DE1645811A1

DE1645811A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Erdgas

Info

Publication number: DE1645811A1
Application number: DE19681645811
Authority: DE
Inventors: Spear Reginald Gordon; Tracy Richard Ripley
Original assignee: SPEAR REGINALD GORDON; TRACY RICHARD RIPLEY
Current assignee: SPEAR REGINALD GORDON; TRACY RICHARD RIPLEY
Priority date: 1967-01-17
Filing date: 1968-01-16
Publication date: 1970-05-14
Also published as: FR1553230A; NL164951B; NL164951C; GB1170022A; NL6800749A; US3488677A

Description

DIPL.-INQ. GÜNTHER E! S EN FÜHR PATENTANWALT DIPL.-INQ. DIETER K. SPEIS E R

: Neuanraeldung 164581 j

Aktenzeichen: ANMELDERNAME: MEIN ZEICHEN:

datum:

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PATENTANWALT

28 B R E M E N 1

(T R I N I D A D - H A U .)

TELEFON: (0421) »11»Τ» TELEQRAMME: FERROPAT

BREMER BANK 1·βΙ·72 POSTSCHECK HAMBURQ SSW

Richard Ripley Tracy, .Pasadena,, Staat (V,StοAe) und Reginald Gordon Spear_s Saß Staat Kalifornien CY_oSt*A«)

Verfahren und Erdgas

sur

Die Erfindung betrifft ein Verfahreiv relativ flüchtigerer V@runi?«igii<gu?&g@ft spannten _t n.ofc'malerw@is© zur Ersielung eineK¹ -eesten Fraktion und einer si^sitefig an reichen Fraktion_s sowie eine zur, ses Verfahrens - geeignete Vorrichtung«

Die Anwesenheit beträchtlicher, nicht-brennbarer Bestandteile in natürlich vorkommenden, von Bohrlöchern abgezogenen Kohlenwasserstoffgasen oder anderen Quellen kuhneo diese Gase für eine Wirtschaftliche Verwertung wertlos machen,, da der Anteil an Verunreinigungen den Keiewert und den ETü-Wert dieser @&se unter einen lainimalen Wert fallen läßt«. Damit sind derartige Gase für Gas- ¥@rtriebsgesel!schäften zu Heizzwecken nicht mehr vertfasidibar » Di® Anwesenheit von Gasreservöirs in des Vereinigten Staaten von Aaarilca υηύ anderen

di@ ^©gea utez- Verunröinigugig der Kohlen-

galt beträchtlichen Keisgen an Stickstoff s iffi allg<§%@inen oss 2C VoI„% ©der darüber, un-&usg©ssutat li@geri_t deutet auf die Hofeweadigkait @isi@ wirtsehaftllchs und wirkssase Yarfahrens- Q st® Ksloigea derartiger Irdgase sis entwickeln,

™?»d di©s© Erdgase de» ®ft Keisgase gestellten Anforde-

ist es, njit

B©stassdt®il@a 'Verunrsigiigte Erdgase mn sreiisigen und

d6ii?©ra Helsi'iesfe so. zu erhöhen» daß disse für techni- - t'

sch® Zweck® verwandet werden können»

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Das Verfahren zum Abtrennen relativ flüchtigerer Verunreinigungen von hochgespannten, normalerweise gasförmigen Erdgasmischungen zur Erzielung einer ,· ersten kohlenwasserstoffreichen Fraktion und einer zweiten, an Verunreinigungen reichen Fraktion ist erf indungsgeiaäß dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen enthaltende Erdgasmischung im ■Gegenstrom durch die arste und die aweite Fraktion abgekühlt wird, vorauf die abgekühlte Mischung auf einen wesentlich geringeren Druck expandiert und 3ur Bildung einer kohlenwasserstoffreichen flüssigen Phase und einer an Verunreinigungen reichen- Gasphase bei etwa thermischem Gleichgewicht in einen Phasenscheider geleitet wird» aus welchem kontinuierlich getrennte Ströme der Jcohlenwasserstoffreichen flüssigen Phase als erste Fraktion und der an Verunreinigungen reichen Gasphase als zweite Fraktion abgezogen werden, worauf mindestens ein Teil der Fraktionen getrennt und im Gegenstrom zum Wärmeaustausch mit der Verunreinigungen enthaltenden Erdgasmischung verwendet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, mit wirtschaftlichem Aufwand an Betriebskosten und

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·. 4 —

Einrichtungskosten hochgespannte, verunreinigte Kohlenwasserstoff gase derart zu reinigen, daß diese Gase wirtschaftlich verwendbar sind· Erfindungsgemäß kann dabei die abgekühlte Erdgasmischung auf etwa AtmosphHrendruclc expsndiert werden« um eine kohlenwasserstoffreiche flüssige Phase und eine an Verunreinigungen reiche Dampfphase zu gewinnen.

Es wurde gefunden, daß durch Expandieren der Mischung auf annähernd Atraosphärendruck eine wirksame Trennung der Bestandteile möglich wird, ohne daß ein herkömmliches Fraktionieren erforderlich wäre· Es wurde gefunden» daß durch diese Expansion der abgekühlten Flüssigkeit auf etwa AtmosphSrendruck das in der die Verunreinigungen enthaltenden Gasphase enthaltene und mitgerissene Mathen energiemäßig der Rückfluß-Abkühlung in einem herkömmlichen Frariktionier-System vergleichbar ist- Mit "etwa Atmosphärendruck ⁿ ist ein Druck gemeint, der möglichst weitgehend dem Atmosphärendruck angeglichen ist, jedoch einen ausreichenden Druck in der Expansionskammer aufrecht erhält, um ein kontrolliertes Abführen der an Verunreinigungen reichen Gasphase durch den Wärmeaustauscher und die Abführleitung zu ermöglichen.

