DE10303233A1

DE10303233A1 - Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von höheren Kohlenwasserstoffen aus Erdgas

Info

Publication number: DE10303233A1
Application number: DE2003103233
Authority: DE
Inventors: Christian Benkmann; Peter Dr. Hesse; Jan Dr. Oppermann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-05

Abstract

Es wird ein Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C¶2+¶-Kohlenwasserstoffen aus einem wenigstens Methan und C¶2+¶-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gemisch, insbesondere aus Erdgas, wobei das Gemisch über ein Adsorptionsmittel, das bevorzugt C¶2+¶-Kohlenwasserstoffe adsorbiert, geleitet wird, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird als Adsorptionsmittel zumindest teilweise eine Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid verwendet. DOLLAR A Vorzugsweise weist das Adsorptionsmittel DOLLAR A a) eine Oberfläche zwischen 300 und 400 m·2·/g, DOLLAR A b) ein Gesamtporenvolumen zwischen 0,4 und 0,7 cm·3·/g, DOLLAR A c) eine Schüttdichte zwischen 700 und 800 g/l und DOLLAR A d) eine chemische Zusammensetzung von > 90 Gew.-% Al¶2¶O¶3¶ und < 10 Gew.-% Restbestandteile, DOLLAR A e) insbesondere eine chemische Zusammensetzung von > 90 Gew.-% Al¶2¶O¶3¶, < 1 Gew.-% SiO¶2¶, < 1 Gew.-% Fe¶2¶O¶3¶, < 2 Gew.-% Na¶2¶O und < 8 Gew.-%, Restbestandteile auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C₂+-Kohlenwasserstoffen aus einem wenigstens Methan und C₂+-Kohlenwasserstofte, enthaltenden Gemisch, insbesondere aus Erdgas, wobei das Gemisch über ein Adsorptionsmittel, das bevorzugt C₂+-Kohlenwasserstoffe adsorbiert, geleitet wird.
Gattungsgemäße Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C₂+-Kohlenwasserstoffen aus einem wenigstens Methan und C₂+ Kohlenwassserstoffe enthaltenden Gemisch kommen insbesondere bei der Erdgasgewinnung zur Anwendung. Hierbei müssen die höheren Kohlenwasserstoffe aus dem Erdgas abgetrennt werden, damit dieses anschließend verflüssigt werden kann, ohne dass es zu Verlegungen in Ventilen, Leitungen, etc. kommt. Bei den bekannten Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C₂+-Kohlenwasserstoffen aus Erdgas werden als Adsorptionsmittel Silicagele verwendet. Hierbei kommen im Regelfall Materialien mit unterschiedlichen Porenstrukturen im Mischbett zur Anwendung.
Als adsorptive Verfahren kommen insbesondere Druckwechsel-Adsorptionsprozesse zur Anwendung. Bei diesen wird bei höheren Drücken – vorzugsweise oberhalb von 1.0 bar- das Prozess- bzw. Einsatzgasgemisch über das Adsorptionsmittel geleitet, wobei ein Produktgasstrom erzeugt wird. Nach Beendigung der Adsorptionsphase wird das Adsorptionsmittel bei niedrigen Drücken – vorzugsweise unterhalb von 10 bar – regeneriert; das regenerierte Adsorptionsmittel steht sodann wieder für die Reinigung des Prozess- bzw. Einsatzgasgemisches bereit.
Während also aus dem Adsorptionsprozess ein Produktgasstrom, bestehend aus Methan mit geringfügigen Verunreinigungen von C₂- sowie C₃-Kohlenwasserstoffen, abgezogen wird, werden am Adsorptionsmittel die restlichen, höheren Kohlenwasserstoffe angelagert und in einem dem Adsorptionsschritt nachgeschalteten Desorptionsschritt aus dem Adsorptionsbett bzw. -mittel abgezogen und ggf. einer weiteren Verwendung zugeführt.
Die Verwendung der vorstehend genannten Silicagele als Adsorptionsmittel verursacht jedoch einen unerwünschten Schlupf höherer Kohlenwasserstoffe in den Produktgasstrom, da eine nur unzureichende Desorption der an dem Adsorptionsmittel angelagerten höheren Kohlenwasserstoffe gelingt. Die nicht während des dem Adsorptionsschritt nachgeschalteten Desorptionsschrittes aus dem Adsorptionsbett bzw. -mittel abgezogenen höheren Kohlenwasserstoffe gelangen bei dem nächstfolgenden Adsorptionsschritt u. U. in den Produktgasstrom.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem insbesondere der Desorptionsprozess gegenüber den bekannten Verfahren verbessert werden kann, also eine vollständigere Entfernung der an dem Adsorptionsmittel angelagerten Komponenten während des Desorptionsschrittes ermöglicht wird. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass sich die Kenngrößen des Verfahrens – Kapazität sowie Methan-Ausbeute – nicht wesentlich verschlechtern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C₂+-Kohlenwasserstoffen zeichnet sich dadurch aus, dass als Adsorptionsmittel zumindest teilweise eine Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid verwendet wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Abtrennung höherer Kohlenwasserstoffe aus Erdgas, bei der eine Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid als Adsorptionsmittel zur Anwendung kommt, in hervorragender Weise die gestellte Aufgabe löst.
Kommt eine Mehrbettschüttung zur Anwendung, so besteht diese – entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens – zu wenigstens 50 % aus aktiviertem Aluminiumoxid.
Hierbei weist die Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Korndurchmesser von 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 5 mm auf.
Wird eine Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid mit einem kleineren Korndurchmesser – dieser liegt hierbei vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 mm – gewählt, so lässt sich im Hinblick auf die Komponenten CO₂, C₂H₆ sowie C₃H₈ eine deutlich höhere Produktreinheit erzielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C₂+-Kohlenwasserstoffen weiterbildend wird vorgeschlagen, dass das Adsorptionsmittel

