DE60009920T2

DE60009920T2 - Verfahren zur entfernung von verunreinigungen aus einem gas unter verwendung von polyethylenglykohlen

Info

Publication number: DE60009920T2
Application number: DE60009920T
Authority: DE
Inventors: Norman Craig SCHUBERT; I. William ECHT
Original assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Current assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: AU765775B2; MXPA02000939A; JP2003505554A; ES2215060T3; ATE264134T1; PT1206311E; CA2391256C; NZ516742A; EP1206311A1; CA2391256A1; CN1364096A; AU6748800A; WO2001007147A1; EP1206311B1; JP5399596B2; US6203599B1; DE60009920D1; CN1189233C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Entfernen von Gasverunreinigungen wie beispielsweise Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus Gasmischungen bereit, die diese Verunreinigungen enthalten. Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren, das ein Lösungsmittel verwendet, das Dialkylether von Polyethylenglycolen und Wasser umfasst, um Gasverunreinigungen aus Produktgasströmen zu entfernen, wie beispielsweise natürliche, Synthese- oder andere Produktgasströme.
Es ist in der Technik bekannt, Lösungsmittel zu verwendet, die Mischungen aus Dialkylethern von Polyalkylenglycolen umfassen, um Gasverunreinigungen aus wertvollen Produktgasen zu entfernen. Diese Verunreinigungen werden entfernt durch Kontaktieren des verunreinigten Produktgases mit frischem Lösungsmittel in einem Absorber oder in einer anderen Spezialgerätschaft, die unter Hochdruck- und/oder Niedrigtemperaturbedingungen betrieben wird, die für die Absorption vorteilhaft sind. Sind die Verunreinigungen einmal entfernt, so ist das verunreinigungsfreie Gas fertig für den Verkauf oder für eine zusätzliche stromabwärtige Aufbereitung, abhängig von den Produktstromspezifikationen. Das Lösungsmittel wird für die erneute Anwendung regeneriert, indem die absorbierten Verunreinigungen unter Niederdruck- und/oder Hochtemperaturbedingungen ausgetrieben werden, die für die Desorption vorteilhaft sind. Typischerweise werden Entspannungstanks und/oder Strippkolonnen verwendet, um diese Trennung zu bewirken.
US-A-3,837,143 offenbart ein Verfahren zum gleichzeitigen Dehydrieren und Süßen von natürlichem Gas, um gereinigtes natürliches Gas mit einem niedrigen Taupunkt und einem geringen Schwefelgehalt zu produzieren, das für die Überführung in Gasförderleitungen geeignet ist, mit einhergehender Produktion von Schwefelwasserstoffgas, das aus dem natürlichen Gas entfernt wird, und Produktion von Wasser, das im wesentlichen frei von Verunreinigungen ist, die aus dem natürlichen Gas entfernt wurden. Das Verfahren umfasst die Schritte Überführen eines Lösungsmittelmediums, das einen normalerweise flüssigen Dialkylether eines Polyalkylenglycolethers umfasst, in direkten Kontakt mit dem natürlichen Gas, um seinen Gehalt an H₂S zu reduzieren, Strippen des Schwefelwasserstoffs aus dem Lösungsmittelmedium mittels intern erzeugten Dampfes, Abziehen eines Teils des intern erzeugten Dampfes, der eine geringe Menge an Lösungsmittel enthält, Kondensieren eines Teils davon zusammen mit dem enthaltenen Lösungsmittel und Zurückführen des Dampfkondensates und enthaltenen Lösungsmittel in den Strippbereich, Kondensieren und Verwerfen des restlichen Teils des abgezogenen Dampfes und Zurückführen von magerem Lösungsmittelmedium zum Strippen von natürlichem Gas.
