Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zur Gaswäsche Process and apparatus for gas scrubbing
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung einer Gaswäsche, bei welcher Gas von unten nach oben und Waschmittel von oben nach unten durch eine The invention relates to a device for carrying out a gas scrubbing, in which gas from bottom to top and detergent from top to bottom by a
Waschsäule geführt werden, wobei wenigstens zwei Wäschsektionen in der Washing column are performed, with at least two laundry sections in the
Waschsäule übereinander angeordnet sind, von denen die obere nach unten von einem Kaminboden begrenzt wird, aus welchem zumindest ein Teil des in der oberen Waschsektion beladenen Waschmittels an einer im Bereich des Kaminbodens vorgesehenen Abzugsstelle abziehbar und als Waschmittel an einer im Bereich der unteren Waschsektion vorgesehenen Einleitungsstelle in die untere Waschsektion einleitbar ist, wobei in Strömungsrichtung hinter der Abzugsstelle und vor der Washing column are arranged one above the other, of which the upper is bounded below by a chimney tray, from which at least a part of the detergent loaded in the upper washing section deductible at a provided in the chimney flue outlet and as detergent at an opening provided in the lower washing section discharge point in the lower washing section can be introduced, wherein in the flow direction behind the take-off point and before the
Einleitungsstelle eine Wärmetauscheinrichtung zwischengeschaltet ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung. Derartige Vorrichtungen werden insbesondere für physikalische Gaswäschen eingesetzt. Physikalische Gaswäschen nutzen die Eigenschaft von Flüssigkeiten aus, gasförmige Stoffe zu absorbieren und in Lösung zu halten, ohne die Gase dabei chemisch zu binden. Wie gut ein Gas von einer Flüssigkeit absorbiert wird, wird durch den Löslichkeitskoeffizienten ausgedrückt: je besser sich das Gas in der Flüssigkeit löst, desto größer ist sein Löslichkeitskoeffizient. Der Löslichkeitskoeffizient ist temperaturabhängig und steigt i. Allg. mit fallender Temperatur an. Daher wird das flü ige Waschmittel häufig zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten z.B. durch Wärmetausch mit einem Kältemittel vor der Wäsche abgekühlt. Beispielsweise werden aminhaltige Waschmittel zur Entfernung von KohlendioxidEinleitungsstelle a heat exchange device is interposed, and a method for operating the device. Such devices are used in particular for physical gas scrubbing. Physical gas scrubbing exploits the ability of liquids to absorb gaseous substances and hold them in solution without chemically binding the gases. How well a gas is absorbed by a liquid is expressed by the solubility coefficient: the better the gas dissolves in the liquid, the greater its solubility coefficient. The solubility coefficient is temperature dependent and increases i. Gen. with falling temperature. Therefore, the liquid detergent is often used to increase the solubility coefficient, e.g. cooled by heat exchange with a refrigerant before washing. For example, amine-containing detergents are used to remove carbon dioxide
(C02) aus Rauchgasen eingesetzt, um die Abgabe von klimaschädlichen Stoffen an die Umwelt zu verringern. Das ausgewaschene Kohlendioxid kann verdichtet und ggf. nach weiterer Aufbereitung im Untergrund verpresst oder einer anderen Nutzung zugeführt werden. Auf diese Weise ist z.B. ein nahezu kohlendioxidemissionsfreier Betrieb von Kohlekraftwerken möglich. (C0 2 ) from flue gases used to reduce the release of environmentally harmful substances to the environment. The washed-out carbon dioxide can be compressed and, if necessary, pressed into the ground after further treatment or put to another use. In this way, for example, a nearly carbon dioxide emission-free operation of coal power plants is possible.
Nach dem Stand der Technik wird eine Rauchgas- C02 -Wäsche in einer Waschsäule durchgeführt, in der mindestens zwei Waschsektionen übereinander angeordnet und
durch einen Kaminboden voneinander getrennt sind, wobei in der unteren Sektion der erste und in der oberen Sektion der zweite Waschschritt ablaufen. Eine derartige Waschsäule verfügt in ihrem unteren Bereich über eine Einrichtung zur Zuführung des zu waschenden Rauchgases und an ihrem Kopf über eine Einrichtung zum Abzug des gewaschenen Rauchgases. Weiterhin weist sie Einrichtungen zur Zuführung von unbeladenem Waschmittel am Kolonnenkopf, zum Abzug von beladenem Waschmittel aus dem Kaminboden, zur Zuführung von beladenem W schmittel in die untere Waschsektion und zum Abzug des Sumpfproduktes aus dem Sumpfraum auf. Das beladene Waschmittel, das sich im Kaminboden sammelt, wird aus diesem abgezogen und zumindest zum Teil mittels einer Pumpe zu einer Wärmetauscheinrichtung gefördert, in der es zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten abgekühlt wird. According to the prior art, a flue gas C0 2 scrubbing is carried out in a scrubbing column in which at least two washing sections are arranged one above the other and are separated from each other by a chimney tray, wherein in the lower section of the first and in the upper section of the second washing step take place. Such a washing column has in its lower part via a device for supplying the flue gas to be washed and at its head via a device for the withdrawal of the washed flue gas. Furthermore, it has facilities for supplying unladen detergent at the top of the column, for the withdrawal of loaded detergent from the chimney tray, for the supply of laden W schmittel in the lower washing section and for the withdrawal of the bottom product from the sump space. The loaded detergent, which collects in the chimney tray, is withdrawn from this and at least partially promoted by means of a pump to a heat exchange device in which it is cooled to increase the solubility coefficient.
