NO312015B1 - Fremgangsmåte for fjerning av syre fra en gass og fremstilling av konsentrerte sure gasser - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelses formål er å behandle en gass, spesielt en naturgass, med det formål i det minste delvis å fjerne eventuelle sure gasser den inneholder og fremstille minst én konsentrert sur gass.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet for fjerning av syre fra en naturgass og dens kondensater under fremstilling av konsentrerte sure gasser.

Franske patenter FR-2 605 241 og FR 2 636 857 beskriver bearbeidelsesmetoder med anvendelse av et avkjølt fysisk løsningsmiddel hvor det blir mulig å utføre de forskjellige trinn ved bearbeidelse av en gass, innbefattende fjerning av syre og fjerning av vann.

Disse fremgangsmåter har fordeler i forhold til teknikker ifølge teknikkens stand, spesielt den mulighet å anvende det samme polare løsningsmiddel for dehydratisering av gassen og fjerning av syre fra gassen, så vel som mulighet til regenerering av løsningsmidlet ved at løsningsmidlet bringes i direkte kontakt med gassen som skal bearbeides (patent FR-2 605 241), hvilket fører til betydelige besparelser når det gjelder energiforbruk og kapitalutlegg, og redusering av mengden av nødvendig utstyr.

Hvis gassene inneholder hydrokarboner, absorberes imidlertid en fraksjon av hydrokarbon i løsningsmidlet i løpet av syrefjerningsprosessen, hvilket på den ene side gjør fremstilling eller bearbeidelse av konsentrerte sure gasser vanskelig, spesielt når det gjelder hydrogensulfid, på grunn av Claus-reaksjonen, og på den annen side fører det til tap i virkelig gassutbytte.

Den foreliggende oppfinnelse overvinner ulempene innenfor teknikkens stand ved at det gjøres bruk av en serie absorpsjonstrinn, fulgt av regenereringstrinn i løpet av hvilke gassen bringes i kontakt med et fysisk polart løsningsmiddel.

Én fordel med dette er at løsningsmiddel-fasen som fås i det annet absorpsjonstrinn, regenereres i større omfang enn fraksjonen av løsningsmiddelfase som fås i det første absorpsjonstrinn.

Siden miljøbestemmelsene stadig blir strengere, kan den foreliggende oppfinnelse dessuten hensiktsmessig anvendes ved fjerning av de sure gassene og hydrogensulfid, H2S, som finnes i gass-utløpsstrømmer.

Gjennom hele denne beskrivelse anvendes betegnelsene "kontaktsone" eller "kontaktor" om hverandre for angivelse av den del av anordningen som anvendes for å bringe et fluid i kontakt med et løsningsmiddel.

På liknende måte angår uttrykket "rik løsningsmiddelfase" et løsningsmiddel som er anriket med sure gasser, og "fattig løsningsmiddelfase" en løsningsmiddelfase fra hvilken sure gasser er blitt fjernet i løpet av prosessen. Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling av en gass som inneholder minst ett hydrokarbon og minst én sur gass, med det formål i det minste delvis å fjerne gassen fra den sure gassen og fremstille minst én konsentrert sur gass hvor den minst består av trinnene

(a) gassen avkjøles og bringes i kontakt med en første blanding av løsningsmiddelfase inneholdende minst ett polart løsningsmiddel og vann, ved en temperatur som er lavere enn, eller lik, omgivelsestemperaturen, under oppnåelse av en første fraksjon av løsningsmiddelfase som er rik på sure gasser og inneholder hydrokarbonene i løsning og en fraksjon av

gass som har lavt innhold av sure gasser,

(b) den første fraksjon av løsningsmiddelfasen, som er rik på sure gasser,

oppnådd fra trinn (a), regenereres ved redusering av trykket og/eller øking av temperaturen, under fremstilling av en gassfraksjon som er rik på

sure gasser og inneholder hydrokarbonet og en løsnings middelfase som

har lavt innhold av sure gasser og som så resirkuleres tilbake til trinn (a), (c) gassfraksjonen som er rik på sure gasser, oppnådd fra trinn (b), bringes i kontakt med en andre blanding av løsningsmiddelfase fra den første blandingen anvendt i trinn (a) inneholdende minst ett fysikalsk polart løsningsmiddel og vann, under fremstilling av en gassfraksjon som er anriket med hydrokarboner, og en andre fraksjon av løsningsmiddelfase

som er anriket med sure gasser,

(d) denne andre fraksjon av løsningsmiddelfase, som er anriket med sure gasser fra trinn (c), regenereres ved redusering av trykket og/eller øking av temperaturen, under fremstilling av en gassfraksjon som har høyere konsentrasjon av sure gasser enn gassfraksjonen som er utskilt i løpet av trinn (b), og en fraksjon av løsningsmiddelfase som resirkuleres tilbake til trinn (c), regenereringstrinnene (b) og (d) utføres i ulike soner.

Den andre blanding av løsningsmiddelfase kan inneholde det samme polare løsningsmiddel som det som finnes i den første blanding som anvendes under trinn (a).

Vanninnholdet i den andre fraksjon av løsningsmiddelfase kan være minst likt vanninnholdet i den første fraksjon av løsningsmiddelfase.

Trinn (b) utføres på et mellom-trykknivå, for eksempel mellom trykknivået ved hvilket trinn (a) utføres og det ved hvilket trinn (d) utføres.

Den andre fraksjon av løsningsmiddelfase kan regenereres i løpet av trinn (d) ved enkel utvidelse ved et trykknivå på under trykknivået ved hvilket trinn (c) utføres.

Den første og/eller andre fraksjon av løsningsmiddelfase regenereres ved en destillasjonsprosess ved et trykknivå lavere enn trykknivået ved hvilket trinn (c) utføres.

Én av fraksjonene av løsningsmiddelfase kan regenereres ved hjelp av destillasjon, ledsaget av samtidig varmeveksling mellom løsningsmiddelfase-fraksjonen, som oppvarmes gradvis, og løsningsmiddelfasen som fås ved regenereringen, som avkjøles etter hvert som den sirkuleres motstrøms til løsningsmiddelfasen som regenereres.

Den andre fraksjon av løsningsmiddelfase som fås i trinn (c), kan underkastes et trinn med mellomliggende regenerering ved utvidelse, under fremstilling av en gassfase som er anriket med hydrokarboner i løpet av trinn (c) før den føres videre til trinn (d).

Den første fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (a) kan underkastes et regenereringstrinn ved et mellom-trykknivå mellom det trykk ved hvilket trinn (a) utføres og det trykknivå ved hvilket trinn (b) utføres, under fremstilling av en gassfraksjon som er rik på hydrokarboner.

Den første og andre gassfraksjon som henholdsvis fås i trinn (c) og trinn (b) , kan komprimeres og resirkuleres til trinn (a).

Gassfraksjonen fra trinn (b) kan komprimeres før den sendes videre til trinn (c) .

Den behandlede gass kan inneholde minst én sur gass valgt blant karbondioksyd og hydrogensulfid.

Den behandlede gass inneholder minst karbondioksyd og hydrogensulfid, og andelen i den andre fraksjon av løsningsmiddelfase opprettholdes ved et tilstrekkelig høyt nivå til at det fås en gassfraksjon ved slutten av trinn (c) fra hvilken hydrogensulfidet i det vesentlige er blitt fjernet, og ved et tilstrekkelig lavt nivå til at det opprettholdes en forholdsvis høy konsentrasjon av karbondioksyd i denne gassfraksjon, idet gassfraksjonen oppnådd ved slutten av trinn (d) har en høy konsentrasjon av hydrogensulfid.

