DE3345881A1 - Kontinuierliches verfahren zum extrahieren von wasser und kohlenwasserstoffen mit hoeherem molekulargewicht als methan mittels eines physikalischen loesungsmittels aus einem naturgas - Google Patents
Kontinuierliches verfahren zum extrahieren von wasser und kohlenwasserstoffen mit hoeherem molekulargewicht als methan mittels eines physikalischen loesungsmittels aus einem naturgasInfo
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Description
JÜRGEN SCHIRDEWAHN dr. rer. nat.. dipl-phys. 7' %,%%?**£££
«««.■•o^e-ni. ΐ·.η»..~ CLEMENSSTRASSE 30
GLAUS GERNHARDT dipl-ing. telefon: (o89) 345067
„.__.,_..,..„..__ TELEGRAMM/CABLE: INVENT MÜNCHEN
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19. Dezember 1983 S 566 C
(J/sei)
EL PASO HYDROCARBONS COMPANY ~ o , - β o
J J 4 ο ο ο J
Odessa, Texas, V.St.A.
"Kontinuierliches Verfahren zum Extrahieren von Wasser und Kohlenwasserstoffen mit höherem Molekulargewicht als Methan
mitteis eines physikalischen Lösungsmittels aus einem Naturgas"
beanspruchte Prioritäten:
24. Juni 1983, V.St.A., Nr. 507,564
"14. September 1983, V.St.A., Nr. 532,005
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von
Kohlenwasserstoffen und insbesondere auf die Abtrennung und Gewinnung von Äthan und höhersiedenden Kohlenwasserstoffen von
Methan, welche in einem Naturgas vorliegen, welches außerdem auch noch saure Komponenten, wie CO „ und H3S,enthalten kann.
Ein typischer Naturgasstrom enthält eine Mischung aus einzelnen gasförmigen Bestandteilen, von denen einige in isoliertem Zustand
bei Atmosphärendrücken und Atmosphärentemperaturen verflüssigt werden können. Die Menge jeder Komponente kann von
Gas zu Gas variieren, doch ist Methan üblicherweise der Hauptbestandteil. Andere in solchen Naturgasen vorliegende Kohlenwasserstoffkomponenten
sind Äthan, Propan, Isobutan, n-Butan, Isopentan,n-Pentan, Hexan, Heptan, Octan und Nonan, wobei die
vorstehende Aufzählung dem zunehmenden Molekulargewicht und der zunehmenden Siedetemperatur bei Normalbedingungen entspricht.1
Üblicherweise enthalten Naturgase auch noch einige gasförmige Verunreinigungen, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Carbonylsulfid,
Schwefelwasserstoff, Mercaptane, Disulfide und Wasser.
Alle die vorstehend genannten Verunreinigungen, mit der Ausnahme
von Wasser und Stickstoff, werden jedoch durch die als "Süßung" bekannte Behandlung entfernt.
Es sind zahlreiche Verfahren verwendet worden, um flüssige Kohlenwasserstoffe
aus solchen Naturgasströmen zu extrahieren. Hierzu gehören beispielsweise die Absorption in Öl, die Absorption
mittels stark abgekühltem öl, eine einfache Abkühlung, eine Kaskadenabkühlung, der Joule-Thompson-Ausdehnungseffekt
sowie die Tieftemperatur-Turbo-Expansion. Typische Ausbeuten für die Abtrennung der vorstehend genannten Kohlenwasserstoffe
bei solchen Verfahren sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengefaßt.
| Extraktionsmethode | Äthan | Propan | Butan | Benzin |
| (%) | (%) | (%) | (%) | |
| Absorption | 4 | 24 | 75 | 87 |
| Absorption im gekühlten | ||||
| Zustand | 15 | 65 | 90 | 95 |
| Einfache Abkühlung | 35 | 80 | 93 | 97 |
| Kaskadenabkühlung | 70 | 96 | 99 | 100 |
| Jouie-Thompson-Expansion | 75 | 96 | 99 | 100 |
| Turbo-Expansion | 85 | 97 | 100 | 100 |
Insgesamt werden die ölabsorption, die Absorption im gekühlten
Zustand, die einfache Abkühlung sowie die Kaskadenabkühlung beim natürlichen Druck der Förderleitung durchgeführt, ohne
daß man den Gasdruck herabsetzt, doch ist die Gewinnung an den gewünschten flüssigen Kohlenwasserstoffen (Äthan einschließlich
schwererer Komponenten) recht schlecht mit Ausnahme der Kaskadenabkühlung, welche zwar gute Ausbeuten an Äthan und
Propan liefert, aber einen extrem hohen Kapitalbedarf hat und außerdem hohe Betriebskosten verursacht. Mittels des Joule-
Thompson-Effektes und des Tieftemperaturexpansionsverfahrens
lassen sich hohe Äthanausbeuten erzielen, wenn man den Druck des gesamten zugeführten Naturgases, weiches zur Hauptsache,
d.h. typischerweise zu 80 bis 85 !,aus Methan besteht, herabsetzt,
doch verursacht dann das erneute Unterdrucksetzen von der Hauptmenge des behandelten Gases recht hohe Kosten.
Bei allen vorstehend genannten Verfahren werden Äthan und die höheren Kohlenwasserstoffkomponenten in einer spezifischen
Konfiguration gewonnen, welche sich nach ihrer Zusammensetzung in dem betreffenden Rohnaturgasstrom sowie nach ihrem Gleichgewicht, bei den eine Schlüsselstellung einnehmenden Betriebsbedingungen bezüglich Druck und Temperatur des Abtrennungsverfahrens einstellt«
Konfiguration gewonnen, welche sich nach ihrer Zusammensetzung in dem betreffenden Rohnaturgasstrom sowie nach ihrem Gleichgewicht, bei den eine Schlüsselstellung einnehmenden Betriebsbedingungen bezüglich Druck und Temperatur des Abtrennungsverfahrens einstellt«
Beispielsweise erfordert die Durchführung eines Abkühlungsverfahrens,
bei dem typischerweise 80 % des Propans gewonnen
werden, auch die Abtrennung von 35 % des Äthans. Um die Propangewinnung bis auf einen Wert von 95+ % anzuheben, müßte dann das Verfahren der Kaskadenabkühlung, das Verfahren mit Joule-Thompson-Effekt oder das Tieftemperatur-Turbo-Expansionsverfahren angewendet werden, wodurch aber gleichzeitig der Äthananfail auf 70+ % ansteigen würde und außerdem ein wesentlich erhöhter Kapitalbedarf für die Investition erforderlich wäre.
werden, auch die Abtrennung von 35 % des Äthans. Um die Propangewinnung bis auf einen Wert von 95+ % anzuheben, müßte dann das Verfahren der Kaskadenabkühlung, das Verfahren mit Joule-Thompson-Effekt oder das Tieftemperatur-Turbo-Expansionsverfahren angewendet werden, wodurch aber gleichzeitig der Äthananfail auf 70+ % ansteigen würde und außerdem ein wesentlich erhöhter Kapitalbedarf für die Investition erforderlich wäre.
Unter schiechten wirtschaftlichen Bedingungen, wenn z.B. der
Äthanpreis als Rohstoff für die Petrochemie unterhalb dos
entsprechenden Brennstoffpreises liegt und wenn dagegen der Preis für Propan zur Verwendung als Rohstoff attraktiv ist, sieht sich der Betreiber einer Extraktionsanlage zur Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Naturgas in bezug auf die Betriebsbedingungen in seiner Wahl wesentlich beschränkt, weil er nicht in der Lage ist, entsprechend den
Marktbedingungen den Anfail an Äthan zu minimieren und gleichzeitig die Propangewinnung zu maximieren.
entsprechenden Brennstoffpreises liegt und wenn dagegen der Preis für Propan zur Verwendung als Rohstoff attraktiv ist, sieht sich der Betreiber einer Extraktionsanlage zur Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Naturgas in bezug auf die Betriebsbedingungen in seiner Wahl wesentlich beschränkt, weil er nicht in der Lage ist, entsprechend den
Marktbedingungen den Anfail an Äthan zu minimieren und gleichzeitig die Propangewinnung zu maximieren.
Wenn beispielsweise -der Preis für Äthan als Rohstoff für die
Petrochemie höher liegt als sein Brennstoffwert, während andererseits
der Preis für Propan als Rohstoff unattraktiv ist, ermöglicht es keines der vorgenannten Verfahren, daß der Betreiber
einer Anlage selektiv Äthan gewinnt und dagegen Propan aussondert.
Es sind Extraktionsverfahren vorhanden, welche keine Kohlenwasserstofföle
sondern andere Flüssigkeiten verwenden, um saure Komponenten, einschließlich H0S und C0~, sowie Wasser
aus Naturgasen abzutrennen. Zu diesen Flüssigkeiten gehören die meisten physikalischen Lösungsmittel, wie Propylencarbonat,
N-Methy!pyrrolidon, Glycerintriacetat, Polyäthylenglykoldimethylather,
Triäthylolamin, Tributylphosphat und gamma-Butyrolacton.
In den US-Patentschriften Nr. 3 362 133, 3 770 622, 3 837 143,
4 052 176 und 4 070 165 werden eine ganze Reihe von Verfahren zum Extrahieren saurer Komponenten, schwerer Kohlenwasserstoffe
oder von Wasser aus Naturgasströmen beschrieben.
Beim 50. Jahrestreffen der "Gas Processors Association" vom
17.-19. März 1980 in Houston, Texas, V.St.A., hat John W.
Sweny in einem Vortrag mit dem Titel ""High CO„ - High H^S
Removal with SELEXOL Solvent" darauf hingewiesen, daß die relative Löslichkeit von C0„ im Dimethyläther von Polyäthylengiykoi
(DMPEG) im Vergleich zu Methan um den Faktor 15 höher liegt, während diejenige von Propan um den Faktor 15,3 höher
liegt. Die relative Löslichkeit in DMPG von H2S im Vergleich
zu Methan beträgt 134 gegenüber 165 für Hexan. Die relativen
Lösiichkeiten in DMPEG der Iso- und η-Butane bzw. der Iso-
und n-Pentane liegen zwischen denen von C0„ und H2S. Diese
Daten weisen darauf hin, daß bei Naturgasströmen, welche
CO2 und H2S neben mehr als 2 Kohlenstoffatome aufweisenden
Kohlenwasserstoffen enthalten, die an sich als Rohstoffe für
die petrochemische Industrie erwünsaht wären, bei der Behandlung solcher Naturgase mit DMPEG beträchtliche Mengen dieser
C„ -Kohlenwasserstoffe zusammen mit CO- und H„S in den Abgas-
strömen verlorengehen.
Ein Naturgasstrom ist üblicherweise bei Umgebungstemperatur (Bereich zwischen etwa 24 und 490C) mit Wasser gesättigt, so
daß sein Wassergehalt im Bereich von 0,34 kg bis über 0,85 kg je 1000 Nm Gas liegen kann. Es treten jedoch häufig Schwierigkeiten
beim Umpumpen eines solchen Naturgases auf, wenn nicht sein Wassergehalt vorher auf einen Wert unterhalb 0,2 kg,
vorzugsweise unterhalb 0,12 kg Wasser je 1000 Nm3 Gas reduziert worden ist. Ausgedrückt als Taupunkt läßt sich sagen, daß ein
Naturgas mit einem Taupunkt von -10C,vorzugsweise von -7°C oder
tiefer, in sicherer Weise in einer Förderleitung transportiert werden kann. Die notwendige Entwässerung kann innerhalb eines
weiten Druckbereiches von 100 bis 35 000 kPa durchgeführt werden, wird jedoch üblicherweise bei Förderleitungsdrücken im
Bereich von 3500 bis 10 000 kPa und im allgemeinen bei einem Druck von etwa 7000 kPa durchgeführt.
Trotzdem bestand ein Bedarf für ein Verfahren, mittels dessen C^ -Kohlenwasserstoffe und Wasser gleichzeitig in einem gewünschten
Ausmaß entfernt werden können, ohne daß gleichzeitig Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem Molekulargewicht, wie Methan,
mitextrahiert werden.
Außerdem bestand ein Bedarf für ein Verfahren, mittels dessen ein Naturgas, sei es sehr sauer oder vollkommen süß, in der
gleichen Anlage behandelt werden kann, während gleichzeitig das Gas entwässert wird und außerdem die schwereren Kohlenwasserstoffe
daraus gewonnen werden.
Die täglichen Veränderungen in den Marktbedingungen können jedochauch dazu führen, daß der Preis eines einzigen schwerer
als Äthan seienden flüssigen Kohlenwasserstoffes unterhalb des Brennstoffwertes abfällt, so daß dieser Kohlenwasserstoff
selektiv ausgesondert werden sollte. Derzeit gibt es aber keine Möglichkeit hierzu, ohne daß gleichzeitig alle Komponenten
mit niedrigerem Molekulargewicht ausgesondert werden. Wenn
beispielsweise der Preis von Äthan unter seinen Brennstoffwert
abfällt, kann es zusammen mit Methan ausgesondert werden. Wenn jedoch der Preis für Propan unterhalb seines Brennstoffwertes
liegt, während andererseits der Preis für Äthan über seinem Brennstoffwert liegt, so gibt es derzeit keine Möglichkeit,
Äthan und Butan sowie die schwereren Kohlenwasserstoffe (C4 )
selektiv aus dem Naturgasstrom zu gewinnen.
