DE2310298A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerlegen eines gasgemisches - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum zerlegen eines gasgemischesInfo
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Description
(H 650) H 7?/l»
La/kr
27. 2. 1973
Verfahren und Vorrichtung zum Zerlegen eines Gasgemisches
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtuncen zur Gewinnung
einer Methan und tiefersiedende Komponenten enthaltenden Fraktion überkritischen Drucks aus einem flüssigen, das
Methan und die tiefersiedenden Komponenten sowie Äthan und höhersiedende
Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasgemisch.
Die Versorgung mehrerer Verbraucher mit Erdgas, das normalerweise zum größten Teil aus Methan besteht, zu dem in geringen
Mengen tiefersiedende Gase, wie Stickstoff und Helium, und höhersiedende Kohlenwasserstoffe, wie Äthan, Propan und Butan, hinzukommen,
erfolgt üblicherweise dadurch, daß das Erdgas zunächst
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flüssig In die Nähe der Verbraucher transportiert, dort verdampft, angewärmt und unter dem erforderlichen Förderdruck in
ein Erdgasnetz eingespeist wird.
Zur Einstellung eines geeigneten Heizwertes des in das Versorgungsnetz einzuspeisenden Erdgases oder auch zur Gewinnung von
Rohprodukten, wie z.B. Äthan als Ausgangsprodukt von Äthylen,
ist es erforderlich, die höhersiedenden Kohlenwasserstoffe aus dem Erdgas abzutrennen.
Hierzu ist bereits eine Reihe von Rektlf Ikat loneverf ahren bekannt geworden, bei denen das flüssige Erdgas auf den Druck einer
Trennsäule gepumpt und unter diesem Druck rektifiziert wird. Da eine Rektifikation Jedoch nur bei Drucken unterhalb des kritischen durchgeführt werden kann, 1st es für den Fall, daß der
erforderliche Förderdruck des Versorgungsnetzes sehr hoch 1st, also z.B. bereite im überkritischen Bereich liegt, erforderlich,
die bei der Rektifikation gasförmig anfallende methanreiche Fraktion welter zu verdichten. Diese Maßnahme 1st mit Energieaufwand verbunden und somit teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energleeparendes
Verfahren zur Gewinnung einer mit Methan und tiefereledenden
Komponenten angereicherten Fraktion Überkritischen Drucke aus
einem verflüssigten, Methan und tief ere iedenden Komponenten
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ap\tie X than und höhersiedende Kohlenwasserstoffe enthaltenden
Gasgemisch zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das flüssige Oasgemisch
auf den überkritischen Druck gepumpt und im Wärmeaustausch mit
einem oder mehreren Helzmedien angewärmt wird und daß daraufhin
aus dem Qascemisch das Xthan und die höhersiedenden Kohlenwasserstoffe
adsorptiv mittels eines festen Adsorptionsmittels oder absorptiv mittels eines flüssigen Absorptionsmittels abgetrennt
werden.
Gemäß der Erfindung wird das Gasgemisch bereits vor der Abtrennung
'der höhersiedenden Kohlenwasserstoffe auf den erforderlichen hohen Enddruck, der z.B. zwischen 70 und 150 ata liegt,
gepumpt. Diese Maßnahme ist energiesparend, da der Energieaufwand zum Pumpen einer Flüssigkeit niedriger ist als der zur Verdichtung
einer entsprechenden Oasroenge.
Nach dem Pumpen und Anwärmen des Gasgemisches auf eine geeignete Temperatur werden die höhereiedenden Kohlenwasserstoffe adsorptiv
in einem Adsorbersystem oder absorptiv in einer Waschsäule
abgetrennt, wobei die hierbei anfallenden Adsorptionsbzw. Lösungswärmen ohne weiteres durch die dem flüssigen Gasgemisch
innewohnende Kälte kompensiert werden können, so daß für
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die Abtrennung selbst fast keine zusätzliche Energie erforderlich ist.
Die Regenerierung der beladenen Adsorptions- bzw. Absorptionsmittel
erfolgt nach weiteren Merkmalen der Erfindung durch
stufenweise Entspannung des Adsorptions- bzw. Absorptionsmittels,
wobei die nach einer ersten Entspannungsstufe anfallenden, noch tiefersiedende Bestandteile enthaltenden Fraktionen im Wärmeaustausch
mit flüssigem Gasgemisch rückverflüssigt und dem Adsorber
oder der Waschsäule erneut zugeführt werden.
