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DE2626368A1 - Verfahren zur entfernung von sauren gasen aus einer gasfoermigen oder fluessigen mischung - Google Patents

Verfahren zur entfernung von sauren gasen aus einer gasfoermigen oder fluessigen mischung

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DE2626368A1
DE2626368A1 DE19762626368 DE2626368A DE2626368A1 DE 2626368 A1 DE2626368 A1 DE 2626368A1 DE 19762626368 DE19762626368 DE 19762626368 DE 2626368 A DE2626368 A DE 2626368A DE 2626368 A1 DE2626368 A1 DE 2626368A1
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amine
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aqueous
acid
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Cornelis Ouwerkerk
Jan Verloop
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0005Degasification of liquids with one or more auxiliary substances
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
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Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande
"Verfahren zur Entfernung von sauren Gasen aus einer gasförmigen oder flüssigen Mischung".
Priorität^6 13* Juni 1975' Niederlande, Nr. 7507059
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von sauren Gasen aus einer gasförmigen oder·flüssigen Mischung durch Kontaktieren dieser Mischung mit einer wässrigen Lösung eines Amins, das im Molekül mindestens zwei Alkanolgruppen an Stickstoff gebunden enthält, und anschließendes Austreiben der sauren Gase aus der beladenen Lösung durch Erhitzen.
Viele Jahre lang sind wässrige Lösungen von Dialkanolaminen und Trialkanolaminen zum Entfernen von sauren Gasen aus Flüssigkeiten, wie Kohlenwasserstoffmischungen , und insbesondere aus Gasgeraischen wie Erdgas und Raffineriegase, verwendet worden. Im Rahmen der Erfindung werden nachstehend unter der Bezeichnung"saure Gase"insbesondere Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid sowie Verbindungen
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verstanden, welche relativ leicht in derartige Gase umwandelbar sind, beispielsweise Kohlenstoffoxisulfid. Dialkaonolamine und Trialkanolamine sind an sich sehr geeignet, um den Gehalt solcher Gasmischungen oder Flüssigkeiten an saurem Gas auf niedrige Konzentrationen herabzusetzen, selbst wenn der Druck des zu reinigenden Gases nicht hoch ist und z.B. dem Atmosphärendruck entspricht. Die Herabsetzung des Gehaltes an sauren Gasen und insbesondere von Schwefelwasserstoff auf einen Minimalwert wird im Hinblick auf die von den Behörden erlassenen Umweltschutzbestimmungen von immer größerer Bedeutung. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise auf die Entfernung1 von Schwefelkomponenten aus den Abgasen von schwefelverarbextenden Anlagen, insbesondere Claus-Anlagen, verwiesen werden, wobei alle in den Abgasen vorhandenen Schwefelverbindungen zunächst in Schwefelwasserstoff umgewandelt werden und dann diese Gase mittels der vorstehend genannten Amine zwecks sorgfältiger Schwefelwasserstoffentfernung behandelt werden, so daß schließlich ein Gas mit einem sehr geringen Gehalt an Schwefelwasserstoff erhalten wird.
Es wurde vorstehend schon darauf hingewiesen, daß es durchaus möglich ist, den Gehalt der zu reinigenden Gase oder Flüssigkeiten an dem sauren Gas auf einen sehr niedrigen Wert herabzusetzen. Dabei muß jedoch die Regenerierung der mit den sauren Gasen beladenen Aminlösungen sehr sorgfälig durchgeführt werden, damit der Restgehalt an sauren Gasen in der regenerierten Aminlösung so niedrig liegt, daß diese Lösung im Kreislauf wiederverwendet werden kann, um den Gehalt der zu reinigenden Gase oder Flüssigkeiten an saurem Gas wiederum auf den gewünschten niedrigen Wert herab-
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zusetzen. Eine solche sorgfältige Regenerierung erfordert jedoch sehr viel Wärmeenergie. Diese Wärmeenergie wird üblicherweise in Form von Dampf zugeführt. Zu diesem Zweck ist jedoch eine große Menge an Dampf erforderlich, und da die Erzeugung von Dampf kostspielig ist, muß hierin ein schwerwiegender Nachteil gesehen werden.
überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß die für eine gewünschte Regenerierung der Aminlösung erforderliche Dampfmenge wesentlich herabgesetzt werden kann/ Wenn'der Aminlösung vor der Kontaktierung mit den zu reinigenden Stoffmischungen, d.h. vor der Extraktion saurer Gase aus diesen Mischungen,■bestimmte Ver- ; bindungen zugesetzt werden. Auf diese Weise läßt sich im Vergleich mit den bisher angewendeten Verfahren nicht nur die Menge an Dampf wesentlich herabsetzen, welche erforderlich ist, um die gewünschte geringe Restmenge an saurem Gas in der regenerierten Aminlösung einzustellen, sondern die Kapazität derjenigen Teile der Anlage, wo Dampf erzeugt wird und die Regenerierung durchgeführt wird, kafin" auch wesentlich geringer gehalten werden, so daß auf diese Weise beträchtliche Kapitalinvestitionen erspart werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von sauren Gasen aus einer gasförmigen oder flüssigen Mischung durch Kontaktieren dieser Mischung mit einer wässrigen Lösung eines Amins, das im Molekül mindestens zwei Alkanolgruppen am Stickstoff gebunden enthält", 'und anschließendes Austreiben der sauren Gase aus der beladenen Lösung durch Erhitzen ist dadurch gekennzeichnet, daß man
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der wässrigen Lösung vor der Kontaktierungsbehandlung eine Verbindung zusetzt, welche es ermöglicht, daß während des Austreibens der sauren Gase durch Erhitzen 0,1 bis 15 Molprozent des Amins in der Säureform vorliegen.
Im allgemeinen enthalten die Lösungen außer Wasser und dem das im Molekül mindestens 2 Alkanolgruppen an Stickstoff gebunden enthält und nachstehend als Alkanolamin bezeichnet wird, keine weiteren wesentlichen Mengen an anderen Bestandteilen. Es ist' jedoch bei einer Ausführungsform auch möglich, daß gleichzei tig eine beträchtliche Menge eines physikalischen Lösungsmittels für saure Gase mitverwendet wird, beispielsweise SuIfolan, N-Methylpyrrolidon, Propylencarbonat oder Methanol.
Als Alkanolamine eignen sich sekundäre Amine, wie Diethanolamin und Dipropanolamin und insbesondere Diisopropanolamin. Außerdem können für diesen Zweck tertiäre Amine eingesetzt werden, wie Triäthanolamin und insbesondere Methyldiäthanoiamiη.
Die Menge des in der wässrigen Lösung vorliegenden Alkanolamins kann innerhalb weiter Bereiche variiert werden. Sehr zweckmäßig sind Aminmengen von 10 bis 70 Gewichtsprozent und insbesondere von 15 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtlösung.
Der erfindungsgemäß verwendete Zusatzstoff dient dazu, sicherzustellen, daß 0,1 bis 15 Molprozent des Amins in der Lösung in saurer Form vorliegen, d.h. in der protonierten Form. Es ist im
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Rahmen der Erfindung wesentlich, daß das Amin auch während des Austreibens der sauren Gase aus der beladenen Lösung in dieser sauren Form vorhanden ist.
Als Zusatzstoffe im Rahmen der Erfindung eignen sich insbesondere Verbindungen mit einer Dissoziationskonstanten ρ , die unter den
KA
Bedingungen des Austreibens der sauren Gase in der beladenen Lösung niedriger als die Dissoziationskonstante p„ des betreffen-
KB den Amins ist, welches im Molekül" mindestens zwei Alkanolgruppen an Stickstoff gebunden enthält. Auf diese Weise wird das in der Lösung vorliegende Amin sofort in"die saure Form überführt. Als Zusatzstoffe eignen sich daher Fettsäuren, wie Essigsäure und Ameisensäure, doch sind Säuren mit einer Dissoziationskonstanten pv von höchstens 3, v/ie Phosphorsäure, Oxalsäure und Schwefel-
KA
säure bevorzugt.