Daher besteht für alle Kohlenwasserstoffkomponenten eines
Naturgases, welche ein höheres Molekulargewicht als Äthan aufweisen, ein Bedarf, um selektiv ein oder zwei ausgewählte Kohlenwasserstoffe
mit aufeinanderfolgendem Molekulargewicht auszusondern, welche schwerer sind als irgendein anderer gewinnbarer
und erwünschter Kohlenwasserstoff, wozu auch Äthan gehören kann. In der Praxis hat sich gezeigt, daß zu solchen
selektiv auszusondernden Kohlenwasserstoffen Propan, die Butane sowie Mischungen aus Propan und den Butanen gehören.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Extraktionsverfahren
zur selektiven Entfernung von C~ -, C-. -, C4 oder
C,- - Kohlenwasserstoff komponenten aus einem Naturgasstrom
mitteis Kontaktieren mit einem physikalischen Lösungsmittel zur Verfügung zu steilen, weiches außerordentlich flexibel bezüglich
der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen und insbesondere
bezüglich der Gewinnung hoher Kohlenwasserstoffausbeuten ist und beispielsweise das selektive Aussondern von C*+C~ ,
C1-C-.-, C1-C4- oder C„-C4~Komponenten mit aufeinanderfolgenden
Molekulargewichten ermöglicht und gleichzeitig gestattet, daß als Komponenten Äthan, Propan oder eine Mischung aus Äthan und
Propan selektiv gewonnen werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Rückstands-bzw. Restnaturgases von
Förderleitungsqualität, welches in irgendeinem gewünschten Ausmaß nur aus unerwünschten Kohlenwasserstoffkomponenten
zur Verfüguncr zu stellen, eines Naturgasstromes besteht,/wobei gleichzeitig ein flussiges
Kohlenwasserstoffprodukt herstellbar ist, welches zu irgend-
einem beliebigen Ausmaß nur aus erwünschten Kohlenwasserstoffkomponenten
besteht.
Weiterhin ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Verfügung zu stellen, mittels dessen selektiv C„ -, C_ -, C. - oder C1- -Komponenten sowie Wasser und saure Komponenten
aus einem sauren Naturgasstrom durch Kontaktieren mit
einem Extraktionsmittel für Kohlenwasserstoffe entfernt werden können und alle diese Komponenten von dem Lösungsmittel und
in der gleichen Anlage voneinander getrennt werden und bei dem dann die sauren Komponenten von den in flüssigen Phasen vorliegenden C2 -, C3 -, C4 - oder C1- -Komponenten abgetrennt werden.
einem Extraktionsmittel für Kohlenwasserstoffe entfernt werden können und alle diese Komponenten von dem Lösungsmittel und
in der gleichen Anlage voneinander getrennt werden und bei dem dann die sauren Komponenten von den in flüssigen Phasen vorliegenden C2 -, C3 -, C4 - oder C1- -Komponenten abgetrennt werden.
Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
physikalisches Lösungsmittel als bevorzugtes Extraktionsmittel· für Kohlenwasserstoffe anzuwenden und dabei als bevorzugtes
physikalisches Lösungsmittel einen Diaikyläther von Polyäthylenglykol oder Polypropylenglykoi oder Mischungen dieser Äther einzusetzen.
physikalisches Lösungsmittel als bevorzugtes Extraktionsmittel· für Kohlenwasserstoffe anzuwenden und dabei als bevorzugtes
physikalisches Lösungsmittel einen Diaikyläther von Polyäthylenglykol oder Polypropylenglykoi oder Mischungen dieser Äther einzusetzen.
Auch ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Bildung eines Rückstandsnaturgases zur Verfügung zu stellen, welches
als Brennstoff mit einem Wärmeinhalt innerhalb eines vorgegebenen Bereiches eingesetzt werden kann.
als Brennstoff mit einem Wärmeinhalt innerhalb eines vorgegebenen Bereiches eingesetzt werden kann.
Äuchist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung eines Rückstandsnaturgases zur Verfügung zu stellen,welches als Rohstoff für die Petrochemie
mit spezifizierter Zusammensetzung verwendet werden kann, beispielsweise in der Art, daß es zwei oder drei Komponenten mit einem spezifischen Verhältnis enthält, wobei Methan das inerte Verdünnungsmittel ist=
Verfahren zur Herstellung eines Rückstandsnaturgases zur Verfügung zu stellen,welches als Rohstoff für die Petrochemie
mit spezifizierter Zusammensetzung verwendet werden kann, beispielsweise in der Art, daß es zwei oder drei Komponenten mit einem spezifischen Verhältnis enthält, wobei Methan das inerte Verdünnungsmittel ist=
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verfügung
gestellt, welches von Nutzen ist, wenn Änderungen in den Marktpreisen für einzelne Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form
dazu führen, daß der Marktpreis für einen bestimmten flüssigen Kohlenwasserstoff unter seinen Brennstoffpreis fällt. Solche
gestellt, welches von Nutzen ist, wenn Änderungen in den Marktpreisen für einzelne Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form
dazu führen, daß der Marktpreis für einen bestimmten flüssigen Kohlenwasserstoff unter seinen Brennstoffpreis fällt. Solche
.χ. ·» 334S881
Preise verändern sich täglich. Es ist daher vorteilhaft, wenn man alle diese flüssigen Kohlenwasserstoffe extrahieren und
gleichzeitig ein oder mehrere Kohlenwasserstoffe, deren Preis unterhalb ihres Brennstoffpreises liegt, aussondern und zur
Leitung des Rückstandsgases zurückführen kann. Eine Extraktionsanlage kann dann jederzeit mit optimalem Gewinn arbeiten.
Eine andere Marktbedingung kann auf einer Priorität seitens des Kunden beruhen, beispielsweise basierend auf der Notwendigkeit,
Rohstoffe einer chemischen Anlage zuzuführen. Beispielsweise kann es sein, daß eine solche Anlage Äthan, Butane
und alle schwereren Kohlenwasserstoffe benötigt, aber kein Propan.
Die Erfindung stellt sich daher dar als eine Verbesserung bei einem kontinuierlichen Verfahren zur Abtrennung von Wasser und
Kohlenwasserstoffen, die schwerer als Methan sind, aus einem Naturgasbeschickungsstrom, welches die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
1) Extrahieren des Wassers und der Kohlenwasserstoffe, welche
schwerer als Methan sind, aus einem Naturgasstrom mittels eines physikalischen Lösungsmittels bei Förderleitungsdrücken und
einer solchen Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit, welche ausreicht, um ein beladenes Lösungsmittel, welches das Wasser enthält,
eine Mischung von C. -Kohlenwasserstoffen und ein Rückstandsnaturgas
von Förderleitungsqualität zu liefern, welches in die Förderleitung zurückgeführt wird,
2) anschließendes Abflashen des beladenen Lösungsmittels in
einer Mehrzahl von Abflashstufen mit nacheinander abnehmenden
Drücken, um so eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden gasförmigen
C1 -Fraktionen zu erzeugen, welche einen abnehmenden Methangehalt
aufweisen, und gleichzeitig flüssige Mischungen zu liefern, welche Wasser, das Lösungsmittel und Kohlenwasserstoffmischungen
enthalten, sowie einen zunehmend niedrigeren Methangehalt aufweisen und
3) Regenerieren der flüssigen Mischung der letzten Stufe der Abflashstufen zur Gewinnung des physikalischen Lösungsmittels
für die Extraktionszone.
Diese erfindungsgemäße Verbesserung liefert einen Rückstandsbzw. Restnaturgasstrom und ein flüssiges Kohlenwasserstoffprodukt
mit einer Zusammensetzung, welche selektiv und zu jedem gewünschten Ausmaß in Übereinstimmung mit den Marktbedingungen
angepaßt werden kann. Eine solche Anpassung der Zusammensetzung des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukte ermöglicht es z.B.,
(1) daß das Prodult im wesentlichen aus C9 -, C, -, C. - oder
C,- -Kohlenwasserstoffkomponenten besteht, oder
(2) daß es alle C9 - oder C-, -Komponenten mit Ausnahme mindestens
einer Zwischenkomponente enthält, ausgewählt aus der Gruppe der C3- und der C4-Komponenten, welche ihrerseits mit
dem Rückstandsnaturgasstrom vereinigt werden; oder
(3) daß es andere, ausgewählte Komponenten der Naturgasbeschikkung
in irgendeinem beliebigen Ausmaß enthält.
Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren zum Extrahieren von Wasser und Kohlenwasserstoffen (C1 ) mit höherem Molekulargewicht
als Methan mittels eines physikalischen Lösungsmittels
flussigen
aus einem Naturgas, welches die Erzeugung von (1) einem/Kohlenwasser
stoffprodukt mit einer Zusammensetzung , welche entsprechend
den Marktbedingungen in praktisch jedem beliebigen Ausweiches aus
maß beliebig wählbar ist, oder/einem aus den restlichen Kohlenwasserstoff-Komponenten
bestehenden flüssigen Nebenprodukt besteht, und (2) einem Rückstands- oder Restnaturgasstrom ermöglicht,
welcher die restlichen Komponenten enthält oder ein Naturgasprodukt von ausgewählter Zusammensetzung mit Förderleitungsqualität
darstellt, ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man
A) in einer ersten Extraktionsstufe das Wasser und die C1 Kohlenwasserstoffe
aus dem Naturgasstrom mittels eines physikalischen Lösungsmittels bei den in der Förderleitung
herrschenden Drücken und bei einer Lösungsmittelzuführgeschwindigkeit
extrahiert, welche aureicht, um mindestens einen Anteil an Rückstandsgas oder Restgas mit Förderleitungsgualität,
der in eine Förderleitung zurückgeführt wird, sowie einen Strom an beladenem Lösungsmittel zu erhalten,
der das Wasser und eine Mischung von C. -Kohlenwasser-
stoffen enthält, wobei die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Einspeisungsgeschwindigkeit
und der Zusammensetzung des Naturgasstromes in dieser ersten Extraktionsstufe selektiv variiert und dadurch die
Zusammensetzung des beladenen Lösungsmittelstromes in bezug auf ausgewählte Komponenten aus der Gruppe: Äthan (C2),
Propan (C3), i- und η-Butane (C4) sowie schwerere Kohlenwasserstoffe
(C1- ) eingeregelt wird;
B) den beladenen Lösungsmittelstrom nacheinander in einer Mehrzahl
von Abflashstufen bei abnehmenden Drücken behandelt und dadurch eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden gasförmigen
C1 -Fraktionen mit immer niedrigeren Methangehalten
und flüssige. Mischungen aus Wasser, dem Lösungsmittel und Kohlenwasserstoffgemischen mit immer niedrigerem Methangehalt
erhält, wobei die Drücke in den Abflashstufen zur Einregulierung
der Zusammensetzungen der gasförmigen Fraktionen und der flüssigen Mischungen in bezug auf die ausgewählten
Komponenten variiert und angepaßt werden;
C) mindestens die aus der letzten Abflashstufe (Verfahrensschritt B) abgezogene flüssige Mischung regeneriert und
dadurch physikalisches Lösungsmittel für die erste Extraktionsstufe zurückgewinnt;
D) mindestens die erste der nacheinander durch Abflashen erhaltenen
gasförmigen C, -Fraktionen in die erste Extraktionsstufe zurückführt, um größtmögliche Mengen an Sthan
und C~ -Kohlenwasserstoffen zu extrahieren, und
E) mindestens die letzte der nacheinander durch Abflashen erhaltenen
gasförmigen C1 -Fraktionen einer Abstreifbehandlung
unterwirft zwecks Erzeugung mindestens eines Anteils von Cp -, C-. -, C. - oder C1- -Kohlenwasserstoffen in
flüssiger Produktform und eines die restlichen Komponenten enthaltenden Gasstromes (C1, C+ r, C1+O,+C, oder C-+C-+
C,+C, ), der im Kreislauf in die erste Extraktionsstufe zu-3
4 >
rückgeführt werden kann, wobei man entweder den Druck und/ oder die Bodentemperatur der für die Abstreifbehandlung
eingesetzten Vorrichtungseinheit selektiv, variiert.
Im Verfahrensschritt A) kann beispielsweise die Lösungsmittelzufuhrgeschwlndigkeit
in Abhängigkeit uon der Einspeisungsgeschwindigkeit des Naturgasstromes so eingeregelt werden,
daß das Lösungsmittel bevorzugt mit Äthan, Propan und Isosowie Normalbutanen beladen wird, während gleichzeitig der
Rückstandsnaturgasstrom an diesen Komponenten verarmt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche es insbesondere ermöglicht, zur weiteren Anpassung an die jeweiligen Marktverhältnisse
je nach Wahl C_- und/oder C.-Kohlenwasserstoffe
wahlweise im gewünschten Ausmaß mit dem Rückstands- oder Restnaturgasstrom zu kombinieren,ist dadurch gekennzeichnet, daß
man
A) in einer zweiten Extraktionsstufe den aus der Stufe der Abstreifbehandlung (Verfahrensstufe E) als Kopfstrom abgezogenen
Gasstrom und/oder mindestens eine der beim Abflashen (Verfahrensstufe D) erhaltenen gasförmigen C. -Fraktionen
mit dem physikalischen Lösungsmittel extrahiert, wobei man die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit,welche das Ausmaß
der Beladung an dem ausgewählten C2 -Kohlenwasserstoff regelt,
entsprechend einstellt und den nicht extrahierten Anteil der Kohlenwasserstoffzufuhr zu dieser Extraktionsstufe zur ersten Extraktionsstufe für den Naturgasstrom
(Verfahrensstufe A der ersten Ausführungsform) zurückführt;
B) den zweiten beladenen Lösungsmittelstrom einer einzelnen Abflashstufe zuführt und aus dieser einen einzelnen Abflash-Gasstrom,
welcher die ausgewählten C~ -Komponente(n) enthält, sowie einen Bodenproduktstrom gewinnt, der in die
Regenerierstufe gemäß Verfahrensschritt C) von Ausführungsform
1 zurückgeführt wird;
C) den einzelnen Abflash-Gasstrom in eine Abtrennstufe einspeist
und in dieser einen C--, C-.- oder C2+C-,-Kohlenwasserstoff
(e) enthaltenden Kopfstrom, der mit dem flüssigen
Kohlenwasserstoffprodukt von Verfahrensschritt E) von Ausführungsform
1 vereinigt wird, sowie einen Bodenstrom ge-
winnt, der mit dem Rückstands- oder Restnaturgasstrom von Verfahrensschritt A) der ersten Ausführungsform vereinigt
wird.
