DE1811310A1

DE1811310A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Gasen

Info

Publication number: DE1811310A1
Application number: DE19681811310
Authority: DE
Inventors: Robert Cunningham; Kulperger Robert John
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1967-11-29
Filing date: 1968-11-28
Publication date: 1969-07-10
Also published as: GB1202787A; NL6817148A; BE724734A; FR1595863A

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER '

5 KDLN-IIN Dl NTHAl FITIK-KINTQIN-STIAISI S '

Köln, den 26. November I968 Eg/pz / 257

Union Carbide Corporation, 27o Park Avenue, New York,

N.Y. I00I7

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Gasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Senkung des Wassergehalts eines mit Feuchtigkeit bela- . denen Gases, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Senkung des Wassergehalts von Erdgas oder Naturgas auf Werte, die für den Transport des Gases durch eine Pipeline annehmbar sind. Die Erfindung betrifft ferner die Senkung des Wassergehalts von Luft auf Werte, die für den Gebrauch in Räumen, in denen der Feuchtigkeitsgehalt unter Kontrolle gehalten werden muß, annehmbar sind.

Für die Senkung des Wassergehalts in Erdgas werden zur Zeit verschiedene Systeme verwendet. Das am häufigsten angewendete Verfahren besteht darin, daß man Glykol in einen kontinuierlichen Gasstrom spritzt und das Glykol ständig im Kreislauf führt, wobei es Feuchtigkeit aus de« Gas adsorbiert. Das Glykol muß dann regeneriert werden. Dieses Verfahren ist verhältnismäßig teuer und erfordert ein System mit einer Vielzahl von Pumpen. Ferner unterliegt die für dieses System erforderliche Apparatur häufig der Korrosion.

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Die Senkung des Wassergehaltes durch Adsorption unter Verwendung einer Schicht oder eines Betts eines Molekularsiebs oder eines anderen trocknenden Mittels ist ebenfalls bekannt. Es wurden Systeme vorgeschlagen, mit denen Wasser aus Erdgas in einem kontinuierlichen Verfahren, bei dem zwei mit einem Molekularsieb oder anderem Trockenmittel gefüllte Betten verwendet werden, entfernt werden kann. Durch periodische Umschaltung der Adsorption von einem Bett zum anderen kann jeweils ein Bett regeneriert werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes System, bei dem Molekularsiebe oder andere Trockenmittel zur Entfernung von Wasser aus einem kontinuierlich strömenden Gas verwendet werden. Durch Führung des zur Regenerierung des mit Feuchtigkeit beladenen Betts verwendeten heißen Gases wird ein System erhalten, das wirksamer und zuverlässiger ist als die bekannten Systeme, Ferner wird kein Gas verschwende^, und durch die Einfachheit der Apparaturen wird ein gesteigerter Wirkungsgrad des Betriebes erzielt. Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform, bei der ein Gas von oben nach unten durch beide Betten gerichtet wird, wird eine noch größere Zuverlässigkeit und Einfachheit des Betriebes erreicht.

+) von oben nach unten -

Gegenstand· der Erfindung ist somit ein verbessertes Verfahren zur Senkung des Wassergehalts eines Gases durch gleichzeltige Adsorption und Regenerierung mit abwärtsgerichteter Strömung in einem Doppelbettsystem unter Verwendung eines geeigneten festen Trockenmittels,

Zu den festen Trockenmitteln, die sieh als geeignet erwiesen, gehören zeolithische Molekularsiebe, die eine Porengröße von 5,o bis etwa Io 8 haben.

Die Molekularsiebbetten bestehen aus Zeolithmaterial, das

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Wasser bevorzugt vor gasförmigen Kohlenwasserstoffen adsorbiert. Zahlreiche Materialien dieser Art sind bekannt. Beispiele sind die natürlichen Zeolithe Mordenit, Chabasit, Erionit und Klinoptiolit. Bevorzugt von den synthetischen zeolithischen Molekularsieben, die verwendet werden können, werden die Zeolithe A, D, S, R, X und T, die in der USA-Patentschrift 5 o24 867 beschrieben sind., Es ist zu bemerken, daß die vorstehend genannten natürlichen und synthetischen Materialien eine Porengröße von 3,ο bis Io 8 haben müssen.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Kühlgeschwindigkeit des Gases, das bei einer Ausführungsform der Erfindung aus dem regenerierten Bett austritt, im Vergleich zu einem bekannten System veranschaulicht.

Bei der in Fig. 1 darstellten Anlage sind ein erstes Molekularsieb Bett 1 und ein zweites Molekularsieb Bett 2 parallel geschaltet. Eine Gasleitung 3» die am Eintrittsende mit einer Quelle eines mit Feuchtigkeit beiadenen Gases, zum Beispiel einer (nicht dargestellten) Erdgasbohrung verbunden ist, ist an einen Abscheider 4 für freies Wasser„angeschlossen, der mit einem Austritt 5 für freies Wasser und einem Gasaustritt 6 versehen ist. Der Gasaustritt 6 steht mit der Gaszufünrungsleitung 7 in Verbindung, die sich unterhalb des Abscheiders 4 für freies Wasser in eine primäre Zuführungsleitung 8 und eine sekundäre Zufüh-

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rungsleitung 9 teilt. Die primäre Zuführungsleitung verzweigt sich am Ausströmende. In die beiden Zweige ist je ein primäres Eintrittsventil Io und 11 eingesetzt.

