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DE102015007529A1 - Verfahren und Anlage zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegasstrom - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegasstrom Download PDF

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DE102015007529A1
DE102015007529A1 DE102015007529.2A DE102015007529A DE102015007529A1 DE 102015007529 A1 DE102015007529 A1 DE 102015007529A1 DE 102015007529 A DE102015007529 A DE 102015007529A DE 102015007529 A1 DE102015007529 A1 DE 102015007529A1
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Germany
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separation column
stream
partial
refrigerant
heat exchanger
Prior art date
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Application number
DE102015007529.2A
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English (en)
Inventor
Heinz Bauer
Andreas Bub
Christian Vaupel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Priority to CN201610824507.8A priority patent/CN106440657B/zh
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Methan (LNG) aus einem methanhaltigen Synthesegasstrom (SYN), wobei der Synthesegasstrom (SYN) in eine erste Trennkolonne (T1) eingespeist wird, in der Methan aus dem Synthesegasstrom (SYN) abgetrennt wird, indem der Synthesegasstrom (SYN) mit einer flüssigen Phase (F) eines CO-reichen Kopfstroms (K) beaufschlagt wird, der aus dem Kopf (20) einer zweiten Trennkolonne (T2) abgezogen wird, wobei der von Methan gereinigte Synthesegasstrom (SYN) als Kopfproduktstrom (PRO) aus dem Kopf (10) der ersten Trennkolonne (T1) abgezogen wird und eine CO-haltige sowie CH4-haltige Sumpffraktion (S) aus dem Sumpf (11) der ersten Trennkolonne (T1) abgezogen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen dass der CO-reiche Kopfstrom (K) der zweiten Trennkolonne (T2) in einem Kondensator (E3) unter Erzeugung der flüssigen Phase (F) des CO-reichen Kopfstroms (K) gegen den Kopfproduktstrom (PRO) der ersten Trennkolonne (T1) und einen ersten Teilstrom (S') der Sumpffraktion (S) der ersten Trennkolonne (T1) zumindest teilweise kondensiert wird, wobei der Kopfproduktstrom (PRO) der ersten Trennkolonne (T1) angewärmt und jener erste Teilstrom (S') der Sumpffraktion (S) der ersten Trennkolonne (T1) teilverdampft wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Anlage (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegasstrom.
  • Synthesegase, die z. B. aus Kohle, Erdöl oder Erdgas hergestellt werden, enthalten in der Regel nach einer Sauergasentfernung neben den erwünschten Komponenten H2 und CO auch Methan (CH4) mit einem typischen Anteil von 5 bis 70 Vol.-% sowie weitere Komponenten in geringer Menge (typischerweise jeweils unterhalb 2 Vol.-%) wie z. B. N2, O2, Ar, CO2 und höhere Kohlenwasserstoffe. Da CH4 nicht an der Reaktion zu Methanol oder anderen Verbindungen teilnimmt, ist oftmals die Abtrennung von CH4 in gasförmiger oder flüssiger Form (als LNG) vor einer Synthese vorteilhaft. Diese Abtrennung kann in einer Tieftemperaturzerlegung mittels einer Kolonnensequenz erfolgen. Diesbezüglich zeigt 1 eine solches Verfahren aus dem Stand der Technik, wie veröffentlicht in DE 10 2012 020 469 , bei dem über Kopf der ersten Trennkolonne T1 methanarmes Synthesegas PRO und über Sumpf der zweiten Trennkolonne T2 CO-armes Methan LNG abgibt.
  • Im Einzelnen wird bei dem bekannten Verfahren gemäß 1 eine erste und eine zweite Trennkolonne T1, T2 verwendet, die bei unterschiedlichem Druck betrieben werden. Ein methanhaltiges Synthesegas SYN wird hierbei in einem ersten Wärmeübertrager E1 sowie in einem nachfolgenden zweiten Wärmeübertrager E2 abgekühlt und der ersten Trennkolonne T1 in einer definierten Einspeisehöhe zugeführt. In der ersten Trennkolonne T1 kann Methan mittels eines über eine Pumpe L1 gepumpten CO-reichen Rücklaufs aus dem methanhaltigen Synthesegas SYN ausgewaschen werden. Auf diese Weise werden eine methanarme Kopffraktion und eine methanreiche und CO-haltige Sumpffraktion erhalten. Die CO-haltige Sumpffraktion wird am Boden der ersten Trennkolonne T1 abgeschieden. Die methanarme Kopffraktion wird vom Kopf der ersten Trennkolonne T1 abgezogen, in den Wärmetauschern E2 und E1 erwärmt und als Synthesegasprodukt PRO abgegeben.
  • Die CH4-reiche und CO-haltige Sumpffraktion aus der ersten Trennkolonne T1 wird über ein Ventil V3 auf den Druck der zweiten Trennkolonne T2 entspannt und, wiederum in einer definierten Einspeisehöhe, in diese eingespeist. Die zweite Trennkolonne T2 wird als sogenannter Kohlenmonoxidstripper betrieben. Hierzu sind ein dritter und ein vierter Wärmetauscher E3 und E4 vorgesehen, die als Sumpfaufkocher (dritter Wärmetauscher E3) einerseits und als Seitenverdampfer (vierter Wärmetauscher E4) andererseits betrieben und mit einem Kältemittel beheizt werden. Die zweite Trennkolonne T2 weist ferner einen Kondensator E5 auf, der hier als Kopfkondensator ausgebildet ist und in dem in der zweiten Trennkolonne T2 aufsteigende Dämpfe auskondensiert werden können.
  • Im Sumpf der zweiten Trennkolonne T2 kann hierdurch eine kohlendioxidarme Methanfraktion LNG erhalten werden. Diese kann beispielsweise durch den Wärmetauscher E2 geführt werden. Sie kann in Form eines Methanprodukts LNG wahlweise als siedende oder unterkühlte Flüssigkeit oder als Gas bei beliebigem Druck abgegeben werden.
  • Eine gasförmige Kopffraktion der zweiten Trennkolonne T2 wird in einem Verdichter C4 rückverdichtet und dem Produktstrom PRO zugemischt.
  • Ein flüssiger, CO-reicher Kopfstrom wird vom obersten Boden der zweiten Trennkolonne T2 abgezogen, in der erwähnten Pumpe L1 auf den Druck der ersten Trennkolonne T1 gepumpt und der ersten Trennkolonne T1 als CO-reicher Rücklauf zugeführt. Dieser wird zum Auswaschen des Methans in der ersten Trennkolonne T1 verwendet.
  • Zum Kühlen bzw. Heizen der zweiten Trennkolonne T2, d. h. für den Betrieb des dritten Wärmetauschers E3, des vierten Wärmetauschers E4 und des Kondensators E5, ist ein vorzugsweise geschlossener Kältemittelkreislauf vorgesehen. Dieser umfasst einen vorzugsweise mehrstufigen Hauptverdichter C1 mit Zwischenkühlern E6, E7 und E8 und einen ersten und einen zweiten Nachverdichter (Booster) C2 und C3 mit einem Nachkühler E9. In dem Hauptverdichter C1 und den Nachverdichtern C2 und C3 kann ein gasförmiges Kältemittel, beispielsweise technisch reiner, trockener Stickstoff, von einem Ausgangsdruck PA über entsprechende Zwischendrücke auf einen Enddruck PE verdichtet werden. Der Ausgangsdruck PA liegt gemäß der hier getroffenen Definition saugseitig des Hauptverdichters C1, der Enddruck PE druckseitig des Nachverdichters C3 an, wie mit gestrichelt dargestellten Feldern in der 1 veranschaulicht.
