DE2162652A1 - Purification of sour natural gas - Google Patents
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Description
PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLO'MCHEMIKERPATENT ADVOCATE DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLO'MCHEMIKER
5 KÖLN-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 25 COLOGNE-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 2
Köln, den 16. Dezember 1971 Eg/Ax/WfCologne, December 16, 1971 Eg / Ax / Wf
Union Carbide Corporation, 27o Park Avenue, New York, N. Y. 1QQ17, U. S. A.Union Carbide Corporation, 27o Park Avenue, New York, N.Y. 1QQ17, U.S.A.
Reinigung von saurem ErdgasPurification of sour natural gas
Die Erfindung betrifft die Reinigung von saurem Erdgas, insbesondere die Entfernung von HgS und COp aus Erdgas durch ein selektives Adsorptionsverfahren, bei dem der Bedarf an Spülgas zur Regenerierung des Adsorptionsmittelbettes auf ein Minimum gesenkt wird.The invention relates to the purification of acidic natural gas, in particular the removal of H g S and COp from natural gas by a selective adsorption process in which the need for purge gas for regenerating the adsorbent bed is reduced to a minimum.
Der Bedarf an Erdgas als Brennstoff hat solche Ausmaße erreicht, daß bereits Perioden ungenügender Lieferung aufgetreten sind. Noch ernstere Verknappungen sind vorausgesagt worden. Um diese Situation zu verbessern, sind die Erdgaserzeuger in zunehmendem Maße auf Felder von saurem Gas angewiesen. Es gibt zahlreiche Gründe, aus denen das saure Erdgas aus diesen Feldern gesüßt werden muß, jedoch sind zwei der zwingensten Gründe die korrodierenden Wirkungen der verunreinigenden Schwefelverbindungen auf die Leitungen und Ventilsysteme und die Verunreinigung der Atmosphäre, die bei der Verbrennung des sauren Gases eintritt, insbesondere in Gebieten mit starkem Erdgasverbrauch, z. B. in großen Industriestädten.The demand for natural gas as a fuel has reached such proportions that periods are already inadequate Delivery occurred. Even more serious shortages have been predicted. To improve this situation, Natural gas producers are increasingly dependent on fields of acid gas. There are numerous Reasons why the sour natural gas from these fields must be sweetened, however, are two of those most compelling reasons are the corrosive effects of the polluting sulfur compounds on the pipes and valve systems and the pollution of the atmosphere that occurs when the acid gas is burned, especially in areas with heavy natural gas consumption, e.g. B. in large industrial cities.
209828/0967209828/0967
Als Mittel zum Süßen von Erdgas wird bereits die selektive Adsorption der Schwefelverbindungen, hauptsächlich HpS, an zeolithischen Molekularsieben, die als Adsorptionsmittel dienen, vorgeschlagen. Dieses allgemeine Verfahren ermöglicht die Süßung dieser Gase bis zu einem hohen Reinheitsgrad und die zuverlässige und schnelle Regenerierung des zur Entfernung der Verunreinigungen verwendeten Adsorptionsmittels, insbesondere im Vergleich mit den bekannten Verfahren der Chemisorption.As a means of sweetening natural gas, the selective adsorption of sulfur compounds, mainly HpS, on zeolitic molecular sieves, which serve as adsorbents, proposed. This general procedure enables the sweetening of these gases to a high degree of purity and the reliable and fast regeneration of the adsorbent used to remove the impurities, especially in comparison with the known ones Process of chemisorption.
Weitgehend bedingt durch die Tatsache, daß diese Süßungsverfahren zwangsläufig an Orten durchgeführt werden, die von Erdölraffinerien und von der chemischen Industrie im allgemeinen weit entfernt sind, sind billige Spülgase für die Desorption der angesammelten Schwefelverbindungen aus dem Adsorptionsmittelbett selten verfügbar. Es ist daher üblich, einen Teil des vorher gereinigten Erdgasprodukts für diesen Zweck zu verwenden. Aufgrund der starken Affinität von HgS zu als Adsorptionsmittel verwendeten Molekularsieben und anderer Paktoren, z. B. der angewendeten Arbeitdrücke und -temperaturen mußte bei diesen bekannten Verfahren eine verhältnismäßig große Spülgasmenge verwendet werden. Paradoxerweise steigen, wenn man sich Erdgasquellen mit höheren Konzentrationen an HgS zuwendet, um den zusätzlichen Bedarf zu decken, die Verluste an gereinigtem Erdgas durch die Verwendung als Spülgas.Largely due to the fact that these sweetening processes are inevitably carried out in places that far from petroleum refineries and the chemical industry in general, cheap purge gases are for the desorption of the accumulated sulfur compounds from the adsorbent bed is seldom available. It is therefore It is common to use part of the previously purified natural gas product for this purpose. Because of the strong Affinity of HgS to used as adsorbent Molecular sieves and other factors, e.g. B. the applied working pressures and temperatures had to be known in these Method a relatively large amount of purge gas can be used. Paradoxically, increase when you look Turns to natural gas sources with higher concentrations of HgS, in order to meet the additional demand, the loss of purified natural gas due to its use as a purge gas.
