DE3639555A1 - Verfahren zur abtrennung von c(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)+(pfeil abwaerts)-kohlenwasserstoffen aus co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltigem erdgas - Google Patents

Verfahren zur abtrennung von c(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)+(pfeil abwaerts)-kohlenwasserstoffen aus co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltigem erdgas

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus Erdgas, das bis zu 5 Mol-% CO2 enthält, bei dem das Erdgas abgekühlt und nach partieller Kondensation einer Phasentrennung unterzogen wird, wonach die dabei gewonnene flüssige Phase in einer Rektifiziersäule, in der die C3+-Kohlenwasserstoffe von leichteren Komponenten getrennt werden, eingespeist und die gasförmig verbliebene Phase arbeitsleistend entspannt wird.
Ein bekanntes derartiges Verfahren sieht zwischen der Turbine, die für die arbeitsleistende Entspannung der nach der partiellen Kondensation anfallenden gasförmigen Phase vorgesehen ist, und der Rektifiziersäule einen Abscheider vor, um nur die bei der arbeitsleistenden Entspannung gebildete flüssige Phase in die Rektifiziersäule einzuspeisen, während der gasförmig verbliebene Anteil, der weitgehend schon von C3+-Kohlenwasserstoffen befreit ist, direkt angewärmt und als Restgas abgegeben wird. Eine solche Verfahrensführung, die beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 35 31 308.0 beschrieben ist, führt bei einem relativ hohen Gehalt an C3+-Kohlenwasserstoffen und/oder relativ geringen CO2-Konzentrationen im zu zerlegenden Gas zu befriedigenden Ergebnissen. Bei niedriger Konzentration an C3+-Kohlenwasserstoffen, beispielsweise bei Konzentrationen unter 3,5 Mol-%, und/oder bei relativ hohen CO2-Konzentrationen, beispielsweise bis zu 4 Mol-% oder bis zu 5 Mol-% hat das bekannte Verfahren jedoch den Nachteil einer niedrigen C3+-Ausbeute. Diese ist einerseits darauf zurückzuführen, daß bei relativ geringen C3+-Konzentrationen die Verluste, die im Abscheider, der der Entspannungsturbine nachgeschaltet ist, relativ größer werden, und hängt andererseits vom CO2-Gehalt ab, der das Temperaturniveau, auf das während der arbeitsleistenden Entspannung abgekühlt werden kann, begrenzt. Die Austrittstemperatur der Turbine muß dabei stets so hoch gewählt werden, daß noch kein CO2 in fester Form ausfällt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch bei Erdgasen mit einer relativ geringen C3 -Konzentration eine verbesserte Ausbeute an C3+-Kohlenwasserstoffen erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sowohl die bei der arbeitsleistenden Entspannung gasförmig verbliebene als auch die sich dabei bildende flüssige Phase in den oberen Bereich der Rektifiziersäule eingespeist werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit vorgeschlagen, daß der Rest der C3+-Kohlenwasserstoffe, der beim bekannten Verfahren verloren wäre, noch aus dem Restgas ausrektifiziert wird. Dazu durchläuft das Restgas noch einen oberen Bereich der Rektifiziersäule.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der arbeitsleistend entspannte Strom, der die Spitzenkälte für den Trennprozeß liefert, zunächst als Kühlmedium für den Kopf der Rektifiziersäule verwendet, bevor er unterhalb des Kopfkühlers in die Säule eingespeist wird.
