DE3027740C2

DE3027740C2 - Gasreinigung

Info

Publication number: DE3027740C2
Application number: DE3027740A
Authority: DE
Inventors: Charles Falk Cook; George Edgar Bartlesville Okla. Hays
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-07-22
Publication date: 1987-02-26
Also published as: NO801523L; CA1148850A; NL8004809A; US4322227A; DK318780A; NO161063C; NO161063B; DE3027740A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen einer Verunreinigung aus einem Gas, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gas unter Verwendung von Salzwasser, insbesondere Seewasser als Absorptionsmittel. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf ein derartiges Verfahren, bei dem die Absorptionsmittel-Durchflußleistung zur Handhabung des Flüssigkeitsniveaus im oberen Bereich eines Absorbers gesteuert wird. Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf die Behandlung eines Kohlendioxid enthaltenden Naturgases, das von einer küstennahen Quelle erhalten wird.
Das Volumen von zu behandelnden Natur- und Industriegasen steigt kontinuierlich an. Wirksame und effektive Verfahren zur Behandlung von Gasen sind daher für die Industrie sehr wichtig. Das Erfordernis für wirksame und wirtschaftliche Behandlungsverfahren ist insbesondere in der Naturgasindustrie wichtig, wo der Prozentsatz des erzeugten Gases, der eine Behandlung erfordert, weiter ansteigen wird, wenn die nicht-verunreinigten Gasreserven erschöpft sind.
Eine der üblichsten Verunreinigungen in Naturgas ist Kohlendioxid. In vielen Bereichen der Welt wird Naturgas bzw. Erdgas, insbesondere Methan, in Verbindung mit größeren Mengen an Kohlendioxid gefunden. Wenn der Kohlendioxidgehalt 10 Volumenprozent, insbesondere 20 Volumenprozent oder mehr übe steigt, wird seine Entfernung durch herkömmliche Einrichtungen, wie zum Beispiel Aminabsorption, unwirtschaftlich auf Grund des großen Energieverbrauchs des Amin-Verfahrens, der zur Wiedergewinnung des Amins erforderlich ist, und auf Grund der Übergröße der Anlage, welche zur Entfernung einer solch großen CO₂-Menge notwendig ist. Das Problem besteht auch in der Handhabung des großen Volumens des entfernten CO₂, wenn nicht eine besondere Situation besteht, welche eine nützliche Verwendung für große Mengen Kohlendioxid wie zum Beispiel Fluten von Tanks für sekundäre oder tertiäre Ölgewinnung vorhanden ist. Es kann auch wirtschaftlich sein, das Gas, wie es hergestellt ist, als Niederheizwert-Brennstoff zu verwenden, wenn eine hinreichend große Nachfrage nach Heizgas für Energieerzeugung oder industrielle Zwecke innerhalb einer vernünftigen Entfernung von der Produktionsstätte besteht. Unglücklicherweise befinden sich jedoch viele dieser Gastanks in entlegenen Bereichen, wo keine größere Nachfrage nach Heizgas besteht, wo Kohlendioxid keinen Wert besitzt und wo der Bau von gasverarbeitenden Betriebsstätten kostspielig ist. Die Kosten des Gastransportes können daher reduziert werden, wenn CO₂ an der Quelle entfernt werden könnte, insbesondere, wenn CO₂ in einer sehr großen Konzentration vorliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine wirtschaftlichere und leichtere Behandlung von Kohlendioxid enthaltendem Naturgas ermöglichen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Behandlung eines Gases mit einem Absorptionsmittel, bei dem ein mechanisches Pumpen des Absorptionsmittels oder ein Hochdruckabsorberkessel nicht erforderlich sind. Weiterhin ist die Erfindung auf die Schaffung eines einfachen Verfahrens zur Behandlung von Naturgas, das aus küstennahen Quellen gewonnen wird, gerichtet. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Kosteneinsparung beim Transport von Gas von einer Quelle in einem entlegenen Gebiet, zum Beispiel einer küstennahen Quelle 300 km von der Küste entfernt.
