DE2709501B2 - Verfahren zur Reinigung von Naturgas mit einem hohen Anteil an sauren Gasen - Google Patents

Verfahren zur Reinigung von Naturgas mit einem hohen Anteil an sauren Gasen

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Description

Naturgas, beispielsweise Erdgas enthält oft beträchtliche Mengen an sauren Gasen, wie hauptsächlich CO2 und HjS. Beispielsweise kann ein an sauren Gasen reiches Naturgas folgende Zusammensetzung haben:
CH4
C2H6
CnH2
N2
CO2
H2S
26,46% Vol.
0,44% Vol.
0.27% Vol.
0.49% Vol.
71,80% Vol.
0,54% Vol.
Selbstverständlich können auch andere Zusammensetzungen, je nach der natürlichen Lagerquelle, aus der das Naturgas entnommen wird, vorliegen.
Die Reinigung von Naturgas von solchen sauren Gasen ist notwendig, um seine Verwendung zu ermöglichen und das Volumen des zu transportierenden Gases zu verringern.
Auch wird Naturgas, das reich an sauren Gasen ist, häufig im Meer weit entfernt von der Küste gefunden, wodurch sich besondere Reinigungsprobleme ergeben. Schließlich kann die Abfuhr von sehr großen Mengen an sauren Gasen in die Atmosphäre zu ernstlichen Luftverschnn 1 (zungsproblemen führen.
Ein Verfahren zur Fintfernung vi/ii Schwefelwasserstoff aus seinen Gemischen mit anderen Gasen wird in der DE-OS 16 67 376 beschrieben. Dabei wird das Ausgangsgemisch mit einem flüssigen Lösungsmittel zur Absorption des Schwefelwasserstoffs in Kontakt gebracht, worauf das Lösungsmittel einer Abstreifzone ϊ zur Abtrennung des Schwefelwasserstoffs zugeführt wird. Bei diesem Verfahren darf das Lösungsmittel kein Kohlendioxid enthalten: falls solches absorbier wurde, muß es in einem eigenen Flashtank aus dem Lösungsmittel entfernt werden. Da das bekannte Verfahren bei relativ geringen Drücken durchgeführt wird, ergibt sich die Notwendigkeit, vor der eigentlichen Behandlung eine Entspannung des unter hohem Druck aus der Erde austretenden Naturgases vorzunehmen. Auch muß das Abstreifen des Lösungsmittels mit Luft erfolgen, wodurch sich weitere Reinigungs- und Feuchtigkeitsprobleme ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines einfach und kostengünstig durchzuführenden Verfahrens zur Reinigung von Naturgas mit einem hohen Anteil an sauren Gasen, das selbst bei einem hohen Kohlendioxidgehalt von über 40% durchgeführt werden kann, wobei die Möglichkeit besteht, bei hohen Drücken, die den Drücken des aus der Erde ausströmenden Naturgases entsprechen, und unabhängig von einer Luftzufuhr zu arbeiten.
Diese Aufgabe wird durch den in den Patentansprüchen beschriebenen Gegenstand der Erfindung gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Naturgas wird es möglich, saure Gase in so einfacher und kostengünstiger Weise zu entfernen, wobei eine Umweltverschmutzung verhindert wird und der Reinigungsarbeitsgang leicht direkt auf einer Meeresplattform durchgeführt werden kann.
Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens )■> gehl man wie folgt vor:
1. Man unterzieht das Naturgas einer Entschwefelung, wobei man die schwefelhaltigen Verbindungen insbesondere H2S. die in dein Gas enthalten sind, mittels eines selektiven Lösungsmittels für sie, vorzugsweise Dipolyglykol-dimethyläther oder Propylencarbonat, absorbiert;
2. man entfernt die Hauptfraktion des CO2. bis zu 20-30% des CO2-Gehalts in dem entschwefelten Gas durch Destillation bei niedrigen Temperaturen (kryogenes Strippen), wobei man die erforderlichen niedrigen Temperaturen durch Verdampfen des flüssigen CO2, das man bei einer derartigen Destillation abtrennt, bei niedrigem Druck erzielt;
3. man regeneriert das selektive Lösungsmittel durch so Abstreifen von den schwefelhaltigen Verbindungen;
4. man verwendet das regenerierte selektive Lösungsmittel zur Absorption des restlichen CO2. das noch in dem von der kryogenen Strippstufe kommenden Naturgas enthalten ist und
5. rezyklisiert das CO2 enthaltende selektive Lösungsmittel aus der vorstehenden Stufe 4 zur Absorptionsstufe I für die schwefelhaltigen Verbindungen.
Man geht vorzugsweise von einem Gas aus. in dem die schwefelhaltigen Verbindungen in einer Konzentralion von 0.1 bis 5 Vol.-% und CO2 in einer Konzentration von mindestens 40 VoI % vorliegen.
Die bei der Entschwefelungsstufe angewendeten Temperaturen liegen im Bereich von 20 bis 10O0C, wohingegen der Druck beispielsweise bei 100 bis 200 kg/cm2 absolut liegt.
Die Niedertemperaturdcstillation führt man bei einer Kolonnenkopftemperatur unter -35° C und unter
einem Druck von 60 bis 80 kg/cm2 absolut durch.
Die Regeneration des selektiven Lösungsmittels kann man in einer üblichen Stripperkolonne bei einer Temperatur von 100 bis 140°C und bei einem Druck von 1 bis 2 kg/cm2 absolut durchführen.
Die endgültige Absorption von CO2 (Stufe 4) führt man bei einer Temperatur von 3 bis 200C und unter einem Druck von 60 bis 80 kg/cm2 absolut durch.
Das selektive Lösungsmittel, das man zur Stufe 1 rezykliriert, hat einen CO2-Gehalt von 9 bis 16% des gesamten in dem natürlichen Gas (im gasförmigen Zustand) zu Beginn der erfindungsgemäßen Behandlung enthaltenen CO2.
Im folgenden wird die Erfindung genauer anhand des in der Zeichnung aufgeführten Diagramms erläutert, das eine besorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Das an sauren Gasen reiche Naturgas erhält man unter einem Druck von 150 kg/cm2 und es wird bei Raumtemperatur durch 1 in die Entschwefelurjskolonne 2 eingeführt
Das Naturgas hat die in dem vorstehenden Teil der Beschreibung angegebene Zusammensetzung.
Die Absorption von H2S führt man unter Anwendung von Polyglykoldimethyläther als Lösungsmittel durch, das man durch 3 einführt.
Das Naturgas wird bis auf 5 Teile pro Million an restlichem H2S entschwefelt, wohingegen das CO2 lediglich teilweise auf einen Restgehalt von 69 Vol.-% absorbiert wird.
Das Lösungsmittel und die darin gelösten Substanzen werden durch 4 entnommen und einer Flashbehandliing unter einem Druck von 75 bis 80 kg/cm2 unterzogen, wobei so eine gasförmige Phase 6 in dem Kollektor 5 abgetrennt wird; diese Phase ist reich an Methan, wird durch den Kompressor 7 komprimiert und über die Leitung8 zur Entschwefelungskolonne 2 zurückgeführt.
Die aus 5 austretende flüssige Phase wird ruich Vorerwärmen durch das erschöpfte Lösungsmittel in 9 durch die Leitung 10 zur Stripperkolonne 11 geführt, aus der man über Kopf durch 12 H2S erhält, das man zum Abbrennen (Umwandlung in SO2 und H2O) leitet, wohingegen man vom Boden her das Lösungsmittel 13 erhält, das man zur Absorption des restlichen COj in die Absorptionskolonne 15 einführt, nachdem man die zur kryogenen Abtrennung von CO2 erforderliche Wärme in 14zugeführt und in 16 auf 5"C abgekühlt hat.
Das entschwefelte Gas, das aus der Kolonne 2 austritt, wird zur Abtrennkolonne 18 (Druck 70 kg/cm2) geführt, nachdem es in 19 durch den kalten Abstrom gekühlt wurde, der aus dem oberen Teil und dem Boden der vorstehend genannten Kolonne 18 entströmt.
Vor dem Eintritt in die Kolonne 18 und nach dem vorstehend erwähnten Kühlen bewirkt man eine isenthalpische Expansion des Gases 17 auf einen Druck von 70 kg/cm2, wodurch man in der Abtrennvorrichtung 21 eine flüssige Phase abtrennt, die man durch die Leitung 22 zu dem unteren Teil in der Kolonne 18 führt und eine gasförmige Phase abtrennt, ö'·". man nach einer weiteren Kühlung in 23 durch Verdampfen von CO2 (das auch eine flüssige Phase bildet) in einen Zwischenabschnitt der Kolonne 18 einführt.
Der flüssige Rückfluß am Kopf der Kolonne 18 wird durch Kondensieren eines Teils der Dämpfe mit verdamptendem CO2 erzielt, wohingegen man flüssiges CO2 als Bodenprodukt erhält, das durch Verdampfen die Kühlung liefert, die zum Rückfluß und zur Kondensation in 23 sowie in 19 benötigt wird.
Das Naturgas 20, das noch CO2 (20-30 Vol.-°/o) enthält, führt man zur Absorptionskolonne 15, wo das CO2 durch das Lösungsmittel 13 absorbiert wird, das in die Kolonne 15 in Gegenstrornbeziehung zu dem in der Nähe des Kolonnenbodens eingespeisten Gas beschickt wird. Das gereinigte Gas entnimmt man durch die Leitung 24. Es ist zur Verwendung und zum Transport durch Schiffe oder Rohrleitungen geeignet. Das CO2 enthaltende Lösungsmittel entnimmt man aus dem Boden der Kolonne 15 und rezyklisiert es über die Leitung 3 in die Kolonne 2. Selbstverständlich kann an jeder1 Punkt der Anlage ein Zusatz an frischem Lösungsmittel oder eine Aufbereitung des Lösungsmittels erfolgen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Reinigung von Naturgas mit einem hohen Anteil an sauren Gasen, bei dem man die in dem Naturgas enthaltenen schwefelhaltigen Verbindungen durch ein dafür selektives Lösungsmittel absorbiert und das selektive Lösungsmittel durch Abstreifen der darin enthaltenen schwefelhaltigen Verbindungen regeneriert, dadurch gekennzeichnet, daß man:
die Hauptfraktion des in dem durch das selektive Lösungsmittel entschwefelten Gas enthaltenen COj durch eine Destillation bei niedriger Temperatur entfernt, wobei man die nötige Kühlung durch Verdampfen des bei dieser Destillation abgetrennten flüssigen CO2 erhält,
das noch in dem Gas enthaltene CO2 mit dem regenerierten Lösungsmittel absorbiert und
das dabei erhaltene, CO2 enthaltende Lösungsmittel zur Absorption der schwefelhaltigen Verbindungen zurückführt.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß man die Destillation bei einer Kolonnenkopftemperatur unicr —35°C durchführt und den Druck bei 60 bis 80 kg/cm2 absolut hält.
3. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß man die Entschwefelung bei Temperaturen von 20 bis IOO°C und Drücken von 100 bis 200 kg/cm2d-i-chführt.
4. Verfahren nach AnsprutS 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Strippvorgang bei einer Temperatur von 100 bis 140°C 1: d bei einem Druck von I bis 2 kg/cm2durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß man die Absorption von CO2 bei einer Temperatur von 3 bis 20°C und unter einem Druck von 60 bis 80 kg/cm2 absolut durchführt.
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