Die wirtschaftlichen und technischen Umstände bei der Entfernung von CO2 aus Erdgas, zur Herstellung von verflüssigtem Erdgas sind den Umständen ähnlich, die bei der Süßung von Naturgas vorliegen. Während des Prozesses der Kühlung und Verflüssigung des eingesetzten Erdgases verursacht Kohlendioxyd, daß in Mengen von mehr als etwa 50 ppm vorhanden ist, störende und unangenehme Verstopfungen von Ventilen und Leitungen, so daß es entfernt werden muß. Die selektive Adsorption des Kohlendioxyds an einem zeolithischen Molekularsieb unter Verwendung eines Teils des gereinigten Raffinats ist ein übliches Reinigungsverfahren. The economic and technical circumstances involved in removing CO 2 from natural gas and producing liquefied natural gas are similar to those involved in sweetening natural gas. During the process of cooling and liquefying the natural gas used, carbon dioxide, which is present in amounts of more than about 50 ppm, causes troublesome and unpleasant clogging of valves and lines, so that it must be removed. The selective adsorption of the carbon dioxide on a zeolitic molecular sieve using a portion of the purified raffinate is a common purification process.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Senkung des HpS- und COp-Gehalts von Erdgas durch selektive Adsorption, wobei die zur Regenerierung des Adsorptionsmittelbettes erforderliche Spülgasmenge im Vergleich zu den bisherigen üblichen Verfahren wesentlich herabgesetzt wird.The invention relates to a method for reducing the HpS and COp content of natural gas by selective adsorption, the amount of purge gas required to regenerate the adsorbent bed compared to the previous ones conventional procedures is significantly reduced.
Die Aufgaben, die die Erfindung sich stellt, werden durch ein Verfahren gelöst, bei dem man ein trockenes Erdgas, das als Verunreinigungen Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxyd oder ein Gemisch von Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxyd enthält, durch ein aus einem zeolithischen Molekularsieb bestehendes Adsorptionsmittelbett leitet, das gereinigte Produktgas vom Austrittsende des Bettes abzieht, während die Verunreinigungen im Bett selektiv adsorbiert werden, und anschließend die Zufuhr des Einsatzgases zum Adsorptionsmittelbett unterbricht und das Bett durch die Behandlung regeneriert.· Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß manThe objects set by the invention are achieved by a method in which a dry natural gas that as impurities, hydrogen sulfide or carbon dioxide or a mixture of hydrogen sulfide or carbon dioxide contains, passes through an adsorbent bed consisting of a zeolitic molecular sieve, the purified Withdraws product gas from the exit end of the bed while selectively adsorbing the contaminants in the bed, and then ceasing the supply of feed gas to the adsorbent bed and treating the bed regenerated. · The process is characterized in that one
a) auf wenigstens 2000C erhitztes Erdgas im Gleichstrom (in der gleichen Richtung wie das Einsatzgas) durch das Bett leitet, das aus dem Bett austretende Gas wieder erhitzt und im Gleichstrom und im Kreislauf durch das Bett wenigstens während einer Zeit führt, die genügt, um das Austrittsende des Bettes vor Beendigung der Stufe (b) auf eine Temperatur von wenigstens 2000C zu bringen,a) natural gas heated to at least 200 ° C. passes through the bed in cocurrent (in the same direction as the feed gas), the gas emerging from the bed is reheated and circulated through the bed for at least a sufficient time in order to bring the outlet end of the bed to a temperature of at least 200 ° C. before the end of step (b),
b) das Bett im Gleichstrom mit etwa 0,1 bis 2,5 kg-Mol, vorzugsweise 0,5 bis 2,5 kg-Mol gereinigtem Spülgas, vorzugsweise Erdgas, pro 100 kg Adsorptionsmittel im Bett spült undb) the bed cocurrently with about 0.1 to 2.5 kg-moles, preferably 0.5 to 2.5 kg-moles, of purified Purge gas, preferably natural gas, is purged and flushed per 100 kg of adsorbent in the bed
c) anschließend ein Spülgas bei einer Temperatur von weniger als 100°C im Gleichstrom durch das Bett führt und das austretende Gas wenigstens solange kühlt und im Gleichstrom in das Bett zurückführt, bis das Austrittsende des Betts auf eine Temperatur von 1000C oder darunter gekühlt ist.c) then a purge gas at a temperature of less than 100 ° C in cocurrent through the bed and the exiting gas is cooled at least as long and returned in cocurrent to the bed until the outlet end of the bed is cooled to a temperature of 100 0 C or below is.
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Eine typische Ausführungsform des Verfahrens zum Süßen von Erdgas ist im Fließschema dargestellt.A typical embodiment of the process for sweetening Natural gas is shown in the flow diagram.
Der hier gebrauchte Ausdruck: "Erdgas" bezeichnet ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Methan besteht und gewöhnlich geringe Mengen anderer Gase einschließlich höherer Kohlenwasserstoffe, z. B. Äthan und Propan, Kohlendioxyd, Stickstoff, Helium und Schwefelverbindungen besteht, die zum größeren Teil aus HpS und aus geringen Mengen oder Spurenmengen von Mercaptanen besteht. Die aus den Quellen austretenden Erdgase enthalten ferner stets Wasserdampf und sind gewöhnlich mit Wasser-gesättigt. Da die geologische Umgebung Schwankungen in der Zusammensetzung eines Erdgasvorkommens verursacht, ist keine genaue Angabe der Zusammensetzung möglich. Ferner ändert sich die Zusammensetzung des Erdgases einer Quelle während der Entnahme des Gases aus dieser Bohrung. Die folgenden beiden Analysen von Gasproben aus verschiedenen Vorkommen sind repräsentativ:The term used here: "Natural gas" refers to a gas mixture which consists mainly of methane and usually small amounts of other gases including higher hydrocarbons, e.g. B. ethane and propane, carbon dioxide, nitrogen, Helium and sulfur compounds consists, the greater part of HpS and of small amounts or trace amounts consists of mercaptans. The natural gases emerging from the sources also always contain water vapor and are usually saturated with water. As the geological environment Fluctuations in the composition of a natural gas deposit are not a precise indication of the composition possible. Furthermore, the composition of the natural gas from a source changes during the removal of the gas from the same Drilling. The following two analyzes of gas samples from different deposits are representative:
IIII
Die Erdgase, die zweckmäßig beim Süßungsverfahren gemäß der Erfindung eingesetzt werden, können aus Gründen, auf die nachstehend näher eingegangen wird, 1 bis etwa 3O.OOO Raumteile HgS pro Million Raumteile und bis zu etwa 400 ppm HgO enthalten. Die relative Konzentration von schwach adsorbierten oder nicht adsorbierten Permanentgasen wie Stickstoff und Helium ist nicht entscheidend wichtig. Innerhalb des vorstehend genannten Bereichs der H0S-Konzentration wird dieThe natural gases which are expediently used in the sweetening process according to the invention can contain 1 to about 30,000 parts by volume of HgS per million parts by volume and up to about 400 ppm of HgO for reasons which will be discussed in more detail below. The relative concentration of weakly adsorbed or non-adsorbed permanent gases such as nitrogen and helium is not critically important. Within the above-mentioned range of the H 0 S concentration, the
C.C.