Die sekundäre Zuführungsleitung 9 ist mit einem Erhitzer hintereinander geschaltet. Das Austrittsende der sekundären Zuführungsleitung verzweigt sich.In die beiden Zweige ist je ein sekundäres Eintrittsventil 13 beziehungsweise 14 eingesetzt.

Die Austrittsleitungen 15 und 16 der Betten 1 und 2 führen zu Dreiwegeventilen 17 und 18, die die Austrittsleitungen der Betten mit der Produktgas-Austrittsleitung 19 über die Austrittsleitungen 2o beziehungsweise 21 der Betten oder als Alternative durch die Leitung 22 über die Leitung 24, den Kühler 25 und den Abscheider 23 für freies Wasser verbinden,

Ein mit Feuchtigkeit beladenes Gas, z.B. Erdgas-vom Mundloch der Bohrung, das einen Wassergehalt hat, der die Pipeline-Spezifikation bis loo # Sättigung übersteigt, wird durch die Leitung 3, dem Abscheider 4 für freies Wasser zugeführt, in dem das freie Wasser im Gas abgetrennt und durch den Wasseraustritt 5 abgeführt wird. Das Gas gelangt dann durch den Austritt 6 In die Eintrittsleitung 7, wo es anschließend geteilt und durch die primäre Zuführungsleitung 8 und die sekundäre Zuführungsleitung 9 geführt wird.

Ein (nicht dargestelltes) Regelventil ist in die Leitung 9 eingesetzt und so eingestellt, daß etwa 1 bis Io % des Gases aus der Leitung 7 durch die sekundäre Leitung 9 strömt. Vorzugsweise werden 2 bis 5 % des Gesamtgases durch die Sekundärleitung geführt,

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In der ersten Stufe des Gastrookenverfahrens wird das Gas in der primären Zuführungsleitung 8 von oben naoh unten durch das offene Ausflussventil Io in das Molekularsieb Bett 1 eingeführt, wobei die Ausflussventile 11 und 13 geschlossen sind.

Das MolekularsiebBett 1 besteht aus effektiv wasserfreiem Molekularsiebmaterial eines Typs, der vorstehend beispielsweise als synthetischer Zeolith X bezeichnet wurde, "Effektiv wasserfreies Molekularsiebmaterial" bedeutet, daß der Wassergehalt auf weniger als 8 kg/loo kg Molekularsieb gesenkt ist.

Das Gas aus der primären Zuführungsleitung 8 wird von oben nach unten durch das Molekularsieb-Bett 1 unter einem Druck geführt, der ungefähr dem Druck am Mundloch der Bohrung entspricht oder zwischen dem Druck am Mundloch der Bohrung und dem Pipeline-Druck liegt. Dieser Druck .liegt im Bereich von etwa 7 bis Yj6 a.tu. Das durch das Bett 1 strömende Gas wird stark dehydratisiert und durch die Leitung 15 abgeführt. Die aus dem Gas entfernte Feuchtigkeit wird vom Molekularsiebmaterial im Bett 1 aufgenommen.

Gleichzeitig wird ein geringerer Teil des Gases aus der Leitung 7* normalerweise 2 bis 5 % des gesamten Gases in Leitung 7j durch die sekundäre Leitung 9 in den Erhitzer 12 geführt, wo es auf eine Temperatur von etwa 26o bis j57o° C erhitzt wird. Bevorzugt wird eine Temperatur von etwa J3l6° C. Eine Temperatur unter 26o° G würde die Wirksamkeit des Gases, das zur Spülung des nassen Molekularsiebs auf die nachstehend beschriebene Weise verwendet wird, verschlechtern. Eine Temperatur von etwa yjo° C könnte die Molekularsiebe schädigen»

Das erhitzte Gas, das bei der Temperatur der Gaszuführungs-

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leitung Feuchtigkeit bis zum Sättigungspunkt*¹ enthielt, vermag bei dieser erhöhten Temperatur zusätzliche Feuchtigkeit aufzunehmen. Das erhitzte Gas wird durch das offene Ventil 14 von oben nach unten durch das Molekularsieb-Bett 2 geführt. Wie bereits erwähnt, bleiben die Ventile 11 und IJ geschlossen.

Das Molekularsieb-Bett^enthält Feuchtigkeit, die aus dem nassen Gas adsorbiert wurde, das vorher bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen durch das Bett 2 geführt wurde. Bei der erhöhten Temperatur des Gases aus der Leitung 9 wird diese Feuchtigkeit aufgenommen, da das Wasseraufnahmevermögen des Gases erhöht wird. Hierdurch wird das Bett 2 in einen verhältnismäßig trockenen Zustand überführt. Das mit Wasser im wesentlichen gesättigte Gas wird nach unten durch die Leitung 16 und über das Dreiwegeventil 18 zur Leitung 24 geführt. Dieses Gas wird in der Leitung 24 und im Kühler 25 gekühlt, wodurch die Feuchtigkeit kondensiert wird, und dem Abscheider 25 für freies Wasser zugeführt, wo das freie Wasser entfernt wird. Das mit Feuchtigkeit beladene Gas wird bei einer Temperatur, die wesentlich niedriger ist als die Temperatur des Regenerierungsgases, durch Leitung 22 ausgetragen und mit dem trockenen Gas in der Produktleitung 19 vereinigt.

