DE1302036B

DE1302036B - Verfahren zur Zerlegung eines aus Methan und schwersiedenden Kohlenwasserstoffen bestehenden Gasgemisches, insbesondere Erdgas, mittels Rektifikation

Info

Publication number: DE1302036B
Application number: DEM68286A
Authority: DE
Inventors: Streich Martin
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1966-02-05
Filing date: 1966-02-05
Publication date: 1969-10-16
Also published as: GB1109772A; US3494751A; NL6700947A; NL151122B; FR1515270A

Description

1 2

Erdgas steht in großen Mengen an bestimmten dichtet, durch Wärmeaustausch abgekühlt, isenthalp Orten zur Verfügung. Es wird von dort — teilweise entspannt und in einem Abscheider in einen gasförunter Zwischenschaltung des Flüssigtransports — migen und in einen flüssigen Anteil zerlegt wird. Ein über Pipelinesysteme an die Verbraucherzentren her- Teil des flüssigen Anteils gelangt als Rücklaufflüssigangeführt. Der Druck in der Fernleitung liegt im all- 5 keit wieder in die Rektifizierkolonne. Weitere Rückgemeinen im Bereich von 30 bis 70 ata. laufflüssigkeit besteht aus C₁+, gewonnen durch Hochwertiges Erdgas enthält neben der Hauptkom- partielle Kondensation des zu zerlegenden Erdgases, ponente Methan in mehr oder minder großen Kon- Bei diesem Verfahren muß demnach zunächst eine zentrationen die schweren Paraffinkohlenwasserstoffe, größere Menge C₁+ kondensiert werden, wenn man deren Abtrennung aus verschiedenen Gründen von io eine hohe Ausbeute an C₂+ erreichen will. Im we-Interesse sein kann. Einmal läßt sich durch Abtren- sentlichen besteht daher dieses Verfahren aus einer nen der schweren Kohlenwasserstoffe der Heizwert zweistufigen partiellen Kondensation, deren Kondendes Erdgases auf einen gewünschten Wert einstellen, sate destillativ getrennt werden. Dagegen ist eine parwobei häufig auf die vollständige Äthanabtrennung tielle Kondensation beim Verfahren der Erfindung zugunsten des Heizwertes verzichtet wird. Weiter stel- 15 nicht notwendig.

len die schweren Kohlenwasserstoffe eine Ausgangs- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zer-

basis für eine der Pipeline benachbarte petroche- legungsverfahren der genannten Art zu schaffen, welmische Industrie oder für den Flüssigkeitsmarkt dar. ches nicht mit den oben erwähnten Einschränkungen

Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei wel- und Nachteilen behaftet ist. Gefunden wurde ein chem die schweren Kohlenwasserstoffe durch par- 20 Verfahren zur Zerlegung eines aus Methan und tielle Kondensation abgeschieden und durch zwei- schwerer siedenden Kohlenwasserstoffen bestehenden stufige partielle Verdampfung konzentriert werden. Gasgemisches, insbesondere Erdgas, mittels Rektifi-Bei diesem Verfahren ist der Abscheidungsgrad der kation in einer Abtriebskolonne, der gegebenenfalls höheren Kohlenwasserstoffe bestimmt durch die Ein- eine Abtriebssäule zur Entmethanisierung (Entgangskonzentrationen, den Abscheidungsdruck und 25 methanisierangskolonne) der Sumpfflüssigkeit aus der die Abscheidungstemperatur, er ist also nicht frei Abtriebskolonne nachgeschaltet wird, welches dawählbar bezüglich der einzelnen Komponenten. Ein durch gekennzeichnet ist, daß der Rücklauf für die Nachteil dieses Verfahrens besteht z. B. dann, wenn Abtriebskolonne zumindest teilweise durch Wärmeniedrige Ausbeuten an Äthan, aber hohe Ausbeuten austausch mit Sumpfflüssigkeit aus der Abtriebsan Propan und allen höhersiedenden Kohlenwasser- 30 kolonne erzeugt wird, die in einem Rücklaufverflüsstoffen erwünscht sind. Einen gewissen, aber eben- siger unter reduziertem Druck verdampft. Wenn der falls begrenzten Spielraum bieten demgegenüber Ver- Abtriebskolonne eine Entmethanisierungskolonne fahren, bei denen das Erdgas mehrstufig bei ver- nachgeschaltet ist, wird die Verdampfung der Sumpfschiedenen Temperaturen partiell kondensiert wird. flüssigkeit zweckmäßigerweise nur so weit getrieben,

