DE3539554A1 - Verfahren zum gewinnen von c(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)+(pfeil abwaerts) oder c(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)+(pfeil abwaerts)-kohlenwasserstoffen aus gasgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von C₂₊- oder C₃₊-Kohlenwasserstoffen aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischen durch Druckwäsche mit einem physikalisch wirkenden und für C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffe selekti­ ven Lösungsmittel, das nach Beladung regeneriert und wie­ derverwendet wird.

Aus der DE-AS 11 14 475 ist bekannt, mit einer physikali­ schen Wäsche aus einem Gasgemisch einen gut löslichen Be­ standteil mit einem selektiven Lösungsmittel so auszuwa­ schen, daß im oberen Teil der Waschkolonne dieser Bestand­ teil ausgewaschen wird und in derselben Kolonne im unte­ ren Abschnitt mit einem Inertgas andere Komponenten aus dem Rohgas, die schlechter löslich sind als das gewünschte Produktgas, wieder abgestrippt werden. Das als Strippgas verwendete Inertgas ist dabei im verwendeten Lösungsmittel nicht oder nur sehr schlecht löslich. Bei dem bekannten Verfahren besteht das besondere Merkmal der Wäsche darin, daß dem Strippgas ein Teil des Produktgases zugegeben wird, um das teilweise Abstrippen des Produktgases zu vermeiden. Das Abstrippen von schlechter löslichen Komponenten aus einer beladenen Waschflüssigkeit mit einem Inertgas ist dann möglich, wenn entweder das zu gewinnende Produktgas eine so große Löslichkeit besitzt, daß das gleichzeitig gelöste Inertgas nicht ins Gewicht fällt, wenn keine große Reinheitsforderung des Produktgases bezüglich des verwen­ deten Inertgases besteht, oder wenn das Inertgas im ver­ bleibenden gewaschenen Gas enthalten sein darf.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der DE-AS 11 14 475 ist Butadien eine gut lösliche Komponente neben Buten und Stickstoff als Inertgas. Als Lösungsmittel wird Dimethyl­ formamid (DMF) verwendet. Nach Löslichkeitswerten in Landoldt Börnstein, Band Technik, 4. Teil, Band C, 1976, Seiten 276, 277, 268, gelten für diese Gase in DMF folgen­ de Löslichkeiten bei 20°C und einem Partialdruck von 0,1 bar:

Daraus ergibt sich ein Löslichkeitsverhältnis Butadien : Stickstoff = 39 : 0,058 = 672, aufgrund dessen der Ein­ fluß des gelösten Stickstoffes auf die Reinheit des als Produkt gewonnenen Butadiens vernachlässigt werden kann.

Anders liegen die Verhältnisse bei der Gewinnung von schwereren Kohlenwasserstoffen, z.B. C₂₊-Kohlenwasserstoffen, aus Erdgas oder anderen Gasgemischen mit einem organischen Lösungsmittel, wie dies beispielsweise im US-Patent 4 526 594 beschrieben ist. Soll in einem derartigen System aus Erdgas z.B. C₂₊ gewonnen werden, so muß der Methangehalt im Produkt-C₂₊ unter 1 Vol% liegen. Normalerweise ist im Erdgas als leichtere Komponente nur Methan enthalten.

Eine Abstrippung des nach der Wäsche noch gelösten Methans mit einem Inertgas wie Stickstoff ist nicht möglich, da an das Kopfprodukt der Wäsche äußerst strenge Heizwertbe­ dingungen gestellt werden und daher eine Verdünnung des Methans mit Stickstoff nicht zulässig ist. Somit ist im Fall einer C₂₊-Gewinnung durch eine physikalische Wäsche das Prinzip der Abstrippung anderer Komponenten aus Produkt­ gas, wie es in DE-AS 11 14 475 beschrieben ist, nicht an­ wendbar.

Es ist auch bekannt, schlecht lösliche Komponenten in einer kombinierten Wasch-Stripp-Kolonne mit Produktgas abzustrippen, wobei dieses Strippgas durch Anwärmung des beladenen Lösungsmittels erzeugt wird. Ein derarti­ ges Verfahren ist z.B. in der DE-OS 32 47 773 beschrieben. Das beladene Lösungsmittel wird unter Druck angewärmt und das dabei freigesetzte Gas in die Waschkolonne zu­ rückgeführt. Dabei wird wenigstens ein Teil des neben H₂S noch gelösten, aber schlechter löslichen CO₂ abge­ strippt.

