DE2310298B2

DE2310298B2 - Verfahren zum Zerlegen von Erdgas

Info

Publication number: DE2310298B2
Application number: DE2310298A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Dr. 8000 Muenchen Becker
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1973-03-01
Publication date: 1978-08-24
Also published as: JPS5046602A; DE2310298A1; FR2219919B1; FR2219919A1; ES423756A1; DE2310298C3; NL7402821A; BE811744A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung einer Methan und tiefersiedende Komponenten enthaltenden Fraktion überkritischen Druckes aus, Methan und die tiefersiedenden Komponenten sowie Äthan und höhersiedende Komponenten enthaltendem Erdgas, wobei das Erdgas mit einem Sorptionsmittel in Berührung gebracht wird, welches vorzugsweise Äthan und höhersiedende Komponente an sich bindet, und das beladene Sorptionsmittel durch mehrstufige Entspannung regeneriert wird.

Eine gebräuchliche An der Erdgasversorgung besteht darin, daß Erdgas zunächst flüssig in die Nähe des Verbrauchsortes transportiert, dort verdampft, angewärmt und unter dem erforderlichen Förderdruck in ein Erdgasnetz eingespeist wird.

Das Erdgas besteht normalerweise zum größten Teil aus Methan mit geringen Beimengungen tiefersiedender Gase wie Stickstoff und Helium sowie höher siedender Kohlenwasserstoffe wie Äthan, Propan und Butan. Zur Einstellung eines geeigneten Heizwertes des in das Versorgungsnetz einzuspeisenden Erdgases oder auch zur Gewinnung von Rohprodukten, wie beispielsweise Äthan als Ausgangsprodukt von Äthylen, ist es erforderlich, die höhersiedenden Kohlenwasserstoffe aus dem Erdgas abzutrennen.

Hierzu sind bereits eine Reihe von Rektifikationsverfahren bekanntgeworden, bei denen das flüssige Erdgas auf den Druck einer Trennsäule gepumpt und unter diesem Druck rektifiziert wird. Da eine Rektifikation jedoch nur bei Drücken unterhalb des kritischen durchgeführt werden kann, ist es für den Fall, daß der erforderliche Förderdruck des Versorgungsnetzes sehr hoch ist, also z. B. bereits im überkritischen Bereich liegt, erforderlich, die bei der Rektifikation gasförmig anfallende methanreiche Fraktion weiter zu verdichten. Diese Maßnahme ist mit Energieaufwand verbunden und somit teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energiesparendes Verfahren zur Gewinnung einer mit Methan und tiefersiedenden Komponenten angereicherten Fraktion überkritischen Drucks aus einem verflüssigten, Methan und tiefersiedende Komponenten sowie Äthan und höhersiedende Kohlenwasserstoffe enthaltenden Erdgas zu entwickeln,
s Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man flüssiges Erdgas auf mindestens überkritischen Druck verdichtet und vor der Sorption der höhersiedenden Komponenten an dem Sorptionsmittel durch Wärmetausch mit einem oder mehreren Heizmedien auf etwa 220 bis

ίο 240 K anwärmt

Gemäß der Erfindung wird das Erdgas nicht nach, sondern bereits vor der Abtrennung der höhersiedenden Kohlenwasserstoffe auf den erforderlichen hohen Enddruck, der beispielsweise zwischen 70 und 150 bar liegt, gepumpt. Da der Energieaufwand beim Pumpen einer Flüssigkeit niedriger ist als bei der Verdichtung einer entsprechenden Gasmenge, erweist sich diese Maßnahme als energiesparend.

Nachdem das Erdgas auf den erforderlichen Druck gepumpt und angewärmt ist, werden die höhersiedenden Kohlenwasserstoffe durch ein Sorptionsverfahren abgetrennt. Dies kann adsorptiv in einem Adsorbersystem oder absorptiv in einer Waschsäule erfolgen, wobei die hierbei anfallenden Adsorptions- bzw. Lösungswärmen ohne weiteres durch die dem flüssigen Erdgas innewohnende Kälte kompensiert werden können, so daß für die Abtrennung selbst fast keine zusätzliche Energie erforderlich ist.

Die Regenerierung des beladenen Sorptionsmittels erfolgt zweckmäßig durch stufenweise Entspannung des Sorptionsmittels, wobei die nach einer ersten Entspannungsstufe anfallenden, noch tiefsiedende Bestandteile enthaltenden Fraktionen im Wärmeaustausch mit flüssigem Erdgas rückverflüssigt und dem Sorptionsvorgang errteut zugeführt werden.

Die bei einer zweiten Entspannungsstufe anfallenden, im wesentlichen Äthan und höhersiedende Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktionen werden ebenfalls im Wärmeaustausch mit flüssigem Erdgas rückverflüssigt und separaten Speicherbehältern zugeführt, aus denen sie je nach Bedarf, z. B. als Rohprodukte für die petrochemische Industrie oder aber zur Kompensation von Heizwertschwankungen des angelieferten flüssigen Erdgases, herangezogen werden können.

Das Austreiben der nach einer letzten Entspannungsstufe auf nahezu Atmosphärendruck noch von den Sorptionsmitteln gebundenen höhersiedenden Kohlenwasserstoffen erfolgt durch Spülung bzw. durch Abtreiben mit einem Teil der bei der Trennung anfallenden, an Methan und tiefersiedenden Bestandteilen reichen Fraktionen, wobei die bei der Spülung bzw. Abtreibung anfallenden Gasgemische ebenfalls im Wärmeaustausch mit flüssigem Ausgangsprodukt rückverflüssigt, verdichtet und den Sorptionsmitteln zugeführt werden.

Diese Verfahrensweise bringt den Vorteil, daß die Gasverluste des Verfahrens praktisch Null sind, da alle bei der stufenweisen Entspannung anfallenden unreinen Zwischenprodukte ohne zusätzlichen Energieaufwand rückverflüssigt und dem Sorptionsmittel erneut zugeführt werden.

Die Regenerierung der beladenen Sorptionsmittel kann durch zusätzliches Erwärmen noch verbessert oder auch ausschließlich durch Erwärmung durchgeführt werden, während sich die Beladung durch zusätzliche Kühlung verbessern läßt.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbei-

spielen zu entnehmen.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der die Abtrennung der höhersiedenden Kohlenwasserstoffe adsorptiv erfolgt,

Fig.2 eine weitere Ausführungsform, bei der die Abtrennung der höhersiedenden Kohlenwasserstoffe absorptiv erfolgt

Gemäß F i g. 1 wird flüssiges Erdgas, das in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus Methan und einer kleinen Menge Äthan besteht, aus dem Speicherbehälter 1 entnommen, mittels der Pumpe 2 auf etwa 100 bar gepunpt, in den parallelgeschalteten Wärmeaustauschern 3 und 4 im Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten sowie im Wärmeaustauscher 5 im Wärmeaustausch mit einem fremden Heizmedium auf etwa 240 K angewärmt und über das in dieser Schaltphase geöffnete Ventil 6 dem Adsorber 7 zugeführt

Der Adsorber 7, dessen Adsorptionsmittel z. B. aus Aktivkohle besteht, adsorbiert das im Erdgas enthaltene Äthan bevorzugt, so daß über das geöffnete Ventil 10 und die Leitung U nahezu reines Methan abgezogen und nach weiterer Erwärmung auf etwa Umgebungstemperatur im Wärmeaustauscher 12 in ein hier nicht dargestelltes Versorgungsnetz eingespeist werden kann.

Während des Beladens des Adsorbers 7 erfolgt die Regenerierung des diesem parallelgeschalteten Adsorbers 13 durch stufenweise Entspannung mittels des Entspannungsventils 14. Hierbei fällt während einer ersten Entspannungsstufe auf etwa 40 ata eine im wesentlichen aus Methan und Äthan bestehende Fraktion an. Diese wird über das geöffnete Ventil 15 dem Wärmeaustauscher 4 zugeführt, im Wärmeaustausch mit anzuwärmendem Erdgas verflüssigt, mittels einer Pumpe 16 auf etwa 100 bar verdichtet und erneut mit dem Erdgas an der Stelle 17 vermischt.

Eine weitere Entspannungsstufe des Adsorbers 13 auf etwa 2 ata liefert eine im wesentlichen aus Äthan bestehende Fraktion, die über das nunmehr geöffnete Ventil 18 dem Wärmeaustauscher 3 zugeführt, dort im Wärmeaustausch mit anzuwärmendem Erdgas verflüssigt und in einen Speicherbehälter 19 gefördert wird.

Zur Entfernung noch verbliebenen Äthans wird der nach einer dritten Entspannungsstufe nahezu drucklose Adsorber 13 mit einem Teil der aus dem Adsorber 7 durch die Verbindungsleitungen 21, 22 und 23 und die geöffneten Ventile 24,25 und 26 strömenden methanreichen Fraktion, gegebenenfalls nach deren Beheizung im Wärmeaustauscher 20, gespült. Das hierbei anfallende Methan-Äthan-Gemisch wird über das nunmehr wieder geöffnete Ventil 13 dem Wärmeaustauscher 4 zugeführt, dort verflüssigt, mittels der Pumpe 16 auf etwa 100 bar gepumpt und mit dem flüssigen Erdgas an der Stelle 17 erneut vermischt.