Det polare løsningsmiddel som anvendes i trinnene (a) og (c), kan velges blant metanol, en alkohol eller en eter, en polyetylenglykoleter eller karbonat av propylen.

Det polare løsningsmiddel som anvendes i trinnene (a) og (c), kan inneholde minst to polare løsningsmidler.

Det polare løsningsmiddel som anvendes i trinnene (a) og (c), kan inneholde ett polart løsningsmiddel og et amin.

Vann-innholdet i den første fraksjon av løsningsmiddelfase kan fortrinnsvis være minst 10% av fraksjonen, på masse-basis.

Vanninnholdet i den andre fraksjon av løsningsmiddelfase kan være større enn vanninnholdet i den første fraksjon av løsningsmiddelfase, og fortrinnsvis større enn minst 30%.

Naturgassen kan avkjøles i nærvær av polart løsningsmiddel før den sendes til trinn (a), idet det dannes en gassfase som sendes til trinn (a), en væskefase som er rik på hydrokarboner, og en vandig væskefase som er rik på løsningsmiddel.

Vannet kan skilles fra det polare løsningsmiddel ved hjelp av motstrøms-kontakt med minst én fraksjon av behandlet gass.

Gassen kan inneholde minst én fraksjon av flytende hydrokarbon (LPG), idet denne fraksjon sendes til et avmetaniserings-trinn hvor trykket senkes og/eller temperaturen økes, og deretter til et av-etaniseringstrinn, i løpet av hvilket rest-metanet, etanet og de sure gassene som finnes i denne flytende hydrokarbon-fase, i det minste delvis skilles ut.

Trinn (a) kan utføres ved et trykknivå i området mellom 1 og 20 MPa. Trinn (a) kan utføres ved en temperatur i området mellom +5 og -50°C. Trinn (c) kan utføres ved et trykknivå i området mellom 0,4 og 2 MPa.

Minst én av fraksjonene av løsningsmiddelfase-blanding som anvendes i trinnene (a) og (c), kan regenereres ved destillasjon fulgt av varmeveksling i en vertikal plate-veksler med vekslende passasjer i hvilke det på den ene side fås motstrøms-kontakt mellom væskefasen og dampfasen dannet under destillasjonsprosessen, og på den annen side hvor løsningsmiddelfasen oppnådd ved denne regenerering, strømmer, idet sistnevnte avkjøles etter hvert som den sirkuleres motstrøms til løsningsmiddel-fasen under regenerering.

Ekspansjons-energien for den ene eller begge fraksjoner av løsningsmiddelfase-blanding omdannes til mekanisk energi ved hjelp av en turbin.

Oppfinnelsen og dens egenskaper vil lettere forstås ut fra følgende beskrivelse, som kun er gitt som en illustrasjon og på ingen måte er begrensende, og ut fra de tilknyttede tegninger, som henholdsvis viser følgende:

fig. 1 viser skjematisk prinsippet ved fremgangsmåten

ifølge oppfinnelsen,

fig. 2-4 beskriver utførelsesformer hvor forbedringer

kan gjøres ved de forskjellige regenereringstrinn,

fig. 5 viser skjematisk en fremgangsmåte som muliggjør

at det kan oppnås meget sterkt konsentrerte sure gasser,

fig. 6 viser et eksempel på en utførelsesform ved hvil-

ken en øket mengde sur gass fjernes fra gassen,

fig. 7 viser skjematisk en utførelsesform som muliggjør

at fjerningen av ko-absorberte hydrokarboner kan forbed-

res,

fig. 8 og 9 illustrerer skjematisk to eksempler på utfø-

relse av fremgangsmåten.

Prinsippet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen illustreres under henvisning til skjemaet på fig. 1, som viser et eksempel på én utformning av innretningen som anvendt for eksempel for behandling av en naturgass for fjerning av syre fra den og oppnåelse av konsentrerte sure gasser.

Prinsippet innbefatter minst fire trinn, a, b, c, d, beskrevet nedenfor.

Naturgassen som skal behandles, og som inneholder sure gasser og minst ett hydrokarbon, avkjøles først og ledes deretter via ledningsrør 1 inn i kontaktsonen C-i, hvor den i trinn (a) bringes i motstrøms-kontakt, for eksempel med en første blanding av løsningsmiddelfase og vann som kommer via ledningsrør 2, idet løsningsmidlet for eksempel inneholder minst ett polart løsningsmiddel. De sure gassene absorberes selektivt i denne kontaktsone Ci, og på samme tid absorberes også en fraksjon av hydrokarbonene som finnes i naturgassen.

En gassfase som har lavt innhold av sure gasser, fjernes fra den øvre del av kontaktoren Ci via ledningsrør 3.

En første fraksjon av løsningsmiddelfase som omfatter sure gasser og hydrokarboner i løsning, uttas fra den nedre del av kontaktsonen eller kontaktoren Ci via ledningsrør 4.

Den første fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (a) sendes til destillasjonssonen Di. For fremskyndelse av fordampning av de sure gassene, føres denne første fraksjon av løsningsmiddelfase gjennom en utvidelsesprosess i trinn (b), for eksempel ved hjelp av ekspansjonsventil Vi, og/eller oppvarming; i sistnevnte tilfelle oppvarmes den for eksempel i veksleren El

Løsningsmiddelfasen som er regenerert på denne måte, uttas fra bunnen av destillasjonssonen Di via ledningsrør 6.

Denne første fraksjon av regenerert løsningsmiddelfase føres tilbake til kontaktsonen C-i. For dette formål samles den opp av resirkuleringspumpe Pi og sendes inn i veksleren Ei, hvor den avkjøles, for eksempel ved varmeveksling med den første fraksjon av løsningsmiddelfase fra ekspansjonsventilen V-i. Hvis nødvendig, blandes så denne første, regenererte løsningsmiddelfase med ytterligere løsningsmiddel som kommer fra rørledning 5, for kompensering av eventuelle tap av løsningsmiddel i gassen fra hvilken syre er fjernet, og dessuten i de dannede sure gasser. Den resulterende blanding avkjøles i veksleren E2 for eksempel ved hjelp av et ytre hjelpe-kjølefluid, og resirkuleres tilbake til kontaktsonen Ci via ledningsrør 2.

En dampfase som er rik på sure gasser, og som dessuten inneholder hydrokarboner i løsning, fjernes fra toppen av destillasjonssonen Di via

ledningsrør 7, til kontaktoren C2, hvor den i løpet av trinn (c) bringes i kontakt, for eksempel ved mot-strømning, med en andre blanding av løsningsmiddel og vann som kommer inn via ledningsrør 14; løsningsmidlet kan inneholde minst ett polart

løsningsmiddel.

Den andre blanding av løsningsmiddel og vann kan inneholde det samme polarer løsningsmiddel som anvendt i trinn (a), og vann og dets vanninnhold kan være minst likt, og fortrinnsvis større enn, vanninnholdet av løsningsmiddelfase-fraksjonen av den første blanding anvendt i trinn (a).

Ved utløpet fra kontaktor C2 uttas en gassfase som er blitt anriket hovedsakelig med hydrokarboner, via ledningsrør 8 som befinner seg ved toppen.