Die Verwendung von Dialkylethern von Polyethylenglycolen, um Gasverunreinigungen zu entfernen, führt üblicherweise zur Co-Absorption von wertvollem Produktgas, wie beispielsweise Methan. Die co-absorbierten Gase treten im allgemeinen aus dem Lösungsmittel während der Regeneration aus und haben im allgemeinen einen geringen oder keinen Wert infolge der hohen Konzentration an unerwünschten Verunreinigungen. Der Verlust an wertvollem co-absorbiertem Gas wird typischerweise dadurch verringert, dass eine Hochdruckrückführungsschleife der Systemkonstruktion zugefügt wird. Die Hochdruckrückführungsschleife erlaubt die teilweise Regeneration des reichen Lösungsmittels und die in der Rückführungsschleife freigesetzten Gase, eine Mischung aus wertvollem Produktgas und unerwünschten Gasverunreinigungen, werden erneut komprimiert, abgekühlt und zu dem Absorber zurückgeführt, wo das freigesetzte Produktgas wiedergewonnen wird. Wie in der Technik gut verstanden wird der Begriff „Hochdruck" verwendet, um die Schleife zu charakterisieren, da der Entspannungstank, der in der Schleife enthalten ist, bei einem Druck unterhalb des Absorberdruckes arbeitet, aber überhalb des Druckes, bei dem das Lösungsmittel letztendlich regeneriert wird.
Während eine Hochdruckrückführungsschleife den Ertrag von Produktgas erhöht, werden sich auch die Kapital- und Betriebsausgaben für Systeme, die eine Rückführungsschleife enthalten, erhöhen. Der Hochdruckentspannungstank, die Kompressionsausrüstung und die Wärmeaustauscher, die für die Rückführungsschleife benötigt werden, sind alle mit Kosten verbunden. Zusätzlich erhöht ein erhöhter Gasstrom durch den Absorber oft die Zirkulationsratenanforderung, was größere Hochdruckpumpen, Wärmeaustauscher, Leitungen und andere Bestandteile im gesamten System erforderlich macht.
Eine ökonomische Optimierung zwischen einer erhöhten Produktgasausbeute und erhöhten Kapital- und Betriebskosten wird im allgemeinen durch Einstellen des Kreislaufentspannungstankdrucks versucht. Hohe Entspannungstankdrücke führen zu geringen Kreislaufgasvolumina, geringer Produktgasgewinnung und niedrigen zusätzlichen Kosten. Niedrige Entspannungstankdrücke führen zu großen Kreislaufgasvolumina, hoher Produktgasgewinnung und hohen zusätzlichen Kosten. Es hat sich jedoch als ziemlich schwierig erwiesen, diese Parameter in geeigneter Weise gegeneinander auszubalancieren und die Anpassung des Entspannungstankdruckes hat sich im allgemeinen nicht als eine wirksame Maßnahme erwiesen, die erhöhten Kapital- und Betriebsausgaben, die mit Systemen verbunden sind, die eine Hochdruckrückführungsschleife enthalten, mit der Notwendigkeit, die Produktgasgewinnung zu maximieren, auszugleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Entfernen von Gasverunreinigungen aus einem Produktgas unter Verwendung eines Lösungsmittels, das Dialkylether von Polyethylenglycol und Wasser umfasst. Das Verfahren umfasst eine Hochdruckrückführungsschleife, um den Verlust an co-absorbiertem Produktgas zu verringern. Da das Lösungsmittel jedoch auch genügend Wasser umfasst, werden die Kapital- und Betriebskosten, die typischerweise mit einer Hochdruckrückführungsschleife verbunden sind, wesentlich verringert.
Das Verfahren ist besonders nützlich zum Entfernen von Gasverunreinigungen, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, aus Produktgasen, wie beispielsweise natürlichem Gas oder Synthesegas. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Erfindung in keinster Weise in dieser Hinsicht beschränkt ist und das Verfahren verwendet werden kann, um verschiedene Schwefelverbindungen, Carbonylsulfide und andere Gasverunreinigungen aus einer Vielzahl von kommerziell wertvollen Produktgasen zu entfernen.
