DE293961C

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Publication number: DE293961C
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Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere der Methanreihe, und bezweckt in erster Linie, das umständliche und kostspielige Gefrierverfahren zu umgehen, das um so weniger verwendbar wird, je größer die zu verarbeitenden Gasmengen werden. Diese Nachteile treten dann besonders auf, wenn es sich um die Verwendung von Erdgas als Ausgangsmaterial handelt.The invention relates to a method for liquefying hydrocarbons, in particular the methane series, and primarily aims to be the cumbersome and costly Bypassing freezing processes, which the larger the size, the less usable it becomes processed gas quantities. These disadvantages occur especially when there is is the use of natural gas as a raw material.

. Gemäß der Erfindung wird das Gefrierverfahren dadurch vermieden, daß das die Kohlenwasserstoffe enthaltende Gasgemisch komprimiert wird, wobei zur Aufnahme der Kompressionswärme eine indifferente Flüssigkeit (z. B. Handelsglukose, Türkischrotöl, Glyzerin, Trimethylenglykol) eingespritzt, wird, und daß nach Trennung dieser Flüssigkeit von dem komprimierten Gasgemisch dessen höher siedende Kohlenwasserstoffe verflüssigt werden, indem die hierzu erforderliche Temperaturerniedrigung durch die zur Expansion gebrachten niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe des komprimierten, Kohlenwasserstoffgemisches herbeigeführt wird. Die Expansion der niedrig siedenden Kohlenwasserstoffe des Gasgemisches erfolgt dabei unter Arbeitsleistung, wodurch ein Teil der dem Gasgemisch durch die Kompression zugeführten Energie unmittelbar in Gestalt von mechanischer Energie wiedergewonnen wird. Das Verfahren hat noch den weiteren Vorteil, daß leicht eine Trennung der verflüssigbaren Kohlenwasserstoffe nach ihren Siedepunkten möglich ist. Eine solche Trennung ist deshalb bedeutsam, weil die niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe, wie Pentane, ein wertvolles Ausgangsmaterial für andere Zwecke, z.B. die Herstellung künstlichen Gummis, ergeben,' während die höher siedenden Kohlenwasserstoffe, wie Benzin oder Gasolin, durch die Ausscheidung der Pentane an Wert gewinnen. Das Verfahren wird hierbei vorteilhaft so geleitet, daß die Kohlenwasserstoffe je nach ihrem Siedepunkt an verschiedenen Stellen der Apparatur einzeln abgezogen werden, indem die expandierten niedrig siedenden Kohlenwasserstoffe zur Verflüssigung der höher siedenden geteilt werden, und zwar derart, daß der kleinere Teil zur Verflüssigung der höher siedenden Kohlenwasserstoffe, der größere Teil zur Verflüssigung der niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe benutzt wird. Außer dem bereits genannten Erdgas kann jedes Gasgemisch als Ausgangsmaterial für das vorliegende Verfahren Verwendung finden, welches die gewünschten verflüssigbaren Kohlenwasserstoffe enthält. Ebenso ist das Verfahren anwendbar auf Erdöl, dessen niedere Kohlenwasserstoffe für die Erfindung dadurch vorbereitet werden, daß sie zuerst vergast werden.. According to the invention, the freezing process is avoided in that the hydrocarbons containing gas mixture is compressed, whereby to absorb the heat of compression an indifferent liquid (e.g. commercial glucose, Turkish red oil, glycerine, Trimethylene glycol) is injected, and that after separation of this liquid liquefies the higher boiling hydrocarbons of the compressed gas mixture by reducing the temperature required for this by the expansion brought lower boiling hydrocarbons of the compressed, hydrocarbon mixture is brought about. The expansion of the low-boiling hydrocarbons of the Gas mixture takes place with work performance, whereby a part of the gas mixture The energy supplied by the compression is directly in the form of mechanical energy Energy is recovered. The method has the further advantage that it is easy a separation of the liquefiable hydrocarbons according to their boiling points is possible is. Such a separation is important because the lower boiling hydrocarbons, such as pentanes, a valuable starting material for other purposes, e.g. the production of artificial rubber, ' while the higher boiling hydrocarbons, such as gasoline or gasoline, by the Precipitation of the pentanes gain in value. The process is advantageously conducted in such a way that that the hydrocarbons, depending on their boiling point, at different points Apparatus can be withdrawn individually by adding the expanded low-boiling hydrocarbons to liquefy the higher boiling point, in such a way that the smaller part to liquefy the higher boiling hydrocarbons, the greater part for liquefying the lower boiling ones Hydrocarbons is used. In addition to the natural gas already mentioned, any gas mixture can be used as the starting material for the Find the present method use, which the desired liquefiable hydrocarbons contains. Likewise, the method is applicable to petroleum, its lower hydrocarbons for the invention thereby be prepared to be gassed first.