Schließlich soll eine neue Einrichtung geschaffen werden, um in einem einzigen Kontaktabschnitt die Führung des Seewasser-Absorptionsmittels mit CO₂-reichem Naturgas in einer Parallelströmung-Kontakteinrichtung zu erzielen.
Diese Aufgabe und Problemstellungen werden erfindungsgemäß durch die Verfahren und Vorrichtungen gelöst, wie sie in den Ansprüchen definiert sind.
Ein Gas und ein Absorptionsmittel werden erfindungsgemäß in Parallelströmung in einer Kontaktzone kontaktiert, wobei die Strömung des Absorptionsmittels mit Hilfe der Dispersion des Gases in dem Absorptionsmittel induziert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die bevorzugte Ausführungsform in einem Verfahren zur Entfernung von CO₂ aus Naturgas, wobei Naturgas mit 20 bis 95 Volumprozent CO₂ aus einer Naturgasquelle abgezogen und in einen Absorber, der auf oder nahe dem Meeresboden angeordnet, eingeführt wird. Anschließend wird Seewasser aus der Nachbarschaft des Absorbers in den Absorber eingeführt und in dem Absorber mit dem Naturgas, das eine große Menge CO₂ enthält, kontaktiert. Hierdurch wird ein gereinigtes Naturgas mit reduziertem Kohlendioxidgehalt verglichen mit dem von der Quelle kommenden Naturgas sowie CO₂-reiches Seewasser erzeugt.
Die Absorption wird normalerweise bei einer Temperatur im Bereich von -1,1 bis 26,7°C durchgeführt. Vorzugsweise sind der Innendruck in der Absorptionszone und der Druck des umgebenden Meeres ungefähr gleich. Der Aufbau des Absorbers kann daher relativ kostensparend sein, da keine Hochdruckfestigkeit erforderlich ist. Darüber hinaus wird die Verwendung des natürlichen Druckes des Naturgases bevorzugt zur Erzeugung der Energie verwendet, die nötig ist um das Material durch die Verarbeitungseinheit zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Absorptionsmittel und das Gas in den unteren Teil einer Kontaktzone des Absorbers eingeführt, wobei der Absorber in dem Absorptionsmittel untergetaucht ist, um hierdurch einen Kontakt zwischen dem Gas und dem Absorptionsmittel zu ermöglichen, wenn das Gas und das Absorptionsmittel parallel nach oben durch den Absorber strömen. Nicht absorbiertes Gas wird in der Nähe des oberen Endes des Absorbers angesammelt und wiedergewonnen. Verunreinigungsreiches Absorptionsmittel wird in das umgebende Absorptionsmittel über geeignete Ablaßeinrichtungen abgelassen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft den Ablaß des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels in das umgebende Absorptionsmittel in einer solchen Tiefe, daß die Absorptionsmitteldichte auf dem Ablaßniveau sehr nahe bei der, vorzugsweise kleiner als die Dichte des abzulassenden verunreinigungsreichen Absorptionsmittels ist.
Mit einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird die Absorptionsmitteldurchflußleistung durch den Absorber durch Handhabung des Flüssigkeitsniveaus im oberen Ende des Absorbers gesteuert, wodurch die Flüssigkeitshöhe, gegen welche das Absorptionsmittel strömen muß, geändert wird.
Die Erfindung ist besonders anwendbar auf jedes Kohlendioxid enthaltendes Naturgas, wenn die Kohlendioxidkonzentration 10 Volumprozent oder mehr ausmacht.
Die normalerweise beim Verfahren der Erfindung eingesetzte Vorrichtung enthält eine Kontaktzone mit Einrichtungen zur Einführung des Beschickungsgases und Absorptionsmittels in den unteren Teil der Kontaktzone und mit Einrichtungen in der Nähe des oberen Endes der Zone zum Ansammeln und Entfernen des nichtabsorbierten Gases.
Bei einer anderen Ausführungsform weist der Absorber mehrere Ablaßeinrichtungen auf, die auf verschiedenen Niveaus angeordnet sind, um einen Ablaß des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels in einer solchen Tiefe zu ermöglichen, daß die Absorptionsmitteldichte auf diesem Niveau nahe bei der, vorzugsweise kleiner als die Dichte des abzulassenden verunreinigungsreichen Absorptionsmittels ist. Der Absorber enthält außerdem Einrichtungen für den Transport des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels vom oberen Teil der Kontaktzone zu den Ablaßeinrichtungen.