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Es ist daher für die praktisch® Aiwendmiij: und falls Gebläse nicht verwendet weräen notwendig* den Druck der expandierten Flüssigkeit etwas e&ern&lE» dss Atmos$h8rendrudic<es au halten·.

Das erfindungsgemäß© ¥@rfahre» de Vorrichtung aäaeh@n ®m Erdgasen enthaltene. !a@^£@ der in verwertbarer F©jf^ sisgiratgllsh

im

Ss wtsrd© gebunden

Verfaisrea dies® ©g'sstiffe© E^og-gie M<s£t€pSii©m<5l "du© gleiche ist, ts£© di@_s die.bei ^ terea Verfaihreiä iait i-j©geötIieB «rand ©raielt

eisiea größere» Rroaesstsats <äm&

ml®

gases 1st es, das flüssige Produkt als Wärneaustausch-PlüssigJceit für das Beschickungsgas zu verwenden· Ua dies zu erzielen ist es wichtig, dl» größtmögliche Abküh!kapazität der beiden Fraktionen auszunutzen. Dies wird in einer Ausführungsform der erfindungsgsmäßen Vorrichtung durch die Verwendung paralleler Wärmeaustauscher erzielt» durch die getrennte Anteile des Besohickungsgases mit einer der Fraktionen geleitet werden. Die Dimensionen der Wärmeaustauscher sind unter «Berücksichtigung der relation Wirniekapazitäten der Fraktionen ausgelegte Der Sasctsiskyngsgasstrom ferirö ztiischen den beiden WMraa@gÄSsfe©usch@rsi derart aufgeteilt, daß die erhaltene» ®b§©Isühitefi B©setiik~ Fraictioßen di© giaieh© ti©fe Terapscatur ha« daß die Prodafet'-Fr^stäQnesi ana ά@η Wäirraeaus- @fe@s^faJls mit a®s gl®leh@ss relativ hohen" strstenu Bei der praktischen Durchfüh-

.rung amm Verfahrens wird eine ©IQige Regulierung dar Anteile des Böschiekungs«p@©s ιτ@ε·^@Ώ©δΐί©Ώ vier-

andt derart

der durch die eine Produkt-Fraktion abgekühlt wird und der Beschickungsgas-Anteil, der durch die andere Produkt-Fraktion abgekühlt wird, die gleiche niedrige Temperatur erreichen, unabhängig davon, ob diese Anteile in getrennten Systemen abgekühlt werden. Eine andere, geeignete Wärmeaustauscher-Vorrichtung wird in Verbindung mit Pig. 2 beschrieben werden· ~

Es sei darauf hingewiesen» daß eine Zunahme oder Abnahme der Reinheit (und damit des BTU-Gehaltes - british thermal unit) der flüssigen Produkt-Fraktion mit einer entgegengerichteten änderung der Wirksamkeit der Kohlenwasserstoff-Abtrennung einhergeht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann innerhalb bestimmter Grenzen zur Veränderung dieser Parameter gesteuert werden, indem die Temperatur, bei der die Trennung bei vorgegebenem Druck durchgeführt wird, geändert wird· Ein relativ geringer Anstieg der Temperatur dient zur Verminderung der Wirksamkeit der Trennung und damit zur Erhöhung der Reinheit des flüssigen Produktes« Die Abtrenn temperatur wird in einfacher Weise durch geringe Veränderungen der Einstellung der Wärmeaustauscher , durchgeführt, beispielsweise durch Vorbeileiten

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eines geringen Anteils einer der Produkt-Fraktionen« Die gleiche Veränderung der Zusammensetzung der Pro» dukt-Praktionen kann durch geringe kontrollierte Veränderungen des Druckes durchgeführt werden, bei dem die Abtrennung erzielt wird. Bei notwendiger Verminderung des Druckes auf etwa Atmosphärendruck wird eine Erhöhung dieses Druckes um nur einige Kilopond die Reinheit der flüssigen Produkt-Fraktion vermindern und gleichzeitig die Wirksamkeit der Kohlenwasserstoff-Abtrennung erhöhen.

Erfindungsgemäß kann ferner die flüssige Produkt-Fraktion vor Verwendung in einem Wärmeaustauscher auf den erforderlichen Druck gespannt werden, falls die kohlenwasserstoffreiche Fraktion mit einem Druck geliefert werden soll, der größer als der Druck ist, bei welchem die Trennung durchgeführt wird und bei welchem dia kohlenwasserstoffreiche Flüssigkeit abgezogen wird. Das Spannen der flüssigen Fraktion vor ihrer Verdampfung in dem Wärmeaustauscher erfordert wesentlich weniger Energie als nach Verdampfen erforderlich wäre. _;

Mit dem Ausdruck "hochgespannt" in Zusammenhang mit Erdgas, das gereinigt werden soll, wird ein Druck

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gemeint, unter dem normalerweise Erdgas von Bohrlöchern abgezogen wird, oder unter dem es normalerweise in Leitungen enthalten ist. Diese Drucke stellen jedoch keine kritischen Grenzen für das erfindungsgemäße Verfahren dar. Es können vielmehr Beschickungsgase unter höheren oder niedrigerem Druck (mindestens von mehreren Atmosphären) verwendet wer- , den« Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren wad die dazu dienende Vorrichtung für verschiedene Verunreinigungen geeignet ist, wird im folgenden besonders auf Stickstoff als Verunreinigung Besug gesaoiaftea., da Stickstoff in vielen KohlenwassQrstöff-Xiagern als nicht-brennbare Verunreinigung gefunden wird· Unter "Reinigung" wird ein Verfahren mit dessen Hilfe eine genügende Menge der reinigung aus dem Kohlenwasserstoff -Gas entfernt wird, um dieses für die gegebenen lokalea Verhältnisse, wirtschaftlich verwendbar zu machen_o Weitere vorteilhafte Ausführungsforiaen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von rungsbeispielen näher erläutert werden« Is