Es ist dabei besonders zweckmäßig, sowohl mindestens die aus
der letzten Abflashstufe abgezogene flüssige Mischung als auch den aus der einzelnen, der zweiten Extraktionsstufe nachgeschalteten
Abflashstufe abgezogenen Bodenproduktstrom in die Lösungsmittel-Regenerierstufe (Verfahrensschritt C der ersten
Ausführungsform) zurückzuführen und dadurch Lösungsmittel für die erste und zweite Extraktionsstufe zurückzugewinnen.
daß man Es ist weiterhin besonders zweckmäßig, /den aus der einzelnen
Abflashstufe erhaltenen abgeflashten Gasstrom in der Abtrennstufe (Verfahrensschritt C der zweiten Ausführungsform) in
ein Kopfprodukt, welches C--, C,- oder C^+C^-Kohlenwasserstoffe
enthält, sowie einen die auszuschließenden C3-, C,- oder Co+C^-
Kohlenwasserstoffe enthaltenden Bodenproduktstrom auftrennt und daß man letzeren mit dem Rückstands-Restnaturgasanteil von
Verfahrensschritt A der ersten Ausführungsform zu einem Produktnaturgas oder Rückstandsnaturgas vereinigt, während man
das Kopfprodukt mit dem aus der Abstreifstufe erhaltenen flüssigen
Kohlenwasserstoffstrom zu dem flüssigen Kohlenwasserstoff produkt oder -nebenprodukt vereinigt.
FaIJs es sich um einen sauren Naturgasstrom handelt, so-wird
dieser vorzugsweise einer Süßungs-Vorbehandlung vor Durchführung des erfindungsgemäßen Absorptionsverfahrens unterworfen^
indem man ihn mit einem chemischen Lösungsmittel kontaktiert, das keine Kohlenwasserstoffe absorbiert, beispielsweise mit
einem Amin. Falls es jedoch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht zweckmäßig ist, eine solche Vorbehandlung mit
einem Amin in der Gasphase durchzuführen, so kann auch der saure Naturgasstrom direkt in das erfindungsgemäße Verfahren
eingespeist werden. Die sauren Komponenten liegen dann in der flüssigen Phase oder Gasphase zusammen mit den schwereren Kohlenwasserstoff
komponenten so lange vor, bis diese Lösung oder Mischung als Flüssigkeit mit einem chemischen Lösungsmittel
kontaktiert werden kann« Weil eine solche nachgeschaltete Süßungsbehandlung in der flüssigen Phase durchgeführt wird,
sind die Kapitalkosten für die erforderliche Behandlungsvorrichtung relativ niedrig.
Wenn ein Betreiber einer solchen Anlage die Betriebsbedingungen verändert, um entsprechend den Bedürfnissen des Marktes eine
neue flüssige Produktmischung herzustellen, welche Kohlenwasserstoffkomponenten mit ansteigendem Molekulargewicht enthält,
dann muß er die (Gesamtheit der vorstehend erwähnten Verfahrensschritte
in Betracht ziehen. Er muß alle die aufgeführten Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge gesondert
überdenken, aber er muß sie nicht unbedingt alle gleichzeitig verändern. Für einige Naturgasströme ist es beispielsweise
ausreichend, die Zufuhrgeschwindigkeit des Lösungsmittels und den Rücklaufstrom zusätzlich zu den Abstreifbedingungen zu
verändern. Für die meisten Naturgasströme wird jedoch die
optimale Leistung erreicht, wenn alle vorstehenden Verfahrensschritte und Bedingungen verändert werden. Es ist beispielsweise
außerordentlich einfach, auf diese Weise mehr als 99% Propan zusammen mit 100% der schwereren Kohlenwasserstoffe und
weniger als 2% Äthan ohne zusätzliche Investitionen aus dem Naturgas zu gewinnen. Andererseits ist es möglich, mehr als
98% Äthan sowie mehr als 99% der Butane zusammen mit allen schwererenKohlenwasserstoffen, aber weniger als 2% Propan aus
dem Naturgas abzutrennen.
Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch
die nachstehende Tabelle II erläutert. Die ersten vier Fälle oder Betriebssituationen fassen die Möglichkeiten für die
selektive Extraktion von C2 -Kohlenwasserstoffen und insbesondere
des selektiven Nichtextrahierens oder Extrahierens und . anschließende Aussonderung der Kohlenwasserstoffe mit
niedrigerem Molekulargewicht zusammen, d.h. von C.+C2, von
C1+C2+C3 O(^er von C1+C2+C3+C4· Es wird darauf hingewiesen, daß
unter der Abkürzung C- sowohl Iso- als auch Normalbutane verstanden werden, daß unter der Abkürzung C1. sowohl Iso- als
auch Normalpentane und alle Komponenten zusammengefaßt sind,
welche schwerer als C1- sind.
Es wird außerdem darauf hingewiesen, daß geringfügige Anteile von anderen erwünschten oder nicht erwünschten Komponenten
vorhanden sein können, welche in Tabelle II nicht mitaufgeführt sind. Die in den Rubriken für die verschiedenen Produktströme
angeführten Komponenten sind diejenigen, welche hauptsächlich darin vorkommen.
Die letzten vier Fälle oder Betriebssituationen in Tabelle II fassen die Möglichkeiten zur weiteren Verarbeitung der ausgesonderten
Kohlenwasserstoffe aus den Abstreifeinheiten und abgeflashter Gase dar, welche weder zur ersten Extraktionseinheit zurückgeführt werden, noch der Abstreifeinheit zugespeist
werden. Diese kombinierten Produktströme werden in der zweiten Extraktionseinheit mit einem Anteil des gleichen
physikalischen Lösungsmittels extrahiert, welches auch in der ersten Extraktionseinheit eingesetzt wird.
Die nicht extrahierten Kohlenwasserstoffe, d.h. Methan oder
Methan plus Äthan, welche kleinere Anteile an gewünschten Kohlenwasserstoffen, wie Äthan oder Propan enthalten, werden
in die erste Extraktionseinheit zurückgeführt und der aus der zweiten Extraktionseinheit abgezogene beladene Lösungsmittelstrom
wird in die einzelne Abflasheinheit eingespeist. Die extrahierten und abgeflashten Kohlenwasserstoffe werden komprimiert,
abgekühlt und kondensiert und dann einer mit einem Wiedererhitzer ausgerüsteten Abtrenneinheit zugeführt. Die
Betriebsdrücke und Bodentemperaturen der Abstreif- bzw. Abtrenneinheiten können beliebige variiert werden. Der Kopfstrom
aus der Abtrenneinheit wird mit dem ausgewählten flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt vereint, welches aus der Abstreifeinheit
gewonnen wird. Das Bodenprodukt der Auftrenneinheit besteht aus dem ausgesonderten,nicht gewünschten Kohlenwasserstoff,
dessen Wert im flüssigen Zustand unterhalb des Brennstoffwertes liegt und daher mit dem Rückstandsnaturgas
von Förderleitungsqualität kombiniert wird.
TABELLE II
| Fall Nr. | cost» dCC ODCO -itDN -tOC CDDU) no CDD α Off DD HCl CDCD ic mD CDCD COI-J CD I i-J I |
Erste Extraktion, mehr faches Abflashen, Ab streifen |
CKD DCTO COCDQ. OrtfD ZP-ID CKDO CDHi-J CO-tO CDQ. -D-JC omn- Qi-. c com 7Γ C rtQCO CD I |
TCDJDäJx SCOO COCOO Nrt-tj Ci-JO CDCDi-J OHO D-tCL QfDC CDi-JTT i-J rr Dm Qir-fl) CDCDC CO |
Zweite Extraktion, einzelnes Abflashen, Auftrennen |
ΓΤΚ_Ι XSH η- ο I-JDJ3- mcrt- 7OTl rf CD HQX OCDn Di-Jh) CO 03 COND* OSh- CCDCD -tt-iir) CDrIr+ CDCD D |
Cl Cl C2 Cl |
com m nc. er conn -t, CD con-i) S1S1 3=i CO CT -ij HO mm CDCD ZT I |
CCO CO-tQ. lantD CDi-JD CDCtio OD^ DDO OXOQ. CD CtC I-JC7T L 1' 11 t CDCD m XO)C SMD CO |
O3J5JV CCq co-s; mrP CDi-J-f) SCOO OJDhJ DDq ( Ii"Lj CDCC i-J-ifs" CDn- TC s°im CflC CD |
Produkte | UD33=Ct3-i7"2 03CCOi-^SH- CDO-tQH3 n XMCD TCnH! CDHDrf φ riiDOHHX O)ZMO' rl- DDODC^ COrfCTOsp. DCT^D· CD m-n-SPTJ rKD CIXCJ" C Qi 1™ i-fN· 3 . IC · |
| I II III IV V VI VII VIII |
Cl C1-C2 C1-C2, C3 crc2, C3'C4 C1,C3 C1-C4 C1-C2, C4 C1'C3, C4 |
Nichtextrahierte _ kw der ersten Stufe |
C2+ C3+ C4+ C5+ <V C+ C5+ C + |
Cl C1-C2 Cl'C2' C3 C1'C2' C3-C4 cvc2, C3 C1-C2, C3'C4 C4 C1-C2, C3'C4 |
-tQIO-ti^ CDCDDHO i-J DH33 XMO CT S· DH- rO Q)Q)CDH- cc ca V)(S)CYI NQ)rt SCCDCD OTOCD COO Q) na CDcr 4Dxa CDCDDCD HirJ I I I D I |
152 | C2-C3 O2-C3, C4 C3-C4 C2-C3- C4 |
C3 C4 C4 C3-C4 |
C2 C2'C3 C3 C2 |
T^N.-iamao SC-Ji-JOO I CDOCDCL "O DDrtfD •-J DChJD O—Hf)MUU Qi-rtri>-'>^ CCC -to 7"XO-IiUCDQ. nto coci-ic H- CD TC" LQTT +er Γ0ΟΪ» 33CXH3 cr-»oc • 1"OCO |
^l C11C2 crc2, C3 C1'C2' C3-C4 C1-C3 C1'C4 C1-C2, C4 C1-C3- C4 |
|
| •Pi-nelinas '■ ? -·" ; ;' / <~ A |
Cl crc2 C1-C--,, C3 c1#c,, C3-C4 Cl Cl- C1-C2 ci ■ |
95 | 92 | crc2, C3 C1(C2, C3-C4 C2-C3, C4 C1-C2, C3-C4 |
162 | 175 | 172 | V -? C3+ C4+ C5+ C2-C4+ C2-C3, C+ c3,c5+ C2-C5+ |
19 | |||
| 12 | 137 | 84 |
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden,
daß C„ -Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form aus dem zugeführten
Naturgasstrom entfernt werden, während das Methan in einem ausgewählten Ausmaß ausgesondert wird. Die Abstreifeinheit
wird daher in Form eines Entmethanisierers betrieben und das daraus gewonnene flüssige Produkt enthält bis zu 98% des
Äthangehaltes des Naturgases, ferner alle flüssigen Kohlenwasserstoffe,
welche in dem zugeführten Naturgasstrom vorlagen und weniger als 2% des ursprünglich vorhandenen Methangehaltes
(vgl. Fall I in Tabelle II).
Andererseits kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu
benutzt werden, um eine C, -Kohlenwasserstofflüssigkeit aus
dem Naturgasstrom abzutrennen und Methan und Äthan im gewünschten Ausmaß auszusondern. Die Abstreifeinheit in Verfahrensschritt
E) wird daher als Entäthanisierungsvorrichtung betrieben (Fall II in Tabelle II). Das aus der Abstreifstufe
abgezogene flüssige Produkt enthält daher bis zu 99% des ursprünglichen Propangehaltes des Naturgases, ferner alle
schwereren Kohlenwasserstoffe, die in dem Naturgasstrom vorlagen und weniger als 2% des ursprünglichen Äthangehaltes.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich gemäß einer anderen
Ausführungsform aber auch so durchführen, daß eine flüssige
Phase aus C. -Kohlenwasserstoffen gewonnen wird und Methan, Äthan und Propan in gewünschtem Ausmaß ausgesondert werden.
Die Abstreifeinheit in Verfahrensstufe E) wird demgemäß als
Entpropanisierungsvorrichtung betrieben und liefert ein flüssiges Produkt, welches etwa 100% der Butane, alle schwereren
Kohlenwasserstoffe und weniger als 2% des ursprünglich im Naturgas enthaltenen Äthans und Propans enthält (vgl. Fall III
in Tab. II).
Eine weitere Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen,
besteht darin, daß man aus dem Naturgasstrom eine flüssige Phase aus Q. -Kohlenwasserstoffen abtrennt und Äthan,
Propan sowie Butan im gewünschten Ausmaß aussondert. Die Abstreifeinheit
wird daher als Entbutanisierungsvorrichtung be-
trieben, wodurch man ein flüssiges Produkt aus derselben erhält, welches praktisch 100% aller Pentane, ferner alle schwereren
Kohlenwasserstoffe und weniger als 2% an Äthan, Propan und Butanen,
welche ursprünglich in dem Naturgas vorlagen, enthält (vgl. Fall IV in Tab. II).
Äthan und Propan können praktisch vollständig in der ersten Extraktionsstufe und in den aufeinanderfolgenden Abflashstufen
ausgesondert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, sie teilweise in der ersten Extraktionsstufe auszusondern
und dann weiterhin in den aufeinanderfolgenden Abflashstufen auszusondern, wobei die allerletzte, praktisch vollständige
Aussonderung beim Durchlaufen durch die Abstreifstufe
stattfindet. Der erste oder die ersten beiden abgeflashten Gasströme werden typischerweise in die erste Extraktionsstufe
zurückgeführt und der letzte oder die beiden letzten abgeflashten Gasströme werden der Abstreifeinheit zugeführt. Eine
andere Möglichkeit besteht darin, die betreffenden Kohlenwasserstoffe in der ersten Extraktionsstufe nur geringfügig oder
gar nicht auszusondern, sie durch die Abflashbehandlung im mittleren Ausmaß auszusondern und den größten Anteil oder die
Gesamtmenge dieser Kohlenwasserstoffe in der Abstreifstufe
auszusondern. Auch können die abgeflashten Gase der hintereinandergeschalteten Abflashstufen einer Entmethanisierungsbehandlung
zugeführt werden. Jede dieser Ausführungsformen kann dazu verwendet werden, um Propan selektiv auszusondern,
weil ein relativ geringfügiger Anteil von Methan zusammen mit 98% des ursprünglich vorhandenen Xthans und Propans der zweiten
Extraktionsstufe zwecks nochmaliger Extrahierung zugeführt werden können.