  • Der erste Nachverdichter C2 und der zweite Nachverdichter C3 können jeweils über Expander X2 und X1 angetrieben werden, die ebenfalls mit dem Kältemittel betrieben werden. Das Kältemittel wird in den Expandern X2 und X1 jeweils arbeits- und kälteleistend entspannt, wobei die freiwerdende Kälte jeweils zum Betrieb der ersten und zweiten Wärmetauscher E1 und E2 und die freiwerdende mechanische Leistung zum Betrieb des ersten und zweiten Nachverdichters C2 und C3 verwendet wird.
  • Falls das methanreiche Produkt gasförmig abgegeben werden soll und damit weniger Kälte benötigt wird, können der warme Expander X2 und damit der erste Nachverdichter C2 entfallen.
  • Ist ein zweiter Expander X2 vorhanden, kann ein ”warmer” Anteil des Kältemittels in diesem kälte- und arbeitsleistend entspannt werden. Der entspannte Kältemittelstrom kann anschließend in dem ersten Wärmetauscher E1 weiter angewärmt und dann dem Hauptverdichter C1 erneut zugeführt werden. Ist kein zweiter Expander X2 vorhanden, wird das gesamte Kältemittel, sonst der nicht in dem zweiten Expander X2 entspannte Anteil, in dem ersten Wärmetauscher E1 ausgehend von einer Ausgangstemperatur TA abgekühlt.
  • Anschließend kann ein Anteil des Kältemittels abgezweigt und durch den dritten und den vierten Wärmetauscher E3 und E4 geführt werden. Hierbei erfolgt eine entsprechende Abkühlung des Kältemittelanteils. Nach der erneuten Vereinigung mit einem nicht durch den dritten und den vierten Wärmetauscher E3 und E4 geführten Rest weist das Kältemittel eine Zwischentemperatur TI auf, die sich aus der Abkühlung in dem ersten Wärmetauscher E1 einerseits und der teilweisen weiteren Abkühlung in den Wärmetauschern E3 und E4 andererseits ergibt.
  • Das Kältemittel mit der Zwischentemperatur TI wird nun erneut in einen ersten und einen zweiten Anteil aufgeteilt. Ein erster Anteil des Kältemittels wird dem ersten Expander X1 zugeführt.
  • Der zweite Anteil, also der Rest, wird hingegen unmittelbar anschließend von der genannten Zwischentemperatur TI auf die Endtemperatur TE abgekühlt. Über ein Entspannungsventil V1 wird dieser zweite Anteil des Kältemittels auf einen Einspeisedruck PC entspannt und in den Kondensator E5 eingespeist. Hierdurch wird das Kältemittel von einem überkritischen in einen teilweise oder vollständig flüssigen Zustand überführt. Mit anderen Worten wird der Bedarf an flüssigem Kältemittel für den Kondensator E5 über das Entspannungsventil V1 und ein Kältemittel mit der Endtemperatur TE gedeckt. Der erste Expander X1 wird hingegen mit einem Kältemittel mit einer höheren Temperatur TI gespeist, so dass sich das Kältemittel in dem Expander X1 nicht verflüssigt. Die freiwerdende Kälte- und Arbeitsleistung kann jedoch dennoch zum Betrieb des zweiten Wärmetauschers E2 und des Nachverdichters C3 verwendet werden.
  • Das Kältemittel kann in dem Kondensator E5 zumindest zum Teil verdampft und anschließend über eine Flüssigleitung mit einem Ventil V4 und eine Gasleitung vom Kopf des Kondensators E5 getrennt abgezogen und mit dem in dem ersten Expander X1 entspannten ersten Anteil des Kältemittels vereinigt werden. Das Kältemittel wird anschließend durch die Wärmetauscher E2 und E1 geführt und anschließend erneut saugseitig in den Hauptverdichter C1 eingespeist.
  • Beim Stand der Technik wird also zusammenfassend die zweite Trennkolonne T2 durch Verdampfung eines Kältemittels, insbesondere flüssigem Stickstoff, gekühlt, der in einem geschlossenen Kreislauf erzeugt wird. Im Kondensator E5 wird dabei in der Regel ein Temperaturniveau benötigt, das um mindestens 3°C, typischerweise mehr als 10°C unter der Temperatur des kalten Endes des zweiten Wärmeübertragers E2 liegt. Der Saugdruck des Kreislaufverdichters C1 wird also durch die Einstellung der Temperatur in E5, nicht aber in E2 bestimmt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Kältemittelkreislauf von der Aufgabe der Kopfkühlung der zweiten Trennkolonne T2 mittels des Kondensators E5 zu entlasten, um den Saugdruck des Kreislaufverdichters C1 anheben zu können und somit eine effizientere Verfahrensführung zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst, bei dem zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegasstrom der Synthesegasstrom in eine erste Trennkolonne auf einer vordefinierten Höhe eingespeist wird, in der Methan aus dem Synthesegasstrom abgetrennt wird, indem der Synthesegasstrom mit einer flüssigen Phase eines CO-reichen Kopfstroms beaufschlagt wird, der aus dem Kopf einer zweiten Trennkolonne abgezogen wird, wobei der von Methan gereinigte Synthesegasstrom als methanarmer Kopfproduktstrom aus dem Kopf der ersten Trennkolonne abgezogen wird und eine CO-haltige sowie CH4-haltige Sumpffraktion aus dem Sumpf der ersten Trennkolonne abgezogen wird.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der CO-reiche Kopfstrom der zweiten Trennkolonne in einem Kondensator unter Erzeugung der flüssigen Phase des CO-reichen Kopfstroms gegen den Kopfproduktstrom der ersten Trennkolonne und gegen zumindest einen ersten Teilstrom der Sumpffraktion (oder gegen einen gesamten Strom der Sumpffraktion) der ersten Trennkolonne zumindest teilweise kondensiert wird (wobei die flüssige Phase des CO-reichen Kopfstromes teilweise oder vollständig als Rücklauf in die erste Trennkolonne gegeben wird, um dort den Synthesegasstrom zu beaufschlagen), wobei der Kopfproduktstrom der ersten Trennkolonne angewärmt und jener Teilstrom der Sumpffraktion (oder der gesamte Strom der Sumpffraktion) der ersten Trennkolonne teilverdampft wird.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • In der vorliegenden Anmeldung werden Stoffe und Stoffgemische in einer Anlage bzw. einem Verfahren, beispielsweise Synthesegas und Kältemittel, als ”Ströme” und ”Fraktionen” bezeichnet. Ein Strom wird üblicherweise als Fluid in einer hierfür eingerichteten Leitung geführt. Eine Fraktion bezeichnet üblicherweise einen aus einem Ausgangsgemisch abgetrennten Anteil des Ausgangsgemischs. Eine Fraktion kann jederzeit einen entsprechenden Strom bilden, wenn sie entsprechend geführt wird. Ein Strom kann umgekehrt beispielsweise zur Bereitstellung eines Ausgangsgemischs dienen, aus welchem eine Fraktion abgetrennt werden kann. Ein Strom oder eine Fraktion kann ”reich” oder ”arm” an einer oder an mehreren enthaltenen Komponenten sein, wobei ”reich” für einen Anteil von mehr als 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99,5% oder 99,9% und ”arm” für einen Anteil von weniger als 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1%, 0,5% oder 0,1%, jeweils bezogen auf eine Gewichts- oder Volumenbasis, stehen kann.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung wird nunmehr insbesondere das tiefste Temperaturniveau des Kältemittelkreislaufs durch das kalte Ende des zweiten Wärmeübertragers E2, nicht mehr durch den Kondensator E3 bestimmt. Somit ist insbesondere eine Anhebung des Saugdrucks des Kreislaufverdichters bzw. Hauptverdichters C3 möglich, wodurch sich eine effizientere Betriebsweise ergibt (vgl. 2 und 3).