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Konzentration von etwaigen Kohlendioxyd, das in Einsatzgas vorhanden sein kann, ebenfalls herabgesetzt, jedoch wird dieses COp zwangsläufig nicht vollständig entfernt. Der Grad der Senkung der COp-Konzentration hängt von mehreren Paktoren ab, zu denen die Konzentration von HpS und COp im Einsatzgas und die HLS-Menge gehören, deren Adsorption am Bett man während der Adsorptionsstufe zuläßt, bevor mit der Regenerierung begonnen wird. COp wird an Molekularsiebzeolithen weniger stark adsorbiert als HpS. Demgemäß liegt die COp-Massenübergangszone vor der HpS-MassenUbergangszone, während die beiden Zonen durch das Bett fortschreiten. Wenn also ein Einsatzgas mit verhältnismäßig hohem COp-Gehalt behandelt wird, hat der Abbruch des Adsorptionszyklus unmittelbar vor dem Durchbruch der HLS-Front zur Folge, daß der größte Teil des COp mit dem austretenden Erdgas das Bett verläßt. Bis zu einem gewissen Grad werden jedoch COp und HpS gemeinsam in der gleichen Bettzone adsorbiert, d. h. eine Entfernung einer gewissen COp-Menge mit dem HpS findet statt. In vielen Fällen ist CO2 in Erdgas nicht nachteilig und nicht zu beanstanden.The concentration of any carbon dioxide that may be present in the feed gas is also reduced, but this COp is inevitably not completely removed. The degree to which the COp concentration is lowered depends on several factors including the concentration of HpS and COp in the feed gas and the amount of HLS that is allowed to be adsorbed on the bed during the adsorption stage before regeneration begins. COp is less adsorbed on molecular sieve zeolites than H p S. Accordingly, the COp mass transition zone precedes the HpS mass transition zone as the two zones progress through the bed. So if a feed gas with a relatively high COp content is treated, the termination of the adsorption cycle immediately before the breakthrough of the HLS front has the consequence that most of the COp leaves the bed with the exiting natural gas. To a certain extent, however, COp and HpS are adsorbed together in the same bed zone, ie a certain amount of COp is removed with the HpS. In many cases, CO 2 in natural gas is not disadvantageous and not objectionable.
Wenn die COp-Konzentration unter 50 ppm gesenkt werden soll, muß das Erdgas von Natur aus oder als Folge einer vorherigen Behandlung weniger als etwa 1 ppm HpS und nicht mehr als etwa 30.000 ppm CO2 enthalten, um gemäß der Erfindung verarbeitet werden zu können.If the COp concentration is to be reduced below 50 ppm, the natural gas must, by nature or as a result of prior treatment, contain less than about 1 ppm HpS and no more than about 30,000 ppm CO 2 in order to be processed in accordance with the invention.
Bezüglich der Entfernung von CO2 oder H2S oder beider Verunreinigungen muß das vom MundlocWder Bohrung kommende Erdgas vor der Behandlung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gewöhnlich getrocknet werden. Die Trocknung erfolgt in beliebiger üblicher Weise, mit der eine Senkung des Feuchtigkeitsgehalts auf 400 ppm oder weniger möglich ist. Vorteilhaft wird das Gas dehydratisiert, indem es durch ein Bett eines zeolithischen Molekularsiebs geleitet wird.With regard to the removal of CO 2 or H 2 S or both impurities, the natural gas coming from the mouth of the well must usually be dried prior to treatment by the method according to the invention. Drying is done in any conventional manner that allows the moisture content to be reduced to 400 ppm or less. Advantageously, the gas is dehydrated by passing it through a bed of zeolitic molecular sieve.
Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den Abbildungen erläutert. Für die Zwecke der Beschreibung wird angenommen, daß das Erdgas 400 ppm HgS,The invention is illustrated by the following description in conjunction with the figures. For the purpose of Description is assumed that the natural gas 400 ppm HgS,
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6.000 ppm CO2, 15.000 ppm Äthan, 2.000 ppm Propan, 10.000 ppm Stickstoff, 20 ppm H2O, Rest Methan, enthält. Die Aufgabe besteht demgemäß darin, den HpS-Gehalt ohne Rücksicht auf die Konzentration des CO2 im gesüßten Produktgas auf weniger als etwa 4 ppm zu senken. Natürlich würde das Verfahren auch in der gleichen Weise zur Entfernung von COp aus einem Einsatzgas mit niedriger HpS-Konzentration durchgeführt, wobei den C02-Massenübergangszonen im Bett die gleiche Aufmerksamkeit wie den HpS-Massenübergangszonen bei dem nachstehend als Beispiel beschriebenen Verfahren gewidmet wird.6,000 ppm CO 2 , 15,000 ppm ethane, 2,000 ppm propane, 10,000 ppm nitrogen, 20 ppm H 2 O, remainder methane. The object is accordingly to reduce the HpS content to less than about 4 ppm regardless of the concentration of CO 2 in the sweetened product gas. Of course, the process would also be carried out in the same manner for removing COp from a low HpS feed gas, with the same attention being paid to the C0 2 mass transition zones in the bed as the HpS mass transition zones in the method described below as an example.