Die selektive Aussonderung von Propan erfolgt gemäß Fall V in Tabelle II dadurch, daß man die Abstreifvorrichtung als Entpropanisierungsvorrichtung
betreibt und daß man den C., C2-
und C3~Kohlenwasserstoffe enthaltenden Zufuhrstrom zur zweiten
Extraktionsstufe nochmals mit dem physikalischen Lösungsmittel ■ behandelt, wodurch C1 abgetrennt und in die erste Extraktionsstufe zurückgeführt wird. Das beladene Lösungsmittel wird dann
einer einzelnen Abflashbehandlung unterworfen, komprimiert,
kondensiert und in der Auftrenneinheit weiterbehandelt, die als Entäthanisierungsvorrichtung betrieben wird, wodurch
Äthan als Kopfprodukt abgezogen wird, welches mit dem C. Bodenprodukt
aus der Abstreifeinheit vereinigt wird. Als Bodenprodukt wird aus der Entäthanisierungsvorrichtung Propan
erhalten, welches mit dem aus der ersten Extraktionseinheit abgezogenen Restnaturgasstrom kombiniert wird.
Gemäß Fall VI in Tabelle II besteht der Zufuhrstrom für die zweite Extraktionseinheit im wesentlichen aus C1-, C--, C-,-
und C.-Kohlenwasserstoffen, weil die Abstreifeinheit als Entbutanisierungsvorrichtung
betrieben wird. Nach der zweiten Extraktionsbehandlung ist Methan der Hauptkohlenwasserstoff,
der nicht extrahiert wurde, und es wird in die erste Extraktionsstufe zurückgeführt. In der nachgeschalteten Abflashstufe
wird ein C„-, C-,- und C.-Kohlenwasserstoffe enthaltender Gasstrom
erzeugt, welcher in der als Entpropanisierungsvorrichtung betriebenen Auftrennanlage behandelt wird. Man erhält aus
dieser als Bodenstrom Butane als ausgesonderte Kohlenwasserstoffe, welche in die Förderleitung für das Rückstandsnaturgas
eingespeist werden. Das über Kopf abgezogene Produkt enthält Äthan und Propan und wird mit dem Bodenproduktstrom der Abstreifeinheit
vereinigt, welche als Entbutanisierungsvorrichtung betrieben wird.
Gemäß dem Fall VII in Tabelle II werden aus der als Entbutanisierungsanlage
betriebenen Abstreifeinheit flüssige C1- -Kohlenwasserstoffe
als Bodenprodukt abgezogen, während die erste Extraktionsstufe und die hintereinandergeschalteten Abflashstufen
so betrieben werden, daß zusammen mit der Kreislaufführung der beiden ersten abgeflashten Gasströme in die erste
Extraktionsstufe praktisch das gesamte Methan und die größte Menge an Äthan nicht extrahiert werden und sich daher in dem
Rückstandsnaturgasstrom befinden. Die restlichen Mengen an C„-, C3- und C.-Kohlenwasserstoffen bilden den Zufuhrstrom
für die zweite Extraktionsstufe. Aus dieser wird als Kopfprodukt
das Äthan abgezogen und in die erste Extraktionsstufe
zurückgeführt, während das Lösungsmittel mit den C,- und C.Kohlenwasserstoffen
beladen wird. In der als Entpropanisierungsvorrichtung
betriebenen Äuftrennvorrichtung wird als Kopfprodukt Propan abgezogen, welches mit den flüssigen C- Kohlenwasserstoffen
zu dem erwünschten Kohlenwasserstoffendprodukt vereinigt wird.Als Bodenstrom werden aus der Auftrennvorrichtung
C.-Kohlenwasserstoffe abgezogen, welche mit
dem aus der ersten Extraktionszone gewonnenen Rückstandsnaturgasstrom vereinigt werden.
Gemäß Fall VIII in Tabelle II bilden die Cc +-Kohlenwasserstofflüssigkeiten
gleichfalls das Bodenprodukt der als Entbutanisierungsvorrichtung betriebenen Abstreifeinheit. Die
erste Extraktionszone und die hintereinandergeschalteten Abflashzonen
werden aber so betrieben und die Rücklaufführung der abgeflashten Gase erfolgt derart, daß praktisch alle C2 Komponenten
zusätzlich zu etwas Methan extrahiert werden. Der in der zweiten Extraktionsstufe zugeführte Produktstrom
enthält daher C1-, C2"r C3- und C.-Kohlenwasserstoffe. Als
Kopfprodukt aus dieser zweiten Extraktionsstufe erhält man Methan. Die aus der nachgeschalteten einzelnen Abflashstufe
erhaltenen abgeflashten Gase enthalten C2-/ C3- und C.-Kohlenwasserstoffe.
Die Auftrennvorrichtung wird als Entäthanisierungsvorrichtung betrieben, so daß man als Kopfprodukt Äthan
erhält. Als Bodenprodukt erhält man C,- und C4-Kohlenwasserstoffe.
Diese werden mit dem Rückstandsnaturgasstrom vereinigt, welcher daher C..-, C,- und C4--Kohlenwasserstoffe enthält. Das
aus der Anlage gleichfalls als Endprodukt erhaltene kombinierte flüssige Kohlenwasserstoff produkt enthält C3- und C1--,KohlenDa
der Gaszufuhrstrom zur zweiten Extraktionseinheit wesentlich
geringere Mengen an Methan enthält, als sie in dem ursprünglich zugeführten Naturgasstrom enthalten sind, der in
der ersten Extraktionsanlage behandelt wird, sind die relati ven Partialdrücke der schwereren Kohlenwasserstoffe in der
Zufuhr zur zweiten Extraktionsstufe beträchtlich höher. Dies führt dazu, daß für die zweite Extraktionsstufe wesentlich
geringere Mengen an Lösungsmittel benötigt werden (im Bereich von 0,14 bis 28m3 je 1000 Nm3 der Zufuhr zur zweiten Extraktionsstufe)
als es für die erste Extraktionsstufe der Fall ist (0,71 bis 71 m3 je 1000 Nm3 des dieser Stufe zugeführten Naturgases)
, vorausgesetzt, daß beide Extraktionseinheiten beim gleichen Druck betrieben werden.
Es gibt jedoch keine von außen aufgezwungenen Bedingungen, die
es erforderlich machen würden, daß der Druck in der zweiten . Extraktionsvorrichtung identisch ist mit demjenigen derersten
Extraktionsvorrichtung, da die erste Extraktionsvorrichtung im allgemeinen bei den Drücken arbeitet, welche in der Förderleitung
für das Rückstandsnaturgas herrschen. Es ist jedoch wesentlich, daß in der zweiten Extraktionseinheit mindestens
ein Betriebsdruck von 2700 kPa herrscht. Da das Komprimieren von Gasen recht teuer ist, ist es im allgemeinen vorzuziehen,
die zweite Extraktionseinheit so nahe wie möglich bei einem Betriebsdruck von 2700 kPa zu betreiben. Man muß dabei auf den
Vorteil einer Aufkonzentrierung der schwereren Kohlenwasserstoffe
in der Zufuhr zu der zweiten Extraktionseinheit verzichten, wodurch höhere Partialdrücke eingestellt werden könnten. Anders
ausgedrückt, kann es vorteilhaft sein, höhere Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeiten
zu der zweiten Extraktionseinheit anzuwenden, welche denjenigen entsprechen, die für die erste
Extraktionseinheit benötigt werden und welche im Bereich von 0,71 bis 71 m3 je 1000 Nm3 der zu extrahierenden Zufuhr liegen.
Je nach den Betriebsdrücken der Extraktionseinheiten können daher die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeiten zu der ersten
und der zweiten Extraktionszone im Bereich von 0,14 bis 71 m3
je Nm3 der betreffenden Zufuhr variieren.
Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein physikalisches
Lösungsmittel eingesetzt, das in bezug auf Äthan und schwerere Kohlenwasserstoffe im Vergleich zu Methan selektiv
wirkt und zwar in einem solchen Ausmaß, daß die Flüchtigkeit von Methan im Vergleich zu Äthan um den Faktor 5 größer ist
und daß die Beladungsfähigkeit für Kohlenwasserstoffe, ausge-
drückt als die Löslichkeit von Äthan in dem Lösungsmittel, mindestens 1,77 Nm3 Äthan je m3 Lösungsmittel beträgt.
Das physikalische Lösungsmittel wird vorzugsweise aus der nachstehenden Gruppe ausgewählt: Dialkyläther von Polyalkylenglykol,
N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid, Propylencarbonat,
Tetramethylsulfon, Glycerintriacetat, Triäthanolamin,
Tributylphosphat und gamma-Butyrolacton. Insbesondere
ist das Lösungsmittel der Dimethylather von Polyäthylenglykol, der Dimethylather von Polypropylenglykol, der Dimethyläther
von Tetramethylenglykol oder eine Mischung solcher Äther*
Insbesondere ist das Lösungsmittel ein Dimethyläther von Polyäthylenglykol,· welcher 3 bis 10 Äthyleneinheiten aufweist
und ein Molekulargewicht im Bereich von 146 bis 476 hat.
Die Regenerierung des Lösungsmittels wird durchgeführt,indem
man Wärme über einen Aufkocher zuführt und dadurch als Kopfprodukt einen dampfförmigen Strom erzeugt, welcher abgekühlt,
kondensiert, zum Absetzen gebracht und umgepumpt wird, so daß nach Austragen von überschüssigem Abwasser aus diesem Strom
dieser als Rücklauf zum Regenerator zurückgeführt wird. Typischerweise läßt sich die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit
im Bereich von 0,14 bis 71 m3 je 1000 Nm3 des als Beschickung
verwendeten Naturgasstroms variieren.
Die Abflashdrücke in den aufeinanderfolgenden Abflashstufen
liegen zwischen 8960 kPa und 14 kPa. Die Bodentemperaturen der Abstreif- bzw. Auftrenneinheiten variieren zwischen -180C
und +1500C.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig„1 zeigt in einem vereinfachten Fließdiagramm die Beziehungen,
durch welche die Grundverfahrensschritte gemäß der Erfindung miteinander verbunden sind.
Fig.2 stellt ein mehr ins einzelne gehende Fließdiagramm
dar, welches eine Kombination bevorzugter Ausführungsformen
zur Behandlung sowohl eines gesüßten als auch sauren Naturgases wiedergibt, welches einen beliebigen Wassergehalt bis
zur Sättigung aufweisen kann.
Das schematische Fließdiagramm von Fig.1 ist eine Kombination
der Verfahrensvarianten, wie sie durch die Fälle I bis IV in Tabelle II wiedergegeben werden und gemäß welchen ein Rücklaufstrom
aus Kohlenwasserstoffen mit aufeinanderfolgendem niedrigem Molekulargewicht selektiv ausgewählt aus C..- bis C.-Kohlenwasserstoffen
erzeugt wird(und aus den Verfahren, wie sie durch die Fälle V bis VIII in Tabelle II erläutert werden,
gemäß welchen aus diesem Rücklaufstrom ein C. -und/oder C--Kohlenwasserstoff
zwecks Rückführung zur ersten Extraktionsstufe extrahiert wird und dann ein C--, C,- oder (^+(!!-,-Kohlenwasserstoff
abgetrennt wird, um diesen mit den flüssigen Kohlenwasserstoff produkten zu kombinieren, die aus der Abstreifstufe
erhalten werden.
Gemäß der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform wird ein gesüßtes oder saures Naturgas über Leitung 13 zugeführt und
dann in die erste Extraktionseinheit 10 eingespeist, welcher über Leitung 55 Lösungsmittel und außerdem über Leitungen 22,
92 und 152 im Rücklauf zurückgeführte Materialien zugeführt werden. Nicht-extrahiertes Gas wird über Leitung 12 abgezogen,
während beladenes Lösungsmittel über Leitung 15 abgezogen und den aufeinanderfolgenden Abflashstufen 20, 30, 40, 70
zugeführt wird. Das abgeflashte Material wird über Leitung 42 in die Abstreifeinheit 90 eingespeist und gelangt außerdem
über Leitung 137 in die zweite Extraktionseinheit 150, während ein weiterer Abflash.jasstrom über Leitung 22 in die erste
Extraktionseinheit 10 zurückgeführt wird. Das Lösungsmittel wird von den hintereinandergeschalteten Abflashstufen 20, 30,
40 und 70 über Leitung 45 abgezogen und in die Regenerierungseinheit 50 eingespeist. Zusätzliches Lösungsmittel wird
dieser über Leitung 165 zugeführt. Das regenerierte Lösungsmittel wird über Leitung 55 in die erste Extraktionseinheit zurückgeführt
und der zweiten Extraktionseinheit 150 über Leitung zugeleitet.
Von der Abstreifeinheit 90 gelangen die über Kopf abgezogenen
oder ausgesonderten Kohlenwasserstoffe mit immer niedriegerem Molekulargewicht über Leitung 92 in die erste Extraktionseinheit 10 zurück und werden andererseits über Leitung 131
der zweiten Extraktionseinheit 150 zugeführt. Die C„ -, C3 -,
C. - oder C5 -Kohlenwasserstoffe enthaltenden Bodenströme
werden aus der Abstreifeinheit 90 über Leitung 95 ausgetragen.
Die in der zweiten Extraktionseinheit 150 nicht extrahierten Kohlenwasserstoffe werden über Leitung 152 in die erste Extraktionseinheit
10 zurückgeführt. Der Strom des beladenen Lösungsmittels wird in die einzelne Abflashstufe 160 über
Leitung 155 eingespeist. Das abgestreifte Lösungsmittel gelangt über Leitung 165 zur Lösungsmittelregenerierungseinheit
50.