In der Figur ist schematisch ein Absorber gemäß der Erfindung dargestellt.
Der Absorber der vorliegenden Erfindung enthält eine Kontaktzone mit Einrichtungen zur Einführung des Beschickungsgases und des Absorptionsmittels in den unteren Teil der Kontaktzone und Ansammlungseinrichtungen in der Nähe des oberen Endes der Kontaktzone zum Ansammeln und Entfernen des nicht absorbierten Gases. Jede geeignete Ansammlungseinrichtung zum Ansammeln und Entfernen des nichtabsorbierten Gases, die im Stand der Technik bekannt ist, kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zum Beispiel ein Dampf-Flüssigkeit-Separator oder auch ein Aufbau mit umgekehrtem Trichter, bei welchem das Gas im Kegel gesammelt und mit Hilfe einer Leitung zu einem geeigneten Speicherplatz für seine weitere Verwendung entfernt wird. Der Absorber wird allgemein in dem Absorptionsmittel untergetaucht in einer ausreichenden Tiefe, um den hydraulischen Druck zu erzielen, der erforderlich ist, um einen ausreichenden Absorberdruck aufrecht zu erhalten, wodurch mechanisches Pumpen des Absorptionsmittels und das Erfordernis für einen Hochdruckabsorberkessel vermieden wird, da die inneren und äußeren Drücke nahezu gleich sind.
Der untere Teil der Kontaktzone, in welchen das Absorptionsmittel und das Gas eingeführt werden, kann außerdem Dispersionseinrichtungen enthalten. Die Dispersionseinrichtungen können herkömmliche Dispersionseinrichtungen sein, zum Beispiel eine Reihe von Öffnungen oder mehrere Venturi- Rohre. Die Dispersionsvorrichtung fördert die Verteilung des Gases als Blasen in dem Absorptionsmittel, wodurch Kontaktierung zwischen dem Gas und dem Absorptionsmittel und die Bewirkung einer Strömung des Absorptionsmittels nach oben durch die Kontaktzone gefördert wird.
Der Absorber kann auch mehrere Ablaßeinrichtungen, oder auch eine Öffnung im Absorber nahe dem oberen Teil des Absorbers, aufweisen, die auf verschiedenen Niveaus des Absorptionsmittels angeordnet sind, um den Ablaß des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels in einer solchen Absorptionsmitteltiefe zu erlauben, daß die Absorptionsmitteldichte auf diesem Niveau ungefähr gleich der Dichte des abzulassenden verunreinigungsreichen Absorptionsmittels oder vorzugsweise kleiner als diese Dichte ist. Das verunreinigungsreiche Absorptionsmittel wird daher vorzugsweise in einer solchen Absorptionsmitteltiefe abgelassen, daß die Absorptionsmitteldichte auf diesem Niveau mindestens ungefähr 0,0002 g/cm³ kleiner als die Dichte des abzulassenden verunreinigungsreichen Absorptionsmittels ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß das verunreinigungsreiche Absorptionsmittel absinkt und nicht zur Oberfläche des Absorptionsmittelbereiches aufsteigt. Wenn das verunreinigungsreiche Absorptionsmittel in einer Absorptionsmitteltiefe abgelassen wird, in welcher die Absorptionsmitteldichte größer als die Dichte des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels ist, können sich Verunreinigungsblasen bilden und aus der Lösung austreten. Dies ist insbesondere wichtig, wenn CO₂ von Seewasser absorbiert wird, da es nicht wünschenswert ist, einen Austritt des CO₂ aus der Lösung und einen Übergang in die Atmosphäre zu erlauben. Es wird vielmehr vorgezogen, daß das CO₂-reiche Seewasser absinkt und das CO₂ unter der Oberfläche bleibt, so daß das CO&sub2; allmählich verteilt wird, zum Beispiel durch Meeresströmungen. Die Tiefe, in welcher das verunreinigungsreiche Absorptionsmittel abgelassen wird, sollte jedoch nicht in einer solch geringen Tiefe sein, daß eine Vermischung von frischem, für den Trennungsprozeß zu verwendenden Absorptionsmittel möglich ist.
