DE3633445C2 - Verfahren zur Abtrennung von C¶2¶¶+¶ -Kohlenwasserstoffen aus Erdgas - Google Patents

Verfahren zur Abtrennung von C¶2¶¶+¶ -Kohlenwasserstoffen aus Erdgas

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von C2+-Kohlenwasserstoffen aus unter erhöhtem Druck stehendem Erdgas, bei dem das Erdgas abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige sowie eine gasförmige Fraktion getrennt wird und die flüssige Fraktion unterkühlt und dann in den oberen Bereich einer Rektifiziersäule entspannt, sowie die gasförmige Fraktion nach teilweiser Anwärmung und arbeitsleistender Entspannung ebenfalls in die Rektifiziersäule geführt wird, und bei der Rektifikation ein im wesentlichen C2+-Kohlenwasserstoffe enthaltender Produktstrom sowie ein überwiegend leichter siedende Komponenten enthaltendes Restgas, das durch Wärmetausch mit abzukühlendem Erdgas wieder erwärmt wird, gewonnen wird.
Bei einem derartigen Expanderverfahren zur C2+-Abtrennung aus Erdgas wird die für die Erreichung einer hohen Ausbeute an C2+-Kohlenwasserstoffen benötigte Spitzenkälte dadurch erzeugt, daß die nach der partiellen Kondensation des Erdgases verbleibende Gasphase arbeitleistend entspannt wird. Dabei tritt zwangsläufig eine große Temperaturdifferenz zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Turbine am kalten Ende des Zerlegungsprozesses auf.
Zur Vorkühlung des Rohgases und dessen partieller Kondensation reichen Temperaturen aus, die wesentlich über der Temperatur des Expanderaustritts liegen. Günstige Verfahrensführungen liegen deshalb dann vor, wenn das Rohgas nach partieller Kondensation an schweren Komponenten, aber vor seiner arbeitsleistenden Entspannung, nochmals angewärmt wird. Dabei erhöht sich die Kälteleistung des Expansionsschrittes und vermindert sich die Temperaturdifferenz zwischen dem abzukühlenden Rohgas und der anzuwärmenden C1--Fraktion.
In der US-PS 41 40 504 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem ein Teil der nach der partiellen Kondensation verbleibenden Gasphase nicht kälteleistend entspannt wird, sondern der flüssigen Phase wieder zugemischt wird und mit dieser zusammen weiter gegen kalte Gase abgekühlt wird. Dadurch wird der Flüssiganteil des auf den Kopf der Rektifiziersäule als Rücklauf aufgegebenen Stroms erhöht, wodurch in der Rektifiziersäule relativ mehr Lösungsmittel für C2+-Kohlenwasserstoffe zur Verfügung steht. Nachteilig an dieser Schaltung ist jedoch, daß der in der Expansionsturbine arbeitsleistend entspannte Strom und damit die gewonnene Gesamtarbeit verringert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine hohe C2+-Ausbeute bei gleichzeitiger hoher Arbeitsleistung durch die Entspannung der gasförmigen Fraktion erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Teil des aus der Rektifiziersäule abgezogenen Restgases vor dem Wärmetausch mit abzukühlendem Erdgas zur Zwischenkühlung im oberen Bereich der Rektifiziersäule herangezogen wird.
Im Gegensatz zu dem aus der US-PS 41 40 504 bekannten Verfahren wird damit erfindungsgemäß auf die Rückmischung eines Teils der gasförmigen Fraktion mit der flüssigen Fraktion verzichtet. Die Kondensation der C2+-Kohlenwasserstoffe aus der gasförmigen Fraktion wird nicht durch Erhöhung der spezifischen Lösungsmittelmenge, sondern durch einen zusätzlichen Wärmetausch bewirkt. Dazu wird ein Teil des Kopfprodukts der Rektifikation benutzt, der zur Zwischenkühlung in einem oberen Bereich der Rektifiziersäule herangezogen wird, und somit einen Teil des Bedarfs an Kopfkühlung für die Rektifiziersäule deckt.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, das abzukühlende Erdgas einer zweistufigen partiellen Kondensation zu unterwerfen. Das in der zweiten, bei tieferer Temperatur durchgeführten Kondensationsstufe abgetrennte Kondensat wird dabei als Rücklauf auf den Kopf der Rektifiziersäule geführt. Dieses Kondensat wird vorteilhaft bei einer Temperatur zwischen 195 und 215K vom Erdgas abgetrennt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die partielle Kondensation einstufig durchgeführt, wobei die Kondensatabtrennung vorteilhaft bei einer Temperatur zwischen 210 und 230K erfolgt. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt die Erzeugung von besonders viel Rücklauf für die Rektifiziersäule.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden noch folgend anhand zweier in den Figuren schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer zweistufigen partiellen Kondensation und
Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung mit einer einstufigen partiellen Kondensation.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird über Leitung 1 Erdgas herangeführt und zunächst in einem Wärmetauscher 2 einer ersten partiellen Kondensationsstufe unterworfen. Das partiell kondensierte Gas wird einem Abscheider 3 zugeführt. Das Kondensat wird über Leitung 4 abgezogen, im Ventil 5 auf den Betriebsdruck einer Rektifiziersäule 6 entspannt und dieser Säule in einem mittleren Bereich aufgegeben. Die Gasphase aus dem Abscheider 3 wird über Leitung 7 abgezogen, im Wärmetauscher 8 weiter abgekühlt, wobei weitere Komponenten kondensieren, und dann in einen zweiten Abscheider 9 eingespeist. Das im Abscheider 9 anfallende Kondensat wird über Leitung 10 einem kälteren Teil des Wärmetauschers 8 zugeführt und gegen Kopfprodukt der Rektifizersäule 6 unterkühlt, danach im Ventil 11 auf den Rektifikationsdruck entspannt und der Säule 6 als Rücklaufflüssigkeit aufgegeben. Das aus dem oberen Bereich des Abscheiders 9 über Leitung 12 abgezogene Gas wird im wärmeren Bereich des Wärmetauschers 8 teilweise wieder angewärmt und dann in der Entspannungsturbine 13 arbeitsleistend entspannt. Das entspannte Gas wird anschließend über Leitung 14 in einen oberen Bereich der Rektifiziersäule 6 eingespeist.
Aus dem Sumpf der Rektifiziersäule 6 wird über Leitung 15 eine C2+-Kohlwasserstoff-Fraktion abgezogen und mittels der Pumpe 16 zunächst dem warmen Ende des Wärmetauschers 2 zugeführt, in dem sie vor Abgabe als Produktfraktion über Leitung 17 angewärmt wird. Am Kopf der Rektifiziersäule 6 fällt eine C1--Fraktion an, die über Leitung 18 abgezogen und in zwei Teilströme 19 bzw. 20 aufgeteilt wird. Der Teilstrom 19 wird dem kalten Ende des Wärmetauschers 8 zugeführt und gegen zu unterkühlendes Kondensat in Leitung 10 angewärmt. Der Teilstrom 20 wird in einem Wärmetauscher 21, der im oberen Bereich der Rektifiziersäule 6 angeordnet ist, unter Bereitstellung eines Teils der Kopfkühlung für die Rektifiziersäule 6 teilweise angewärmt und danach über Leitung 22 ebenfalls dem Wärmetauscher 8 zugeführt. Der Teilstrom wird entsprechend seiner Temperatur innerhalb des Wärmetauschers 8 mit dem über Leitung 19 angeführten Teilstrom vereinigt, er kann jedoch auch separat durch den Wärmetauscher 8 geführt werden. Anschließend wird die gegebenenfalls vereinigte C1--Fraktion gegen abzukühlendes Erdgas in den Wärmetauschern 8 und 2 angewärmt, bevor es schließlich über Leitung 23 als C2+-armes Erdgas abgegeben wird.
Für die Rektifiziersäule 6 sind noch einige Zwischenheizungen vorgesehen, wozu Flüssigkeit aus geeigneten Bereichen der Säule abgezogen und in den Wärmetauschern 2 bzw. 8 gegen abzukühlendes Erdgas angewärmt wird, bevor es wieder in die Säule 6 zurückgeführt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Figur nicht die vollständige Leitungsführung enthalten. Gleiche eingekreiste Ziffern von 1 bis 6 sind dabei jeweils als miteinander in Verbindung stehend anzusehen.
Weiterhin ist der Wärmetauscher 2 zur Vorkühlung des Erdgases noch durch Fremdkälte gekühlt, was durch die Leitungen 24 und 25 angedeutet ist.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle der Abscheider 3 und 9 lediglich ein einziger Abscheider 26 vorgesehen ist. Dadurch fällt das gesamte Kondensat dem Abscheider 26 an, wodurch es zu einer besonders günstigen Rücklaufmenge für die Rektifiziersäule 6 kommt. Daneben hat diese Verfahrensführung auch den Vorteil, daß der Abscheider 26 bei einer höheren Temperatur betrieben werden kann, beispielsweise bei einer Temperatur von 220 K anstelle einer Temperatur von etwa 206 K bei einem Verfahren gemäß Fig. 1.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem das über Leitung 1 herangeführte Erdgas bei einem Druck von 35,5 bar vorlag, sollten die C2+-Kohlenwasserstoffe mit einer Ausbeute von 86% abgetrennt werden. Bei der Verfahrensführung gemäß Fig. 1 ergab sich dabei eine Expander-Kälteleistung in der Turbine 13 von 506 KW und beim Wärmetauscher 2 ein Fremdkältebedarf von 852 KW, während bei einer Verfahrensführung gemäß Fig. 2 bei der gleichen Erdgasmenge eine Expander-Kälteleistung von 533 KW sowie beim Wärmetauscher 2 ein Fremdkältebedarf von 812 KW anfiel.