Schließlich wird das abgekühlte Waschmittel in die untere Waschsektion eingeleitet. Finally, the cooled detergent is introduced into the lower washing section.
Bei dieser bekannten Methode wird also die Durchströmung der In this known method so the flow through the
Wärmetauscheinrichtung mit dem Waschmittel durch eine Pumpe gewährleistet. Hierzu sind neben der eigentlichen Pumpe ein Pumpenantrieb, eine Pumpenregelung sowie eine Flüssigkeitsvorlage innerhalb der Waschsäule notwendig, was erhebliche Heat exchange device with the detergent guaranteed by a pump. For this purpose, in addition to the actual pump, a pump drive, a pump control and a liquid template within the wash column are necessary, which is significant
Investitions- und Betriebskosten erfordert. Darüber hinaus besteht die Gefahr von Betriebsstörungen durch Pumpenausfälle. Da dies in der Regel nicht zulässig ist, muss die Pumpe deswegen redundant ausgeführt werden. Ferner ist der Aufwand für regelmäßige Wartungen der Pumpenanordnung zu berücksichtigen. Investment and operating costs required. In addition, there is the risk of malfunctions due to pump failures. Since this is usually not allowed, the pump must therefore be redundant. Furthermore, the cost of regular maintenance of the pump assembly is taken into account.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der Object of the present invention is therefore to provide a device of
gattungsgemäßen Art sowie ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, mit denen bei deutlich reduzierten Kosten die Gefahr von Betriebsstörungen weitgehend beseitigt werden kann. generic type and to provide a method for their operation, with which at significantly reduced cost, the risk of malfunction can be largely eliminated.
Die gestellte Aufgabe wird seitens der Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abzugsstelle soweit oberhalb der Einleitungsstelle angeordnet ist, dass die hydrostatische Energie allein zur Durchströmung der Wärmetauscheinrichtung und zur Einleitung des Waschmittels in die untere Waschsektion ausreicht. The object is achieved by the device according to the invention in that the withdrawal point is arranged so far above the point of introduction that the hydrostatic energy is sufficient only to flow through the heat exchange device and for introducing the detergent into the lower washing section.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die Pumpenenergie durch hydrostatische Energie zu ersetzen. Hierzu wird zwischen der Abzugsstelle und der Einleitungsstelle für das Waschmittel ein Höhenunterschied eingestellt, der einen hydrostatischen Druck
des Waschmittels zur Folge hat, der für eine Durchströmung der The invention is based on the idea to replace the pump energy by hydrostatic energy. For this purpose, a height difference is set between the take-off point and the point of introduction of the detergent, which is a hydrostatic pressure of the detergent has the consequence, for a flow through the
Wärmeaustauscheinrichtung und für die Einleitung des Waschmittels in die untere Waschsektion ausreicht. Die treibende Kraft für das Waschmittel wird also nicht mehr durch die Pumpe erzeugt, sondern allein durch die hydrostatische Energie infolge des Höhenunterschieds zwischen Abzugs- und Einleitungsstelle. Üblicherweise wird gemäß dem Stand der Technik eine Pumpe verwendet, um zum einen frei zu sein in der Aufstellung der Wärmetauscheinrichtung und zum anderen einen höheren Heat exchanger device and sufficient for the introduction of the detergent in the lower washing section. The driving force for the detergent is therefore no longer generated by the pump, but solely by the hydrostatic energy due to the difference in height between the discharge and discharge point. Usually, according to the prior art, a pump is used in order to be free in the installation of the heat exchange device and on the other hand a higher