Weiter ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein 35 daß man in der Entmethanisierungskolonne ohne verflüssigtes Erdgas in den mittleren Teil einer Trenn- Verstärkungsteil auskommt.

säule eingeführt und in dieser in eine schwersiedende Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet beson-

Sumpfflüssigkeit und ein methanreiches Kopfgas zer- ders bei Zerlegung von unter hohem Druck stehenlegt wird, wobei der Rücklauf für den oberen Teil dem Erdgas besondere Vorteile, weil der Abscheider Säule durch teilweise Verflüssigung des Kopf- 40 dungsgrad der schweren Kohlenwasserstoffe bei gleigases mit kaltem Erdgas erzeugt wird. Dieses Ver- eher Flüssigkeitsmenge höher ist als bei Verfahren fahren geht von flüssig angeliefertem Erdgas aus. durch partielle Kondensation. Ferner ist der Aufwand

Ein weiteres Verfahren zur Erdgaszerlegung macht für die Rücklauferzeugung geringer, sofern man von ebenfalls von der Trennung durch Rektifikation Ge- gasförmigem Erdgas ausgeht, und die Entmethanibrauch und besteht darin, daß die Kälte zur Rück- 45 sierang der schweren Kohlenwasserstoffe ist leichter lauferzeugung durch zumindest teilweise Entspan- durchzuführen, weil diese unter reduziertem Druck nung des methanhaltigen Kopfgases in einem Wirbel- bei günstigeren relativen Flüchtigkeiten durchgeführt rohr aufgebracht wird. Der Sumpf des Abtriebsteiles wird.

der Kolonne wird bei diesem Verfahren geheizt. Die- Bei extrem hohen Erdgasdrücken kann es zur Er-

ses Verfahren ist dann von Nachteil, wenn für die bei 50 zielung einer günstigen Trennwirkung zweckmäßig der Entspannung anfallende Methanmenge keine Ver- sein, das zu zerlegende Erdgas vor Eintritt in die wendung unter reduziertem Druck vorhanden ist und Kolonne arbeitsleistend oder isenthalp zu entspandieses Methan z. B. erst wieder auf den Pipelinedruck nen. Dabei ist es im Hinblick auf die Erfindung unnachverdichtet werden muß. erheblich, ob diese Entspannung bei hoher Tempe-

Bei einem anderen Verfahren zur Erdgaszerlegung 55 ratur zwecks Energieerzeugung oder bei tiefer Temwird der Fraktionierkolonne unterhalb des Kopfes peratur zwecks Kälteerzeugung erfolgt, eine Zwischenfraktion entzogen und so hoch verdich- Eine weitgehende Konzentrierung der schweren

tet, daß sie den Kolonnensumpf beheizen kann, wo- Kohlenwasserstoffe läßt sich schließlich dadurch erbei sie teilkondensiert. Danach wird sie entspannt reichen, daß man der Abtriebs- und Entmethanisie- und als Flüssigkeit-Dampf-Gemisch zurück in den 60 rungskolonne eine Verstärkungskolonne isobar nach-Kolonnenkopf geleitet. Hier gibt sie Kälte ab; der schaltet.

