DE3829878A1 - Verfahren zum behandeln eines kohlenwasserstoffe und h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)s enthaltenden erdgases - Google Patents
Verfahren zum behandeln eines kohlenwasserstoffe und h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)s enthaltenden erdgasesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von
Erdgas, das neben Methan Kohlenwasserstoffe mit 2 bis
4 C-Atomen pro Molekül und H₂S enthält, zum teilweisen
Entfernen der Kohlenwasserstoffe und des H₂S.
Aus dem rohen Erdgas, das z. B. als Einsatzmaterial für die
katalytische Dampfreformierung vorgesehen ist, kann man
die Kohlenwasserstoffe mit 5 und mehr Kohlenstoffatomen
pro Molekül durch Adsorption relativ leicht entfernen. Die
Kohlenwasserstoffe, insbesondere die höheren
Kohlenwasserstoffe, bilden bei der katalytischen
Reformierung Koksablagerungen auf dem Katalysator und
vermindern dessen Aktivität.
Aufgabe des vorliegenden Verfahrens ist es, auf
wirtschaftliche Weise die schwieriger abzutrennenden C₂-
bis C₄-Kohlenwasserstoffe und gleichzeitig auch das
H₂S, das den Reformierkatalysator ebenfalls schädigt,
gemeinsam im ausreichenden Maß zu entfernen.
Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß man das Erdgas,
das einen Druck von mindestens 5 bar aufweist, in einer
Wärmeaustauschzone indirekt auf Temperaturen von -30 bis
-100°C kühlt und Kondensat abtrennt, daß man das Kondensat
entspannt und als Kühlmittel durch die Wärmeaustauschzone
leitet, daß man eine aus einer Regenerationszone kommende
Waschflüssigkeit in der Wärmeaustauschzone auf
Temperaturen von -30 bis -80°C kühlt und in eine Waschzone
leitet, welcher man auch das vom Kondensat befreite Erdgas
zuführt, daß man aus der Waschzone mit H₂S und
Kohlenwasserstoffen beladene Waschflüssigkeit durch die
Wärmeaustauschzone und in die Regenerationszone leitet,
und daß man das in der Waschzone gereinigte Erdgas
entspannt und durch die Wärmeaustauschzone leitet.
Vorteilhafterweise wird beim Auskondensieren der
Kohlenwasserstoffe auch ein beträchtlicher Teil des H₂S
mit auskondensiert. Dadurch wird die nachfolgende
Waschzone entlastet. Diese Waschzone ist so ausgelegt, daß
man hier die notwendige Entfernung des H₂S aus dem
Erdgas erreicht. In der Waschzone werden üblicherweise
auch C₃- und C₄-Kohlenwasserstoffe aus dem Erdgas
entfernt, wodurch die vorausgehende Kondensation weniger
zu leisten hat.
Die für das Verfahren notwendige Kälte wird durch
Entspannen des Kondensats sowie auch durch die Entspannung
des aus der Waschzone kommenden Erdgases erreicht.
Vorteilhafterweise kann auf eine Kälteanlage verzichtet
werden. Da der Kältebedarf in der Waschzone nicht hoch
ist, weil die notwendige Menge an Waschflüssigkeit niedrig
gehalten wird, reicht die durch Kondensation erzeugte
Kälte auch aus, um die Waschflüssigkeit vor der Waschzone
genügend zu kühlen.
Zweckmäßigerweise wird das aus dem gekühlten Erdgas
abgetrennte Kondensat zweistufig entspannt und das dabei
gebildete Entspannungsgas durch die Wärmeaustauschzone
geleitet.
Als Waschflüssigkeit verwendet man Methanol, Aceton oder
andere C₁- bis C₃-Oxo-Kohlenwasserstoffe.
Einzelheiten und Ausgestaltungsmöglichkeiten des
Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert.
Erdgas, das Kohlenwasserstoffe und H₂S enthält, wird in
der Leitung (1) herangeführt. Vorzugsweise hat man aus
diesem Erdgas die Feststoffe und auch die
Kohlenwasserstoffe mit 5 und mehr C-Atomen pro Molekül
bereits zuvor abgetrennt. Das Erdgas in der Leitung (1)
enthält somit neben H₂S vor allem noch C₂-, C₃- und
C₄-Kohlenwasserstoffe. Dieses Erdgas wird in einer
Wärmeaustauschzone (2), z. B. einem Plattenwärmetauscher,
auf Temperaturen von -30 bis -100°C und vorzugsweise -40
bis -90°C indirekt gekühlt. Bei dieser Kühlung entsteht
Kondensat, welches den Hauptteil der Kohlenwasserstoffe
und auch einen beträchtlichen Teil des H₂S enthält. In
der Leitung (4) führt man dieses Gemisch zu einem
Abscheider (5), aus dem man das Kondensat durch die
Leitung (6) abzieht. Das Gasgemisch gibt man in der
Leitung (7) einer Waschkolonne (8) auf.