Entsprechend der Erfindung wird ein Produktgas, das Gasverunreinigungen enthält, mit dem Lösungsmittel, das Dialkylether aus Polyethylenglycol und Wasser umfasst, in wenigstens einer Absorptionsstufe kontaktiert. Eine bestimmte Menge der Gasverunreinigungen wird aus dem Produktgas durch das Lösungsmittel entfernt und das verunreinigungsfreie Produktgas wird aus der Absorptionsstufe entlassen. Das Lösungsmittel, das gelöste Gasverunreinigungen und co-absorbiertes Produktgas enthält, wird dann teilweise in einer Hochdruckrückführungsschleife regeneriert, wo ein Anteil der gelösten Verunreinigungen und des co-absorbierten Produktgases aus dem Lösungsmittel als ein Kreislaufgas freigesetzt wird. Das Kreislaufgas wird erneut komprimiert, abgekühlt und dann zur Absorptionsstufe zurückgeführt. Die Regeneration des Lösungsmittels wird in einem Niederdruckentspannungstank vervollständigt, in dem ein Restanteil der gelösten sauren Gasverunreinigungen und des co-absorbierten Produktgases entfernt wird, die in dem Lösungsmittel verbleiben. Das co-absorbierte Produktgas und die Gasverunreinigungen, die aus dem Lösungsmittel in dieser Regenerationsstufe entfernt werden, werden als ein Ablassgas freigesetzt. Das vollständig regenerierte Lösungsmittel wird dann zu der Absorptionsstufe zurückgeführt.
Das Lösungsmittel wird mit einer ausreichenden Menge an Wasser versorgt, um die Gewinnung von co-absorbiertem Produktgas zu erhöhen, während gleichzeitig eine verringerte Zirkulationsratenanforderung für das Lösungsmittel und verringerte Rekompressions- und Kühlungsanforderungen für das Kreislaufgas erhalten werden. Entsprechend erlaubt die Verwendung des Lösungsmittels eine Verringerung der Kapital- und Betriebskosten, die typischerweise mit Verfahren verbunden sind, die eine Hochdruckrückführungsschleife verwenden, am signifikantesten der Kosten, die mit den Rekompressions- und Kühlungsanforderungen für das Kreislaufgas verbunden sind, während gleichzeitig eine erhöhte Gewinnung von Produktgas erhalten wird.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Lösungsmittel eine Mischung aus Dimethylethern von Polyethylenglycolen und ausreichend Wasser, um das Lösungsmittel mit von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis zu versorgen. Am bevorzugtesten umfasst das Lösungsmittel von 5 Gew.-% bis 8 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung eines Systems, welches nach dem durch die Erfindung gelehrten Verfahren betrieben wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein System zum Entfernen von Gasverunreinigungen aus einem Produktgas, welches gemäß dem Verfahren, das durch die Erfindung gelehrt wird, betrieben wird. Entsprechend wird die Erfindung im Zusammenhang mit einer Beschreibung des in 1 dargestellten Systems beschrieben werden.
Wie in 1 gezeigt umfasst das System, allgemein mit 10 bezeichnet, einen Absorber 12 und eine Rückführungsschleife, im Allgemeinen mit 14 bezeichnet, die einen Hochdruckentspannungstank 16, einen Kreislaufkompressor 18 und einen Kreislaufkühler 20 umfasst. Das System umfasst weiter einen Niederdruckentspannungstank 22, eine Umwälzpumpe 24 und eine Destillationseinheit 26.
Ein Gasverunreinigungen enthaltendes Produktgas, z. B. natürliches Gas, das mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid verunreinigt ist, tritt am Boden des Absorbers 12 durch die Leitung 30 ein und wird mit einem regenerierten flüssigen Lösungsmittel in intensiven Kontakt gebracht, das nahe der Spitze des Absorbers durch Leitung 32 eintritt. Der Absorber ist ein herkömmlicher Absorberturm von der Art, wie er den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt ist, und das regenerierte Lösungsmittel, das das Produktgas in dem Absorber kontaktiert, umfasst eine Mischung aus Dialkylethern aus Polyethylenglycolen und Wasser.
Eine Anzahl von derartigen Lösungsmitteln sind den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Lösungsmittel umfasst einen oder mehrere Dialkylether von Polyethylenglycolen, die normalerweise flüssig sind und dies unter den Bedingungen bleiben, unter denen verunreinigtes Produktgas verarbeitet wird. Typischerweise umfasst das Lösungsmittel eine Mischung aus Dimethyl- oder Diethylethern von Polyethylenglycolen, wobei eine Mischung aus Dimethylethern aus Polyethylenglycolen mit der folgenden allgemeinen Formel bevorzugt ist: CH₃O(CH₂H₄O)_x(CH₃) worin x zwischen 3 und 9 ist. Das bevorzugteste Lösungsmittel zur Anwendung in der Erfindung umfasst eine Mischung aus derartigen Dimethylethern von Polyethylenglycolen, wie sie von Union Carbide Corporation, Denburry, CT erhältlich und unter der eingetragenen Marke „SELEXOL" verkauft werden.