Ved bunnen av kontaktoren C2 uttas en andre fraksjon av løsningsmiddelfase inneholdende de absorberte sure gasser, via ledningsrør 9, og denne andre fraksjon sendes deretter gjennom ledningsrør 10 til en separatorkolbe BS1, idet den går via ekspansjonsventil V2 som befinner seg mellom ledningsrør 9 og 10, hvor den utvides i løpet av trinn (d). De sure gassene som frigjøres ved slutten av dette ekspansjonstrinn, separeres deretter i separator-kolbe BS1.

En dampfase som er konsentrert når det gjelder sure gasser, evakueres fra toppen av separatorkolben BS1 via ledningsrør 11, og en andre fraksjon av regenerert løsningsmiddelfase evakueres fra bunnen av kolben via ledningsrør 12.

Den andre regenererte fraksjon føres tilbake til kontaktoren C2. For dette formål ledes den ved hjelp av resirkuleringspumpen P2 og blandes deretter, hvis nødvendig, med ytterligere løsningsmiddel som kommer fra ledningsrør 13, under kompensering for eventuelle tap av løsningsmiddel, idet blandingen som fås ved denne avslutningsprosess, føres tilbake til kontaktoren C2 via ledningsrør 14, for eksempel i toppen av kontaktoren.

Eksemplet på denne utførelse illustrerer de fire hovedtrinn i prosessen, som spesielt består av et første absorpsjonstrinn (a), fulgt av et første regenereringstrinn (b), og et andre absorpsjonstrinn (c) fulgt av et andre regenereringstrinn (d).

Den første blanding av løsningsmiddel og vann bringes fortrinnsvis i kontakt med naturgassen som skal behandles i trinn (a), ved en lavere temperatur enn omgivelsestemperatur.

Trinn (b), i løpet av hvilket den første fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (a) regenereres, drives fortrinnsvis ved et middels trykknivå mellom trykket ved hvilket absorpsjonstrinnet (a) utføres og trykket i trinn (d) når den andre fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (c) regenereres.

For visse anvendelser er det ikke nødvendig å fjerne alle de sure gassene fra den hydrokarbon-anrikede gassfase oppnådd i absorpsjonstrinn (c). I dette tilfelle kan trinn (d) for regenerering av den andre fraksjon av løsningsmiddelfase bestå av en enkel utvidelse gjennom en ventil ved et trykknivå som er lavere enn absorpsjonstrykk-nivået i trinn (c).

I noen tilfeller, for eksempel hvor målet med gassbehandlingen er å få et høyt utbytte med hensyn til gassproduksjon, er det viktig å fremstille hydrokarboner i slutten av trinn (c) fra hvilke mengden av fjernede sure gasser er tilstrekkelig til at de kan resirkuleres nedstrøms i en bearbeidelseskjede, eller til at de kan anvendes som forbrenningsgass. I disse tilfeller regenereres den andre fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (c) i større utstrekning, for forbedring av effektiviteten i det annet absorpsjonstrinn. Eksempler på hvordan trinnene (c) og (d) utføres er beskrevet under henvisning til fig. 2-4.

Apparaturen som er beskrevet i forbindelse med fig. 2, innbefatter, i tillegg til utstyret vist på fig. 1, en ytterligere destillasjonssone D2 som befinner seg etter ekspansjonsprosessen i trinn (c) beskrevet ovenfor, idet trinnene (c) og (d) for eksempel utføres som følger.

Den andre fraksjon av løsningsmiddel oppnådd i trinn (c) uttatt fra bunnen av kontaktsonen C2 via ledningsrør 9, sendes inn i destillasjonstårnet D2 idet den går gjennom en ekspansjonsventil V2 og veksleren E3, hvor den først utvides og deretter oppvarmes. De sure gassene fjernes fra den øvre del av tårnet D2 via ledningsrør 20, mens den andre fraksjon av regenerert løsningsmiddelfase uttas fra bunnen av tårnet D2 via ledningsrør 21. Denne sistnevnte føres så tilbake til kontaktoren C2 via veksleren E3, hvor den kvitter seg med sine kalorier, resirkulerings-pumpe P2 og veksleren E4, hvor den avkjøles.

Den andre fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (c) regenereres i løpet av trinn (d) ved hjelp av destillasjon i dette eksempel, fortrinnsvis ved et trykknivå lavere enn trykknivået ved hvilket trinn (c) utføres.

Fig. 3 illustrerer en variant av utførelsesformen av anordningen som innbefatter et destillasjonstårn DE med en innordnet veksler Ei som for eksempel befinner seg på stedet for separatorkolbe BS1 (fig. 1) eller etter denne, idet dette tårn gjør det mulig å regenerere hvilken som helst av løsningsmiddelfase-fraksjonene. Denne utførelsesform muliggjør spesielt samtidig varmeveksling mellom den regenererte løsningsmiddelfase som har lavt innhold av sure gasser, og den rike løsningsmiddelfase som innføres i destillasjonstårnet.

Den andre fraksjon av rik løsningsmiddelfase fra trinn (c) utvides ved hjelp av ekspansjonsventilen V2 (fig. 1) og bringes ved lav temperatur til toppen av tårnet DE via ledningsrør 10. Den sirkuleres i tårnet DE motstrøms til dampen som dannes ved hjelp av kokeren B i tårnet DE, hvorved en del av dens innhold av sure gasser i løsning tapes, mens den oppvarmes som et resultat av indre veksling med den regenererte løsningsmiddelfase som bringes inn i tårnet DE gjennom ledningsrør 31, og oppsamles ved hjelp av pumpe P2 og sendes videre til den indre veksler E. Den regenererte løsningsmiddelfase utveksler således varme motstrøms med den andre fraksjon av løsningsmiddelfase som er rik på sure gasser. Det fås således en renset og avkjølt løsningsmiddelfase, som uttas fra toppen av tårnet DE via ledningsrør 32 og føres tilbake til kontaktoren C2 for trinn (c).

Ved visse anvendelser er det mulig å innlemme en kondensator, som ikke er vist på tegningen, i den øvre del av tårnet DE, og/eller å anbringe en kjøleveksler ved utløpet fra den integrerte veksler Ei.

Denne utførelsesform muliggjør en besparelse på 20-50% av det totale energiforbruk.

Den andre fraksjon av løsningsmiddelfase kan regenereres i trinn (d) ved destillasjon, fulgt av samtidig varmeveksling mellom løsningsmiddelfase-fraksjonen, som oppvarmes gradvis, og løsningsmiddelfasen oppnådd i regenere-ringstrinnet, som avkjøles etter hvert som den sirkuleres motstrøms til løsnings-middelfasen som regenereres.

Den indre varmeveksling mellom løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, og løsningsmiddelfasen som har lavt innhold av sure gasser, som beskrevet ovenfor, kan utføres ved hjelp av forskjellige anordninger.

Den integrerte veksler Ei kan være av skall og rør-typen. I dette tilfelle kan den regenererte løsningsmiddelfase som uttas fra bunnen av tårnet DE, strømme inne i rørene, idet destillering skjer utenfor rørene og inne i skallet.

Tårnet DE kan være av platetypen, hvor rørene anbringes over hver plate slik at de blir nedsenket i den rike løsningsmiddelfase som vil bli regenerert etter hvert som den strømmer over hver plate.

Tårnet DE kan være av typen med kontinuerlig kontakt, hvorved den rike løsningsmiddelfase strømmer rundt rørene.

Den regenererte løsningsmiddelfase som uttas fra bunnen av tårnet DE, kan også strømme over utsiden av rørene og innsiden av skallet. I dette tilfelle finner destillering sted inne i rørene, som fortrinnsvis er vertikale og utstyrt med en indre matriks.

