DE2850018C2 - Verfahren und Aufbereitungsanlage zum Verdichten von Erdgas geringen Druckes mit Hilfe der Druckenergie von Erdgas hohen Druckes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verdichten von Erdgas geringen Druckes mit Hilfe der Druckenergie von Erdgas hohen Druckes sowie auf eine Aufbereitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Im Verlauf der modernen Erdgas-Aufbereitung wird jeweils die Druckenergie des erzeugten Erdgases ausgenutzt. Diese Energie wird zweckmäßig in dem technoiogischen Ablauf allgemein verwendet.

Das rohe Erdgas ist normalerweise »naß« in dem Sinne, daß es eine kondensierte Phase, d. i. eine Flüssigkeitsphase enthält Aus dem rohen Erdgas wird bereits vor der Expansion oder bei der Expansion die kondensierte Phase ausgeschieden. Bei den imkompres· siblen Kondensaten ist die Anwendung einer Kolbenmaschine für die Expansion fast unmöglich. Es wird sogar der Einsatz einer Expansionsturbine beschränkt, weil die durch die Flüssigkeitstropfen verursachte Erosion nur vermindert, nicht aber beseitigt werden kann. Obwohl die sogenannten Schrauben-Expansionsmaschinen in Anwesenheit einer kondensierten Phase betrieben werden können, können sie wirtschaftlich für einen hohen Druck infolge der Zunahme der auftretenden Axialkräfte nicht verwendet werden. Zur Expansion nassen Erdgases hohen Druckes können somit angetriebene Arbeitsmaschinen nur im beschränkten MaQe angewendet werden.

Aus diesen Gründen wurden in den letzten Jahren Gasstrahl-Injektoren entwickelt und verwendet, in

ίο welche das Gas eingesaugt wird, welches aus der aus dem Erdgas ausgeschiedenen Flüssigkeit durch Druckverminderung gewonnen wird. Bei diesem Verfahren wird der aus dem Injektor austretende Gasstrom, der somit ein Gemisch aus dem vom rohen Erdgas

is abgetrennten Gas und dem Gas ist, welches im Fkissigkeitsexpansionsseparator ausgeschieden wurde, in eine Abscheidungseinrichtung geleitet, in welcher sowohl das Kohlenwasserstoffkondensat (Benzin) wie auch die wäßrige Phase abgetrennt werden. Bei den gewöhnlichen Betriebsverhältnissen der Einrichtung enthält die Flüssigkeitsphase eine bedeutende Menge an Methan, Äthan und gegebenenfalls CO₂, die sich in gelöstem Zustand befinden. Diese Komponenten werden bei der Druckabsenkung der Rüssigkeit frei.

Die Zusammensetzung des freigewordenen Gases ist derart, daß das Gas ohne Qualitätsveriust in die Fernleitung eingeführt werden kann. Durch den Gasstrahlinjektor wird das Gas eingesaugt und auf den Druckwert der Fernleitung verdichtet.

Zweck der Erfindung ist daher das Verdichten von Erdgas jeringen Druckes mit Hilfe der Druckenergie von Erdgas hohen Druckes in einfachster und wirtschaftlicher Weise. Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale aus Anspruch 1 bzw. 2 erreicht

Erfindungsgemäß erfolgt die Expansion des Erdgases z. B. mit einem Erdgasdruck von 3,0 MPa vor der Expansion, in einem Wirbelinjektor auf einen höheren Erdgasdruck als 1,0 MPa nach der Expansion oder mit einem Quotienten des Gasdruckes vor und nach der

■to Expansion von mindestens 1,5. In diese»! Wirbelinjektor wird das unter der Einwirkung einer Druckverminderung oder Wärmezufuhr aus der aus dem Erdgas ausgeschiedenen Flüssigkeit freigesetzte Gas und/oder das aus Erdöl abgeschiedene Gas eingeleitet

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Wirbelinjektor verwendet, durch den die Eigenschaften der eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweisenden und entlang einer Schraubenlinienbahn strömenden Gase ausgenützt werden. Bei dem Wir-

behnjektor soll hier nicht der infolge der Wärme entstandene Trenneffekt der wirbelnden Gasströme, sondern der Saugeffekt der Wirbelgasströme ausgenutz: werden.