Unter den Begriff "Säure" fallen im Rahmen der Erfindung auch saure Salze, wie Natriumhydrogensulfat(NaHSO4),
Es ist aber auch möglich, Zusatzstoffe in Form von Säuren zu verwenden7 deren Dissoziationskonstante p.. höher liegt als die Dis-
KA soziationskonstante p„ des betreffenden Amins. In diesem Fall
KB
ist es erforderlich, einen Überschuß an Säureäquivalent zu verwenden, um die gewünschte Menge an Amin in die saure Form zu überführen.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform kann man die Säure zusammen mit einer gegebenenfalls äquivalenten Menge eines Amins, das im
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Molekül mindestens zwei Alkanolgruppen an Stickstoff gebunden enthält, zu der Extraktionslosung zusetzen. Das mit der Säure zusammen zugesetzte Amin ist vorzugsweise identisch mit demjenigen Amin, welches als Hauptkomponente in der betreffenden Lösung vorliegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Zusatzstoff verwendet werden, der die Protonierung des Amins nicht unmittelbar bewirkt, wobei dann die Zusatzkomponente nach Vermischen mit der Aminlösung eine Umwandlung erfahren muß. Sehr geeignet für diese Ausführungsform ist beispielsweise das Salz einer Säure, wobei das Kation vor oder während der"Erhitzungsbehandlung zum Austreiben der sauren Gase aus der Lösung"entfernt wird. Beispielsweise kann ein solches Kation in Form einer flüchtigen Base durch Verdampfen entfernt werden. Beispiele für solche Kationen sind flüchtige Amine, wie Methylamin und Äthylamin', und insbesondere das Ammoniumion. Daher ist Ammoniumsulfat besonders geeignet als Zusatzstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Es ist weiterhin möglich, den Zusatzstoff in Form eines Salzes
/und/
einzusetzen /ä'essen Kation vor oder während der Erhitzungsbehandlung zum Austreiben der sauren Gase durch Ausfällen und möglicherweise anschließende Filtration oder Abzentrifugieren aus der Aminlösung abzutrennen.
Unter dem Ausdruck "Entfernen eines Kations aus der Aminlösung" wird auch eine Ausführungsform verstanden, bei der das Kation in der Lösung in einer solchen Weise gebunden wird, daß das Amin
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durch die Einwirkung des Anions, welches in Form des Salzes zusammen mit dem Kation der Lösung zugesetzt wird, in die saure Form umgewandelt wird. Ein Beispiel einer solchen Entfernung des Kations ist z.B. eine Komplexbildungsreaktion mit dem Kation, gewünschtenfalls ausschließlich unter denjenigen Bedingungen, unter denen die Regenerierung der mit saurem Gas beladenen Lösung stattfindet.
Die Menge des Zusatzstoffes zu der Aminlösung ist nicht festgelegt? am besten bestimmt man für jeden Einzelfall rein empirisch, welche Menge eines bestimmten Zusatzstoffes erforderlich ist, um eine optimale Ersparnis an Wärmeenergie bei der Regenerierung der mit saurem Gas beladenen Aminlösung zu erzielen. Im allgemeinen beträgt die Menge des Zusatzstoffes 1 bis 5 Molprozent, bezogen auf den Gehalt der wässrigen Lösung an dem Alkanolamin.
Das Abtrennen der sauren Gase aus den zu reinigenden Gas- oder Flüssigkeitsmischungen sowie die Regenerierung der beladenen Alkanolaminlösung kann in üblichen Vorrichtungen für solche Maßnahmen durchgeführt werden, beispielsweise in mit Böden versehenen Absorptions- und Regenerationssäulen: In manchen Fällen ist es erforderlich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Absorptions- und/oder Regenerationssäulen mit einer größeren Anzahl von Austauschboden zu verwenden als es bei üblichen Verfahren notwendig ist, welche beispielsweise ein Alkanolarain ohne den erfindungsgemäß vorgesehenen Zusatzstoff verwenden. Die dadurch entstehenden etwas höheren Kosten werden jedoch durch Ersparnisse in denjenigen Teilen der Anlage mehr als überkompensiert, wo der erforderliche
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Dampf erzeugt wird und wo die Regenerierung der mit saurem Gas beladenen Lösungen.durchgeführt wird. Zusätzlich ergibt sich eine Kostenersparnis dadurch, daß geringere Dampfmengen benötigt werden.
In einigen Fällen haben die bei dem erfindungsgernäßen Verfahren erhaltenen Abgase einen so niedrigen Schwefelwasserstoffgehalt, daß sie ohne Abfackeln direkt in die Atmosphäre abgelassen werden können. Dies trifft insbesondere zu für Gasef aus denen Schwefelwasserstoff gemäß der Erfindung entfernt worden ist/ wobei die Ausgangsgase erhalten wurden, indem" man die Schwefe!komponenten in Abgasen aus schwefelverarbeitenden Anlagen, insbesondere Claus-Anlagen, zunächst in Schwefelwasserstoff überführte.