Druckverlust innerhalb der Wärmetauscheinrichtung sowie seiner Verrohrung zu ermöglichen. Überraschenderweise wurde mit der Erfindung festgestellt, dass zum einen eine passende Aufstellung der Wärmetauscheinrichtung ohne Mehrkosten zu realisieren ist und zum anderen die Mehrkosten der aufgrund des niedrigeren zulässigen Druckverlustes teureren Wärmeaustauscheinrichtung mehr als aufgewogen werden durch die Minderkosten aufgrund des Wegfalls der Pumpe. Zweckmäßigerweise ist die Wärmetauscheinrichtung außerhalb der Waschsäule . angeordnet und über Leitungen einerseits mit der Abzugsstelle und andererseits mit der Einleitungsstelle verbunden. Dabei ist die Abzugsstelle in einer Höhe oberhalb der Einleitungsstelle angeordnet, aus der sich eine hydrostatische Energie des To allow pressure loss within the heat exchange device and its piping. Surprisingly, it was found with the invention that on the one hand a suitable installation of the heat exchange device can be realized without additional costs and on the other hand the additional costs of the lower allowable pressure loss more expensive heat exchange device are more than offset by the cost savings due to the elimination of the pump. Conveniently, the heat exchange device is outside the wash column. arranged and connected via lines on the one hand to the withdrawal point and on the other hand to the discharge point. In this case, the withdrawal point is arranged at a height above the point of introduction, from which a hydrostatic energy of the
Waschmittels ergibt, mit der die Druckverluste in den Leitungen und in der Detergent results, with the pressure losses in the lines and in the
Wärmetauscheinrichtung überwindbar sind. In der Praxis ist der Kaminboden in der Waschsäule so ausgeführt, dass sich an der Abzugsstelle des für die untere Heat exchange device can be overcome. In practice, the chimney tray in the wash column is designed so that at the trigger point of the lower
Waschsektion bestimmten Waschmittels ein statischer Flüssigkeitsdruck ausbilden kann, der ausreichend ist, die Druckverluste auszugleichen, die das Waschmittel auf seinem Weg aus dem Kaminboden in die untere Waschsektion erfährt. Wegen der Reibungsverluste in den Leitungen und den durch die Wärmeaustauscheinrichtung verursachten Druckverlusten können sich für den Kaminboden Höhen von mehreren Metern ergeben. Vorzugsweise beträgt die Höhendifferenz zwischen der Abzugsstelle und der Einleitungsstelle ca. 2 bis ca. 8 m. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens drei, durch Kaminböden voneinander getrennte Waschsektionen in der Waschsäule angeordnet sind, wobei die Abzugsstelle für das Waschmittel im Bereich des untersten Washing section of certain detergent can form a static fluid pressure, which is sufficient to compensate for the pressure losses experienced by the detergent on its way from the chimney tray in the lower washing section. Because of the frictional losses in the ducts and the pressure losses caused by the heat exchanger, heights of several meters may result for the chimney tray. Preferably, the height difference between the take-off point and the point of introduction is about 2 to about 8 m. An advantageous embodiment of the invention provides that at least three, separated by fireplace floors washing sections are arranged in the washing column, wherein the withdrawal point for the detergent in the area of the lowest
Kaminbodens und die Einleitungsstelle für das Waschmittel im Bereich der untersten Waschsektion angeordnet sind und die Wärmetauscheinrichtung zwischen Chimney tray and the introduction point for the detergent are arranged in the region of the lowest washing section and the heat exchange device between
Abzugsstelle und Einleitungsstelle zwischengeschaltet ist. Eine solche
Ausführungsform kann z.B. mit Vorteil zur Aminwäsche von Rauchgasen eingesetzt werden. Deduction point and discharge point is interposed. Such Embodiment can be used for example with advantage for amine scrubbing of flue gases.