Claims (5)

1. Verfahren zur Abtrennung von C2+-Kohlenwasserstoffen aus unter erhöhtem Druck stehendem Erdgas, bei dem das Erdgas abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige sowie eine gasförmige Fraktion getrennt wird und die flüssige Fraktion unterkühlt und dann in den oberen Bereich einer Rektifiziersäule entspannt sowie die gasförmige Fraktion nach teilweiser Anwärmung und arbeitsleistender Entspannung ebenfalls in die Rektifiziersäule geführt wird, und bei der Rektifikation ein im wesentlichen C2+-Kohlenwasserstoffe enthaltender Produktstrom sowie ein überwiegend leichter siedende Komponenten enthaltendes Restgas, das durch Wärmetausch mit abzukühlendem Erdgas wieder erwärmt wird, gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus der Rektifiziersäule abgezogenen Restgases vor dem Wärmetausch mit abzukühlendem Erdgas zur Zwischenkühlung im oberen Bereich der Rektifiziersäule herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abzukühlende Erdgas einer zweistufigen partiellen Kondensation unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zweiten abgetrennten Kondensats zwischen 195 und 215 K liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abzukühlende Erdgas einer einstufigen partiellen Kondensation unterworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des abgetrennten Kondensats zwischen 210 und 230 K liegt.
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