DE19808291A1

DE19808291A1 - Verfahren und Anlage zum Beheizen von Regeneratoren bei der Trocknung von Erdgas

Info

Publication number: DE19808291A1
Application number: DE1998108291
Authority: DE
Inventors: Alois Hobler; Volker Herbert; Peter Hoffmann; Peter Luebcke-Hirth
Original assignee: DSD GAS und TANKANLAGENBAU GMB
Current assignee: DSD GAS und TANKANLAGENBAU GMB
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2018-02-28
Also published as: DE19808291C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen mindestens eines Regenerators bei der Trocknung von Erdgas in Absorbern mittels eines absorbierenden Trocknungsmediums aus der Gruppe der mehrwertigen Alkohole, die nach Absorption von Rohgaskomponenten aus der Gruppe Wasser, Aromaten und Aliphaten in den Regeneratoren unter Bildung von Brüdengasen von diesen Rohgaskomponenten befreit werden, wobei die Regeneratoren durch die Abwärme einer Brennkammer beheizt werden.

Ein Erdgaskavernen-Speicher ist in der Regel mit mehreren Erdgas-Trock nungsanlagen ausgestattet, die im wesentlichen jeweils aus einem Vorwärmer, einem Absorber und einem Regenerator bestehen, wobei die Trocknung im Absorber mit mehrwertigen Alkoholen, bevorzugt aus der Gruppe der technischen Glykole wie Mono-, Di- und/oder Triethylenglykol und/oder mit Gemischen dieser dreiwertigen Alkohole durchgeführt wird. Diese Stoffe werden nachfolgend kurz als "Trocknungsmedien" bezeichnet.

Dabei fallen im Absorber neben Wasser auch angereicherte höhere alipha tische und aromatische Kohlenwasserstoffe an, die im Regenerator (auch als "Reboiler" bezeichnet) durch Beheizung wieder ausgetrieben bzw. desorbiert werden und als "Brüdendämpfe" anfallen. Für die Beseitigung der Brüdendämpfe wurden bisher folgende Maßnahmen angewandt:

1. Ungereinigtes Ablassen in die Atmosphäre,
2. Verbrennung in Brennkammern und Verwendung der heißen Abgase als Heißgase zur Beheizung der Regeneratoren mittels Wärmeübertra gung durch Konvektion in Rohrbündeln, die in die Regeneratorbehälter eingebaut sind (bei Neu-Anlagen),
3. Alternativ zur Beheizung der Regeneratoren können die Heißgase zur Aufheizung von Wärmeträgern aus der Gruppe der Thermalöle, der technischen Glykole wie Mono-, Di- und/oder Triethylenglykol und/oder Gemischen dieser Flüssigkeiten mit Wasser und Verwendung der Wärmeträger zur Aufheizung bzw. Beheizung:
- 3a. des Prozeß-Erdgases im Vorwärmer,
- 3b. von Gebäuden,
- 3c. von Kompressor-Stationen.

Die Methode unter Ziffer 1 ist heute wegen der TA-Luft nicht mehr zulässig. Die zuständigen Behörden verpflichten die Betreiber bestehender Anlagen zur Nachrüstung mit einer Brüdengasreinigung mit Wärmenutzung. Dabei wird die Brennkammer-Technologie wegen der Problemlosigkeit der Umsetzung bevorzugt.

Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, bereits vorhandene Trock nungsanlagen so umzurüsten, daß die potentielle Wärmeenergie der Brüdengase in der Trocknungsanlage selbst umgesetzt werden kann, ohne die Funktionsfähigkeit der Beheizung der Regeneratoren durch Gasbren ner zu beeinträchtigen. Im Normalfall ist es nämlich nicht möglich, einen Wärmeaustausch zwischen einem zusätzlichen Wärmeträger und dem Trocknungsmedium, dem mehrwertigen Alkohol, innerhalb der Regene ratoren durchzuführen, da Flammrohre und Konvektionsheizflächen den vorhandenen Platz im Trocknungsmedium bzw. im Trocknungsbereich des Regenerators belegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein gangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem die in den Brüden gasen enthaltene Abfallwärme durch Verbrennung zur zusätzlichen Behei zung der Regeneratoren verwendet werden kann, wobei die bestehende Beheizung mittels Gasbrennern funktionsfähig erhalten bleibt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt dabei erfindungsgemäß dadurch, daß