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Teilstrom auf vordefinierter Höhe zwischen dem Kopf und dem Sumpf der zweiten Trennkolonne in die zweite Trennkolonne eingespeist wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sumpffraktion der ersten Trennkolonne in den ersten Teilstrom und einen weiteren, zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der zweite Teilstrom als Rücklauf in die zweite Trennkolonne eingespeist wird. Insbesondere erfolgt die Einspeisung des ersten Teilstroms unterhalb der Einspeisung des zweiten Teilstroms in die zweite Trennkolonne, wobei bevorzugt der zweite Teilstrom nicht durch den Kondensator geführt wird bzw. am Kondensator vorbei geführt wird. Mittels des Rücklaufs des zweiten Teilstroms wird insbesondere die Kopfreinheit der zweiten Trennkolonne erhöht, wobei dadurch auch der Methangehalt im Kopf der ersten Trennkolonne vorteilhaft abgesenkt wird.
  • Alternativ hierzu kann auch der gesamte Strom der Sumpffraktion bzw. die Sumpffraktion aus dem Sumpf der ersten Trennkolonne auf insbesondere definierter Höhe in die zweite Trennkolonne gefahren werden (insbesondere über ein Ventil und/oder über den besagten Kondensator).
  • Die (insbesondere in Form des ersten und/oder zweiten Teilstroms) in die zweite Trennkolonne eingespeiste, CO-haltige sowie CH4-haltige Sumpffraktion aus der ersten Trennkolonne wird bevorzugt in der zweiten Trennkolonne in den besagten CO-reichen Kopfstrom und eine CO-arme Methanfraktion getrennt, die aus dem Sumpf der zweiten Trennkolonne abgezogen wird.
  • insbesondere ab einem Rohgasdruck oberhalb von 20 bar, vorzugsweise oberhalb von 15 bar, ist es vorteilhaft, die zweite Trennkolonne bei einem niedrigeren Druck zu betreiben als die erste Trennkolonne, um eine angemessene Dichtedifferenz Flüssigkeit zu Gas (vorzugsweise größer als 250 kg/m3, vorzugsweise größer als 300 kg/m3) im Sumpf der zweiten Trennkolonne aufrecht zu erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere für den Fall, dass der Druck in der zweiten Trennkolonne niedriger ist als der Druck in der ersten Trennkolonne, vorgesehen, dass der Kopfstrom der zweiten Trennkolonne nach dem Durchlaufen des Kondensators stromab des Kondensators in einen Abscheider gegeben wird, wobei sich die im Abscheider sammelnde flüssige Phase des Kopfstromes als Rücklauf in die erste Trennkolonne gepumpt wird.
  • Weiterhin ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass aus dem Abscheider eine synthesegashaltige, gasförmige Phase des Kopfstroms abgezogen wird, in dem Kondensator angewärmt wird, in dem ersten und in dem zweiten Wärmeübertrager weiter erwärmt wird und nach einer Verdichtung sowie insbesondere nach einer anschließenden Nachkühlung dem Kopfproduktstrom stromab des ersten Wärmeübertragers zugegeben wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist alternativ vorgesehen, dass der Kopfstrom aus der zweiten Trennkolonne stromab des Kondensators in den Abscheider gegeben wird, wobei sich die im Abscheider sammelnde flüssige Phase des besagten Kopfstromes in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom in die erste Trennkolonne eingespeist wird, und wobei der zweite Teilstrom der flüssigen Phase des Kopfstromes als Rücklauf in die zweite Trennkolonne eingespeist wird.
  • Bevorzugt wird nun die aus dem Abscheider abgezogene gasförmige Phase des Kopfstroms über ein Ventil (z. B. V3 in 4) mit dem Kopfproduktstrom aus der ersten Trennkolonne zusammengeführt, wobei der solchermaßen vereinigte Strom in dem Kondensator (z. B. E3 in 4) angewärmt wird und in dem ersten und in dem zweiten Wärmeübertrager (z. B. E1 und E2 in 4) weiter erwärmt wird und hiernach als Produkt bereitgestellt wird.
  • Bei insbesondere hohen Drücken des Synthesegasstromes kann der Synthesegasdruck vor der ersten Trennkolonne (z. B. T1 gemäß 4) durch eine arbeits- und kälteleistende Entspannung in einem dritten Expander (z. B. X3 in 4) auf einen Druck von vorzugsweise unter 20 bar abgesenkt werden. Hierzu wird bevorzugt der Synthesegasstrom (z. B. SYN in 4) in einen Abscheider eingespeist, wobei die gasförmige Phase in dem dritten Expander entspannt wird und anschließend mit der flüssigen Phase aus dem Abscheider zusammengeführt wird und der ersten Trennkolonne im Sumpf zugeführt wird. Hierbei kann die flüssige Phase des Synthesegasstromes aus dem Sumpf des Abscheiders über ein Ventil mit dem entspannten Anteil des Synthesegasstromes zusammengeführt werden und sodann in den Sumpf der ersten Trennkolonne eingespeist werden. Die mechanische Leistung des dritten Expanders kann auf beliebige Weise verwendet werden (Verdichtung, Generatorantrieb, usw.).
  • Vorzugsweise wird der Synthesegasstrom grundsätzlich vor dem Einspeisen in die erste Trennkolonne mittels eines Kältemittels, das in einem (bevorzugt geschlossenen) Kältekreislauf geführt wird, in einem ersten Wärmeübertrager abgekühlt wird sowie insbesondere in einem nachfolgenden zweiten Wärmeübertrager weiter abgekühlt wird. In dem ersten Wärmeübertrager wird der Synthesegasstrom bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von –70°C bis –110°C abgekühlt. In dem zweiten Wärmeübertrager wird der Synthesegasstrom bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von –140°C bis –170°C abgekühlt.
  • Das zum Kühlen des Synthesegasstromes in dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager verwendete Kältemittel wird in dem Kältekreislauf ausgehend von einem Ausgangsdruck, der insbesondere in einem Bereich von 10 bar bis 30 bar liegt, auf einen Enddruck verdichtet, der insbesondere in einem Bereich von 50 bar bis 90 bar liegt.
  • Vorzugsweise nach der Verdichtung wird das Kältemittel bzw. der Kältemittelstrom in einen ersten und einen zweiten Kältemittelteilstrom aufgeteilt, wobei zur Abkühlung des zweiten Kältemittelteilstroms im ersten Wärmeübertrager von einer Ausgangstemperatur auf eine erste Zwischentemperatur der erste Kältemittelteilstrom in einem ersten Expander arbeits- und/oder kälteleistend entspannt wird und sodann in den ersten Wärmeübertrager eingespeist wird. Die Ausgangstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 20°C bis 60°C. Die besagte Endtemperatur liegt bevorzugt im Bereich von –40°C bis –70°C.
  • Die Volumenströme des ersten Kältemittelteilstroms und des zweiten Kältemittelteilstromes stehen vorzugsweise in einem Verhältnis im Bereich von 10/90 bis 40/60 zueinander.