Das Kondensat wird über das Entspannungsventil (10)
teilweise entspannt und einem Trennbehälter (11)
zugeführt. Das Entspannungsgas zieht man in der
Leitung (12) ab und entspannt das Kondensat über das
Entspannungsventil (13) nochmals. Die Entspannung des
Kondensats in den Ventilen (10) und (13) führt zu einer
erheblichen Temperaturabsenkung. Dadurch kann das
Kondensat, das man in der Leitung (14) durch die
Wärmeaustauschzone (2) führt, in wirksamer Weise als
Kühlmittel dienen. Das durch die Erwärmung in der
Wärmeaustauschzone (2) entstehende Abgase steht in der
Leitung (15) zur Verfügung, es kann, da es heizwertreich
ist, als Brenngas verwendet werden.
Der Waschkolonne (8) führt man durch die Leitung (20) eine
Waschflüssigkeit mit Temperaturen von -30 bis -80°C und
vorzugsweise -60 bis -70°C zu. Nachfolgend wird davon
ausgegangen, daß es sich hierbei um Methanol handelt, doch
sind an sich auch andere Waschflüssigkeiten möglich. Die
Kolonne (8) enthält üblicherweise Böden oder Füllkörper.
In ihr wird das H₂S aus dem in der Leitung (7)
herangeführten Erdgas in ausreichendem Maß ausgewaschen,
dabei nimmt das Methanol auch Kohlenwasserstoffe auf.
Gereinigtes Erdgas zieht man in der Leitung (21) ab,
entspannt es mindestens teilweise im
Entspannungsventil (22) und senkt dadurch die Temperatur.
Das Erdgas wird dann zusammen mit dem Gas der Leitung (12)
durch die Wärmeaustauschzone (2) geführt, wo es als
Kühlmittel dient und steht in der Leitung (24) als Produkt
zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
Die mit H₂S und Kohlenwasserstoffen beladene
Waschflüssigkeit zieht man aus der Kolonne (8) in der
Leitung (26) ab, entspannt es zweckmäßigerweise im
Entspannungsventil (27) und gibt das Gemisch einem
Trennbehälter (28) auf. Ein H₂S-haltiges Abgas führt man
über die Leitung (29) zum Kondensat der Leitung (14) und
die Waschflüssigkeit gibt man über die Leitung (30) nach
Hindruchleiten durch die Wärmeaustauschzone (2) zu einer
Regenerationsanlage (31). In der Anlage (31) wird in an
sich bekannter Weise durch Strippen oder Erhitzen sowie
auch durch eine Kombination dieser Maßnahmen die Beladung
aus der Waschflüssigkeit weitgehend entfernt. Ein Abgas
zieht man in der Leitung (32) ab und führt es zu einer
nicht dargestellten Weiterbehandlung.
Regenerierte Waschflüssigkeit wird in der Leitung (20)
abgezogen und über eine nicht dargestellte Pumpe der
Waschkolonne (8) wieder zugeführt. Zum Regenerieren in der
Anlage (31) kann man z. B. einen Teilstrom des Produktgases
der Leitung (24) verwenden, welchen man über die
gestrichelt eingezeichnete Leitung (34) heranführt und als
Strippgas benutzt.
Das Produktgas der Leitung (24) besteht hauptsächlich aus
Methan und kann daneben noch 2 bis 20 Vol.-% an
C₂-Kohlenwasserstoffen enthalten. Der Gehalt an
C₃-Kohlenwasserstoffen liegt zumeist unterhalb von
0,1 Vol.-% und der H₂S-Gehalt beträgt höchstens etwa
1/10 des H₂S-Gehalts im Gas der Leitung (1). Als
Einsatzgas für die katalytische Dampfreformierung zum
Erzeugen eines CO und H₂ enthaltenden Gasgemisches ist
es in dieser Reinheit gut geeignet.
In einer der Zeichnung entsprechenden Verfahrensführung
werden pro Stunde 50 000 Nm³ Erdgas behandelt.