Durch den Zusatz dieser verhätlnismäßig kleinen^ Menge des mit Feuchtigkeit beladenen Gases zum trockenen Gas aus der Leitung 21 wird ein Gesamtgas,erhalten, dessen Wasserkonzentration innerhalb annehmbarer Grenzen für den Pipeline-Transport liegt. Hierbei wird ein Produkt erhalten, das weniger als o,oooo64 kg Wasser/ftmr enthält, so daß eine Pipeline bei kalter Witterung durch Hydratbildung oder Gefrieren nicht verstopft werden kann.

Das vorstehend beschriebene Verfahren und die beschriebene

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Vorrichtung eignen sich für kontinuierlichen Betrieb über lange Zeiträume. Die Molekularsieb-Betten werden nach einem vorher festgelegten Zeitplan so umgeschaltet, daß das Bett, das erhitzt wird, auf weniger als durchschnittlich 8 kg Wasser/loo kg Molekularsieb regeneriert wird, und das adsorbierende Bett noch kein Produktgas durchgelassen hat, das nach Vermischung mit dem gekühlten Regenerierungsgas mehr als o,oooo64 kg Wasser/Nnr enthält. Die Vollständigkeit der Regenerierung innerhalb des vorher festgelegten Zeitraums wird durch Veränderung der Temperatur und/oder des Anteils des zum Erhitzen verwendeten Gases gesteuert. Wenn das adsorbierende Bett einen Wasserdurchbruch erreicht, äSk

bevor die Regenerierung des anderen Betts vollständig ist, wie vorstehend beschrieben, kann man den Anteil des Regenerierungsgases und/oder die Temperatur über den genannten bevorzugten Bereich erhöhen.

Es ist zu bemerken, daß das Bett 2 sich durch das heiße Spülgas aus der vorherigen Stufe noch bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur befindet. Das verhätnismäßlg kalte Gas aus der Leitung 8 kühlt das Bett schnell auf eine Temperatur, bei der das Bett Feuchtigkeit zu adsorbieren vermag. Der erste kleine Anteil des Gases trifft auf ein

so

heißes Bett, dass nur ein geringer Anteil seiner Feuchtigkeit adsorbiert wird. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung M ist jedoch so ausgebildet, daß dieser geringe Anteil des mit Feuchtigkeit beladenen Gases durch die Austrittsleitung 16 abgeführt und anschließend dem Produkt in Leitung 19 zugemischt werden kann, ohne die Feuchtigkeitskonzentration ' des Gesamtprodukts über die zulässige Grenze zu erhöhen. Es ist zu bemerken, daß während der kurzen Zeit, bevor ein effektiver Teil des heißen Molekularsieb-Betts auf eine wirksame Adsorptionsfcemperatur von etwa 66° C oder weniger gekühlt wird, mit Feuchtigkeit beladenes Gas in die Produktleitung ausgetragen wird. Das Adsorptionsvermögen steigt

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schnell als Folge der ständigen Kühlung durch das eintretende, von oben nach unten strömende Gas.

Das verhältnismäßig trockene Gas aus der Leitung l6 wird durch das Dreiwegeventil 18 in.die Leitung 21 eingeführt, in der es mit dem mit Feuchtigkeit beladenen Spülgas, aus der Leitung 22 vereinigt wird.

Zur gleichen Zelt wird der erhitzte Gasanteil aus der sekundären Zuführungsleitung 9 durch das offene Ventil 1.J von oben nach unten duroh das Molekularsieb Bett 1 geführt. Die Ventile Io und l4 bleiben geschlossen. Eine effektive Menge der in der Stufe eins adsorbierten Feuchtigkeit wird aus dem Bett.l ausgetrieben. Das heiße, mit Feuchtigkeit beladene Gas wird nach unten durch die Leimung 15 und dann durch das Dreiwegeventil If in die Leitung 24 abgeführt, wo es im Kühler 25 auf eine Temperatur unter 5^° C gekühlt und zum Abscheider 23 für freies Wasser geführt wird. Das freie Wasser wird aus dem gekühlten Gas entfernt, und dieses gekühlte, mit Feuchtigkeit beladene Gas wird durch Leitung 22 abgeführt und mit dem trookenen Gas in der Produktleitung 19 vereinigt«

Wenn das Bett 2 Feuchtigkeit bis zu seinem Fassungsvermögen adsorbiert hat, kann die Trocknung duroh Umstellen der Ventile lo, 11, 13 und l4 nach einem bestimmten Zeitplan in der oben beschriebenen Weise fortgesetzt werden.

Es ist festzustellen, daß in der vorstehend beschriebenen Apparatur das Gas sowohl während der Adsorption als auch während der-Regenerierung vorzugsweise von oben nach unten duroh die Betten geführt wird, tito al« Vorte&e der- Erfindung zu verweirkllohen, ist β/β wesentlioh, daß -die (taeetrfftnung während der ■ Regenerierwngeetuf® von. oben aaoh unten ge-. richtet <ie.t»* \ '-.' " .