Die bei einer zweiten Entspannungsstufe anfallenden, im wesentlichen
Äthan und höhersiedende Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktionen werden ebenfalls im Wärmeaustausch mit flüssigem Gasgemisch
rückverflüssi&t und separaten Spej-cherbehältern zugeführt,
aus denen s.e je nach Bedarf, z.B. als Rohprodukte für die petrochemische Industrie oder aber zur Kompensation von
Heizwertschwankungen des angelieferten flüssigen Gasgem.scheE,
herangezogen werden können.
Das Austreiben der nach einer letzten Entspannungsstufe auf nahezu
Atmosphärendruck noch an den Adsorptionsmitteln adsorbierten
bzw. von den Absorptionsmitteln absorbierten höhersiedenden Kohlenwasserstoffen erfolgt durch Spülung bzw. durch Strippung
mit einem Teil der bei der Trennung anfallenden, an Methan und
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Λ'
- 5 -
tiefersiedenden Bestandteilen reichen Fraktionen, wobei die
bei der Spülung bzw. Strippun^; anfallenden Gasgemische ebenfalls
im Wärmeaustausch mit flüssigem Ausgangsprodukt rUckverflüssict,
verdichtet und den Adsorptions- bzw. Absorptionsmitteln erneut zugeführt werden.
Diese Verfahrensweise bringt den Vorteil, daß die Gasverluste des Verfahrens praktisch Null sind, da alle bei der stufenweisen
Entspannung anfallenden unreinen Zwischenprodukte ohne zusätzlichen Energieaufwand rückverflüssigt und dem Adsorptionsbzw. Absorptionsmittel erneut zugeführt werden.
Die Regenerierung der beladenen Adsorptions- bzw. Absorptionsmittel
kann durch zusätzliches Erwärmen noch verbessert oder auch ausschließlich durch Erwärmung durchgeführt werden, während
sich die Beladung durch zusätzliche Kühlung verbessern läßt.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren
schematisch dargestellten Ausführung be is ρ ie len zu entnehmen.
Es zeigen:
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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT .«. ■ - 6 -
Pig. 1 eine AusfUhrungsform des Verfahrens, bei der die Ab
trennung der höhersiedenden Kohlenwasserstoffe adsorptiv erfolgt,
2 eine weitere AusfUhrungsform, bei der die Abtrennung
der höhersiedenden Kohlenwasserstoffe absorptiv erfolgt.
Gemäß Fig. 1 wird flüssiges Erdgas, das in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus Methan und einer kleinen Menge
Äthan besteht, aus dem Speicherbehälter 1 entnommen, mittels
der Pumpe 2 auf etwa 100 ata gepumpt, in den parallel geschalteten
Wärmeaustauschern 5 und 4 im Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten
sowie im Wärmeaustauscher 5 im Wärmeaustausch mit
einem fremden Heizmedium auf etwa 240 K angewärmt und ü)jer das
in dieser Schaltphase geöffnete Ventil 6 dem Adsorber 7 zugeführt
.
Der Adsorber 7, dessen Adsorptionsmittel z.B. aus Aktivkohle besteht, adsorbiert das im Erdgas enthaltene Äthan bevorzugt,
so daß über das geöffnete Ventil 10 und die Leitung 11 nahezu reines Methan abgezogen und nach weiterer Erwärmung auf etwa
Umgebungstemperatur im Wärmeaustauscher 12 in ein hier nicht
dargestelltes Versorgungsnetz eingespeist werden kann.
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Während des Beladens des Adsorbers 7 erfolgt die Regenerierung des diesem parallel geschalteten Adsorbers 15 durch stufenweise
Entspannung mittels des Entspannuncsventils 14. Hierbei fällt während einer ersten Entspa:r rngsstufe auf etwa 40 ata eine im
wesentlichen aus Methan una Äthan bestehende Fraktion an. Diese
wird über das geöffnete Ventil 15 dem Wärmeaustauscher 4 zugeführt,
im Wärmeaustausch mit anzuwärmendem Erdgas verflüssigt,
ι/
mittels einer Pumpe 16 auf etwa 100 ata verdichtet und erneut
mit dem Erdgas an der Stelle 17 vermascht.
