EP4597013A1 - Verfahren zum abtrennen von kohlendioxid aus erdgas - Google Patents

Verfahren zum abtrennen von kohlendioxid aus erdgas

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EP4597013A1
EP4597013A1 EP24020045.1A EP24020045A EP4597013A1 EP 4597013 A1 EP4597013 A1 EP 4597013A1 EP 24020045 A EP24020045 A EP 24020045A EP 4597013 A1 EP4597013 A1 EP 4597013A1
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EP
European Patent Office
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fraction
carbon dioxide
nitrogen
depleted
enriched
Prior art date
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Pending
Application number
EP24020045.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Dick
Andreas Bub
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream

Definitions

  • the invention relates to a process for separating a hydrocarbon-rich feed fraction containing nitrogen and carbon dioxide, preferably natural gas.
  • the maximum nitrogen content may be between 2.0 and 7.0 mol%. If the natural gas is liquefied, this limit is 1 mol% nitrogen in the liquid natural gas product. If the nitrogen content exceeds the permitted limit, the nitrogen must be separated before further use, e.g., in the natural gas network, or before further processing or liquefaction of the natural gas. This nitrogen separation is usually carried out in a so-called Nitrogen Rejection Unit (NRU).
  • NRU Nitrogen Rejection Unit
  • the hydrocarbon-rich feed gas fed to an NRU typically contains, in addition to the main components methane and nitrogen, other hydrocarbons such as ethane, propane, butane, and higher hydrocarbons. In addition, it often contains a non-negligible amount of carbon dioxide.
  • NRU Traces of other components such as oxygen, water, and sulfur may also be present.
  • the separation takes place using a cryogenic process, usually at temperatures below -150°C.
  • these components including carbon dioxide, must be removed to an acceptable level before the feed gas is introduced into the NRU.
  • An NRU, or rather the cryogenic process implemented therein is, for example, EP0095739 in the form of a double column process or in the US 5257505 described as a single-column process.
  • Nitrogen removal, carbon dioxide removal, and NGL recovery can also be carried out in an integrated process with multiple process units and process streams, such as in the GB 2500830 or the WO 2012/177405 described.
  • an amine scrubber To remove carbon dioxide, an amine scrubber is usually used.
  • this requires considerable process engineering and design effort, and also results in the feed gas extracted from the amine scrubber being water-saturated.
  • a drying unit is usually installed upstream of the NRU, in which the water content of the feed gas extracted from the NRU is reduced to a level acceptable for the operation of the NRU.
  • This drying is usually carried out adsorptively using a so-called TSA (temperature swing adsorption) process, as used, for example, in the FR 3066258 described.
  • TSA temperature swing adsorption
  • the object of the present invention is to provide a generic process for separating a hydrocarbon-rich feed fraction containing nitrogen and carbon dioxide, preferably natural gas, in which the above-described amine scrubbing and, in many cases, drying by means of a TSA process can be dispensed with.
  • the previously required amine scrubbing is now replaced by at least one membrane unit or stage in which a permeative separation of the feed fraction into a nitrogen-depleted and carbon dioxide-enriched fraction and a nitrogen-enriched and carbon dioxide-depleted fraction takes place.
  • a so-called rubber-like membrane is preferably used for this purpose.
  • a membrane separation step or process uses a membrane that is semi-permeable or selectively permeable to certain components of a gas mixture to be separated.
  • the membrane can be made of ceramic materials or one or more polymers, particularly glassy or rubbery polymers (see, for example, [1].
  • Rubber-like membranes are characterized by the fact that their permeability increases with increasing permeation size and the material is selective for large molecules rather than small molecules. This means that rubber-like materials favor the passage of methane over nitrogen. In addition, the passage of carbon dioxide is favored over nitrogen in rubber-like membranes, which is why such a membrane is preferably used in the process according to the invention.
  • the rubber-like membrane supplies a retentate stream in which the carbon dioxide content is significantly reduced compared to the carbon dioxide content of the feed fraction, while the nitrogen content is significantly increased compared to the nitrogen content of the feed fraction.
  • the feed fraction typically contains between 3 and 20 mol% nitrogen and the retentate between 4 and 70 mol%, ideally more than 30 mol%.