a) eine Oberfläche zwischen 300 und 400 m²/g,
b) ein Gesamtporenvolumen zwischen 0,4 und 0,7 cm³/g,
c) eine Schüttdichte zwischen 700 und 800 g/l, und
d) eine chemische Zusammensetzung von > 90 Gew.-% Al₂O₃ und < 10 Gew.-% Restbestandteile,
e) vorzugsweise eine chemische Zusammensetzung von > 90 Gew.-% Al₂O₃, < 1 Gew.-% SiO₂, < 1 Gew.-% Fe₂O₃, < 2 Gew.-% Na₂O und < 8 Gew.-% Restbestandteile aufweist.

Darüber hinaus weist das Adsorptionsmittel vorzugsweise einen Abrieb von weniger als 2 Gew.-% auf.
Es hat sich gezeigt, dass – insbesondere im Hinblick auf höhere Methan-Ausbeuten und/oder verbesserte Produktreinheiten bezüglich der höheren Kohlenwasserstoffe – mit den vorgenannten Parametern die besten Ergebnisse erzielt werden können.
Nachfolgend seien anhand dreier Verfahrensbeispiele die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem bekannten Stand der Technik näher erläutert.
Verfahrensbeispiel 1 (Stand der Technik):
Bei den Verfahrensbeispielen 1 bis 3 wird von der nachfolgenden Rohgas- bzw. Einsatzgaszusammensetzung ausgegangen:
2 Vol.-% CO₂, 5 Vol.-% C₂H₆, 4 Vol.-% C₃H₈, 1,5 Vol.-% C₄H₁₀, 5500 Vppm C₆H₁₄, 450 Vppm C₇H₁₆, Rest CH₄
Achtung: Im Falle des dritten Verfahrensbeispieles enthält das Rohgas- bzw. Einsatzgas jedoch keine C₆- und C₇-Kohlenwasserstoffe.

Adsorptionsmittel: Silicagel
Adsorptionsdruck: 20 bar
Spülgasdruck: 2 bar
Rohgastemperatur: 21 °C
Rohgasdurchsatz: 1,5 Nm³/h
Produktgasmenge: 0,7 Nm³/h
Restgasmenge: 0,8 Nm³/h
Produktverunreinigungen: <1 ppm CO₂, 300 ppm C₂H₆, <1 ppm C₃H₈, <1 ppm C₄H₁₀, 80 ppm C₆H₁₄, <1 ppm C₇H₁₆
CH₄-Ausbeute: 55 %

Verfahrensbeispiel 2:

Adsorptionsmittel: aktiviertes Aluminiumoxid (Korndurchmesser: 2 bis 5 mm)
Adsorptionsdruck: 20 bar
Spülgasdruck: 2 bar
Rohgastemperatur: 21 °C
Rohgasdurchsatz: 1,3 Nm³/h
Produktgasmenge: 0,6 Nm³/h
Restgasmenge: 0,7 Nm³/h
Produktverunreinigungen: 2 ppm CO₂, 2300 ppm C₂H₆, 10 ppm C₃H₈, 1 ppm C₄H₁₀, 15 ppm C₆H₁₄, <1 ppm C₇H₁₆
CH₄-Ausbeute: 55 %

Verfahrensbeispiel 3:

Adsorptionsmittel: aktiviertes Aluminiumoxid (Korndurchmesser: 1 bis 3 mm)
Adsorptionsdruck: 20 bar
Spülgasdruck: 2 bar
Rohgastemperatur: 22 °C
Rohgasdurchsatz: 1,4 Nm³/h
Produktgasmenge: 0,7 Nm³/h
Restgasmenge: 0,7 Nm³/h
Produktverunreinigungen: <1 ppm CO₂, 230 ppm C₂H₆, 1 ppm C₃H₈, 1 ppm CaH₁₀
CH₄-Ausbeute: 58 %

Die adsorptive Abtrennung der C₂+-Kohlenwasserstoffen aus einem Methan und C₂+-Kohlenwasserstoff enthaltenden Gemisch erfolgt vorzugsweise mittels eines Druckwechsel-Adsorptionsprozesses, wobei der Adsorptionsdruck größer 8 bar und der Spül-/Desorptionsdruck kleiner 8 bar gewählt wird und die Temperatur des wenigstens Methan und C₂+-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gemisches zwischen 10 und 50°C beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C₂+-Kohlenwasserstoffen aus einem Methan und C₂+-Kohlenwasserstoff enthaltenden Gemisch ermöglicht eine höhere Methan-Ausbeute und/oder eine verbesserte Produktreinheit bezüglich der höheren Kohlenwasserstoffe.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine verbesserte Auslegung von Adsorptionsanlagen. Darüber hinaus handelt es sich bei der Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid, verglichen mit einer Silicagel-Schüttung, um ein kostengünstigeres Adsorptionsmaterial. Auch weist die Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid geringere Alterungseffekte auf, so dass längere Betriebszeiten der Adsorptionsanlage erreicht werden können. Dadurch verringert sich die Anzahl der turnusmäßigen Wechsel des Adsorptionsmittels aufgrund von Verlegungen bzw. deutlichen Kapazitätseinbußen.

Claims

Verfahren zur adsorptiven Abtrennung von C₂+-Kohlenwasserstoften aus einem wenigstens Methan und C₂+-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gemisch, insbesondere aus Erdgas, wobei das Gemisch über ein Adsorptionsmittel, das bevorzugt C₂+-Kohlenwasserstoffe adsorbiert, geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsmittel zumindest teilweise eine Schüttung aus aktiviertem Aluminiumoxid verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Mehrbettschüttung diese zu wenigstens 50 % aus aktiviertem Aluminiumoxid besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel a) eine Oberfläche zwischen 300 und 400 m²/g, b) ein Gesamtporenvolumen zwischen 0,4 und 0,7 cm³/g, c) eine Schüttdichte zwischen 700 und 800 g/l, und d) eine chemische Zusammensetzung von > 90 Gew.-% Al₂O₃ und < 10 Gew.-% Restbestandteile, e) vorzugsweise eine chemische Zusammensetzung von > 90 Gew.-% Al₂O₃, < 1 Gew.-% SiO₂, < 1 Gew.-% Fe₂O₃, < 2 Gew.-% Na₂O und < 8 Gew.-% Restbestandteile aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel einen Abrieb von weniger als 2 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel einen Korndurchmesser von 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 5 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die adsorptive Abtrennung mittels eines Druckwechsel-Adsorptionsprozesses erfolgt, wobei der Adsorptionsdruck größer 8 bar und der Spül-/Desorptionsdruck kleiner 8 bar gewählt wird und die Temperatur des wenigstens Methan und C₂+-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gemisches zwischen 10 und 50°C beträgt.