DE102015010164A1 - Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion - Google Patents

Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion beschrieben. Erfindungsgemäß a) wird die Kohlenwasserstoff-reiche, CO2-enthaltende Gasfraktion (1, 1') permeativ (M) in eine CO2-arme Gasfraktion (2) und eine CO2-reiche Gasfraktion (3) aufgetrennt, b) die CO2-reiche Gasfraktion (3) auf einen Druck, der wenigstens 10% über dem kritischen Druck der CO2-reichen Gasfraktion (3) liegt, verdichtet (C1, C2, C3), c) die verdichtete CO2-reiche Gasfraktion (6) abgekühlt (E6, E6', E6'') und entspannt (V1, V1'), d) wobei die CO2-reiche Gasfraktion (6) auf eine Temperatur abgekühlt wird (E6, E6', E6''), bei der nach ihrer Entspannung (V1, V1') die Bildung einer festen, CO2-reichen Phase vermieden wird, e) die entspannte CO2-reiche Fraktion mittels eines Stripprozesses (T1) in eine CO2-abgereicherte Gasfraktion (7) und eine CO2-reiche Flüssigfraktion (8) aufgetrennt wird, und f) die CO2-abgereicherte Gasfraktion (7) der permeativ (M) aufzutrennenden Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion (1, 1') zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion.
  • Erdgas und Erdölbegleitgase enthalten Sauergase – im Wesentlichen CO2, zudem H2S und andere Schwefelverbindungen, wie COS und Merkaptane – in verschiedenen Konzentrationen; diese Sauergase werden üblicherweise durch Wäschen (z. B. Aminwäschen) bei Umgebungstemperatur abgetrennt. Ab einer CO2-Konzentration von etwa 10 Mol-% wird dieses Vorgehen unwirtschaftlich, da die umlaufende Waschmittelmenge und der Energiebedarf zur Waschmittelregenerierung stetig ansteigen.
  • Daher werden seit einiger Zeit Membranen, vorzugsweise Polymermembranen, dazu verwendet, den CO2-Gehalt des Einsatzgases vor einer Aminwäsche auf etwa 2 bis 10 Mol-% zu verringern, so dass diese wieder optimal betrieben werden kann. Membranen alleine sind aber nicht geeignet, hohe Reinheiten und gleichzeitig hohe Ausbeuten zu erreichen. Die Kombination einer Membran mit einer Tieftemperaturzerlegung ist vom Prinzip her geeignet, diese Aufgabe zu lösen.
  • Im US-Patent 5,414,190 wird eine Verfahrensführung offenbart, bei der eine Membran einer Tieftemperaturzerlegung des Retentates vorgeschaltet ist. Eine weitere Aufarbeitung des CO2-reichen Permeates, z. B. zur Erhöhung der Kohlenwasserstoffausbeute, wird jedoch nicht offenbart. Aufgrund des Kohlenwasserstoffgehalts des CO2-reichen Permeates kommt es hierbei jedoch zu nicht akzeptablen Kohlenwasserstoffverlusten bezogen auf das Rohgas.
  • In der US-Patentanmeldung 2005/0092594 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem CO2-reiches Erdgas rektifikatorisch vorgetrennt und anschließend mittels einer Membran auf einen niedrigen CO2-Gehalt eingestellt wird. Ein Betrieb dieses Verfahrens ist jedoch erst ab etwa 25 Mol-% CO2 durchführbar, da bei niedrigeren CO2-Gehalten die vorgeschlagene Tieftemperaturzerlegung wirkungslos ist, da CO2 unter den offenbarten Bedingungen nicht kondensiert und sich folglich nicht über Sumpf abtrennen lässt. Beide vorbeschriebenen Verfahren sind zudem nicht in der Lage, das abgetrennte CO2 flüssig und in gewünschter Reinheit bereit zu stellen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Gasfraktion anzugeben, das es ermöglicht, CO2 in technisch reiner Form – hierunter sei eine CO2-reiche Fraktion, die einen CO2-Gehalt von wenigstens 98 Mol-% aufweist, zu verstehen – und in flüssigem Zustand aus einem Kohlenwasserstoff-reichen Gasgemisch, das zwischen 10 und 85 Mol-% CO2 enthält, abzutrennen, wobei das Kohlenwasserstoff-reiche Gasgemisch nach der Trennung einen CO2-Gehalt von höchstens 10 Mol-% aufweist. Zudem sollen die Kohlenwasserstoffverluste über die flüssige CO2-Produktfraktion weniger als 2% betragen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • a) die Kohlenwasserstoff-reiche, CO2-enthaltende Gasfraktion permeativ in eine CO2-arme Gasfraktion und eine CO2-reiche Gasfraktion aufgetrennt wird,
    • b) die CO2-reiche Gasfraktion auf einen Druck, der wenigstens 10% über dem kritischen Druck der CO2-reichen Gasfraktion liegt, verdichtet wird,