Det kan også anvendes en vertikal plateveksler. Rommene mellom de forskjellige plater opptas vekselvis av den regenererte løsningsmiddelfase som uttas fra bunnen av tårnet DE, og av løsningsmiddelfasen så vel som dampfasen som dannes motstrøms i tårnet under destillasjonsprosessen. Dette vil være en veksler av for eksempel typen slagloddet aluminium eller den rustfrie ståltype, hvor platene enten er sveiset kant i kant eller ved metalldiffusjon over hele kontaktoverflaten mellom platene.

I skjemaet vist på fig. 4 er det anbrakt en ytterligere kjøleveksler Ea som anvender ytre fluid, for eksempel ved enden av serien av vekslere. Spesielt gjør dette det mulig å kompensere for varmetapene og således oppnå den ønskede temperatur for den fattige løsningsmiddelfase. Den samtidige varmeveksling mellom den fattige løsningsmiddelfase og den rike løsningsmiddelfase finner sted for eksempel på følgende måte. Den fattige løsningsmiddelfase, som har en temperatur T, går ut av bunnen av tårnet D4 ved nivået for kokeren B via lednings-rør 15, pumpes ved hjelp av pumpe P2 og sendes til en første varmeveksler E6 hvor den avkjøles ved varmeveksling med væskefasen fra ett nivå i destillasjonstårnet D4 som, enten ved at den pumpes eller under tyngdevirkningen, strømmer i denne veksler E6. Den fattige løsningsmiddelfase som for-avkjøles på denne måte, innføres i en andre veksler E6 som befinner seg direkte etter den første veksler E6, og deretter gjennom en rekke vekslere av samme type som E6 inntil den når toppen av tårnet.

Utførelsesformen beskrevet på fig. 5 er spesielt godt egnet for fremstilling av meget sterkt konsentrerte sure gasser. Dette eksempel beskriver en spesifikk utformning av anordninger anvendt for utførelse av trinnene (c) og (d) for redusering av hydrokarbon-innholdet i de sure gassene dannet ved slutten av trinn (d), og oppnåelse av en høyere konsentrasjon av sure gasser.

Den andre fraksjon av løsningsmiddelfase anriket med sure gasser ved slutten av det annet absorpsjonstrinn (c) og som kommer fra kontaktoren C2, utvides gjennom ventilen V2 til et middels trykknivå, for eksempel mellom absorp-sjonstrykket i trinn (c) og trykknivået ved hvilket trinn (d) utføres, og kommer inn i separatorkolben BS2 via ledningsrør 10.

Den således dannede gassfase evakueres fra toppen av separatorkolben BS2 via ledningsrør 16, som leder hovedmengden av de ko-absorberte hydrokarboner.

Løsningsmiddelfasen uttas fra bunnen av kolben BS2 via ledningsrør 17, utvides så gjennom ventil V3 og oppvarmes i veksleren E3. Den utvidede og oppvarmede løsningsmiddelfase kommer inn i destillasjonstårnet D2 gjennom ledningsrør 18. En dampfase som er sterkt anriket med sur gass, uttas gjennom ledningsrør 50 til toppen av destillasjonstårnet D2. Denne fase kan for eksempel inneholde mindre enn 1% hydrokarboner. Den regenererte løsningsmiddelfase går ut av bunnen av tårnet D2 via ledningsrør 51 og sendes til veksleren E3 hvor den for-avkjøles, oppsamles ved hjelp av resirkuleringspumpen P2 og ledes tilbake via ledningsrør 52 til veksleren E4, hvor den avkjøles, for eksempel under anvendelse av et ytre kjølemiddel (ikke vist på tegningen) og resirkuleres til kontaktoren C2, idet den er klar for trinn (c).

I andre tilfeller er det nødvendig, i slutten av trinnet for fjerning av syre (a), å fremstille en gass som har meget lavt innhold av sure gasser, med for eksempel et syregassinnhold på under 3 ppm H2S og/eller under 1% CO2. I dette tilfelle regenereres for eksempel den første fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (a) i høyere grad. Det kan være fordelaktig å regenerere denne fase ved utførelse av trinn (b) i det minste delvis ved et trykknivå lavere enn trykknivået ved hvilket trinn (c) utføres.

En første fremgangsmåte til operering på denne måte består av komprime-ring av de sure gassene fra trinn (b) før de sendes til trinn (c).

En andre metode er for eksempel å utføre en første regenerering av den første løsningsmiddelfase-fraksjon ved et trykknivå som vil gi mulighet for at de sure gassene kan sendes direkte til trinn (c). Ved uttaket fra den første regenerering, er den første regenererte løsningsmiddelfase praktisk talt fri for hydrokarboner. Dens renhet når det gjelder sure gasser er imidlertid eventuelt ikke tilstrekkelig høy til at den kan resirkuleres direkte til trinn (a). Hvis dette er tilfellet, kan den så sendes gjennom et andre regenereringstrinn drevet ved et trykknivå nær det som trinn (d) utføres ved, idet de sure gassene fra dette andre regenereringstrinn blandes med de sure gassene fra trinn (d).

Et eksempel på denne andre operasjonsmetode er illustrert under henvisning til skjemaet på fig. 6, som viser en spesifikk, men ikke begrensende, utformning av en anordning som muliggjør oppnåelse av ovennevnte resultat.

Den første fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (a) uttas fra bunnen av absorpsjonstårnet Ci via ledningsrør 4, utvides gjennom ekspansjonsventilen Vi og sendes via ledningsrør 61 inn i separatorkolben BS.

Den således dannede dampfase, som er rik på hydrokarboner, uttas fra toppen av separatorkolben BS og sendes via ledningsrør 62 til en kompressor Ki, hvor den komprimeres slik at den så kan føres tilbake til kontaktoren Ci ved trinn (a).

Løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, evakueres fra bunnen av kolben BS via ledningsrør 63 og utvides gjennom ekspansjonsventilen V5. Den sendes så via ledningsrør 64 inn i regenereringstårnet DEg, som er forsynt med en indre varmeveksler Eig, hvilket gjør mulig samtidig veksling av varme mellom løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, og løsningsmiddelfasen som har lavt innhold av sure gasser, på en måte som er identisk med den som er beskrevet i forbindelse med fig. 3 og 4.

Dampfasen fra destillasjonstårnet DEg er en fase som er blitt anriket med i det minste en del av de sure gassene og mer enn 99% av alle begynnelses-hydrokarbonene oppløst i løsningsmiddelfasen. Denne anrikede dampfase fjernes fra toppen av tårn DEg via ledningsrør 65, hovedsakelig ved det samme trykknivå, til kontaktoren C2, idet den er klar for absorpsjonstrinnet (c) beskrevet ovenfor. Ved utløpet fra toppen av kontaktoren C2 uttas en dampfase som er rik på hydrokarboner, gjennom ledningsrør 66 og komprimeres ved hjelp av kompressoren K2 til et trykknivå som for eksempel er likt trykket ved inntaket til kompressoren Kl Den komprimerte dampfase blandes så med dampfasen som kommer fra ledningsrør 62, idet den resulterende blanding komprimeres ved hjelp av kompressor Ki før den resirkuleres oppstrøms for kontaktoren Ci (trinn (a)) via ledningsrør 67.

Den andre fraksjon av løsningsmiddelfase anriket med sure gasser ved slutten av trinn (s) føres gjennom ledningsrør 68 fra bunnen av kontaktoren C2 til separatorkolben BS1 via en turbin Ti, hvor den utvides. Gassfasen uttas fra toppen av separatorkolben BS1 via ledningsrør 69, mens den regenererte løsningsmiddelfase fra bunnen av kolben føres tilbake via ledningsrør 70 til turbinen Ti og deretter via ledningsrør 71 til kontaktoren C2.