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Wenn verhältnismäßig heißes Gas von unten nach oben durch ein nasses Molekularsieb-Bett geführt wird, kann eine Schädigung des Molekularsiebs durch Aufkochen eintreten.

Als "Aufkochen" wird der Vorgang bezeichnet, bei dem heißes Gas, das von unten nach oben durch ein nasses Bett strömt, aus dem Bett Wasser desorbiert, das nach oben in einen kühleren Bereich des Betts wandert, wo es kondensiert. 'Es tropft dann zurück in den tieferen heißen Teil des Betts, und seine augenblickliche erneute Verdampfung kann eine Schädigung des Betts verursachen. Durch Vermeidung des Aufkochens ist eine Regenerierung des Betts bei einer hohen

Temperatur möglich, so daß vollständigere Regenerierung φ

sichergestellt ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ferner so konstruiert, daß das heiße regenerierte Molekularsieb zu Beginn der Adsorptionsstufe schnell und wirksam gekühlt wird. Bei bekannten Apparaturen, bei denen das Gas zum Erhitzen eines nassen Molekularsieb-Betts von unten nach oben öder von oben nach unten durch das Bett geführt wurde, erfolgte die Kühlung des Molekularsiebs als Zwischenstufe zwischen der bei hoher Temperatur durchgeführten Regenerierung und der anschließenden Adsorption. Die Kühlung ging langsam vonstatten, da eine kleine Gasmenge zur Kühlung notwendig war, und ein teureres System war erforderlich, um dieses Kühl- ™

gas abzuführen oder es in die Zuführungsleitung zurückzuführen.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist keine gesonderte Kühlstufe erforderlich, die von der anschließenden Adsorption in einem regenerierten Bett getrennt ist. Da bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine große Menge nassen Gases aus der primären Zuführungsleitung 8 von oben nach unten auf das erhitzte Molejkularsieb-Bett unmittelbar nach der Heizstufe trifft, erfolgt die Kühlung des Molekularsieb-

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- Io -

Betts so schnell, daß eine etwaige Verschlechterung des Wirkungsgrades für den hier beschriebenen Zweck unbeachtlich wäre.

Die Vermeidung einer gesonderten Kühlstufe hat den weiteren Vorteil, daß der"Erhitzer 12 so eingestellt werden kann, daß er ohne Unterbrechung eine konstante Temperatur erzeugt, da mit Feuchtigkeit beladenes Gas ständig durch die sekundäre Leitung 9 und dann entweder -zum Molekularsieb-Bett 1 oder 2 nach Bedarf geführt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Erhitzer kleiner sein kann, da nur der verhältnismäßig kleine Anteil des Gases in der Regenerierungsstufe erhitzt werden muß. Ein besonders wirksames System ergibt sich bei der bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Absdti eider für freies Wasser am Austrittsende des Doppelbetts verwendet werden, wodurch die Zahl der im System erforderlichen Ventile verringert wird. Diese und weitere bevorzugte AusfUhrungsformen werden nachstehend in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.

Bei der in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsform sind ein erstes Molekularsieb-Bett lol und ein zweites Molekularsieb-Bett Io2 parallel geschaltet. Eine Gasleitung loj, die am Eintrittsende mit einer Quelle eines mit Feuchtigkeit beladenen Gases, z.B. dem (nicht dargestellten) Mundloch einer Erdgasbohrung verbunden ist, teilt sich in eine primäre Zuführungsleitung Io4 und eine sekundäre Zuführungsleitung Io5. Es ist zu bemerken, daß ein Abscheider für freies Wasser in der gleichen Weise, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, in die Leitung Io3 eingesetzt werden kann. Die primäre Zuführungsleitung Io4 ist am Austrittsende mit einem Dreiwegeventil3d6 verbunden, wodurch sie wahlweise mit der Zuführungsleitung Io7.oder Io8

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der Molekularsieb-Betten verbunden werden kann. Die sekundäre Zuführungsleitung Io5 endet in einem Dreiwegeventil Io9* durch das sie wahlweise mit den zu den Molekularsieb-Betten führenden Eintrittsleitungen I07 oder I08 über die Leitungen Ho beziehungsweise 111 verbunden werden kann. Die sekundäre Leitung Io5 führt durch einen Erhitzer 112. In die Leitung

105 ist ferner ein Durchflussregler 115 eingesetzt, so daß der Anteil des Gases, der durch die sekundäre Leitung Io5 geführt wird, auf den oben genannten gewünschten Prozentsatz des Gesamtgases eingestellt werden kann.

Die Austrittsleitungen 114 und 115 der Molekularsieb-Betten werden in Wärmeaustauschbeziehung durch den Wärmeaustauscher

116 geführt und sind an ihren Austrittsenden mit den Eintrittsleitungen 117 beziehungsweise 118 von Wasserabscheidern verbunden. Die Wasserabscheider 119 und 12a sind mit Wasseraustrittsleitungen 121 und 122 und einer gemeinsamen Wasseraustrittsleitung 125 versehen, die zur Produktaustragleitung 124 führt.

