DE2649967B1

DE2649967B1 - Verfahren zur rekonzentrierung eines wasserhaltigen glykols

Info

Publication number: DE2649967B1
Application number: DE19762649967
Authority: DE
Inventors: Jamil Dr Anwer; Dipl-Ing Sud Kuldip Kumar; Karl Ing Wintrup
Original assignee: Davy Powergas GmbH
Current assignee: Davy Powergas GmbH
Priority date: 1976-10-30
Filing date: 1976-10-30
Publication date: 1978-02-09
Also published as: GB1588339A; FR2369235A1; FR2369235B1; NL7711880A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekonzentrierung eines zur Gastrocknung eingesetzten wasserhaltigen Giykols durch Erhitzen unter Normaldruck oder erhöhtem Druck in einer ersten Stufe und weitere Konzentrierung des in der ersten Stufe teilkonzentrierten Giykols unter einem Druck von weniger als 1 ata in einer zweiten Stufe.

Bei der Trocknung von Gasen, insbesondere von Erdgas, mit einem Glykol wird aus dem Gas Wasserdampf absorbiert, wobei ein wasserhaltiges Glykol anfällt, aus dem das Wasser zwecks Wiederverwendung des Giykols zur Gastrocknung entfernt werden muß. Das wasserhaltige Glykol wird daher im allgemeinen unter Normaldruck erhitzt, wobei der größere Teil des Wassers verdampft und abgetrennt wird und ein konzentriertes, wasserarmes Glykol

erhalten wird, das in die Gastrocknungsstufe zurückgeführt wird. Die Erhitzung des nassen Giykols unter Normaldruck erlaubt keine weitgehende Entwässerung des Giykols, sondern wegen der Begrenzung der Erhitzungstemperatur (bei Triäthylenglykol etwa 210⁰C) nur eine solche bis auf etwa 99,0%. Höhere Erhitzungstemperaturen führen im Dauerbetrieb zu einer teilweisen thermischen Zersetzung des Triäthylenglykols, so daß der Vorteil der höheren Rekonzentrierung durch erhöhte Kosten für den Glykolersatz wieder verlorengeht. Man ist jedoch bestrebt, die Konzentrierung des Giykols noch weiter zu steigern, weil der Feuchtigkeitsgehalt des mit Glykol getrockneten Gases um so geringer ist, je höher das Glykol rekonzentriert wurde.

So ist es beispielsweise möglich, bei Einsatz eines 99,9%igen Triäthylenglykols anstelle eines nur 99%igen Triäthylenglykols und einer Kontakttemperatur mit dem zu trocknenden Gas von 2O⁰C den Taupunkt des Gases von etwa —20⁰C auf etwa -40⁰C zu senken.

Es ist bekannt, die Rekonzentrierung unter Vakuum durchzuführen, weil auf diese Weise unter sonst gleichen Bedinungen ein höherer konzentriertes Glykol als unter Normaldruck erhalten werden kann. Andererseits ist es auch möglich, bei tieferer Temperatur zu regenerieren und so eine Zersetzung des Giykols zu vermeiden. Bei der Glykol-Regenerierung unter Vakuum muß das gesamte aus dem Glykol verdampfte Wasser kondensiert werden, wozu ein großer Kondensator erforderlich ist. Außerdem muß die Vakuumpumpe für die gesamten, im Glykol gelösten unkondensierbaren Gase dimensioniert werden.