  • Weiterhin wird gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels die CO-arme Methanfraktion der zweiten Trennkolonne mittels eines weiteren Wärmeübertragers (z. B. E4) gegen zumindest einen ersten Anteil des zweiten Kältemittelteilstroms erwärmt, insbesondere aufgekocht, wobei jener erste Anteil des zweiten Kältemittelteilstroms weiter auf eine zweite Zwischentemperatur abgekühlt wird, die vorzugsweise im Bereich von –90°C bis –120°C liegt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein weiterer zweiter Anteil des zweiten Kältemittelteilstroms über ein erstes Ventil (z. B. V5 in 2) zum Einstellen des Volumenstromes jenes zweiten Anteils geführt wird, mit dem ersten Anteil des zweiten Kältemittelteilstromes aus dem weiteren Wärmeübertrager (z. B. E4 in 2) vereint wird und der vereinte zweite Kältemittelteilstrom in einem zweiten Expander (z. B. X2 in 2) arbeits- und/oder kälteleistend entspannt wird, wobei der zweite Kältemittelteilstrom auf eine Endtemperatur unterhalb der zweiten Zwischentemperatur abgekühlt wird, und wobei der zweite Kältemittelteilstrom sodann in den zweiten Wärmeübertrager (z. B. E2 in 2) eingespeist wird und insbesondere stromab des zweiten Wärmeübertragers mit dem im ersten Expander (z. B. X1 der 2) entspannten ersten Kältemittelteilstrom vereint wird und insbesondere zusammen mit diesem in den ersten Wärmeübertrager (z. B. E1 in 2) eingespeist wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Anteil des zweiten Kältemittelteilstroms nach der Abkühlung in dem weiteren Wärmeübertrager (z. B. E4 in 3) in einen ersten und einen zweiten Strom aufgeteilt wird (z. B. S1 und S2 in 3). Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strom, das vorzugsweise im Bereich 100/0 bis 80/20 liegt, wird mit einem ersten Ventil (z. B. V5 in 3) geregelt. Weiterhin wird bevorzugt der zweite Strom mit dem zweiten Anteil des zweiten Kältemittelstroms gemischt, bevorzugt nach Abkühlung in dem zweiten Wärmeübertrager (z. B. E2 in 3) über ein zweites Ventil (z. B. V6 in 3) entspannt, mit dem in einem zweiten Expander (z. B. X2 in 3) arbeits- und/oder kälteleistend entspannten ersten Strom S1 gemischt, anschließend in dem zweiten und dem ersten Wärmeübertrager angewärmt und schließlich wieder verdichtet (z. B. in C1 bis C3 gemäß 3). Die besagte Endtemperatur nach dem zweiten Expander liegt vorzugsweise im Bereich von 1°C bis 5°C unter der Temperatur des Synthesegasstroms nach dem zweiten Wärmeübertrager.
  • Über das erste Ventil (z. B. V5 der 3) werden also in dieser Ausführungsform die Menge und/oder die Eintrittstemperatur in den zweiten Expander optimiert und somit der Energieverbrauch abgesenkt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die aus dem Sumpf der zweiten Trennkolonne abgezogene CO-arme Methanfraktion im zweiten Wärmeübertrager weiter abgekühlt wird und dann z. B. als Methanprodukt einer weiteren Verwendung zugeführt wird.
  • Zum Verdichten des in dem Kältemittelkreislauf geführten Kältemittels ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Hauptverdichter vorgesehen, der mehrere Verdichterstufen mit Zwischenkühlung aufweisen kann. Weiterhin kann der Hauptverdichter eine eingangs vorgesehene Vorkühlung (z. B. E5, der eigentlich der Nachkühler von C1/C2 ist) sowie eine ausgangs vorgesehen Nachkühlung aufweisen. Bevorzugt sind zum Verdichten des Kältemittels weiterhin ein erster Verdichter (z. B. C1) sowie ein weiterer zweiter Verdichter (z. B. C2) vorgesehen. Diese beiden Verdichter können wahlweise parallel oder seriell zueinander angeordnet werden. Sie können unabhängig davon stromauf oder stromab des Hauptverdichters (z. B. C3) angeordnet werden, der auch als Kreislaufverdichter bezeichnet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Verdichter stromauf bzw. vor dem Hauptverdichter angeordnet sind und insbesondere parallel geschaltet sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die besagte Aufteilung des Kältemittels in den ersten und den zweiten Kältemittelteilstrom stromab der Verdichtung des Kältemittels erfolgt (also insbesondere stromab des ersten und des zweiten Verdichters sowie stromab des Hauptverdichters).
  • Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform bevorzugt vorgesehen, dass der erste Expander mechanisch mit dem ersten Verdichter gekoppelt ist und diesen antreibt, und dass bevorzugt der zweite Expander mechanisch mit dem zweiten Verdichter gekoppelt ist und diesen antreibt.
  • Weiterhin wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Anlage, insbesondere Tieftemperaturzerlegungsanlage, gelöst, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegases eingerichtet und vorgesehen ist.
  • Gemäß Anspruch 14 weist diese Anlage eine erste Trennkolonne auf, die zum Abtrennen von Methan aus dem Synthesegasstrom durch Beaufschlagen des Synthesegasstroms mit einer flüssigen Phase eines CO-reichen Kopfstroms eingerichtet ist, sowie eine zweite Trennkolonne, wobei der Kopf der zweiten Trennkolonne mit der ersten Trennkolonne über ein Ventil in Strömungsverbindung steht bzw. bringbar ist, so dass jener CO-reiche Kopfstrom aus dem Kopf der zweiten Trennkolonne abziehbar und über die Strömungsverbindung in die erste Trennkolonne einspeisbar ist, wobei weiterhin die erste Trennkolonne einen ersten Auslass an einem Kopf der ersten Trennkolonne aufweist, und zwar zum Auslassen des von Methan gereinigten Synthesegasstroms in Form eines Kopfproduktstroms, sowie einen zweiten Auslass am Sumpf der ersten Trennkolonne, der zum Auslassen einer CO-haltigen sowie CH4-haltigen Sumpffraktion aus dem Sumpf der ersten Trennkolonne dient.
  • Erfindungsgemäß ist nun ein Kondensator vorgesehen, insbesondere stromauf des Ventils (z. B. V3), wobei die besagte Strömungsverbindung den Kopf der ersten Trennkolonne mit jenem Kondensator und den Kondensator mit der zweiten Trennkolonne verbindet, so dass der CO-reiche Kopfstrom aus der zweiten Trennkolonne in den Kondensator führbar, dort zumindest teilweise kondensierbar und die dabei entstehende flüssige Phase teilweise oder vollständig aus dem Kondensator in die erste Trennkolonne zum Beaufschlagen des Synthesegases einspeisbar ist, wobei der erste Auslass und der zweite Auslass der ersten Trennkolonne jeweils mit dem Kondensator strömungsverbunden sind, so dass der CO-reiche Kopfstrom in dem Kondensator gegen den Kopfproduktstrom aus dem Kopf der ersten Trennkolonne sowie gegen zumindest einen Teilstrom der Sumpffraktion (oder gegen den gesamten Strom) aus dem Sumpf der ersten Trennkolonne abkühlbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Anlage weist im Übrigen zur Durchführung der weiteren, oben beschrieben Verfahrensschritte die oben bereits beschriebenen Mittel auf, so dass insoweit auf die obige Beschreibung und die entsprechenden Ansprüche verwiesen wird. Sie profitiert von den zuvor erläuterten Vorteilen in gleicher Weise, so dass auch hier auf diese verwiesen werden kann.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen bei den nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 ein Verfahren bzw. eine Anlage nach dem Stand der Technik;
  • 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage;
  • 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage; und
  • 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage.
  • 1 zeigt ein Verfahren bzw. eine Anlage 2 zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegas nach dem Stand der Technik, das bzw. die bereits eingangs beschrieben worden ist.
  • 2 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage 1 zur Abtrennung von Methan aus einem methanhaltigen Synthesegas SYN.