a) die Brüdengase der Brennkammer zugeführt und in dieser ggf. unter Zusatz von Erdgas zu Brenngasen verbrannt werden, und daß
b) die aus der Verbrennung der Brüdengase gewonnene Abwärme über einen ersten Wärmetauscher einem ersten geschlossenen und mit einem flüssigen Wärmeträger gefüllten Heizkreislaufs der Primärseite eines zweiten Wärmetauschers zugeführt wird, dessen Sekundärseite Teil eines zweiten Heizkreislaufs ist, durch den das Trocknungsme dium zur Regeneration und Freisetzung der Brüdendämpfe durch die Regeneratoren umgewälzt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die gestellte Aufgabe in vol lem Umfange gelöst, d. h., die in den Brüdengasen enthaltene Abfallwärme wird durch Verbrennung zur zusätzlichen Beheizung der Regeneratoren verwendet, wobei die bestehende Beheizung der Regeneratoren mittels Gasbrennern funktionsfähig erhalten bleibt.

Durch die Erfindung ist es insbesondere möglich, bereits vorhandene Trocknungsanlagen so nachzurüsten, daß die potentielle Wärmeenergie der Brüdengase in der Trocknungsanlage selbst umgesetzt werden kann, ohne die Funktionsfähigkeit des Betriebs mit Gasbrennern zu beeinträch tigen. Es ist auch nicht notwendig, in die Regeneratoren zusätzlich zu den bereits vorhandenen Flammrohren und Konvektionsheizflächen weitere Wärmeaustauschflächen einzubauen.

Durch die Beibehaltung der Beheizungsmöglichkeit der Regeneratoren mit eingebauten Gasbrennern und durch die erfindungsgemäße Zusatzbehei zung mit zwei in Reihe geschalteten Heizkreisläufen werden zwei redundan te Heizverfahren mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien gebildet, wodurch die Verfügbarkeit der Erdgastrocknung erhöht wird.

Durch den externen Zwangsumlauf des Heizmediums wird die Tempera turregelung des Heizmediums im Regenerator wesentlich verbessert. Während beim Stande der Technik ein ruhendes Trocknungsmedium vor liegt, in dem Temperaturunterschiede nur durch freie Konvektion ausgegli chen werden können, wird durch den erfindungsgemäßen Zwangsumlauf im zweiten, externen Heizkreislauf das Trocknungsmedium in den Kreislauf mit einbezogen, so daß der Temperaturregelkreis eine sehr viel kürzere Zeitkonstante erhält und Wärmebedarf und Heizungsregelung schneller und besser in Einklang gebracht werden können.

Zum besseren Verständnis dieses Vorteils wird darauf verwiesen, daß ein Erdgas-Kavernenspeicher ein Spitzenlastspeicher mit schnell wechselnden Ausspeicher-Gasmengen ist. Beim Stand der Technik wird der Umlauf des Trocknungsmediums proportional zur Auslager-Gasmenge eingeregelt. Bedingt hierdurch ist der angesprochene Temperatur-Regelkreis sehr träge und reagiert nur spät auf Lastwechsel. Dadurch wird aber die Rege lung der Temperatur des Trocknungsmediums im Regenerator sehr erschwert bzw. verzögert.

Ein weiterer positiver Effekt der Zwangskonvektion ist eine schonendere Aufheizung des Trocknungsmediums durch niedrigere Filmtemperaturen. Eine Schädigung durch thermisches Cracken des Heizmediums wird dadurch erheblich verlangsamt.

Bezüglich der Bedeutung der Verwertung der Abfallwärme der Brüden gase muß man sich vor Augen halten, daß der Wärmebedarf der Regene ratoren von normalerweise bis zu 700 kW zu 100% über die Abfallwärme gedeckt werden kann, da der Wärmeinhalt der Brüdengase im allgemei nen den Wärmebedarf der Regeneratoren übersteigt.

Der geschlossene Kreislauf besteht lediglich aus einer Umwälzpumpe für den Wärmeträger, einem zusätzlichen Wärmetauscher zwischen dem Wärmeträger und dem Trocknungsmedium sowie aus entsprechenden Rohrleitungen und Verbindungsstücken.