  • the permeate ideally has a nitrogen content of less than 7 mol%, preferably less than 3 mol%.
  • the feed fraction contains, for example, approximately 3 mol% carbon dioxide, with the retentate having a carbon dioxide content of less than 500 ppmv, in particular less than 300 ppmv.
  • the retentate stream is fed to the NRU and separated therein into a nitrogen-rich fraction and a methane-rich product fraction. While the nitrogen-rich fraction is usually released to the atmosphere, the methane-rich product fraction is fed for further use.
  • the process according to the invention not only makes it possible to dispense with an amine scrubbing step, but in many cases also allows the dispensing with a nitrogen enrichment column in the NRU, provided the nitrogen content in the retentate is sufficiently high. Furthermore, in many cases, a separation step for the critical higher hydrocarbons can be dispensed with in the NRU if These can be reduced below the critical level for NRU by permeative separation in the retentate.
  • the permeate stream withdrawn from the permeative separation depleted of nitrogen and enriched with carbon dioxide, ideally already meets the desired product specifications. In this case, it can be directly added to or mixed with the product fraction withdrawn from the NRU. Due to the selected membrane, the permeate stream also contains other components critical to the NRU, such as water and C2 + hydrocarbons, which no longer burden the NRU.
  • one embodiment of the invention provides for drying of the retentate stream prior to its feeding to the NRU.
  • the drying is preferably carried out as a TSA process.
  • carbon dioxide, water, and/or higher hydrocarbon removal is possible using a PSA or an iTSA process.
  • An iTSA process is understood to be a TSA process in which cooling occurs indirectly using a temperature transfer fluid.
  • the retentate stream has a lower mass flow than the feed stream and, in addition, the contents of the aforementioned components are already significantly reduced, any drying or removal of carbon dioxide and/or higher hydrocarbons that may be required can be carried out on a correspondingly smaller scale and with less process complexity.
  • the hydrocarbon-rich feed fraction 1 containing nitrogen and carbon dioxide is fed, according to the invention, instead of an amine wash, to a membrane separation unit M having a rubber-like membrane.
  • the carbon dioxide content is significantly reduced compared to the carbon dioxide content of the feed fraction 1, while the nitrogen content is significantly increased compared to the nitrogen content of the feed fraction 1.
  • the retentate stream 3 can thus be fed directly to the cryogenic separation process NRU.
  • the retentate stream 3 is separated into a nitrogen-rich fraction 4 and a methane-rich product fraction 5.
  • the nitrogen-rich fraction 4 is typically released to the atmosphere, while the methane-rich product fraction 5 is fed for further use, such as feeding into the natural gas grid. If necessary, the product fraction 5 must be compressed to the desired discharge pressure V2.
  • the nitrogen-depleted and carbon dioxide-enriched permeate stream 2 withdrawn from the membrane separation unit M can, provided it meets the desired product specifications, be admixed with the product fraction 5 withdrawn from the NRU. This may require compression V1 of the permeate stream 2. Since permeate stream 2 also contains other components critical to the NRU, such as water and C 2+ hydrocarbons, it contributes to reducing the load on the NRU.
  • the Figure 2 The process is shown in Figure 1.
  • the retentate stream 3 is preferably freed of carbon dioxide, water, and/or higher hydrocarbons by means of a temperature swing adsorption process T, which are discharged via line 6.
  • T temperature swing adsorption process
  • the stream leaving the TSA must not exceed a carbon dioxide content of up to 500 ppmv, ideally not exceeding 300 ppmv.
  • a suitable iTSA or pressure swing adsorption (PSA) process can be used to separate the aforementioned undesirable components.
  • the adsorption process T comprises a purge step, with the purge gas produced in this purge step preferably being fed to the nitrogen-depleted and carbon dioxide-enriched fraction 2 prior to its compression V1.
  • the purified retentate stream 3' withdrawn from the TSA process T can now be fed to the cryogenic separation process NRU.
  • the further process is analogous to that described in the Figure 1 Described.
  • the membrane separation unit M shown can have one or more membrane stages. If the required nitrogen and/or carbon dioxide concentrations cannot be achieved with just one membrane stage, two or more membrane stages connected in series can be provided, whereby an intermediate compression of the process stream (permeate) fed to the next membrane stage usually takes place.
  • Each individual membrane stage have different membranes or membrane types, e.g., a combination of rubber-like and glass-like membranes. Which of the aforementioned variants is implemented and which membrane type(s) are used depends on the desired separation task of the membrane separation unit M.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Auftrennen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Einsatzfraktion (1), vorzugsweise Erdgas, beschrieben, bei dema) die Einsatzfraktion (1) permeativ (M) in eine an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion (2) und eine an Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion (3) aufgetrennt wird,b) die Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion (3, 3') in einem kryogenen Trennprozess (NRU) in eine Stickstoff-reiche Fraktion (4) und eine Methan-reiche Produktfraktion (5) aufgetrennt wird, undc) die an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion (2) der Produktfraktion (5) zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrennen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Einsatzfraktion, vorzugsweise von Erdgas.
  • Sofern Erdgas durch ein Erdgasnetzwerk geleitet wird, darf der maximale Stickstoffgehalt 2,0 bis 7,0 Mol-% betragen. Wird das Erdgas verflüssigt, liegt diese Grenze bei 1 Mol-% Stickstoff im flüssigen Erdgasprodukt. Übersteigt der Stickstoffgehalt den erlaubten Grenzwert, ist eine Abtrennung des Stickstoffs vor der weiteren Verwendung, bspw. im Erdgasnetzwerk, oder vor der Weiterbehandlung bzw. Verflüssigung des Erdgases erforderlich. Diese Stickstoff-Abtrennung wird üblicherweise in einer sog. Nitrogen Rejection Unit (NRU) realisiert. Typischerweise enthält das einer NRU zugeführte Kohlenwasserstoff-reiche Einsatzgas, neben den Hauptkomponenten Methan und Stickstoff, weitere Kohlenwasserstoffe, wie Ethan, Propan, Butan und höhere Kohlenwasserstoffe. Zusätzlich ist oftmals Kohlendioxid in einer nicht vernachlässigbaren Menge enthalten. Zudem können Spuren weiterer Komponenten, wie Sauerstoff, Wasser und Schwefel, enthalten sein. In einer NRU erfolgt die Abtrennung mittels eines kryogenen Prozesses, üblicherweise bei Temperaturen unterhalb von -150 °C. Um Verlegungen mit denjenigen Komponenten, die bei diesen Temperaturen gefrieren, in der NRU zu vermeiden, müssen diese Komponenten, u. a. Kohlendioxid, vor der Zuführung des Einsatzgases in die NRU auf ein akzeptables Maß entfernt werden. Eine NRU bzw. der darin realisierte kryogene Prozess ist beispielsweise in der EP 0095739 in Form eines Doppelkolonnen-Prozesses oder in der US 5257505 in Form eines Einkolonnen-Prozesses beschrieben. Stickstoffentfernung, Entfernung von Kohlendioxid und NGL-Rückgewinnung können auch in einem integrierten Prozess mit mehreren Prozesseinheiten und Prozessströmen durchgeführt werden, wie bspw. in der GB 2500830 oder der WO 2012/177405 beschrieben.
  • Zur Entfernung des Kohlendioxids wird üblicherweise eine Amin-Wäsche vorgesehen. Diese erfordert jedoch zum einen erheblichen verfahrenstechnischen sowie konstruktiven Aufwand und hat zum anderen zur Folge, dass das aus der Amin-Wäsche abgezogene Einsatzgas wassergesättigt ist. Aus diesem Grund ist im Regelfall der NRU eine Trocknungseinheit vorzuschalten, in der der Wassergehalt des aus der NRU abgezogenen Einsatzgases auf ein für den Betrieb der NRU akzeptables Maß reduziert wird. Diese Trocknung erfolgt üblicherweise adsorptiv mittels eines sog. TSA (Temperature Swing Adsorption/Temperaturwechsel-Adsorption)-Prozesses, wie er bspw. in der FR 3066258 beschrieben ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Auftrennen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Einsatzfraktion, vorzugsweise von Erdgas, anzugeben, bei dem auf die vorbeschriebene Amin-Wäsche sowie in vielen Fällen auf eine Trocknung mittels TSA-Prozess verzichtet werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Auftrennen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Einsatzfraktion vorgeschlagen, bei dem
    1. a) die Einsatzfraktion permeativ in eine an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion, und eine an Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion aufgetrennt wird,
    2. b) die Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion, im Folgenden Retentat genannt, in einem kryogenen Trennprozess in eine Stickstoff-reiche Fraktion und eine Methan-reiche Produktfraktion aufgetrennt wird, und
    3. c) die an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion, im Folgenden Permeat genannt, der Produktfraktion zugeführt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auftrennen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Einsatzfraktion sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • die permeative Auftrennung mittels einer oder mehrerer, hintereinander geschalteter Membranstufen erfolgt,
    • in der oder den Membranstufen gummiartige und/oder glasartige Membranen verwendet werden,
    • die in der permeativen Auftrennung gewonnene Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion vor der Zuführung in den kryogenen Trennprozess einem Adsorptions-Prozess unterworfen wird, der der Abtrennung von Kohlendioxid, Wasser und/oder C2+-Kohlenwasserstoffen dient,
    • der Adsorptions-Prozess als PSA-, TSA- oder iTSA-Prozess ausgebildet ist,
    • sofern der Adsorptions-Prozess einen Spülschritt umfasst, das in dem Spülschritt anfallende Spülgas der an Stickstoff abgereicherten und Kohlendioxid angereicherten Fraktion zugeführt wird und
    • die Methan-reiche Produktfraktion und/oder die an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion verdichtet werden.
  • Erfindungsgemäß wird nunmehr die bisher vorzusehende Amin-Wäsche durch wenigstens eine Membraneinheit bzw. -stufe ersetzt, in der eine permeative Auftrennung der Einsatzfraktion in eine an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion und eine an Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion erfolgt. Hierzu kommt vorzugsweise eine sog. gummiartige Membran zur Anwendung.
  • Im Allgemeinen wird bei einem Membrantrennschritt bzw. -verfahren eine Membran verwendet, die semi-permeabel bzw. selektiv-permeabel für bestimmte Komponenten eines zu trennenden Gasgemisches ist. Dabei kann die Membran aus keramischen Materialien oder aus einem oder mehreren Polymeren bestehen, insbesondere glasartige oder gummiartige Polymere, siehe bspw. H. Strathmann, "Membrane Separation Processes, 1. Principles", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Online-Veröffentlichung 15. Oktober 2011, Wiley VCH, https://doi.org/10.1002/14356007.a16_187.pub3.
  • Gummiartige Membran zeichnen sich dadurch aus, dass die Permeabilität mit zunehmender Permeationsgröße steigt und das Material selektiv für große Moleküle und nicht für kleine Moleküle ist. Dies bedeutet, dass gummiartige Materialien den Durchgang von Methan gegenüber Stickstoff begünstigen. Zudem ist der Durchgang von Kohlendioxid gegenüber Stickstoff bei gummiartigen Membranen begünstigt, weshalb vorzugsweise eine derartige Membran beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommt. Die gummiartige Membran liefert einen Retentatstrom, in dem der Kohlendioxid-Gehalt gegenüber dem Kohlendioxid-Gehalt der Einsatzfraktion deutlich reduziert ist, während der Stickstoff-Gehalt gegenüber dem Stickstoff-Gehalt der Einsatzfraktion deutlich erhöht ist. Die Einsatzfraktion enthält typischerweise zwischen 3 und 20 Mol-% Stickstoff und das Retentat zwischen 4 und 70 Mol-% , idealerweise mehr als 30 Mol-%. Das Permeat hat idealerweise einen Stickstoffgehalt kleiner 7 Mol-%, bevorzugt kleiner 3 Mol-%.Die Einsatzfraktion enthält bspw. ca. 3 Mol-% Kohlendioxid, wobei das Retentat einen Kohlendioxidgehalt von weniger als 500 ppmv insbesondere weniger als 300 ppmv aufweist. Der Retentatstrom wird erfindungsgemäß der NRU zugeführt und in dieser in eine Stickstoff-reiche Fraktion und eine Methan-reiche Produktfraktion aufgetrennt. Während die Stickstoff-reiche Fraktion üblicherweise an die Atmosphäre abgegeben wird, wird die Methan-reiche Produktfraktion ihrer weiteren Verwendung zugeführt. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht jedoch nicht nur den Verzicht auf eine Amin-Wäsche, sondern erlaubt es in vielen Fällen, auf eine in der NRU vorzusehende Stickstoff-Anreicherungskolonne zu verzichten, sofern der Stickstoffgehalt im Retentat hoch genug ist.Des Weiteren kann in vielen Fällen in der NRU auf einen Abtrennschritt der kritischen höheren Kohlenwasserstoffe verzichtet werden, wenn diese durch die permeative Auftrennung im Retentat unter das für die NRU kritische Niveau reduziert werden können.
  • Der aus der permeativen Auftrennung abgezogene, an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Permeatstrom erfüllt im besten Falle bereits die gewünschten Produktspezifikationen. In diesem Falle kann er unmittelbar der aus der NRU abgezogenen Produktfraktion zugeführt bzw. zugemischt werden. Aufgrund der gewählten Membran enthält der Permeatstrom zudem weitere, für die NRU kritische Komponenten, wie Wasser und C2+-Kohlenwasserstoffe, die nunmehr nicht mehr die NRU belasten.
  • Sofern der Retentatstrom einen Kohlendioxid-, Wasser- und/oder C2+-Kohlenwasserstoffe-Gehalt aufweist, der eine unmittelbare Zuführung dieses Stromes in eine NRU nicht erlaubt, wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine Trocknung des Retentatstroms vor dessen Zuführung in die NRU vorgesehen. Hierbei ist die Trocknung vorzugsweise als TSA-Prozess ausgebildet. Alternativ ist eine Kohlendioxid-, Wasser und/oder höhere Kohlenwasserstoff-Entfernung durch einen PSA- oder einen iTSA-Prozess möglich. Unter einem iTSA-Prozess ist eine TSA-Prozess zu verstehen, bei dem die Kühlung indirekt mittels eines Temperaturtransferfluids erfolgt. Da der Retentatstrom einen geringeren Massenstrom als der Einsatzstrom aufweist und zudem die Gehalte an den vorgenannten Komponenten bereits wesentlich reduziert sind, kann die ggf. vorzusehende Trocknung, bzw. Entfernung von Kohlendioxid und/oder höheren Kohlenwasserstoffen entsprechend kleiner bzw. verfahrenstechnisch weniger aufwendig ausgeführt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auftrennen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Einsatzfraktion sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Bei der in der Figur 1 dargestellten Verfahrensführung wird die Kohlenwasserstoff-reiche, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltende Einsatzfraktion 1 erfindungsgemäß anstelle einer Amin-Wäsche einer Membran-Trenneinheit M, die eine gummiartige Membran aufweist, zugeführt. In dem aus der Membran-Trenneinheit M abgezogenen Retentatstrom 3 ist der Kohlendioxid-Gehalt gegenüber dem Kohlendioxid-Gehalt der Einsatzfraktion 1 wesentlich reduziert, während der Stickstoff-Gehalt gegenüber dem Stickstoff-Gehalt der Einsatzfraktion 1 wesentlich erhöht ist.
  • Der Retentatstrom 3 kann somit erfindungsgemäß unmittelbar dem kryogenen Trennprozess NRU zugeführt werden. In diesem wird der Retentatstrom 3 in eine Stickstoff-reiche Fraktion 4 und eine Methan-reiche Produktfraktion 5 aufgetrennt. Die Stickstoff-reiche Fraktion 4 wird üblicherweise an die Atmosphäre abgegeben, während die Methan-reiche Produktfraktion 5 ihrer weiteren Verwendung, wie bspw. einer Einspeisung in das Erdgasnetz, zugeführt wird. Ggf. ist die Produktfraktion 5 auf den gewünschten Abgabedruck zu verdichten V2.
  • Der aus der Membran-Trenneinheit M abgezogene, an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Permeatstrom 2 kann, sofern er die gewünschten Produktspezifikationen aufweist, der aus der NRU abgezogenen Produktfraktion 5 zugemischt werden. Hierzu ist ggf. ein Verdichten V1 des Permeatstroms 2 erforderlich. Da der Permeatstrom 2 zudem weitere, für die NRU kritische Komponenten, wie Wasser und C2+-Kohlenwasserstoffe aufweist, trägt er zu einer Entlastung der NRU bei.