    • c) die verdichtete CO2-reiche Gasfraktion abgekühlt und entspannt wird,
    • d) wobei die CO2-reiche Gasfraktion auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der nach ihrer Entspannung die Bildung einer festen, CO2-reichen Phase vermieden wird,
    • e) die entspannte CO2-reiche Fraktion mittels eines Stripprozesses in eine CO2-abgereicherte Gasfraktion und eine CO2-reiche Flüssigfraktion aufgetrennt wird, und
    • f) die CO2-abgereicherte Gasfraktion der permeativ aufzutrennenden Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion zugeführt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • – der Stripprozess derart betrieben wird, dass die CO2-reiche Flüssigfraktion einen CO2-Gehalt von wenigstens 98 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 99,5 Mol-% aufweist,
    • – die Kohlenwasserstoff-reiche, CO2-enthaltende Gasfraktion zwischen 10 und 85 Mol-% CO2, vorzugsweise zwischen 25 und 60 Mol-% CO2 enthält,
    • – die CO2-arme Gasfraktion maximal 15 Mol-% CO2, vorzugsweise maximal 10 Mol-% CO2 enthält,
    • – die für die permeative Auftrennung (Verfahrensschritt a) verwendete Membran eine Selektivität zwischen CO2 und CH4 von wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3 aufweist,
    • – bei der permeativen Auftrennung (Verfahrensschritt a) der Druck auf der Permeatseite um den Faktor 4 bis 10, vorzugsweise 5 bis 8 niedriger ist als der Druck auf der Zuspeiseseite,
    • – sofern die Verdichtung der CO2-reichen Gasfraktion wenigstens zweistufig und nach jeder Zwischenverdichterstufe eine Zwischenkühlung der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion erfolgt, der Druck des Stripprozesses so gewählt wird, dass die Sumpftemperatur um wenigstens 10°C, vorzugsweise wenigstens 15°C unterhalb der Prozesstemperatur liegt, die bei der Zwischenkühlung der CO2-reichen Gasfraktion erreichbar ist,
    • – die Abkühlung der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion gegen einen offenen Expanderkreislauf erfolgt, wobei als Kältemittel ein Teilstrom der CO2-reichen Gasfraktion verwendet wird, und/oder
    • – die Abkühlung der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion gegen einen geschlossenen Expanderkreislauf erfolgt.
  • Erfindungsgemäß wird die Kohlenwasserstoff-reiche, CO2-enthaltende Gasfraktion, die einen CO2-Gehalt zwischen 10 und 85 Mol-% aufweist und die unter einem Druck von 30 bis 70 bar, vorzugsweise 40 bis 60 bar vorliegt, sofern erforderlich, zunächst einer Vorbehandlung zugeführt, in der C5+-Kohlenwasserstoffe und Wasser abgetrennt werden. Diese Komponenten können bei Bedarf zusammen mit dem noch zu beschreibenden Retentat abgegeben werden. Die ggf. derart vorbehandelte Kohlenwasserstoff-reiche Gasfraktion wird permeativ in eine CO2-arme Gasfraktion (Retentat) und eine CO2-reiche Gasfraktion (Permeat) aufgetrennt. Diese Auftrennung erfolgt vorzugsweise mittels einer Polymer-Membran. Diese weist in vorteilhafter Weise eine Selektivität zwischen CO2 und CH4 von wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3 auf. Des Weiteren ist der Druck auf der Permeatseite um den Faktor 4 bis 10, vorzugsweise 5 bis 8 niedriger ist als der Druck auf der Zuspeiseseite. Als Selektivität α wird das Verhältnis der molaren Konzentrationen von CO2 und CH4 im Permeatstrom (y) und in der Zuspeisung (x) zur Membran verstanden:
    Figure DE102015010164A1_0002
  • Anschließend wird die CO2-reiche Gasfraktion auf einen Druck, der wenigstens 10% über dem kritischen Druck dieser CO2-reichen Gasfraktion liegt, verdichtet. Im Regelfall erfolgt die Verdichtung der CO2-reichen Gasfraktion zwei- oder mehrstufig. Die (zwischen)verdichtete CO2-reiche Gasfraktion wird vorzugsweise gegen Kühlwasser und/oder Luft zwischen- bzw. nachgekühlt. Die verdichtete CO2-reiche Gasfraktion wird mittels einer geeigneten Kälteanlage abgekühlt und anschließend entspannt. Hierbei wird sie auf eine Temperatur abgekühlt, bei der nach der Entspannung die Bildung einer festen, CO2-reichen Phase sicher vermieden werden kann; im Regelfall erfolgt eine Abkühlung bis auf eine Temperatur, die wenigstens 5°C, vorzugsweise wenigstens 10°C oberhalb des Festpunkts von Kohlendioxid liegt.