Ein bestimmter Anteil der Gasverunreinigungen, die in dem Produktgas enthalten sind, wird durch das Lösungsmittel in dem Absorber 12 entfernt und verunreinigungsfreies Produktgas, d. h. Produktgas, aus dem die angegebene Menge an Verunreinigungen entfernt ist, wird aus der Spitze des Absorbers durch Leitung 34 entlassen. Typischerweise werden im Wesentlichen alle Gasverunreinigungen aus dem Produktgas in dem Absorber 12 entfernt; es ist jedoch den Fachleuten gut bekannt, dass dies nicht immer der Fall ist und die Menge an entfernten Verunreinigungen hängt von der speziellen Verwendung ab, zu der der verunreinigungsfreie Produktgasstrom gegeben werden wird.
Angereichertes Lösungsmittel, das nun gelöste Verunreinigungen und co-absorbiertes Produktgas enthält, tritt aus dem Boden des Absorbers 12 aus und wird durch Leitung 36 zur Rückführungsschleife 14 überführt, wo das Lösungsmittel teilweise regeneriert wird. Das angereicherte Lösungsmittel wird direkt zum Hochdruckentspannungstank 16 überführt, wo ein Anteil der gelösten Gasverunreinigungen und des co-absorbierten Produktgases aus dem Lösungsmittel desorbieren und aus dem Entspannungstank 16 als ein Kreislaufgas austreten. Das Kreislaufgas wird durch Leitung 38 zu dem Kreislaufkompressor 18 geführt, der eine oder mehrere Kompressoreinheiten umfasst, wo das Kreislaufgas erneut komprimiert wird. Das Gas bewegt sich dann durch Leitung 40 zu dem Kreislaufkühler 20, der einen oder mehrere Wärmeaustauscher umfasst, wo das Kreislaufgas gekühlt wird, bevor es zu dem Absorber 12 vermittels Leitung 42 zurückgeführt wird. Wie oben festgehalten wird die Schleife als eine „Hochdruckrückführungsschleife" bezeichnet, da der Entspannungstank bei einem Druck unterhalb des Betriebsdruckes des Absorbers, aber oberhalb des Regenerationsdruckes in dem Entspannungstank 22 betrieben wird. Das Lösungsmittel, das nun nur einen Restanteil von gelösten Gasverunreinigungen und co-absorbiertem Produktgas enthält, tritt aus dem Hochdruckentspannungstank aus und wird durch Leitung 44 zu dem Niederdruckentspannungstank 22 geführt. Das meiste der verbleibenden gelösten Verunreinigungen und des co-absorbierten Produktgases desorbieren aus dem Lösungsmittel in Entspannungstank 22 und werden aus dem Entspannungstank durch die Leitung 45 als ein Ablassgas freigesetzt.
Das vollständig regenerierte Lösungsmittel tritt aus dem Niederdruckentspannungstank 22 aus und bewegt sich durch Leitung 46 zur Kreislaufpumpe 24. Die Kreislaufpumpe gibt das regenerierte Lösungsmittel zur Destillationseinheit 26 ab, um den Wassergehalt des Lösungsmittels auf einem bestimmten Niveau zu halten. Wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, umfassen Produktgasströme gelegentlich unerwünschte Mengen an Wasser. Entsprechend kann, um den Wassergehalt des Lösungsmittels bei einer bestimmten Konzentration zu halten, irgendwelches zusätzliches, durch das Lösungsmittel aus dem Produktgas absorbierte Wasser in Destillationseinheit 26 entfernt werden. Wenn das regenerierte Lösungsmittel die Destillationseinheit einmal verlässt, wird es durch Leitung 32 zurück zum Absorber 12 geführt.