Der in der einzelnen Abflashstufe 160 gebildete gasförmige Kohlenwasserstoffstrom wird über Leitung 162 in die Auftrenneinheit
170 eingespeist. Der dort entstehende Kopfstrom , der
aus Äthan, Propan oder aus einer Mischung von Äthan und Propan besteht, wird über Leitung 172 mit dem in Leitung 95 fließenden
Bodenstrom aus flüssigen Kohlenwasserstoffen vereinigt und über Leitung 97 bzw. Leitung 84 als flüssiges Endprodukt
aus der Anlage abgezogen. Falls das als Beschickung zugeführte Naturgas (Leitung 13) sauren Charakter hat, werden jedoch
die vereinigten flüssigen Kohlenwasserstoffe zunächst über Leitung 181 einer Einheit 80 für die Süßungsbehandlung zugeführt
und dann als gesüßtes flüssiges Kohlenwasserstoffprodukt über Leitung 82 daraus abgezogen und seas Leitung 84 als
flüssiges Endprodukt des Verfahrens entnommen. Die aus der Äuftrenneinheit 170 erhaltenen Bodenprodukte stellen das ausgesonderte
Material dar und sie werden über Leitung 175 mit den nicht extrahierten Kohlenwasserstoffen in Leitung 12,
die aus der ersten Extraktionseinheit 10 stammen, vereinigt und bilden das gesüßte Rückstandsgas in Leitung 19.
Das mehr detaillierte Fließdiagramm des erfindungsgemäßen
verbesserten Kohlenwasserstoffauftrcnnverfahrens gemäß Fig.2
ist bezüglich der wesentlichen Einzelheiten identisch mit dem Diagramm von Fig.1. Die verschiedenen Strömungswege der aus
den hintereinandergeschalteten Abflashstufen 20, 30. 40, 70
abgezogenen Gase und der aus der Abstreifeinheit 90 erhaltenen Gase sind jedoch in einzelnen Details dargestellt. Das in
Fig.2 schematisch wiedergegebene Verfahren umfaßt eine erste Extraktions(Absorptions)einheit 10, eine bei mittlerem Druck
arbeitende Abflasheinheit 20, eine bei niedrigem Druck arbeitende Abflasheinheit 30, eine bei Atmosphärendruck arbeitende
Abflasheinheit 40, eine unter Vakuum arbeitende Abflasheinheit
70, eine Regenerierungsvorrichtung 50, eine Abstreifeinheit 90, eine Einheit 80 zur Süßungsbehandlung im flüssigen Zustand,
eine zweite Extraktionseinheit 150, eine einzelne Abflasheinheit 160 und eine Auftrenneinheit 170. Es sind eine Vielzahl
von Leitungen, Kompressoren, Abkühlvorrichtungen und Ventilen vorgesehen, um jeden der abgeflashten bzw. Flüssigkeitsströme
in beliebiger Reihenfolge diesen Einheiten zuzuführen und um daraus jeden beliebigen Kohlenwasserstoff zu extrahieren und/
oder auszusondern, wobei es-sich um einen einzelnen oder eine Gruppe von Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
handelt.
Falls es sich bei dem Beschickungsstrom 13 um ein gesüßtes Naturgas mit einem Druck von 2200 bis 9100 kPa handelt, dann
ist es im allgemeinen mittels einer Vorbehandlung gesüßt worden, bei welcher es im Gegenstrom zu einer wässrigen Aminlösung
geleitet worden ist, die alle sauren Bestandteile einschließlich H9S und CO9 daraus abgetrennt hat, während sich
das Naturgas gleichzeitig mit Wasser gesättigt hat.
Die Extraktionsvorrichtung 11 wird auf einer Temperatur von
etwa -10 bis +500C gehalten, vorzugsweise bei einer Temperatur
von etwa 21 bis 270C, Das Lösungsmittel wird über Leitung
55 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zugeführt, so daß der Wassergehalt des süßen Naturgases, welches die Vorrichtung
über Leitung 12 verläßt, weniger als 0,2 kg je 1000 Nm3
und vorzugsweise weniger als 0,12 kg/1 500 Nm3 des Cases beträgt.
Unter diesen Bedingungen wird der Gehalt an Äthan und anderen Kohlenwasserstoffkomponenten mit größerem Molekulargewicht
in Leitung 12 auf einen sehr niedrigen Wert verringert. Durch .änderung der über Leitung 55 zugeführten Lösungsmittelmenge
läßt sich der Anteil an Äthan im Vergleich zu dem die Hauptkomponente darstellenden Methan beliebig verändern, doch
liegt das Lösungsmittelverhältnis üblicherweise bei 0,71 bis 71 m3 Lösungsmittel je 1000 Nm3 des zugeführten Naturgases,
gleichgültig ob dieses süß oder sauer ist.
Das beladene Lösungsmittel wird über Leitung 15 abgezogen und dem bei mittleren Druck betriebenen Äbflashtank 21 zugeführt,
aus welchem hauptsächlich Methan und geringe Anteile an schwereren Kohlenwasserstoffen über Leitung 22 abgezogen werden,
über Leitung 25 wird eine Mischung aus Lösungsmittel, Kohlenwasserstoffkomponenten und Wasser abgezogen und gelangt
über Ventil 26 in den bei niedrigem Druck betriebenen Äbflashtank 31, aus welchem eine Mischung aus zusätzlichem Methan
und ein Anteil an schwereren Kohlenwasserstoffen über Leitung 32 abgezogen wird. Eine Mischung aus Lösungsmittel, restlichem
Methan, Äthan und schwereren Kohlenwasserstoffen sowie Wasser wird über Leitung 35 und Ventil 36 aus diesem Tank abgezogen.
Nach einer anderen Ausführungsform kann diese Mischung über Leitung 37 und Ventil 39 in die Leitung 44 eingespeist
werden, die zum unter Vakuum betriebenen Abflasbtank 71
führt, was eine Alternative zu Leitung 45 darstellt.
Je niedriger die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit ist, desto weniger C2 -Kohlenwasserstoffe werden aus dem als Beschickung
verwendeten Naturgas abgetrennt. Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß bei gegebener Lösungsmitte!zuführgeschwindigkeit umso weniger Methan extrahiert wird, je höher
der Anteil an C2 -Kohlenwasserstoffen in dem Beschickungsnaturgas ist. Weiterhin ist festzustellen, daß umso mehr
Methan in jeder Abflashstufe entfernt wird, je niedriger der betreffende Abflashdruck ist. Die Anzahl der verwendeten
Abflashstufen hängt jedoch im allgemeinen von dem Einlaßdruck
des Naturgases ab. Der Grund hierfür ist darin zu
sehen, daß umso mehr Abflashstufen unter Erzeugung eines
geringeren Druckabfalls zwischen den einzelyen Stufen angewendet werden können, je höher der Einlaßdruck des Naturgases
ist. Auf diese Weise läßt sich eine höhere Gesamteffizienz des Verfahrens erzielen.
Wenn der Einlaßdruck des Naturgases beispielsweise 8300 kPa beträgt, kann es vorteilhaft sein, 4 Abflashstufen zu verwenden.
Wenn jedoch der Einlaßdruck des Naturgases niedrig bis mittelhoch ist, beispielsweise 4100 kPa, dann sind 3 Abflashstufen
angemessen. Im allgemeinen kann festgestellt werden, daß die Menge an abgeflashten erwünschten Kohlenwasserstoffen
aus dem Lösungsmittel umso geringer ist, je kleiner der Druckabfall zwischen den einzelnen Abflashstufen ist.
Mengen
Auf diese Weise werden auch geringeue/ferwünschtor Komponenten
in die erste Extraktionsvorrichtung Ί1 zurückgeführt.
Im Hinblick auf Ersparnisse an Kapitaleinsatz im Vergleich zur Energieeinsparung und den Abmessungen der Anlage kann
jedoch auch eine einzige Abflashstufe wirksam angewendet werden, um C. -Kohlenwasserstoffe aus einem Flüssigkeitsstrom
abzutrennen, der Wasser und physikalisches Lösungsmittel enthält. Falls wirtschaftliche Überlegungen darauf hinzielen, daß
2 Abflashstufen das Optimum darstellen, können beide abgeflashten
Gasströme der Abstreifeinheit 90 zugeführt werden oder gemäß einer anderen Ausführungsform kann der zweite
abgeflashte Strom der Abstreifeinheit 90 zugeführt werden, während der erste abgeflashte Strom entweder in die erste Extraktionseinheit
10 zurückgeführt wird oder der zweiten Extraktionseinheit 150 zugeführt wird.
Die Regenerierungseinheit 50 für das Lösungsmittel umfaßt den eigentlichen Lösungsmittelregenerator 51, einen Aufkocher 59
mit Kreislaufleitung 54, eine Abzugsleitung 52 für das Kopfprodukt
und einen Kondensator 53, eine Absitzvorrichtung 61, eine Auslaßleitung 68 für Abwasser, eine Leitung 65 zur Rückführung
von Wasser, eine Pumpe 66 , eine Rücklaufleitung 62 für Kohlenwasserstoffdampf von der Absitzvorrichtung 61, die
entweder zu dem unter Vakuum arbeitenden Abflashtank 71 oder zu dem unter Atmosphärendruck arbeitenden Abflashtank 41 über
Leitung 63 und Ventil 69 führt.
Die Beschickung für die Lösungsmittelregenerierungsstufe 50 kann entweder von dem unter Atmosphärendruck arbeitenden Abflashtank
41 (Leitung 45 und Pumpe 46) oder von dem unter Vakuum arbeitenden Abflashtank 71 (Leitung 75 und Pumpe 76)
zugeführt werden. Wasserfreies Lösungsmittel wird über Leitung 55 aus der Regeneriervorrichtung 51 mittels Pumpe 56 abgezogen,
im Kühler 57 gekühlt und gelangt dann über Ventil 58 entweder zu dem ersten Extraktor 11 oder wird über Leitung 141
und Ventil 143 zu dem zweiten Extraktor 151 weitergeleitet.
Wenn das als Beschickung verwendete und über Leitung 13 zugeführte Naturgas kein Wasser enthält, dann ist es auch
möglich, daß das Lösungsmittel die Regenerierungseinheit 50 mittels Leitung 48 und Ventil 47 bei geschlossenem Ventil 49
umgeht und dann direkt über Leitung 55 dem ersten Extraktor 11 und dem zweiten Extraktor 151 zugeführt wird.
Aus dem Fließdiagramm von Fig.2 ist ersichtlich, daß die über
Leitungen 22 und 32 abgezogenen Kopfproduktströme an der Abstreifeinheit 90 vorbeigeleitet und direkt zum Extraktor 11
über Leitung 112 und Ventil 114 bzw. Leitung 111 und Ventil
113 mittels Leitung 92 zurückgeführt werden können. Eine
andere Möglichkeit besteht darin, diese Ströme in Leitungen 22 und 32 in einer Leitung 42 zu vereinigen und sie über den
Kühler 74 und das Ventil 103 der Abstreifvorrichtung 91 zuzuführen.
Vor den Zuspeisungsstellen der Produktströme in den Leitungen 22 und 32 ist jedoch in diese Leitung 42 auch schon
das abgeflashte Produkt aus dem bei Atmosphärendruck arbeitenden Abflashtank zugeführt worden und bei einigen Ausführungsformen zusätzlich das über Kopf abgezogene Abflashprodukt aus
dem Vakuumabflasher, das in Leitung 72 strömt.
Die Abstreifeinheit 90 umfaßt eine Abstreifvorrichtung 91,
einen Aufkocher 99, eine Kreislaufleitung 98, eine Entnahme-
Ψ - JY.
leitung 92 für das Kopfprodukt, eine Entnahmeleitung 95 für
die Bodenprodukte und eine Pumpe 96. Die Temperatur am Boden des Abstreifers 91 wird eingeregelt durch die Wärmeenergie,
die über den Aufkocher 99 zugeführt wird, wobei die erhitzte Bodenflüssigkeit über Leitung 98 wieder in den Abstreifer
91 zurückgeführt wird- Das Bodenprodukt entspricht den Produktspezifikationen in bezug auf unerwünschte Verbindungen
wie Methan, Äthan, Propan, Butane, CO2, H2S und andere auszusondernde
Verbindungen und wird aus dem Verfahren über Leitung 95 und Pumpe 96 ausgetragen und der Transportforderleitung
über Ventil 100, Leitung 97, Leitung 82 und Leitung 84 zugeführt.
Falls saure Komponenten vorher nicht entfernt worden sind, ist jedoch die Durchführung einer Süßungsbehandlung im flüssigen
Zustand in der Einheit 80 erforerlich. Diese Einheit für die Süßungsbehandlung umfaßt eine Kontaktierungsvorrichtung
81 und eine Desorptionsvorrichtung 85. Falls für eine spezielle Ausführungsform des Verfahrens die Abstreifeinheit
90 nicht benötigt wird, ist ein Flüssigkeitsvorratstank 77 vorgesehen. Der gekühlte Produktstrom in Leitung 42 wird
über Leitung 158 und Ventil 159 in den Lagertank 77 eingespeist und gelangt dann über Leitung 78, Pumpe 79 und Ventil
187 in die Kontaktierungsvorrichtung 81. Falls bei der Durchführung des Verfahrens die Abstreifeinheit 90 benötigt wird,
werden die sauren Flüssigkeiten vom Abstreifer 91 über Leitung 95, Pumpe 96, Ventil 89 und Leitung 181 in die Leitung 78
eingespeist. In der Kontaktierungsvorrichtung 81, die mit Aminen arbeitet, wird ein gesüßtes Produkt gebildet, welches
über Ventil 104 und Leitung 82 abgezogen wird. Dieses besteht im wesentlichen aus Xthan und schwereren Kohlenwasserstoffen
im flüssigen Zustand, welches dann einer Transportförderleitung zugeführt wird.
Um was für schwerere Kohlenwasserstoffe es sich dabei handelt,
hängt von einer vorhergehenden Entmethanisierungs-, Entäthanisierungs-, Entpropanisierungs- oder Entbutanisierungsbehandlung
in dem Abstreifer ab. Der saure aminhaltige Strom in
Leitung 83 wird in der Einheit 85 desorbiert, wobei ein CO2-
und ELS-haltiger Strom erzeugt wird, welcher nur vernachlässigbare
Mengen an Kohlenwasserstoffen enthält und über Leitung 86 abgezogen wird. Der dann im wesentlichen nur noch
Amine enthaltende Strom wird der Kontaktierungsvorrichtung 81 über Leitung 87 wieder zugespeist. Wenn das als Enderzeugnis
gewünschte flüssige Produkt bereits den gewünschten Anforderungen entspricht, ohne daß eine Abstreifeinheit 90 benötigt
wird- und wenn dieses flüssige Produkt bereits gesüßt ist, können die im Verfahren anfallenden flüssigen Produkte sowohl
an der Abstreifeinheit 90 als auch an der Einheit 80 für die Süßungsbehandlung mittels Leitung 84 und Ventil 88 vorbeigeführt
werden.