Für das Anfahren der Anlage aus dem Kaltzustand oder bei einem Defizit der Abfallwärme werden die bereits vorhandenen, in die Regeneratoren eingebauten Gasbrenner weiterhin genutzt und sind regelungstechnisch voll integriert.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn im Zuge weiterer Ausgestaltun gen des Erfindungsgegenstandes - entweder einzeln oder in Kombina tion:

- das Trocknungsmedium selbst als flüssiger Wärmeträger in beiden Heizkreisläufen verwendet wird,
- als Wärmeträger im ersten Heizkreislauf mindestens eine Flüssigkeit aus der Gruppe der Thermalöle, der technischen Glykole wie Mono-, Di- und/oder Triethylenglykol und/oder Gemische dieser Flüssigkei ten mit Wasser verwendet wird bzw. werden.
- die Wärmeträger im ersten Heizkreislauf in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und 400°C eingesetzt werden.
- an der Trennstelle zwischen dem Trocknungsmedium und dem Wärmeträger ein Wärmetauscher aus der Gruppe Rohrbündel- oder Plattenwärmetauscher eingesetzt wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zum Beheizen von Regeneratoren bei der Trocknung von Erdgas in Absorbern, die mit mehrwertigen Alko holen befüllbar sind, die nach Absorption von Rohgaskomponenten aus der Gruppe Wasser, Aromaten und Aliphaten in die Regeneratoren über führbar sind, und die durch die Abwärme mindestens einer Brennkammer beheizbar sind.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Anlage erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Regeneratoren über Brüdengasleitungen mit dem Brenner der Brennkammer verbunden sind, und daß
b) die Brennkammer über eine Abgasleitung für die Verbrennungspro dukte der Brüdengase mit einem ersten Wärmetauscher für die Weitergabe der gewonnene Abwärme an einen ersten, geschlossenen und mit einem flüssigen Wärmeträger gefüllten ersten Heizkreislauf verbunden ist, der über die Primärseite eines zweiten Wärmetau schers geführt ist, dessen Sekundärseite Teil eines zweiten Heizkreis laufs ist, der mit dem Regenerator zur Umwälzung und Regeneration des Trocknungsmediums und zur Freisetzung der Brüdendämpfe verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dient insbesondere zu dem Zweck daß die zwei in Reihe geschalteten und mit je einem flüssigen Wärmeträger gefüll ten Heizkreisläufe zur Beheizung der Regeneratoren zusätzlich zu einer bereits vorhandenen Beheizung der Regeneratoren durch Erdgasbrenner vorgesehen sind.

Zwei Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes werden nachfol gend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert, die Fließschemata zeigen:

Gemäß Fig. 1 führen Rohgasleitungen 1a und 1b von einer oder mehre ren Erdgaskavernen zu Vorwärmern 2a und 2b und von dort mittels Leitun gen zu parallelen Trocknungsblöcken B1 und B2, die einzeln oder gemein sam betrieben werden können. Jeder der Blöcke B1 und B2 besteht aus einem Absorber 3a bzw. 3b, und einem zugehörigen Regenerator 4a bzw. 4b, die auch als "Reboiler" bezeichnet werden. Bezüglich der Prozeßabläu fe in den Absorbern und den Regeneratoren wird auf die obigen Ausfüh rungen verwiesen.

Jenseits der Trocknungsblöcke B1 und B2 werden die Zweigleitungen zu einer gemeinsamen Leitung 5 vereint, durch die jetzt getrocknetes Erdgas einem Netz zugeführt wird.

Ein geringer Teil des getrockneten Erdgases wird über eine Leitung 10, 10c dem Brenner 8 einer Brennkammer 9 herkömmlicher Bauweise zugeführt. Bei Bedarf und in geregelter Menge wird getrocknetes Erdgas über Leitungen 10a und 10b auch den Regeneratoren 4a und 4b zugeführt, die mit nicht gezeigten Erdgasbrennern und Rohrbündeln versehen sind. Die Abgase der Brennkammer 9 und der Regeneratoren 4a und 4b werden über Kamine 15 an die Atmosphäre abgegeben. Diese Beheizungsart durch eingebaute Brenner soll auch beim Erfindungsgegenstand beibehalten werden.

Die in den Regeneratoren 4a und 4b ausgetriebenen Brüdengase werden über Leitungen 11a, 11b und eine gemeinsame Leitung 11 dem Brenner 8 der Brennkammer 9 zugeführt und dienen auf diese Weise zur Erzeugung von Prozeßenergie.

Erfindungsgemäß und zusätzlich ist jetzt den Regeneratoren 4a und 4b je ein indirekter Wärmetauscher 12a und 12b zugeordnet, über deren Sekun därseiten mittels nicht dargestellter Förderpumpen das in den Regenera toren 4a und 4b befindliche Trocknungsmittel aus mehrwertigen Alkoholen in zweiten Heizkreisläufen H2a bzw. H2b geführt wird. Über diese Heiz kreisläufe H2a und H2b wird den Regeneratoren 4a und 4b die benötigte Energie zur Austreibung der im Trockenmedium enthaltenen Komponenten an Wasser und höheren aliphatischen und aromatischen Kohlenwasser stoffen zugeführt.