Anlagen zur Gewinnung von C3+-Kohlenwasserstoffen werden häufig durch eine Pipeline mit Erdgas versorgt. Das nach der Abtrennung der C3+-Kohlenwasserstoffe verbleibende Gas wird dann in der Regel in die Pipeline zurückgeleitet, d. h. es muß unter dem Rohgasdruck wieder abgegeben werden. Dieser Rohgasdruck ist durch andere Abnehmer stets einer mehr oder weniger großen Schwankung unterworfen. Führt man nun, wie üblich, die Rektifikation bei einem konstanten Druck durch, so muß dieser Druck auf einem niedrigen Niveau liegen, um auch im Fall eines geringen Pipeline-Drucks noch genügend Druckgefälle an der Entspannungsturbine für die Kälteleistung, die beim Trennprozeß benötigt wird, zu haben. Diese Verfahrensführung ist jedoch unter mehrfachen Gesichtspunkten unbefriedigend. Zunächst muß bei höherem Rohgasdruck wertvolle Energie an der Entspannungsturbine durch Bypass-Betrieb vernichtet werden, um das Ausfrieren von CO2 zu verhindern. Andererseits muß aufgrund des ständig niedrigen Drucks in der Rektifiziersäule die Rückverdichtung für das Restgas für den ungünstigsten Fall, d. h. für hohen Pipeline-Druck ausgelegt werden. Das bedeutet einen sehr großen Verdichter, der bei niedrigem Pipeline-Druck nur im Teillastgebiet läuft.
Um diese Nachteile auszuschalten, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, den Druck der Rektifiziersäule in Abhängigkeit vom Druck des zu zerlegenden Erdgases zu regeln. Vorteilhaft erfolgt die Regelung derart, daß das Druckverhältnis bei der arbeitsleistenden Entspannung der gasförmig verbliebenen Phase im wesentlichen konstant gehalten wird. Dies bedeutet, daß die Rektifiziersäule mit ihrem Druck immer in einem bestimmten Verhältnis zum Druck des zu zerlegenden Erdgases steht. Besondere Vorteile dieser Verfahrensführung sind darin zu sehen, daß ein konstantes Druckverhältnis an der Entspannungsturbine eine konstante Kälteleistung bringt, was bei konstanter Eintrittstemperatur in die Turbine auch zu einer nahezu konstanten Austrittstemperatur führt, was wiederum eine Sicherheit gegen CO2-Feststoffausfall gibt. Außerdem wird durch diese Maßnahme die Rückverdichtungsleistung am Restgasverdichter minimiert, da der Druck in der Rektifiziersäule immer nur so weit abgesenkt wird, wie für die Kälteleistung der Entspannungsturbine erforderlich. Außerdem hat der Restgasverdichter ebenfalls ein nahezu konstantes Druckverhältnis, d. h. bei konstanter Menge eine nahezu konstante Antriebsleistung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Über Leitung 1 wird ein zuvor getrocknetes Erdgas unter einem Druck von 46 bar bei einer Temperatur von 303 K herangeführt. Es enthält 0,6% (Prozentangaben beziehen sich immer auf Mol-%) Stickstoff, 3,2% Kohlendioxid, 87,5% Methan, 5,6% Ethan und 3,1% C3+-Kohlenwasserstoffe. Das Gas wird im Wärmetauscher 2 auf eine Temperatur von 210 K abgekühlt. Dabei kondensierende Anteile werden über Leitung 3 dem Abscheider 4 zugeführt und vom verbliebenen Gas abgetrennt. Das Kondensat wird über Leitung 5 abgezogen, im Ventil 6 auf den Rektifizierdruck entspannt und nach teilweiser Erwärmung im Wärmetauscher 2 in den mittleren Bereich einer Rektifiziersäule 7 eingespeist. Die im Abscheider 4 gasförmig verbliebene Phase wird über Leitung 8 einer Entspannungsturbine 9 zugeführt und arbeitsleistend entspannt. Die bei der arbeitsleistenden Entspannung erfolgende Abkühlung führt zu einer weiteren Kondensation, so daß in der anschließenden Leitung 10 ein Zweiphasengemisch transportiert wird. Es wird zum Kopf der Rektifiziersäule 7 geführt, dort in einem Kopfkühler 11 unter Abgabe der Spitzenkälte für die Rektifiziersäule teilweise erwärmt und dann einige Böden unterhalb des Kopfkühlers 11 in die Rektifiziersäule 7 eingespeist. Die leichten Komponenten des so eingespeisten Gemisches steigen im oberen Bereich der Rektifiziersäule auf und werden von noch mitgeführten C3+-Komponenten befreit, bevor sie aus dem Kopf der Rektifiziersäule 7 austreten.