In der ersten Stufe des Verfahrens wird nasses Oas aus der primären Zu-führungsleitung 1q4 -durch das Dreiwegeventil

106 in die Eintrittsleitung Io7 und von dort durch die trockene Molekularsiebsöhioht lol von oben nach unten geführt. Das Wasser im Gas wird durch die Molekularsiebsohicht adsorbiert, und verhältnismäßig trockenesoGas wird dur.oh die Austrittsleitung 114 ausgetragen, durch den Wärmeaustauscher 116 geführt und dann in die Eintrittsleitung

117 zum Wasserabscheider geleitet.. Die Temperatur des getrockneten Gases wird im Wärmeaustauscher auf die nachstehend beschriebene Weise etwa erhöht. Da in diesem Gas kein freies Wasser vorhanden ist, ist der Wasserabscheider topf 119 in dieser Stufe nicht erforderlich. Der Grund für seine Anwesenheit als bevorzugte Anordnung wird aus der nachstehenden Erläuterung des Wirkungsgrades des Ventil-

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systems besser verständlich. Das trockene Gas wird durch den gemeinsamen Gasaustritt 125 und dann durch die Produktentnahmeleitung 124 ausgetragen.

Gleichzeitig wird Gas aus der sekundären Zuführungsleitung Io5 durch den Durchflussregler 113 in den Erhitzer 112 geführt, wo es auf eine Temperatur von 2o4 bis 371° G erhitzt wird. Dieser verhältnismäßig kleine Anteil des erhitzten nassen Gases wird durch das Dreiwegeventil Io9 in die Eintrittsleitung 111 zum Molekularsieb-Bett geführt. Das heiße Gas strömt von oben nach unten durch das Molekularsieb-Bett Io2, das Feuchtigkeit enthält, die in einer vorherigen Adsorptionsstufe adsorbiert worden ist. Die Feuchtigkeit wird durch das heiße Gas aus dem Molekularsieb aufgenommen, wodurch das Molekularsieb regeneriert wird.

Das heiße nasse Gas wird durch die Austrittsleitung 115, durch den Wärmeaustauscher 11β und dann in die Eintrittsleitung 118 zum Wasserabscheider geführt.

Das in die Leitung 113 eintretend® Regenerierungsgas h&t eine Temperatur, die auf etwa 2o4 bis343° σ steigt. Durch die Tatsache, daß diese Leitung In Wärmeaustausohbeziehung mit der Austrittsleitung 1-14 des Molekulareieb-Betts lol geführt wird, In der Gas mit einer Temperatur enthalten ist, die der Austrittstemperatur des Gases aus dem Bett lol entspricht, hat die Temperatur des getroekuaten Gases und des Regenerierungsgases das Bestreben, eich auszugleichen» Da das Volumen des heißen ItegeMriftVungegaeee im Vergleich zu d@m Volumen deö kalten trockenen (feees verhältnismäßig klein ist, wird das Regen^r/lerangsgas wirksam gekühlt, ohne daß ®in wesentlicher Temperaturanetieg im trockenen Ufas ; verursacht wird« "".-"■..'.- " ■ "'" ■ -7

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Der kleine Anteil des gekühlten nassen Regenerierungsgases \wird durch die Leitung 118 in den Wasserabscheider 12o eingeführt, Freies Wasser wird durch den Austritt 122 ausgetragen. Das Gas wird durch den geraeinsamen Austritt 125 abgezogen und mit dem trockenen Gas in der Produktaustrittsleitung 124 vereinigt, wobei ein Produkt erhalten wird, dessen Feuchtigkeitskonzentration in einem Bereich liegt, der für den Pipeline-Transport annehmbar ist.

Im nächsten Zyklus des Verfahrens wird Gas aus der primären Zuführungsleitung Io4 unmittelbar durch das Dreiwegeventil ^ Ιοβ in die Eintrittsleitung Io8 geführt, von der es durch w das getrocknete Molekularsieb-Bett Io2 von oben nach unten strömt. Wie bei der ersten Ausführungsform erläutert, wird verhältnismäßig kaltes Gas aus der Leitung Io8 unmittelbar in das Molekularsieb eingeführt, das durch die vorher vorgenommene Regenerierung noch heiß ist. Das Bett wird schnell gekühlt, wie bereits erläutert, so daß vor der Adsorption keine gesonderte Kühlstufe erforderlich ist. Am Molekularsieb wird Wasser adsorbiert, und das getrocknete Gas wird durch die Austrittsleitung 115 nach unten ausgetragen. Das getrocknete Gas in der Eintrittsleitung 118 zum Wasserabscheider gelangt durch den Wasserabscheider in die gemeinsame Gasaustrittsleitung 123 und dann in die Jt Produktaustragleitung 124.

Gleichzeitig wird Gas aus der sekundären Zuführungsleitung Io5 erhitzt und durch das Dreiwegeventil Io9 in die Eintrittsleitung Ho geführt. Das heiße Gas strömt von oben nach unten durch das Molekularsieb-Bett lol, das Feuchtigkeit aus der Adsorptionsstufe des vorherigen Zyklus enthält. Die Feuchtigkeit wird vom heißen Gas aufgenommen, wodurch die Molekularsiebschicht regeneriert wird.