Die Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass es notwendig ist, ein thermisches Gleichgewicht innerhalb des in 1 gezeigten Systems aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann ein Wärmetauscher zwischen der Pumpe 24 und der Destillationseinheit 26 erforderlich sein, um die Temperatur des Lösungsmittels anzupassen, bevor das Lösungsmittel zu dem Absorber 12 zurückgeführt wird. Typischerweise weist das Lösungsmittel, das in den Absorber eintritt, eine Temperatur von –12°C bis 49°C (10°F bis 120°F) und bevorzugterweise von –12°C bis 4°C (10°F bis 40°F) auf. Entsprechend kann Wärmetauscherkapazität hinzugefügt werden, wie sie erforderlich ist, um zu gewährleisten, dass das Lösungsmittel eine geeignete Temperatur aufweist, bevor es zu dem Absorber zurückgeführt wird, und/oder um anderweitig das thermische Gleichgewicht innerhalb des Systems aufrechtzuerhalten.
Wie oben festgehalten wird ausreichend Wasser zum Lösungsmittel hinzugegeben, um gleichzeitig eine erhöhte Produktgasausbeute und verringerte Kapital- und Betriebskosten zu erhalten. Genauer erlaubt das Anpassen der Wasserkonzentration des Lösungsmittels, dass der Hochdruckentspannungstank 16 bei einem Druck betrieben werden kann, der die Produktgasausbeute erhöht, während gleichzeitig die Rekompressionsanforderung an Kreislaufkompressor 18 verringert wird und entsprechend die Kühlungsanforderung an Kreislaufkühler 20 verringert werden. Außerdem wird die gesamte Umwälzanforderung für das Lösungsmittel ebenfalls verringert. All diese Ergebnisse sind unerwartet, insbesondere die Verringerung der Lösungsmittelumwälzanforderung, da die Erhöhung der Konzentration von Wasser im Lösungsmittel die Löslichkeit von Kohlendioxid im Lösungsmittel verringern sollte und deshalb die Lösungsmittelumwälzanforderung erhöhen sollte. Die durch die Erfindung gelieferten Vorteile werden durch die folgenden Beispiele vollständiger beschrieben werden.
Beispiel I
Etwa 14 Millionen Standardkubikmeter pro Tag (500 MMSCFD (Millionen Standardkubikfuß/Tag)) natürliches Gas mit 45 Mol-% Kohlendioxid, 50 Mol-% Methan, 1 Mol-% Wasser und 4 Mol-% C2+Kohlenwasserstoffe bei 8,5 MPa absolut (1.210 psia) treten in einen Absorberturm ein, wo das Gas mit einem regenerierten Lösungsmittel kontaktiert wird, das eine Mischung aus Dimethylethern von Polyethylenglycolen und etwa 4,8 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis umfasst. Das spezielle Lösungsmittel, das in diesem Beispiel verwendet wird, ist „SELEXOL"-Lösungsmittel, das etwa 4,8 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis enthält. Der Absorber ist ein herkömmlicher Turm, der etwa sechs Gleichgewichtsstufen für Gas-flüssig-Kontakt bereitstellt. Das verunreinigte natürliche Gas tritt nahe dem Boden des Turms ein und das regenerierte Lösungsmittel tritt nahe der Spitze ein und das Gas und das Lösungsmittel werden im Gegenstrom innerhalb des Absorbers in Kontakt gebracht. Unter diesen Bedingungen wird eine Lösungsmittelumwälzung von etwa 13.800 gpm notwendig, um den Kohlendioxidgehalt des natürlichen Gases von 45 Mol-% auf weniger als 3 Mol-% zu verringern.