Zur Ausführung des Verfahrens kann die in der Zeichnung schematisch dargestellte Apparatur benutzt werden. ■
Es zeigen:The apparatus shown schematically in the drawing can be used to carry out the process. ■
Show it:

Fig. ι eine Anlage im Grundriß,Fig. Ι a plant in plan,

Fig. 2 den Grundriß einer anderen. Ausführungsform. .Fig. 2 is a plan view of another. Embodiment. .

A ist ein Kompressor, der durch Treibriemen B getrieben wird. C C¹ sind Expansionszylinder, deren Kolben mit den entsprechenden Kolben der Kompressionszylinder D D¹ durch eine gemeinschaftliche Kolbenstange verbunden sind. E ist die nach der Entnahmesteile des zu verarbeitenden Gases führende A is a compressor driven by drive belt B. CC ¹ are expansion cylinders, the pistons of which are connected to the corresponding pistons of the compression cylinders DD ¹ by a common piston rod. E is the one leading after the extraction part of the gas to be processed

!5 Rohrleitung.· Hierfür kommen in Betracht z. B. eine gasführende Ölquelle oder sonst eine Erdgasquelle oder ein Gasvorratsbehälter.! 5 Pipeline. · This can be used z. B. a gas-bearing oil well or otherwise a natural gas source or a gas storage container.