Das heiße nasse Gas wird durch die Austrittsleitung Il4

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über den Wärmeaustauscher 116, in dem es gekühlt wird, in die Eintrittsleitung 117 zum Wasserabscheider geführt. Das freie Wasser wird durch den Wasseraustritt 121 des Wasserabscheiders 119 aus dem Gas entfernt. Das Gas wird über die gemeinsame Austrittsleitung 123 Mit dem getrockneten Gas vereinigt und anschließend in eine Pipeline eingespeist.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden zwei Abscheider für freies Wasser verwendet, die den Molekularsieb-Betten nachgeschaltet sind. Es wäre-- zwar möglich, nur einen einzigen Wasserabscheider mit geeigneten Verbindungsleitungen und Ventilen zu verwenden, mit denen er an das Molekularsieb-Bett angeschlossen wird, das jeweils regeneriert wird, jedoch wird durch getrennte Wasserabscheider, die mit einer gemeinsamen Gasaustrittsleitung verbunden sind, die Notwendigkeit eines den Molekularsieb-Betten nachgeschalteten Ventilsystems ausgeschaltete

Bei der vorstehend beschriebenen-Vorrichtung wird Einfachheit der Ventilbestückung und Ventilbetätigung berücksichtigt. Beispielsweise kann bei der zweiten Ausführungsform die Anlage kontinuierlich über längere Zeiträume betrieben werden, in—dem ein einziger Schaltmechanismus betätigt wird, der nach jedem.vollendeten, aus Adsorption und Regenerierung bestehenden Zyklus die Dreiwegeventile Io6 und Io9 gleichzeitig betätigt. Wenn das Ventil Io6 zur Eintrittsleitung Io7 der Molekularsiebschicht geöffnet wird, wird das Ventil Io9 zur Eintrittsleitung Io8 der Molekularsiebschicht über die Leitung 111 geöffnet» Wenn dieser Zyklus beendet ist, wird das Ventil Io6 zur Leitung Io8 geöffnet, und gleichzeitig wird das Ventil Io9 zur Leitung Io7 über die Leitung Ho geöffnet. Hierdurch wird nicht nur die Umschaltung der Molekularsiebschiehten von Adsorption auf Regenerierung und umgekehrt vereinfacht, sondern ein solcher einzelner Schaltmechanismus verringert auch die

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Möglichkeit von Druckstössen in den Gasleitungen.

Es leuchtet ein, daß bei der Erstellung einer solchen Vorrichtung am Mundloch einer Erdgasbohrung ein automatischer Betätigungsmechanismus erwünscht ist, der die Molekularsieb-Betten abwechselnd auf Adsorption und Regenerierung schaltet. Einfachheit und erhöhter Wirkungsgrad des Betriebs werden durch eine solche automatische Vorrichtung gewährleistet, die durch den Feuchtigkeitsgehalt oder die Temperatur des Molekularsieb-Betts oder des Oasstroms oder durch eine einfache Zeitschaltvorrichtung für einen einzelnen "Umschaltvorgang" ausgelöst werden kann.

Die graphische Darstellung in Fig. 3 veranschaulicht einen besonderen Vorteil der Erfindung im Zusammenhang mit der Kühlung des regenerierten Molekularsieb-Betts. Wie bereits erwähnt, wird in das Bett, das durch das heiße Spülgas aus der sekundären Leitung regeneriert worden ist, unmittelbar anschließend ein großes Volumen von verhältnismäßig kaltem nassem Gas aus der primären Leitung eingeführt. Während das Bett bei seiner anfänglichen hohen Temperatur wenig oder kein Wasser aus dem kalten*nassen Gas adsorbiert, wird das Bett durch das große Volumen dieses Gases schnell gekühlt und in die Lage versetzt, Feuchtigkeit innerhalb von Sekunden zu adsorbieren, und sein volles AdsorptionsvermÖ-gen wird innerhalb weniger Minuten erreicht.

Wie bereits erwähnt, macht der primäre Strom, der Wasser enthält, das in dieser*kur^zen Zeit nicht adsorbiert wird, einen geringen Prozentsatz des gesamten Gases aus, das kontinuierlich das System durchströmt. Wenn dieser Teil-des mit Feuchtigkeit beladenen Gases zusammen mit dem trockenen Gas aus dem gekühlten Bett mit dem geringen Anteil des Regenerierungsgases aus dem sekundären Strom nach der Kühlung und Wasserabscheidung vereinigt wird, ergi-sbt sich ein Gas,

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dessen durchschnittlicher Gesamtfeuchtigkeitsgehalt innerhalb zulässiger Grenzen für den Transport durch Pipelines liegt, ohne daß die Gefahr des Zufrierens oder der Hydratbildung in der Leitung besteht.

Die graphische Darstellung vergleicht als Beispiel die Zeit, die gemäß der Erfindung erforderlich ist, um ein Bett eines Molekularsiebs von der als Beispiel angenommenen Regenerierungßtemperatur von 288° C auf die als Beispiel angenommene Adsorptionstemperatur von 52° C zu kühlen, mit der Zeit, die erforderlich ist, um ein gleiches Bett in einer Kühlstufe zu kühlen, für die die gleiojtie Gasströmung wie in der Regenerierungsstufe verwendet wird. In beiden Fällen handelt es sich bei den angegebenen Temperaturen um die Temperaturen des Gases, das am Austritt des.Molekularsiebbetts ausgetragen wird.Als Zeit, die zur Erzielung vollständiger Abkühlung dee Betts angegeben wird, gilt die Zeit, die das Gas am'Austritt des Betts braucht, um die . gleiche Temperatur zu erreichen, die das in das Bett eintretende Gas hat.