- ίο -

Fig« 1 ein Fließschema für das erfindungsgemäße Verfahren;

Fig- 2 eine schematische Querschnittsansicht eines gegenseitigen Wärmeaustauschers, der für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist; und

Fig» 3 ein Fließschema eines weiteren

Ausführungsbeispieles der Erfindung unter Einschluß der in Fig. 1 gezeigten Anordnung·

im oberen Teil von Fig. 1 wird ein Erdgas, das beträcht— liche Anteile Stickstoff, beispielsweise 30 ¥61.36, enthält, von einem Bohrloch 10 unter einem Druck von normalerweise über 100 Atmosphären durch eine Zuführungsleitung geführt«

Zur Aufbereitung dienen ein Ventil 12 sum Regulieren und eine Heizvorrichtung 13*, um den Druck des Be-

2 schickungsgases auf etwa 106 Kilopond/cm und die

Temperatur auf etwa IB⁰C in der Leitung 14 einzustellen. Das Beschickungsgas wird durch einen Abscheider 15 geleitet, um kondensierte Flüssigkeiten zu entfernen· Darauf passiert es eine Kühlvorrichtung 16, in welcher'es durch eine der Produkt-Fraktionen zum weiteren Kondensieren und Entfernen von Wasser und hochsiedenden Kohlenwasserstoffen kondensiert wird» Ein Filter Π dient zur Entfernung 009820/1483

suspendierter Flüssigkeiten und Feststoff®. Darauf wird das Gas durch einen oder mehrere parallel geschaltete Trockner 18, 19 und parallel geschaltete "Filter"20, 21 geführt. Die Trockner 18, 19 und die Filter 20,· 21 sind parallel angeordnet, unt ©Ine abwechselnde Verwendung und Regenerierung durch das - dargestellte Ventil-System zu ermöglichen» Die Vorbehandlung des Gases dient aur Stabilisierung des Druckes und der Temperatur des Beschickungsgases und zum Entfernen unerwünschter Bestandteile, die baim folgenden Verfahren.ausfrieren würden.

Der gereinigte Beschickungsgasstrom wird aus der vorbehandelnden Vorrichtung über die Leitung 22 und das Ventil 23 abgeführt und wird vor Eintritt in den ersten Wärmeaustauscher 24 und den zweiten Wärmeaustauscher 25 aufgeteilt. Beispielsweise können etwa 80% des Beschickungsgases durch den ersten Wärmeaustauscher 24 geleitet werden, während die verbleibenden 20% durch den zweiten Wärmeaustauscher

25 strömen· Dieses Verhältnis wird durch die Ventile

26 und 27 am Austrittsende der Wärmeaustauscher 24, 25 eingestellte Dieses Verhältnis kann unter Berücksichtigung der relativen Abkühlungskapazitäten der

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in Gegenetrom fließenden Medien in dem ersten und de« straiten Wärmeaustauscher 24, 25 variiert werden· Zusätzlich kann eine Einstellung dieses Verhältnisses dazu verwendet werden, den Abkühlungsgrad des Beschickungsgases und damit die Zusammensetzung der erhaltenen Fraktionen zu steuern«

W Der Anteil des Beschickungsgases, der durch den ersten Viärmeaustaiischer 24 strömt, wird' in diesem durch indirekten τ/ärmeaustausch mit einer entgegengesetzt fließenden, kohlenwasserstoffreichen Fraktion abgekühlt, die durch Abtrennung der flüssigen Phase erhalten wurde, v/ie weiter unten beschrieben werden wird· Der durch den zweiten Wärmeaustauscher 25 strömende Anteil des Beschickungsgases wird in diesem durch indirekten Wärmeaustausch mit einer

fe entgegengesetzt fließenden, an Verunreinigungen reichen Fraktion abgekühlt, die bei der später beschriebenen Abtrennung als Dampfphase erhalten wird. Xn geeigneter Weise strömt das Beschickungsgas durch die Rohrseite des Wärmeaustauschers·

Die getrennten Anteile des Beschickungsgases verlassen die Wärmeaustauscher 24, 25 wie beschrieben mit weitgehend der gleichen Temperatur und werden

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getrennt durch Ventile 26, 27 auf im wesentlichen AtmosphSrendruck entspannt· Die expandierten Gasanteile werden in Leitung 28 wieder »ueaamengeführt« Durch die Abkühlung in den Wärmeaustauschern 24, bestehen die aus diesen Wärmeaustauschern 24, 25 austretenden Beschickungsgaestrdsae im allgemeinen aus tibersättigten Flüssigkeiten. Wenn dl® Abkühlung des Beschickungsgases Jedoch bai Drucken unterhalb des kritischen Druckes durchgeführt wird, kam das Beschickungsgas bis zu eines? Zweiphassn-Flussigkeits-Zustand abgekühlt'werden» Die Expansion durch die Ventile 26, 27 liefert «sine Dampf phase waa e flüssige Phase bei ei&©»a Drude ₉ dar sah© feei randruck liegt, wie dies filar die praktische rung das Verfahrens ina©!?Ii,sil3 tier ofe©*i Sissel Kontro-ilgrenzen vorteilhaft .ist· Fsr^sr &S Vorrichtungen zum Esqsandieren des "WolWR^ns® Beispiels weise TurMnene:-^ans£@&Everrichtung@& scatwa^er' allein oder in Verblndiisig sit
werden·

an das thermische Gleichgewicht der Bestandteile wird eine an Kohlenwasserstoffen reiche Flüssigkeit und ein an Stickstoff reicher Dampf erhalten. Der Anteil jedes der Bestandteile, der Kohlenwasaarstoffe und des Stickstoffs» in der Flüssigkeit und der Dampfphase wird wie oben beschrieben durch den Druck und die Temperatur, bei welchen das Gleich-φ gewicht eingestellt wird, beeinflußt· Diese Bedingungen in dem Phasenscheider 30 werden durch Expansion dureh die Ventile 26 und 27 und der» Atokühltmgsgr».d in den Wärsneaus^rViRchern ?A_V 25 erzielt. Der Dj-I₁ICk, c?ar so fish wie F»tfglich dem Atraosphärenöruek angeglichen w.-5,jrd_s hHnrjh lediglich von der gebildeten Dampfmenge imu dorn nrußfcabfa.%1 dvirch das restliche &€>ltungs· ?md Verifc?,lsystem *?Jbj daß dtirch Ventile 32A_und di© LüftucgsTeAtung 32 ©ebildet wird*