Bei der nachfolgenden Erklärung der Zeichnungen ist die Reihenfolge angenommen, in welcher das zu verflüssigende Gas die Apparatur durchströmt, und zwar von dem Augenblick an, wo es in den Behälter F gelangt, der an Rohr E angeschlossen ist. In dem Behälter F werden die Gase einer Vorreinigung unterworfen; sie verlassen ihn oben durch das Rohr G, um zunächst in den Gasmesser M und dann durch Rohr G¹ in den Niederdruckzylinder D einzutreten, wo sie komprimiert werden; dann treten sie durch das punktiert gezeichnete Rohr G² in den Hochdruckzylinder D¹. Im Hochdruckzylinder D¹ werden die Gase so weit komprimiert,^aIs erforderlich ist, um sie in den Zustand zu versetzen, in welchem sie für die weitere Behandlung geeignet sind, und auch, um ihnen die nötige Spannung zu geben,· welche sie befähigt, die übrigen Abteilungen der Apparatur zu durchströmen. In das zu komprimierende Gasgemisch wird eine indifferente, die Kompressionswärme aufnehmende Flüssigkeit, vorzugsweise Glyzerin, eingespritzt. Die Zuführung des Glyzerins erfolgt durch die Rohrleitung L ZA Die komprimierten Gase treten aus dem Hochdruckzylinder D¹ in den Glyzerinabscheider H über; der Eintritt der Gase erfolgt am oberen Ende des Behälters H. Ein Rohr I verbindet den Boden des Abscheiders H mit dem Deckel des Glyzerinbehälters J, so daß das in H abgeschiedene Glyzerin durch den in H vorhandenen Druck durch die Röhre I in den Behälter / gedrückt wird. Vom Boden des Glyzerinbehälters / wird das Glyzerin durch Rohr K dem Rohr L zugeführt, aus welchem es durch die Zweigröhren L¹ mit aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Enddüsen in fein zerstäubtem Zustande in die Kompressionszylinder D D¹ gelangt. Das Rohr L ist auf einem Teil seiner Länge mit einem Kühlmantel N versehen. Eine. Nebenleitung O wird dann benutzt, wenn der Behälter J aus dem Betriebe ausgeschaltet werden soll, um ihn zu reinigen, zu füllen oder zu reparieren. Aus dem oberen Teil des Abscheiders Ii gelangen die komprimierten Kohlenwasserstoffe in den Schlangenrohrkondensator P, der durch die expandierten Gase ge- ⁶S kühlt werden kann, wie weiter unten angegeben wird. Der Zweck des Kondensators P besteht darin, daß er den größeren Teil der Kohlenwasserstoffgase verflüssigen soll. Die Kondensate und die nicht verflüssigten Gase strömen durch Rohr P¹ vom unteren Ende des Kondensators P in den Sammelbehälter Q.In the following explanation of the drawings, the order is assumed in which the gas to be liquefied flows through the apparatus, from the moment it enters the container F, which is connected to tube E. In the container F , the gases are subjected to a pre-cleaning; they leave it at the top through the pipe G to first enter the gas meter M and then through pipe G ¹ into the low-pressure cylinder D , where they are compressed; then they enter the high-pressure cylinder D ¹ through the dotted tube G ² . In the high-pressure cylinder D ¹ , the gases are compressed to the extent necessary to bring them into the state in which they are suitable for further treatment, and also to give them the necessary tension, which enables them to to flow through the remaining departments of the apparatus. An inert liquid, preferably glycerine, which absorbs the heat of compression, is injected into the gas mixture to be compressed. The glycerine is supplied through the pipeline L ZA. The compressed gases pass from the high-pressure cylinder D ¹ into the glycerine separator H ; the entry of the gases at the upper end of the container H. A pipe connects the bottom of the separator I H to the lid of the Glyzerinbehälters J, so that the deposited H in glycerol / pressed by the existing pressure in H I through the tube into the container will. From the bottom of the glycerine container / the glycerine is fed through tube K to tube L , from which it reaches ^{the compression cylinder DD 1} in a finely atomized state through the twin tubes L ¹ with end nozzles not shown in the drawing. The tube L is provided with a cooling jacket N over part of its length. One. Secondary line O is used when the container J is to be taken out of business in order to clean, fill or repair it. The condensed hydrocarbons pass into the coiled tube condenser P from the upper part of the separator II, which can be cooled by the expanded gases overall ⁶ S, as indicated below. The purpose of the condenser P is to liquefy the greater part of the hydrocarbon gases. The condensates and the non-liquefied gases flow through pipe P ¹ from the lower end of the condenser P into the collecting container Q.

Bis hierher stimmt der Arbeitsgang der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anlagen überein ; die weitere Beschreibung gilt zunächst ⁷S der Fig. 1.Up to this point, the operation of the systems shown in FIGS. 1 and 2 is the same; the further description applies initially to ⁷ S of FIG. 1.