Es ist schließlich auch schon eine zweistufige Rekonzentrierung des Giykols bekannt, bei der in der ersten Stufe unter Normaldruck oder etwas erhöhtem Druck thermisch vorkonzentriert und in der zweiten Stufe durch eine Entspannung in einen Unterdruckbehälter eine weitere Konzentrierung erreicht wird (US-PS 28 24 177). Hierbei kann zwar der Kondensator und die Vakuumpumpe entsprechend dem Konzentrierungsschritt in der Vakuumstufe kleiner dimensioniert werden. Das auf diese Weise erhaltene rekonzentrierte Glykol enthält jedoch noch einige zehntel Prozent Wasser und genügt nicht den Anforderungen, die man an den Taupunkt des getrockneten Gases, insbesondere in Gegenden mit kaltem Klima, stellt. Ein weiterer Mangel dieser Arbeitsweise besteht darin, daß das regenerierte Glykol in der Vakuumstufe durch die Entspannung und Verdampfung des Wassers zu weit abkühlt, so daß eine Feinregeneration nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das wasserhaltige verbrauchte Glykol bis auf einen Glykolgehalt von etwa 99,9% zu regenerieren. Dabei soll der apparative Aufwand für die Vakuumhaltung und Brüdenkondensation möglichst gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Rekonzentrierung eines zur Gastrocknung eingesetzten wasserhaltigen Giykols durch Erhitzen unter Normaldruck oder erhöhtem Druck in einer ersten Stufe und weitere Konzentrierung des in der ersten Stufe teilkonzentrierten Giykols unter einem Druck von weniger als 1 ata in einer zweiten Stufe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Glykol in der zweiten Stufe durch Beheizung auf einer Temperatur in dem Bereich von 14O⁰C bis 200° C hält. Durch die erfindungsgemäße Beheizung der zweiten Stufe wird eine Abkühlung des regenerierten Giykols infolge der

ORIGINAL INSPtSCTiED

Entspannung und der Wasser- und Glykolverdampfung vermieden. Eine solche Abkühlung hätte zur Folge, daß das Glykol nicht so weit entwässert werden kann, wie es aufgabengemäß gefordert wird, da der Wassergehalt des siedenden, zu regenerierenden Glykols im Gleichgewicht bei vorgegebenem Druck mit sinkender Temperatur zunimmt. Bei der Erhöhung der Glykolkonzentration in zwei Stufen, wobei zunächst in einer ersten Regenerationsstufe unter Atmosphärendruck oder etwas erhöhtem Druck Wasser abgetrieben wird und anschließend in einer zweiten Stufe in der erfindungsgemäßen Weise eine Feinregeneration erfolgt, braucht die Feinregeneration nur für die in dieser Stufe erfolgende Restaufkonzentrierung dimensioniert zu werden. Die Feinregenerationsstufe erfordert somit nur einen geringen apparativen Aufwand, insbesondere im Hinblick auf die Dimensionierung der Vakuumpumpe und des vorgeschalteten Kondensators, und kann als Zusatz zu bereits bestehenden oder neu zu bauenden einstufigen, unter Normaldruck arbeitenden Anlagen vorgesehen werden. Dabei erfolgt die Konzentrierung in der ersten Stufe von der Eingangskonzentration, die z. B. bei 92 bis 95 Gew.-% Glykol liegt, bis auf ca. 99,0% und in der zweiten Stufe von dieser Konzentration bis auf über 99,95 Gew.-% Glykol. Nach diesem typischen Beispiel werden demnach 85% des abzutreibenden Wassers in der ersten Stufe und nur 15% des Wassers in der zweiten Stufe aus dem Glykol entfernt.

Als Glykol wird vorzugsweise Diäthylenglykol oder Triäthylenglykol, insbesondere Triäthylenglykol, eingesetzt. Bei Einsatz von Triäthylenglykol hält man die Temperatur der zweiten Stufe vorzugsweise in dem Bereich von 175 bis 195° C, beim Einsatz von Diäthylenglykol vorzugsweise in dem Bereich von 160 bis 180⁰C. Bei Einsatz anderer Glykole, wie z. B. Tetraäthylenglykol, wird das regenerierte Glykol in der zweiten Stufe durch Beheizung auf einer Temperatur gehalten, die bei dem gewählten Unterdruck zwischen den Siedetemperaturen des etwa 99%igen und des 100% igen Glykols liegt.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zieht man das rekonzentrierte Glykol aus dem Sumpf der zweiten Stufe ab, erwärmt einen Teilstrom davon in einem Wärmeaustauscher und führt diesen Teilstrom in die zweite Stufe zurück. Durch diese Erwärmung des zirkulierten Teilstromes wird die Temperatur in der zweiten Stufe in dem oben angegebenen Bereich gehalten.

Der erwärmte Teilstrom wird entweder unmittelbar oder nach Vereinigung mit dem von der ersten zur zweiten Stufe strömenden, teilregenerierten Glykol in den Gasraum der zweiten Stufe entspannt.