Eine weitere Entspannungsstufe des Adsorbers 13 auf etwa 2 ata
liefert eine im wesentlichen aus Äthan bestehende Fraktion, die über das nunmehr geöffnete Ventil 13 dem Wärmeaustauscher j5
zugeführt, dort im Wärmeaustausch mit anzuwärmendem Erdgas verflussigt
und in einen Speicherbehälter 19 gefordert wird.
Zur Entfernung noch verbliebenen Äthans wird der nach einer
dritten Entspannungsstufe nahezu drucklose Adsorber 13 m .t einem
Teil der aus dem Adsorber 7 durch die Verbindungsieitungen 21,!"
22 und 23 und die geöffneten Ventile 24, 25 und 26 strömenden
methanreichen Fraktion, gegebenenfalls nach deren Beheizung im Wärmeaustauscher 20, gespült. Das hierbei anfallende Methan-
Kthan-Gemisch wird über das nunmehr wieder geöffnete Ventil 15
dem Wärmeaustauscher 4 zugeführt, dort verflüssigt, mittels der Pumpe 16 auf etwa 100 ata gepumpt und mit dem flüssigen Erd-
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gas an der Stelle YJ erneut vermischt.
Im Unterschied zur Ausführun;-;sform nach Fig. 1 erfolgt nach
der in Fig. 2 vorgestellten Ausführung form die Abtrennung der
höhers redenden Kohlenwasserstoffe aus dem Erd, ;as absorptiv.
Gemäß Fig. 2 wird flüssiges Erdgas aus dem Spe'.chertank 31>
das auch in diesen Be'-spiel im wesentlichen aus Methan und kleineren
Mengen Ä'than besteht, mittels der Pumpe 32 auf etwa 120 ata gepumpt,
in den parallel geschalteten Wärmeaustauschern 33, 34,
35 und 36 im Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten und im Wärmeaustauscher
37 im Wärmeaustausch mit einem fremden Heizmedium auf etx^a 220 K angewärmt und dem oberen Teil der Waschsäule 3°
zugeführt, um innerhalb der Waschsäule einer Methanolwäsche
unterzogen zu v/erden. Die hierbei am Kopf der Säule anfallende methanreiche Fraktion wird über Leitung 39 abgezogen und kann
nach Anwärmung auf etwa Umgebungstemperatur im Wärmeaustauscher 51 direkt in eine hier nicht dargestellte, unter einem Druck
von etwa 100 ata stehende Versorgungsleitung eingespeist werden.
Die Regenerierung des als Sumpf der Waschsäule anfallenden, im
wesentlichen mit Kthan beladenen Methanols erfolgt ebenfalls durch stufenweise Entspannung. Während der ersten Entspannungs.
stufe auf etwa 40 ata im Ventil 40 gast im wesentlichen noch gelöstes Methan aus, das aus dem Abscheider 41 abgezogen, Im
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Wärmeaustauscher 33 verflüssigt und mittels der Pumpe 42, gegebenenfalls
nach Erwärmung im Wärmeaustauscher 43, erneut in die Waschsäule 38 gedrückt wird.
Die im Abscheider 41 anfallende, im wesentlichen aus Äthan und
Methanol bestehende flüssige Fraktion wird im Ventil 44 einer weiteren Entspannung auf etwa 2 ata unterzogen. Das hierbei gasförmig
anfallende Äthan wird aus dem Abscheider 45 abgezogen,
im Wärmeaustauscher 34 verflüssigt und einem Speicherbehälter
46 zugeleitet.
Noch in der aus dem Abscheider 45 anfallenden flüssigen Fraktion
verbliebene Kohlenwasserstoffe werden nach Entspannung der flüssigen Fraktion im Drosselventil 53 auf etwa Atmosphärendruck
im Strippturm 47 mit Hilfe eines Teiles der am Kopf der
Säule anfallenden und im Ventil 48 entspannten methanreichen Fraktion aus dem Methanol ausgestrippt, im Wärmeaustauscher
verflüssigt und mittels der Pumpe 49 verdichtet und erneut in
die Säule 38 eingespeist.
Von Kohlenwasserstoffen befreites Methanol wird vom unteren Teil des Strippturms 47 abgezogen und nach im Wärmeaustauscher 36
erfolgten Kühlung mittels der Pumpe 50 erneut dem oberen Bereich der Säule 38 zugeführt.