I det minste en del av den regenererte løsningsmiddelfase i tårnet DEg i trinn (d) fjernes fra bunnen av tårnet DEg via ledningsrør 72 og oppsamles ved hjelp av pumpen Pi. Praktisk talt alle de oppløste hydrokarboner er blitt fjernet. Innholdet når det gjelder sure gasser, spesielt hydrogensulfid-innholdet, er imidlertid ikke desto mindre for høyt til at det kan føres direkte tilbake til kontaktoren Ci i trinn (a). For redusering av dette syregassinnhold, avkjøles den regenererte løsningsmiddelfase i den indre varmeveksler Eig, uttas, for eksempel fra toppen av destillasjonstårnet DEg via ledningsrør 73 til ekspansjonsventilen V6, gjennom hvilken den utvides til et trykknivå høyere enn, eller lik, trykknivået i trinn (d). Den delvis regenererte, avkjølte og utvidede løsningsmiddelfase injiseres så i destillasjonstårnet DE10 via ledningsrør 74, idet dette tårn eventuelt er forsynt med en indre veksler Eiio. Løsningsmiddelfasen som regenereres ved at den ledes gjennom tårnet DE10, evakueres fra bunnen av tårnet via ledningsrør 75 og oppsamles ved hjelp av pumpe P2 før den injiseres på nytt i den indre veksler Eho, hvor den avkjøles og deretter fjernes fra toppen av tårnet via ledningsrør 76 for tilbakeføring til kontaktoren Ci til trinn (a).

Dampfasen som uttas fra toppen av tårnet DE10 via ledningsrør 77, utgjøres hovedsakelig av sure gasser. Den blandes med de sure gassene fra separatoren BS1 via ledningsrør 69, idet disse sure gasser fås ved regenerering av den andre løsningsmiddelfase dannet i tårnet BS1 i løpet av trinn (d).

I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen kan den mekaniske energi fra utvidelse av de forskjellige fraksjoner av løsningsmiddelfase regenereres for eksempel ved hjelp av en ekspansjonsturbin Tl Spesielt gjør denne regenereringsprosess det mulig å redusere tilførselen av mekanisk energi som trenges for å drive pumpene Pi og P2 som anvendes for resirkulering av løsningsmiddelfasene tilbake til trinnene (a) og (c). I eksemplet illustrert på fig. 6 blir det således mulig, ved ekspansjons-energien som anvendes til regenerering av den andre fraksjon av anriket løsningsmiddelfase oppnådd fra kontaktoren C2, i det minste i en viss utstrekning å drive pumpen som resirkulerer det regenererte løsningsmiddel tilbake til trinn (c).

Gjenvinning av mekanisk energi ved hjelp av ekspansjonsturbin er ikke begrenset til det tilfelle som er illustrert ved hjelp av det foregående eksempel, men det kan vurderes for hvilket som helst av trinnene ved metoden i løpet av hvilken det finner sted en utvidelse.

Ved begrensing av strømmen av løsningsmiddelfasen som sendes til kontaktoren C2, kan H2S selektivt skilles fra CO2. I dette tilfelle er gassfasen som kommer ut fra toppen av tårnet C2 via ledningsrør 66, rik på CO2 og fattig på H2S. Den inneholder for eksempel under 2% H2S. Dette eksempel viser hvordan fremgangsmåten gjør mulig selektiv fjerning av syre fra naturgassen ved at hovedsakelig hydrogensulfidet, H2S, skilles fra naturgassen, slik at karbondioksydet, CO2, kan resirkuleres samtidig med en del av de ko-absorberte hydrokarboner.

For forbedring av energiforbruket ved prosessen, mer spesielt i de trinn hvor løsningsmiddelfasen avkjøles, er det mulig å drive regenereringen av den første fraksjon av løsningsmiddelfase i trinn (b) ved hjelp av en destillasjonsprosess, fulgt av samtidig varmeveksling i løpet av hvilken løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, oppvarmes gradvis ved veksling av varme med den fattige løsningsmiddelfase, som når den er regenerert, gradvis avkjøles etter hvert som den sirkuleres motstrøms til den rike løsningsmiddelfase. Denne destillasjonsprosess, fulgt av varmeveksling, utføres for eksempel under anvendelse av liknende utformninger som dem som er illustrert på fig. 3 og 4.

Hvis det er ønskelig å fjerne i det minste delvis hydrokarbonene som er blitt ko-absorbert i den første fraksjon av løsningsmiddelfase, er det mulig å utføre trinn (a) og (b) under anvendelse av en anordning så som den som er delvis illustrert på fig. 7.

Det første regenereringstrinn finner for eksempel sted ved et middels trykknivå mellom det trykknivå ved hvilket absorpsjonstrinnet (a) utføres, og det endelige trykknivå i destillasjonstrinn (b) hvor det dannes en gassfase som er spesielt rik på hydrokarboner.

Den første fraksjon av løsningsmiddelfase som er rik på sure gasser som kommer fra bunnen av tårnet Ci via ledningsrør 77, utvides gjennom ventilen Vi og innføres i toppen av tårnet DE4 ved en temperatur som for eksempel er lavere enn temperaturen i trinn (a).

Den går nedover i hele lengden av tårnet DE4, under oppvarming ved indre veksling motstrøms med en fraksjon med fattig løsningsmiddel fra tårnet DE5 som befinner seg etter tårnet DE4, på den måte som er beskrevet nedenfor.

Økningen i temperaturen i løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, muliggjør en selektiv fordampning av de letteste komponenter, og mer spesielt hydrokarboner og CO2. Dampfasen som dannes på denne måte ved utvidelse og

øket temperatur, uttas fra toppen av tårnet DE4 via ledningsrør 78 som fører med seg hovedmengden av de ko-absorberte hydrokarboner.

Løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, og fra hvilken i det minste en del av hydrokarbonene i løsning er blitt fjernet, evakueres fra bunnen av tårnet DE4 via ledningsrør 79, utvides igjen gjennom ventilen V4 og sendes til toppen av destillasjonstårnet DE5, som er forsynt med den indre veksler Eis, hvor den regenereres ved destillasjon, fulgt av samtidig varmeveksling med løsningsmiddelfasen som har lavt innhold av sure gasser og som kommer ut fra bunnen av tårnet DE5 via ledningsrør 80, som resirkuleres ved hjelp av pumpen Pi og føres tilbake til den indre veksler Eis. Ytterligere varme tilføres ved hjelp av veksleren Ei6 i bunnen av tårnet DE5.

Den fattige løsningsmiddelfase, som er blitt avkjølt ved vekslingen, uttas fra den øvre del av tårnet DE5 via ledningsrør 81 til tårnet DE4, hvor den kommer inn i den nedre del av den indre veksler Ei4. Denne fase fortsetter å avkjøle tårnet DE4 ved utveksling av varme etter hvert som den resirkuleres motstrøms til den rike

løsningsmiddelfase, som på den annen side oppvarmes. Den avkjølte, fattige løsningsmiddelfase evakueres fra den øvre del av tårnet DE4 via ledningsrør 82 og resirkuleres ved lav temperatur til toppen av kontaktoren Ci.

I visse tilfeller er det, for forbedring av effektiviteten eller renheten av den fattige løsningsmiddelfase, mulig å anbringe en kondensator ved toppen av tårnet DE5.