Beispiel 1
Eine gasförmige Kohlenwasserstoffmischung, welche 7,2 Volumprozent H2S enthält, wird im Gegenstrom in einer Absorptionskolonne mit 15 Ventilboden bei einem Druck von 7 bar abs. und einer Temperatur von 400C mit einer wässrigen Lösung behandelt, welche 27 Gewichtsprozent Diisopropanolamin enthält. Der Gasdurchsatz beträgt 230 Nm3/h, der Flüssigkeitsdurchsatz beträgt O,65 m3/h. Die gereinigte Gasmischung enthält nur noch 10 Volumenteile pro Million an H0S. Die mit IUS beladene wässrige Lösung wird in einer Regenerierungskolonne mit 16 Ventilboden mittels Niederdruckdampf, wobei 220 kg Dampf je m der wässrigen Lösung erforderlich sind, um daraus eine solche Menge an H2S zu entfernen, daß die Aminlösung wieder benutzt werden kann, um die Gasmischung bis zu einem
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solchen Ausmaß zu reinigen, daß sie nur noch einen Restgehalt an H2S von 10 Volumenteilen je Million aufweist.
Wenn jedoch erfindungsgemäß der wässrigen Lösung im voraus 0,015 Mol Ammoniumsulfat ((NH4J2SO4) oder 0,015 Mol Oxalsäure je Mol
Diisopropanolamin zugesetzt werden, so verringert sich die erforderliche Menge an Dampf für die Regenerierung der Aminlösung auf 100 kg je m der wässrigen Lösung.
Beispiel2
Es wird ein Abgas einer Claus-Anlage mit der folgenden Zusammen
setzung behandelt:
Volumprozent
• H2S 0,4
SO2 0,2
cos 0,1
S (als S1) 0,1
CO2 2,6
N2 64,6
H2O 32,0
Dieses Abgas wird aufgeheizt und zusammen mit einem Gas, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, bei 36O°C über einen sulfidierten Kobalt/Molybdänkatalysator auf Aluminiumoxidträger geleitet. Das dabei erhaltene Gas, bei dem praktisch alles SO2,
COS und S in Schwefelwasserstoff umgewandelt worden ist, wird in einem Kühlturm auf 40°C abgekühlt, wobei das Gas mit einem im
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Kreislauf geführten Wasserstrom kontaktiert wird. Das am Kopf der Kolonne abziehende Gas enthält 1,1 Volumenprozent H-S und 3,6 Volumenprozent CO2. Dieser Gasstrom wird bei 1,05 bar abs. und 40°C
in einer 11 Ventilböden aufweisenden'Kolonne mit 0,24 m /h einer wässrigen Lösung behandelt, welche 25 Gewichtsprozent Diisopropanolamin enthält. Der Gasdurchsatz beträgt 95 Nm /h. Beim Regenerieren der beladenen wässrigen Lösung mit 280 kg Dampf' je Stunde in einer 16 Ventilböden aufweisenden Regenerierungskolonne wird
ein gereinigtes Gas mit einem Restgehalt von 225 Volumenteilen
je Million an H2S erhalten.
Wenn man erfindungsgemäß der wässrigen Lösung 0,02 Mol Ammoniumsulfat je Mol Diisopropanolamin zusetzt, so erhält man unter den gleichen Bedingungen und unter Verwendung der gleichen Dampfmengen ein Gas, welches nur noch einen Restgehalt an H9S von 25
Volumteilen je Million aufweist.
B e i s ρ i e. 1 3
250 Nm /h einer beim Vergasen von Öl erhaltenen Gasmischung, die 0,5 Volumprozent H2S und 4,5 Volumenprozent CO2 enthält, wird
bei einem Druck von 20 bar abs. und einer Temperatur von 400C in einer 20 Ventilboden aufweisenden Kolonne mit 0,32 m /h einer
wässrigen Lösung behandelt, welche 22 Gewichtsprozent Methyldiäthanolamin enthält. Auf diese Weise wird ein Gas mit einem Rest gehalt an H2S von 4 Volumteilen je Million erhalten. Hierfür ist es erforderlich, daß die beladene'Aminlösüng in einer Regenerierungskolonne mit 16 Ventilboden mit insgesamt 50 kg Dampf je
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Stunde behandelt wird.
Wenn man jedoch erfindungsgemäß der wässrigen Aminlösung im voraus 0,023 Mol Schwefelsäure je Mol Methyldiäthanolamin zusetzt, dann benötigt man unter identischen Bedingungen zur Reinigung des Gases bis auf einen Restgehalt'an H2S'von 4'Volumteilen pro Million insgesamt nur 28 kg Dampf je Stunde.