  • Die Anlage 1 weist eine erste Trennkolonne T1 und eine zweite Trennkolonne T2, die insbesondere bei unterschiedlichem Druck betrieben werden, wobei der Druck der ersten Trennkolonne T1 z. B. in einem Bereich von 8 bar bis 40 bar, insbesondere 10 bar bis 30 bar liegen kann. Der Druck der zweiten Trennkolonne T2 ist, um eine Dichtedifferenz zwischen Gas- und Flüssigphase von zumindest 250 kg/m3, insbesondere zumindest 300 kg/m3, zu gewährleisten, bevorzugt auf 20 bar bis 25 bar begrenzt.
  • Das von Methan zu reinigende, methanhaltige Synthesegas SYN wird jeweils gegen ein Kältemittel M in einem ersten Wärmetauscher E1 auf eine Temperatur von beispielsweise –70 bis –110°C, insbesondere –80 bis –100°C, und in einem zweiten Wärmetauscher E2 auf eine Temperatur von beispielsweise –140 bis –170°C, insbesondere –145 bis –165°C, abgekühlt und der ersten Trennkolonne T1 im Sumpf zugeführt. In der ersten Trennkolonne T1 wird Methan aus dem Synthesegasstrom SYN ausgewaschen, indem dieser mit einem Rücklauf einer zweiten Trennkolonne T2 in Form einer flüssigen Phase F eines CO-reichen Kopfstroms K der zweiten Trennkolonne T2 beaufschlagt wird, der aus dem Kopf 20 der zweiten Trennkolonne T2 abgezogen wird. Auf diese Weise werden in der ersten Trennkolonne T1 eine methanarme Kopffraktion PRO des Synthesegases SYN und eine methanreiche und kohlenmonoxidhaltige Sumpffraktion S erhalten.
  • Zum Erzeugen der zumindest teilweise flüssigen Phase F des CO-reichen Kopfstroms K wird dieser nach dem Abziehen aus dem Kopf 20 der zweiten Trennkolonne T2 in einem Kondensator E3 unter Erzeugung der flüssigen Phase F gegen den Kopfproduktstrom PRO der ersten Trennkolonne T1 und einen ersten Teilstrom S' der Sumpffraktion S der ersten Trennkolonne T1 zumindest teilweise kondensiert, wobei der Kopfproduktstrom PRO der ersten Trennkolonne T1 angewärmt und jener erste Teilstrom S der Sumpffraktion S der ersten Trennkolonne T1 teilverdampft wird. Zum Bereitstellen jenes ersten Teilstromes S' der Sumpffraktion S der ersten Trennkolonne T1 wird die Sumpffraktion S mittels einer Pumpe P1 aus dem Sumpf 11 (Auslass 110) der ersten Trennkolonne T1 abgezogen und in den ersten und einen zweiten Teilstrom S', S'' aufgeteilt. Der erste Teilstrom S' wird sodann über ein Ventil V1 durch den Kondensator E3 geführt und stromab des Kondensators E3 auf definierter Höhe in die zweite Trennkolonne T2 eingespeist, während der zweite Teilstrom S'' als Rücklauf über ein weiteres Ventil V2 oberhalb des ersten Teilstroms S' in den Kopf 20 der zweiten Trennkolonne T2 eingespeist wird, um die Kopfreinheit der zweiten Trennkolonne T2 zu erhöhen. Dadurch wird auch der Methangehalt im Kopf 10 der ersten Trennkolonne T1 vorteilhaft abgesenkt.
  • In der zweiten Trennkolonne T2, die insbesondere als Kohlenmonoxidstripper gefahren wird, wird die in Form des ersten und zweiten Teilstroms S', S'' in die zweite Trennkolonne T2 eingespeiste methanreiche und kohlenmonoxidhaltige Sumpffraktion S in den besagten CO-reichen Kopfstrom K und eine CO-arme Methanfraktion LNG getrennt, die beispielsweise einen CO-Gehalt im Bereich von 0,01 bis 1,00 Vol.-%, insbesondere 0,1 bis 0,5 Vol.-% aufweisen kann und aus dem Sumpf 21 der zweiten Trennkolonne T2 abgezogen wird. Die zweite Trennkolonne T2 weist im Sumpf 21 einen Wärmeübertrager E4 auf, der als Sumpfaufkocher betrieben wird und die im Sumpf sich ansammelnde CO-arme Methanfraktion LNG aufkocht. Der Sumpfaufkocher E4 wird mittels eines Teils des Kältemittels M (siehe auch unten) beheizt und kann insbesondere auch außerhalb der zweiten Trennkolonne T2 angeordnet sein.
  • Die aus der zweiten Trennkolonne T2 abgezogene Methanfraktion LNG kann z. B. durch den zweiten Wärmetauscher E2 geführt werden und kann in Form eines Methanprodukts LNG wahlweise als siedende oder unterkühlte Flüssigkeit oder als Gas bei beliebigem Druck abgegeben werden. Beispielsweise wird ein Druck aus dem Bereich von 1 bis 100 bar gewählt. Eine Aufteilung des Methanprodukts LNG in mehrere parallele Produktströme mit unterschiedlichen Abgabezuständen, wie z. B. flüssig, siedend, unterkühl und/oder gasförmig, ist ebenso möglich.
  • Der methanarme Kopfproduktstrom PRO wird nach dem Abziehen vom Kopf 10 (Auslass 100) der ersten Trennkolonne T1 sowie nach dem Anwärmen im Kondensator E3 in dem zweiten und in dem ersten Wärmeübertrager E2 und E1 erwärmt und als auf einen Methanrestgehalt von beispielsweise 0,01 bis 2,00 Vol.-%, insbesondere 0,1 bis 01,0 Vol.-%, abgereichertes Synthesegasprodukt PRO abgegeben.
  • Zum Heizen der zweiten Trennkolonne T2, d. h. für den Betrieb des Sumpfaufkochers E4, sowie des ersten und des zweiten Wärmeübertragers E1, E2 ist ein vorzugsweise geschlossener Kältemittelkreislauf vorgesehen, in dem das Kältemittel M zirkuliert. Der Kühlkreislauf umfasst einen vorzugsweise mehrstufigen Hauptverdichter C3 mit Zwischenkühlern E6 und E7 und einen ersten und einen zweiten Verdichter C1 und C2, hier als Vorverdichter ausgeführt, die sich einen gemeinsamen Nachkühler E5 teilen. In den Verdichtern C1 bis C3 wird das Kältemittel M, bei dem es sich insbesondere um (z. B. technisch reinen, trockenen) Stickstoff handelt, von einem Ausgangsdruck PA von beispielsweise 10 bis 30 bar, insbesondere 12 bis 25 bar über entsprechende Zwischendrücke auf einen Enddruck PE von beispielsweise 50 bis 90 bar, insbesondere 60 bis 80 bar, verdichtet werden. Der Ausgangsdruck PA liegt gemäß der hier getroffenen Definition saugseitig der Verdichter C1 und C2, der Enddruck PE druckseitig des Hauptverdichters C3 an,
  • Der erste Verdichter C1 und der zweite Verdichter C2 können jeweils über einen ersten bzw. einen zweiten Expander X1 und X2 angetrieben werden, die ebenfalls mit dem Kältemittel M betrieben werden. Das Kältemittel M wird in den beiden Expandern X2 und X1 jeweils arbeits- und kälteleistend entspannt, wobei die freiwerdende Kälte jeweils zum Betrieb des ersten und des zweiten Wärmetauschers E1 und E2 und die freiwerdende mechanische Leistung zum Betrieb des ersten und zweiten Verdichters C1 und C2 verwendet wird.