Einzelheiten des Verfahrens wurden zum Teil berechnet. Aus
dem Erdgas wurden in einer Vorstufe Kohlenwasserstoffe mit
5 und mehr C-Atomen sowie auch Verunreinigungen
abgetrennt. Die Zusammensetzung des Erdgases der
Leitung (1) ist folgende:
CH₄ | |
75 Vol.-% | |
C₂H₆ | 20 Vol.-% |
C₃H₈ | 1 Vol.-% |
N₂ | 3 Vol.-% |
CO₂ | 1 Vol.-% |
Das Erdgas, das auch 400 Vol.-ppm H₂S enthält, weist
einen Druck von 28 bar und eine Temperatur von 30°C auf.
Es wird in einem Plattenwärmeaustauscher (2) auf -73°C
gekühlt und gelangt so in den Abscheider (5). Das
abgetrennte Kondensat wird im Entspannungsventil (10) auf
10 bar entspannt und eine weitere Entspannung erfolgt im
Ventil (13) auf 2 bar.
Das Gas in der Leitung (7), das der Waschkolonne (8)
zugeführt wird, enthält etwa noch die Hälfte der
C₂-Kohlenwasserstoffe und des H₂S, dazu N₂ und CO₂
sowie Spuren von C₃-Kohlenwasserstoffen. Der Kolonne (8)
gibt man als Waschflüssigkeit Methanol von -70°C in einer
Menge von 10 m³/h auf, wobei in der Waschkolonne ein
Druck von 28 bar herrscht. Das gewaschene Gas, das
praktisch frei von H₂S und C₃-Kohlenwasserstoffen ist
und nur noch einen geringen Rest an
C₂-Kohlenwasserstoffen enthält, wird durch das
Entspannungsventil (22) geleitet, wobei der Druck auf
10 bar reduziert wird. Gemischt mit dem Gas der
Leitung (12) erhält man in der Leitung (24) pro Stunde
43 000 Nm³ behandeltes Erdgas mit einem Druck von 10 bar
und einer Temperatur von 22°C, das neben CH₄ noch
10 Vol.-% C₂-Kohlenwasserstoffe, 0,1 Vol.-%
C₃-Kohlenwasserstoffe, 3,4 Vol.-% N₂ und 0,7 Vol.-%
CO₂ enthält. Der H₂S-Gehalt des Gases beträgt
5 Vol.-ppm.
Die in der Leitung (26) aus der Waschkolonne abgezogene
beladene Waschflüssigkeit wird auf 2 bar entspannt; das
bei der Entspannung freigesetzte Entspannungsgas mischt
man dem Gas der Leitung (14) zu. Man erhält auf diese
Weise in der Leitung (15) 7 000 Nm³/h Abgas mit einem
Druck von 2 bar und einer Temperatur von +10°C. Das
Methanol gelangt in der Leitung (30) zur
Regeneration (31), wo es bei Temperaturen von +10°C durch
Strippen mit Erdgas aus der Leitung (34) von der Beladung
weitgehend befreit wird. Über eine nicht dargestellte
Pumpe wird das Methanol dann zurück zur Waschkolonne (8)
geführt.
Claims (5)
1. Verfahren zur Behandlung von Erdgas, das neben Methan
Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 C-Atomen pro Molekül und
H₂S enthält, zum teilweisen Entfernen der
Kohlenwasserstoffe und des H₂S, dadurch
gekennzeichnet, daß man das Erdgas, das einen Druck von
mindestens 5 bar aufweist, in einer Wärmeaustauschzone
indirekt auf Temperaturen von -30 bis -100°C kühlt und
Kondensat abtrennt, daß man das Kondensat entspannt und
als Kühlmittel durch die Wärmeaustauschzone leitet, daß
man eine aus einer Regenerationszone kommende
Waschflüssigkeit in der Wärmeaustauschzone auf
Temperaturen von -30 bis -80°C kühlt und in eine
Waschzone leitet, welcher man auch das vom Kondensat
befreite Erdgas zuführt, daß man aus der Waschzone mit
H₂S und Kohlenwasserstoffen beladene Waschflüssigkeit
durch die Wärmeaustauschzone und in die
Regenerationszone leitet, und daß man das in der
Waschzone gereinigte Erdgas entspannt und durch die
Wärmeaustauschzone leitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man Erdgas mmit einem Druck von mindestens 10 bar zum
indirekten Kühlen durch die Wärmeaustauschzone leitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß man das aus dem gekühlten Erdgas
abgetrennte Kondensat zweistufig entspannt und das
dabei gebildete Entspannungsgas durch die
Wärmeaustauschzone leitet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Waschzone
kommende, beladene Waschflüssigkeit teilweise entspannt
und das dabei abgetrennte, H₂S-haltige
Entspannungsgas durch die Wärmeaustauschzone leitet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Waschflüssigkeit
Methanol, Aceton oder andere C₁- bis
C₃-Oxo-Kohlenwasserstoffe verwendet.
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