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DE19919932A1 - Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion - Google Patents

Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion

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DE19919932A1
DE19919932A1 DE19919932A DE19919932A DE19919932A1 DE 19919932 A1 DE19919932 A1 DE 19919932A1 DE 19919932 A DE19919932 A DE 19919932A DE 19919932 A DE19919932 A DE 19919932A DE 19919932 A1 DE19919932 A1 DE 19919932A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion durch kryogene Zerlegung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wie beispielsweise Erdgas, wobei bei der kryogenen Zerlegung neben einer Reinmethanfraktion wenigstens eine Restgasfraktion anfällt und die Zerlegung ohne Fremdkältebereitstellung erfolgt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird im Teillastbetrieb wenigstens ein Teilstrom (8) der Reinmethanfraktion (4) und/oder wenigstens ein Teilstrom (9) der Restgasfraktion (5) vor die kryogene Zerlegung (C) zurückgeführt, wobei die zurückgeführte Menge an Reinmethanfraktion (8) und/oder Restgasfraktion (9) wenigstens so groß ist, daß eine Fremdkältebereitstellung unterbleiben kann. DOLLAR A Vorzugsweise wird die zu zerlegende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (1) vor der Zuführung in die kryogene Zerlegung (C) ein- oder mehrstufig verdichtet (V) und die Zuführung des Teilstromes (8) der Reinmethanfraktion (4) und/oder des Teilstromes (9) der Restgasfraktion (5) erfolgt vor der Verdichtung (V) oder im Falle einer mehrstufigen Verdichtung in eine oder mehrere der Zwischenstufen der Verdichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion durch kryogene Zerlegung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wie beispielsweise Erdgas, wobei bei der kryogenen Zerlegung neben einer Reinmethanfraktion wenig­ stens eine Restgasfraktion anfällt und die Zerlegung ohne Fremdkältebereitstellung erfolgt.
Gattungsgemäße Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion durch kryogene Zerlegung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wie beispielsweise Erdgas, sind hinlänglich bekannt. Derartige Zerlegungen erfordern dann keine Bereitstellung von Fremdkälte, wenn die auftretenden Isolationsverluste der Cold-Box durch "Joule- Thomsen-Kälte" gedeckt werden können. Insbesondere bei kleineren Mengen an Reinmethan - beispielsweise in der Größenordnung bis zu 450 kg/h - stellt sich jedoch im Teillastbetrieb das Problem, daß ein Einsatz von Fremdkälte - sofern die gewünschten Produktreinheiten beibehalten werden sollen - erforderlich wird.
Des weiteren ist bei derartigen Anlagen, die für die genannten Mengen an Reinmethan ausgelegt werden, darauf zu achten, daß die Cold-Box bzw. die in ihr vorgesehenen Kolonnen für den Teillastbetrieb ausgelegt sind. Dies bedeutet beispielsweise ein Vorsehen entsprechend geeigneter Kolonnenböden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion durch kryogene Zerlegungen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anzugeben, daß auch im Teillastbetrieb ohne eine Fremdkältebereitstellung auskommt, dessen Produktreinheiten auch im Teillastbetrieb unverändert bleiben und das eine Reduzierung der Investitionskosten ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Teillastbetrieb wenigstens ein Teilstrom der Reinmethanfraktion und/oder wenigstens ein Teilstrom der Restgasfrak­ tion vor die kryogene Zerlegung zurückgeführt wird, wobei die zurückgeführte Menge an Reinmethanfraktion und/oder Restgasfraktion wenigstens so groß ist, daß eine Fremdkältebereitstellung unterbleiben kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände von Unteransprüchen darstellen, seien anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Über die Leitung 1 wird eine Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion, beispielsweise Erdgas, bestehend im wesentlichen aus Methan (≧ 80 Vol.-%), Stickstoff (10 bis 15 Vol.-%), höheren Kohlenwasserstoffen sowie gegebenenfalls Kohlendioxid einer Verdichterein­ heit V zugeführt. In dieser Verdichtereinheit, die ein- oder mehrstufig ausgelegt sein kann, wird die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion auf einen Druck zwischen beispiels­ Weise 25 und 35 bar verdichtet. Die Übersichtlichkeit halber sind in der Figur die den einzelnen Verdichterstufen nachgeschalteten Kühler sowie Abscheider nicht dargestellt.
Über Leitung 2 wird die verdichtete Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion einer Reini­ gungseinheit P zugeführt. In der Reinigungseinheit P erfolgt eine Trocknung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion sowie eine Abtrennung all derjeniger Komponen­ ten, die für den weiteren Verfahrensablauf unerwünscht sind oder diesen negativ beeinträchtigen könnten. So ist beispielsweise die Abtrennung von Kohlendioxid zwingend erforderlich, da dieses ansonsten in der nachgeschalteten kryogenen Zerlegung ausfrieren und zu Verlegungen in Leitungen und Ventilen führen würde.
Über Leitung 3 wird die verdichtete und gereinigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion der kryogenen Zerlegung C - die in der Figur der Übersichtlichkeit halber lediglich als Black-Box dargestellt ist - zugeführt. Eine standardgemäße kryogene Zerlegung erfolgt beispielsweise in zwei Rektifizierkolonnen, wobei aus dem Sumpf der ersten Rektifizierkolonne die höheren Kohlenwasserstoffe abgezogen werden, während am Kopf der zweiten Rektifizierkolonne eine Stickstoffreiche Fraktion anfällt. Diese beiden Restgasfraktionen können nun entweder getrennt oder gemeinsam aus der kryogenen Zerlegung C abgezogen werden.