Diesen zweiten Heizkreisläufen H2a und H2b ist ein gemeinsamer erster Heizkreislauf H1 vorgeschaltet, der durch Abwärme der Brennkammer 9 beheizt wird. Zu diesem Zweck ist ein weiterer Wärmetauscher 13 vorge sehen, über dessen Primärseite 13a mittels einer Abgasleitung 14 ein regelbarer Anteil der Abgase der Brennkammer 9 geführt wird. Diese Abgase werden nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme dem Kamin 15 zugeführt.

Die Sekundärseite des Wärmetauschers 13 ist über Vorlaufleitungen 16, 16a und 16b und Rücklaufleitungen 17a, 17b und 17 mit den Primärseiten der Wärmetauscher 12a und 12b verbunden, wodurch geschlossene Kreisläufe gebildet werden. In diesen wird als Wärmeträger bevorzugt mindestens eine Flüssigkeit aus der Gruppe der Thermalöle, der techni schen Glykole wie Mono-, Di- und/oder Triethylenglykol und/oder Gemi sche dieser Flüssigkeiten mit Wasser verwendet.

Die einzelnen Umschalt- und Regelventile sowie die zugehörigen Steuer- und Regeleinrichtungen sind der Einfachheit halber nicht näher dargestellt, da sich diese aus der Funktionsbeschreibung ergeben.

Durch die Beibehaltung der Beheizungsmöglichkeit der Regeneratoren 4a und 4b mit den Heißgasen der eingebauten und über die Leitungen 10a und 10b mit Erdgas versorgten Brenner und durch die erfindungsgemäße Zusatzbeheizung mit jeweils zwei in Reihe geschalteten Heizkreisläufen H1 und H2a bzw. H1 und H2b werden zwei redundante Heizverfahren mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien gebildet, wodurch die Verfügbarkeit der Erdgastrocknung erhöht und die Zeitkonstante des Regelkreises drastisch verringert wird. Die Anzahl der Trocknungsblöcke B1 und B2 ist nicht auf die dargestellten zwei Trocknungsblöcke beschränkt sondern kann beliebig erweitert werden.

In Fig. 2 ist das Fließschema nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen vollständig enthalten. Die Anlage wurde jedoch mit einem weiteren Trock nungsblock B3 (oder mehreren dieser Trocknungsblöcke) nachgerüstet, der einen Absorber 3c aufweist, der über eine weitere Rohgasleitung 1c und einen weiteren Vorwärmer 2c mit Rohgas, nicht aber mit Brenngas, versorgt wird. Bei dem neu hinzugefügten Regenerator 4c, der mit dem Absorber 3c gleichfalls in Kreislaufverbindung steht (Pfeile), wurde mithin auf den Einbau von Gasbrennern oder anderen Heizeinrichtungen verzich tet, und der primäre Heizkreislauf H1 ist über eine weitere Vorlaufleitung 16c und die Rücklaufleitung 17 unmittelbar mit dem ersten Wärmetauscher 13 verbunden. Die im Regenerator 4c ausgetriebenen Brüdendämpfe wer den über eine Leitung 11c gleichfalls dem Brenner 8 der Brennkammer 9 zugeführt und tragen mithin zur besseren Ausnutzung von "Abfallenergie" bei.