L Bei der im Fließschema dargestellten Anlage wird das zweckmäßig getrocknete Erdgas durch Leitung 10 und Ventil 12 dem Adsorptionsmittelbett 14 zugeführt, das abwechselnd mit dem Adsorptionsmittelbett l6 betrieben wird. Die beiden Adsorptionsmittelbetten 14 und 16 enthalten zeolithische Molekularsiebe. Die Art des verwendeten MolekularSiebs ist nicht entscheidend wichtig, jedoch ist es vorteilhaft, daß der Zeolith einen solchen Porendurchmesser hat, daß die verunreinigenden Schwefelverbindungen und daß COp leicht adsorbiert werden. Da ferner ein schneller Übergang dieser verunreinigenden Verbindungen und des zur Regenerierung verwendeten Spülgases in das Adsorptionsmittel und aus dem Adsorptionsmittel äußerst erwünscht ist, sollten dieL This is useful for the system shown in the flow diagram dried natural gas fed through line 10 and valve 12 to the adsorbent bed 14, which alternately is operated with the adsorbent bed l6. The two adsorbent beds 14 and 16 contain zeolitic ones Molecular sieves. The type of molecular sieve used is not critically important, but it is advantageous that the zeolite has a pore diameter such that the polluting sulfur compounds and that COp easily are adsorbed. There is also a rapid transition of these polluting compounds and that to regeneration purge gas used in the adsorbent and out of the adsorbent is extremely desirable, the
" agglomerierten Zeolithteilchen verhältnismäßig klein sein. Es wurde gefunden, daß eine gegen zweiwertige Kationen ausgetauschte Form von Zeolith A mit einem Pörendurchmesser von etwa 5 Angström in Agglomeratform bei einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa 3,2 mm in dieser Hinsicht äußerst wirksam ist und daher zu bevorzugen ist. Besonders bevorzugt für die Entfernung von H2S wird Calcium-Zeolith A (USA Patent 2.882.243) in Form eines mit Ton abgebundenen zylindrischen Extrudats von 1,6 mm Durchmesser. Zur Entfernung von CO2 wird ein Zeolith mit einem Porendurchmesser von etwa 4 Angström bevorzugt. Weitere geeignete Zeolithe sind beispielsweise Zeolith T (USA Patent 2.950.952), Zeolith X (USA Patent 2.882.244),"agglomerated zeolite particles can be relatively small. A divalent cation-exchanged form of zeolite A having a pore diameter of about 5 angstroms in agglomerate form with an average particle diameter of no more than about 3.2 mm has been found to be extremely effective in this regard Calcium zeolite A (USA Patent 2,882,243) in the form of a clay-bonded cylindrical extrudate with a diameter of 1.6 mm is particularly preferred for the removal of H 2 S. To remove CO 2 , a zeolite is used with a pore diameter of about 4 Angstroms is preferred. Further suitable zeolites are, for example, Zeolite T (USA Patent 2,950,952), Zeolite X (USA Patent 2,882,244),
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natürlicher und synthetischer Mordenit und natürlich vorkommender Chabazit, Erionit, Klinoptilolit und Gmelinit.natural and synthetic mordenite and naturally occurring chabazite, erionite, clinoptilolite and gmelinite.
Für die Zwecke dieser Beschreibung sei angenommen, daß der Betrieb des Systems stabilisiert worden ist, d. h. das Einsatzmaterial aus trockenem saurem Erdgas, das der Adsorptionskolonne 14 zugeführt wird, in ein Bett eintritt, das unmittelbar vorher regeneriert worden ist. Die Beschreibung der Regenerierstufen sei für eine spätere geeignete Stelle aufgespart. Es genügt hier, den Zustand des Betts 14 beim Eintritt des Einsatzgases durch das Ventil 12 so zu definieren, daß es eine Temperatur von minus 50 bis etwa 1000C, vorzugsweise von minus 30 bis etwa 500C hat, unter einem Druck von etwa 7 bis 210 atü steht und im Austrittsende im wesentlichen frei von adsorbiertem H2S ist.For the purposes of this description, it will be assumed that the operation of the system has stabilized, that is, the dry sour natural gas feed to adsorption column 14 enters a bed which has been regenerated immediately beforehand. The description of the regeneration stages is saved for a later suitable place. It is sufficient here to define the state of the bed 14 when the feed gas enters through the valve 12 so that it has a temperature of minus 50 to about 100 ° C., preferably of minus 30 to about 50 ° C., under a pressure of about 7 to 210 atmospheres and is essentially free of adsorbed H 2 S in the outlet end.