  • Die entspannte CO2-reiche Fraktion wird mittels eines Stripprozesses in eine CO2-abgereicherte Gasfraktion und eine CO2-reiche Flüssigfraktion aufgetrennt. Da der Flüssiganteil der entspannten CO2-reichen Fraktion in der Regel zu reich an Kohlenwasserstoffen, insbesondere an Methan, ist, um die Anforderungen an die CO2-Reinheit zu erfüllen, wird die dem Stripprozess bzw. der Stripkolonne zugeführte CO2-reiche Fraktion durch Aufkochen soweit von Methan gereinigt, bis die aus dem Sumpf der Stripkolonne abgezogene CO2-reiche Flüssigfraktion – die den Produktstrom darstellt – die gewünschte Zusammensetzung aufweist. In vorteilhafter Weise weist diese CO2-reiche Flüssigfraktion einen CO2-Gehalt von wenigstens 98 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 99,5 Mol-% auf.
  • Sofern die Verdichtung der CO2-reichen Gasfraktion wenigstens zweistufig und nach jeder Zwischenverdichterstufe eine Zwischenkühlung der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion erfolgt, wird in vorteilhafter Weise der Druck des Stripprozesses so gewählt, dass die Sumpftemperatur um wenigstens 10°C, vorzugsweise wenigstens 15°C unterhalb der Prozesstemperatur liegt, die bei der Zwischenkühlung der CO2-reichen Gasfraktion erreichbar ist; im Regelfall wird daher ein Druck zwischen 30 und 60 bar gewählt. Mittels dieser Verfahrensführung wird die Kühlleistung des in der Stripkolonne verdampfenden Methans zumindest teilweise genutzt, um die Saugtemperaturen der Verdichterstufen und somit deren Energieverbräuche abzusenken.
  • Die am Kopf der Stripkolonne gewonnene CO2-abgereicherte Gasfraktion wird der permeativ aufzutrennenden Kohlenwasserstoff-reichen Gasfraktion zugeführt. Dazu wird die CO2-abgereicherte Gasfraktion vorab auf Umgebungstemperatur angewärmt. Normalerweise ist vor der Zumischung keine zusätzliche Verdichtung erforderlich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Die Kohlenwasserstoff-reiche, CO2-enthaltende Gasfraktion 1, die einen CO2-Gehalt zwischen 10 und 85 Mol-% aufweist und üblicherweise unter einem Druck von 30 bis 70 bar vorliegt, wird einer lediglich als Black-Box dargestellten Vorbehandlung P, in der C5+-Kohlenwasserstoffe und/oder Wasser abgetrennt werden, zugeführt. Sofern eine Abtrennung von C5+-Kohlenwasserstoffen und/oder Wasser nicht erforderlich ist, kann diese Vorbehandlung P entfallen. Die ggf. vorbehandelte Kohlenwasserstoff-reiche Gasfraktion 1 wird nunmehr permeativ M in eine CO2-arme Gasfraktion 2 und eine CO2-reiche Gasfraktion 3 aufgetrennt. Diese Auftrennung erfolgt vorzugsweise mittels einer Polymer-Membrane. Die CO2-reiche Gasfraktion 3 wird in den Verdichterstufen C1, C2 und C3 auf einen Druck, der wenigstens 10% über dem kritischen Druck der CO2-reichen Gasfraktion liegt, verdichtet. Die Zwischenkühlung der auf Zwischendrücke verdichteten CO2-reichen Gasfraktion 4 und 5 erfolgt in den Wärmetauschern E1 und E3 gegen Kühlwasser oder Luft. Die im Verdichter C3 auf den gewünschten Enddruck verdichtete CO2-reiche Gasfraktion 6 wird im Wärmetauscher E5 gegen Kühlwasser oder Luft nachgekühlt. Die verdichtete CO2-reiche Gasfraktion 6 wird im Wärmetauscher E6 gegen eine geeignete Kälteanlage R, die in der 1 lediglich als Black-Box dargestellt ist, abgekühlt; dazu ist die Kälteanlage R über den Kältekreislauf 12 mit dem Wärmetauscher E6 gekoppelt. Anschließend wird die abgekühlte CO2-reiche Gasfraktion 6 im Ventil V1 entspannt und dem Kopf der Stripkolonne T1 zugeführt. Hierbei wird die verdichtete CO2-reiche Gasfraktion 6 im Wärmetauscher E6 bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der nach der Entspannung im Ventil V1 die Bildung einer festen, CO2-reichen Phase sicher vermieden werden kann. Aus diesem Grund erfolgt eine Abkühlung bis auf eine Temperatur, die wenigstens 5°C, vorzugsweise wenigstens 10°C oberhalb des Festpunktes von Kohlendioxid liegt.