Unterhalb dieser Waschsektionen kann ggf. zusätzlich eine Vorwäsche vorgesehen sein. In diesem Fall sind die Abzugsstelle für das Waschmittel im Bereich des untersten oberhalb der Vorwäsche angeordneten Kaminbodens und die Underneath these washing sections may optionally be additionally provided a pre-wash. In this case, the extraction point for the detergent in the range of the lowest above the prewash arranged chimney tray and the
Einleitungsstelle für das Waschmittel im Bereich der untersten oberhalb der Vorwäsche angeordneten Waschsektion vorgesehen. Grundsätzlich eignet sich die Erfindung für alle Gaswäschen, bei denen das beladene Waschmittel aus einer oberen Waschsektion abgezogen und nach einem Introduction point for the detergent provided in the area of the lowest above the pre-wash washing section. Basically, the invention is suitable for all gas scrubbing in which the loaded detergent withdrawn from an upper washing section and after a
Wärmetausch in einer Wärmetauscheinrichtung in eine untere Waschsektion eingeleitet werden soll. Insbesondere ist die Erfindung für physikalische Gaswäschen vorgesehen, bei der das abgezogene Waschmittel in der Wärmetauscheinrichtung zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten abgekühlt und in die untere Waschsektion eingeleitet wird. Heat exchange to be initiated in a heat exchange device in a lower washing section. In particular, the invention is provided for physical gas scrubbing in which the withdrawn detergent is cooled in the heat exchange device to increase the solubility coefficient and introduced into the lower washing section.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer Gaswäsche, bei welcher Gas von unten nach oben und Waschmittel von oben nach unten durch die Waschsäule geführt werden, wobei wenigstens zwei Waschsektionen in der The invention further relates to a method for carrying out a gas scrubbing in which gas from bottom to top and detergent from top to bottom are passed through the scrubbing column, wherein at least two washing sections in the
Waschsäule übereinander angeordnet sind, von denen die obere nach unten von einem Kaminboden begrenzt wird, aus welchem zumindest ein Teil des in der oberen Waschsektion beladenen Waschmittels abgezogen, über eine Washing column are arranged one above the other, of which the upper is bounded below by a chimney tray, from which at least a portion of the loaded in the upper washing section detergent withdrawn via a
Wärmetauscheinrichtung geleitet und als Waschmittel in die untere Waschsektion eingeleitet wird. Heat exchange device passed and introduced as a detergent in the lower washing section.
Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Waschmittel allein aufgrund der hydrostatischen Energie durch den Wärmetauscher zur unteren Waschsektion getrieben wird. The method, the object is achieved in that the detergent is driven solely due to the hydrostatic energy through the heat exchanger to the lower washing section.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus einem kohlendioxidhaltigen Rauchgas unter Einsatz eines aminhaltigen A preferred embodiment of the method according to the invention provides that of a carbon dioxide-containing flue gas using an amine-containing
Waschmittels zumindest ein Teil des Kohlendioxids ausgewaschen wird.
Durch die Erfindung ist es möglich, auf die sonst übliche Pumpe mit Antrieb, Regelung und Vorlagevolumen zu verzichten, wodurch sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten erheblich verringert werden können. Außerdem ist die Störanfälligkeit deutlich reduziert. Detergent at least a portion of the carbon dioxide is washed out. By the invention it is possible to dispense with the usual pump with drive, control and original volume, whereby both the investment and operating costs can be significantly reduced. In addition, the susceptibility is significantly reduced.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert werden. Es zeigen Figur 1 eine Waschsäule mit pumpengetriebenem Zwischenkühler nach dem In the following, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments schematically illustrated in the figures compared to the prior art. 1 shows a washing column with pump-driven intercooler after
Stand der Technik State of the art
Figur 2 eine Waschsäule mit schwerkraftgetriebenem Zwischenkühler Figur 3 eine Waschsäule mit auf erhöhtem Niveau angeordnetem, FIG. 2 shows a washing column with a gravity-driven intermediate cooler, FIG. 3 shows a washing column with an elevated level,
schwerkraftgetriebenen Zwischenkühler Gravity-driven intercooler
In Figur 1 ist eine Waschsäule zur Rauchgas- C02 -Wäsche nach dem Stand der Technik dargestellt, in der aus einem kohlendioxidhaltigen Rauchgas, das z.B. in einem Kohlekraftwerk anfällt, in mehreren Waschsektionen das Kohlendioxid mittels eines aminhaltigen Waschmittels weitgehend entfernt wird. Das ausgewaschene Kohlendioxid kann nach entsprechender, in der Figur nicht dargestellten, Aufbereitung schließlich im Untergrund verpresst werden oder einer anderen Verwendung, z.B. als Einsatzstoff für Bioreaktoren (Algenkulturen) zur Kraftstofferzeugung, zugeführt werden. 1 shows a washing column for flue gas C0 2 scrubbing according to the prior art, in which carbon dioxide-containing flue gas obtained, for example, in a coal-fired power plant, the carbon dioxide is largely removed by means of an amine-containing detergent in several washing sections. The leached carbon dioxide can be pressed in the background after appropriate, not shown in the figure, treatment or another use, eg as a feedstock for bioreactors (algae cultures) for fuel production, fed.