Die Verfahrensweise des Abstrippens von schlechter lös­ lichen Komponenten aus einer beladenen Waschflüssigkeit ist jedoch nur möglich bei Drücken, die unterhalb des kritischen Druckes der Sumpfflüssigkeit liegen. Bei einem Gemisch CO₂/H₂S liegt der kritische Druck sehr hoch, normalerweise oberhalb 73 bar, so daß sich hier keine einschneidenden Begrenzungen ergeben. Bei den üb­ licherweise in Erdgasen auftretenden Kohlenwasserstoffen liegt der kritische Druck im Bereich von 30 bis 45 bar. Somit sind die bekannten unter Druck arbeitenden Stripp­ verfahren nur sehr beschränkt einsetzbar, da die üblichen Drücke für Erdgase, die in ein Pipeline-System eingespeist werden, bei 70 bar liegen.

Aufgrund dieser Begrenzung des Druckbereiches wird bei Verfahren wie nach US-Patent 45 26 594 zur Gewinnung von schwereren Kohlenwasserstoffen aus Erdgas durch physikali­ sche Wäsche empfohlen, das beladene Lösungsmittel zu ent­ spannen und die dabei freigesetzten Gase soweit zu ver­ dichten, daß sie in einem Demethanizer oder Deethanizer auf die geforderte Produktreinheit zerlegt werden können. Eine destillative Auftrennung ist jedoch durch den appara­ tiven Aufwand äußerst kostenintensiv und energetisch un­ günstig, da das Gas drucklos anfällt und verdichtet werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auf einfache, kosten- und energiegünstige Weise Verunreini­ gungen im C₂₊- bzw. C₃₊-Produkt vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das beladene Lösungsmittel auf einen unterhalb des kri­ tischen Druckes des Lösungsmittel-Gas-Gemisches liegenden Druck zwischenentspannt und zum Abtreiben mitgelöster Inertgase angewärmt und teilverdampft und das von den Inertgasen befreite Lösungsmittel der Regenerierung zu­ geführt wird.

Die Abtrennung leichter Komponenten bzw. Inertgase durch Abstrippen ist eine wirtschaftlich einfacher durchführ­ bare Verfahrensweise als die destillative Abtrennung. Überdies besteht ein wesentlicher Vorteil des erfindungs­ gemäßen Verfahrens darin, daß das am Sumpf der Wasch­ kolonne abgezogene beladene Lösungsmittel bei einem niedrigen Druck am Siedepunkt stehen muß, so daß die Sumpftemperatur niedriger gehalten und dementsprechend die für die Anwärmung erforderliche Energie auf einem tieferen Temperaturniveau, d.h. billiger bereitgestellt werden kann.

Einen besonderen Vorteil bietet das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn Rohgase mit niedriger Konzentration an auszuwaschenden Bestandteilen verarbeitet werden sollen. Da in physikalischen Wäschen bekanntermaßen die Lösungs­ mittelmenge proportional der Gesamtgasmenge ist, erhält man in diesen Fällen eine sehr niedrige Beladung des Lö­ sungsmittels im Sumpf der Waschkolonne. Daher muß die Temperatur des beladenen Lösungsmittels stark angehoben werden, um bei Rohgasdruck ohne Methan am Sumpf der Wasch­ kolonne am Siedepunkt zu liegen. Diese starke Temperatur­ anhebung entfällt bei Abstrippung der leichteren Komponen­ ten bei niedrigeren Drücken gemäß der vorliegenden Erfin­ dung.

Mit besonderem Vorteil wird dabei der Zwischendruck auf einen Wert eingestellt, der um mindestens 5 bar unterhalb des kritischen Druckes des Lösungsmittel-Gas- Gemisches liegt.

Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die bei der Zwischenent­ spannung und Anwärmung freigesetzte Gasfraktion auf den Rohgasdruck verdichtet und zur Wäsche zurückgeführt wird. Dies bietet den Vorteil, daß neben Methan bzw. Äthan die bei der Entspannung des beladenen Lösungsmittels ent­ sprechend dem Gleichgewicht freigesetzten C₂₊- bzw. C₃₊- Kohlenwasserstoffe erneut ausgewaschen werden und somit eine hohe Ausbeute an den Produkten möglich ist.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die bei der Zwischenentspannung und Anwärmung freigesetzte Gasfrak­ tion einer Nachwäsche zur Entfernung mitgelöster C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffe zu unterziehen. Bei Anlagen zur Verarbeitung von Erdgas ist es oftmals erforderlich, eine bestimmte Gasmenge zum Antrieb von Kompressoren in einer Gasturbine zu verbrennen. Mit der erfindungsgemäßen Alter­ native, die neben den leichten, abgetriebenen Komponenten auch noch entsprechend dem Gleichgewicht zur Flüssigphase enthaltenen Produktgase durch Wäsche aus der freigesetzten Gasphase auszuwaschen, entsteht ein methanreiches Kopfpro­ dukt, das vorteilhaft als derartiges Brenngas eingesetzt werden kann. Bei dieser Verfahrensvariante kann dann die Rückverdichtung des Gases eingespart oder zumindest redu­ ziert werden, wodurch die Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens ansteigt.

Bei der Nachwäsche der freigesetzten Gasfraktion wird zweckmäßig ein Teilstrom des regenerierten Lösungsmittels eingesetzt. Die Wäsche kann dabei in einer auf die Stripp­ kolonne aufgesetzten Waschkolonne durchgeführt werden und damit der Teilstrom des Lösungsmittels zusammen mit dem Hauptstrom des Lösungsmittels regeneriert werden, was eine kostengünstige Verfahrensführung darstellt. Na­ türlich ist es auch möglich, die Wäsche in einer getrenn­ ten Waschkolonne durchzuführen.

Als Lösungsmittel kommen dabei alle organischen, physi­ kalisch wirkenden Lösungsmittel in Frage, die eine Selek­ tivität für C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffe aufweisen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in 2 Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Verfahren mit Rückführung der freigesetzten Gasfraktion zur Wäsche

Fig. 2 Verfahren mit zusätzlicher Waschstufe für die freigesetzte Gasfraktion.

Gemäß Fig. 1 wird über Leitung 1 ein kohlenwasserstoff­ haltiger Einsatzstrom mit einem Druck von 70 bar herange­ führt und nach Abkühlung in einem Wärmetauscher 2 einer Waschkolonne 3 unten zugeführt. In der Waschkolonne 3 wer­ den im Gegenstrom zu über Leitung 4 eingebrachtem regenerier­ tem Lösungsmittel die C₂₊- oder C₃₊-Kohlenwasserstoffe aus dem Einsatzstrom aufgenommen, so daß über Kopf (Leitung 5) eine methanreiche Fraktion abgezogen wird. Diese wird nach Anwärmung im Wärmetauscher 2 abgegeben.

Vom Sumpf der Waschkolonne 3 wird über Leitung 6 das mit den C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffen beladene Lösungs­ mittel abgezogen und in einem Ventil 7 auf einen Druck ent­ spannt, der mindestens 5 bar unterhalb des kritischen Druckes des Lösungsmittel-Gas-Gemisches liegt. Das auf den nied­ rigeren Druck gebrachte Lösungsmittel wird auf den oberen Teil einer Strippkolonne 8 aufgebracht, die mit einer Sumpf­ heizung 9 ausgestattet ist. In der Strippkolonne 8 wird das Lösungsmittel angewärmt und teilverdampft, so daß über Leitung 10 vom Kopf der Kolonne 8 eine Gasfraktion abgezo­ gen werden kann, die im wesentlichen aus Methan besteht, aber auch die C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffe entsprechend dem Gleichgewicht zur Flüssigphase enthält. Diese Gasfrak­ tion wird in einem Kompressor 11 auf den Rohgasdruck rück­ verdichtet und dem Rohgas vor der Wäsche zugeführt.