Vorzugsweise zirkuliert man einen Teil des teilkonzentrierten Glykols aus der ersten Stufe und einen Teil des konzentrierten Glykols aus der zweiten Stufe durch je einen Wärmeaustauscher und beheizt beide Wärmeaustauscher mit demselben Verbrennungsgas. Bei dieser Ausführungsform, die sich insbesondere für größere Anlagen eignet, ist somit für beide Stufen nur ein Verbrennungsofen erforderlich, wobei das Verbrennungsgas zweckmäßigerweise zunächst den von dem teilkonzentrierten Glykol durchflossenen Wärmeaustauscher und dann den von dem konzentrierten Glykol aus der zweiten Stufe durchflossenen Wärmeaustauscher beheizt. Als Brennstoff kann beispielsweise ein Heizgas dienen, etwa getrocknetes Erdgas oder das beim Entspannen des in der Absorptionsstufe anfallenden nassen Glykols freigesetzte Flashgas. Der nicht

durch den Wärmeaustauscher zirkulierte Teil des teilkonzentrierten Glykols wird an die zweite Stufe abgegeben und dort oder auf dem Wege dorthin entspannt, während der andere Teil des konzentrierten Glykols aus der zweiten Stufe nach genügender Abkühlung in die Gastrocknungsstufe zurückgeführt wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt man der zweiten Stufe zur Unterstützung der Wasserentfernung Strippgas zu. Das Strippgas wird zweckmäßigerweise in den Sumpf der zweiten Stufe eingeleitet und im Gegenstom zu dem in diese Stufe eingeführten teilregenerierten Glykol geführt. Durch den bevorzugten Gegenstromkontakt des Strippgases mit dem teilregenerierten Glykol wird der Wasserdampfpartialdruck über dem Glykol durch beschleunigte Abführung des Wasserdampfes auf wirksame Weise gesenkt. Durch diese Gleichgewichtsverschiebung verdampft zusätzliches Wasser aus dem Glykol, wodurch in der flüssigen Phase ein sehr geringer Restwassergehalt zurückbleibt. Diese Technik ist besonders im Gegenstrom sehr wirksam, beispielsweise, wenn das teilregenerierte Glykol oben auf eine Kolonne aufgegeben und das Strippgas in den Sumpf der Kolonne eingeführt werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Strippgaszugabe in der Vakuumstufe wesentlich wirksamer als in der unter Normaldruck oder erhöhtem Druck arbeitenden ersten Stufe ist, d. h. bei gleicher Strippgasbeaufschlagung kann der Wassergehalt des Glykols wesentlich stärker gesenkt werden, wenn das Strippgas nicht der atmosphärischen Regenerationsstufe, sondern der unter Vakuum arbeitenden Regenerationsstufe zugeführt wird. Als Strippgas soll zweckmäßigerweise getrocknetes Erdgas eingesetzt werden, da man das Abgas der zweiten Stufe ohnehin an die Heizgasschiene abgibt. Zweckmäßigerweise beheizt man die zweite Stufe mit vorgewärmtem Strippgas. Im allgemeinen wird jedoch die Beheizung ausschließlich mit warmem Strippgas nicht ausreichen, so daß eine zusätzliche Beheizung, z. B. der obengenannte Wärmeaustausch mit einem Verbrennungsgas, erforderlich ist.

Zweckmäßigerweise nimmt man die Konzentrierung des Glykols in der zweiten Stufe in einer Füllkörperkolonne vor. Die so vergrößerte Grenzfläche zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase, verglichen mit einem Leerturm, begünstigt den Übergang des Wassers in die Gasphase und damit die Geschwindigkeit der Glykolregeneration. Selbstverständlich können auch andere Kolonnen eingesetzt werden, die einen guten Stoffaustausch zwischen flüssiger und gasförmiger Phase gewährleisten.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet man in der zweiten Stufe mit einem Druck in dem Bereich von 0,13 bis 0,66 ata, vorzugsweise von 0,33 bis 0,46 ata. Demgegenüber beträgt der Druck in der ersten Stufe vorzugsweise 1,0 bis 1,3 ata, beispielsweise am Kopf der ersten Stufe 1 ata und im Sumpf der ersten Stufe 1,2 ata.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die aus der zweiten Stufe austretenden, wasserdampfhaltigen Brüden durch Wärmeaustausch abgekühlt und teilweise kondensiert und das Kondensat in die erste Konzentrierungsstufe zurückgeführt. Die Brüden bestehen aus Wasserdampf, Glykoldämpfen sowie restlichen, aus dem teilregenerierten Glykol entbundenen gasförmigen Kohlenwasserstoffen und gegebenenfalls aus dem eingesetzten Strippgas. Aus den Brüden wird entsprechend den

Partialdrucken in Abhängigkeit von dem Betriebsvakuum und der Kondensationstemperatur der größte Teil des Gylkoldampfes und ein Teil des Wasserdampfes kondensiert. Das als Kondensat anfallende Glykol/Wasser-Gemisch wird zusammen mit dem wasserhaltigen ^r> Gtykoi aus der Gastrocknungsstufe in die erste Stufe zurückgegeben, so daß die in der zweiten Stufe verdampfte Glykolmenge nicht verlorengeht. Zweckmäßigerweise gibt man den nichtkondensierten Anteil der Brüden als Heizgas ab, da es sich hierbei im wesentlichen um Kohlenwasserstoff gas handelt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der das Fließbild einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. ι ^r>

Ein zu trocknender Erdgasstrom wird bei 1 einer Absorptionskolonne 2 zugeführt, die im Gegenstrom mit durch Leitung 3 zugeführtem, regeneriertem Glykol beaufschlagt wird. Das getrocknete Erdgas wird am Kopf der Kolonne 2 durch Leitung 4 abgezogen. Die 2» Absorption erfolgt beispielsweise bei 20⁰C unter einem Druck von 38 ata. Das mit Wasser beladene Glykol wird aus dem Sumpf der Absorptionskolonne 2 durch Leitung 5 in einen Entspannungsbehälter 6 abgezogen, in dem es z. B. auf 5 ata entspannt wird. Dabei entweicht 2 > ein Teil der in der Absorptionskolonne 2 aufgenommenen Kohlenwasserstoffgase aus dem feuchten Glykol. Sie werden aus dem Entspannungsbehälter 6 durch die Leitung 7 abgezogen und können als Heizgas weiterverwendet werden. Das feuchte Glykol gelangt jo dann durch Leitung 8, in welcher der Glykolfilter 9 angeordnet ist, und durch den Dephlegmator 10 der ersten Regenerationskolonne 11 zu einem Wärmeaustauscher 12, in dem es mit durch Leitung 13 zugeführtem, regeneriertem Glykol auf etwa 17O⁰C 3^r> vorgewärmt wird.

Das vorgewärmte, feuchte Glykol tritt dann in den mittleren Teil der unter Atmosphärendruck arbeitenden Regenerationskolonne 11 ein, in deren Sumpf eine Temperatur von 175 bis 200⁰C und ein Druck von 1,2 ata und an deren Kopf eine Temperatur von 90 bis 110⁰C und ein Druck von 1 ata herrschen. Der überwiegende Teil des Wassergehaltes des feuchten Glykols wird in der Kolonne 11 abgetrieben und entweicht am Kopf der Kolonne in die Atmosphäre. Zur Temperaturhaltung in der Kolonne 11 wird ein Teil des teilregenerierten Sumpfproduktes durch Leitung 14, in der sich die Pumpe 15 befindet, abgezogen, durch einen in dem Reboiler 16 angeordneten Wärmeaustauscher 17 gefahren und in den Sumpf der Kolonne 11 zurückgelei- so tet. In dem Wärmeaustauscher 17 wird die Temperatur des teilkonzentrierten Glykols beispielsweise von 175° C auf 200⁰C angehoben. Das so erwärmte, teilkonzentrierte Glykol tritt im Sumpf der Kolonne 11 in eine abgeteilte Kammer 11a ein, während der aus dem Sumpf der Kolonne 11 zum Wärmeaustauscher 17 geführte Teilstrom außerhalb dieser Kammer abgezogen wird, so daß eine unmittelbare Vermischung von kälterem und erwärmtem Glykol im Sumpf der Kolonne 11 nicht möglich ist.

