Die Tabelle zeigt, daß bei erhöhter Temperatur im erfindungsgemäßen Verfahren ein beträchtlicher Teil des Oxazolidons innerhalb einer angemessenen Zeit in das Amin umgewandelt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regeneration eines Absorptionsmittels für die Entfernung von CO2 und/oder COS aus Gasen, bestehend aus einer wäßrigen, mit einem Oxazolidon verunreinigten Lösung eines primären und/oder sekundären N-(2-Hydroxyalky!)-amins, dadurch gekennzeichnet, daß man das Absorptionsmittel oder eine daraus erhaltene Oxazolidon enthaltende Fraktion auf eine Temperatur von mindestens 200° C unter erhöhtem Druck in Gegewart von Wasser erhitzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Absorptionsmittel oder die daraus erhaltene Oxazolidonfraktion auf eine Temperatur von 200 bis 300° C erhitzt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Absorptionsmittel oder die daraus erhaltene Oxazolidonfraktion auf eine Temperatur von 200 bis 250° C erhitzt

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das während des Erhitzens gebildete CO2 durch Strippen mit Wasserdampf entfernt

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Absorptionsmittel oder die daraus erhaltene Oxazolidonfraktion bei einem Druck von 10 bis 60 bar erhitzt

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Oxazolidon enthaltende Fraktion kontinuierlich aus einem Teil des Absorptionsmittels abdestilliert, diese Fraktion erhitzt und dem Absorptionsmittel wieder zuführt

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxazoüdon enthaltende Fraktion bei 100 bis 200° C mit Wasserdampf strippt