Am oberen Teil des P><^scnschö.idars W wire" die Dampfphase üfomr eine Lei tun?! 3t abgezogen urM aurch den sielte?! ^ärniea'fstö.uscVier in indirektem wärmeaustausch !Bit elnöa Anteil ces Besahickungsgases wit; iJsen bei?2hrlsfea -gefuhfi;. D:".e Hcasv-fphase wird η ?Ue Atmosphäre jalasi^R oder anderweitig verwendet odesr über die fcäSlti-::·-/ S2 e^ivhließend an den herelt» beschr

Wärmeaustausch als Nebenprodukt aufgefangen. Durch die Zweigleitung 48 und das diese kontrollierende Ventil 48A kann eine einstellbare Menge des Gas·»

ν,

stromes u» den Wärmeaustauscher 25 herumgeführt werden, um einen geringen Anstieg der Temperatur in dem Phasenscheider 30, wie oben beschrieben,

zu ersielen. f

Die flüssige Phase in de» Phasenabscheider 30 wird über eine Leitung 33 abgezogen und durch eine Pumpe 34 auf einen etwas gröBer en Druck als in der Sntnahmeleitung gespannt. Eine Rückleitung 35 und ein Ventil 36 gestatten eine einstellbare Kontrolle des Flüsslgkeitsatroas durch die Leitung 37, UB einen bestimmten Flüssigkeitsspiegel in dem Phasenscheitfer 30 aufrecht zu erhalten. Die gespannte flüs- ₍ sige thase wird durch die Leitung 37 in den ersten Wärmeaustauscher 24 geleitet, in welchem ein indirekter Wärmeaustausch mit dem Hauptanteil des Beechikkungsgases stattfindet. Die tiefe Temperatur zusammen alt der Wärmekapazität (einschließlich der Verdampf ungs war me ) der an Kohlenwasserstoff reichen flüssigen Phase wird damit dazu verwendet, das Beschickungsgas im wesentlichen in flüssige- Form su überführen.

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Der Wärmeaustausch in dem ersten Wärmeaustauscher 24 bringt die kohlenwasserstoffreiche Fraktion zum Verdampfen. Diese Fraktion verläßt den Wärmeaustauscher 24 über eine Leitung 38 und eine Rückdruck-Reguliervorrichtung 39, eine Leitung 40 und die Kühlvorrichtung 16 zu einer Leitung 40A, über die das Produkt abgezogen wird· Aus der Leitung 38 kann eine Probe entnommen und in dem Analysator 41 analysiert werden· Der Analysator 41 kann aus einem vergleichenden IR-Absorptionsspektrographen bestehen, der die Zusamaensetsung des Endproduktes kontinuierlich überwacht und ein Signal liefert, das für Kontrollzwecke verwendet werden kann· Das von dem Analysator 41 gelieferte Signal kann auch dazu verwendet werden, die Beschickung zu unterbrechen und einen Alarm auszulösen, wenn der Stickstoffgehalt des Kohlenwasserstoff-Produktes einen Maximalwert übersteigt.

Zur praktischen Durchführung des erfindungegee&Een Verfahrens wird ein Erdgas mit etwa 30% Stickstoff-Verunreinigung behandelt, um ein Produkt mit nur etwa 7% Stickstoff su ergeben, ein Wart, der innerhalb der normalen handelsüblichen Standardwerte für

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Brennstoffe liegt. Zn der folgenden Tabelle sind die ungefähren Temperaturen und Drucke an verschiedenen Stellen des Verfahrens aufgeführt, wie es zur Behandlung eines Beschickungsgases «it 70% Methan und 30% Stickstoff bei eines Druck von 106 Kilopond/cm in der Leitung 14 und einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 3540 Kubikmeter/ Stunde (3 000 000 Kubikfuß/Tag) durchgeführt wird.

IABEUI Meßstelle

0ruck₉ Druck Temperatur Mol

(Kp/osT) Cp.e.i.a.) °C Fraktion N,

Leitung 22	106	1500	18	0.30
EinlaOseite der Ventile 26 und 27	103	1450	-135	0.30
Leitung 28	1,4	20	-172	0,30
Leitung 31	1,4	20	-172	0,71
Leitung 33	1,4	20	-172	0,07
Leitung 37	35	500	-169	0,07
Leitung 40	33	470	7,3	0,07
Leitung 32	•tau	ata.	-7,9	Of 71

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- 18 Aus der Tabelle geht hervor» daß die niedrige Tem-

peratür und die Wärmekapazität sowohl der Dampfphase als auch der flüssigen Phase wirksam dazu verwendet wird, den Beschickungsgasstrom vor der Expansion

in den flüssigen Zustand zu überführen, so daß die Temperatur der beiden Anteile des Beschickungsgases beim Eintritt in die Expansionsventile 26 und im Idealfall gleich ist. Auf diese Weise findet der Wärmeübergang zwischen dem BeschickungsTentil und den zwei Flüssigkeitsströmen zwischen der höchstmöglichen Beschickungsstrom-Teraperatur und der niedrigstmöglichen Produktstrom-Temperatur statt. Wenn irgend ein Anteil der Oasphase über die Leitung. 48 umgeleitet wird, um die Temperatur in dem Phasanscheider 30 zu erhöhen, wie beschrieben, ergibt sich eine geringe Abweichung von dieser Idealbedingung·