Die Rektifikation wird bei einem Druck von 26 bar, einer Kopftemperatur von 198 K und einer Sumpftemperatur von 361 K durchgeführt. Zur Verbesserung der Rektifikationswirkung wird im mittleren Bereich bei einer Temperatur von etwa 248 K eine Zwischenheizung 12 vorgesehen, die durch Fremdkanäle 13, beispielsweise Propan, bewirkt wird. Über Leitung 14 wird vom Sumpf der Rektifiziersäule 7 eine C3+-Produktfraktion abgezogen, die lediglich durch 1% Ethan verunreinigt ist. Diese Produktfraktion enthält etwa 99% der über Leitung 1 herangeführten C3+-Kohlenwasserstoffe. Über Leitung 15 wird ein Restgas vom Kopf der Rektifiziersäule abgezogen, das 0,62% Stickstoff, 3,3% Kohlendioxid, 90,3% Methan, 5,75% Ethan und nur 0,03% Propan enthält. Es wird im Wärmetauscher 2 gegen abzukühlendes Gas angewärmt und dann über Leitung 16 einem von der Entspannungsturbine 9 angetriebenen Gebläse 17 zugeführt, in dem es wieder verdichtet wird. Eine weitere Verdichtung, beispielsweise auf den Pipeline-Druck, sofern eine Rückführung in eine Pipeline vorgesehen ist, erfolgt dann im Verdichter 18, bevor das Gas schließlich über Leitung 19 abgegeben wird.
Sofern das über Leitung 1 herangeführte Erdgas einen relativ niedrigen Druck aufweist, beispielsweise einen Druck von weniger als 40 bar, kann es in Abwandlung der in der Figur gezeigten Verfahrensführung auch günstig sein, das von der Entspannungsturbine 9 angetriebene Gebläse 17 zur Vorverdichtung des Erdgases in Leitung 1 zu verwenden.
Sofern das über Leitung 1 abgezogene Gas aus einer Pipeline entnommen wird, in die das über Leitung 19 bereitgestellte Restgas wieder eingespeist werden soll, wird der im Verdichter 18 angestrebte Enddruck dem Druck in Leitung 1 entsprechen. Sofern während eines solchen Betriebs der Druck in der Pipeline schwankt, beispielsweise in einer Größenordnung zwischen 35 und 60 bar, wird der Druck in der Rektifiziersäule 7 in entsprechender Weise geregelt, beispielsweise zwischen etwa 20 und 35 bar. Hierzu wird das Druckverhältnis der Entspannungsturbine 9 im wesentlichen konstant gehalten und die Entspannung im Ventil 6 auf einen entsprechenden Wert geregelt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus Erdgas, das bis zu 5 Mol-% CO2 enthält, bei dem das Erdgas abgekühlt und nach partieller Kondensation einer Phasentrennung unterzogen wird, wonach die dabei gewonnene flüssige Phase in einer Rektifiziersäule, in der die C3+-Kohlenwasserstoffe von leichteren Komponenten getrennt werden, eingespeist und die gasförmig verbliebene Phase arbeitsleistend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die bei der arbeitsleistenden Entspannung gasförmig verbliebene als auch die sich dabei bildende flüssige Phase in den oberen Bereich der Rektifiziersäule eingespeist werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der arbeitsleistend entspannte Strom vor Einspeisung in die Rektifiziersäule als Kühlmittel für den Kopf der Rektifiziersäule verwendet wird, und daß zwischen der Einspeisung dieses Stroms in die Rektifiziersäule und der Kopfkühlung noch ein Rektifizierabschnitt liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Rektifiziersäule in Abhängigkeit vom Druck des zu zerlegenden Erdgases geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei schwankendem Druck des zu zerlegenden Erdgases der Druck in der Rektifiziersäule so geregelt wird, daß das Druckverhältnis bei der arbeitsleistenden Entspannung der gasförmig verbliebenen Phase im wesentlichen konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rektifikation bei Drücken zwischen 15 und 35 bar, vorzugsweise zwischen 20 und 30 bar durchgeführt wird.
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