Bei dem Beispiel, das die Erfindung veranschaulicht, wird ein typischer Gasstrom aus der primären Zuführungsleitung in einer Menge von 11 890 Wgr/ßtd, bei einer Temperatur von 32° O durch ein Bett geleitet, das 34o kg Molekularsieb X enthält, das zu Beginn eine Temperatur von 288° C ... hat. Es 1st ersichtlich, daß die Zelter, die zur vollständigen Kühlung des Betti
1,5 Minuten beträgt*

gen Kühlung des Betts auf 32° C erforderlich ist, ungefthr

Bei .dem Beispiel, bei dem nur ©in geringer Oaeantell«. z*B* das Regenerierungsgas, in. einer geackerten'Kühle tttfe-verwendet wird, wird Gas bei einer Ttemperatur von 52° O in einer Menge von etwa -589 Nnr/ifcd«■ duroh ein gleiches* Mole« tolareieb-Befc't geleitet« Bö 1st-' enslohtlleh» daß die Zeit,"

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die erforderlich ist, um das Bett von der als Beispiel angenommenen Temperat
38 Minuten beträgt.

genommenen Temperatur von 288° C auf 52° C zu kühlen, etwa

Eine vollständige Kühlung des Betts ist zwar nioht erfor-'derlich, damit eine Adsorption stattfindet, jedoch ist ein Vergleich der Zeit, die zum Erreichen einer Temperatur von beispielsweise l6o° C erforderlich 1st, an Hand der Punkte, die in jede Neigung der graphischen Darstellung eingezeichnet sind, kennzeichnend. Im Falle der Neigung, die die Kühlung im Rahmen der Erfindung veranschaulicht und als "Kühlung während der Adsorption" bezeichnet wird, wird diese Temperatur in etwa 0,6 Minuten erreicht. Die Neigung, die als "Kühlung bei der Durchflussmenge des Regenerierungsgases" bezeichnet ist, zeigt, daß diese Temperatur in etwa 35*5 Minuten erreicht wird.

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Claims

Patentanspr ü ehe

Verfahren zur weitgehenden Senkung des Massergehalts

eines mit Feuchtigkeit beladenen Gases, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein mit Feuphtigkeit Geladenes Gas in einen Primärstrom und einen Sekundärstrom unterteilte wobei der Sekundärstrom 1 bis Io Vol»-$> des Gases ausmacht,

b) den Primärstrom durch ein erstes Bett eines im wesentlichen wasserfreien festen Trockenmittels führt und hierdurch den Primärstrom weitgehend dehydratisiert und gleichzeitig den Sekundärstrom durch einen Erhitzer, der den Sekundärstrom erhitzt, und dann von oben nach unten durch ein zweites Bett des Trockenmittels leitet, das mit Wasser beladen ist, und hierdurch das Wasser wirksam aus dem zweiten Bett austreibt,

c) den mit Feuchtigkeit beladenen Sekundärstrom kühlt und das in ihm enthaltene freie Wasser daraus entfernt,

d) den Sekundärstrom mit dem dehydratisieren Primärstrom vereinigt,

e) unmittelbar nach der Austreibung des Wassers einen weiteren Primärstrom des Gases durch das zweite Bett leitet und hierdurch das zweite Bett wirksam kühlt,

f) weiterhin den Primärgasstrom durch das zweite Bett leitet und hierdurch den Primärstrom weitgehend dehydratisiert und gleichzeitig den Sekundärstrom durch einen Erhitzer, der den Sekundärstrom erhitzt, und dann von oben nach unten durch das mit Wasser beladene erste Bett führt und hierdurch das Wasser wirksam aus dem ersten Bett austreibt und

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g) die Stufen c) und d) wiederholt.
2. Verfahren zur weitgehenden Senkung des Wassergehalts eines mit Feuchtigkeit beladenen Gases, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein mit Feuchtigkeit beladenes Gas in einen Primärstrom und einen Sekundärstrom auft-eilt, wobei der Sekundärstrom 2 bis 5VoI.-Jf des Gases ausmacht,

b) den Primärstrom von/unten durch ein erstes Bett eines im wesentlichen wasserfreien zeolithischen Molekularsiebs einer Porengröße von 5,ο bis Io S leitet und hierdurch den Primärstrom weitgehend dehydratisiert <flf und gleichzeitig den Sekundärstrom durch einen Erhitzer, der den Sekundärstrom erhitzt, und dann von

ein
oben nach unten durch mit Wasser beladenes zweites Bett des gleichen mit Wasser beladenen zeolithischen Molekularsiebe leitet und hierdurch das Wasser wirksam aus dem zweiten Bett austreibt,

c) den mit Feuchtigkeit beladenen Sekundärstrom kühlt und hierdurch das darin enthaltene freie Wasser daraus entfernt,

d) den Sekundärstrom mit dem'dehydratisieren Primärstrom vereinigt,

e) unmittelbar nach dem Austreiben des Wassers einen > Primärstrom des Gases durch das zweite Bett leitet und dieses hierdurch wirksam kühlt/'den Primärstrom weiterhin durch das zweite Bett leitet und hierdurch den ersten Strom weitgehend dehydratisiert und gleichzeitig den Sekundärstrom durch einen Erhitzer, der den Sekundärstrom auf eine Temperatur von 2o4 bis 371° C erhitzt, und dann von oben nach unten durch

<' das mit Wasser beladene erste Bett leitet und hierdurch das Wasser wirksam aus dem ersten Bett austreibt und

g) die Stufen c) und d) wiederholt.