Es sei darauf hingewiesen, daß die verdampfte flüssige Fraktion den ersten Wärmeaustauscher 24 mit einer Temperatur von 7,3°C verlHßt. die gasförmige Fraktion verläßt den sweiten Wärmeaustauscher 25 mit einer Temperatur von -7,9°C· Verglichen mit den Temperaturen von ~169°C und

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-172°C, nit denen diese Fraktionen In den jeweiligen Wärmeaustauscher eintreten, genügt dieser relativ kleine Unterschied der Forderung, diese zwei Fraktionen bei weitgehend gleicher Temperatur abzuziehen*

Unabhängig von dem Funktionieren der Beschickungsvorrichtung zum Entfernen des größten Anteils des Wassers und der höher siedenden Komponenten aus i

den Becchickungsgas gelangen einige dieser Komponenten in den Phasenabscheider 30 und einige Teile der wärmeaustauscher 24, 25 und Ventil« werden nit Eia oder Hydraten überzogen· Ss ist" daher von ?*sÄv mn 2®it notwendig, den Abscheldungsvorgang zu untt^örfeChvs vuü die Vorrichtung von diesen Feststoffen eu befreie«. Ώ1® lediglich nun Zweck des Freispülens benutsten Leitungen sind in unterbrochenen Linien dargestellt, um su seigen, daß diese bei dem eigentlichen Abscheidungsnrozeß keine Funktion ausüben· Qn dl« Vorrichtung su spUlen, wird die Beschickung durch Schließen des Ventils 23 unterbrochen und das Beechickungsgas wird durch dl· Regulittrvorrichtung 42, die Heisvorrichtung 43, Leitung 44 und Ventil 45 umgeleitet, im das wärme Betchlckun^s« >jas durch die Expansions-Ventile 26 und 27 und

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die Wärmeaustauscher 24 und 25 zu leiten. Das Gas wird durch ein Ventil 46 unter Hitreißen des nunmehr verdampften Wassers und der hochsiedenden Stoffe, die sich in den Expansionsventilen und den Wärmeaustauschern angesammelt hatten, abgeführt· Während dieses Regenerierens ist das Ventil 29 geschlossen und die Pumpe 34 vorzugsweise ausgeschaltet, um die _Ä zwei Phasen in dem Phasenscheider 30 vorzugsweise aufrecht zu erhalten, so daß der Abscheidungsprozeß mit einem Minimum.an Leerlaufzeit wieder aufgenommen werden kann«

Die Reguliervorrichtung 42 und die Heizvorrichtung 43 können auch dazu verwendet werden, die Filter und Trockner in dem Vorbehandlungssystem zyklisch und abwechselnd zu regenerieren, und swar in ähnlicher Weise und durch Verwendung der dargestellten " Ventile und Leitungen, die in herkömmlicher Weise angeordnet sind·

Obgleich die in Pig» I dargestellte Vorrichtung getrennte erste und zweite Wärmeaustauscher zeigt, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem einzigen einhäusigen Wärmeaustauscher durchgeführt

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werden, in welchem der Wärmeaustausch zwischen dem Beschickungsgas und den zwei Fraktionen stattfindet· Bin derartiger einhäusiger Wärmeaustauscher ist in schematischer Weise in Fig. 2 dargestellt. Der Wärme» austauscher hat eine Außenwand 50 mit oberen und unteren Trennböden 51 und 52* Zwischen den Trennböden 51 und 52 ist in herkömmlicher Weise stellvertretend für viele ein einziges Rohr 53 dargestellt· Bsi tatsächlicher praktischer Durchführung des Verfahrens würden ratSgrere derartige Rohre vorgesehen sein» Zweite obere und untere Trennböden 54uid 55 halten ein Rohr 56 koaxial um das Rohr 53* In der Vorrichtung erstrecken sich quer Leitbleche 57„ Die Beschickung erfolgt über die Kammer 58 zwischen dem oberen Trennboden 51 und dsm oberen Trennboden 54* Dar Strom bewegt sich durch der» Ringraum zwischen der?. Rohren 53 und 56 mid aineft ähnlichen Rohrraum swischen entsprachesidaa Rohrpaaren, die nicht dargestellt sind und tritt zwischen den unteren Trennbödan 52 und 55 in einer unteren Kanister 59 aus ο. Die flüssige Produkt-Fraktion wird in die Kammer 60 gageben, strömt durch das Rohr 53 entgegen der SüiTDiSwmg Cgb Beschickungsgesss. und wird von «ier Zty^er Ct a^gr-rsorjsii* Di® gasförmige Fraktion

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durch den Einlaß 62 in die Außenwand 50 eingeführt und durch die Leitbleche 57 im Gegenstroa su de* Beschickungsgas geführt und durch den Auslaß 63 entfernt·

Der in Fig. 2 dargestellte Wärmeaustauscher dient zu dem gleichen Zweck wie die parallel geschalteten Wärmeaustauscher gemäß Fig· I₉ da die swei Produkt-Fraktionen parallel wirken und jeweils den Besehlfckungsgasstroa über den gesasiten Teraperaturabf&11 des Beschiclcungsstroms abkühlen· Dies geschieht weitgehend in der gleichen Art vie in B*sug auf die parallel geschalteten Wärmeaustauscher in Fig· 1 beschrieben·

In Fig· 3 ist eine abgeänderte Vorrichtung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung feseift, im welchem einige Bauteil« 1«r Vorriijhtuis^ vorhanden siftd, so daß dim ahmt >e»chri«i)*iif· periodisch· Spulen ohne tfeit*rb£f$ehu»f| 4&z 9ung vo£i l£c4ükt-Traktionen durdigefüh^ kann·