  • Im Einzelnen wird das Kältemittel M nach Verlassen des ersten Wärmeübertragers E1 aufgeteilt und parallel in dem ersten und in dem zweiten Verdichter C1, C2 vorverdichtet und anschließend wieder vereint. Sodann wird der Kältemittelstrom M im Hauptverdichter auf den Enddruck PE verdichtet und anschließend in einen ersten und einen zweiten Kältemittelteilstrom M1, M2 aufgeteilt, wobei der Volumenstrom des ersten Kältemittelteilstrom M1 mit dem Volumenstrom des zweiten Kältemittelteilstroms M2 in einem Verhältnis steht, dass beispielsweise im Bereich von 10/90 bis 40/60 liegt.
  • Der erste Kältemittelteilstrom M1 wird zur Abkühlung des zweiten Kältemittelteilstroms M2 im ersten Wärmeübertrager E1 von einer Ausgangstemperatur TA, die beispielswese im Bereich von 20°C bis 60°C liegt, auf eine erste Zwischentemperatur TI1, die beispielswese im Bereich von –40°C bis –70°C liegt, in dem ersten Expander X1 arbeits- und/oder kälteleistend entspannt und sodann in den ersten Wärmeübertrager E1 eingespeist.
  • Ein erster Anteil M21 des im ersten Wärmeübertrager E1 abgekühlten zweiten Kältemittelteilstroms wird sodann durch den Sumpfaufkocher E4 geleitet (siehe oben), wobei jener erste Anteil M21 des zweiten Kältemittelteilstroms M2 weiter auf eine zweite Zwischentemperatur TI2 abgekühlt wird, die z. B. im Bereich von –90°C bis –120°C liegt.
  • Ein weiterer zweiter Anteil M22 des zweiten Kältemittelteilstroms M2 wird über ein erstes Ventil V5 zum Einstellen des Volumenstromes jenes zweiten Anteils M22 geführt und wird mit dem ersten Anteil M21 des zweiten Kältemittelteilstromes M2 vereint, der zuvor in dem Sumpfaufkocher E4 weiter auf TI2 abgekühlt wurde. Das erste Ventil V5 erlaubt also die Optimierung der Menge des Kältemittels und/oder Eintrittstemperatur in den zweiten Expander X2 und somit eine entsprechende Absenkung des Energieverbrauchs. Der so wieder vereinte zweite Kältemittelteilstrom M2 wird in dem zweiten Expander X2 arbeits- und/oder kälteleistend entspannt, wobei der zweite Kältemittelteilstrom M2 auf eine Endtemperatur TE abgekühlt wird, die z. B. im Bereich von 1°C bis 5°C unter der Temperatur des Synthesegasstroms nach dem zweiten Wärmeübertrager E2 liegt. Der entspannte zweite Kältemittelteilstrom M2 wird anschließend in den zweiten Wärmeübertrager E2 eingespeist um dort Kälte bereitzustellen und wird stromab des zweiten Wärmeübertragers E2 mit dem im ersten Expander X1 entspannten ersten Kältemittelteilstrom M1 vereint und zusammen mit diesem in den ersten Wärmeübertrager E1 geführt. Der Kältemittelstrom M weist nunmehr wieder den Ausgangsdruck PA auf und durchläuft erneut den oben beschriebenen Kältemittelkreislauf.
  • Ab einem Rohgasdruck (SYN) oberhalb von 20 bar, vorzugsweise ab 15 bar, ist es vorteilhaft, die zweite Trennkolonne T2 bei einem niedrigeren Druck als die erste Trennkolonne T1 zu betreiben, um eine angemessene Dichtedifferenz Flüssigkeit zu Gas (bevorzugt größer als 250 kg/m3, vorzugsweise größer als 300 kg/m3) im Sumpf 11 der zweiten Trennkolonne T2 aufrecht zu erhalten. Eine derartige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 dargestellt. Im Unterschied zu 2 wird in diesem Fall die Pumpe P1 als Rücklaufpumpe für die erste Trennkolonne T1 verwendet und nicht mehr als Speisepumpe für die zweite Trennkolonne T2.
  • Im Einzelnen wird gemäß 3 nunmehr im Unterschied zur 2 der Kopfstrom K aus der zweiten Trennkolonne T2 stromab des Kondensators E3 in einen Abscheider D1 eingeleitet, wobei sich die im Abscheider D1 sammelnde flüssige Phase F des Kopfstromes K mittels der Pumpe P1 als Rücklauf in die erste Trennkolonne T1 gepumpt wird, wohingegen eine aus dem Abscheider D1 abgezogene, synthesegashaltige, gasförmige Phase G des Kopfstroms in dem Kondensator E3 angewärmt wird, in dem ersten und in dem zweiten Wärmeübertrager E1, E2 weiter erwärmt wird und nach einer Verdichtung mittels eines Verdichters C4 sowie insbesondere nach einer anschließenden Nachkühlung E8 dem Synthesegasprodukt bzw. Kopfproduktstrom PRO stromab des ersten Wärmeübertragers E1 zugegeben wird.
  • Weiterhin weist auch der Kältemittelkreislauf gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 eine Abwandlung auf. Danach ist vorgesehen, dass der zweite Anteil M22 des zweiten Kältemittelteilstroms M2 im zweiten Wärmeübertrager E2 weiter auf die Endtemperatur TE abgekühlt wird, die insbesondere im Bereich von –150°C bis –165°C liegt, wozu der auf die zweite Zwischentemperatur TI2 (z. B. im Bereich von –90°C bis –120°C) im Aufkocher E4 abgekühlte erste Anteil M21 des zweiten Kältemittelteilstroms M2, in einen ersten Strom S1 und einen zweiten Strom S2 aufgeteilt wird, wobei der erste Strom S1 zum Abkühlen des zweiten Anteils M22 des zweiten Kältemittelteilstroms M2 im zweiten Wärmeübertrager E2 auf TE in einem zweiten Expander X2 arbeits- und/oder kälteleistend entspannt wird, und wobei der zweite Strom S2 über ein erstes Ventil V5 zum Einstellen des Volumenstromes des zweiten Stromes S2 dem im zweiten Wärmeübertrager E2 abzukühlenden zweiten Anteil M22 des zweiten Kältemittelteilstromes M2 stromauf des zweiten Wärmeübertragers E2 zugemischt wird. Weiterhin wird der im zweiten Wärmeübertrager E2 abgekühlte zweite Anteil M22 stromab des zweiten Wärmeübertragers E2 über ein zweites Ventil V6 dem entspannten ersten Strom S1 zugemischt, so dass die beiden Anteile M21, M22 des zweiten Kältemittelteilstromes M2 wieder vereint sind, wobei der solchermaßen vereinte zweite Kältemittelteilstrom M2 in den zweiten Wärmeübertrager E2 eingeleitet wird, um dort Kälte bereitzustellen. Mittels des zweiten Ventils V6 wird insbesondere je nach Zusammensetzung und Druck des Rohgases SYN vollständig oder zumindest teilweise flüssiger Stickstoff über das zweite Ventil V6 dem gasförmigen Austrittsstrom des zweiten Expanders X2 zugemischt, um den Gesamtenergieverbrauch zu optimieren.
  • Schließlich wird der zweite Kältemittelteilstrom M2 stromab des zweiten Wärmeübertragers E2 mit dem im ersten Expander X1 entspannten ersten Kältemittelteilstrom M1 vereint und zusammen mit diesem in den ersten Wärmeübertrager E1 eingeleitet.