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. - ίο -
Die Sumpfheizung 52 dient zum Austreiben von gelöstem Methan
aus dem Waschmittel. Dadurch ist es möglich, die im Abscheider
41 anfallende Methanmenge beliebig zu vermindern.
Sowohl naoh der in Pig. 1 als auch nach der in Fig. 2 dargestellten
AusfUhrungsform des Verfahrens wird die zur Abfuhr der
Adsorptions- bzw. Lösungswärmen erforderliche Kälte dem flüssigen Erdgas entnommen, so daß für die Trennvorgänge selbst fast
keine zusätzliche Energie erforderlich ist.
Das abgetrennte und gespeicherte Äthan kann Je nach Bedarf entweder
zur Regulierung des Heizwertes des Erdgases oder auch als Rohmaterial für die petrochmeische Industrie, z.B. zur Äthylenerzeugung,
herangezogen werden.
18 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnungen
2 Blatt Zeichnungen
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Claims (1)
- LINDE AKTIENGESELLSCHAFT(H 650) H 73/1». 41· La/kr27- 2. 1975Patentansprüche1. Verfahren zur Gewinnung einer Methan und tiefersiedende Komponenten enthaltenden Fraktion überkritischen Drucks aus einem flüssigen, das Methan und die tiefersiedenden Komponenten sowie Äthan und höhersiedende Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Gasgemisch auf den überkritischen Druck gepumpt und im Wärmeaustausch mit einem oder mehreren Heizmedien angewärmt wird und daß daraufhin aus dem Gasgemisch das Sthan und die höhersiedenden Kohlenwasserstoffe adsorptiv mittels eines festen Adsorptionsmittels oder absorptiv mittels eines flüssigen Absorptionsmittels abgetrennt werden.2. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines festen Adsorptionsmittels, dadurch gekennzeichnet, dak die Regenerierung des beladenen Adsorptionsmittels durch stufenweise Entspannung erfolgt.409837/0924LINDE AKTIENGESELLSCHAFT- 12 -J. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach einer ersten Entspannungsstufe anfallende, an Methan und tiefersiedenden Komponenten reiche Fraktion im Wärmeaustausch mit flüssigem Gasgemisch verflüssigt und dem Absorptionsmittel erneut zugeführt wird.4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die nach einer zweiten Entspannungsstufe anfallende, an Äthan und höhersiedenden Kohlenwasserstoffen reiche Fraktion im Wärmeaustausch mit flüssigem Gasgemisch verflüssigtund einem Speicherbehälter zugeführt wird.5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur restlichen Regenerierung des nach einer weiteren Entspannungsstufe nahezu drucklosen Adsorptionsmittels ein Teil der gewonnenen, an Methan und tiefersiedenden Komponenten reichen Fraktion als Spülßas herangezogen und das bei der Spülung anfallende Gasgemisch im Wärmeaustausch mit flüssigem Gasgemisch verflüssigt und diesem erneut zugeführt wird.6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorber während der Beladung gekühlt und während der Regenerierung beheizt wird.409837/0924LINDE AKTIENGESELLSCHAFTfV7. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines flüssigen Absorptionsmittels in einer Waschsäule, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierung des im Sumpf der Säule anfallenden Waschmittels durch stufenweise Entspannung erfolgt.3. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach einer ersten Entspannungsstufe anfallende, Methan und tiefersiedende Komponenten enthaltende Fraktion im Wärmeaustausch mit flüssigem Oasgemisch verflüssigt und der Waschsäule erneut zugeführt wird.9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nach einer zweiten Entspannungsstufe anfallende, an Äthan und höhersiedenden Kohlenwasserstoffen reiche Fraktion im Wärmeaustausch mit flüssigem Gasgemisch verflüssigt und einem Speicherbehälter zugeführt wird.