Beisp.iel 4
Eine frische wässrige Lösung, welche je m 209 Kilomol Diisopropanolamin enthält, wird bis zu einer Konzentration von 0,14 Mol H~S je Mol Diisopropanolamin beladen, indem man bei Raumtemperatur reines H2S durch die Lösung durchperlen läßt. Die beladene Lösung wird auf 90°C erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von 4,05 kg/h demKopf einer 50 Böden aufweisenden Regenerierkolonne zugeführt. Der Schwefelwasserstoff wird mittels gesättigtem Dampf, der mit einer Temperatur von 103 C am Boden der Kolonne mit einer Geschwindigkeit von 0,52 kg/h zugeführt wird, aus der Lösung abgestreift. Die abgestreifte Lösung wird am Boden der Kolonne abgezogen (Vergleichsversuch A).
Mit der gleichen wässrigen Diisopropaiiolaminlösung werden zwei weitere Versuche B und C durchgeführt, wobei aber vor dem Beladen mit H2S 0,02 Kilomol Schwefelsäure je Kilomol Diisopropanolamin zugesetzt werden. Bei dem Versuch B werden die gleichen Bedingungen wie beim Versuch A verwendet. Beim Versuch C wird gesättigter Dampf in einer Menge von 0,31 kg/h zugeführt.
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In der nachstehenden Tabelle sind die Gehalte an H3S der abgestreiften Aminlösungen sowie der Dampfverbrauch aufgeführt. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei einem Zusatz von Schwefelsäure weniger Dampf benötigt wird, um praktisch den gleichen Restgehalt an H2S zu erzielen (Versuch C) oder das mit der gleichen Menge Dampf ein niedrigerer Gehalt an H3S in der abgestreiften Aminlösung erhalten wird (Versuch B) .
Tabelle
Versuch
Nr.
H-SO^-Zusatz
zur Aminlösung
kg
je
Dampf
Stunde
Mol H2S/Mol Diisopropanol-
amin xn der abgestreiften
Lösung
A nein 0,52 0,0062
B ja 0,52 0,0012
C ja 0,31 0,0074
Patentansprüche
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Claims (12)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Entfernung von sauren Gasen aus einer gasförmigen oder flüssigen Mischung durch Kontaktieren dieser Mischung mit einer wässrigen Lösung eines Amins, das im Molekül mindestens zwei Alkanolgruppen an Stickstoff gebunden enthält, und anschliessendes Austreiben der sauren Gase aus der beladenen Lösung durch Erhitzen, dadurch gekennzeichnet , daß man der wässrigen Lösung vor der Kontaktierungsbehandlung eine Verbindung zusetzt, welche es ex'möglicht, daß während des Austreibens der sauren Gase durch Erhitzen 0,1 bis 15 Molprozent des Amins in der Säureform vorliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Aminlösung eine Verbindung mit einer Dissoziationskonstante Px. zugesetzt wird, die unter den Bedingungen des Austrei-
KA
bens der sauren Gase aus der beladenen Lösung niedriger als die
Dissoziationskonstante Px. des betreffenden Amins ist.
KB
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Aminlösung eine Säure mit einer Dissoziationskonstante
Pv. von höchstens 3 zugesetzt wird.
kA
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aminlösung Schwefel-saure oder Oxalsäure zugesetzt wird.
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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Aminlösung ein Salz zugesetzt wird, dessen Kation vor oder während des Austreibens der sauren Gase unter Erhitzen aus der Lösung entfernbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Aminlösung ein Salz zugesetzt wird, dessen Kation aus der Lösung abdampfbar ist.
7. · Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Aminlösung ein Ammoniumsalz zugesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wässrigen Aminlösung Ammoniumsulfat zugesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Lösung eingesetzt wird, die Diisopropanolamin enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Lösung eingesetzt wird, die Methyldiäthanolamin enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Lösung eingesetzt wird, die 15 bis 30 Gewichtsprozent an Alkanolamin enthält.
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12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Lösung eingesetzt v/ird, die 1 bis 5 Molprozent der zusätzlichen Verbindung, bezogen auf das Alkanolamin, enthält
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DE19762626368 1975-06-13 1976-06-11 Verfahren zur entfernung von sauren gasen aus einer gasfoermigen oder fluessigen mischung Granted DE2626368A1 (de)

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