  • Im Ergebnis ermöglicht die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik gemäß 1 den Kältemittelkreislauf M von der Aufgabe der Kopfkühlung der zweiten Trennkolonne T2 mittels E5 zu entlasten, so dass der Saugdruck des Hauptverdichters C1 gemäß 2 (bzw. C3 gemäß 1 und 2) angehoben werden kann und eine effizientere Verfahrensführung erlaubt.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Unter bestimmten Umständen, dazu gehören z. B. ein Methangehalt im Rohgas unter 20 mol% und insbesondere hohe Reinheitsanforderungen (z. B. weniger als 1 mol% CH4 im Produkt PRO), ist es auch bei einem Rohgasdruck über 20 bar energetisch vorteilhaft, die Grundschaltung gemäß 2 einzusetzen. In diesem Fall wird der Druck des Einsatzes bzw. Synthesegases SYN stromauf der ersten Trennkolonne T1 durch eine arbeits- und kälteleistende Entspannung in einem dritten Expander X3 auf vorzugsweise unter 20 bar abgesenkt. Hierzu wird zunächst das Synthesegas SYN im ersten und im zweiten Wärmeübertrager E1, E2 abgekühlt und sodann in einen Abscheider D2 gegeben, wobei die Gasphase im dritten Expander X3 expandiert wird und mit der im Abscheider D2 anfallende flüssigen Phase, die über ein Ventil V8 geführt wird, gemischt wird. Alle im Abscheider D2 anfallenden Fluide werden der ersten Trennkolonne T1 im Sumpf 11 zugeführt. Die mechanische Leistung des dritten Expanders X3 kann auf beliebige Weise verwendet werden (z. B. bei einer Verdichtung, zum Antreiben eines Generators usw.).
  • Um erhöhte Reinheiten des CO-reichen Kopfstroms PRO zu erreichen (d. h. insbesondere einen Methangehalt unterhalb von 1 mol%), ist es außerdem vorteilhaft, die zweite Trennkolonne T2 nicht mit dem Rücklaufstrom bzw. zweiten Teilstrom S'' nach Art der 3 zu betreiben, der noch einen recht hohen Methangehalt aufweist, sondern mit einem Teil der flüssigen Phase F, die aus der Teilkondensation des Kopfproduktes K gewonnen wird. Hierzu wird im Einzelnen der CO-reiche Kopfstrom K nach dem Abziehen aus dem Kopf 20 der zweiten Trennkolonne T2 in dem Kondensator E3 unter Erzeugung der flüssigen Phase F gegen den Kopfproduktstrom PRO der ersten Trennkolonne T1 und die Sumpffraktion S der ersten Trennkolonne T1 zumindest teilweise kondensiert, wobei der Kopfproduktstrom PRO der ersten Trennkolonne T1 angewärmt und jene Sumpffraktion S der ersten Trennkolonne T1 zumindest teilverdampft wird. Die Sumpffraktion wird gemäß 4 mittels der Pumpe P1 über das Ventil V1 in den Kondensator E3 und sodann in die zweite Trennkolonne T2 gegeben. Der Kopfstrom K aus der zweiten Trennkolonne T2 wird stromab des Kondensators E3 in den Abscheider D1 eingeleitet, wobei sich die im Abscheider D1 sammelnde flüssige Phase F des Kopfstromes K stromab des Abscheiders D1 in einen ersten Teilstrom F' und einen zweiten Teilstrom F'' aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom F' der flüssigen Phase F über ein Ventil V7 als Rücklauf in die erste Trennkolonne T1 gefahren wird, wohingegen der zweite Teilstrom F'' der flüssigen Phase F'' mittels der Pumpe P2 in die zweite Trennkolonne T2 gegeben wird. Die aus dem Abscheider D1 abgezogene, synthesegashaltige, gasförmige Phase G des Kopfstroms K wird über ein Ventil V3 dem Kopfstrom PRO aus der ersten Trennkolonne T1 zugegeben, der sodann in dem Kondensator E3 angewärmt wird, in dem ersten und in dem zweiten Wärmeübertrager E1, E2 weiter erwärmt wird und anschließenden als Synthesegasprodukt PRO bereitgestellt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012020469 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Abtrennung von Methan (LNG) aus einem methanhaltigen Synthesegasstrom (SYN), wobei der Synthesegasstrom (SYN) in eine erste Trennkolonne (T1) eingespeist wird, in der Methan aus dem Synthesegasstrom (SYN) abgetrennt wird, indem der Synthesegasstrom (SYN) mit einer flüssigen Phase (F) eines CO-reichen Kopfstroms (K) beaufschlagt wird, der aus dem Kopf (20) einer zweiten Trennkolonne (T2) abgezogen wird, wobei der von Methan gereinigte Synthesegasstrom (SYN) als Kopfproduktstrom (PRO) aus dem Kopf (10) der ersten Trennkolonne (T1) abgezogen wird und eine CO-haltige sowie CH4-haltige Sumpffraktion (S) aus dem Sumpf (11) der ersten Trennkolonne (T1) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der CO-reiche Kopfstrom (K) der zweiten Trennkolonne (T2) in einem Kondensator (E3) unter Erzeugung der flüssigen Phase (F) des CO-reichen Kopfstroms (K) gegen den Kopfproduktstrom (PRO) der ersten Trennkolonne (T1) und gegen zumindest einen ersten Teilstrom (S', S) der Sumpffraktion (S) der ersten Trennkolonne (T1) zumindest teilweise kondensiert wird, wobei der Kopfproduktstrom (PRO) der ersten Trennkolonne (T1) angewärmt und jener mindestens eine erste Teilstrom (S', S) der Sumpffraktion (S) der ersten Trennkolonne (T1) teilverdampft wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Teilstrom (S') in die zweite Trennkolonne (T2) eingespeist wird, oder dass die gesamte Sumpffraktion (S) über den Kondensator (E3) in die zweite Trennkolonne (T2) eingespeist wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sumpffraktion (S) in den ersten Teilstrom (S') und einen zweiten Teilstrom (S'') aufgeteilt wird, wobei der zweite Teilstrom (S'') als Rücklauf in die zweite Trennkolonne (T2) eingespeist wird, wobei insbesondere der zweite Teilstrom (S'') nicht durch den Kondensator (E3) geführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die zweite Trennkolonne (T2) eingespeiste Sumpffraktion (S), insbesondere in Form des ersten und/oder zweiten Teilstroms (S', S''), in der zweiten Trennkolonne (T2) in den besagten CO-reichen Kopfstrom (K) und eine CO-arme Methanfraktion (LNG) getrennt wird, die aus dem Sumpf (21) der zweiten Trennkolonne (T2) abgezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfstrom (K) stromab des Kondensators (E3) in einen Abscheider (D1) gegeben wird, wobei sich die im Abscheider (D1) sammelnde flüssige Phase (F) des Kopfstromes (K) in die erste Trennkolonne (T1) gepumpt wird (P1), und wobei insbesondere der Druck in der zweiten Trennkolonne (T2) niedriger ist als der Druck in der ersten Trennkolonne (T1).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfstrom (K) stromab des Kondensators (E3) in einen Abscheider (D1) gegeben wird, wobei sich die im Abscheider (D1) sammelnde flüssige Phase (F) des Kopfstromes (K) stromab des Abscheiders (D1) in einen ersten Teilstrom (F') und einen zweiten Teilstrom (F'') aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom in die erste Trennkolonne (T1) eingespeist wird, und wobei der zweite Teilstrom (F'') der flüssigen Phase (F) als Rücklauf in die zweite Trennkolonne (T2) eingespeist wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abscheider (D1) eine synthesegashaltige, gasförmige Phase (G) des Kopfstroms (K) abgezogen wird, wobei die gasförmige Phase (G) separat oder gemischt mit dem Kopfproduktstrom (PRO) in dem Kondensator (E3) angewärmt wird und in dem ersten und in dem zweiten Wärmeübertrager (E1, E2) weiter erwärmt wird, wobei insbesondere bei separater Erwärmung der gasförmigen Phase (G) die gasförmige Phase (G) sodann verdichtet wird (C4) und nach der Verdichtung (C4) sowie insbesondere nach einer anschließenden Nachkühlung (E8) dem Kopfproduktstrom (PRO) stromab des ersten Wärmeübertragers (E1) zugegeben wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synthesegasstrom (SYN) vor dem Einspeisen in die erste Trennkolonne (T1) mittels eines Kältemittels (M), das in einem Kältekreislauf geführt wird, in einem ersten Wärmeübertrager (E1) abgekühlt wird sowie insbesondere in einem nachfolgenden zweiten Wärmeübertrager (E2) weiter abgekühlt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel (M) in einen ersten und einen zweiten Kältemittelteilstrom (M1, M2) aufgeteilt wird, wobei zur Abkühlung des zweiten Kältemittelteilstroms (M2) im ersten Wärmeübertrager (E1) von einer Ausgangstemperatur (TA) auf eine erste Zwischentemperatur (TI1) der erste Kältemittelteilstrom (M1) in einem ersten Expander (X1) arbeits- und/oder kälteleistend entspannt wird und sodann in den ersten Wärmeübertrager (E1) eingespeist wird.