Aus dem Sumpf der zweiten Rektifizierkolonne wird bei einer derartigen Verfahrensfüh­ rung eine Reinmethanfraktion gewonnen und ebenfalls aus der kryogenen Zerlegung C abgeführt. Im vorliegenden Fall wird diese Reinmethanfraktion über Leitung 4 aus der Cold-Box abgezogen, während die vereinten Restgasfraktionen über die Leitung 5 aus der Cold-Box C abgezogen werden. Übliche Reinheitsanforderungen an die zu gewin­ nende Reinmethanfraktion verlangen einen Methan-Reinheitsgrad von wenigstens 99,9 Vol.-%.
Sofern die Reinigungseinheit P als Druckwechseladsorptionsprozeß ausgelegt ist, kann ein Teilstrom 6 der Restgasfraktion 5 dem Adsorptionsprozeß zum Zwecke des Regenerierens zugeführt werden. Das beladene Regeneriergas verläßt den Adsorp­ tionsprozeß P über die Leitung 7 und wird gegebenenfalls einer weiteren Verwendung zugeführt.
Zusätzlich oder alternativ zu einem Druckwechseladsorptionsprozeß kann auch eine Wäsche vorgesehen werden, mittels der ebenfalls eine Abtrennung all derjeniger Komponenten, die für den weiteren Verfahrensablauf unerwünscht sind oder diesen negativ beeinträchtigen könnten, erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird nunmehr im Teillastbetrieb wenigstens ein Teilstrom 8 der Reinmethanfraktion 4 und/oder wenigstens ein Teilstrom 9 der Restgasfraktion 5 vor die kryogene Zerlegung C zurückgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Rückführung dieser Ströme hierbei vor der Verdichtungsstufe V oder im Falle einer mehrstufigen Verdichtung in eine oder mehrere der Zwischenstufen der Verdichtung. Um die Menge an zurückgeführter Reinmethanfraktion 8 und/oder zurückgeführter Restgasfraktion 9 regeln zu können, sind zwei Regelventile a und b vorgesehen. Diese werden mittels entsprechender Durchflußmeßgeräte (FC's) angesteuert.
Die Rückführung wenigstens eines Teilstromes 8 der Reinmethanfraktion 4 und/oder wenigstens eines Teilstromes 9 der Restgasfraktion 5 vor die kryogene Zerlegung ermöglicht es nunmehr, daß auch während des Teillastbetriebes der Prozeß zur Gewinnung der Reinmethanfraktion unter den gleichen Bedingungen wie während des Volllastbetriebes ablaufen kann. Dies bedeutet, daß die kryogene Zerlegung C bzw. die Cold-Box auch während des Teillastbetriebes immer einer konstante Last "sieht".
Der Prozeß kann daher zu jeder Zeit bei den optimalen Randbedingungen - wie sie im Volllastbetrieb gegeben sind - betrieben werden. Somit tritt auch im Teillastbetrieb keine Änderung der Produktreinheit der Reinmethanfraktion auf. Erfindungsgemäß kann nunmehr auch im Teillastbetrieb auf die Bereitstellung von Fremdkälte verzichtet werden.
Es ist zudem nicht erforderlich, daß die kryogene Zerlegung C bzw. Cold-Box - wie dies bisher erforderlich ist - für einen Teillastbetrieb ausgelegt wird, woraus gegenüber den bekannten Verfahrensweisen eine Reduzierung der Investmentkosten resultiert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion durch kryogene Zerlegung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wie beispielsweise Erdgas, wobei bei der kryogenen Zerlegung neben einer Reinmethanfraktion wenigstens eine Restgasfraktion anfällt und die Zerlegung ohne Fremdkältebereitstellung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbetrieb wenigstens ein Teilstrom (8) der Reinmethanfraktion (4) und/oder wenigstens ein Teilstrom (9) der Restgasfraktion (5) vor die kryogene Zerlegung (C) zurückgeführt wird, wobei die zurückgeführte Menge an Reinmethanfraktion (8) und/oder Restgasfraktion (9) wenigstens so groß ist, daß eine Fremdkältebereitstellung unterbleiben kann.
2. Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zerlegende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (1) vor der Zuführung in die kryogene Zerlegung (C) ein- oder mehrstufig verdichtet wird (V) und die Zuführung des Teilstromes (8) der Reinmethanfraktion (4) und/oder des Teilstromes (9) der Restgasfraktion (5) vor der Verdichtung (V) oder im Falle einer mehrstufigen Verdichtung in eine oder mehrere der Zwischenstufen der Verdichtung erfolgt.
3. Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu zerlegende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (1, 2) von bei der kryogenen Zerlegung (C) störenden Komponenten vor der Zuführung in die kryogene Zerlegung (C) gereinigt wird (P).
4. Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der kryogenen Zerlegung (C) vorgeschaltete Reini­ gungsstufe wenigstens eine Adsorptionsstufe (P) und/oder wenigstens eine Wäsche ist.
5. Verfahren zum Gewinnen einer Reinmethanfraktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsstufe (P) ein Teilstrom (9) der Restgasfrak­ tion als Regeneriergas zugeführt wird.
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