Flüssiganteil dient als Rücklaufflüssigkeit. Bei diesem In der Zeichnung sind zur Erläuterung der Er-

Verfahren ist zur Rücklauferzeugung ein ziemlicher findung Ausführungsbeispiele derselben in schema-Aufwand erforderlich, da ein besonderer Kreislauf tischer Form dargestellt, und zwar zeigt mit einem Kompressor, einem Nachkühler und ein 65 F i g. 1 eine Anlage zur begrenzten Abtrennung oder zwei Wärmeaustauschern erforderlich ist. von Äthan und zur fast vollständigen Abtrennung

Schließlich ist noch ein Erdgaszerlegungsverfahren aller höher als Äthan siedenden Kohlenwasserstoffe bekannt, bei dem das gesamte Kopfgas zweistufig ver- aus Erdgas und

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1, wobei im Gegensatz zu F i g. 1 das Erdgas vor Eintritt in die Kolonne entspannt und dann in die Mitte der Kolonne eingespeist wird.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Erdgaszerlegungsanlage nach F i g. 1 besteht aus der Abtriebskolonne 7, der Entmethanisierungskolonne 21, den Trocknern 3 A und 3 B, dem Gegenströmer 5, dem Rücklaufkondensator 9 und dem Nachverdichter 27. In der Anlage nach Fig. 2 ist außer dem Nachverdichter 27 noch ein weiterer Nachverdichter 37 vorgesehen. Die Türbine 35 dient zur Teilentspannung des Erdgases.

Von dem in der Pipeline 1 ankommenden Erdgas wird der für die Zerlegung notwendige Teil abgezweigt, über 2 einem der beiden Trockner 3 A, 3 B und eventuell weiteren, hier nicht gezeichneten Reinigungseinheiten zugeführt. Das gereinigte Gas steht konventionelle Weise beigesteuert werden, z. B. durch Anwendung einer Propan-Äthan-Kaskade oder durch Kälte, die bei der Vorentspannung des Erdgases erzeugt wird, wie es in F i g. 2 gezeigt wird.

In der Entmethanisierungskolonne 21 wird die schwere Kohlenwasserstofffraktion unter 21 ata bis zum gewünschten Grad von Methan befreit und über 24 der weiteren Zerlegungsanlage zugeführt. Diese Fraktion, 9021 Nm³/h, hat folgende Zusammensetzung:

0 4 Volumprozent CH
₆₂'₇ Volumprozent C H
207 Volumprozent C²H⁶
₆'₂ Volumprozent C³H⁸ und C H
' ^{4 10} " '"

Die Wärme für den Dampf auf trieb wird in der Entmethanisierungskolonne 21 über zwei getrennte Wärmeaustauscher 22 und 23 zugeführt. Die Ver-Wendung von zwei Wärmeaustauschern gestattet eine i A d ili die

dann in 4 vor der Tieftemperaturanlage beispiels- g

weise unter 50 ata, 20° C und 191200 Nm³/h zur 20 günstigere Anpassung der Arbeitslinien an

Verfügung mit einer Zusammensetzung von Gleichgewichtskurve und erspart damit Energie.

90 9 Volumprozent CH ^{Die zweite} Methanfraktion, 31129 Nm³Zh, die im 7*2 Volumprozent C H Vergleich zur ersten Methanfraktion klein ist und nur 16 Volumprozent CYi ^{aus urs}P^rung^ucn in der Sumpf flüssigkeit der Abtriebs-02 Volumprozent C³H* ²⁵ kolonne 7 gelöstem Methan besteht, wird über 25 ab-01 Volumprozent cV gezogen, im Wärmeaustauscher 5 wieder auf Umge-' " ^m bungstemperatur erwärmt, über 26 einem Nachver-Das Erdgas wird im Gegenströmer 5 durch Wärme- dichter 27 zugeführt, in diesem auf etwa Pipelineaustausch mit den beiden anfallenden Methanfrak- druck verdichtet, der ersten über 12,5 und 14 abgetionen bis auf etwa — 50° C abgekühlt und über 6 in 30 zogenen und erwärmten Methanfraktion zugemischt den unteren Teil der Abtriebskolonne 7 eingespeist. und durch 29 in die Fortsetzung 31 der Pipeline ein-Über ihren Kopf 8 entweicht ein Methan-Äthan-Gemisch, welches durch noch zu erläuternden
Wärmeentzug weiter abgekühlt und zum Teil verflüssigt wird. Über 10 strömt dieses Flüssigkeits- 35
Dampf-Gemisch dem Abscheider 11 zu, aus welchem