Bei der Aufbereitung von Erdgas beträgt die Menge

des expandierten rohen Erdgases in der Regel das Vielfache, nämlich das 50—10Ofache, der aus der Aufarbeitung der Flüssigkeit erhaltenen Gasmenge. In der Praxis bedeutet es viel, daß der Wirkungsgrad bei der Anwendung eines Wirbelinjektors sehr günstig ist.

Es werden nämlich zwei Vorgänge verwirklicht und zwar die Umwandlung der Druckenergie des rohen Erdgases und seiner inneren Energie in kinetische Energie (an der Einblasdüse des Wirbelinjektors) und die Umwandlung der kinetischen Energie des wirbelnden Gasstromes in Druckenergie (im Dralldiffusor). wobei die erhaltene Druckverminderung dadurch begünstigt wird, daß der Gasstrom entlang einer Bahn mit kleinem Krümmungsradius geführt wird. Dadurch

wird ein radialer Druckunterschied hervorgerufen, unter dessen Einwirkung die Entspannung gesteigert wird. Auf diese Weise kann die in dem Wirbelinjektor auftretende Erscheinung eines Druckgradienten vorteilhaft im Vorgang der Erdgasaufbereitung ausgenützt werden, und zwar dort, wo der Methan-, Äthan- und gegebenenfalls der Propan-Buthan-Gehalt des aus dem Erdgas ausgeschiedenen Kondensats durch Druckverlainderung und durch Wärmezufuhr ausgetrieben wird. Die Anwendung des Wirbelinjektors in der erfuwlungsgemäßen Weise wird auch dadurch begünstigt, daß das Erdöl und das Erdgas häufig auf der gleichen Lagerstätte vorkommen und somit im gleichen Betrieb aufgearbeitet werden, so daß die bei der Erdölaufbereitung ausgetriebenen Gase geringen Druckes in den Wirbelinjektor eingeleitet und dort vermittels der Druckenergie des Erdgases hohen Druckes verdichtet werden können.

Es ist bekannt, daß das aus gesättigten Flüssigkeiten gelöste Gas mit dem größten Wirkungsgrad ausgetrieben werden kann, wenn der Druck des Gases in mehreren Stufen vermindert und das in den einzelnen Stufen freigewordene Gas jeweils abgeleitet yird. In der Praxis ist jedoch die Anzahl der Stufen dadurch beschränkt daß die Investitionskosten mit der Vergrößerung der Abscheideeinrichtungen und der Kompressoren unverhältnismäßig zunehmen. Daher wird im allgemeinen eine zweistufige Entgasung vorgenommen.

Beim Abtrennen von Öl besteht ein ähnliches Gesetz: bei einem geringeren Druck bleibt weniger gelöstes Gas im Erdöl, gleichzeitig aber kann eine selektivere Trennung durchgeführt werden, weil die Flüchtigkeit der Gemischkomponenten relativ zueinander zunimmt Entsprechend der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Druckverminderung der aus dem Erdgas ausgeschiedenen Flüssigkeit höchstens in fünf Stufen durchgeführt wird und wenigstens das aus der zweiten und dritten Stufe erhaltene Gas in denselben Wirbelinjektor, gegebenenfalls auch in einen zweiten Wirbelinjektor koaxial eingeleitet wird.

Vorzugsweit 5 werden in einen Wirbelinjektor mehrere, jedoch höchstens fünf Gase unterschiedlichen Druckes eingeleitet, und zwar derart daß der Druck der in die Wirbelkammer des Wirbelinjektors eingeleiteten Gase radial von innen nach außen entsprechend dem im Wirbelinjektor vorhandenen radialen Druekgradienten größer wird.

Die Erfindung schafft auch eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Aufbereitungsanlage mit einem Wirbelinjektor, in welchen -,0 stirnseitig zwei oder rnefj-, jedoch höchstens fünf gaseinleitende Rohre hineinragen. Die Rohre sind vorzugsweise konzentrisch zur Wirbelachse angeordnet und haben vorzugsweise die Form von Rotationskörpern.