Vom Sumpf der Strippkolonne 8 wird das von den Inertgasen befreite Lösungsmittel über Leitung 12 abgezogen und einer nicht dargestellten Regenerierung zugeführt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen.

Bei der dargestellten Verfahrensvariante wird das auf niedrigeren Druck gebrachte Lösungsmittel einer Kolonne 13 zugeführt, die ebenfalls mit einer Sumpfheizung 9 ausge­ stattet ist. Das Lösungsmittel wird ebenfalls angewärmt und teilverdampft, jedoch die dabei abgetriebenen Inert­ gase nicht rückverdichtet und zur Wäsche zurückgeführt, sondern mit über Leitung 14 herangeführtem regeneriertem Lösungsmittel derart behandelt, daß die mit den Inertgasen abgetriebenen C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffe absorbiert werden und über Kopf (Leitung 15) eine Rein-Methan-Frak­ tion abgezogen werden kann. Dieses Methan kann als Heiz­ gas für die Gasturbine verwendet werden.

Das beladene Lösungsmittel dieser der Freisetzung der Inertgase nachgeschalteten Wäsche wird zusammen mit dem über Leitung 6 zugeführten Lösungsmittel über Leitung 12 abgezogen und einer nicht dargestellten Regenerierung zugeführt.

In Leitung 14 ist überdies ein Ventil 16 angeordnet, um das Lösungsmittel in Leitung 14, das auf den Druck der Kolonne 3 gebracht worden war, auf den Druck der Kolonne 13 zu entspannen.

Zahlenbeispiele:

Rückführung: Menge 1125 kmol/h, Druck 20 bar.
Kompressionsmenge für diesen Verdichter mit η = 0,7 : N = 1190 KW
Lösungsmittelmenge 440 m³/h mit T = 278 K, z.B. ein C₉-Aromat.

Für die Heizung 9 der Kolonne 8 kann weitgehend das regenerierte Lösungsmittel herangezogen werden. Der tatsächlich benötigte Wärmebedarf hängt somit von der Art der Regenerierung ab.

Im Beispiel ist eine C₂H₆-Auswaschung von 82,5% angesetzt worden. Durch Erhöhung der Lösungsmittelmenge kann jedoch die Ausbeute noch erhöht werden auf einen gewünschten Wert. Der kritische Druck des beladenen Lösungsmittels im Sumpf der Kolonne 8 beträgt 39,8 bar, somit ist der Abtrieb des gelösten C₁ unter Rohgasdruck nicht möglich.

• 2. Das von der Anreicherungssäule abgetriebene Kopfprodukt wird nicht zurückgeführt, sondern nach C₂₊-Rückwaschung mit 20 bar abgegeben (Fig. 2).
• Rohgasmenge, -druck, -temperatur und -zusammensetzung wie im 1. Beispiel.

Die Lösungsmittelmenge ist insgesamt größer bei gleicher C₂H₆-Ausbeute, jedoch entfällt der Rückführverdichter.

Claims (6)

1. Verfahren zum Gewinnen von C_₂+- oder C₃₊-Kohlenwasser­ stoffen aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischen durch Druckwäsche mit einem physikalisch wirkenden und für C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffen selektiven Lösungsmittel, das nach Beladung regeneriert und wieder­ verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das beladene Lösungsmittel auf einen unterhalb des kritischen Druckes des Lösungsmittel-Gas-Gemisches liegenden Druck zwi­ schenentspannt und zum Abtreiben mitgelöster Inertgase angewärmt und teilverdampft und das von den Inertgasen befreite Lösungsmittel der Regenerierung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendruck um mindestens 5 bar unterhalb des kritischen Druckes des Lösungsmittel-Gas-Gemisches eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die bei der Zwischenentspannung und Anwärmung freigesetzte Gasfraktion auf den Rohgasdruck verdichtet und zur Wäsche zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die bei der Zwischenentspannung und Anwärmung freigesetzte Gasfraktion einer Nachwäsche zur Entfernung mitgelöster C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffe unterzogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachwäsche mit einem Teilstrom des regenerierten Lösungsmittels durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Ansrpuch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfprodukt der Nachwäsche als Brenngas einge­ setzt wird.