Aus dem Sumpf der Regenerationskolonne 11 wird innerhalb der Kammer 11a ein zweiter Teilstrom des teilregenerierten Glykols durch Leitung 18 abgezogen und auf eine unter Vakuum gehaltene Füllkörperkolonne 19 aufgegeben. Die Entspannung von dem in der Kolonne 11 herrschenden Druck auf den in der Kolonne

19 herrschenden Druck erfolgt durch ein in der Leitung 18 befindliches Entspannungsventil (nicht dargestellt) oder durch eine Drossel am Kopf der Kolonne 19. Zugleich wird am Boden der Kolonne 19 durch Leitung

20 eine geringe Menge Strippgas zugeführt. Aus dem Sumpf der Kolonne 19 wird das fertig regenerierte, hochkonzentrierte Gylkol durch Leitung 21 abgezogen und durch Pumpe 22 z. T. durch die Leitung 23, in der ein Wärmeaustauscher 24 angeordnet ist, zurück an die Leitung 18 geführt. Der Wärmeaustauscher 24 ist ebenfalls in dem Reboiler 16 angeordnet, dem durch Leitung 25 Brennstoff, z. B. Heizgas, zugeführt wird. Die Verbrennungsgase verlassen den Reboiler 16 durch den Kamin 26.

Die Vakuumkolonne 19 wird bei der Konzentrierung von Triäthylenglykol beispielsweise unter einem Druck 300 mm Hg und einer Temperatur von etwa 180 bis 200⁰C gefahren. Der durch die Leitung 23 zirkulierte Teilstrom wird in dem Wärmeaustauscher 24 von 180⁰C auf etwa 200⁰C erwärmt. Das in der Kolonne 19 entspannte Glykol gibt infolge der Entspannung und der Berührung mit dem Strippgas fast das gesamte noch enthaltene Wasser an die Gasphase ab, wobei auch ein geringer Teil des Glykols verdampft. Das durch Leitung

21 abgezogene regenerierte Glykol ist für eine erneute Aufgabe auf die Absorptionskolonne 2 geeignet und wird durch Leitung 13 in den Wärmeaustauscher 12 geführt, wo es seine Wärme wenigstens teilweise an das der Regenerationskolonne 11 zuströmende wässrige Glykol abgibt. Es gelangt dann in die Pumpvorlage 27, aus der es durch Leitung 3 mittels Pumpe 28 auf die Kolonne 2 zurückgepumpt wird.

Die am Kopf der Vakuumkolonne 19 austretenden Brüden gelangen durch Leitung 29 zu dem Dephlegmator 30, in dem der größte Teil der Glykolbrüden und ein Teil des Wasserdampfes kondensieren. Das Kondensat wird in dem Kondensatabscheider 31 gesammelt und aus diesem mit der Pumpe 32 durch die Leitung 33 in die Regenerationskolonne 11 zurückgepumpt. Der nicht kondensierte Anteil der Brüden wird von dem Vakuumgebläse 34 angesaugt und durch Leitung 35 an die Heizgasschiene (nicht dargestellt) abgegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Rekonzentrierung eines zur Gastrocknung eingesetzten wasserhaltigen Giykols durch Erhitzen unter Normaldruck oder erhöhtem Druck in einer ersten Stufe und weitere Konzentrierung des in der ersten Stufe teilkonzentrierten Giykols unter einem Druck von weniger als 1 ata in einer zweiten Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß man das Glykol in der zweiten Stufe durch Beheizung auf einer Temperatur in dem Bereich von 140 bis 200° C hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das rekonzentrierte Glykol aus dem Sumpf der zweiten Stufe abzieht, einen Teilstrom davon in einem Wärmeaustauscher erwärmt und diesen in die zweite Stufe zurückführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des teilkonzentrierten Giykols aus der ersten Stufe und einen Teil des konzentrierten Giykols aus der zweiten Stufe durch je einen Wärmeaustauscher zirkuliert und beide Wärmeaustauscher mit demselben Verbrennungsgas beheizt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man der zweiten Stufe zur Unterstützung der Wasserentfernung Strippgas zuführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite Stufe mit vorgewärmtem Strippgas beheizt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentrierung des Giykols in der zweiten Stufe in einer Füllkörperkolonne vornimmt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in der zweiten Stufe mit einem Druck in dem Bereich von 0,13 bis 0,66 ata, vorzugsweise von 0,33 bis 0,46 ata, arbeitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der zweiten Stufe austretenden wasserdampfhaltigen Brüden durch Wärmeaustausch abkühlt und teilweise kondensiert und das Kondensat in die erste Konzentrierungsstufe zurückführt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den nicht kondensierten Anteil der Brüden als Heizgas abgibt.