Durchflußeinrichtungen ermöglichen eine Strömung des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels von der Kontaktzone zu dem geeigneten Ablaßniveau. Die Durchflußeinrichtung kann zum Beispiel aus einem Ringraum zwischen der Kontaktzone und einem verlängerten Teil der Ansammlungseinrichtung, wie zum Beispiel in der Figur im Bereich 25 gezeigt, bestehen. Der Ringraum wird durch die Verlängerung des unteren Teils der Ansammlungseinrichtung für das nichtabsorbierte Gas gebildet. Der untere Teil erstreckt sich außerhalb der Kontaktzone und unter das niedrigste Niveau, auf welchem das ausströmende Absorptionsmittel abgelassen werden soll. Die Abflußeinrichtungen können vertikal auf dem verlängerten unteren Teil der Ansammlungseinrichtung angeordnet werden, der auch als Außenmantel des Absorbers angesprochen werden kann.
Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der Absorber mehrere Einlaßeinrichtungen in verschiedenen Absorptionsmitteltiefen aufweisen, wodurch die Verwendung von Absorptionsmittel mit verschiedenen Dichten möglich ist, und Leitungseinrichtungen für den Transport des Absorptionsmittels von diesen mehreren Einlaßeinrichtungen zum unteren Teil der Kontaktzone. Die Vielzahl von Einlaßeinrichtungen sorgt für die Auswahl der gewünschten Absorptionsmitteldichte und erlaubt die Verwendung eines Absorptionsmittels für den Einlaß aus einer Tiefe, in welcher die Absorptionsmitteldichte kleiner als die Dichte des verunreinigungsreichen ausströmenden Absorptionsmittels ist, wobei diese Tiefe oberhalb der Tiefe liegt, bei welcher das verunreinigungsreiche Absorptionsmittel abgelassen wird.
Hierdurch wird eine Vermischung des ausströmenden verunreinigungsreichen Absorptionsmittels mit dem in der Kontaktzone zu verwendenden Absorptionsmittel vermieden.
Mechanisches Pumpen des Absorptionsmittels kann bei der Erfindung vermieden werden ebenso, wie das Erfordernis für einen Hochdruck-Absorberkessel, da die inneren und äußeren Drücke auf Grund des Untertauchens des Absorbers im Absorptionsmittel nahezu gleich sind.
Die Strömung des Absorptionsmittels in dem Absorber wird durch Dispersion des Gases in dem Absorptionsmittel bewirkt, wenn das Gas in die parallelströmende Kontaktzone eingeführt wird. Das Beschickungsgas bzw. Rohgas wird in den unteren Teil der Kontaktzone eingespritzt, welche eine herkömmliche Verteilungsvorrichtung wie eine Reihe oder Vielzahl von Öffnungen oder eine Anzahl von Venturi-Rohren aufweisen kann. Die Öffnungen oder andere Verteilungseinrichtungen können über den gesamten Querschnitt des unteren Teils der Kontaktzone positioniert werden, um eine einheitliche Verteilung der Gasblasen in dem Absorptionsmittel zu gewährleisten. Die Dispersion des Gases in dem unteren Teil der Kontaktzone bewirkt die Absorptionsmittelströmung durch die Kontaktzone und der Auftrieb, der sich aus dem Beschickungsgas, das in der Flüssigkeit in der Kontaktzone verteilt wird, ergibt, sorgt für eine fortgesetzte Absorptionsmittelzirkulation. Dieser Teil des Systems arbeitet grundsätzlich nach dem Prinzip einer Luftheberpumpe.
Wenn das verunreinigungsreiche Absorptionsmittel durch eine Durchflußeinrichtung strömt, bevor es in das umgebende Absorptionsmittel abgelassen wird, kann die Absorptionsmitteldurchflußleistung dadurch gesteuert werden, daß der Flüssigkeitsspiegel im oberen Ende des Absorbers verändert wird, wodurch die Flüssigkeitshöhe (Δ H, vgl. Figur), gegen welche das Absorptionsmittel strömen muß, verändert wird. Die Niveaudifferenz zwischen dem verunreinigungsreichen Absorptionsmittel in der Durchflußeinrichtung und dem Absorptionsmittel in der Kontaktzone wird geregelt, um hierdurch die Absorptionsmitteldurchflußleistung zu regeln. Ein kleines Δ H, das ein hohes Niveau des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels in der Durchflußeinrichtung anzeigt, bewirkt eine größere Absorptionsmittelströmung, wohingegen ein großes Δ H, das ein geringes Niveau des verunreinigungsreichen Absorptionsmittel in der