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß zur restlichen Regenerierung des nach einer weiteren Entspannungsstufe nahezu drucklosen AbsorptionsmitteIs ein Teil der gewonnenen, an Methan und tiefersiedenden Komponenten reichen Fraktion als Strippgas herangezogen und das bei der Strippung anfallende Gasgemisch im Wärmeaustausch mit flüssigem Gasgemisch verflüssigt, und der Waschsäule erneut zugeführt wird.409837/0924LINDE AKTIENGESELLSCHAFT·Ν· . -14-'11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf der Waschsäule be-.heizt wird.12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch-gekennzeichnet, daß die in der ersten Entspannungsstufe des Waschmittels anfallende Fraktion nach ihrer erneuten Verflüssigung angewärmt wird.13. Vorrichtung zur Gewinnung einer Methan und tiefersiedende Komponenten enthaltenden Fraktion überkritischen Drucks aus einem verflüssigten, das Methan und die tiefersiedenden Komponenten sowie Äthan und höhersiedende Kohlenwasserstoffe enthaltenden Oasgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang einer mit einem Speicherbehälter (1) verbundenen Pumpe (2) und dem Eingang eines umschaltbaren Adsorbersystems (7; 13) eine· Wärmeaustauschereinheit aus mindestens zwei (3* 1O zueinander parallel und einem (5) dazu in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern angeordnet ist, wobei die parallelgeschalteten Wärmeaustauscher (3* 2O Querschnitte für verdichtetes Gasgemisch und Querschnitte für Zerlegungsprodukte aufweisen, deren warme Enden abeperrbar (18; 15) mit dem Eingang des Adsorbersystems (7; 13) und deren kalte Enden teilweise mit mindestens einem weiteren Speicherbehälter (19) und restlich über eine Pumpe (16) mit dem kalten Ende eines Querschnittes für verdichtetes Gasgemisch des in Reihe geschalteten Wärmeaustauschers (5) verbunden sind.409837/0924LINDE AKTIENGESELLSCHAFT-15-14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daßdie Ausgänge des umschaltbaren Adsorbersystems Über absperrbare Verbindungsleitungen (21, 22, 23) miteinander verbunden sind.15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den abeperrbaren Verbindungsieitungen eine Heizung (20) vorgesehen ist.16. Vorrichtung zur Gewinnung einer Methan und tiefersiedende Komponenten enthaltenden Fraktion überkritischen Drucks aus einem verflüssigten, das Methan und die tiefersiedenden Komponenten sowie Äthan und höhersiedende Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasgemisch, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ausgang einer mit einem Speicherbehälter (31) verbundenen Pumpe (32) und dem oberen Bereich einer Waschsäule (30) angeordneten Wärmeaustauschereinheit aus mehreren zueinander parallel (33, 34, 35, 36) und einem in Reihe (37) geschalteten Wärmeaustauscher mit Je einem Querschnitt für verdichtetes Gasgemisch, durch mindestens zwei in Reihe geschaltete Abscheider (41, 45), von denen der erste über ein Drosselventil (40) mit dem Sumpf der Waschsäule (38) und der zweite (45) über ein Drosselventil (44) mit dem Sumpf des ersten Absoheiders (41) verbunden ist, durch einen Strippturm (47), dessen Kopf über ein Drosselventil (53) mit dem Sumpf des409837/0924LINDE AKTIENGESELLSCHAFT./C- - 16 -zweiten Abscheiders (45) und dessen unterer Bereich über ein Drosselventil (43) mit dem Kopf der Waschsäule (j53) verbunden ist, sowie durch teilweise m.'t Pumpen (42; 49; 5C) versehene Verbindungsie itungen, die über Je e'.nen Querschnitt eines parallelgeschalteten Wärmeaustauschers (33; 35; 36) den oberen Bereich des ersten Abscheiders (41) mit dem unteren Bereich der Waschsäule (33), den oberen Bereich des Strippturr.is (47) mit dem oberen Bereich der Waschsäule (3")# den Sumpf des Strippturms (47) mit dem Kopf der V/aschsäule (3^) und den oberen Bereich des zweiten Abscheiders (45) mit einem weiteren Speicherbehälter (46) verbinden.i7· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, da.') in der Waschsäule (3'°-) eine Sumpfheizunc (52) vorgesehen st.J.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch Gekennzeichnet, daß in der Verbinduncsleltun,;::, die den oberen Bereich des ersten Abscheiders (41) über den Querschnitt eines parallelgeschalteten Wärmeaustauschers (33) m't dem unteren Bereich der Waschsäule (33) verbindet, eine He .ZUn1; (43) vorgesehen ist.409837/0974Leerseite
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