Im Unterschied zur Ausführungsform nach F i g. 1 erfolgt nach der in F i g. 2 vorgestellten Ausführungsform die Abtrennung der höhersiedenden Kohlenwasserstoffe aus dem Erdgas absorptiv.

Gemäß Fig.2 wird flüssiges Erdgas aus dem Speichertank 31, das auch in diesem Beispiel im wesentlichen aus Methan und kleineren Mengen Äthan besteht, mittels der Pumpe 32 auf etwa 120 bar gepumpt, in den parallelgeschalteten Wärmeaustauschern 33, 34, 35 und 36 im Wärmeaustausch mit Zerlegungsprodukten und im Wärmeaustauscher 37 im Wärmeaustausch mit einem fremden Heizmedium auf etwa 220 IC angewärmt und dem oberen Teil der Waschsäule 38 zugeführt, um innerhalb der Waschsäule einer Methanolwäsche unterzogen zu werden. Die hierbei am Kopf der Säule anfallende methanreiche Fraktion wird über

ίο Leitung 39 abgezogen und kann nach Anwärmung auf etwa Umgebungstemperatur im Wärmeaustauscher 51 direkt in eine hier nicht dargestellte, unter einem Druck von etwa 100 bar stehende Versorgungsleitung eingespeist werden.

Die Regenerierung des als Sumpf der Waschsäule anfallenden, im wesentlichen mit Athan beladenen Methanols erfolgt ebenfalls durch stufenweise Entspannung. Während der ersten Entspannungsstufe auf etwa 40 ata im Ventil 40 gast im wesentlichen noch gelöstes Methan aus, das aus dem Abscheider 41 abgezogen, im Wärmeaustauscher 33 verflüssigt und mittels der Pumpe

42, gegebenenfalls nach Erwärmung im Wärmetauscher

43, erneut in die Waschsäule 38 gedrückt wird.

Die im Abscheider 41 anfallende, im wesentlichen aus Äthan und Methanol bestehende flüssige Fraktion wird im Ventil 44 einer weiteren Entspannung auf etwa 2 bar unterzogen. Das hierbei gasförmig anfallende Äthan wird aus dem Abscheider 45 abgezogen, im Wärmeaustauscher 34 verflüssigt und einem Speicherbehälter 46 zugeleitet.

Noch in der aus dem Abscheider 45 anfallenden flüssigen Fraktion verbliebene Kohlenwasserstoffe werden nach Entspannung der flüssigen Fraktion im Drosselventil 53 auf etwa Atmosphärendruck im Strippturm 47 mit Hilfe eines Teiles der am Kopf der Säule anfallenden und im Ventil 48 entspannten methanreichen Fraktion aus dem Me* inol ausgestrippt, im Wärmeaustauscher 35 verflüssigt und mittels der Pumpe 49 verdichtet und erneut in die Säule 38 eingespeist.

Von Kohlenwasserstoffen befreites Methanol wird vom unteren Teil des Strippturms 47 abgezogen und nach im Wärmeaustauscher 36 erfolgten Kühlung mittels der Pumpe 50 erneut dem oberen Bereich der Säule 38 zugeführt.

Die Sumpfheizung 52 dient zum Austreiben von gelöstem Methan aus dem Waschmittel. Dadurch ist es möglich, die im Abscheider 41 anfallende Methanmenge beliebig zu vermindern.

Sowohl nach der in F i g. 1 als auch nach der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird die zur Abfuhr der Adsorption- bzw. Lösungswärmen erforderliche Kälte dem flüssigen Erdgas entnommen, so daß für die Trennvorgänge selbst fast keine zusätzliche Energie erforderlich ist.

Das abgetrennte und gespeicherte Äthan kann je nach Bedarf entweder zur Regulierung des Heizwertes des Erdgases oder auch als Rohmaterial für die petrochemische Industrie, z. B. zur Äthylenerzeugung, herangezogen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung einer Methan und tiefersiedende Komponenten enthaltenden Fraktion überkritischen Drucks aus, Methan und die tiefsiedenden Komponenten sowie Äthan und übersiedende Komponenten enthaltendem Erdgas, wobei das Erdgas mit einem Sorptionsmittel in Berührung gebracht wird, welches vorzugsweise Äthan und höhersiedende Komponenten an sich bindet, und das beladene Sorptionsmittel durch mehrstufige Entspannung regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man flüssiges Erdgas auf mindestens überkritischen Druck verdichtet und vor der Sorption der höhersiedenden Komponenten an dem Sorptionsmittel durch Wärmetausch mit einem oder mehreren Heizmedien auf etwa 220 bis 240 K anwärmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Erdgas im Wärmetausch mit den gasförmigen Fraktionen, die sich während der Regenerierung des Sorptionsmittels in den einzelnen Stufen der Entspannung bilden, erwärmt wird.