Durchflußeinrichtung anzeigt, eine verringerte Absorptionsmittelströmung bewirkt. Neben der Niveauregelung kann die Absorptionsmittelströmungsleistung durch andere geeignete Methoden geregelt werden wie zum Beispiel durch Verwendung eines Druckreglers zur Regelung des Gegendruckes des behandelten Gases oder durch Überwachung und Regelung der Durchflußleistung, mit welcher das behandelte Gas abgezogen wird. Allgemein kann jede konventionelle Methode zur Regelung der Durchflußleistung der Absorptionsmittelströmung verwendet werden, um die gewünschte Durchflußleistung zu erzielen und aufrecht zu erhalten.
Obwohl es allgemein wünschenswert ist, eine hohe Absorptionsmittelströmung zu haben, muß die Durchflußleistung der Absorptionsmittelströmung gegen den praktischen Aspekt ausbalanciert werden, daß eine zu große Absorptionsmittelströmung zu viel Gas auflösen kann und hierdurch ein geringes Wiedergewinnungsmaß bewirkt. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn Seewasser verwendet wird zur Absorption von Kohlendioxid oder einer anderen Verunreinigung aus Naturgas. Eine hohe Absorptionsmittelströmung beeinflußt auch die Dichte des verunreinigungsreichen Absorptionsmittels, da die Verunreinigungskonzentration, zum Beispiel von CO&sub2;, kleiner sein würde. Dies würde einen Ablaß des CO&sub2;-reichen Absorptionsmittel auf einem weniger dichten oder flacherem Niveau erfordern, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß eine Rückmischung mit frischem Absorptionsmittel, das in dem Trennungsprozeß verwendet werden soll, ansteigen kann.
Die Behandlungsbedingungen werden sich mit den besonderen zu behandelnden Gasen und den besonderen zu entfernenden Verunreinigungen verändern. Die Erfindung kann zum Beispiel zur Entfernung wasserlöslicher Gase aus in Wasser unlöslichen Gasen durch Verwendung von Wasser als Absorptionsmittel verwendet werden. Wenn eine besondere Komponente des Gases als zu entfernende Komponente ausgewählt worden ist, wird ein geeignetes Absorptionsmittel ausgewählt, das eine Affinität für diese Komponente hat, in dem aber die anderen Komponenten unlöslich sind.
Die Erfindung ist daher besonders vorteilhaft einsetzbar, für die Behandlung von Naturgas, das von einer im Meer, zum Beispiel 200 Meilen vom Land entfernten Gasquelle gewonnen wird, da das Pumpen des Gases zum Festland zur Verarbeitung sehr kostspielig ist und die Entfernung von Kohlendioxid, das ungefähr 70 Molprozent des Gasgemisches ausmachen kann, eine Reduzierung der Transportkosten des Gases zur Küste bewirkt.
Die Erfindung erfordert nicht, daß die Vorrichtung im Meer verwendet wird. Vielmehr kann sie auch in Süßwasserbereichen oder leicht salzigen Wasserbereichen eingesetzt werden, so lange die Vorrichtung vollständig untergetaucht werden kann. In seichten Wassergebieten kann ein Loch in den Boden des Reservoirs gegraben werden, um die Kolonne vollständig unterzutauchen zur Schaffung eines größeren hydrostatischen Betriebsdruckes für die Vorrichtung. Im allgemeinen kann der hydrostatische Betriebsdruck auf das gewünschte Niveau erhöht werden, wenn die Absorptionsmittelmenge eine unzureichende Tiefe aufweist, indem ein Loch in den Boden des Absorptionsmittelkörpers gegraben wird.
Die Erfindung kann auch in einem großen Pool oder Tank eines Lösungsmittels oder Absorptionsmittels eingesetzt werden, in welchem die Kontaktvorrichtung vollständig untergetaucht wird. Wenn das Absorptionsmittel einmal in die Vorrichtung eingeführt ist und Gas in den Boden der Vorrichtung eingeführt wird, ist der hydraulische Auftrieb ausreichend, daß keine anderen Pumpen erforderlich sind, um die parallelströmende Kontaktierung zu bewirken.