Gemäß den anderen Prozessparametern, die für die Erfindung wesentlich ist, bedingt der vorstehend definierte Zustand des Betts ferner, daß eine neue HpS-Massenübergangszone im Eintrittsende des Betts vorhanden ist. Während des Adsorptionszyklus im Bett 14 ist die pro Zeiteinheit zugeführte Menge des Einsatzgases nicht entscheidend wichtig. Der Druck ist ebenfalls kein entscheidend wichtiger Faktor, jedoch sind die erhöhten Drücke günstig für die effektive Aufnahmefähigkeit des zeolithischen Adsorptionsmittels für das verunreinigende H2S. Die Form des Betts ist theoretisch nicht sehr wesentlich, jedoch sollte es in der Praxis wenigstens die Länge einer H2S-Massenübergangszone unter den Arbeitsbedingungen des Gesamtprozesses haben. Der hier gebrauchte Ausdruck "Massenübergangszone" hat die gleiche Bedeutung, wie sie allgemein in der Technik üblich ist, d. h. er bedeutet den Abschnitt des Adsorptionsmittelbetts, in dem die Adsorbatbeladung, des Adsorptionsmittelbetts und die Konzentration der Adsorbatfraktion im Gasstrom beide mit der Zeit zunehmen. Die Adsorption im Bett 14 wird für jede beliebige gewünschte Zeit bis zum Durchbruch der HgS-Front in den gereinigten Produktstrom, der aus dem Bett 14 durch Leitung 18, Ventil 20 und Leitung 22 für den end-In accordance with the other process parameters which are essential to the invention, the condition of the bed as defined above further implies that a new HpS mass transition zone is present in the inlet end of the bed. During the adsorption cycle in bed 14, the amount of feed gas added per unit of time is not critically important. The pressure is also not a critically important factor, but the increased pressures are favorable for the effective capacity of the zeolitic adsorbent for the contaminating H 2 S. The shape of the bed is theoretically not very important, but in practice it should be at least the length of an H Have 2 S mass transition zone under the working conditions of the overall process. The term "mass transition zone" as used herein has the same meaning as is generally used in the art, that is, it means that portion of the adsorbent bed in which the adsorbate loading, the adsorbent bed and the concentration of the adsorbate fraction in the gas stream both increase over time. Adsorption in bed 14 is continued for any desired time until the HgS front breaks into the purified product stream exiting bed 14 through line 18, valve 20 and line 22 for the final
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gültigen Verbrauch abgezogen wird, jedoch nicht bis über diesen Durchbruch hinaus durchgeführt. Anschließend wird das vorher regenerierte Bett 16 durch Schließen des Ventils und Führung des Einsatzgases durch das Ventil 50 auf Adsorption geschaltet, während die Desorption des Betts 14 eingeleitet wird.valid consumption is deducted, but not carried out beyond this breakthrough. Then the previously regenerated bed 16 by closing the valve and passing the feed gas through valve 50 for adsorption switched while the desorption of the bed 14 is initiated.
Die Gesamtregenerierung, bei der H2S aus dem Bett 14 desorbiert und das Bett für eine neue Adsorption vorbereitet wird, findet in einer Aufeinander-folge von Stufen statt, die aus dem Erhitzen im geschlossenen Kreislauf, dem Spülen und der Kühlung bestehen. Im. allgemeinen ist es vorteilhaft, das Bett bei Drücken zu desorbieren, die etwas niedriger sind als die während der Adsorption angewandten Drücke. In die aufeinanderfolgenden Maßnahmen zur Regenerierung kann daher wahlweise eine Drucksenkung zu Beginn und eine Druckerhöhung zum Schluß einbezogen werden. Die Drucksenkung zu Beginn hat den Vorteil, daß bei der gleichen Temperatur weniger Spülgas oder Abtreibegas erforderlich ist, um eine gegebene HgS-Menge aus dem Bett bei niedrigeren Drücken abzutreiben. Dieser Vorteil wird wenigstens teilweise durch das niedrigere Adsorptionsvermögen des Betts zu Beginn des folgenden Adsorptionszyklus als Folge der durch die Druckerhöhung erzeugten Hitze wieder aufgehoben. Zum Ausgleich wird gewöhnlich so gearbeitet, daß der Druck im Bett vor der Spülung oder Abtreibung um bis zu etwa 80 % gesenkt wird, jedoch ist auch eine stärkere Drucksenkung möglich. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, daß durch die Drucksenkung im Bett ein Kühleffekt erzeugt wird, der, wenn er nach dem Erhitzen im geschlossenen Kreislauf und vor der Spül- und Abtreibestufe eintritt, zur Folge hat, daß das HpS schwieriger aus dem zeolithischen Adsorptionsmittel desorbierbar ist, so daß nachteilig größere Spülgasmengen für die Reinigung des Betts erforderlich sind. Wenn somit die Drucksenkung während der Desorption vorgenommen wird, muß sie vor Beendigung des Erhitzens im geschlossenen Kreislauf stattfinden. Im Falle des Betts 14 wird eine Drucksenkung zweckmäßig vorgenommen, indem aus dem System einThe overall regeneration, in which H 2 S is desorbed from bed 14 and the bed is prepared for a new adsorption, takes place in a succession of stages consisting of closed-circuit heating, purging and cooling. In general, it is advantageous to desorb the bed at pressures slightly lower than the pressures used during adsorption. The successive measures for regeneration can therefore optionally include a pressure decrease at the beginning and a pressure increase at the end. The initial pressure reduction has the advantage that, at the same temperature, less purge