Die erste Extraktionseinheit 10, die unter mittlerem Druck
arbeitende Abflasheinheit 20, die unter niedrigem Druck arbeitende
Abflasheinheit 30, die unter Atmosphärendurck arbeitende Abflasheinheit 40, die unter Vakuum arbeitende Abflasheinheit
70 sowie die Abstreifeinheit 90 zusammen mit Rücklaufleitungen für die an Methan angereicherten Produktströme in
Leitung 92 einschließlich der Einheit 98 für die Süßungsbehandlung im flüssigen Zustand und die Regenerierungseinheit
50 für das Lösungsmittel sind ausreichend, um zusammen mit den entsprechenden Kompressoren, Kühlern, Ventilen und weiteren
Leitungen die nachstehenden Produkte zu erzeugen:
(a) ein waserfreies, süßes Rückständsgas, welches über Leitung
12 einer Förderleitung zugeführt werden kann;
«L J. J. Λ.
(b) flüssige C2 -/ C3 -, C4 - oder C5 -Kohlenwasserstoffe
in Leitung 95, wobei C~-, C,- bzw. C.-Kohlenwasserstoffe mit
aufeinanderfolgenden Molekulargewichten selektiv ausgesondert und als ein Teil des gesüßten trockenen Rückstandsgases in
Leitung 12 ausgetragen werden.
Wenn jedoch die Marktpreise, die sich für einzelne Kohlenwasserstoffe
im flüssigen Zustand erzielen lassen, sich verändern, so daß der Marktpreis für einen bestimmten flüssigen
Kohlenwasserstoff unter seinen Brennstoffwert fällt, ist es vorteilhaft, wenn die Möglichkeit besteht, nur diejenigen
flüssigen Kohlenwasserstoffe zu extrahieren, deren Produktpreis
über ihrem Brennstoffpreis liegt.
Um eine selektive Extraktion zu ermöglichen, werden eine zweite Extraktionseinheit 150, eine einzelne Abflasheinheit
160 und eine Auftrenneinheit 170 zusätzlich benötigt. Der Extraktionseinheit 150 werden über Leitung 137 ein gasförmiger
Kohlenwasserstoffstrom und aus Leitung 55 über Ventil 143 und Leitung 141 ein Lösungsmittelstrom zugeführt. Über Leitung
152 wird als Kopfprodukt Methan oder Äthan abgezogen und
dieser Gasstrom wird mittels des Kompressors 153 komprimiert, anschließend im Wärmeaustauscher 154 abgekühlt, ehe er über
Ventil 156 in Leitung 92 zwecks Rückführung zu dem ersten Extraktor 11 über Leitung 28 mit Ventil 24 eingespeist wird.
Das Strömungssystem zur selektiven Zufuhr von abgeflashten Gasen sowie des Kopfproduktes des Abstreifers zu dem zweiten
Extraktor 151 umfaßt eine Sammelleitung 137, welche die Produktströme
aus den Leitungen 138, 131, 101 und 121 aufnimmt. Leitungen 138 und 131 sind über Ventile 139 bzw. 133 mit
Leitung 92 verbunden (vor dem Kompressor 93 gelegen). Außerdem besteht hinter dem Kompressor 9 3 eine Verbindung über die
Austragsleitung des Kopfproduktes aus dem Abstreifer 91.
Die aus dem bei mittlerem Druck arbeitenden Abflashtank 21
abgeflashten Gase haben drei Strömungswege zu den nächsten Verarbeitungseinheiten, wie nachstehend aufgeführt:
(1) über Leitungen 22, 112, 92 und 28 zu dem ersten Extraktor 11; (2) zu dem zweiten Extraktor 151 über Leitungen 22, 121,
131 und 137 sowie (3) zu dem Abstreifer 91 üoer Leitungen 22
und 42. Die aus dem bei niedrigem Druck arbeitenden Abflashtank 31 abgezogenen abgeflashten Gase haben gleichfalls drei
Strömungswege zu den gleichen Verarbeitungseinheiten, wie nachstehend angegeben: (1) zum ersten Extraktor 11 über
Leitungen 32, 111, 92 und 28; (2) zum zweiten Extraktor151 über Leitungen 32, 101, 121, 131 und 137 sowie (3) zum.Abstreifer
91 über Leitungen 32 und 42. Die aus dem bei Atmosphärendruck arbeitenden Abflashtank 41 stammenden abgeflash-
ten Gase und die aus dem unter Vakuum arbeitenden Abflashtank 71 stammenden Gase haben zwei Strömungswege zu der
nächsten Verarbeitungseinheit, wie nachstehend angegeben: zum Abstreifer 91 über Leitung 42 (bzw. über Leitung 72,
vom Abflashtank 71 aus) und zur Behandlungsvorrichtung 81 für die Süßungsbehandlung im flüssigen Zustand über Leitungen
42 und 158, den Lagerbehälter 77 und Leitung 78.
Leitung 32, die das Kopfprodukt von dem unter niedrigem Druck
arbeitenden Abflashtank 31 aufnimmt, ist mit Leitung 101 über ein vor dem Kompressor 33 gelegenes Ventil 102 und ein hinter
dem Kompressor 33 gelegenes Ventil 107 verbunden. Leitung 32 hat auch ein eigenes Ventil 34 und vereinigt sich mit
den Leitungen 22 und 42 zwecks Förderung der Zuspeisung zum Abstreifer 91.
Je nach dem Betriebsdruck der zweiten Extraktionseinheit 150 können die in Leitung 92 strömenden Gase auch über Leitung
131 als Zuspeisung für den zweiten Extraktor 151 dienen.
Leitung 131 hat ein Ventil 133 und einen Kühler 135 und trägt in die Leitung 127 aus. Je nach dem Betriebsdruck von dem Abflashtank
31 und dem zweiten Extraktor 151 kann Leitung 101 dazu verwendet werden, um die in Leitung 32 strömenden Gase
direkt mittels Leitung 108 und Ventil 109 in die Leitung 127 einzuspeisen.
Die Entnahmeleitung 22 für das Kopfprodukt aus dem bei mittlerem
Druck arbeitenden Abflashtank 21 weist einen Kompressor 23 auf und ist über das vor dem Kompressor 23 liegende Ventil
117 mit Leitung 115 verbunden sowie mit dem nach dem Kompressor
23 gelegenen Ventil 123 mit Leitung 121. Leitung 22 steht auch mit Leitung 112 in Verbindung, welche ein Ventil 114 aufweist
und in die Leitung 92 an einer Stelle in Leitung 92 austrägt, welche,in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem
Kühler 94 liegt. Leitung 22 kann auch direkt in den Abstreifer 91 austragen.
Leitung 121 hat zusätzlich ein Ventil 125 und kann an einer Stelle in Leitung 131 austragen, welche vor dem Kühler 135
liegt. Umgehungsleitung 127 mit Ventil 129 ist vor Ventil 125 mit Leitung 21 verbunden und trägt in Leitung 137 aus.
Umgehungsleitung 108 mit Ventil 109 steht vor dem Ventil 106 mit Leitung 101 in Verbindung und trägt in Leitung 127 aus.
Der Bodenproduktstrom in Leitung 155 enthält je nach der Umlaufgeschwindigkeit des Lösungsmittels flüssige C0 +C,-Kohlenwasserstoffe
oder C^+CU+C^-Kohlenwasserstoffe, welche
der einzelnen Abflashvorrichtung 161 zugeführt werden, aus
welcher über Leitung 162 ein Kopfstrom entnommen wird. In
dieser Leitung 162 ist ein Kompressor 163 und ein Wärmeaustauscher
164 eingebaut und sie dient als Zufuhrleitung zur Auftrennvorrichtung 171. Der aus der Abstreifvorrichtung abgezogene
Bodenstrom in Leitung 165 wird dann mittels Pumpe 166 zu der Regenerierungsvorrichtung 50 über Leitung 45
weitergepumpt.
Der Kohlenwasserstoffstrom in Leitung 162 wird der Auftrennvorrichtung
171 zugeführt, welche einen Aufkocher 179 und eine Kreislaufleitung 178 zum Erhitzen ihres Inhaltes aufweist. Als
Überkopfprodukt wird Äthan abgezogen, wenn die Einheit als
Entäthanisierungsvorrichtung betrieben wird, oder das Kopfprodukt besteht aus Äthan und Propan, wenn die Einheit als
Entpropanisierungsvorrichtung betrieben wird. Die Kopfprodukte
in Leitung 172 werden mit den in Leitung 95 strömenden Produkten vereinigt und verlassen die Anlage über Leitung 84.
Entsprechend bestehen die Bodenprodukte in Leitung 175 , die mittels Pumpe 176 umgepumpt werden, aus Propan oder Propan und
Butanen, wenn die Einheit als Entäthanisierungsvorrichtung betrieben wird, oder aus Butan, wenn die Einheit als Entpropanisierungsvorrichtung
betrieben wird. Der Kohlenwasserstoff strom in Leitung 175 gelangt über Ventil 177 in Leitung
12, welche das Rückstandsnaturgas enthält. Gemäß einer anderen Ausführungsform können Leitung 173 und Ventil 174 verwendet
werden, wenn der in Leitung 175 strömende Produktstrom
über Leitung 152 in den ersten Extraktor 11 zurückgeführt
werden soll.
Je nach den Produkten, welche gewonnen werden sollen, können
die Rückführungsgase in Leitung 92 den ersten Extraktor 11 mittels Leitung 29 und Ventil 149 umgehen und direkt in die
Leitung 12 für das Rückstandsgas eingespeist werden. Das Rückstandsgas mit Förderleitungsqualität wird aus dem Verfahren
nur über Leitung 19 abgezogen. Wenn dagegen im erfindungsgemäßen
Verfahren primär ein ausgewähltes flüssiges Produkt hergestellt werden soll, dann wird das Naturgas nur
über Leitung 13 zugeführt und seine Komponenten verlassen das Verfahren nur über Leitung 84 in Form des betreffenden flüssigen
Produktes, während die restlichen Komponenten lediglich über Leitung 19 als Rückstandsnaturgas abgezogen werden.
Wenn es hingegen das Hauptziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ein ausgewähltes Naturgas als Hauptprodukt herzustellen,
dann verlassen die Komponenten als gasförmiges Produkt das Verfahren nur über Leitung 19 und die restlichen Komponenten
werden in Form eines flüssigen Rückstandsproduktes nur über Leitung 84 abgezogen.
Die Flexibilität dieses Behandlungssystems zur selektiven Extraktion
gewünschter Kohlenwasserstoffkomponenten aus einem als Beschickung zugeführten Naturgasstrom, sei dieser gesüßt
oder sauer, und mit einem Wassergehalt bis zur Sättigung, unter Verwendung eines physikalischen Lösungsmittels wird
durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 Fall I
Eine Anlage zur Gewinnung von Äthan, wie in den Fig.1 und 2
dargestellt, wird dazu verwendet, um pro Tag 100 000 Nm3 (100 kNm3D) eines gesüßten Naturgases mit dem Ziel einer
95prozentigen Äthangewinnung zu behandeln. Die Zusammensetzung des dem Extraktor 11 der Extraktoreinheit 10 zugeführten
Naturgases ist wie folgt:
| Komponente | Mol-% |
| Stickstoff | 2,02 |
| Methan | 80,62 |
| Äthan | 9,69 |
| Propan | 4,83 |
| iso-Butan | 0,50 |
| n-Butan | 1,45 |
| iso-Pentan | 0,30 |
| n-Pentan | 0,37 |
| Hexan und höhere | |
| Kohlenwasserstoffe | 0,22 |
100,00
Wassergehalt: 2,9 kg/kNm3D Beschickungsgas
Einlaßdruck: 4410 kPa Einlaßtemperatur: 500C
In diesem Beispiel wird ein molares Verhältnis von Lösungsmittel zu dem Strom der frischen Beschickung in Leitung 13 von
etwa 1,36:1,00 angewendet. Die in dem Beschickungsgas vorhandenen Kohlenwasserstoffe, nämlich Äthan und schwerere
flüssige Komponenten, werden selektiv absorbiert und über Leitung 15 aus dem ersten Extraktor abgezogen. Das verbleibende
Naturgas wird aus dem ersten Extraktor über Leitung 12 abgezogen und besteht hauptsächlich aus Stickstoff, Methan und
kleineren Anteilen an Äthan, letztere abhängig von dem gewünschten Gewinnungsgrad an Äthan. Praktisch das gesamte Propan
und alle schwereren Komponenten sind dabei aus dem Beschickungsstrom 13 abgetrennt worden.
Um das Methan aus den gewonnenen Kohlenwasserstoffen abzutrennen
und gleichzeitig die zukommende Energie für die weitere Verwendung zu bewahren, wird der Druck in Leitung
in einer Vielzahl aufeinanderfolgender Stufen erniedrigt,
beispielsweise von 4410 kPa auf 2760 kPa im bei mittlerem Druck arbeitenden Abflashtank 21 , dann auf 2070 kPa in dem
boi niedrigem Druck arbeitenden Abflashtank 31 und schließlich
auf 35 kPa in dem unter Vakuum arbeitenden Abflashtank
71. Auf diese Weise werden gasförmige Produktströme 22, 32, 72 von flüssigen Produktströmen 25, 35, 75 abgetrennt. Die
Dampfproduktströme in den Leitungen 22, 32, 72 enthalten etwa 88 bzw. 86 bzw. 40 Molprozent Methan. Der Dampfstrom in
Leitung 22 enthält etwa 30% weniger Methan und etwa 94% an Äthan, jeweils bezogen auf die Konzentration im Strom 15. Der
flüssige Strom in Leitung 25 enthält etwa 30% weniger Methan und etwa 94% Äthan, wiederum bezogen auf die Konzentrationen
des Produktes in Leitung 15. Der Strom in Leitung 32 enthält etwa 51% weniger Methan als der Strom in Leitung 15.