Aus dem Behälter Q gelangen die trockenen, nicht kondensierten Gase durch Rohr R in die Expansionszylinder C C¹, wo ihre Spannung in lebendige Kraft umgesetzt wird; sie expandieren in einen Abscheider S, wo namentlich Öl oder etwa vorhandenes Schmiermaterial abgeschieden wird. Die Expansion der Gase und die Umwandlung ihrer Spannung in lebendige Kraft ergeben einen sehr beträchtlichen Temperaturabfall. Die abgekühlten Gase verlassen den Abscheider durch das Rohr S¹. Die im Behälter Q kondensierten Gase werden nahe dem Boden durch Rohr 1 abgezogen und gelangen in einen Kondensator 2, der hier als Destillationsapparat wirkt. Der Kondensator 2 ist ein Oberflächenkondensator, der durch Rohr 3 mit heißem Wasser beschickt wird. Das heiße Wasser verläßt den Kondensator 2 durch Rohr 4. Die Wassertemperatur wird so geregelt, daß die Flüssigkeit auf die gewünschte Temperatur von beispielsweise 6o° C gebracht wird. Derjenige Teil der Flüssigkeit, welcher dabei nicht in dem Kondensator 2 verdampft wird, wird durch das Rohr 5 abgezogen. Die durch diese Behandlung im Kondensator 2 verdampften Gase verlassen den Kondensator durch Rohr 6 und treten von oben her in den Schlangenrohrkondensator 7 ein. Die hier verdichteten Gase treten durch das Rohr 8 am Boden aus, um z. B. in Stahlflaschen abgefüllt zu werden, und zwar unter Bedingungen, welche den Zutritt von atmosphärischer Luft oder Druckerniedrigung ausschließen. Die Kühltemperatur, welche in dem Kondensator 7 — dieser mag kurz als Pentankondensator bezeichnet werden — erforderlich ist, wird ebenso wie diejenige für den Kondensator P, der »Gasolinkondensator« genannt werden mag, durch das System selbst in folgender Weise geliefert. Die nicht verdichteten trockenen Gase, welche noch unter dem Druck des Systems stehen, verlassen den Sammelbehälter Q durch das Rohr 9, das mit Rohr R und auf diese Weise durch die Expansionszylinder CC¹ mit dem Abscheider 6" in Verbindung steht. Wie obenFrom the container Q , the dry, non-condensed gases pass through pipe R into the expansion cylinder C C ¹ , where their tension is converted into living force; they expand into a separator S, where oil or any lubricating material that may be present is separated out. The expansion of the gases and the conversion of their tension into living force result in a very considerable drop in temperature. The cooled gases leave the separator through pipe S ¹ . The gases condensed in the container Q are drawn off near the bottom through pipe 1 and pass into a condenser 2, which here acts as a distillation apparatus. The condenser 2 is a surface condenser which is charged with hot water through pipe 3. The hot water leaves the condenser 2 through pipe 4. The water temperature is regulated so that the liquid is brought to the desired temperature of, for example, 60 ° C. That part of the liquid which is not evaporated in the condenser 2 is drawn off through the pipe 5. The gases evaporated by this treatment in the condenser 2 leave the condenser through tube 6 and enter the coiled tube condenser 7 from above. The gases compressed here emerge through the pipe 8 at the bottom in order to, for. B. to be filled into steel bottles, under conditions that exclude the entry of atmospheric air or pressure reduction. The cooling temperature required in the condenser 7 - this may be referred to as the pentane condenser for short - is supplied by the system itself in the following manner, as is that for the condenser P, which may be called the "gasoline condenser". The non-compressed dry gases, which are still under the pressure of the system, leave the collecting container Q through the pipe 9, which communicates with pipe R and in this way through the expansion cylinder CC ¹ with the separator 6 ″. As above

angegeben, verlassen die Gase in stark abgekühltem Zustande den Abscheider 5" durch Rohr io; ein Teil wird durch Rohr ii der Gasmaschine zugeführt, welche den Riemen B antreibt. Der Hauptteil der abgekühlten Gase strömt durch Rohr io nach der Rohrkreuzung 12, die mit einem Regulierorgan versehen ist. Das Gas wird hier geteilt, und ein Teil strömt von oben her in die Schlangenrohre des Pen-.indicated, the gases leave the separator 5 ″ through pipe io in a strongly cooled state; a part is fed through pipe ii of the gas machine, which drives the belt B. The main part of the cooled gases flows through pipe io to the pipe junction 12, which is connected to a The gas is divided here, and part of it flows from above into the coiled tubes of the pen-.