Nach dem Kontakt mit dem verunreinigten natürlichen Gas tritt angereichertes Lösungsmittel, das gelöste Verunreinigungen und co-absorbiertes Methan enthält, aus dem Boden des Absorbers aus und wird direkt in eine Hochdruckrückführungsschleife überführt. Das angereicherte Lösungsmittel tritt in einen Hochdruckentspannungstank ein, der bei 2,1 MPa absolut (304 psia) betrieben wird. Unter diesen Bedingungen desorbieren die meisten flüchtigen Bestandteile, hauptsächlich Kohlendioxid und Methan, aus dem Lösungsmittel und treten aus dem Entspannungstank als ein Kreislaufgas aus. Das Kreislaufgas, das aus dem Hochdruckentspannungstank abgelassen wird, wird in einen Kreislaufkompressor überführt, der einen oder mehrere Kompressoren umfasst, die etwa 12.677 KJ/s (17.000 HP) benötigen. Die Gesamtgasflussrate aus dem Entspannungstank zu dem Kreislaufkompressor (Leitung 38 in 1) beträgt etwa 36 % der Flussrate des verunreinigten natürlichen Gases, das in den Absorber eintritt (Leitung 30 in 1). Das erneut komprimierte Gas wird dann in einem Kreislaufkühler gekühlt, der einen oder mehrere Wärmeaustauscher umfasst, die in der Lage sind, eine Kühlleistung von etwa 16 Mio. J/s (56 MMBTU/Stunde (Millionen BTU/Stunde)) bereitzustellen. Das erneut komprimierte und gekühlte Kreislaufgas wird zu dem Absorber zurückgeführt. Entsprechend wird das Lösungsmittel teilweise in dem Hochdruckentspannungstank regeneriert und wertvolles co-absorbiertes Methan in der Rückführungsschleife wiedergewonnen.
Das teilweise regenerierte Lösungsmittel wird in einen Niederdruckentspannungstank überführt, der bei 0,13 MPa absolut (18 psia) betrieben wird, wo die verbliebenen gelösten Verunreinigungen und das co-absorbierte Methan aus dem Lösungsmittel desorbieren und aus dem Niederdruckentspannungstank als ein Ablassgas freigesetzt werden. Das nun vollständig regenerierte Lösungsmittel wird zu dem Absorptionsturm zum Kontaktieren mit dem verunreinigten natürlichen Gas zurückgepumpt.
Das Verarbeiten von verunreinigtem natürlichen Gas in der oben beschriebenen Art und Weise mit „SELEXOL"-Lösungsmittel, das etwa 4,8 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis enthält, beschränkt die Gesamtmethanverluste auf etwa 1,7 Mol-% des ankommenden natürlichen Gases.
Beispiel II
Etwa 14 Mio. Standardkubikmeter/Tag (500 MMSCFD) natürliches Gas, das 45 Mol-% Kohlendioxid, 50 Mol-% Methan, 1 Mol-% Wasser und 4 Mol-% C2+Kohlenwasserstoffe bei 8,5 MPa absolut (1.210 psia) enthält, werden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel I angegeben verarbeitet mit den folgenden Unterschieden in den Prozessparametern:

Das Lösungsmittel umfasst „SELEXOL"-Lösungsmittel und etwa 7,8 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis;
die Gesamtgasflussrate aus dem Hochdruckentspannungstank zu dem Kreislaufkompressor beträgt etwa 25 % der Flussrate des ankommenden verunreinigten natürlichen Gases;
die Rekompressionsanforderungen an dem Kreislaufkompressor beträgt 7.457 kJ/s (10.000 HP);
die Kühlungsanforderung an dem Kreislaufkühler beträgt 10 Mio. J/s (35 MMBTU/Stunde);
die Lösungsmittelumwälzanforderung beträgt 12.500 gpm; und
der Gesamtmethanverlust ist auf etwa 1,3 Mol-% des ankommenden natürlichen Gases beschränkt.

Beispiel III (Stand der Technik)
Etwa 14 Mio. Standardkubikmeter/Tag (500 MMSCFD) natürliches Gas, das 45 Mol-% Kohlendioxid, 50 Mol-% Methan, 1 Mol-% Wasser und 4 Mol-% C2+Kohlenwasserstoffe bei 8,5 MPa absolut (1.210 psia) enthält, werden in der gleichen Art und Weise wie oben in Beispiel I angegeben verarbeitet mit den folgenden Unterschieden in den Prozessparametern:

Das Lösungsmittel umfasst „SELEXOL"-Lösungsmittel und etwa 0,9 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis. Dies ist eine typische Lösungsmittelwasserkonzentration, die in Systemen nach dem Stand der Technik verwendet wird, die eine Hochdruckrückführungsschleife umfassen;
die Gesamtgasflussrate von dem Hochdruckentspannungstank zu dem Kreislaufkompressor beträgt in etwa 53 % der Flussrate des ankommenden verunreinigten natürlichen Gases;
die Rekompressionsanforderung an dem Kreislaufkompressor beträgt 17.151 kJ/s (23.000 HP);
die Kühlungsanforderung an dem Kreislaufkühler beträgt 22.000.000 J/s (75 MMBTU/Stunde);
die Lösungsmittelumwälzanforderung beträgt 16.000 gpm; und
der Gesamtmethanverlust ist auf etwa 3 Mol-% des ankommenden natürlichen Gases beschränkt.