Der über Leitung 75 aus dem unter Vakuum arbeitenden Abflashtank 71 abgezogene flüssige Produktstrom enthält etwa 1,5
Molprozent Kohlenwasserstoffe und Wasser. Der Rest besteht aus
Lösungsmittel. Er wird in die Regenerierungsvorrichtung 51 für das Lösungsmittel gepumpt und dort bei einem Druck von
etwa 138 kPa auf etwa 1500C erhitzt, wodurch das Wasser vollständig
abgetrennt wird. Schließlich wird er im Kühler 57 auf etwa 50°C abgekühlt.
Die Durchführung des in diesem Beispiel beschriebenen Verfahrens wird durch das Studium der Zusammensetzung der verschiedenen
Produktströme in den einzelnen Leitungen,ausgedrückt in kg-Mol je Stunde, besser verständlich. Die Zusammensetzungen
von 15 Produktströmen in bezug auf 11 Komponenten sind in
den Tabellen III und IV nachstehend wiedergegeben.
T.a k^l 1 e III
Zusammensetzung von Produktströmen in Beispiel 1
Zusammensetzung von Produktströmen in Beispiel 1
| ProdiÄtstrom in Leitung | '13 | 55 | 12 | ■ 15 | 28 | 19 | 22 | # | 12 | 25 ' |
| Komponenten, ■ kg-Mol/Std. |
09 | 12. | 97 | |||||||
| Stickstoff | 3.75 | - | 3.75 | .19 | * | 37 | 1. | 27 | • 07 | |
| Methan | 149.27 | - | 148.90 | 43.46 | 43. | 51 | * | 25 | 30. 4y | |
| Äthan | 17.93 | - | .91 | 20.40 | 3. | 03 | • | 02 | 19.13 | |
| Propan | 8.94 | - | Spuren | 9.45 | • | 07 | • | 03 | 9.19 | |
| iso-Butan | .93 | - | - | .96 | • | - | .94 | |||
| n-Butan | 2.68 | - | - | 2.75 | • | - | 2.72 | |||
| iso-Pentan | .56 | - | .56 | - | - | .56 | ||||
| n-Pentan | .69 | - | - | .69 | - | .69 | ||||
| Hexan und C,+ | .49 | - | - | .49 | - | .49 | ||||
| Wasser | .66 | - | - | .66 | 26 | 14. | 66 | .66 | ||
| Lösungsmittel | - | 253.17 | - | 253.17 | 253.17 | |||||
| Gesamtmenge in Kg-Mol/Std. |
185.90 |
253.17 | 153.56 | 332.88 | 47. | 318.11 | ||||
in oo oo
Tabelle III
Zusammensetzung von Produktströmen in Beispiel 1
Zusammensetzung von Produktströmen in Beispiel 1
| Produktstrom in Leitu | ng 32 | 35 | 72 | 75 | 92 | 93 | 68 | 62 |
| Komponenten kg-Mol/Std. |
||||||||
| Stickstoff | .03 | .03 | - | - | .03 | - | — | — |
| Methan | 9.10 | 21.40 | 21.40 | .15 | 21.03 | .37 | - | .15 |
| Äthan | 1.20 | 17.94 | 17.94 | .74 | .91 | 17.03 | - | .74 |
| Propan | .25 | 8.94 | 8.94 | .86 | Spuren | 8.94 | - | .86 |
| iso-Butan | .02 | .93 | .93 | .15 | - | .93 | - | .15 |
| n-Butan | .03 | 2.68 | 2.68 | .52 | - | 2.68 | - | .52 |
| iso-Pentan | - | .56 | .56 | .17 | - | .56 | - | .17 |
| n-Pentan | - | .69 | .69 | .25 | - | .89 | - | .25 |
| Hexan und Cg | - | .49 | .49 | .22 | - | .49 | - | .22 |
| Wasser | - | .66 | - | .66 | - | - | .66 | Spuren |
| !Lösungsmittel | - | 253.17 | - | 253.17 | - | - | Spuren | - |
| Gesamtmenge in kg-Mol/Std. |
10.63 | 307.49 | 53.63 | 256.89 | 21.97 | 31.69 | .66 | 3.06 |
■£■»
cn
Falls das gewünschte flüssige Produkt nur aus Propan und schwereren Kohlenwasserstoffen besteht, beispielsweise wird
hier auf Fall II verwiesen, dann können bis zu 98% Äthan und etwa 1% des mit der Beschickung über Leitung 13 in das Verfahren
eingespeisten Naturgases über Leitung 12 abgezogen werden, während unschwer 99% des Propans mit etwa 2% des Äthans
aus dem Produktgasstrom in Leitung 13 als Komponenten des Stroms in Leitung 95 wiedergewonnen werden,welcheraußerdem 100%
der Butane und schwererer Kohlenwasserstoffe enthält. Diese erwünschten Wiedergewinnungswerte können erreicht werden, indem
man die Betriebsbedingungen verändert, beispielsweise sollte dann das molare Verhältnis von Lösungsmittel zu frischer
Beschickung wesentlich abgesenkt werden bis auf etwa 0,95, der Druck in dem bei mittlerem Druck arbeitenden Abflashtank
sollte etwa 1725 kPa betragen und der Niederdruck-Abflashtank sollte bei etwa 1035 kPa betrieben werden, während die Entmethanisierungsvorrichtung
als eine Entäthanisierungsvorrichtung bei einem Druck von etwa 1900 kPa zu betreiben wäre.
Entsprechend ist es durch Veränderung der Lösungsmittelzuflußgeschwindigkeit
zum ersten Extraktor, durch Veränderung des Druckes in den anschließenden Abflashstufen und durch Einregulierung
von Druck und Temperatur in der Enmethanisierungseinheit möglich, Propan oder Butane bis zu einem gewünschten
Ausmaß auszusondern, um auf diese Weise C4 - oder C5 -Kohlenwasserstoff
produkte in flüssiger Form zu gewinnen, wie für die Fälle III oder IV wiedergegeben ist.
Extraktion von flüssigen C^-und C. -Kohlenwasserstoffen aus
einem gesüßten Naturgas als Beschickung unter Aussonderung von Propan (Fall V)
Das Verfahren wird,wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt,
um C2 -Kohlenwasserstoffe aus dem Beschickungsgas abzutrennen
mit der Abänderung, daß nur die Gase aus dem Abflashtank 21 über Leitungen 112, 92 und 28 direkt zum ersten Extraktor 11
zurückgeführt werden. Alle anderen Produktströme fließen ent-
weder direkt in Leitung 137 oder über den als Propanisierungsvorrichtung
arbeitenden Abstreifer 91 in.Leitung 137. Der Produktstrom in Leitung 137, welcher dem zweiten Extraktor
151 zugeführt wird, enthält C1-, C3- und ^-Kohlenwasserstoffe.
Das Verhältnis der Fließgeschwindigkeit an Lösungsmittel in Leitung 141 und Ventil 143 zu der durch 137 strömenden
Gasmenge ist ausreichend, damit das aus dem zweiten Extraktor 151 abgezogene Kopfprodukt im wesentlichen aus Methan
mit etwas Äthan besteht. Dieses Verhältnis variiert zwischen 0,14 bis 38 m3 je 1000 Nm3.
Das Kopfprodukt aus dem einzelnen Abflashtank 161 wird dem
als Entäthanisierungsvorrichtung arbeitenden Auftrenner 171 zugeführt, in welchem Druck und Temperatur mittels des Aufkochers
179 und des Stromes in der Kreislaufleitung 178 so
eingeregelt werden, daß als Kopfprodukt über Leitung 172 Ä'than abgezogen wird, welches mit dem Produkt in Leitung 95
vereinigt wird, während Propan über Leitung 175 abgezogen und mittels Pumpe 176 über Ventil 177 mit dem Produkt in Leitung
12 vereinigt wird. Die vereinigten flüssigen Kohlenwasserstoff produkte
aus den Leitungen 172 und 95 bestehen daher aus Äthan und C. -Kohlenwasserstoffen und werden über Leitungen 97 und
84 aus dem Verfahren abgezogen, weil die Gase bereits süß sind und das Produkt den gewünschten Anforderungen entspricht.
Das Rückstandsnaturgas enthält Methan und Propan und kann für Dehydrierungsverfahren verwendet werden.
Extraktion von flüssigen C?-, Cq - und C^ -Kohlenwasserstoffen aus einem gesüßten Naturgas als Beschickungsgas
unter Aussonderung der Butane (Fall VI)
Das Verfahren wird, wie in Beispiel 2 beschrieben, durchgeführt mit der Abänderung, daß der Abstreifer 91 als Entbutanisierungsvorrichtung
arbeitet, so daß der über Leitung 92 abgezogene Strom aus C--, C-- , C3- und C.-Kohlenwasserstoffen
besteht, während der Strom in Leitung 152 aus Methan besteht und der Strom in Leitung 155 aus C„-, C,- und ^-Kohlenwasserstoffen
besteht. Die Auftrennvorrichtung 171 wird
als Entpropanisierungsvorrichtung betrieben, so daß der
Produktstrom in Leitung 175 aus Butanen besteht und der Produktstrom in Leitung 172 aus Äthan und Propan besteht,
wodurch sich der Anteil an C1- -flüssigen Kohlenwasserstoffen
erhöht. Das Rückstandsnaturgas besteht im wesentlichen aus Methan und Butanen und eignet sich zusätzlich zu seinem Wert
als Brennstoff für Dehydrierungsreaktionen.
In entsprechender Weise können aber die Betriebsbedingungen so geändert werden, daß andere flüssige Kohlenwasserstoffprodukte
und/oder Rückstandsnaturgase mit unterschiedlichen Zusammensetzungen erzeugt werden, wie durch die Fälle VII
und VIII wiedergegeben ist.
Obwohl im vorstehenden nur einige wenige schematische Ausführungsformen
erläutert und beschrieben worden sind, ist doch ersichtlich, daß die einzelnen Verfahrensschritte von
Bedeutung sind und daß sie in einer Vielzahl von Kombinationen eingesetzt werden können je nach den vorgesehenen Betriebsergebnisse
und den Marktanforderungen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerordentlich flexibel und kann daher
nicht auf die schematisch dargestellten Ausführungsformen oder die in den Beispielen dargestellten Ausführungsformen
oder selbst auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt sein.
Es ist wesentlich, darauf hinzuweisen, daß hohe Ausbeuten an Äthan und schwereren Kohlenwasserstoffen durch eine klare
Trennung dieser Komponenten in der Abstreifeinheit 90 und der Auftrenneinheit 170 und durch das Schließen der Schleife
um das Verfahren mittels der Rückführung zu dem ersten Extraktor ermöglicht wird. Jede C~ -Komponente, welche aus
den bei mittleren, niedrigen, atmosphärischen und Vakuumdrücken betriebenen Abflashtanks als Kopfproduktströme abgezogen
wird und welche als Kopfprodukt in der Abstreifeinheit anfällt, hat in allen 8 Fällen I-VIII eine zweite
Chance der Wiedergewinnung. Wenn die zweite Extraktionsein-
- ft.
heit 150 für die selektive Aussonderung einer Zwischenkomponente verwendet wird, so kann das Kopfprodukt in Leitung
152 des zweiten Extraktors gewünschte Kohlenwasserstoffe enthalten, welche durch die Rückführung zu dem ersten Extraktor
11 eine zweite Chance der zusätzlichen Gewinnung haben, wodurch
eine weitere Schleife geschlossen wird,wie in den Fällen V-VIII dargestellt. Dieses Konzept der Rückführung
ist ein Schlüsselfaktor, welcher die Verwirklichung außergewöhnlich
hoher Wiedergewinnungsausbeuten ermöglicht. Diese zweite Chance der Wiedergewinnung erwünschter Kohlenwasserstoffe
unter gleichzeitiger Aussonderung von Kohlenwasserstoffen mit mittleren Siedepunkten bietet einen weiteren
Freiheitsgrad oder eine weitere Möglichkeit bei der Durchführung des Verfahrens, welche bei keinem der früher beschriebenen
Extraktionsverfahren für Naturgas zur Verfügung steht.
Ein weiteres wesentliches und neues erfindungsgemäßes Merkmal
besteht darin, daß das aus dem zweiten Extraktor 151 über Leitung 155 abgezogene beladene Lösungsmittel nicht mehr
als spezifische Anteile an leichteren unerwünschten Kohlenwasserstoffen enthält(als sie in dem flüssigen Endprodukt,
das über Leitung 84 abgezogen wird, zulässig sind. Obwohl es bevorzugt wird, die Gewinnung an erwünschten Kohlenwasserstoffen
im Bodenprodukt des zweiten Extraktors 151, welches über Leitung 155 abgezogen wird, zu maximieren, ist es in einigen
Fällen vielleicht wirtschaftlicher, noch nicht wiedergewonnene erwünschte schwerere Kohlenwasserstoffe in die erste Extraktionseinheit
10 zurückzuführen, um dort eine zusätzliche Ausbeute zu gewinnen, während gleichzeitig sichergestellt ist,
daß die in dem beladenen Lösungsmittelstrom 155 noch vorhandenen leichteren Komponenten mit den Anforderungen für den
flüssigen Produktstrom in der Leitung 84 übereinstimmen. Dieses Ergebnis läßt sich leicht erreichen, indem man den Betriebsdruck für die zweite Extraktionseinheit 150 entsprechend
auswählt und die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit in Leitung 141 anpaßt.
als eine Entpropanisierungsvorrichtung, wenn ein C.+-Produkt
erwünscht ist, oder als eine Entbutanisierungsvorrichtung, wei
ein C5 -Produkt erwünscht ist. Die Betriebsdrücke in der
Abstreifvorrichtung können zwischen 345 und 31C0. kPa variiere]
Entsprechend kann die Auftrennvorrichtung 170 als Entäthanisi«
rung- oder als Entpropanisierungsvorrichtung betrieben werden. Der Druck dieser Vorrichtung kann gleichfalls beliebig variier
werden. Wenn jedoch Äthan ausgesondert werden soll, wie im FaJ VII, ist es einfacher, das mittels der Abstreifvorrichtung 91
zu bewerkstelligen, so daß für die meisten Zwecke die Auftrenr
vorrichtung 171 nur Propan von (^-Kohlenwasserstoffen abtrenne
muß, wie Tabelle II zeigt.