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht in dem Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung zur Behandlung von Naturgas, das aus einer küstennahen bzw. Off-shore-Quelle im Meer gewonnen wird, für die Entfernung von Kohlendioxid unter Verwendung von Seewasser als Absorptionsmittel. Die CO₂-Entfernung wird dadurch bewirkt, daß Absorptionstürme mit paralleler Strömung auf dem Meeresboden aufgestellt werden und das umgebende Seewasser als Absorptionsmittel verwendet wird. Die Anordnung auf dem Meeresboden ist nicht wesentlich. So lange die Kolonne vollständig untergetaucht ist, kann sie aufgehängt oder gelagert oder in einem Loch ausreichender Größe, das in den Boden des Wasserreservoirs gebohrt ist, ruhen, um einen ausreichenden hydrostatischen Betriebsdruck für das Verfahren zu schaffen.
Die Erfindung sorgt daher für eine neue Einrichtung zur Schaffung eines einzigen Kontaktierungsabschnittes von Seewasser-Absorptionsmittel mit CO₂-reichem Naturgas in einer Kontaktvorrichtung mit paralleler Strömung. Wenn mehr als ein Kontaktierungsabschnitt gewünscht wird, kann eine Mehrstufenkontaktierung durch Einführung des behandelten, aus dem oberen Ende eines Absorbers entfernten Gases in den Boden eines anderen ähnlichen Absorbers erzielt werden.
Der Absorber wird ins Meer auf ein gewünschtes Niveau abgesenkt, wobei er besonders vorteilhaft auf oder in der Nähe des Meerbodens angeordnet werden kann. Der äußere Mantel des Absorbers, der eine Verlängerung der Ansammlungseinrichtung für das behandelte Gas ist, kann am Boden verschlossen werden, wie dargestellt, zum Beispiel durch Verbindung mit der Abzugsrohr-Kontaktzone 2. Alternativ hierzu kann der Boden des äußeren Mantelgehäuses offen bleiben. Die Verlängerung oder der untere Rand sollte sich jedoch unter das unterste Niveau erstrecken, auf welchem ausströmendes Seewasser abgelassen werden soll. Beschickungsgas, ungefähr auf Absorptionstemperatur und unter geringfügig größerem Druck als die Basis des Absorbers zur Schaffung der Dispersionsenergie, wird über die Einrichtung 3 in die Kontaktzone eingespritzt, wodurch die Strömung des Seewassers in den Bodenbereich der Kontaktzone 4 induziert wird auf Grund des von der Kolonne dispergierter Gasblasen bewirkten Auftriebs. Es kann eine Dispersionseinrichtung verwendet werden, um die Verteilung des Beschickungsgases in der Flüssigkeit in der Kontaktzone zu fördern.
Einlaßseewasser, das als Absorptionsmittel verwendet werden soll, wird vorzugsweise von einer Tiefe entnommen, in welcher die Wasserdichte geringer ist als die Dichte des CO₂-gesättigten ausströmenden Absorptionsmittels, um eine mögliche Vermischung des ausströmenden Wassers mit dem Frischwasser zu vermeiden. Der Einlaß wird daher im allgemeinen in einer geringeren Tiefe liegen als der Tiefe, in welcher das ausströmende Absorptionsmittel abgelassen wird. Es können daher mehrere Einlaßventile 5 in verschiedenen Wassertiefen vorgesehen sein, um die Verwendung von Einlaßseewasser mit solch geringerer Dichte zu ermöglichen. Absorptionsmittel-Seewasser kann jedoch von jeder Tiefe entnommen werden, so lange darauf geachtet wird, daß das Ablaßseewasser sich nicht mit dem Einlaßseewasser vermischt.
Wenn die gemischten Phasen am oberen Ende 6 der Abzugsrohr-Kontaktzone in die Einrichtung 7 zur Ansammlung des behandelten Gases austreten, wird das nichtabsorbierte Gas getrennt und im Bereich 7 angesammelt und dann vom oberen Ende des Absorbers über eine Leitungseinrichtung 8 entfernt. Das CO₂-reiche Wasser strömt in eine Durchflußeinrichtung und wird dann über eine Abflußleitung, die in geeigneter Tiefe angeordnet ist, in das Meer abgelassen. Die Durchflußeinrichtung wird in der Zeichnung durch einen ringförmigen Raum 25 zwischen der Kontaktzone und dem Außenmantel oder der Verlängerung der Ansammlungseinrichtung gebildet. Das CO₂-reiche Seewasser wird dann über eine der Abflußeinrichtungen 9 abgelassen. Wenn erwünscht, kann frisches Seewasser in die Ablaßleitung eingeführt werden mit Hilfe nicht gezeigter Einrichtungen, um die CO₂ -Konzentration des ausströmenden Absorptionsmittel zu verringern, wodurch gewährleistet wird, daß keine Gasblasen von der ausfließenden Strömung freigegeben werden. Wenn frisches Seewasser zur Erniedrigung der CO₂-Konzentration des ausströmenden Mittels verwendet wird, sollte das Ausflußniveau derart sein, daß die Dichte des ausströmenden Mittels größer als diejenige des umgebenden Seewassers ist, selbst bei Temperaturgleichgewicht mit dem umgebenden Seewasser.