Gassfraksjonen som fås etter det første trinn med regenerering av den første løsningsmiddelfase-fraksjon, og som fører med seg hovedmengden av de ko-absorberte hydrokarboner, kan anvendes som forbrenningsgass på stedet, eller for øking av fremstillingen av den behandlede gass, komprimeres på nytt og resirkuleres oppstrøms for trinn (a).

Det er likeledes mulig å komprimere gassfasen fra trinn (c), vaske den med sure gasser og resirkulere den oppstrøms for trinn (a).

Det er også mulig å komprimere gassfasen som er rik på sure gasser, fra destillasjonstrinnet (b) før den sendes til trinn (c) for forbedring av effektiviteten av absorpsjonen av sure gasser inn i den andre fraksjon av løsningsmiddelfase.

Gassfasen som er rik på hydrokarboner, oppnådd ved regenereringen, kan også komprimeres til et middels trykknivå mellom trykknivået i trinn (a) og trykknivået i trinn (b), slik at den kan resirkuleres oppstrøms for trinn (a). Dette valg gjør det mulig å øke prosessutbyttet med hensyn til hydrokarbondannelse.

Den foreliggende oppfinnelse vil lettere forstås hvis den sees under henvisning til de to eksempler på gassbehandling beskrevet nedenfor, som på ingen måte er begrensende.

Eksempel 1 beskrives under henvisning til fig. 8, og gir muligheten til at det ut fra naturgass kan oppnås meget konsentrerte sure gasser som er praktisk talt fri for hydrokarboner.

Sammensetningen av naturgassen som skal behandles, er for eksempel som følger, på vektprosent-basis:

Gassen avkjøles først til en temperatur som er høyere enn, eller lik, duggpunktet for gassen og har en temperatur som er hovedsakelig i nærheten av -25°C, og et trykknivå på 6,9 MPa, og injiseres i bearbeidelsesanordningen ved en strømningshastighet som er hovedsakelig lik 17253 kg pr. time.

Den for-avkjølte gass ledes via ledningsrør 82 til kontaktoren Csi, hvor den bringes i motstrøms kontakt med en første fraksjon av løsningsmiddelfase injisert via ledningsrør 82 i toppen av kontaktoren. Den første fraksjon av løsnings-middelfase utgjøres for eksempel av en blanding av 85 vekt% metanol og 15 vekt% vann, temperaturen i den er -25°C og injeksjonshastigheten for den inn i kontaktoren Csi er 25419 kg pr. time. I kontakt med den første løsningsmiddel-fase taper gassen karbondioksyd og hydrogensulfid og taper også minst en fraksjon av hydrokarboner, som ko-absorberes inn i den første fraksjon av løsningsmiddelfase.

Etter at gassen er blitt behandlet på denne måte, evakueres den fra toppen av kontaktoren Csi via ledningsrør 85 med en strømningshastighet som er hovedsakelig lik 15316 kg pr. time. Den utgjøres i det vesentlige av sure gasser med et karbondioksyd-innhold på nær 2,99% (på massebasis) og et hydrogensulfid-innhold på nær 0,00007% på massebasis. (3 molar-ppm (deler pr. million)).

En fraksjon av rik løsningsmiddelfase som innbefatter 3,7% sure gasser og 3,4% hydrokarboner, fjernes fra bunnen av kontaktoren Csi via ledningsrør 86. Denne første fraksjon av rik løsningsmiddelfase ledes gjennom en ekspansjonsventil V, hvor den utvides til et trykk som er hovedsakelig likt 0,78 MPa, og ledes til en kolbe B ved en temperatur på ca. -23°C.

Ved uttaket fra separatorkolben B uttas det en dampfase som utgjøres av ca. 18% CO2, 6% H2S og ca. 76% hydrokarboner, av hvilke 87% er metan og etan, fra toppen av kolben via ledningsrør 87 med en strømningshastighet på for eksempel 792 kg pr. time. Denne dampfase kan anvendes som forbrenningsgass eller komprimeres på nytt og injiseres på nytt oppstrøms for kontaktoren Csi via en hensiktsmessig innretning som ikke er vist på tegningen.

Den separerte løsningsfase som er rik på sure gasser, fjernes fra bunnen av kolbe B via ledningsrør 88 med en strømningshastighet på for eksempel 26581 kg pr. time. Den utgjøres av ca. 14% H2O, 81% MeOH, 3% sure gasser og 1,3% hydrokarboner. Den utvides gjennom ventilen V til et trykk på for eksempel 0,76 MPa, og oppvarmes deretter igjen i veksleren E. Temperaturen i den ved utløpet fra denne veksler er ca. 108°C, og den kommer inn via ledningsrør 89 i uttakssonen som befinner seg hovedsakelig i sentrum av destillasjonstårnet Cs2.

Løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, regenereres inne i tårnet C82 for eksempel på følgende måte: toppen av tårnet avkjøles til -5°C under anvendelse av en indre kondensator Ra, mens bunnen oppvarmes til for eksempel 132°C, under anvendelse av en koker T8. Den regenererte løsningsmiddelfase, også kjent som den fattige løsningsmiddelfase, siden de sure gassene er blitt spesielt fjernet fra den, uttas fra tårnet C82 via ledningsrør 90; den for-avkjøles deretter i varmeveksleren E ved varmeveksling med løsningsmiddelfasen som er rik på sure gasser, fra separatorkolben B. Den forlater veksleren via ledningsrør 91 og samles opp ved hjelp av en pumpe P og ledes til en varmeveksler E', hvor den avkjøles til en temperatur på for eksempel -25°C. Det anvendes for eksempel et ytre kjølefluid til dette. Etter at den er blitt blandet med et oppfyllingsmateriale som avgis via ledningsrør 92, resirkuleres den til tårnet C81 gjennom ledningsrør 84. Oppfyllingsmaterialet som svarer til tapene av løsningsmiddel fra den behandlede gass, er for eksempel lik ca. 16 kg pr. time.

Gassfasen som er anriket med sur gass, uttas fra toppen av tårnet C82 gjennom ledningsrør 94. Temperaturen i den er ca. -5°C. På massebasis inneholder den for eksempel 27,6% C02, 42,7% H2S og 29,7% hydrokarboner. Den føres inn i kontaktoren Cs3 ved samme temperatur og ved et trykknivå på for eksempel 0,75 MPa, hvor den bringes i motstrøms-kontakt med en andre fraksjon av løsningsmiddelfase som tilføres i den øvre del av kontaktoren Cs3 via lednings-rør 95. Strømningshastigheten for denne andre fraksjon av løsningsmiddelfase er for eksempel 12000 kg pr. time, og temperaturen i den er hovedsakelig lik -5°C;

den kan for eksempel inneholde 50 vekt% metanol og 50 vekt% vann.

I toppen av tårnet Cs3 går dampfasen som er anriket med hydrokarboner, ut via ledningsrør 96 med en strømningshastighet på for eksempel 580 kg pr. time, idet dens sammensetning på massebasis er 56,3% hydrokarboner, 42% CO2 og 1,7% H2S. Den kan komprimeres på nytt og resirkuleres oppstrøms for prosessen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Den andre fraksjon av løsningsmiddelfase som er rik på sure gasser, går ut fra bunnen av kontaktoren Cs3 via ledningsrør 97. Den utvides gjennom ventilen V til et trykk på for eksempel 0,16 MPa, og føres inn i separatorkolben B ved en temperatur på -3,2°C.