Ihre axiale Länge innerhalb des Wirbelinjektors, gemessen von dessen Wand, folgt Vorzugswebe dem folgenden Zusammenhang:

ls> U> h> h>. /1,

wobei durch die Rohre mit zunehmend größer werdender Indexzahl entsprechend zugeordnete Gase mit kleiner werdendem Druck eingeleitet werden.

Mit Vorzug werden radial aufeinanderfolgenden Ruhren drallgebende Leitschaufeln angeordnet, die außer zur Strömungslenkung auch zur Versteifung der Rohranordnung dienen.

Die das Erdgas hohen Dr jckes zuführenden Einlauf-

60 düsen sind vorzugsweise an einem Kegelmantel angeordnet, dessen öffnungswinkel größer oder gleich 70" und kleiner oder gleich 90° ist und desssn Achse mit der der Wirbelkammer übereinstimmt. Durch diese Anordnung wird bei der Einführung des Erdgases hohen Drucks die Vergrößerung der axialen Geschwindigkeitskomponente gewährleistet Dadurch vermindert sich der Unterschied zwischen der tangentialen Geschwindigkeit des die Arbeit ausführenden Gases und der des zu beschleunigenden Gases. Dadurch werden die Verluste, die auf einen gerichteten Impulsstrom, d. i. eine Reibung, zwischen den Schichten zurückzuführen sind, verringert oder beseitigt

Es ist vorteilhaft, wenn der eintretende Gasstrom in einem Dralldiffusor zur Drehbewegung gezwungen wird und so in die Wirbelkammer strömt Der Dralldiffusor und/oder Drallkonfusor kann einen äußeren Mantel haben, der aus zwei oder mehreren, exzentrisch angeordneten Zylindermantelsegmenten besteht

Die Erfindung wird anhand der folfr;nden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispieie and der Zeichnung erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Verfahrensschema einer Aufbereitungsanlage gemäß der Erfindung,

F i g. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Wirbelinjektors im Längsschnitt,

Fig.3 eine abgewandelte Ausführungsform des Wirbelinjektors aus F i g. 2,

F i g. 4 einen weiteren Wirbelinjektor .711t als Spiralgehäuse ausgeführtem Austrittsdiffusor im Vertikalschnitt senkrecht zur Achse des Wirbelinjektors und

F i g. 5 den Schnitt V-V aus F i g. 4.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens das rohe Erdgas aus einem Rohr 1 in einen Separator 2 geleitet, in welchem der Wasser- und Benzinteil des Gases separiert werden. Das Wasser wird von dem Wasserraum des Separators 2 durch eine Rohrleitung 13 in eine Reinigungsanlage weitergeleitet.

Mit gestrichelter Linie 14 ist eine Leitung gezeigt, welch-: eine Möglichkeit zur Aufbereitung des Benzins darstellt, bei welcher das rohe Benzin in einen kalten Separator 5 geführt wird.

Das Gas aus dem Separator 2 wird in einen Wärmetauscher 3 geleitet, in welchem das Gas durch aus dem kalten Separator 5 durch ein Rohr 6 zugeführtes trockenes Erdgas abgekühlt wird, das danach durch das Rohr 7 abströmt Aus dem Wärmetauscher 3 wird das nasse Erdgas in die Wirbelkammer des Wirbelinjektors 4 geleitet, in welchem das Gas durch schraubenförmige, tangential angeordnete Düsen — die jedoch auch eine geradlinige Achse h/»bsn können — in den Wirbelinjektor 4 strömt, in welchem es an dessen Wand in eine schraubenlinienförmige Bahn gezwungen wird.

In den Innenraum des horizontalen Wirbelinjektors 4 ragen stirnseitig Saugrohre 10, U hinein, die konzentrisch angeordnet sind. Aus dem Gemisch des in dem Wirbelinjektor 4 expandierten Erdgases und des in ihn eingesaugten Gases wird in dem kalten Separator 5 das Bezin abgetrennt.

Das in dem kalten Separato- 5 abgeschiedene rohe Benzin wird in einen sogenannten Flüssigkeits-Expansions-Separator 8 geleitet. Das darin durch Druckverminderung und gegebenenfalls vermittels Wärme freigewordene Gas wird aus diesem Separator 8 durch das Saugrohr 11 in den Achsenbereich des Wirbelinjek-

tors 4 geleitet, während das teilweise entgaste Benzin in den oberen Raum einer Austreibsäule 9 geleitet wird. Die Austreibsäule 9 wird durch einen Wärmetauscher 15 geheizt. Die Austreibsäule 9 ist im allgemeinen als eine ohne Rückfluß betriebene Rektifiziereinrichtung ausgebildet, deren Druck einen kleineren Wert hat als der des Flüssigkeitsexpansionsseparators 8. Das aus der Austreibsäule 9 ausströmende Gas wird durch das Saugrohr 10 in den Achsenbereich des Wirbelinjektors 4 geleitet. ι ο

Die entgaste Flüssigkeit gelangt aus der Austreibsäule 9 durch die Rohrleitung 12 zu dem Verbraucher. Parallel zu dem Wirbelinjektor 4 ist ein weiterer horizontaler Wirbelinjektor 18 in Betrieb, in welchen durch das Rohr 17 aus Erdöl abgeschiedenes Gas \ί geleitet wird.

Dieses Verfahren ist wirksamer als die bisher bekannten Verfahren, weil mit Hilfe der horizontalen Wirbelinjektoren, 4, 18 ein Kompressionsverhältnis erreicht werden kann, das durch einen Gasstrahlinjek- ->o tor nicht mehr verwirklicht werden kann.

Nach diesem Verfahren ist die Flüssigkeitskonzentration im Gas geringer. Außerdem werden die Herstellungskosten der Anlage durch das Trennen bei kleinem Druck bedeutend geringer, weil eine Einrichtung mit :; kleineren Druckstufen verwendet werden kann.

Aus F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Wirbelinjektors ersichtlich, in dessen Stirnwand zwei konzentrische Saugrohre 10,11 hineinragen. Das Gehäuse 4a des Wibelinjektors hat die Form eines zylindrischen in Rotationskörpers, dessen Durchmesser D1 in der Ebene der Einlaufdüsen 4b gemessen ist. Die Düsen 4b, deren Querschnitt entweder ein Kreis oder ein Viereck oder dergleichen sein kann, sind in einem Abstand 10 vom Ende des Gehäuses gerechnet angeordnet. Die J5 Anzahl der Düsen 4b ist nicht beschränkt. Sie sind zweckmäßigerweise am Umfang des Gehäuses gleichmäßigverteilt.

Das Saugrohr 11 dient zum Einleiten eines Gases, dessen Druck P2 ist. Seine Länge — von der Wand des -»o Gehäuses 4a gemessen, ist IX. Durch das Saugrohr 10 wird ein Gas eingesaugt, dessen Druck PX ist. Dieser Druck P1 ist kleiner als der Druck P2. Das Saugrohr 10 reicht — von der Wand des Gehäuses gemessen — in einer Länge 12 in das Gehäuse 4a hinein, welche größer -»5 ist als die Länge /1 des Saugrohres 11, welches koaxial zum Saugrohr 10 angeordnet ist und dieses umgibt. Zwischen den Saugrohren 10, 11 sind Leitschaufeln 4c angeordnet, durch welche die Koaxialität der Saugrohre 10, 11 gesichert wird und zugleich die Vibration des inneren Saugrohres 10 gedämpft wird. Die Leitschaufeln sind derart ausgebildet, daß das Gas, dessen Druck P2 ist und welches durch das Saugrohr 11 eingeleitet wird, einen Drall erhält, welcher gleichsinnig ist wie der des Gases, das durch die Einlaufdüsen 4b am Umfang des Wirbelraumes eingeleitet wurde.

An dem den offenen Enden der Saugrohre 10, 11 zugewendeten Stirnende der Wirbelkammer 4 ist diese offen und mündet in einen Drall- oder Spiraldiffusor 4c/, welcher mit seiner zentralen, kreisscheibenförmigen Wand 4e, die senkrecht zur Achse des Wirbelinjektors verläuft, die Wirbelkammer abschließt und die Wand 4e in Form eines Schneckengehäuses umläuft.

Während bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der Wirbelraum bis zum Einlauf in den Spiraldiffusor 4d zylindrisch gezeigt ist, erweitert sich der Wirbelraum gemäß F i g. 3 von der Müridungscbcrjc des Saugrcurc-s 11 ab trichterförmig zum Spiraldiffusor 4c/hin stetig, so daß also der Austrittsdurchmesser Dl der Wirbelkammer größer ist als ihr in der Düsenebene gemessener Durchmesser DX. Außerdem ist gemäß Fig. 3 zentral an der Deckelplatte 4eein Umlenkkegel 4/ausgebildet, dessen Spitze der Wirbelkammer zugewendet ist.

Aus den Fig.4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel für den Spiraldiffusor 4d ersichtlich, der in Abwandlung seiner te :tsartigen Form aus den Fig. 2 und 3 einen rechteckigen Strömungsquerschnitt hat. Sein Mantel besteht aus exzentrisch zueinander angeordneten, ineinander übergehenden Halbzylinderschalen.

Die Einlaufdüsen 4b des Wirbelinjektors können in einer zur Längsachse des Wirbelinjektors senkrechten Ebene, oder abweichend davon, zweckmäßig entlang eines Kegelmantels angeordnet sein, dessen Acnse mit der der Wirbelkammer übereinstimmt und dessen halber öffnungswinkel pleich oder größer als 70°. jedoch kleiner oder gleich 90° ist und dessen Spitze dem Spiraldiffusor zugewendet ist.

Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß mit der Druckenergie des expandierenden Erdgases hohen Drucks das Gas, welches unter Einwirkung einer Druckverminderung und Wärmezugabe aus der aus dem Erdgas separierten Flüssigkeit freigeworden ist, auf den Startdruck der Erdgas-Fernleitung verdichtet werden kann. Ebenso kann auch das aus dem Erdöl ausgeschiedene Gas auf diesen Startdrjckwert gebracht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zum Verdichten von Erdgas geringen Druckes mit Hilfe der Di-uckenergie von Erdgas hohen Druckes, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdgas hohen Druckes in einem, gegebenenfalls auch einem zweiten, Wirbelinjektor auf einen Druck von mehr als 1,0 MPa expandiert wird oder mit einem Expansionsverhältnis von wenigstens 1,5 expandiert wird, und daß das Erdgas geringen Druckes, welches durch Druckminderung oder Wärmezufuhr aus einer von dem Rohgasgemisch abgetrennten Flüssigkeit und/oder aus Erdöl abgeschieden wird, koaxial in den Wirbelinjektor eingeleitet wird, wobei die Druckminderung zur Abtrennung der Flüssigkeit aus dem Rohgasgemisch in höchstens fünf Stufen durchgeführt wird und wenigstens das in der zweiten und dritten Stufe freigesetzte Gas in den Wirbelinjektor eingeleitet wird.
2. 2. Aufbererttingsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ mit mehreren, der Abscheidung von Niederdruckgasen geringer unterschiedlicher Drücke durch Druckminderung oder Wärmezufuhr aus einer aus dem Rohgasgemisch ausgeschiedenen Flüssigkeit und/oder aus Erdöl dienenden Separatoren, dadurch gekennzeichnet, daß den Separatoren (8,9) niederdruckgasseitig ein Wirbelinjektor (4), gegebenenfalls auch ein zweiter Wirbelinjektor (18), nachgeschaltet ist, in welchen tangential eine Druckgasleitung zur Einleitung von Erdgas hohen druckes mündet und in welchen axial höchstens fünf koaxiale, mit den Separatoren derart verbundene Saugrohre (10.11) münden, daß jeweils das Niederdruckgas mit dem größeren Druck durch ein Saugrohr mit von der Achse des Wirbelinjektors größerem Radialabstand seiner Saugrohrmündung als die Niederdruckgase demgegenüber geringeren Druckes in den Wirbelinjektor eingeleitet werden, wobei die Mündungsquerschnitte der koaxialen Saugrohre (10, 11), bezogen auf die Achse des Wirbelinjektors, auf gleicher axialer Höhe oder derart axial versetzt angeordnet sind, daß jeweils die radial inneren Saugrohre (10) über die radial äußeren Saugrohre (11) axial vorstehen.