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3. Verfahren nach Anspruch 2* dadurch gekennzeichnet, daß als Gas ein Erdgas vom Mundloch einer Bohrung behandelt und der Wassergehalt des Oesamtgases von einem Wert, der die Pipeline-Spezifikation bis loo % Sättigung Überschreitet, auf nicht mehr als o,o6hl g/Npr gesenkt wird. ,, ■
k. Verfahren nach Änppruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet^ daß als Molekularsieb Zeollth A, D, S, R, X oder T verwendet wird.
5. Vorrichtung zur weitgehenden Senkung des Wassergehaltes eines mit Feuchtigkeit beladen«! Oases, gekennzeichnet durch

a) ein Zuführungasystem aus einer Zuführungsleitung (3), die zu einer Quelle des mit Feuchtigkeit Geladenen Oases führt und «loh am Ausströmende in ein· •rate Leitung (8) und eine zweite Leitung (9) verzweigt, ■ .;

b) einen Durchflussregler in der zweiten Leitung (9)^ durch den 1 bis Io Vol.-£ deis Geetamtgases im ZufÜh.° rungsBystem In die zweite Leitung (9) geführt werden,

c) einen in die zweite Leitung (9) geschalteten Erhitzer (12),

d) zwei mit einem festen Trockenmittel gefüllte Betten (l, 2), die am Ausströmende des Zuführungssystems angeschlossen sind,

e) Ventile (lo, 11, 13, 14) im Zuführungssystemzur Änderung der Richtung der Oasströmung aus der ersten Zuführungsleitung (8) zu den Betten (1, 2) des Trookenmittels und zur Änderung der Richtung der Oasströmung aus der zweiten Zuführungsleitung (9) von oben nach unten zu den abwechselnden Betten des Trockenmittel,

f) ein Oasaustrittsystem unterhalb/Betten (h, 2) und

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g) eine Vorrichtung zur Vereinigung der aus jedem Bett (1,2) austretenden Gasströme.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß sie als Trockenmittel ein zeolithisches Molekularsieb enthält, das eine Porengröße von 3 bis Io 2 hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Trockenmittel ein Molekularsieb A, D, S, R, X oder T enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5* 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abscheider (23) für freies Wasser in das Gasaustrittsystem geschaltet ist.
9. Vorrichtung zur weitgehenden Senkung des Wassergehaltes eines Erdgases vom Mundloch einer Bohrung von einem Wert, der die Pipeline-Spezifikationen bis loo % Sättigung übersteigt, auf nicht mehr als o,o64l g/Nm , gekennzeichnet durch

a) ein Zuführungssystem, bestehend aus einer Zuführungsleitung (j), die an das Mundloch einer Erdgasbohrung angeschlossen ist, einen Abscheider (4) für freies

Wasser, der in die Eintrittsleitung (3) geschaltet M

ist, und eine Gasaustrittsleitung aus dem Wasserab-

^ die ,, .

scheider,/sich hinter dem Wasserabscheider (4) in eine erste Leitung (7) und eine zweite Leitung (9) verzweigt,

b) einen Durchflussregler in der zweiten Leitung (9), durch den 2 bis 5 VoI,~# des Gesamtgases im Züführungssystem in die zweite Leitung (9) abgezweigt werden,

c) einen in die zweite Leitung (9) geschalteten Erhitzer (12),

d) zwei Betten (l, 2), die mit einem zeolithischen

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Molekularsieb einer Porengröße von 3*5 bis Io 8 gefüllt und unterhalb des Zuführungssytems miteinander verbunden sind,

e) Ventile,(lo, 11, iy, 14), zur Änderung der Strömungsrichtung des Gases von der ersten Leitung (8) von eben naoh unten in jeweils eines der beiden Betten (l, 2), und zur Änderung der Strömungsrichtung des Gases in der zweiten Leitung (9) von oben nach unten jeweils in das andere Bett . '

f) ein Gasaustrittsystem unterhalb der Betten (l·, 2), g)" eine Kühlvorrichtung (25) im Austrittasystem und h) einen Wasserabscheider (23) für freies Wasser, der hinter der Kühlvorrichtung (25) an das Austrittssystem angeschlossen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß als Abscheider für freies Wasser im Austrittssystem zwei Abscheider (119* 12o) vorhanden sind, die jeweils hinter einem der Betten (lol, Ϊο2) angeschlossen sind und eine gemeinsame Gasaustrittsleitung (I2j5) haben.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder lo, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühler ein Wärmeaustauscher (ll6) vorhanden ist, in dem die Gasaustrittsleitungen (114, 115) aus jedem Bett (lol, Io2) in Wärmeaustauschbeziehung angeordnet sind.

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