tankondensators 7; der andere Teil des gekühlten Gases gelangt durch Rohr 13 von unten in die Schlangenrohre des Gasolinkondensators P und tritt durch Deckelrohr 14 aus, welches das Gas nach der Rohrkreuzung 15 führt. Von hier gelangt das Gas durch Rohr 16 aus dem System heraus. In der Rohrkreuzung 15 treffen die von dem. Gasolinkondensator P kommenden abgekühlten Gase mit den abgekühlten Gasen zusammen, welche den Pentankondensator 7 durch das Rohr 17 verlassen. Die Ventile 18 und 19 dienen dazu, eine Ableitung der kalten Gase aus der Apparatur zu ermöglichen, ohne daß sie durch den Gasolinkondensator hindurchgehen, oder um die Temperatur in dem Gasolinkondensator zu regeln. Die Gase, welche das System bei 16 verlassen, können für industrielle Zwecke benutzt werden, namentlich dann, wenn sie sehr flüchtige, nicht kondensierbare Bestandteile, wie z. B. Methan, enthalten.tank capacitor 7; the other part of the cooled gas passes through pipe 13 from below into the coiled pipes of gasoline condenser P and exits through cover pipe 14, which leads the gas to pipe junction 15. From here the gas passes out of the system through pipe 16. In the pipe intersection 15 meet from the. Gasoline condenser P, the cooled gases come together with the cooled gases which leave the pentane condenser 7 through the pipe 17. The valves 18 and 19 serve to allow the cold gases to be discharged from the apparatus without passing through the gasoline condenser, or to regulate the temperature in the gasoline condenser. The gases leaving the system at 16 can be used for industrial purposes, especially when they contain very volatile, non-condensable components such as e.g. B. methane.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage werden die komprimierten Gase im Gasolinkondensator P abgekühlt auf eine Temperatur von z. B. 40° C. Die Flüssigkeit, welche in den Sammelbehälter Q gelangt, setzt sich also zusammen aus Kohlenwasserstoffen, deren Siedepunkt über dieser Temperatur liegt. Vom Boden des Behälters Q wird die Flüssigkeit durch Rohr 201 abgelassen. Die nicht kondensierten Gase verlassen den Behälter Q oben durch Rohr 202 und treten in den oberen Teil des Pentankondensators 203, durchströmen sein Schlangenrohr und verlassen ihn in kondensierter Form durch Rohr 204, um in den Sammelbehälter 205 einzutreten. 'Die Ventile 206, 207, 208, 221, 222 dienen dazu, den Pen_r tankondensator 203 aus dem System auszuschalten bei etwaigen Betriebsstörungen oder aus anderen Gründen, ohne daß der Betrieb der Apparatur unterbrochen zu werden braucht. Die im Sammelbehälter 205 sich ansammelnde Flüssigkeit wird durch Rohr 209 abgezogen und ebenso wie die durch das Rohr 8 bei der Anlage nach Fig. 1 abgezogene Flüssigkeit behandelt. Das trockene Gas, welches sich im Sammelbehälter 205 ansammelt, ■ tritt unmittelbar in Rohr R ein und wird nach Abkühlung durch die Arbeitsleistung in den Expansionszylindern C C¹ und durch Expansion in dem Behälter 6" durch Rohr S¹ dem Rohr 210 zugeführt, von wo es von oben in den 'Pentankondensator 203 gelangt; hier tritt es durch ein Bodenrohr aus und über die Rohrkreuzung 211 nach dem Gasolinkondensator P über. Auf diesem Wege hat sich die Tempe^J ratur der Gase erhöht, wodurch die Regelung der Temperatur in dem Gasolinkondensator P erleichtert wird. Aus P treten die Gase durch Rohr 212 aus und gelangen durch Rohr 213 aus der Anlage heraus. Um ' die Temperatur in dem Gasolinkondensator P genauer regeln zu können, wird das Ventil 214 in der Weise benutzt, daß es die gewünschte Menge kalten Gases unmittelbar in den Kondensator P gelangen läßt; oder es kann das Ventil 215 geöffnet werden, um den abgekühlten Gasen aus dem Pentankondensator 203 einen direkten Weg nach dem Auslaß rohr 213 zu ermöglichen. Die Ventile 216 und 217 werden geschlossen, wenn der Pentankondensator aus dem Betriebe ausgeschaltet werden soll. In ähnlicher Weise dienen die Ventile 218 und 219 zur Regelung der Temperatur in dem Gasolinkondensator P oder dazu, um die kalten Gase völlig von dem Durchtritt durch den Gasolinkondensator