Ved uttaket for separatorkolben B forlater dampfasen som er rik på sure gasser oppnådd ved separasjonsprosessen, toppen av kolben via ledningsrør 98. Denne fase har et hydrokarbon-innhold på for eksempel under 5%.

Fra bunnen av kolben uttas en løsningsmiddelfase eller flytende fase via ledningsrør 99. For fremstilling av en sur gass med spesielt høy konsentrasjon av H2S, utvides løsningsmiddelfasen gjennom ventilen V og oppvarmes deretter på nytt i veksleren E før den føres via ledningsrør 100 til destillasjonstårnet C&*. Den kommer inn i uttakssonen i tårnet ved for eksempel en temperatur på 73°C og et trykk på 0,15 MPa. Toppen av tårnet Cs4 avkjøles til -10°C, mens bunnen oppvarmes til 90,4°C.

Den fattige løsningsmiddelfase fra hvilken de sure gasser er blitt fjernet, går for eksempel ut av tårnet C&4 via ledningsrør 101 som befinner seg i bunnen av tårnet, og for-avkjøles i varmeveksleren E ved varmeveksling med det rike løsningsmiddel fra separatorkolben B. Den avkjølte fattige løsningsmiddelfase oppsamles ved hjelp av pumpen P og ledes via ledningsrør 111 til veksleren E', hvor den avkjøles til en temperatur på for eksempel -5°C, og resirkuleres deretter tilbake til kontaktoren Cs3 etter at den er blitt blandet med ytterligere løsningsmid-del ved 4,1 kg pr. time fra ledningsrør 103. Kjøleprosessen drives for eksempel under anvendelse av et ytre kjølefluid som ikke er vist på tegningen. Løsnings-midlet som anvendes som oppfyllingsmateriale, kan bestå av 100% metanol, hvilket svarer til tapene fra de to dampfaser som er rike på sure gasser.

Gassfasen med en spesielt høy konsentrasjon av H2S ekstraheres fra toppen av tårnet Cs4 via ledningsrør 104, idet strømningshastigheten er 195 kg pr. time, og sammensetningen av den, på massebasis, er 94% H2S, 5% CO2 og 1% hydrokarboner.

Med en behandlet gass som inneholder hydrogensyulfid, H2S, og karbondioksyd, CO2, er det mulig å fremstille en gassfase fra det andre absorpsjonstrinn (c), fra hvilket minst en del av H2S er blitt fjernet, og som har et tilstrekkelig rikt innhold av CO2 til at en gassfase med en spesielt høy konsentrasjon av H2S kan

fremstilles ved slutten av trinn (d).

For utførelse av dette er det nødvendig å fastsette strømningshastigheten for den andre fraksjon av løsningsmiddelfase ved et tilstrekkelig høyt nivå til at i det minste hovedandelen av hydrogensulfidet absorberes, mens nivået holdes lavt nok til begrensning av absorpsjon av karbondioksydet.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er de anvendte løsningsmidler fortrinnsvis polare og fullstendig, eller i det minste delvis, blandbare med vann.

Vanninnholdet i den første fraksjon av løsningsmiddelfase er fortrinnsvis minst 10% av fraksjonen, på massebasis.

For redusering av ko-absorpsjonen av hydrokarboner i trinn (c), bør vanninnholdet i fraksjonen, på massebasis, i den andre fraksjon av løsningsmid-delfase, fortrinnsvis være større enn vanninnholdet i fraksjonen, på massebasis, i den første fraksjon av løsningsmiddelfase, og fortrinnsvis minst 30%.

Et identisk, eller forskjellige, løsningsmiddel (-midler) kan anvendes for absorpsjonstrinnene (a) og (c); det kan innbefatte metanol.

Et polart løsningsmiddel inneholdende en annen alkohol enn metanol, så som for eksempel etanol, 2-metoksyetanol, propanol, butanol, propargylalkohol eller også en eter, som kan være for eksempel en polyetylenglykoleter, kan også anvendes for de to absorpsjonstrinn (a) og (c).

Det er også mulig å anvende ketoner, for eksempel aceton eller metyl-etylketon, eller eventuelt løsningsmidler fra den heterocykliske familie, så som for eksempel sulfolan, pyridin, N-metylpyrolidon, tetrahydrofuran, furfural o.s.v.

Generelt angitt, kan det anvendes andre polare løsningsmidler så som for eksempel dimetylformamid eller morfolin. Når det gjelder gass som inneholder karbondioksyd, kan det være fordelaktig å anvende et polart løsningsmiddel som inneholder karbonat av propylen for de to absorpsjonstrinn (a) og/eller (c).

For forbedring av absorpsjonen av de sure gassene, mens ko-absorpsjonen av lette hydrokarboner reduseres, kan det anvendes et løsningsmiddel som inneholder en blanding av minst to polare løsningsmidler.

Løsningsmidlet som anvendes for trinnene (a) og/eller (c) ved fremgangsmåten, kan også inneholde både et fysisk løsningsmiddel, så som et polart løsningsmiddel, og et kjemisk løsningsmiddel, som for eksempel kan være et amin.

Prinsippet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er basert på separa-sjonsteknikker hvor det anvendes avkjøling i et polar løsningsmiddel under avkjøling. Som et resultat av dette, er det derfor nødvendig å avkjøle gassen som skal behandles, før den innføres i prosessen, og spesielt før den bringes i kontakt med det avkjølte løsningsmiddel.

Hvis gassen som skal behandles, er en vannmettet gass, kan det dannes hydrater under avkjølingen. For forhindring av dannelse av hydrater, avkjøles naturgassen som skal behandles, i nærvær av for eksempel et polart løsnings-middel før den føres til syrefjernings- eller absorpsjonstrinnet (a), som, når det gjelder en rik gass, gir opphav til dannelse av en væskefase som er rik på hydrokarboner, og en vannfase som er rik på løsningsmiddel. Denne vandige fase som er rik på løsningsmiddel, resirkuleres, brakt i motstrøms-kontakt med gassen eller en fraksjon av gassen som skal behandles, for separering av vannet fra løsningsmidlet og for delvis metning av gassen med løsningsmidlet, for forhindring av dannelse av hydrat under avkjølingsfasen.

Patent FR-2 605 241 beskriver fordelene ved utførelse av følgende trinn, spesielt ved en enkelt operasjon: dehydratisering, separering av væskefasen som er rik på hydrokarboner, innbefattende spesielt en LPG-fraksjon, og regenerering av løsningsmiddelfasen.

Et andre eksempel på utførelse av fremgangsmåten, beskrevet under henvisning til fig. 9, gir mulighet for i det minste i en viss utstrekning å fjerne metan-, etan- og de sure gassene som er oppløst i naturgassen som skal behandles, for oppfyllelse av de nødvendige spesifikasjoner for transport eller lagring av væskefraksjonen av naturgassen eller LPG.

For dette formål, og dette er et annet formål med den foreliggende oppfinnelse, kan væskefraksjonen eller LPG tilføres til et første avmetaniseringstrinn som for eksempel utføres ved redusering av trykket og/eller øking av temperaturen, hvilket fører til dannelse av en gassfase som er rik på metan, og som fjernes fra LPG-fraksjonen og deretter sendes til et andre trinn for av-etanisering, i løpet av hvilket det er blitt oppdaget at minst en stor del av rest-metan-, -etan- så vel som -syregassene skilles fra andre hydrokarboner enn metanet og etanet.