Die durch die vorliegende Erfindung verglichen mit dem Stand der Technik bereitgestellten Vorteile sind in der Tabelle I unten zusammengefasst.
Tabelle I:
Wie durch die oben angegebenen Beispiele veranschaulicht und in Tabelle I zusammengefasst ist der Methanverlust auf etwa 3 Mol-% bei Gasreinigungsverfahren nach dem Stand der Technik beschränkt, die ein Lösungsmittel verwendet, das etwa 1 Gew.-% Wasser und einen Hochdruckentspannungstank verwenden, der bei 2,1 MPa absolut (304 psia) betrieben wird. Es werden jedoch etwa 17.151 kJ/s (23.000 HP) erforderlich sein, um das Kreislaufgas erneut von 2,1 MPa absolut (304 psia) auf den Absorberdruck zu komprimieren. Da die Kompressionsausrüstung im allgemeinen die Temperatur eines Gases erhöht, werden darüber hinaus Wärmeaustauscher erforderlich sein, die in der Lage sind, eine Kühlleistung von etwa 22 MMJ/s (75 MMBTU/Stunde) bereitzustellen. Schließlich wird, infolge des erhöhten Volumens des durch die Absorptionsausrüstung verarbeiteten Gases, die erforderliche Lösungsmittelumwälzung 16.000 gpm betragen. Entsprechend wird der mit dem verringerten Methanverlust, der durch die Rückführungsschleife bereitgestellt wird, erhöhte Ertrag teilweise oder vollständig ausgeglichen durch erhöhte Kapital- und Betriebskosten, die mit der Rückführungsschleifenausrüstung verbunden sind.
Die Erhöhung des Wassergehaltes des Lösungsmittels, wie durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gelehrt, wird nicht nur die Produktgasgewinnung erhöhen, sondern wird auch signifikant die Kapital- und Betriebskosten verringern, die mit einem derartigen System verbunden sind. Wie die Beispiele belegen und wie in Tabelle I zusammengefasst wird die Rekompressionsanforderung von 17.151 kJ/s auf 12.677 kJ/s (23.000 HP auf 17.000 HP) verringert werden und die Kreislaufgaskühlungsleistungsanforderung von 22 MMJ/s auf 16 MMJ/s (75 MMBTU/Stunde auf 56 MMBTU/Stunde) verringert werden, wenn der Wassergehalt des regenerierten Lösungsmittels von 1 Gew.-% auf 5 Gew.-% (gasfreie Basis) erhöht wird und wenn der Hochdruckentspannungstank bei 2,1 MPa absolut (304 psia) bleibt. Zusätzlich wird die Gesamtumwälzanforderung von 16.000 gpm auf 13.800 gpm und der Methanverlust wird von 3 Mol-% auf 1,7 Mol-% verringert werden. Wenn der Lösungsmittelwassergehalt noch weiter auf etwa 8 Gew.-% (gasfreie Basis) erhöht wird und wenn der Hochdruckentspannungstank bei 2,1 MPa absolut (304 psia) verbleibt, dann wird die Rekompressionsanforderung sogar noch weiter auf 7.457 kJ/s (10.000 HP) verringert werden und sich die Kreislaufgaskühlungsleistungsanforderung von 22 MMJ/s auf 16 MMJ/s (75 MMBTU/Stunde auf 35 MMBTU/Stunde) verringern. Die Gesamtumwälzungsanforderung wird von 16.000 gpm auf 12.500 gpm verringert werden und der Methanverlust wird sich von 3 Mol-% auf 1,3 Mol-% verringern.