Der Flüssigkeitsspiegel am oberen Ende des Absorbers oder Δ H kann geregelt werden, um die gewünschte Seewasserdurchflußleistung zu erzielen. Es kann jede andere konventionelle Methode verwendet werden, um die Seewasserdurchflußleistung zu regeln. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, indem ein Steuerventil 10 für das behandelte ausströmende Gas betätigt wird, wodurch der Gasgegendruck geändert wird. Wenn erwünscht, kann ein nicht gezeigter Druckregler in der Ausflußgasleitung 8 verwendet werden oder ein Niveauregler 11 und eine Niveau-Übertragungseinrichtung 12 zur Betätigung des Ventils 10. Die Seewasserdurchflußleistung kann durch irgendeine konventionelle Einrichtung gemessen werden oder die Strömung kann indirekt durch Überwachen der Zusammensetzung des behandelten Gases mit einem herkömmlichen Strömungsanalysiergerät, zum Beispiel einem Gaschromatographen, geschätzt werden. Der Flüssigkeitsspiegel im Absorber kann entweder über oder unter dem oberen Ende der Abzugsrohr-Kontaktzone angeordnet sein, was von den Strömungsbedingungen und der besonderen Anlage-Konfiguration abhängt.
Das gewünschte Ablaßniveau des CO₂-reichen Seewassers kann durch Vergleich des Dichteprofils des umgebenden Seewassers mit der Dichte des CO₂-gesättigten ausströmenden Mittels unter Verwendung konventioneller Dichtemeßeinrichtungen bestimmt werden oder einfach durch Bestimmung des Temperaturprofils des Meeres, der Temperatur und Zusammensetzung des ausströmenden Wassers und Vergleich dieser Informationen mit bekannten Dichte-Temperaturbeziehungen. Aufgelöstes CO₂ neigt dazu, die Dichte des Seewassers zu erhöhen. Bei 26,7°C ergeben sich folgende Seewasserdichten: °=c:120&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz10&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Die Dichte des Seewassers steigt auch mit fallender Temperatur und die Temperatur des Seewassers fällt mit steigender Wassertiefe. Je CO₂-reicher das ausströmende Seewasser wird, umso tiefer liegt der Abflußpunkt, wobei andere Einflüsse als gleich vorausgesetzt werden.
Das Niveau des CO₂-angereicherten Seewasser-Abflusses kann auf verschiedene Weise geregelt werden. Eine bevorzugte Regelungsart besteht darin, daß Abflußleitungen 9 auf zwei oder mehreren Niveaus aus dem Absorber verwendet werden.
Diese werden vorzugsweise fernbedient. Der Betrieb kann auch automatisiert werden durch Verwendung eines Differenzdichte-Gerätes, das die Dichte des ausströmenden Wassers mit derjenigen des umgebenden Seewassers auf geeeigneten Niveaus vergleichen kann. Das Niveau des Seewasserausflusses kann auch geändert werden durch Verwendung einer bewegbaren oder teleskopartigen Ablaßeinrichtung, zum Beispiel eines Rohres oder einer anderen Leitung, welche pneumatisch betätigt werden kann.
Das nachfolgende Beispiel illustriert die Nützlichkeit der Erfindung und führt beispielhaft Bedingungen an, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Das Beispiel ist jedoch in keiner Weise beschränkend, da die Bedingungen, unter welchen das Verfahren durchgeführt werden kann, in großem Umfang geändert werden können und unter anderem vom Ort der Vorrichtung, dem besonderen verwendeten Absorptionsmittel und dem zu behandelnden gasförmigen Gemisch abhängen. Das besondere Beispiel betrifft die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei der einstufige Absorber in Seewasser untergetaucht wird, um Kohlendioxid aus Methangas zu entfernen.