  • Die der Stripkolonne T1 zugeführte CO2-reiche Fraktion wird in eine CO2-abgereicherte Gasfraktion 7 und eine CO2-reiche Flüssigfraktion 8 aufgetrennt. Letztere wird über das Regelventil V2 abgegeben. Da der Flüssiganteil der entspannten CO2-reichen Fraktion in der Regel zu reich an Kohlenwasserstoffen, insbesondere an Methan ist, um die Anforderungen an die CO2-Reinheit der CO2-reichen Flüssigfraktion 8 zu erfüllen, wird die der Stripkolonne zugeführte CO2-reiche Fraktion durch Aufkochen soweit von Methan gereinigt, bis die CO2-Flüssigfraktion 8 die gewünschte Reinheit aufweist, also einen CO2-Gehalt von wenigstens 98 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 99,5 Mol-% aufweist. Hierzu wird ein Teilstrom 9, der aus dem Sumpf der Stripkolonne T1 abgezogenen CO2-reichen Flüssigfraktion abgezogen und in zwei Teilströme 9 und 9' aufgeteilt. Teilstrom 9 wird in den Wärmetauschern E2 und E4 gegen die verdichtete und abzukühlende CO2-reiche Gasfraktion angewärmt, zumindest teilweise verdampft und gemeinsam mit dem in der Kälteanlage R angewärmten und zumindest teilweise verdampften Teilstrom 9' der Stripkolonne T1 als Stripdampf zugeführt.
  • In vorteilhafter Weise wird der Druck innerhalb der Stripkolonne T1 so gewählt, dass deren Sumpftemperatur um wenigstens 10°C, vorzugsweise wenigstens 15°C unterhalb der Prozesstemperatur liegt, die bei der Zwischenkühlung der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion in den Wärmetauschern E1 und E3 erreichbar ist. Daher beträgt der Druck innerhalb der Stripkolonne T1 im Regelfall 30 bis 60 bar. Mittels dieser Verfahrensführung kann die Kühlleistung des in der Stripkolonne T1 verdampfenden Methans zumindest teilweise genutzt werden, um die Saugtemperaturen der Verdichterstufen C2 und C3 und somit deren Energieverbräuche abzusenken.
  • Die am Kopf der Stripkolonne gewonnene CO2-abgereicherte Gasfraktion 7 wird im Wärmetauscher E6 (auf Umgebungstemperatur) angewärmt und der permeativ aufzutrennenden Kohlenwasserstoff-reichen Gasfraktion 1' zugeführt.
  • In den 2 bis 4 sind nunmehr drei unterschiedliche Ausführungsformen für die in der 1 lediglich als Black-Box dargestellte Kälteanlage bzw. Kältebereitstellung R, die der Abkühlung der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion 6 dient, dargestellt.