Ein anderer Faktor, welcher die Erzielung ungewöhnlich hoher Ausbeuten an Kohlenwasserstoffen und eine ungewöhnlich flexible
Selektivität bezüglich der Komponenten ermöglicht, beruht auf der Erkenntnis der Bedeutung der relativen Gaslöslichkeit
und der Beladungscharakteristiken der verschiedenen physikalischen Lösungsmittel, wie DMPEG. Infolge der charakteristischen
Abweichungen in den relativen Löslichkeiten von Äthan, Propan, i- und n-Butanen, i- und n-Pentanen, Hexan,
Heptan usw. relativ zu Methan können die gewünschten Kohlenwasserstoffe selektiv aus einem Naturgasstrom abgetrennt
werden, indem man die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit zu den Extraktionseinheiten 10 und 150 anpaßt, indem man die
abgeflashten Gasmischungen in den Extraktor 11 zurückführt, indem man die Betriebsdrucke in den Abflasheinheiten 20,
30, 40, 70 anpaßt und indem man Temperatur und Druck in der Abstreifeinheit 90 und der Auftrenneinheit 170 entsprechend
einregelt.
BAD ORIGINAL
COPY
Ein weiteres, dem Verfahren der Erfindung zukommendes bedeutungsvolles
Merkmal besteht darin, daß in jeder zwischengeschalteten Abflashstufe zwischen den bei mittleren Drükken
und bei Vakuum arbeitenden Tanks der Druck beliebig gewählt und eingestellt werden kann je nach den wirtschaftlichen
Gesichtspunkten, welche für die Behandlung eines vorgegebenen Naturgasstromes maßgebend sind. Die Drücke werden
derart gewählt, daß alle unerwünschten Komponenten nach Anpassung des dem ersten Extraktor 11 über Leitung 55 zugeführten
LösungsmittelStroms abgeflasht und direkt in den ersten Extraktor 11 zurückgeführt werden oder daß sie unter
Umgehung des Abstreifers 91 in einem zweiten Extraktor 151
weiterbehandelt werden, um dadurch gewünschte Komponenten in hoher Ausbeute zu erhalten. Die in Strömungsrichtung gesehen
hinter dem Abstreifsystem 9 0 liegenden Produktströme bestehen
hauptsächlich aus für den Strom 95 erwünschten Komponenten.
Weiterhin ist es möglich, bestimmte unerwünschte Komponenten selektiv auszusondern, selbst wenn dieser auszusondernde oder
diese auszusondernden KohlenwasserstoffQ sich zwischen er- ,
wünschten Komponenten eingebettet befindet (befinden)/indem man/
Betriebsdruck des Abstreifers 91 und dessen Bodentemperatur so auswählt, daß eine erste Trennung von Kohlenwasserstoffen
mit aufeinanderfolgendem niedrigerem Molekulargewicht abgetrennt werden, indem man eine zweite Auftrennung in der
zweiten Extraktionseinheit 150 durchführt und anschließend eine dritte Auftrennung zwischen erwünschten und unerwünschten
Kohlenwasserstoffen in der Auftrenneinheit 170 durch entsprechende
Wahl von Temperatur und Druck durchführt. Derartige erwünschte Komponenten sind beispielsweise Äthan, Propan,
Butane, Cn. -Kohlenwasserstoffe, je nach den vorherrschenden
Marktbedingungen. Auch der Betriebsdruck der Abstreifeinheit 90 kann nach Wahl variiert werden in Einklang mit den Betriebsbedürfnissen
und dem gewünschten Erzeugnis, indem man die gleiche Vorrichtung als Entmethanisierungsvorrichtung
betreibt, wenn ein C2 +-Produkt.erwünscht ist, als eine Entäthanisierungsvorrichtung,
wenn ein C-.+-Produkt erwünscht ist,
COPY
Claims (13)
- Patentansprüchegen Ausmaß beliebig wählbar ist, oder/einem aus den restlichen Kohlenwasserstoffkomponenten bestehenden, flüssigen Naturprodukt besteht, und (2) einem Rückstands- oder Restnaturgasstrom ermöglicht, welcher die restlichen Komponenten enthält oder ein Naturgasprodukt von ausgewählter Zusammensetzung mit Förderleistungsqualität darstellt, dadurch gekennzeichnet , daß manA) in einer ersten Extraktionsstufe das Wasser und die C1 Kohlenwasserstoffe aus dem Naturgasstrom mittels eines physikalischen Lösungsmittels bei den in der Förderleitung herrschenden Drücken und bei einer Lösungsmittelzuführgeschwindigkeit extrahiert, welche ausreicht, um mindestens einen Anteil an Rückstandsgas oder Restgas mit Förderleitungsqualität, der in eine Förderleitung rückgeführt wird, sowie einen Strom von beladenem Lösungsmittel zu erhalten, der das Wasser und eine Mischung von C1 -Kohlenwasserstoffen enthält, wobei die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Einspeisungsgeschwindigkeit und der Zusammensetzung des Naturgasstromes in dieser ersten Extraktionsstufe selektiv variiert und dadurch.die Zusammensetzung des beladenen Lösungsmittelstromes in bezug auf ausgewählte Komponenten aus der Gruppe: Äthan (C-), Propan (C3), i- und η-Butane (C.) sowie schwere Kohlen-Wasserstoffe (C5 ) eingeregelt wird;B) den beladenen Lösungsmittelstrom nacheinander in einer Mehrzahl von Abflashstufen bei abnehmenden Drücken behandelt und dadurch eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden gasförmigen C1 -Fraktionen mit immer niedrigeren Methangehalten und flüssige Mischungen aus Wasser, dem Lösungsmittel und Kohlenwasserstoffgemischen mit immer niedrigeren Methangehalten erhält, wobei die Drücke in den Abflashstufen zur Einregelung der Zusammensetzungen der gasförmigen Fraktionen und der flüssigen Mischungen in bezug auf die ausgewählten Komponenten variiert und angepaßt werden;C) mindestens die aus der letzten Abflashstufe (Verfahrensstufe B) abgezogene flüssige Mischung regeneriert und dadurch physikalisches Lösungsmittel für die erste Extraktionsstufe zurückgewinnt;D) mindestens die erste der nacheinander durch Abflashen erhaltenen gasförmigen C. -Fraktionen in die erste Extraktionsstufe zurückführt, um größtmögliche Mengen an Äthan und C2 -Kohlenwasserstoffen zu extrahieren, und E) mindestens die letzte der nacheinander durch Abflashen erhaltenen C1 -Fraktionen einer Abstreifbehandlung unterwirft zwecks Erzeugung mindestens eines Anteils an C„ -, C- -, C. - oder C1- -Kohlenwasserstoffkomponenten in flüssiger Produktform und eines die restlichen Komponenten enthaltenden Gasstromes (C.., C.+C-i Cj+C^+Co oder Cj+Cp+C., C.), der im Kreislauf in die erste Extraktionsstufe zurückgeführt werden kann, wobei man entweder den Druck und/oder die Bodentemperatur der für die Abstreifbehandlung eingesetzten Vorrichtungseinheit selektiv variiert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur weiteren Anpassung an die jeweiligen Marktverhältnisse je nach Wahl C,- und/oder C.-Kohlenwasserstoffe wahlweise im gewünschten Ausmaß mit demRückstands- oder Restnaturgasstrom kombiniert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß manA) in einer zweiten Extraktionsstufe den aus der ersten Abstreifbehandlung (Verfahrensstufe E) als Kopfstrom abgezogenen Gasstrom und/oder mindestens eine der beim Abflashen (Verfahrensstufe B) erhaltenen gasförmigen C. Fraktionen mit dem physikalischen Lösungsmittel extrahiert, wobei man die Lösungsmittelzufuhrgeschwindigkeit, welche das Ausmaß der Beladung an dem ausgewählten C„ -Kohlenwasserstoff regelt, entsprechend einstellt und den nicht extrahierten Anteil der Kohlenwasserstoffzufuhr zu dieser Extraktionsstufe zur ersten Extraktionsstufe für den Naturgasstrom (Verfahrensstufe A von Anspruch 1) zurückführt;B) den zweiten beladenen Lösungsmittelstrom einer einzelnen Abflashstufe zuführt und aus dieser einen einzelnen Abflash-Gasstrom , welcher die ausgewählte C2 -Komponente(n) enthält, sowie einen Bodenproduktstrom gewinnt, der in die Regenerierungsstufe gemäß C) von Anspruch 1 zurückgeführt wird ;C) den einzelnen Abflash-Gasstrom in eine Abtrennstufe einspeist und in dieser in einen C?-, C3- oder C2+C3-Kohlenwasserstoff (e) enthaltenden Strom, der mit dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt von Verfahrensschritt E) von Anspruch 1 vereinigt wird, sowie einen Bodenstrom gewinnt, der mit dem Rückstands- oder Restnaturgasstrom von Verfahrensschritt A von Anspruch 1 vereinigt wird.
- 3«, Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl mindestens die aus der letzten Abflashstufe abgezogene flüssige Mischung als auch den aus der einzelnen, der zweiten Extraktionsstufe nachgeschalteten Abflash-Stufe abgezogenen Bodenproduktstrom in die Lösungsmittel-Regenerierstufe (Verfahrensschritt C von Anspruch 1) zurückführt unddadurch Lösungsmittel für die erste und zweite Extraktionsstufe zurückgewinnt, daß man ferner den aus der einzelnen Abflashstufe erhaltenen abgeflashten Gasstrom in der Abtrennstufe (Verfahrensschritt C von Anspruch 2) in ein Kopfprodukt, welches C?"' C3~ oder C^+Cn-Kohlenwasserstoffe enthält, sowie einen die auszuschließenden C3-, C.- oder C3+^-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Bodenproduktstrom auftrennt und daß man letzteren mit dem Rückstands- bzw. Restnaturgasanteil von Verfahrensschritt A von Anspruch 1 zu einem Produktnaturgas oder Rückstandsnaturgas vereinigt, während man das Kopfprodukt mit dem in der Abstreifstufe erhaltenen flüssigen Kohlenwasserstoffstrom zu dem flüssigen Kohlenwasserstoffproduktstrom oder -nebenprodukt vereiniat.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß manA) einen Naturgasstrom durch Extraktion mit einen physikalischen Lösungsmittel mit derart ausgewählter Zufuhrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Naturgases extrahiert, daß man einen ersten, aus dem Rückstands- bzw. Restnaturgas bestehenden Strom und einen zweiten Produktstrom in Form des mit Wasser und einer C1 Kohlenwasserstoffmischung beladenen Lösungsmittels erhält;B) den zweiten Produktstrom auf Atmosphärendruck abflasht und dabei eine gasförmige C1 -Fraktion als dritten Produktstrom sowie eine flüssige Mischung, die das Lösungsmittel und Wasser enthält, als vierten Produktstrom gewinnt;C) den dritten Produktstrom komprimiert, abkühlt, kondensiert und entmethanisiert und dabei einen im wesentlichen aus Methan bestehenden gasförmigen Abstrom sowie einen flüssigen Produktstrom gewinnt, der die im dritten Produktstrom enthaltenen restlichen Kohlenwasserstoffe enthält;D) den vierten, das Lösungsmittel enthaltenden Produktstrom regeneriert und das Lösungsmittel in die vorstehend genannte Extraktionsstufe (Verfahrensschritt A) zurückführt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Verfahrenssschritt B in mindestens zwei Abflashstufen durchführt und man so mindestens zwei gasförmige, C1Fraktionen mit abnehmendem Methangehalt erhält.
- 6» Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit der Entmethanisierung eine Entäthanisierung durchführt, so daß der gasförmige Abstrom zur Hauptsache aus Methan und Äthan besteht.
- 7= Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit der Äthanisierung auch.eine Entpropanisierung durchführt, so daß der gasförmige Abstrom zur Hauptsache aus Methan, Äthan und Propan besteht.
- 8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit der Entmethanisierung auch eine Entbutanisierung durchführt, so daß der gasförmige Abstrom zur Hauptsache aus Methan, Äthan, Propan und Butan besteht.
- 9. Ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Beschickungsmaterial einen Naturgasstrom der folgenden Art einsetzt:Ä) ein mit Wasser gesättigtes Naturgas;B) ein mit Wasser nicht vollständig gesättigtes Naturgas;C) ein saures Naturgas;D) ein an sich saures Naturgas, das aber einer Süßungsbehandlung in der Gasphase mittels einer wässrigen Aitiinlösung unterworfen worden ist;E) ein süßes Naturgas.
- 10. Ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn-zeichnet, daß man ein physikalisches Lösungsmittel anwendet, welches in Bezug auf Äthan und schwerere Kohlenwasserstoffe im Vergleich zu Methan selektiv wirkt, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß die Flüchtigkeit von Methan im Vergleich zu Äthan um den Faktor 5 größer ist und daß die Beladungsfähigkeit für Kohlenwasserstoffe, ausgedrückt als die Löslichkeit von Äthan in dem Lösungsmittel, mindestens 1,77 Nm3 Äthan je m3 Lösungsmittel beträgt.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eines der nachstehenden physikalischen Lösungsmittel verwendet: Dialkyläther von Polyalkylenglykol, N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid, Propylencarbonat, Tetramethylsulfon, Glycerintriacetat, Triäthanolamin, Tributylphosphat und gamma-Butyrolacton.
- 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eines der nachstehenden Lösungsmittel verwendet: Dimethyläther von Polyäthylenglykol, Dimethyläther von PoIypropylenglykol, Dimethyläther von Tetramethylenglykol und Mischungen dieser Lösungsmittel.
- 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als physikalisches Lösungsmittel einen Dimethyläther von Polyäthylenglykol verwendet, der 3 bis 10 Äthyleneinheiten aufweist und ein Molekulargewicht im Bereich von 146 bis 476 hat.
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