Xn der ii* Fig. 3 dargestellten Vorrichtung ist wiederum «ine einsige Beschickungsvorrichtung

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gemäß der in Fig. 1 dargestellten gezeigt·

Wie in Fig. 1 beschrieben, wird das von einem Bohrloch 10 abgeführte Beschickungsgas nacheinander durch ein Regulierventil 12, eine Heiavorrichtung 13, einen Abscheider 15, eine KUhlvorrich-. tung 16 und ein Filter 17 geleitet· Darauf wird der teilweise gereinigte Strom der Beschickungsgases von der vorbehandelnden Vorrichtung dureit eine Leitung 71 und ein Ventil 72„ das zvm üfo» stellen der !Sufssfir aimt₉ in dl· «igeatliefe® B%-handlungsvo xl,^hti^ssg geführt»

Bei der praktischen Dm^ffS^im^ -i-ss Verfahrens gemäß Fig. 3 *fird ein doppelter S&t% veai tungsteilen £>enötigt_s vm da? Verfahren u®m Abkühlen» urd E^andies-©ns dee B«ec!?.ickimg«fl(®e«e durchcufOhreti« wihr«si4 ums esid«re Smtrn richtunfstsil« von ^r^, asAS^lt^r von Bis und Hydraten im ame beecaei«b«R#fi Weis« freigespült wird« Vm d&mmm V®tf£&&r«n <m becchrei« bmn_t 1st mit dem Zueate ⁿAⁿ «ι B«ai»$as«le$!#i& auf solche Vorrlch tungs teil® B*«ug g&mmmm, die für das eigentliche Verfahren verwendet werden„ w8hr«SMl

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die mit "B" versehenen Bezugszeichen Vorrichtungeteile kennzeichnen, die gespült werden·

Das Beschickungsgas passiert ein Ventil 73A und ge» langt in einen Trockner 74A, worauf es in zwei Ströme gespalten wird, deren Mengenverhältnis durch Ventile 75A und 76A vor de« Abkühlen kontrolliert α werden· Die Anteile werden in einem ersten Wärmeaustauscher 77A und einem zweiten Wärmeaustauscher 78A weitgehend kondensiert, worauf die zwei Ströme in der Leitung 79A wieder zusammengeführt werden. Dieser gemeinsame, abgekühlte Beschickungsgasstrom wird durch das Ventil 8OA expandiert, wodurch eine flüssige und eine Dampfphase in der Leitung 8IA bei weitgehend atmosphärischem Druck resultiert· Das Expansionsventil 8OA ist vorzugsweise einstellbar und kann in diesem Fall dazu verwendet wer-

^w den, die Strömungsgeschwindigkeit de» Beschickungegases durch die Vorrichtung zu kontrollieren·

Eine Heizvorrichtung 82A in der Leitung 81A kann zu dem Zweck eingeschaltet werden, die erhaltene Qualität (d.h. das Verhältnis von Flüssigkeit zu Dampfphase) des expandierten Beschickungsgases zu steuern. Damit wird eine weitere Vorrichtung zum

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Kontrollieren des Stickstoffgehaltes des Endprodukt-Gases erforderlich. Diese Heizvorrichtung 82A ist für die Zwecke der Erfindung nicht notwendig aber nützlich, um das Verfahren au steuern..

Der expandierte Zweiphasen-Strom wird darauf durch ein Ventil 83A und in einen Phasenscheider 84 geleitet, in dem wie oben dargelegt Gleichgewicht eingestellt wird· - I

Aus dem Phasenscheider 84 wird der Dampf über eine Leitung 85 abgezogen und zum Abkühlen in dem zweiten Wärmeaustauscher 78A verwendet, worauf er durch ein Ventil 86A abgelassen wird·

Die flüssige Phase in dem Phasenscheider 84 wird über eine Leitung 87 abgeführt und durch eine der Pumpen 88 oder 89 vor dem Durchtritt durch die ₍

Leitung 90 auf einen Druck gespannt, der über den Entnahmedruck liegt. Ober die Leitung 90 wird die flüssige Fraktion dem ersten Wärmeaustauscher 77A zugeführt, in welchem sie den Hauptteil des Beschickungsgases abkühlt· Wie in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 gestattet eine RUckleitung 91 und ein Ventil 92 sine Veränderbare Einstellung des

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Flüssigkeitsstroms durch die Leitung 90 und damit eine Regulierung des Flüssigkeitsspiegels in dem Phasenscheider 84. Die beiden Pumpen 88 und 89 gestatten ein Abziehen der Fraktion ohne Unterbrechung, sind jedoch für die Verwendung des Verfahrens mit doppelten Bauteilen, wie hier beschrieben, nicht notwendig.

Der verdampfte Produkt-Gasstrora gelangt aus dem ersten Wärmeaustauscher 77A durch ein Ventil 93A, eine Rückdruck-Reguliervorrichtung 94 und eine Kühlvorrichtung 16 in die Entnahmeleitung 95.