gas or stripping gas is required to drive a given amount of H g S from the bed at lower pressures. This advantage is offset, at least in part, by the lower adsorptive capacity of the bed at the beginning of the following adsorption cycle as a result of the heat generated by the pressure increase. To compensate for this, it is common practice to reduce the pressure in the bed by up to about 80 % before the irrigation or abortion, but a greater pressure reduction is also possible. In this regard it should be noted that the reduction in pressure in the bed produces a cooling effect which, if it occurs after heating in the closed circuit and before the rinsing and stripping stages, makes the HpS more difficult to desorb from the zeolitic adsorbent is, so that disadvantageously larger amounts of purge gas are required for cleaning the bed. Thus, if the pressure reduction is carried out during desorption, it must take place before the completion of the heating in the closed circuit. In the case of the bed 14, a pressure reduction is expediently made by a
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Teil des Gases aus dem Bett 14 durch das Ventil 24 in die Leitung 26 und nacheinander durch den Kühler 28, die
Kondensatvorlage 30, das Gebläse. 34 , die Leitung 36 und das Ventil 38 abgelassen wird. Anschließend wird durch
geeignete Ventilbetätigung eine geschlossene Schleife ausgebildet, die aus Bett 14, Leitung l8, Ventil 24, Leitung 26, Kühler
28, Kondensatvorlage 30, Gebläse 34, Ventilen 4o
und 42, Ofen 44, Leitung 46 und Ventil 53 besteht. Der Kühler 28 dient dazu, die Temperatur des dem Gebläse zugeführten
Gases bei etwa 1000C oder niedriger zu halten , so
daß ein wesentlicher Teil von etwa vorhandenem Cp+-Kohlenwasserstoff
oder etwa vorhandenem Wasser herauskondensiert werden kann. Der Kühler 28 wird auch während der letzten
Phasen der Regenerierung des Betts eingesetzt, wenn das Bett auf die Adsorptionstemperaturen gekühlt wird. Die
Führung des heißen Gases im Gleichstrom von oben nach unten durch das Bett 14 wird durch Betätigung des Gebläses 34
erreicht. Die Temperatur des Betts sollte als Folge dieses Erhitzens im geschlossenen Kreislauf schließlich auf
wenigstens etw<
erhöht werden.Part of the gas from the bed 14 through the valve 24 into the line 26 and successively through the cooler 28, the condensate receiver 30, the fan. 34, line 36 and valve 38 is drained. A closed loop consisting of bed 14, line 18, valve 24, line 26, cooler 28, condensate receiver 30, fan 34, valves 40 and 42, furnace 44, line 46 and valve 53 is then formed by suitable valve actuation. The cooler 28 serves to maintain the temperature of gas supplied to the blower at about 100 0 C or lower, so that a substantial part can be condensed out of about existing Cp + hydrocarbon, or about water present. The cooler 28 is also used during the final stages of bed regeneration when the bed is being cooled to adsorption temperatures. The direct current of the hot gas from top to bottom through the bed 14 is achieved by actuating the fan 34. The bed temperature should eventually be at least slightly as a result of this closed loop heating
increase.
wenigstens etwa 2000C, aber nicht auf mehr als etwa 375°Cat least about 200 0 C, but not more than about 375 ° C
Das Erhitzen im geschlossenen Kreislauf oder in der geschlossenen Schleife hat den Zweck, dem Adsorptionsmittel Wärmeenergie zuzuführen und hierdurch die zur ausreichenden Desorption des Betts erforderliche Menge des Spül- oder Verdrängungsgases zu senken. Da das wesentliche Ziel des Verfahrens darin besteht, Spül- oder Verdrängungsgas zu sparen, kann das Erhitzen im geschlossenen Kreislauf fortgesetzt werden, bis die Wärmefront das Austrittsende des Betts erreicht hat und alle Teile des Betts sich bei einer Temperatur von wenigstens 2000C befindet. Da jedoch durch die spätere, im Gleichstrom erfolgende Spülung oder Verdrängung die V/ärme durch das Bett transportiert wird, auch wenn kaltes Verdrängungsgas verwendet wird, und zusätzliche Wärme dem Bett zugeführt werden kann, ist es nicht erforderlich, daß das Erhitzen im geschlossenen Kreislauf fortgesetzt wird, bis das gesamte Bett auf eine gleichmäßigeThe purpose of heating in the closed circuit or in the closed loop is to supply thermal energy to the adsorbent and thereby to reduce the amount of flushing or displacement gas required for adequate desorption of the bed. Since the main goal of the method is to save flushing or displacement gas, the heating may be continued in the closed circuit until the heat front the exit end of the bed has reached and all parts of the bed is at a temperature of at least 200 0 C. However, since the subsequent cocurrent purging or displacement transports the V / poor through the bed even when cold displacement gas is used and additional heat can be added to the bed, it is not necessary that the heating continue in the closed circuit will until the entire bed is at an even
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Temperatur erhitzt ist. Es ist lediglich notwendig, daß das Austrittsende des Betts vor Beendigung der später im Gleichstrom erfolgenden Spülung oder Verdrängung eine Temperatur von wenigstens 2000C erreicht.Temperature is heated. It is only necessary that the outlet end of the bed reaches a temperature of at least 200 ° C. before the flushing or displacement, which later takes place in cocurrent, is completed.
Der erhitzte Gasstrom im geschlossenen Kreislauf erhöht die Bettemperatur in einer vorrückenden Aufheizzone, die die Desorption des Teils des Bettes bewirkt, der erhitzt wird, und das d'esorbierte HpS wird im nicht erhitzten Teil des Betts erneut adsorbiert. Während ein weiterer Teil des Betts heiß wird, steigt das gesamte Gasvolumen im geschlossenen Kreislauf, und das Abblasen durch die Leitung und das Ventil JQ dient dazu, den Druck des Gases im geschlossenen Kreislauf oder in der Schleife aufrecht zu erhalten. Mit fortschreitender Aufheizstufe steigt die Konzentration des HpS im zirkulierenden Gas mit dem Ergebnis, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem die Bettemperatur die gewünschte Desorptionstemperatur erreicht hat, eine erhebliche restliche Beladung mit adsorbiertem HpS im Gleichgewicht mit dem erhöhten Partialdruck des HpS im Gasstrom verbleibt. Dieses adsorbierte HpS wird desorbiert und aus dem System entfernt, indem das Ventil 38 weiter geöffnet und das Ventil 40 geschlossen und dem Gleichstrom ein Verdrängungsgas, das aus süßem Produktgas besteht, aus Leitung 22 zugeführt wird. Wenn das Verdrängungsgas erhitzt werden soll, wird es aus Leitung 22 durch Leitung 51* die Ventile 52 und 42, dem Erhitzer 44, Leitung 46 und das Ventil 53 von oben nach unten durch das Bett 14 geführt. Bei Verwendung von Verdrängungsgas aus der Umgebung oder von nichterhitztem Verdrängungsgas wird der Erhitzer 44 umgangen, indem das Ventil 54 geöffnet und das Ventil 42 geschlossen wird. Das aus dem Bett 14 austretende Gas wird durch Ventil 24 und durch Leitungen 26 und 36 geführt und durch das Ventil 38 abgeführt. Das Erhitzen im geschlossenen Kreislauf und die Desorption mit dem Verdrängungsgas werden zur Erzielung des wirksamsten Betriebes ungefähr beim gleichen Druck durchgeführt. Damit das Bett frisches Einsatzgas bis zum gewünschten Grade reinigt, ist es nicht wesentlich, daß das vorherThe heated closed loop gas flow increases the bed temperature in an advancing heating zone which causes the desorption of the part of the bed that is being heated and the desorbed HpS is re-adsorbed in the unheated part of the bed. As another portion of the bed becomes hot, the total volume of gas in the closed loop increases and the venting through the line and valve JQ is used to maintain the pressure of the closed loop or loop gas. As the heating stage progresses, the concentration of HpS in the circulating gas increases with the result that at the point in time at which the bed temperature has reached the desired desorption temperature, a considerable residual load of adsorbed HpS remains in equilibrium with the increased partial pressure of the HpS in the gas flow. This adsorbed HpS is desorbed and removed from the system by opening valve 38 further and closing valve 40 and adding a displacement gas consisting of sweet product gas from line 22 to the cocurrent. When the displacement gas is to be heated, it is passed from line 22 through line 51 *, valves 52 and 42, heater 44, line 46 and valve 53 from top to bottom through bed 14. When using ambient displacement gas or non-heated displacement gas, heater 44 is bypassed by opening valve 54 and closing valve 42. The gas emerging from bed 14 is passed through valve 24 and through lines 26 and 36 and discharged through valve 38. The closed circuit heating and the desorption with the displacement gas are carried out at approximately the same pressure to achieve the most efficient operation. In order for the bed to purify fresh feed gas to the desired level, it is not essential that it do so beforehand
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adsorbierte HpS vollständig aus dem Bett abgetrieben wird. Es kommt nicht sosehr darauf an, wieviel restliches HgS sich noch im Bett befindet. Wesentlicher ist, wo es sich im Bett befindet. Wenn das Austrittsende des Betts im wesentlichen frei von HpS ist, aber HpS im Eintrittsteil des Betts adsorbiert ist, kann das eintretende Einsatzgas in dem erforderlichen Maße gereinigt werden, obwohl die Gasmenge, die vor dem HpS-Durchbruch gereinigt wird, geringer ist, als wenn das Bett zu Beginn der Adsorption frei von H2S wäre.adsorbed HpS is completely driven out of the bed. It doesn't matter how much residual HgS is left in bed. More important is where it is in bed. If the exit end of the bed is essentially free of HpS, but HpS is adsorbed in the entry portion of the bed, the incoming feed gas can be purged to the extent required, although the amount of gas purged prior to HpS breakthrough is less than when the bed would be free of H 2 S at the start of adsorption.
Es ist somit nicht der Zweck der Spülung oder Verdrängung beim Verfahren gemäß der Erfindung, H3S vollständig aus dem Bett zu entfernen, vielmehr ist das Verfahren darauf abgestellt, eine begrenzte Menge von Verdrängungsgas zu verwenden, die lediglich genügt, um das Bett in einem solchen Maße zu desorbieren, daß eine anschließende, im Gleichstrom im geschlossenen Kreislauf erfolgende Zirkulation von kühlem Gas beim Verfahren gemäß der Erfindung restliches HpS, das im Austrittsende des Betts adsorbiert ist, zum Eintrittsende des Betts vor einem neuen Adsorptionszyklus neu zu verteilen. Für die Spülung oder Verdrängung wird daher Erdgas in einer Menge von etwa 0,1 bis 2,5 kg-Mol pro 100 kg Adsorptionsmittel verwendet. Innerhalb dieses Bereichs wird eine solche Menge gewählt, die dazu führt, daß das Austrittsende des Betts eine Temperatur von wenigstens 2000C erreicht. Die Temperatur des Verdrängungsgases kann zwischen etwa minus 500C und 575°C liegen.It is therefore not the purpose of the purging or displacement in the process according to the invention to completely remove H 3 S from the bed, rather the process is aimed at using a limited amount of displacement gas which is only sufficient to make the bed in one to desorb to such an extent that a subsequent cocurrent circulation of cool gas in the process according to the invention redistributes residual HpS adsorbed in the outlet end of the bed to the inlet end of the bed before a new adsorption cycle. Natural gas is therefore used for purging or displacement in an amount of about 0.1 to 2.5 kg-moles per 100 kg of adsorbent. Within this range, such an amount is selected which results in that the outlet end of the bed reaches a temperature of at least 200 0 C. The temperature of the displacement gas can be between about minus 50 0 C and are 575 ° C.