  • Sollte der Retentatstrom 3 bzgl. seines Gehalts an Kohlendioxid, Wasser und/oder höheren Kohlenwasserstoffen noch nicht für eine direkte Zuführung in die NRU geeignet sein, greift die in der Figur 2 dargestellte Verfahrensführung. Bei dieser wird der Retentatstrom 3 vorzugsweise mittels eines Temperaturwechsel-Adsorptions-Prozesses T von Kohlendioxid, Wasser und/oder höheren Kohlenwasserstoffen befreit, die über Leitung 6 abgegeben werden. Je nach Auslegung des TSA-Prozesses darf der Strom, der die TSA verlässt einen Kohlendioxid-Gehalt von bis zu 500 ppmv nicht überschreiten, idealerweise 300 ppmv nicht überschreiten. Alternativ zu diesem TSA-Prozess kann ein geeigneter iTSA- oder Druckwechsel-Adsorptions-Prozess (PSA) zur Abtrennung der vorgenannten unerwünschten Komponenten verwendet werden. Üblicherweise umfasst der Adsorptions-Prozess T einen Spülschritt, wobei das in diesem Spülschritt anfallende Spülgas vorzugsweise der an Stickstoff abgereicherten und Kohlendioxid angereicherten Fraktion 2 vor deren Verdichtung V1 zugeführt wird. Der aus dem TSA-Prozess T abgezogene, nachgereinigte Retentatstrom 3' kann nunmehr dem kryogenen Trennprozess NRU zugeführt werden. Die weitere Verfahrensführung ist analog der in der Figur 1 Beschriebenen.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Membran-Trenneinheit M kann eine oder mehrere Membranstufen aufweisen. Sofern mit lediglich einer Membranstufe die geforderten Stickstoff- und/oder Kohlendioxid-Konzentrationen nicht erreicht werden, können zwei oder mehr, hintereinander geschaltete Membranstufen vorgesehen werden, wobei üblicherweise eine Zwischenverdichtung des der nächstfolgenden Membranstufe zugeführten Verfahrensstromes (Permeat) erfolgt, Dabei kann jede einzelne Membranstufe unterschiedliche Membranen bzw. Membrantypen aufweisen, bspw. eine Kombination aus gummiartiger und glasartiger Membran. Welche der vorgenannten Varianten realisiert wird und welche(r) Membrantype(n) verwendet werden, wird von der gewünschten Trennaufgabe der Membran-Trenneinheit M bestimmt.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Auftrennen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff und Kohlendioxid enthaltenden Einsatzfraktion (1), vorzugsweise Erdgas, wobei
    a) die Einsatzfraktion (1) permeativ (M) in eine an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion (2) und eine an Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion (3) aufgetrennt wird,
    b) die Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion (3, 3') in einem kryogenen Trennprozess (NRU) in eine Stickstoff-reiche Fraktion (4) und eine Methan-reiche Produktfraktion (5) aufgetrennt wird, und
    c) die an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion (2) der Produktfraktion (5) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die permeative Auftrennung (M) mittels einer oder mehrerer, hintereinander geschalteter Membranstufen erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der oder den Membranstufen (M) gummiartige und/oder glasartige Membranen verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der permeativen Auftrennung (M) gewonnene Stickstoff angereicherte und Kohlendioxid abgereicherte Fraktion (3, 3') vor der Zuführung in den kryogenen Trennprozess (NRU) einem Adsorptions-Prozess (T) unterworfen wird, der der Abtrennung von Kohlendioxid, Wasser und/oder C2+-Kohlenwasserstoffen dient.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptions-Prozess (T) als PSA-, TSA- oder iTSA-Prozess ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Adsorptions-Prozess (T) einen Spülschritt umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Spülschritt anfallende Spülgas der an Stickstoff abgereicherten und Kohlendioxid angereicherten Fraktion (2) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Methan-reiche Produktfraktion (5) und/oder die an Stickstoff abgereicherte und Kohlendioxid angereicherte Fraktion (2) verdichtet werden (V1, V2).
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H. STRATHMANN: "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 15 October 2011, WILEY VCH, article "Membrane Separation Processes, 1. Principles"

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