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über 12 die erste Methanfraktion entweicht und im Wärmeaustauscher5 wieder auf Umgebungstemperatur angewärmt wird. In Leitung 14 stehen dann 151 050 Nm³/h Methan unter 48 ata zur Verfügung. Es erfolgt also nur eine geringe, den Strömungsverlusten entsprechende Druckabsenkung der ersten Methanfraktion. Über 13 läuft der Rücklauf der Abtriebskolonne 7 zu.

gegeben. Während eines Stillstandes der Anlage geht das unzerlegte Erdgas von dem Leitungsabschnitt 1 über das Ventil 30 direkt zum Leitungsabschnitt 31. Bei dem Verfahren nach F i g. 2 wird in Abänderung des Verfahrens nach F i g. 1 das Erdgas vor Eintritt in die Abtriebskolonne 7 entspannt, und zwar zum Teil arbeitsleistend über Leitung 34 in der Turbine 35 und Leitung 36, zum Teil isenthalp im Drosselventil 39. Vor Einspeisung in die Pipeline über 29 muß das gesamte Methan im Kompressor 37 nachverdichtet werden. Einen Teil dieser Verdichtungsenergie kann die Turbine 35 beisteuern. Die mittige Einführung des Erdgases in die Abtriebs-

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Die im Sumpf der Abtriebskolonne 7 anfallende 45 kolonne 7 gestattet eine weitgehende Methanabtren-Flüssigkeit hat eine Zusammensetzung von nung bereits in dieser Kolonne. Die notwendige Gas-

70 9 Volumprozent CH
2U,d Volumprozent C_oH_fi

7 1 Volumprozent C"H

10 Volumprozent CYi

u,4 ν ommprozent ^_nIi_n,

⁵° wärme wird über den Wärmeaustauscher 38 zugeführt. Die Restkälte für den Rücklaufverflüssiger 9 ^{Iiefert eme} Teilentspannung des Erdgases in der Tur^bine35· ^{Die erste} Methanfraktion wird über den Rücklaufverflüssiger 9 zurückgeführt und gibt fühl-

Diese Fraktion enthält neben Methan alle Kohlenwasserstoffe in der gewünschten Menge. Äthan ist mit geringem Überschuß vorhanden, weil ein geringer Teil des abgetrennten Äthans mit der zweiten Methanfraktion wieder verlorengeht. Die Sumpffraktion, 40 150 Nm³/h, wird über 15 abgezogen, im Ventil 16 entspannt und durch 17 weitergeleitet. Die im Rücklaufkondensator 9 abgegebene Kälte und damit das Flüssigkeit-Dampf-Verhältnis der Sumpffraktion bei Eintritt in die Entmethanisierungskolonne 21 kann über Leitung 19 mit Ventil 20 sowie durch das Ventil 32 eingestellt werden. Die Kältemenge, die von der Sumpfflüssigkeit im Rücklaufverflüssiger 9 abgegeben wird, hängt ab vom Druck und von der Durchflußmenge in der Leitung 18. Die darüber hinaus benötigte Kälte kann über die Leitung 33 auf

Claims

Patentansprüche1. Verfahren zur Zerlegung eines aus Methan und schwerersiedenden Kohlenwasserstoffen bestehenden Gasgemisches, insbesondere Erdgas, mittels Rektifikation in einer Abtriebskolonne, der gegebenenfalls eine Abtriebssäule zur Entmethanisierung (Entmethanisierungskolonne) der Sumpfflüssigkeit aus der Abtriebskolonne nachgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf für die Abtriebskolonne (7) zumindest teilweise durch Wärmeaustausch mit Sumpfflüssigkeit aus der Abtriebskolonne (7) erzeugt wird, die in einem Rücklaufverflüssiger (9) unter reduziertem Druck verdampft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Verdampfung der Sumpfflüssigkeit nur so weit getrieben wird, daß in der nachgeschalteten Entmethanisierungskolonne (21) der Verstärkungsteil entfallen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu zerlegende Erdgas vor Eintritt in die Abtriebskolonne (7) arbeitsleistend oder isenthalp entspannt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr zur Entmethanisierungskolonne (21) über zwei getrennte Wärmeaustauscher (22 und 23) erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen