DE1006111B

DE1006111B - Process for drying and desulphurization of gas under increased pressure

Info

Publication number: DE1006111B
Application number: DEM17119A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dovermann; Dipl-Ing Paul Holthaus
Original assignee: MAERKISCHE STEINKOHLENGEWERKSC
Current assignee: MAERKISCHE STEINKOHLENGEWERKSC
Priority date: 1953-01-24
Filing date: 1953-01-24
Publication date: 1957-04-11

Description

Verfahren zur Trocknung und Entschweflung von unter erhöhtem Druck stehendem Gas Der steigende Bedarf an heizwertreichen Gasen für Stadt- und Industrieversorgung zwingt zur Nutzung aller Gasquellen sowohl natürlichen als auch technischen Ursprungs. Die gewonnenen Gase sind dabei über weite Strecken zu transportieren. Da die Fernleitung von Gas unter Druck bis zu 100 atü und mehr betrieben werden muß und die Leitungsrohre sowohl im Boden als auch im Freien liegen, nimmt das Gas bei der Fernleitung die Temperatur seiner Umgebung an. Zur Verhinderung von Korrosionen wird das Gas vor Eintritt ins Netz so weit getrocknet und von kondensierbaren Bestandteilen befreit, daß die Temperatur der Fernleitungsstrecken keine Kondensation verursacht. Da Schwefelwasserstoff die Korrosion begünstigt und eine Schwefelgewinnung erwünscht ist, wird vor allem Schwefelwasserstoff aus dem Gas vor Eintritt in das Leitungsnetz entfernt. Process for drying and desulphurization under increased pressure standing gas The increasing demand for high calorific value gases for city and industrial supply forces the use of all gas sources of both natural and technical origin. The gases obtained have to be transported over long distances. Since the long-distance line of gas under pressure of up to 100 atmospheres and more must be operated and the line pipes lying both in the ground and in the open air, the gas takes the pipeline Temperature of its surroundings. To prevent corrosion, the gas is in front Entry into the network so far dried and freed from condensable components, that the temperature of the transmission lines does not cause condensation. Because hydrogen sulfide the corrosion is favored and a sulfur recovery is desired, is above all Hydrogen sulfide is removed from the gas before it enters the pipeline network.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trocknung und Entschwefelung von Fernleitungsgasen zu vereinfachen. Sie betrifft ein Verfahren zur Trocknung und Entschwefelung von unter erhöhtem Druck stehendem Gas, vorzugsweise Erdgas, mit Expansion des Gases zur Arbeitsleistung und besteht darin, das zu behandelnde Gas in einer ersten Expansionsstufe zu entspannen, in einem nachgeschalteten Druckwascher einer Schwefelwasserstoffwäsche zu unterwerfen, danach in einem Kühler durch Sole zu kuhlen sowie im Anschluß daran in einer zweiten Expansionsstufe restzuentspannen, wobei die Arbeitsleistung des Gases bei der ersten Expansion für das Umpumpen und die Regenerierung des Waschwassers der Schwefelwasserstoffwäsche, die Arbeitsleistung und erzeugte Kälte der zweiten Expansion für das Umpumpen und die Regenerierung der Kühlsole sowie zur Zwischenkühlung derselben verwandt werden. The invention is based on the object of drying and desulfurization of pipeline gases. It relates to a method of drying and desulfurization of gas under increased pressure, preferably natural gas, with expansion of the gas to the work and consists in that to be treated To relax the gas in a first expansion stage, in a downstream pressure washer to be subjected to a hydrogen sulfide scrubbing, then in a cooler through brine to cool and then to relax in a second expansion stage, where the work performance of the gas during the first expansion for the pumping over and the regeneration of the washing water of the hydrogen sulfide scrubbing, the work performance and generated second expansion refrigeration for pumping and regeneration the cooling brine as well as for intermediate cooling of the same are used.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das im Kreislauf benutzte Waschwasser der Schwefelwasserstoffwäsche in an sich bekannter Weise nach Austritt aus dem Wascher durch Arbeitsleistung, die ebenfalls für das Umpumpen des Waschwassers verwendet wird, entpannt, in einem Entspannungskessel von Schwefelwasserstoff weitgehend befreit und über einen Rieselturm zur Restbefreiung von Schwefelwasserstoff in den Schwefelwasserstoffwascher zurückgepumpt, wobei die Kühlsole nach Austritt aus dem Kühler durch Belüftung von Schwefelwasserstoff befreit und unter Ausnutzung der in der zweiten Expansionsstufe erzeugten Kälte zur Tiefkühlung tiefgekühlt in den Kühler zurückgepumpt wird. According to a preferred embodiment, this is used in the circuit Wash water of the hydrogen sulfide scrubbing in a manner known per se after exit from the washer through work performance, which is also used for pumping the washing water is used, expanded, largely in a flash boiler of hydrogen sulfide freed and via a trickle tower to remove residual hydrogen sulfide in the Hydrogen sulfide scrubber pumped back, with the cooling brine after emerging from the Cooler freed of hydrogen sulfide by ventilation and taking advantage of the In the second expansion stage, cold generated for deep-freezing deep-frozen in the Cooler is pumped back.

Die Expansion des Gases in der ersten Expansionsstufe und die Entspannung des aus dem Wascher austretenden Druckwassers sowie das Umpumpen des Waschwassers erfolgen zweckmäßig durch Strömungs- maschinen, wie Turbinen und. Kreiselpumpen, die auf einer Welle arbeiten. Auch die Expansion des Gases in der zweiten Expansionsstufe und das Umpumpen der Sole können durch Strömungsmaschinen, wie Turbinen und Kreiselpumpen, vorgenommen werden, die auf einer Welle arbeiten. The expansion of the gas in the first expansion stage and the relaxation of the pressurized water exiting the washer and the pumping over of the washing water are expediently carried out by flow machines, such as turbines and. Centrifugal pumps, who work on a wave. Also the expansion of the gas in the second expansion stage and the pumping of the brine can be done by flow machines, such as turbines and centrifugal pumps, that work on a shaft.

Es empfiehlt sich, die in der zweiten Expansionsstufe erzeugte Kälte zunächst zur Tiefkühlung der Sole und danach zur Waschwasserkühlung zu verwenden. Die Kälte der den Kühler verlassenden Sole kann zur Vorkühlung der-regenerierten Sole vor der Tiefkühlung derselben verwandt werden. Es empfiehlt sich fernerhin, die Sole vor der Regenerierung durch Heiß dampf zu erhitzen. Das Gas wird nach Wunsch vor Eintritt in die erste Expansionsstufe erwärmt. It is advisable to use the cold generated in the second expansion stage to be used first to deep-freeze the brine and then to cool the washing water. The cold of the brine leaving the cooler can be used to pre-cool the regenerated Brine can be used before freezing the same. It is also recommended that to heat the brine with superheated steam before regeneration. The gas is as desired heated before entering the first expansion stage.

Die Regenerierung der Sole und des Waschwassers kann unterschiedlich erfolgen. Es empfiehlt sich, sie in einem einzigen Belüftungsturm durchzuführen. The regeneration of the brine and the washing water can be different take place. It is best to do it in a single ventilation tower.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung handelt es sich um eine Kombination von Trocknung und Entschwefelung unter Druck stehender Gase, bei der die gute Löslichkeit des Schwefelwasserstoffs in Wasser, die durch erhöhten Druck und tiefe Temperaturen noch begünstigt wird, zur Ausnutzung kommt. Die Kühlung unter Druck stehender Gase durch Expansion unter Arbeitsleistung wird als bekannt vorausgesetzt. The method according to the invention is a combination of drying and desulfurization of pressurized gases, in which the good solubility of the hydrogen sulfide in water caused by elevated pressure and low temperatures is still favored, comes to be used. The cooling of pressurized gases through expansion under work performance is assumed to be known.

Es ist für die Erfindung ohne Bedeutung, ob der erforderliche Anfangsdruck der Gase vorhanden ist oder durch Kompression erzeugt werden muß. Das Verfahren nach der Erfindung ist bei der Verwendung von Erdgasen, die durchweg' unter einem wesentlich höheren als dem Fortleitungs- und Verwendungsdruck stehen, von besonderem Vorteil, weil dabei oft ein genügend großes DruckgefäUe besteht und die für das Verfahren benötigte Energie aus der Expansion in geeigneten Arbeitsmaschinen gedeckt werden kann.It is of no importance for the invention whether the required initial pressure the gases is present or has to be generated by compression. The procedure according to the invention is when using natural gases, which consistently 'under one are significantly higher than the pressure to continue and use, of particular Advantage because there is often a sufficiently large pressure vessel and the procedure The energy required from the expansion can be covered in suitable machines can.

Die Erfindung wird an Hand einer nur ein Ausführungsbeispiel darstellenden schematischen Zeichnung erläutert. The invention is illustrated by means of an exemplary embodiment schematic drawing explained.

Die Zeichnung betrifft eine Erdgasreinigungsanordnung. Die Zahlen dienen lediglich der Erläuterung. The drawing relates to a natural gas cleaning arrangement. The payment are for explanation purposes only.

Das Verfahren ist auch bei anderen Drücken, Temperaturen und anderen gasförmigen Stoffen anwendbar, auch wenn zur Durchführung desselben das Gas auf einen höheren Druck als in dem Beispiel angegeben ist, gebracht werden muß. Auch die Turboexpansion ist nur als Beispiel gewählt. Es kann jede sonstige geeignete Arbeitsmaschine zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden.The procedure is also at other pressures, temperatures and others gaseous substances can be used, even if the gas is used to carry out the same a higher pressure than indicated in the example must be brought. Even the turbo expansion is only chosen as an example. It can be any other suitable Work machine can be used to carry out the method.

In dem schematischen Ausführungsbeispiel ist ein Sondendruck oberhalb von 120 Atmosphären angenommen worden. Der Fernleitungsdruck beträgt etwa 40 Atmosphären. Die Expansion soll zweistufig erfolgen. Zur Verhinderung tiefer Temperaturen kann das Gas vorgewärmt werden, was durch direkte oder indirekte Verbrennung oder durch Dampf erfolgen kann. In the schematic embodiment, a probe pressure is above of 120 atmospheres has been assumed. The pipeline pressure is approximately 40 atmospheres. The expansion is to take place in two stages. To prevent low temperatures can the gas can be preheated, either by direct or indirect combustion or by Steam can be done.

Das Gas wird zunächst in der ersten Expansionsstufe a auf 69 atm entspannt und verläßt diese mit einer Temperatur von etwa + 1 bis + 30 C. Unter diesen Verhältnissen wird der Schwefelwasserstoff mittels Wasser im Wascher b ausgewaschen. Bei diesem Druck ist eine Reduzierung des Schwefelwasserstoffgehaltes um 90 bis 95°/o ohne weiteres und wegen der tiefen Temperatur auch mit nicht zu großen Wassermengen möglich. Der Antrieb der Wasserdruckpumpe c erfolgt durch die Expansionsmaschine und durch eine Wasserentspannungsturbine d, in welcher die statische Druckhöhe des ablaufenden Waschwassers genutzt wird. Aus diesem Grunde sind diese Maschinen alle auf einer Welle gekuppelt. Die Entspannung des Waschwassers in der Turbine erfolgt bis auf etwa 1,5 atm, um aus einem Entspannungskessel e den Schwefelwasserstoff entnehmen su können, der je nach Anlagengröße direkt auf Schwefel oder Schwefelsäure verarbeitet werden kann. The gas is initially in the first expansion stage a to 69 atm relaxes and leaves it with a temperature of about + 1 to + 30 C. Below Under these conditions, the hydrogen sulfide is washed out by means of water in the washer b. At this pressure, the hydrogen sulfide content is reduced by 90 to 95 per cent. Without further ado and, because of the low temperature, also with not too large amounts of water possible. The water pressure pump c is driven by the expansion machine and by a water relaxation turbine d, in which the static head of the draining wash water is used. Because of this, these machines are all coupled on a shaft. The washing water is released in the turbine up to about 1.5 atm in order to remove the hydrogen sulphide from an expansion tank see below, depending on the size of the plant, directly on sulfur or sulfuric acid can be processed.

Da das Waschwasser im Kreislauf benutzt werden soll, kann es von seinem Restgehalt an Schwefelwasserstoff durch Belüften in einem mit Rieseleinbauten versehenen Schlot f befreit werden. Die Befreiung der Belüftungsluft von Schwefelwasserstoff geschieht entweder in bekannter Weise mittels Raseneisenerz, oder aber man versetzt die Luft durch Einbrennen einer kleinen Menge des ausgewaschenen Schwefelwasserstoffs mit einer äquivalenten Menge Schwefeldioxyd und ist dann in der Lage, in einem mit Katalysatoren ausgerüsteten Filter direkt Schwefel zu bilden. Since the washing water is to be used in the circuit, it can be used by its residual hydrogen sulfide content by ventilating in one with trickle installations provided chimney f. The removal of hydrogen sulfide from the ventilation air happens either in a known manner using lawn iron ore, or one relocates the air by burning in a small amount of the scrubbed hydrogen sulfide with an equivalent amount of sulfur dioxide and is then able to in one with Filters equipped with catalysts to form sulfur directly.

Die Trocknung des Gases erfolgt in einem Waschkühler g, in welchem dem Gas tiefgekühlte - möglichst chloridfreie - Sole entgegenfließt. Chlorionenfreie, die Korrosionen verhindernde Solen sind im Handel bekannt. Eine gewisse Hygroskopie der konzentrierten Solelösung kommt dem Prozeß zugute. The gas is dried in a washing cooler g, in which Frozen brine - if possible chloride-free - flows towards the gas. Chlorine ion free, the brines which prevent corrosion are known in the trade. A certain hygroscopy the concentrated brine solution benefits the process.

Auf diese Weise wird das Gas so weit getrocknet werden, daß auch bei Temperaturen weit unter 0° C keine Feuchtigkeitausscheidung mehr stattfindet. Das gekühlte Gas dient seinerseits zur Vorkühlung der regenerierten Sole, wobei es aufgewärmt wird.In this way the gas will be dried so far that even at At temperatures far below 0 ° C, moisture will no longer be excreted. That The cooled gas in turn serves to pre-cool the regenerated brine, whereby it is warmed up will.

In der zweiten Expansionsstufeh kann die Restentspannung auf den Enddruck erfolgen) wobei das Gas eine Temperatur weit unter 0° C annimmt. Dieses Kaltgas dient zur Tiefkühlung der Sole, so daß die zweite Expansionsstufe praktisch eine Kältemaschine ersetzt. In Fällen, in denen wegen des zu geringen zur Verfügung stehenden Druckgefälles diese zweite Expansionsstufe nicht anwendbar ist, muß für die Solekühlung eine Kältemaschine zur Aufstellung kommen. In the second expansion stage, the residual relaxation can be applied to the Final pressure) with the gas assuming a temperature well below 0 ° C. This Cold gas is used to deep-freeze the brine, making the second expansion stage practical a chiller replaced. In cases where there is too little available standing pressure gradient this second expansion stage is not applicable, must for the brine cooling a refrigeration machine come to the installation.

Da es kaum vermeidbar ist, daß die Kühlsole bei der direkten Gasberührung Schwefelwasserstoff aus dem Gas aufnimmt, muß sie in der gleichen Weise wie das Waschwasser mittels Luft oder auch durch Abpumpen im Vakuum von diesem befreit werden, was im Unterteil des gleichen Belüftungsturmes oder auch in einem besonderen Turm erfolgen kann. Since it is hardly avoidable that the cooling brine in direct contact with the gas To absorb hydrogen sulfide from the gas, it must be done in the same way as that Washing water can be freed from this by means of air or by pumping out in a vacuum, what in the lower part of the same ventilation tower or in a special tower can be done.

Das tiefgekühlte Gas kann nach Kühlung der Sole noch zur Abkühlung des Waschwassers benutzt werden. The deep-frozen gas can still be used for cooling after the brine has been cooled of the washing water can be used.

Der Waschkühler g kann in bestimmten Fällen auch durch einen indirekten Röhrenkühler ersetzt werden, in welchem das Gas durch Ausfrieren der Restfeuchtigkeit getrocknet wird. Es müssen dann mindestens zwei Wechselkühler vorgesehen werden, die auf Ausfrieren bzw. Auftauen geschaltet werden müssen. Die Umwandlung des Schwefelwasserstoffs in Schwefel oder Schwefelsäure kann auf bekannte Weise geschehen. Bei kleineren Anlagen bzw. geringem Schwefelwasserstoff wird die gesamte Waschflüssigkeit direkt auf einen Belüftungsturm gebracht und die schwefelwasserstoffhaltige Luft mittels Raseneisenerz von diesem befreit, wobei ebenfalls eine Umwandlung in gewinnbaren Schwefel möglich ist. The washing cooler g can in certain cases also be replaced by an indirect one Tube coolers are replaced, in which the gas by freezing out the residual moisture is dried. At least two exchangeable coolers must then be provided, which have to be switched to freezing or thawing. The conversion of the hydrogen sulfide in sulfur or sulfuric acid can be done in a known manner. With smaller ones Plants or low hydrogen sulfide, the entire scrubbing liquid is direct brought to a ventilation tower and the air containing hydrogen sulfide means Lawn iron ore exempted from this, whereby also a conversion into recoverable Sulfur is possible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for drying and desulfurization of Gas under increased pressure, preferably natural gas, with expansion of the gas for work performance, characterized in that the gas in a first expansion stage partially relaxed, in a downstream pressure washer of a hydrogen sulfide scrubber subjected, then cooled in a cooler with brine and then in a second expansion stage, the work performance of the Gas during the first expansion for the circulation and the regeneration of the washing water the hydrogen sulfide scrubbing as well as the work output and generated cold of the second Expansion for pumping and regeneration of the cooling brine as well as for intermediate cooling the same are used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the im Circuit used washing water of the hydrogen sulfide scrubbing in per se known Way after leaving the washer through work that is also for the Pumping the wash water is used, relaxed, in a flash boiler largely freed from hydrogen sulfide and removed via a trickle tower for the remainder of hydrogen sulfide is pumped back into the hydrogen sulfide scrubber and the cooling brine after exiting the cooler by venting hydrogen sulfide freed and taking advantage of the cold generated in the second expansion stage is pumped back into the cooler for deep freezing.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the expansion of the gas in the first expansion stage as well as the relaxation of the pressurized water emerging from the washer and the pumping of the washing water with flow machines such as turbines and centrifugal pumps working on a wave.

4. The method according to claims t to 3, characterized in that that the expansion of the gas in the second expansion stage and the pumping over of the Brine is made with flow machines, such as turbines and centrifugal pumps, which work on a wave.

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that that the cold generated in the second expansion stage is initially used to deep-freeze the Brine and then used for washing water cooling.

6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that that the cold of the brine leaving the cooler is used to pre-cool the re- generated Brine is used prior to freezing the same.

7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that that the brine is heated with superheated steam before regeneration.

8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that that the gas is heated before entering the first expansion stage.

9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that that the regeneration of the brine and the washing water in a single multi-day Ventilation tower done.

Considered publications: German Patent Specifications No. 329412, 507301, 511 567.