Bezugszeichenliste

1

a Rohgasleitung

1

b Rohgasleitung

1

c Rohgasleitung

2

a Vorwärmer

2

b Vorwärmer

2

c Vorwärmer
B1 Trocknungsblock
B2 Trocknungsblock
B3 Trocknungsblock

3

a Absorber

3

b Absorber

3

c Absorber

4

a Regenerator

4

b Regenerator

4

c Regenerator

5

Leitung

8

Brenner

9

Brennkammer

10

Leitung

10

a Leitung

10

b Leitung

10

c Leitung

11

Leitung

11

a Leitung

11

b Leitung

11

c Leitung

12

a Wärmetauscher

12

b Wärmetauscher
H1 Heizkreislauf
H2a Heizkreislauf
H2b Heizkreislauf

13

Wärmetauscher

13

a Primärseite

14

Abgasleitung

15

Kamin

16

Vorlaufleitung

16

a Vorlaufleitung

16

b Voraufleitung

16

c Voraufleitung

17

Rücklaufleitung

17

a Rücklaufleitung

17

b Rücklaufleitung

17

c Rücklaufleitung

Claims

1. Verfahren zum Beheizen mindestens eines Regenerators (4a, 4b, 4c) bei der Trocknung von Erdgas in Absorbern (3a, 3b, 3c) mittels eines absorbierenden Trocknungsmediums aus der Gruppe der mehrwer tigen Alkohole, die nach Absorption von Rohgaskomponenten aus der Gruppe Wasser, Aromaten und Aliphaten in den Regeneratoren (4a, 4b, 4c) unter Bildung von Brüdengasen von diesen Rohgas komponenten befreit werden, wobei die Regeneratoren (4a, 4b, 4c) durch die Abwärme einer Brennkammer (9) beheizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Brüdengase der Brennkammer (9) zugeführt und in dieser ggf. unter Zusatz von Erdgas zu Brenngasen verbrannt werden, und daß
b) die aus der Verbrennung der Brüdengase gewonnene Abwärme über einen ersten Wärmetauscher (13) einem ersten geschlos senen und mit einem flüssigen Wärmeträger gefüllten Heizkreis lauf (H1) der Primärseite mindestens eines zweiten Wärmetau schers (12a, 12b) zugeführt wird, dessen Sekundärseite Teil eines zweiten Heizkreislaufs (H2a, H2b) ist, durch den das Trocknungsmedium zur Regeneration und Freisetzung der Brüdendämpfe durch die Regeneratoren (4a, 4b, 4c) umgewälzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trock nungsmedium selbst als flüssiger Wärmeträger in mindestens einem der Heizkreisläufe (H1, H2a, H2b) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärme träger im ersten Heizkreislauf (H1) mindestens eine Flüssigkeit aus der Gruppe der Thermalöle, der technischen Glykole wie Mono-, Di- und/oder Triethylenglykol und/oder Gemische dieser Flüssigkeiten mit Wasser verwendet wird bzw. werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rege neratoren (4a, 4b) zusätzlich zu einer bereits vorhandenen Beheizung durch heiße Abgase von in die Regeneratoren (4a, 4b) eingebauten Brennern durch die Heizkreisläufe (H1, H2a, H2b) zwischen der Brennkammer (9) und den Regeneratoren (4a, 4b) beheizt werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträger im ersten Heizkreis lauf (H1) in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und 400°C eingesetzt werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trennstelle zwischen dem Trocknungsmedium und dem Wärmeträger ein Wärmetauscher aus der Gruppe Rohrbündel- oder Plattenwärmetauscher eingesetzt wird.

7. Anlage zum Beheizen von Regeneratoren (4a, 4b, 4c) bei der Trock nung von Erdgas in Absorbern (3a, 3b, 3c), die mit mehrwertigen Alkoholen als Trocknungsmedium befüllbar sind, die nach Absorption von Rohgaskomponenten aus der Gruppe Wasser, Aromaten und Aliphaten in die Regeneratoren (4a, 4b, 4c) überführbar sind, und die durch die Abwärme einer Brennkammer (9) beheizbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Regeneratoren (4a, 4b, 4c) über Brüdengasleitungen (11, 11a, 11b, 11c) mit dem Brenner (8) der Brennkammer (9) verbunden sind, und daß
b) die Brennkammer (9) über eine Abgasleitung (14) für die Ver brennungsprodukte der Brüdengase mit einem ersten Wärme tauscher (13) für die Weitergabe der gewonnenen Abwärme an einen ersten, geschlossenen und mit einem flüssigen Wärme träger gefüllten ersten Heizkreislauf (H1) verbunden ist, der über die Primärseite eines zweiten Wärmetauschers (12a, 12b) geführt ist, dessen Sekundärseite Teil eines zweiten Heizkreislaufs (H2a, H2b) ist, der mit dem Regenerator (4a, 4b) zur Umwälzung und Regeneration des Trocknungsmediums und zur Freisetzung der Brüdendämpfe verbunden ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten und mit je einem flüssigen Wärmeträger gefüllten Heiz kreisläufe (H1, H2a und H1, H2b) zur Beheizung der Regeneratoren (4a, 4b) zusätzlich zu einer bereits vorhandenen Beheizung der Regeneratoren (4a, 4b) durch eingebaute Brenner vorgesehen sind.

9. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Nachrüstung einer vorhandenen Trocknungsanlage, die mindestens einen Trocknungsblock (B1, B2) mit einem eingebauten Brenner besitzt, mindestens ein brennerloser Trocknungsblock (B3) zugeschaltet ist, dessen Regenerator (4c) unmittelbar durch den ersten Heizkreislauf (H1) beheizbar ist.