Nach der offenen Spülung oder Verdrängung wird ein geschlossener Kreislauf für ein kühles Gas eingerichtet, indem die Ventile 38 und 52 geschlossen werden und das Ventil 4o geöffnet wird. Durch das im geschlossenen Kreislauf strömende kühle Gas wird restliches H2S sorgfältig aus dem Austrittsabschnitt des Betts abgetrieben und in einer neuen Massenübergangszone am Eintrittsende des Betts 14 wieder abgeschieden, wodurch sichergestellt wird, daß das Produktgas, das bei der nächsten Adsorption zuerst austritt, nicht mehrAfter the open purging or displacement, a closed circuit for a cool gas is established by closing the valves 38 and 52 and opening the valve 40. The cool gas flowing in the closed circuit carefully drives off residual H 2 S from the exit section of the bed and precipitates it again in a new mass transition zone at the entry end of the bed 14, which ensures that the product gas which emerges first during the next adsorption does not more
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ale die zulässigen Menge H2S enthält. In Fällen, in denen der vorherige offene Verdrängungsgasstrom wärmer war als die gewünschte Temperatur des Betts für den Adsorptionszyklus, dient das im geschlossenen Kreislauf geführte kühle Gas gleichzeitig zur Kühlung des Betts auf eine annehmbare Temperatur für die Adsorption. Die Adsorption in Bett 14 wird ausgelöst, indem die Ventile 12 und 2o geöffnet und die Ventile 24 und 53 geschlossen werden. Gleichzeitig wird das Bett l6 in der gleichen Weise, wie dies vorstehend für das Bett l4 beschrieben wurde, auf Regenerierung geschaltet.ale contains the permissible amount of H 2 S. In cases where the previous open displacement gas stream was warmer than the bed desired temperature for the adsorption cycle, the closed loop cool gas also serves to cool the bed to an acceptable temperature for adsorption. Adsorption in bed 14 is initiated by opening valves 12 and 20 and closing valves 24 and 53. At the same time, bed 16 is switched to regeneration in the same way as described above for bed 14.
StSt.
Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der die L Regenerierung des Betts wenigstens teilweise bei einem Druck durchgeführt wird, der niedriger ist als der Druck während der anschließenden Adsorption, kann die Drucksenkung in verschiedener Weise erreicht werden. Bevorzugt hierzu wird eine Arbeitsweise, bei der während des Erhitzens im geschlossenen Kreislauf durch das Ventil J58 mehr Gas abgeblasen wird, als zum Ausgleich für den durch die steigende Temperatur des Gases eintretende Druckanstieg notwenig ist. Im allgemeinen kann die erneute Druckerhöhung zu jedem Zeitpunkt nach der offenen Spülung oder Verdrängung und vor der Rückkehr zur Adsorption erfolgen.In the embodiment of the invention in which the L regeneration of the bed is carried out at least partially at a pressure which is lower than the pressure During the subsequent adsorption, the pressure reduction can be achieved in various ways. Preferred this is done using a mode of operation in which more gas is added through valve J58 during heating in a closed circuit is blown off than necessary to compensate for the rise in pressure caused by the rising temperature of the gas is. In general, the renewed pressure increase can take place at any time after the open flush or displacement and before return to adsorption.
Natürlich sind zahlreiche Modifikationen des Verfahrens im u Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise ist es während des Aufheizens im geschlossenen Kreislauf und während des Abkühlens im geschlossenen Kreislauf während der Regenerierung des Betts durchaus möglich, stetig geringe Mengen des Verdrängungsgases zuzuführen. Ebenso können geringe Gasmengen aus dem geschlossenen Kreislauf abgezogen werden. Da jedoch die größere Menge des Gases im geschlossenen Kreislauf oder in der geschlossenen Schleife umgewälzt wird, ist es dennoch im wesentlichen eine im geschlossenen Kreislauf durchgeführte Operation, die unter dem Begriff "geschlossener Kreislauf" im hier gebrauchten Sinne fällt. Ebenso ist es möglich, ein einzelnes Bett oder drei oder mehr Betten anstelle des Zweibettsystems zu verwenden, anhand dessen die ErfindungOf course, numerous modifications of the method in and scope of the invention are possible. For example, it is entirely possible during the heating in the closed circuit and during the cooling in the closed circuit during the regeneration of the bed to continuously supply small amounts of the displacement gas. Small amounts of gas can also be withdrawn from the closed circuit. However, since the larger amount of the gas is circulated in the closed circuit or in the closed loop, it is nevertheless essentially a closed circuit operation which falls under the term "closed circuit" as used here. It is also possible to use a single bed or three or more beds instead of the two-bed system on the basis of which the invention is based
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vorstehend beschrieben wurde.has been described above.
Der hier gebrauchte Ausdruck "Spülgas" oder "Verdrängungsgas" bezeichnet alle bekannten Gase, die auf diesem Gebiet verwendet werden, mit den Kohlenwasserstoffen im Bett nicht reaktionsfähig sind und das zeolithische Adsorptionsmittel, durch Zerstörung des Kristallgitters nicht schädigen oder einen großen Teil eines Adsorptionsvermögens in Anspruch nehmen. Geeignet als Spül- oder Verdrängungsgase sind beispielsweise Stickstoff, Wasserstoff, Methan, Äthan, Erdgas, Helium und andere Gase aus der Gruppe der Edelgase.The term "purge gas" or "displacement gas" as used herein refers to all gases known in the art are used, are not reactive with the hydrocarbons in the bed and the zeolitic adsorbent, not damage by destroying the crystal lattice or take up a large part of an adsorptive capacity to take. Suitable purging or displacement gases are, for example, nitrogen, hydrogen, methane, ethane, Natural gas, helium and other gases from the group of noble gases.
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