Der Trockner 74B, die Wärmeaustauscher 77B und 78B und das Expansions-Ventil 6OB werden während des oben beschriebenen Verfahrens gespült und regeneriert. Zum Spülen der B-Bauteile während der Durchführung des Verfahrene in den A-Bauteilen wird ein geringer Strom des Beschickungsgases von dem Trockner 74A durch die Leitung lOOA abgezogen und über ein Ventil 101A, ein Ventil 102B und eine Heisvorrichtung 82B abgeführt, um das angewärmte Beschickungsgas durch das

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Expansions-Ventil 8OB und den ersten und den zweiten Wärmeaustauscher 77B und 78B zu führen und damit feste Stoffe wie in Pig» 1 beschrieben zu entfernen. Während dieses Verfahrens sind die Ventile 93B, 73B₁ 86B, 101B, 1Ό3Β, 83B und 102A geschlossen. Das Ventil 104B ist geöffnet, um das Spülgas und die verflüssigten und verdampften Bestandteile aus Wasser und hochsiedenden Kohlenwasserstoffen aus der Vorrichtung zsu entfernen. Gleichseitig wird ein zusätzlicher kleiner Strom Beschickungsgas aus dem Α-System über die Leitung 106 und das Ventil 107 abgezogen, um für den Trockner 74B einen Rückfluß vorzusehen« Bine nicht dargestellte Heizvorrichtung in dem Trockner 74B er.^rsat das Trocknerbett während der Regenerierung, so daß angesammeltes Wasser und hochsiedende Kohlenwasserstoffe ausgetrieben und durch die Leitung 108B und das Ventil 109B ausgetrieben werden, während das Ventil 109A geschlossen bleibt.

Zu gegebener Zeit werden die Verfahrensschritte umgeschaltet und das A-System in der beschriebenen Weise gespült, während das B-System zur Behandlung des Beschickungsgases verwendet wird. Der Phasen-

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scheider 84 bleibt in Betrieb, unabhängig, welches der zweifach vorhandenen Systeme verwendet wird.

Wie beschrieben, kann sowohl die Zusammensetzung der flüssigen als auch der gasförmigen Produkt-Fraktion innerhalb bestimmter Bereiche kontrolliert werden, indem geringe Veränderungen der Gleichgewichtstemperatur innerhalb des Phasenscheiders 84 vorgenommen werden» Eine Möglichkeit, eine derartige Kontrolle durchzuführen, ist in Figo 1 dargestellt und besteht in dem Vorbeileiten eines Teils der gasförmigen Produkt-Fraktion um den zweiten Wärmeaustauscher. Den gleichen Zweck erfüllen die Heizvorrichtungen 82A und 82B in Fig. 3« Eine dritte und besonders geeignete Art, geringe Veränderungen der Gleichgewichtstemperatur innerhalb des Phasenscheiders 84 vorzunehmen, besteht darin, einen geringen Anteil des relativ warmen Beschickungsgases um den ersten Wärmeaustauscher herumzuleiten und in den abgekühlten Strom oberhalb oder unterhalb des Expansionsventils oder der

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Expansionsventile einzuleiten« Zn der in Figo 3 dargestellten Vorrichtung kann Beschickungsgas über eine Leitung HOA und HOB kontrolliert durch Ventile HlA und HlB umgeleitet werden»

Es sei darauf hingewiesen, daß Instrumente, automatische Kontrollvorrichtungen und andere zusätzliche Ausrüstungen zusammen mit den erfindungsgemäßon Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung au überschreiten ·

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß erfindungsgemäß ein Verfahren zur Reinigung von Kohlenwasserstoff-Gasen geschaffen ist, das es möglich macht, derartige Gase bis au einen» notwendigen Ausraaß zu reinigen und ohne Verwendung von Rektifikations-Säulen oder Kühlung von außen verwertbar und ver- ⁽ äußerbar zu machen. Durch Verflüssigung und Phasentrennung kann der BTü-Wert von Kohlenwasserstoff-Gas mit wesentlichen Anteilen nicht-brennbarer Verunreinigungen auf einen Wert gebracht werden, der für eine wirtschaftliche Verwendung geeignet ist« Dias geschieht in einer·wirkaamen und wirtschaftlichen Weise«

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Claims

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Ansprüche

Iy Verfahren zum Abtrennen relativ flüchtigerer Verunreinigungen von hochgespannten, normalerweise ^ gasförmigen Erdgasmischungen! zur Erzielung einer

ersten kohlenwasserstoffreichen Fraktion und einer «weitenι an Verunreinigungen reichen Fraktion« dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen enthaltende Erdgasmischung im Gegenstrom durch die erste und dl· zweite Fraktion abgekühlt wird, worauf die abgekühlt· NLschung auf einen wesentlich geringeren Druck expandiert und sur Bildung einer kohlenwasserstoffreichen flüssigen Phase und einer an Ver-W unreinlgungen reichen Gasphase bei etwa thermischem QFleichgewicht in einen Phasenscheidar geleitet wird, aus welchem kontinuierlich getrennt· StrCme der kohlenwasserstoffreichen flüssigen Phase al· erste Fraktion und der an Verunreinigungen reichen Gasphase als sweite Fraktion abgezogen werden, worauf mindesten· ein Teil der Fraktionen getrennt und im Oegenstrom mum Wärmeaustausch mit der Verunreinigungen enthaltenden Erdgasmischung verwendet wird·

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekühlte Mischung auf etwa Atmosphären druck expandiert wird·

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fraktion beim Wärmeaustausch mit der Brdgasmischung verdampft wird·

4· Verfahren nach einem der Ansprüche, 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste fraktion vor dem Wärmeaustausch mit der Erdgasmischung auf einen größeren als im Phasenscheider herrschenden Druck gespannt wird.