abzuschließen. Das Ventil 220 wird geöffnet, wenn die kalten Gase weder durch den Pentankondensator 203, noch durch den Gasolinkondensator P geleitet werden sollen. In diesem Falle würden die Ventile 214, 215, 217, 219 zu schließen sein.In the system shown in Fig. 2, the compressed gases in the gasoline condenser P are cooled to a temperature of, for. B. 40 ° C. The liquid that enters the collecting container Q is composed of hydrocarbons whose boiling point is above this temperature. From the bottom of the container Q , the liquid is drained through pipe 201. The uncondensed gases exit container Q at the top through tube 202 and enter the top of pentane condenser 203, pass through its coiled tube and exit in condensed form through tube 204 to enter receiver 205. 'The valves 206, 207, 208, 221, 222 are used to _{switch off the Pen r} tank capacitor 203 from the system in the event of any malfunctions or for other reasons, without the operation of the apparatus having to be interrupted. The liquid that collects in the collecting container 205 is drawn off through tube 209 and treated in the same way as the liquid drawn off through tube 8 in the system according to FIG. 1. The dry gas, which collects in the collecting container 205, ■ enters the pipe R directly and, after cooling by the work in the expansion cylinders CC ¹ and by expansion in the container 6 ", is ^{fed through the pipe S 1 to} the pipe 210, from where it enters from above into the 'Penta capacitor 203;. here it passes through a bottom tube and the pipe junction 211 after Gasolinkondensator P over this way on has the Tempe ^J of the gases temperature increased, thereby controlling the temperature in the Gasolinkondensator P facilitates From P the gases exit through pipe 212 and exit the system through pipe 213. In order to be able to regulate the temperature in the gasoline condenser P more precisely, the valve 214 is used in such a way that there is the desired amount of cold gas can pass directly into the condenser P ; or the valve 215 can be opened to give the cooled gases from the pentane condenser 203 a direct path to the outlet pipe 2 13 to enable. Valves 216 and 217 are closed when the pentane condenser is to be switched off from operations. Similarly, the valves 218 and 219 serve to regulate the temperature in the gasoline condenser P or to completely shut off the cold gases from passage through the gasoline condenser. The valve 220 is opened when the cold gases are to be passed neither through the pentane condenser 203 nor through the gasoline condenser P. In this case the valves 214, 215, 217, 219 would have to be closed.

Claims

Patent Claims:

1. Process for the separation of low-boiling hydrocarbons of the Methane series, in particular of pentane, from hydrocarbon mixtures using the cold exposure of a mixture component, characterized in that that the gas mixture is avoided

. formation of condensation and the elimination of the heat of compression by injection a non-volatile liquid is compressed and cooled down while maintaining the final pressure, that the pentane is liquefied, the cooling by expansion of the not to Liquefaction of the part of the mixture in a working cylinder takes place. directed the liquefaction process in such a way that the pentane from the higher boiling components of the mixture can be separated and drawn off in liquid form.

2. The method according to claim 1, characterized in that an inert liquid is used as the injection liquid (e.g. glycerine, syrup, Turkish red oil, trimethylene glycol), which has a drying and cleaning effect on the gas mixture and is

treatment to be effected liquefaction is deposited again.

3. The method according to claim i, characterized in that the expanded lower boiling hydrocarbons to liquefy the higher boiling conditions are divided according to their boiling point separately extraction, in such a way, that the greater part is used to liquefy the lower boiling hydrocarbons, the smaller part is used to liquefy the higher-boiling ones.

For this purpose 2 sheets of drawings.