Über Leitung 1 wird das zu reinigende Rauchgas in die Waschsäule T eingeleitet und strömt anschließend aufwärts durch die untere Waschsektion WS1. Waschmittel, welches in der oberen Waschsektion WS2 bereits zur Gaswäsche verwendet wurde, wird im Kaminboden K, welcher die Waschsektion WS2 nach unten abschließt, aufgefangen und über Leitungen 5 und 4 in die untere Waschsektion WS1 geleitet. Das Waschmittel fließt in der unteren Waschsektion WS1 von oben nach unten, und wäscht auf seinem Weg aus dem im Gegenstrom geführten Rauchgas einen Teil des Via line 1, the flue gas to be purified is introduced into the wash column T and then flows upward through the lower washing section WS1. Detergent, which has already been used in the upper washing section WS2 for gas scrubbing, is collected in the chimney tray K, which closes the washing section WS2 down, and passed via lines 5 and 4 in the lower washing section WS1. The detergent flows in the lower washing section WS1 from top to bottom, and washes on its way out of the counter-current flue gas part of the
Kohlendioxids aus, bevor es - nunmehr mit C02 und ggf. weiteren Komponenten beladen - im Sumpfraum S der Waschsäule T gesammelt wird. Das bereits teilweise
gereinigte Rauchgas strömt durch den Kaminboden K nach oben in die obere Carbon dioxide before it - now loaded with C0 2 and possibly other components - in the sump space S of the wash column T is collected. That already partially cleaned flue gas flows through the chimney tray K up to the top
Waschsektion WS2, in welcher es durch im Gegenstrom geführtes Waschmittel, das regeneriert am Kopf der Waschsektion WS2 über Leitung 2 eingeleitet wird, weiter von Kohlendioxid gereinigt wird. Über Leitung 3 wird das gereinigte Rauchgas schließlich aus der Waschsäule T abgezogen. Washing section WS2 in which it is further purified from carbon dioxide by countercurrent detergent regenerated at the head of the washing section WS2 via line 2. Via line 3, the purified flue gas is finally withdrawn from the wash column T.
Zur Erhöhung des Löslichkeitskoeffizienten des Waschmittels wird das über Leitung 5 aus der Waschsäule abgezogene Waschmittel in einem als Wärmetauscheinrichtung vorgesehenen, üblicherweise als Zwischenkühler bezeichneten, Wärmetauscher 6 durch Wärmetausch mit einem Kältemittel abgekühlt. Das abgekühlte Waschmittel wird über Leitung 4 in die untere Waschsektion WS1 eingeleitet. Die Durchströmung des Wärmetauschers 6 wird durch eine Pumpe 7 gewährleistet. To increase the solubility coefficient of the detergent, the scrubbing agent withdrawn from the scrubbing column via line 5 is cooled by heat exchange with a refrigerant in a heat exchanger 6, which is provided as a heat exchange device and is usually referred to as an intercooler. The cooled detergent is introduced via line 4 into the lower washing section WS1. The flow through the heat exchanger 6 is ensured by a pump 7.
Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Stand der Technik dadurch, dass die Durchströmurig des The embodiment of the invention shown in Figure 2 differs from the prior art shown in Figure 1 in that the Durchströmurig of
Wärmetauschers 6 nicht durch eine Pumpe gewährleistet wird, sondern allein durch den hydrostatischen Druck des über Leitung 5 vom Kaminboden K abgezogenen Waschmittels. Hierzu ist die Abzugsstelle A in einer Höhe über der Einleitungsstelle E angeordnet, die einen für die Überwindung des Druckverlustes in den Leitungen 4 und 5 und im Wärmetauscher 6 ausreichenden hydrostatischen Druck zur Folge hat. Dabei beträgt die Höhendifferenz zwischen der Abzugsstelle A und der Einleitungsstelle E in der Praxis z.B. 2 bis 8 m. Heat exchanger 6 is not guaranteed by a pump, but solely by the hydrostatic pressure of the withdrawn via line 5 from the fireplace floor K detergent. For this purpose, the withdrawal point A is disposed at a height above the discharge point E, which has a sufficient for overcoming the pressure loss in the lines 4 and 5 and in the heat exchanger 6 hydrostatic pressure result. In this case, the height difference between the withdrawal point A and the point of introduction E is in practice e.g. 2 to 8 m.
In Figur 3 ist eine Variante des in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt, bei der der Wärmetauscher 6 auf einem erhöhten Niveau angeordnet ist, um dieFIG. 3 shows a variant of the exemplary embodiment shown in FIG. 2, in which the heat exchanger 6 is arranged at an elevated level in order to prevent the heat exchanger
Druckverluste in den Leitungen 4 und 5 und damit des notwendigen hydrostatischen Drucks, also der Höhendifferenz zwischen Abzugsstelle A und Einleitungsstelle E, zu verringern.
Pressure losses in the lines 4 and 5 and thus the necessary hydrostatic pressure, ie the height difference between the withdrawal point A and discharge point E to reduce.