5. Verfahren nach einest der Ansprüche 1 bis

4. dadurch gekennzeichnet, daß ie wesentlichen die gesamte erste und zweite Fraktion sub Wärmeaustausch la gesamten, sur Abkühlung der Erdgasmischung in dem Wärmeaustauscher angewandten Temperaturbereich verwendet wird·

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß Anteile der Erdgasmischung getrennt im Gegenstroa zu der ersten und

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aweiten Fraktion abgekühlt und so reguliert werden, ^: daß die Temperaturen Jedes dieser Anteile nach dem Wärmeaustausch mit der ersten und zweiten Fraktion in wesentlichen gleich sind, und daß die Temperaturen der ersten und zweiten Fraktion nach dem Gegenstrom-Wfirmeaustausch mit aen getrennten Anteilen der Erdgasmischung im wesentlichen gleich sind·

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen enthaltende Erdgasmischung in getrennten Anteilen im Gegenstrom mit der ersten und zweiten Fraktion abgekühlt wird; und daß die Zusammensetzung der ersten und der zweiten Fraktion im Phasenscheider durch Veränderung der Temperatur gesteuert wird, indem die relativen Anteile der Erdgasmischung so eingestellt werden, daß nach dem Wärmeaustausch eine kleine Temperaturdifferenz zwischen diesen Anteilen erzielt wird·

8· Verfahren nach eine« der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der gasförmigen und der flüssigen Phase in dem Phasenscheider durch Veränderung des Druckes in dem Phasenscheider gesteuert wird·

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9· Verfahren nach eine« der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der gasförmigen und der flüssigen Phase in dem Fbasenscheider durch Veränderung der Temperatur in den Phäsenscheider gesteuert wird·

10· Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in ™

dem Phasenscheider gesteuert wird, indem ein Anteil der Erdgasmischung an den Wärmeaustauscher vorbeigeleitet wird, um den Wärmeaustausch zwischen diesem Anteil und der ersten und zweiten Fraktion zu vermeiden·

11· Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch ge anzeichnet, daß die Temperatur in dem Phasenscheider gesteuert wird, indem eine der <

Fraktionen an dem Wärmeaustauscher vorbeigeleitet wird, um den Wärmeaustausch dieser Fraktion und der Erdgaemischung su vermeiden·

12· Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in dem Phasenscheider gesteuert wird$ indem der abgekühlten Mischung vor dem Einleiten in dan Phaj^nscheider Wärme zugeführt wird«

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der flüssigen Phase in dem Phasenscheider wählbar vorgegeben wird·

14· Vorrichtung zum Abtrennen relativ flüchtigerer Verunreinigungen von hochgespannten, normalerweise gasförmigen Erdgasmischungen, gekennzeichnet durch mindestens einen Wärmeaustauscher (24, 25, 77A, 78A) sum Abkühlen der Erdgasotischung, an dessen Auslaß mindestens ein Ventil (26, 27, 8OA, 8OB, 83Λ, 83B) zum Expandieren der abgekühlten Mischung auf einen niedrigeren Druck vorgesehen ist, und einen anschließend an das Ventil (26, 27, 8OA, 8OB, 83A, 83B) angeordneten Phasenscheider (30, 84) zur Aufnahme der expandierten, abgekühlten Erdgasmischung und zur Erzeugung einer kohlenwasserstoffreichen flüssigen Phase und einer an Verunreinigungen reichen Gasphase in annähernd " thermischen Gleichgewicht, wobei der Phasenscheider (30, 84) derart mit dem Wärmeaustauscher (24, 25, 77A, 78A) verbunden ist, daß eine kohlenwasserstoffreiche flüssige Fraktion abgezogen und durch den Wärmeaustauscher (24, 25, 77A, 78A) im Gegenstrom mit mindestens einem Anteil der Erdgasmischung ge-

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leitet wird, und eine an Verunreinigungen reiche gasförmige Fraktion abgezogen und durch den Wärme-

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austauscher (24, 25, 77Α, 78Λ) Im Gegenstrom ait mindestens einen Anteil der Erdgasmlschüng geleitet wird, während zum Steuern des Durchflusses der Erdgasmischung und der Fraktionen durch den Wärmeaustauscher (24, 25, 77A, 78A) sum Einstellen der Tem* peratur des abgekühlten, aus dem Wärmeaustauscher (24, 25, 77A, 78A) austretenden Erdgesmischung auf einen vorgegebenen, relativ niedrigen Wert und zum Einstellen der Temperaturen der aus dem Wärmeaustauscher (24, 25, 77A, 78A) austretenden Fraktionen auf den gleichen, relativ hohen Wert Ventile (23, 93A,) vorgesehen

15. Vorrichtung tvjch Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrollvorrichtung zum überwachen des Flüssigkeitsspiegels in dem Phasenscheider (30, 84) vorgesehen ist.

16· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ventil sum Einstellen des Durchflusses durch die Vorrichtung vorgesehen 1st.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet₉ daß in das Leitungssystem

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•ret· und zweite Wärmeaustauscher (24, 25, 77A, 78A) eingeschaltet sind, um ein· getrennte Führung von Anteilen der Erdgasmischung heia Abkühlen zu ermöglichen, wobei der Phasenscheider (30, 84) derart mit den Wärmeaustauschern (24, 25, 77A₉ 78A) verbunden ist, daß die kohlenwasserstoff reiche flüssige Fraktion la Oegenetroa mit einen Anteil der Erdgasalschung durch den ersten Wärmeaustauscher (24, 77A) und die an Verunreinigungen reiche gasförmige Fraktion la Gegenstroa mit einem Anteil der Erdgasmischung durch den zweiten Wärmeaustauscher (25, 78A) geleitet wird.

18· Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zweite erste und zweite Wärmeaustauscher (7TB, 78B) und mindestens ein zweites Ventil derart angeordnet sind, daß die Erdgas- »ischung wahlweise durch die «weiten ersten und zweiten Wärmeaustauscher (77B₉ 78B) und des Ventil in den Phasenscheider (84) geleitet werden kann; und daß die flüssige und die gasförmige Fraktion aus dem Phasenschelder (64) abgezogen und im Se gen strom mit der Erdgasmiechung durch den zweiten ersten und zweiten Wärmeaustauscher '(77B, 78B) geleitet werden, während «in Anteil

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der Erdgasmischung vor dem Abkühlen durch das Ventil und den ersten der ersten ttlntteotistausc (77) geleitet wird, un angesanuelte Peststoffe aus diesem su entfernen·

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