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Verfahren zur Abtrennung von Bestandteilen eines Gasgemisches aus dem Gasgemisch und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Bestandteilen eines
Gasgemisches aus dem Gasgemisch, insbesondere zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen aus Erdölson- dengas, mittels eines Festbett-Adsorbens, beispielsweise Aktivkohle, und eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei den bekannten Verfahren zur Abtrennung von Bestandteilen eines Gasgemisches aus dem Gasge- misch werden die Bestandteile durch Verdichtung des Gasgemisches, durch Absorption in Flüssigkeiten, durch Adsorption auf festen Adsorptionsmitteln bei vertikaler Durchströmung derselben, und durch andere
Methoden gewonnen.
Bei der Abtrennung der Bestandteile aus dem Gasgemisch durch Verdichten desselben und anschlie- ssende Kühlung der verdichteten Gase erhält man annehmbare Ergebnisse nur bei solchen Gasgemischen, welche die abzutrennenden Bestandteile in hoher Konzentration enthalten. Um bei der Gewinnung von Benzinkohlenwasserstoffen aus Sondengasen annehmbare Ausbeuten zu erzielen, ist es deshalb erforderlich, dass das Gasgemisch mindestens 400 g/NJI13 Butane und höhere gesättigte Kohlenwasserstoffe enthält.
Die Trennung kann auch durch Einleiten des Gasgemisches in eine Flüssigkeit erzielt werden, welche die aus dem Gasgemisch abzutrennenden Bestandteile selektiv absorbiert und aus welcher sie durch verschiedene Massnahmen, wie z. B. Temperaturerhöhung, desorbiert werden können. Diese Verfahren können nur dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der Druck des Gasgemisches hoch ist, z. B. über 6 at beträgt, und wenn die Konzentration an abzutrennenden Bestandteilen nicht zu gering ist.
Bei der Abtrennung der Bestandteile des Gasgemisches aus diesem durch Adsorption auf festen Adsorptionsmitteln bei vertikaler Durchströmung des Adsorptionsmittels durch das Gasgemisch wird das Gasgemisch über das trockene und kalte Adsorptionsmittel, z. B. über Aktivkohle, geleitet, welches die gewunschten Bestandteile adsorbiert und aus welchem letztere durch Ausdämpfen mit im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Gasgemisches geführtem Dampf desorbiert werden. Dieses Verfahren umfasst vier Stufen : nämlich Adsorption, Desorption, Trocknung und Abkühlung des Adsorptionsmittels, aus welchem Grunde es in einer grossen Anzahl von Gefässen, gewöhnlich vier, durchgeführt wird.
In denjenigen Fäl- len, in denen eine bessere Trocknung und Abkühlung des Adsorptionsmittels erzielt werden soll, benutzt man Gebläse, um den Durchsatz von Trocken-und Kühlgasen zu erhöhen. Mit Hilfe dieses Verfahrens erreicht man eine gute Trennung der Bestandteile des Gasgemisches, sogar bei an den gewünschten Bestandteilen armen Gemischen ; man benötigt jedoch Anlagen mit einer grossen Anzahl von Gefässen, wobei der Bedarf an Adsorptionsmittel und Dampf hoch ist und die Betriebs-und Investitionskosten für Ventilatoren und Kühler beträchtlich sind.
Es sind ferner Verfahren bekannt, durch welche die Adsorption, ebenfalls in kaltem Zustand, auf festen, trockenen, gekörnten oder staubförmigen Adsorptionsmitteln in einer Wirbelschicht durchgeführt wird, während die Desorption mit Hilfe eines Desorptionsmittels im Gegenstrom erfolgt. Diese Verfahren haben einen hohen Bedarf an Adsorptionsmittel und sind nur im Falle schwieriger Trennungen wirtschaftlich.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der Nachteile der oben angegebenen Verfahren.
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Die Erfindung macht hiebei von der Erkenntnis Gebrauch, dass die Unterschiede der Dampfspannungen der Kohlenwasserstoffe mit zunehmender Temperatur sich vergrössern, so dass eine Abtrennung von niederen Kohlenwasserstoffen aus Gasgemischen mit einem besseren Trenneffekt zu erwarten ist, sofern es gelingt, die Abtrennung von solchen Kohlenwasserstoffen aus Erdölsondengas in geeigneter Weise zu lenken. In ähnlicher Weise können jedoch nicht nur Kohlenwasserstoffe aus Erdölsondengas, sondern auch andere Bestandteile des Gasgemisches aus dem Gasgemisch abgetrennt werden, da auch in solchen Fällen die Dampfspannungsunterschiede, der einzelnen Komponenten mit steigender Temperatur zunehmen werden.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens zur Abtrennung von Bestandteilen eines Gasgemisches aus dem Gasgemisch, insbesondere zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen aus Erdölsondengas wird mit einem Festbett-Adsorbens, beispielsweise Aktivkohle, gearbeitet und das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch, vorzugsweise auf etwa 92oC, vorgewärmt über das heisse
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Dampfes eines Desorptionsmittels, vorzugsweise Wasser, erfolgt.
Bei Durchführung des erfinoungsgemässen Verfahrens kann die Trennung eines von Erdölsondengas gebildeten Gasgemisches inseine Bestandteile su weit getrieben werden, dass in einer einzigen Adsorptionsstufe, eine weitgehende Abtrennung des Methans, welches den Hauptbestandteil des Erdölsondengases bildet, von den übrigen Bestandteilen des Erdölsondengases, insbesondere von dem dem Methan in der homologen Reihe der Kohlenwasserstoffe am nächsten gelegenen Kohlenwasserstoff, nämlich dem Äthan, erzielt werden kann. Dieser Effekt ist insofern von besonderer Bedeutung, als trotz der höheren Adsorptionstemperatur, bei welcher nur eine geringe Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels vorhanden ist, ein wirtschaftliches Arbeiten ermöglicht wird.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens die Desorption der am Adsorptionsmittel adsorbierten Bestandteile des Gasgemisches vom Adsorptionsmittel durch Überleiten des über die Adsorptionstemperatur überhitzten Dampfes eines Desorptionsmittels erfolgt, so dass eine Kondensation des Desorptionsmittels am Adsorptionsmittel mit Sicherheit vermieden wird und damit auch, wie sonst bei ähnlichen bekannten Verfahren, die nachzuschaltende Trocknung des Desorptionsmittels nicht mehr erforderlich ist. Das erftndungsgemässe Verfahren zur Abtrennung von Bestandteilen eines Gas-
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Trocknung der Aktivkohle nach erfolgter Desorption und in der zweiten Stufe die Adsorption bei 50-800C und die Desorption bei vermindertem Druck.
Gegenüber diesem bekannten Verfahren besitzt das erfindungs- gemässe Verfahren neben dem Vorteil des höherenTrenneffektes auch noch die Vorteile, mit einfacher und billiger zu betreibenden Vorrichtungen durchgeführt werden zu können und eine Aktivkohle verwenden zu können, an welche hinsichtlich ihrer Form und hinsichtlich ihres Schüttgewichtes keine besonderen Anforderungen zu stellen sind.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemässe Verfahren derart durchgeführt, dass das Desorptionsmittel und das Gasgemisch in an sich bekannter Weise im Gleichstrom geführt werden. Es kann aber mit gleich gutem Erfolg das Desorptionsmittel und das Gasgemisch in Gegenstrom geführt werden. Erfindungsgemäss wird zweckmässig das Gasgemisch auf Temperaturen von 80 -110oC, vorzugsweise 800C, erwärmt und das Desorptionsmittel auf Temperaturen von 110 - 2000C überhitzt.
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann zwei, in an sich bekannter Weise mit Aktivkohle üblicher Körnung ausgerüstete und intermittierend aufeinander arbeitende Ad- und
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fässe ein an Platten befestigtes Rohrbündel zur Aufnahme des Adsorbenten vorgesehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Der Betrieb dieser Anlage wird an Hand der Trennung eines Kohlenwasserstoffgemisches beschrieben, wobei als Adsorptionsmittel Aktivkohle und als Desorptionsmittel im Gleichstrom geführter, überhitzter Wasserdampf benutzt wird.
In den Rohren von zwei Adsorptionsgefässen l ist Aktivkohle eingesetzt. Das aus den Erdölsonden kommende, an höheren Kohlenwasserstoffen reiche Erdölsondengas wird in einem Wärmeaustauscher 2 bis auf etwa 920C erhitzt, wobei hiezu das aus der Desorptionsstufe ankommende, aus Wasserdampf und den Dämpfen der vom Erdölsondengas abgetrennten Bestandteile bestehende Gemisch benutzt wird. Das auf diese Weise erhitzte Gas wird durch die Leitung 3 in den Unterteil des Adsorptionsgefässes 1 acht Minuten lang eingeführt. Das im wesentlichen vollständig von höheren Kohlenwasserstoffen befreite arme Gas gelangt in eine Leitung 4.
Nach dem Austritt des armen Gases wird durch eine Leitung 5 acht Minuten lang
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überhitzter Wasserdampf zwecks Desorption der adsorbierten höheren Kohlenwasserstoffe eingeführt, wel- che zusammen mit dem Wasserdampf durch den Unterteil des Adsorptionsgefässes in die Leitung 6 abgeführt werden. Für die unmittelbare Erwärmung bzw. Abkühlung des Adsorptionsmittels wird durch die Leitung 7 Sattdampf bzw. warmes oder kaltes Wasser eingeführt, während das Kondenswasser durch eine Leitung 8 abfliesst.
Die desorbieren höheren Kohlenwasserstoffe und der Wasserdampf kondensieren in dem Kondensator 9, von wo das Gemisch in einen Scheider 10 übergeführt wird, aus dem die höheren Kohlenwasserstoffe abgezogen werden, während die nichtkondensierten Gase in den Gasbehälter 11 geführt werden, von wo sie in einen Kompressor 12 gelangen, welcher die Gase durch einen mit im Vakuum bei tiefer Temperatur siedender Sole oder mit Propan gekühlten Kühler 13 treibt. Von der erhaltenen Flüssigkeit werden in einem Scheider 14 kondensierte höhere Kohlenwasserstoffe getrennt, aus welchem diese in eine Rektifizierkolonne 15 übertreten. Das nichtkondensierte Gas kehrt in die Zuführungsleitung fUr an höheren Kohlenwasserstoffen reiches Gas oder in diejenige für an höheren Kohlenwasserstoffen armes Gas zurück.
Im folgenden werden die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erztelbaren Ergebnisse, wie sie bei Verwendung von zwei mitAktivkohle gefülltenAdsorptionsgefässen, welchen das zu trennende Gasgemisch und das Desorptionsmittel aufeinanderfolgend in entgegengesetzter Strömungsrichtung zugeführt werden, erhalten werden, mit den Ergebnissen verglichen, die bei Verwendung des bekannten vierstufigen Verfah- rens, bei welchem die Adsorption der adsorbierbaren Bestandteile aus dem Gasgemisch bei tiefer Temperatur und die Desorption der am Adsorptionsmittel adsorbierten Bestandteile bei hoher Temperatur in vier Adsorptionsgefässen erfolgt, verglichen.
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Erfindungsgemäes <SEP> bekanntes <SEP> VierVerfahren <SEP> stufenverfahren
<tb> Menge <SEP> des <SEP> eingeführten <SEP> reichen
<tb> Gases <SEP> Nms/24 <SEP> Std. <SEP> 210000 <SEP> 210000
<tb> Dauer <SEP> eines <SEP> Arbeitscyclus <SEP> bei
<tb> 4 <SEP> Adsorptionsgefässen <SEP> in <SEP> Minuten-15
<tb> Dauer <SEP> eines <SEP> Arbeitscyclus <SEP> bei
<tb> 2 <SEP> Adsorptionsgefässen <SEP> in <SEP> Minuten <SEP> 8
<tb> Temperatur <SEP> des <SEP> an <SEP> höheren <SEP> Kohlenwasserstoffen <SEP> reichen <SEP> Gases, <SEP> OC <SEP> 92 <SEP> 25
<tb> Ausbringen <SEP> an <SEP> höheren <SEP> Kohlenwasserstoffen <SEP> in <SEP> t/24 <SEP> Std.
<SEP> 22,8 <SEP> 22,9
<tb> Beladung <SEP> der <SEP> Kohle <SEP> mit <SEP> Kohlenwasserstoffen <SEP> in <SEP> % <SEP> des <SEP> Gewichtes
<tb> der <SEP> Kohle <SEP> 3, <SEP> 46 <SEP> 6,63
<tb> Mittlerer <SEP> Feuchtigkeitsgehalt <SEP> der
<tb> Kohle <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Trocknen <SEP> in <SEP> % <SEP> des
<tb> Gewichtes-7
<tb> Mittlerer <SEP> Feuchtigkeitsgehalt <SEP> der
<tb> Kohle <SEP> nach <SEP> der <SEP> Desorption <SEP> in <SEP> % <SEP> des
<tb> Gewichtes <SEP> der <SEP> Kohle <SEP> 2
<tb>
Der obigen Zusammenstellung kann entnommen werden, dass bei gleichem Ausbringen an höheren (ohlenwasserstoffen bei beiden Verfahren zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nur die hälfte der beim bekannten Vierstufenverfahren erforderlichen Anzahl von Adsorptionsgefässen erforderlich st.
Damit ergibt sich der Vorteil, zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens die notwendigen
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Anlagen mit geringen Investitionskosten erstellen zu können, wozu noch kommt, dass beim erfindungsgemässen Verfahren der Bedarf an Wasserdampf, an elektrischer Energie und an Adsorptionsmittel niedriger liegt als bei dem oben angegebenen bekannten Vierstufenverfahren. Wenn das zu trennende Gasgemisch und das Desorptionsmittel in gleicher Strömungsrichtung über das Adsorptionsmittel geleitet werden, lässt sich eine noch bessere Trennung der Bestandteile des Gasgemisches erzielen, als wenn das zu trennende Gasgemisch und das Desorptionsmittel in entgegengesetzter Richtung über das Adsorptionsmittel geführt werden.
Gegenüber dem bekannten Vierstufenverfahren, bei welchem die Adsorption etwa bei Raumtemperatur des Adsorptionsmittels und die Desorption bei etwa 1000C erfolgt, besitzt das erfindungsgemässe Verfahren, da der Unterschied der Arbeitstemperatur bei der Adsorption und der Arbeitstemperatur bei der Desorption sehr niedrig gehalten werden kann, noch den Vorteil, dass die Temperaturwechselbeanspruchungen der Anlage gering gehalten werden können. Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren eine schärfere Trennung der höheren Kohlenwasserstoffe, ab Äthan, vom wesentlichen Bestandteil des Erdölsondengases, dem Methan, möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Abtrennung von Bestandteilen eines Gasgemisches aus dem Gasgemisch, insbesondere zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen aus Erdölsondengas, mittels eines Festbett-Adsorbens, beispielsweise Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch, vorzugsweise auf etwa 92 C, vorgewärmt und über das heisse Adsorptionsmittel geleitet wird, worauf die Desorption der am Adsorptionsmittel adsorbierten Bestandteile des Gasgemisches vom Adsorptionsmittel durch Überleiten des über die Adsorptionstemperatur überhitzten Dampfes eines Desorptionsmittels, vorzugsweise Wasser, erfolgt.