  • Sofern ein vergleichsweise einfacher Betrieb und hohe Flexibilität den Vorrang vor niedrigem Energieverbrauch haben – dies ist beispielsweise bei Offshore-Anlagen der Fall – ist ein offener Expanderkreislauf vorzuziehen, wie er anhand des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert wird. Hierbei wird ein Teilstrom 20 der auf einen Zwischendruck verdichteten CO2-reichen Gasfraktion 4 nach dem Wärmetauscher E2 abgezogen, über einen zusätzlichen Verdichter C4 im Druck erhöht und anschließend im Wärmetauscher E7 gegen Kühlwasser oder Luft und im Wärmetauscher E8 gegen den zu verdampfenden Teilstrom 9 der CO2-reichen Flüssigfraktion 8 gekühlt. Anschließend wird der abgekühlte Teilstrom 21 in einer Entspannungsturbine X1, die mit dem vorbeschriebenen Verdichter C4 gekoppelt ist, arbeitsleistend entspannt; die mechanische Leistung der Entspannungsturbine X1 wird zum Antrieb des Verdichters C4 verwendet. Diese Entspannung kann bei Bedarf auch mehrstufig, ggf. mit einer Zwischenanwärmung ausgeführt werden. Der zusätzliche Wärmetauscher E8 dient analog zu den Wärmetauschern E2 und E4 dazu, die Eintrittstemperatur der Entspannungsturbine X1 energiesparend abzusenken.
  • Das in der 1 dargestellte Wärmetauschersystem E6 ist bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei parallel angeordnete Wärmetauscher E6 und E6' mit dem Ziel aufgeteilt, den Einsatz von sog. gewickelten Wärmetauschern zu optimieren. Während die abzukühlende CO2-reiche Gasfraktion 6 aufgrund ihres vergleichsweise hohen Druckes rohrseitig geführt wird, werden die kalten Ströme 7 und 21 mantelseitig geführt. Der im Wärmetauscher E6 angewärmte, als Kältemittel verwendete Teilstrom 22 wird der CO2-reichen Gasfraktion 3 vor deren Verdichtung zugemischt.
  • Sofern hohe Effizienz wichtiger ist als ein einfacher Betrieb, kommen vorzugsweise unterschiedliche Arten von geschlossenen Kältekreisläufen mit Phasenwechsel des Kältemittels zur Anwendung. Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein vergleichsweise einfacher Gemischkreislauf dargestellt, bei dem das in ihm zirkulierende Kältemittel aus einem Gemisch von mindestens zwei leichten Kohlenwasserstoffen aus der Gruppe C1 bis C5 (Methan, Ethylen, Ethan, Propylen, Propan, Butan und Pentan) besteht. Das im Verdichter C4 verdichtete Kältemittel 31 wird in den Wärmetauschern E7 und E8 gegen Kühlwasser oder Luft bzw. gegen den Teilstrom 9 der CO2-reichen Flüssigfraktion 8 vollständig kondensiert. Der Behälter D1 dient der Speicherung von flüssigem Kältemittel, um verschiedene Betriebszustände zu ermöglichen. Das aus dem Behälter D1 abgezogene Kältemittelgemisch 32 wird im Wärmetauscher E6' unterkühlt, im Entspannungsventil V3 entspannt, bei vergleichsweise niedrigem Druck auf der Mantelseite des Wärmetauschers E6', bei dem es sich vorzugsweise um einen gewickelten Wärmetauscher handelt, vollständig verdampft und anschließend erneut dem Verdichter C4 zugeführt.
  • Durch die Wahl eines geschlossenen Gemischkreislaufs, wie er in der 3 beispielhaft dargestellt ist, können gegenüber einem offenen Expanderkreislauf, wie er in der 2 dargestellt ist, 20 bis 40% Leistung eingespart werden. Allerdings erhöhen die Bereitstellung der Gemischkreislaufkomponenten und deren bestimmungsgemäße Verwendung den Aufwand erheblich.
  • Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Abkühlung der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion 6 mittels eines Reinstoffkältemittels. Um den Energieverbrauch ähnlich günstig wie bei dem anhand der 3 beschriebenen Gemischkreislauf zu halten, wird die Verdampfung des im Verdichter C4 verdichteten und in den Wärmetauschern E7 und E8 verflüssigten Kältemittels auf mindestens zwei Druckstufen in den Wärmetauschern E6' und E6'' vorgenommen. Hierzu wird das aus dem Behälter D1 abgezogene Kältemittel 43 über das Entspannungsventil V3 zunächst dem Wärmetauscher E6' zugeführt, ein Teil des Kältemittels in ihm verdampft und über Leitung 40 der Zwischenstufe des Verdichters C4 zugeführt, während der restliche Kältemittelteilstrom über das Regelventil V4 in den Wärmetauscher E6'' entspannt wird.
  • Der im Wärmetauscher E6'' verdampfte Kältemittelteilstrom 41 wird der Saugseite des Verdichters C4 zugeführt. Als Kältemittel für einen derartigen Reinstoffkältekreislauf kommen alle Substanzen in Frage, die bei Umgebungstemperatur verflüssigt werden können. Hierzu zählen unter anderem Propan, Propylen, R22, R134a und bei niedriger Umgebungstemperatur auch Ethan sowie Kohlendioxid.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion ermöglicht es, flüssiges CO2 in technisch reiner Form, also mit einem CO2-Gehalt von wenigstens 98 Mol-%, aus einem Rohgas mit einer großen Bandbreite an CO2-Konzentration abzutrennen. Zudem kann mit ihm der CO2-Gehalt der CO2-armen Gasfraktion auf weniger als 10 Mol-% verringert werden. Des Weiteren lassen sich die Kohlenwasserstoffverluste über die flüssige CO2-Produktfraktion auf weniger als 2% reduzieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5414190 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Abtrennen einer CO2-reichen Flüssigfraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Kohlenwasserstoff-reiche, CO2-enthaltende Gasfraktion (1, 1') permeativ (M) in eine CO2-arme Gasfraktion (2) und eine CO2-reiche Gasfraktion (3) aufgetrennt wird, b) die CO2-reiche Gasfraktion (3) auf einen Druck, der wenigstens 10% über dem kritischen Druck der CO2-reichen Gasfraktion (3) liegt, verdichtet wird (C1–C3), c) die verdichtete CO2-reiche Gasfraktion (6) abgekühlt (E6, E6', E6'') und entspannt (V1, V1') wird, d) wobei die CO2-reiche Gasfraktion (6) auf eine Temperatur abgekühlt wird (E6, E6', E6''), bei der nach ihrer Entspannung (V1, V1') die Bildung einer festen, CO2-reichen Phase vermieden wird, e) die entspannte CO2-reiche Fraktion mittels eines Stripprozesses (T1) in eine CO2-abgereicherte Gasfraktion (7) und eine CO2-reiche Flüssigfraktion (8) aufgetrennt wird, und f) die CO2-abgereicherte Gasfraktion (7) der permeativ (M) aufzutrennenden Kohlenwasserstoff-reichen, CO2-enthaltenden Gasfraktion (1, 1') zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stripprozess (T1) derart betrieben wird, dass die CO2-reiche Flüssigfraktion (8) einen CO2-Gehalt von wenigstens 98 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 99,5 Mol-% aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-reiche, CO2-enthaltende Gasfraktion (1, 1') zwischen 10 und 85 Mol-% CO2, vorzugsweise zwischen 25 und 60 Mol-% CO2 enthält.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die CO2-arme Gasfraktion (2) maximal 15 Mol-% CO2, vorzugsweise maximal 10 Mol-% CO2 enthält.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für die permeative Auftrennung (Verfahrensschritt a) verwendete Membran eine Selektivität zwischen CO2 und CH4 von wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3 aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der permeativen Auftrennung (Verfahrensschritt a) der Druck auf der Permeatseite um den Faktor 4 bis 10, vorzugsweise 5 bis 8 niedriger ist als der Druck auf der Zuspeiseseite.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verdichtung (C1–C3) der CO2-reichen Gasfraktion (3) wenigstens zweistufig und nach jeder Zwischenverdichterstufe eine Zwischenkühlung (E1, E3) der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion (4, 5) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Stripprozesses (T1) so gewählt wird, dass die Sumpftemperatur um wenigstens 10°C, vorzugsweise wenigstens 15°C unterhalb der Prozesstemperatur liegt, die bei der Zwischenkühlung (E1, E3) der CO2-reichen Gasfraktion (4, 5) erreichbar ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Stripprozesses (T1) zwischen 30 und 60 bar beträgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung (E6, E6', E6'') der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion (6) gegen einen offenen Expanderkreislauf erfolgt, wobei als Kältemittel ein Teilstrom (20–22) der CO2-reichen Gasfraktion (4) verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung (E6, E6', E6'') der verdichteten CO2-reichen Gasfraktion (6) gegen einen geschlossenen Expanderkreislauf erfolgt.
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