Beispiel

Naturgas mit 70 Volumprozent CO₂ und 30% CH₄ wird mit einer Leistung von 509 700 m³/Tag aus einer Quellentiefe von 137,2 m unter mittlerem Meeresniveau bei einem Druck von 210,9 kg/cm² und einer Temperatur von 127°C gefördert. Die Meeresbodentemperatur beträgt ungefähr 15,6°C. Das Gas wird zu einem 12,2 m hohen einstufigen Absorber, wie in der Figur gezeigt ist, geleitet. Der Druck am Boden des Absorbers beträgt ungefähr 14,8 kg/cm², wobei der Druck am oberen Ende des Absorbers ungefähr 13,9 kg/cm² (absolut) beträgt. Das Gas wird mit dem Seewasser-Absorptionsmittel in einer 9,14 m - Abzugskontaktzone in Berührung gebracht. Die nachfolgende Tabelle gibt Informationen in Bezug zu der absorbierten CO₂-Menge. °=c:110&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;

Claims

1. Verfahren zum Entfernen mindestens einer Verunreinigung aus einem Gas, gekennzeichnet durch

a) Abziehen von Naturgas mit mindestens 10 Volumprozent Kohlendioxid aus einer Naturgasquelle,

b) Einführen des Naturgases in einen Absorber, der auf oder nahe dem Meeresboden angeordnet ist, wobei der Druck innerhalb des Absorbers ungefähr gleich dem Druck des den Absorber umgebenden Meeres ist,

c) Abziehen von Seewasser aus dem Meer in der Nachbarschaft des Absorbers und Einführen des abgezogenen Seewassers in den Absorber,

d) Kontaktieren des Naturgases in dem Absorber mit dem abgezogenen Seewasser zur Herstellung von gereinigtem Naturgas mit reduziertem Kohlendioxidgehalt verglichen mit dem aus der Quelle kommenden Naturgas und von CO₂-reichem Seewasser, und

e) Ansammeln des gereinigten Naturgases zu dessen Rückgewinnung in der Nähe des oberen Endes des Absorbers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Naturgas von dem Absorber zu einer Verarbeitungseinheit geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktieren bei einer Temperatur im Bereich von -1,1 bis 26,7°C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß CO₂-reiches Seewasser aus dem Absorber in das umgebende Meer in einer Tiefe abgelassen wird, in welcher die Dichte des umgebenden Seewassers geringer als die Dichte des abzulassenden CO₂-reichen Seewassers ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Einführen des Seewassers als Absorptionsmittel in den unteren Teil einer Kontaktzone des Absorbers,
Einführen des Naturgases mit Kohlendioxid in die Kontaktzone und in Kontakt mit dem Absorptionsmittel,
Veranlassen einer parallelen Strömung des Naturgases mit Kohlendioxid und des Absorptionsmittels nach oben durch die Kontaktzone, und
Ablassen des CO₂-reichen Seewassers aus dem Absorber in das umgebende Seewasser über Ablaßeinrichtungen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das CO₂-reiche Seewasser vom oberen Ende der Kontaktzone in Durchflußeinrichtungen strömt und von diesen Durchflußeinrichtungen in das umgebende Seewasser abgelassen wird, und daß die Durchflußleistung des CO₂-reichen Absorptionsmittels in das umgebende Seewasser durch Beeinflussung des Flüssigkeitsniveaus in den Durchflußeinrichtungen gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber auf dem Meeresboden angeordnet ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂ Konzentration 20 bis 95 Volumprozent beträgt.

9. Absorber zum Entfernen von CO₂ aus Naturgas, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (1) in Seewasser als Absorptionsmittel eingetaucht ist und
eine Kontaktzone (2) mit Einrichtungen (3) zum Einführen von Beschickungsgas und Absorptionsmittel in den unteren Teil der Kontaktzone,
Einrichtungen (7) in der Nähe des oberen Endes der Kontaktzone zum Ansammeln und Entfernen des nichtabsorbierten Gases,
mehrere Ablaßeinrichtungen (9), die auf verschiedenen Niveaus angeordnet sind, um hierdurch einen Ablaß des CO₂-reichen Absorptionsmittels in einer solchen Absorptionsmitteltiefe zu erlauben, daß die Absorptionsmitteldichte auf diesem Niveau kleiner als die Dichte des abzulassenden CO₂-reichen Absorptionsmittels ist, wobei das abgelassene CO₂-reiche Absorptionsmittel in dem umgebenden Seewasser absinkt, und
Durchflußeinrichtungen (25), welche eine Strömung des CO₂-reichen Absorptionsmittels vom oberen Ende der Kontaktzone zu den Ablaßeinrichtungen erlaubt, aufweist.

10. Absorber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zum Ansammeln und Entfernen des nichtabsorbierten Gases einen unteren Teil aufweist, der sich außerhalb der Kontaktzone (2) und unter das niedrigste Niveau, auf welchem das ausströmende Absorptionsmittel abgelassen wird, erstreckt, um hierdurch einen Ringraum zwischen der Kontaktzone und dem verlängerten unteren Teil der Ansammlungseinrichtung zu bilden, daß die Ablaßeinrichtungen (9) vertikal auf dem verlängerten unteren Teil der Ansammlungseinrichtung angeordnet sind und die Durchflußeinrichtung der Ringraum (25) zwischen der Kontaktzone und dem verlängerten unteren Teil der Ansammlungseinrichtung ist.

11. Absorber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Einrichtung zum Ansammeln und Entfernen des nichtabsorbierten Gases dadurch abgeschlossen ist, daß er mit der Kontaktzone (2, 4) verbunden ist.