Entsprechend erlaub die vorliegende Erfindung den Fachleuten ein ökonomisches Optimum zwischen der erhöhten Produktgasgewinnung, die durch eine Hochdruckrückführungsschleife bereitgestellt wird, und den höheren Kapital- und Betriebskosten, die mit der Verwendung eines derartigen Systems verbunden sind, zu erreichen. Durch Verwendung des durch die Erfindung gelehrten Verfahrens und indem das Lösungsmittel mit einer geeigneten Menge an Wasser versetzt wird, kann gleichzeitig eine erhöhte Produktgasgewinnung ebenso wie eine verringerte Rekompressions-, Kreislaufkühlungs- und Lösungsmittelumwälzanforderung erreicht werden.
Die in Tabelle I angegebenen Daten stellen nur eine der durch die Erfindung bereitgestellten Optionen dar zum Erreichen eines optimalen Gleichgewichtes zwischen erhöhter Produktgasgewinnung und verringerten Kapital- und Betriebskosten. Die Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die Erfindung in vielfältiger Weise verwendet werden kann, um ein geeignetes Gleichgewicht zwischen erhöhter Produktgasgewinnung und verringerten Kosten zu erreichen, wie es für eine jede spezielle Gasreinigungsanwendung erforderlich ist. Zum Beispiel kann eine noch weitergehende Verringerung der Kreislaufkompressions- und Kühlungskosten erreicht werden, wenn ein erhöhter Produktgasverlust toleriert werden kann. Das Umgekehrte gilt ebenfalls, so dass Produktgasverluste unterhalb der in Tabelle I angegebenen Werte verringert werden können, wenn man findet, dass eine Erhöhung der Kreislaufkompressions- und Kühlungskosten akzeptabel ist. Entsprechend sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die speziellen offenbarten Beispiele beschränkt ist, worin die Wasserkonzentration des Lösungsmittels erhöht ist, während der Hochdruckentspannungstankdruck konstant gehalten ist, und dass die Erfindung eine Vielzahl von anderen Optionen zum Anpassen der Prozessparameter bereitstellt, um eine erhöhte Produktgasgewinnung und verringerte Kosten zu erreichen.

Claims

Verfahren zum Entfernen von Gasverunreinigungen aus einem Produktgas, das derartige Verunreinigungen enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Kontaktieren des Produktgases mit einem Lösungsmittel, das Dialkylether aus Polyethylenglycol und Wasser enthält, in wenigstens einer Absorptionsstufe, um einen bestimmten Anteil der Gasverunreinigungen aus dem Produktgas zu entfernen; (b) Entlassen des Produktgases, dem der bestimmte Anteil der Gasverunreinigungen entzogen worden ist, aus der Absorptionsstufe; (c) Überführen des Lösungsmittels, das gelöste Gasverunreinigungen und co-absorbiertes Produktgas enthält, in eine Hochdruckrückführungsschleife, um das Lösungsmittel teilweise zu regenerieren durch Freisetzen eines Anteils der gelösten Gasverunreinigungen und des co-absorbierten Produktgases aus dem Lösungsmittel als ein Kreislaufgas; (d) erneutes Komprimieren und Kühlen des Kreislaufgases und dann Rückführen des Kreislaufgases zu der Absorptionsstufe; (e) Vervollständigen der Regenerierung des Lösungsmittels durch Entfernen eines Restanteils der Gasverunreinigungen und des darin verbleibenden co-absorbierten Produktgases aus dem Lösungsmittel in einem Niederdruckentspannungstank und Freisetzen des Restanteiles als ein Ablassgas; (f) Rückführen des vollständig regenerierten Lösungsmittels zu der Absorptionsstufe; und (g) Versorgen des Lösungsmittels mit einer Menge an Wasser, die ausreichend ist, um die Wiedergewinnung des co-absorbierten Produktgases zu erhöhen, während gleichzeitig eine verringerte Zirkulationsratenanforderung für das Lösungsmittel und verringerte Rekompressions- und Kühlungsanforderungen für das Kreislaufgas erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung aus Dialkylethern aus Polyethylenglycolen eine Mischung aus Dimethylethern von Polyethylenglycolen umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Produktgas natürliches Gas oder Synthesegas ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Lösungsmittel von 5 Gew.-% bis 8 Gew.-% Wasser auf einer gasfreien Basis umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gasverunreinigungen Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid umfassen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach Schritt (e) aber vor Schritt (f) das Verfahren den Schritt umfasst: Entfernen einer ausgewählten Menge an Wasser aus dem Lösungsmittel.