  10. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die CO-arme Methanfraktion (LNG) der zweiten Trennkolonne (T2) mittels eines weiteren Wärmeübertragers (E4) gegen zumindest einen ersten Anteil (M21) des zweiten Kältemittelteilstroms (M2) erwärmt, insbesondere aufgekocht, wird, wobei jener erste Anteil (M21) des zweiten Kältemittelteilstroms (M2) weiter auf eine zweite Zwischentemperatur (TI2) abgekühlt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer zweiter Anteil (M22) des zweiten Kältemittelteilstroms (M2) über ein erstes Ventil (V5) zum Einstellen des Volumenstromes jenes zweiten Anteils (M22) geführt wird, mit dem ersten Anteil (M21) des zweiten Kältemittelteilstromes (M2) aus dem weiteren Wärmeübertrager (E4) vereint wird und der vereinte zweite Kältemittelteilstrom (M2) in einem zweiten Expander (X2) arbeits- und/oder kälteleistend entspannt wird, wobei der zweite Kältemittelteilstrom (M2) auf eine Endtemperatur (TE) unterhalb der zweiten Zwischentemperatur (TI2) abgekühlt wird, und wobei der zweite Kältemittelteilstrom (M2) sodann in den zweiten Wärmeübertrager (E2) eingespeist wird und insbesondere stromab des zweiten Wärmeübertragers mit dem im ersten Expander (X1) entspannten ersten Kältemittelteilstrom (M1) vereint wird und insbesondere zusammen mit diesem in den ersten Wärmeübertrager (E1) eingespeist wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anteil (M21) des zweiten Kältemittelteilstroms (M2) nach der Abkühlung in dem weiteren Wärmeübertrager (E4) in einen ersten und einen zweiten Strom (S1, S2) aufgeteilt wird, wobei das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strom, das vorzugsweise im Bereich 100/0 bis 80/20 liegt, mit einem ersten Ventil (V5) geregelt wird, und wobei der zweite Strom (S2) mit dem zweiten Anteil (M22) des zweiten Kältemittelstroms gemischt, bevorzugt nach Abkühlung in dem zweiten Wärmeübertrager (z. B. E2 in 3) über ein zweites Ventil (z. B. V6 in 3) entspannt, mit dem in einem zweiten Expander (z. B. X2 in 3) arbeits- und/oder kälteleistend entspannten ersten Strom S1 gemischt, anschließend in dem zweiten und dem ersten Wärmeübertrager angewärmt und schließlich wieder verdichtet (z. B. in C1 bis C3 gemäß 3). Die besagte Endtemperatur nach dem zweiten Expander liegt vorzugsweise im Bereich von 1°C bis 5°C unter der Temperatur des Synthesegasstroms nach dem zweiten Wärmeübertrager.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Sumpf (21) der zweiten Trennkolonne (T2) abgezogene CO-arme Methanfraktion (LNG) im zweiten Wärmeübertrager (E2) weiter abgekühlt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 9 bis 13 soweit rückbezogen auf Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel (M) mit einem Hauptverdichter (C3), einem ersten Verdichter (C1) sowie einem zweiten Verdichter (C2) verdichtet wird, wobei insbesondere stromab dieser Verdichtung das Kältemittel (M) in den ersten und den zweiten Kältemittelteilstrom (M1, M2) aufgeteilt wird, und wobei insbesondere der erste Expander (X1) mechanisch mit dem ersten Verdichter (C2) gekoppelt ist und diesen antreibt, und wobei insbesondere der zweite Expander (X2) mechanisch mit dem zweiten Verdichter (C3) gekoppelt ist und diesen antreibt.
  15. Anlage (1), die zur Durchführung eines Verfahrens zur Abtrennung von Methan (LNG) aus einem methanhaltigen Synthesegases (SYN) nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist, aufweisend eine erste Trennkolonne (T1) zum Abtrennen von Methan aus dem Synthesegasstrom (SYN) durch Beaufschlagen des Synthesegasstroms (SYN) mit einer flüssigen Phase (F) eines CO-reichen Kopfstroms (K), sowie eine zweite Trennkolonne (T2), wobei ein Kopf (20) der zweiten Trennkolonne (T2) mit der ersten Trennkolonne (T1), insbesondere über ein Ventil (V3, V7), in Strömungsverbindung steht, so dass jener CO-reiche Kopfstrom (K) aus dem Kopf (20) der zweiten Trennkolonne (T2) abziehbar und über die Strömungsverbindung in die erste Trennkolonne (T1) einspeisbar ist, wobei weiterhin die erste Trennkolonne (T1) einen ersten Auslass (100) an einem Kopf (10) der ersten Trennkolonne (T1) zum Auslassen des von Methan gereinigten Synthesegasstroms (SYN) in Form eines Kopfproduktstroms (PRO) aufweist, sowie einen zweiten Auslass (110) am Sumpf (11) der ersten Trennkolonne zum Auslassen einer CO-haltigen sowie CH4-haltigen Sumpffraktion (S) aus dem Sumpf (11) der ersten Trennkolonne (T1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (E3) vorgesehen ist, insbesondere stromauf des Ventils (V3), wobei die Strömungsverbindung den Kopf (10) der ersten Trennkolonne (T1) mit jenem Kondensator (E3) und den Kondensator (E3) mit der zweiten Trennkolonne (T2) verbindet, so dass der CO-reiche Kopfstrom (K) aus der zweiten Trennkolonne (T2) in den Kondensator (E3) führbar, dort zumindest teilweise kondensierbar und die dabei entstehende flüssige Phase (F) aus dem Kondensator (E3) zumindest teilweise in die erste Trennkolonne (T1) zum Beaufschlagen des Synthesegases (SYN) einspeisbar ist, wobei der erste Auslass (100) und der zweite Auslass (110) der ersten Trennkolonne (T1) jeweils mit dem Kondensator (E3) strömungsverbunden sind, so dass der CO-reiche Kopfstrom (K) gegen den Kopfproduktstrom (PRO) aus dem Kopf (10) der ersten Trennkolonne (T1) sowie gegen zumindest ein Teil (S', S) der Sumpffraktion (S) aus dem Sumpf (11) der ersten Trennkolonne (T1) abkühlbar ist.
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