Eksemplet beskrevet nedenfor angår behandling av naturgass som inneholder tilknyttede høyere hydrokarboner så vel som sure gasser som hovedsakelig består av hydrogensulfid, H2S, og karbondioksyd, CO2, idet sammensetningen av den, uttrykt i % på massebasis, for eksempel er som følger:

Gassen som skal behandles, innføres ved en temperatur på for eksempel 43°C, et trykknivå på 6,9 MPa og en strømningshastighet på 20,565 tonn pr. time.

Gassen, som er mettet med hensyn til vann, tilføres gjennom ledningsrør 105 og går gjennom eller utenom en ventil, Vb, slik at ca. 50% av strømmen ledes inn i kontaktoren C mens de gjenværende 50% går utenom den. De 50% av strømmen som innføres i kontaktoren C, bringes i motstrøms-kontakt med en væskefase som for eksempel omfatter en blanding av 65 vekt% løsningsmiddel, så som metanol, og 35 vekt% vann. Denne væskefase innføres ved en strøm-ningshastighet på 72,7 kg pr. time, et trykk som er hovedsakelig likt 6,97 MPa og en temperatur på ca. 43°C. Siden strømmen av naturgassen som skal behandles, er vesentlig større enn strømmen av væskefasen, fordampes metanolen og med-føres med gassfasen (av naturgass), mens vannet som fjernes fra metanolen på denne måte, oppsamles ved bunnen av kontaktoren C og uttas via ledningsrør 106 ved en strømningshastighet på for eksempel 28,1 kg pr. time; den inneholder nå bare 100 ppm metanol på massebasis.

Etter denne kontaktprosess evakueres gassfasen fra toppen av kontaktoren C via ledningsrør 107, blandes med delen av den utenom-passerende gass på den ene side og minst en del av den resirkulerte gass fra de forskjellige trinn i prosessen beskrevet nedenfor, på den annen side. Disse deler for-avkjøles i veksleren ECi, avkjøles så til en temperatur på -25°C i varmeveksleren EC2 under anvendelse av et kjølefluid, foreksempel førde ledes inn i separatorkolben Bi via ledningsrør 108.

Anordnet på denne måte, gjør kjøleprosessen det mulig å separere i kolben en fraksjon av LPG som er rik på hydrokarboner inneholdende mer enn 3 karbonatomer, og dessuten å separere hovedandelen av vannet og metanet som finnes i all gassen som kommer til veksleren ECi, og en gassfase fra hvilken noen av hydrokarbonene som har mer enn 2 karbonatomer, er blitt fjernet.

Denne gassfase med lavt vanninnhold uttas via ledningsrør 109 og sendes til de forskjellige trinn (a), (b), (c), (d) beskrevet ovenfor.

Væskefasen som består av 65 vekt% metanol og 35 vekt% vann, med en strømningshastighet på 72,7 kg pr. time, fjernes fra kolben Bi via ledningsrør 110, pumpes ved hjelp av pumpen P og resirkuleres tilbake til kontaktoren C. Vannmengden svarer for eksempel til den vannmengde som finnes i gassen før dehydratiseringsfasen.

LPG-fraksjonen som fås i kolben Bi, evakueres via ledningsrør 111 med en strømningshastighet på 3681 kg pr. time, en temperatur på -25°C og et trykknivå på 6,9 MPa. På massebasis er sammensetningen av den for eksempel:

Denne LPG-fraksjon som inneholder sure gasser, metan og etan, utvides gjennom ventilen Vg til et trykk på 3,25 MPa og ledes inn i avmetaniserings-kolben Dml Ved uttaket av avmetaniseringskolben uttas den anrikede gassfase, som inneholder mer enn 75 vekt% metan, gjennom ledningsrør 112, komprimeres på nytt ved hjelp av kompressoren D3 og resirkuleres via ledningsrør 113 oppstrøms for veksleren EC-i. Strømningen er for eksempel 744,5 kg pr. time.

Væskefasen som dannes i avmetaniseringskolben, fjernes fra kolben med en strømningshastighet på 2936,7 kg pr. time via ledningsrør 114, utvides gjennom ventilen Vi ved et trykk på for eksempel 1,25 MPa og kommer inn i toppen av tårnet Det via ledningsrør 115 ved en temperatur på for eksempel -62,5°C.

Kokeren B i dette tårn oppvarmes for eksempel til en temperatur på 69°C, og for visse anvendelser kan tårnet ha en kondensator i toppen. Det er blitt oppdaget at avetaniseringsoperasjonen som utføres på denne måte, gjør det mulig i stor utstrekning å separere hydrokarbonene med mindre enn 3 karbonatomer og anrike de høyere hydrokarboner med sure gasser.

Dampfasen som er anriket med sure gasser, går ut av toppen av tårnet via ledningsrør 116 ved en temperatur på -9°C og en strømningshastighet på 1335 kg pr. time, og den inneholder i vekt% mer enn 20% sure gasser, 32% metan, 40% etan og bare 7,5% hydrokarboner med mer enn 2 karbonatomer. Denne dampfase komprimeres på nytt ved hjelp av kompressorene K3 og K4 og resirkuleres via ledningsrør 113 oppstrøms for veksleren EC1.

Væskefasen som dannes i løpet av avetaniseringsfasen, evakueres fra bunnen av tårnet Eet via ledningsrør 117 ved en strømningshastighet på for eksempel 1601,6 kg pr. time og med en sammensetning på vekt%-basis av:

Dette eksempel illustrerer fullkomment hvordan muligheten for fremstilling av fullstendig stabiliserte LPG'er fra hvilke syre var fjernet, ble oppdaget.

Behandlingen av en naturgass drives vanligvis ved et trykknivå pålagt ved produksjons-tvingingsmidlene, som spesielt kan bety et nivå likt fremstil I i ngs-trykket for naturgass-avsetningen eller trykket ved hvilket den transporteres for eksempel ved hjelp av et gass-ledningsrør. Generelt angitt utføres absorpsjonstrinnet (a) ved metoden fortrinnsvis ved et trykknivå i området mellom 1 og 20 MPa.

Temperaturen ved hvilken trinn (a) utføres, er fortrinnsvis mellom 5 og - 50°C.

Trykknivået under det annet absorpsjonstrinn eller trinnet for vasking med sure gasser (c) innstilles vanligvis ved et nivå lavere enn trykket i trinn (a) ved et nivå som er tilstrekkelig til at gassfasen som er rik på hydrokarboner oppnådd i trinn (c), kan komprimeres lett slik at den kan resirkuleres oppstrøms i prosessen. Dette trykknivå er fortrinnsvis i området mellom 0,4 og 2 MPa.

For å få en vesentlig besparing av energien som anvendes til regenerering av gassfasen fra trinn (a) eller/og den som fås fra trinn (c), kan det være fordelaktig å drive destillasjonstrinnet under anvendelse av en vertikal plateveksler som danner et nettverk av vekslende kanaler hvor en varmeveksling og overføring av substanser er anordnet samtidig.

Veksling av varme mellom den fattige løsningsmiddelfase som sirkulerer fra bunnen til toppen av et tårn mens den avkjøles, og den rike løsningsmiddelfase som strømmer fra toppen til bunnen mens den bringes i motstrøms-kontakt med dampfasen som dannes, danner samtidig en overføring av substans mellom de to faser og en varmeoverføring, idet den regenererte løsningsmiddelfase strømmer i disse nabokanaler.

Fremgangsmåten gjør det mulig å fjerne de sure gassene som finnes i en naturgass, men også slike som finnes i en raffinerigass eller hvilken som helst gassformig utløpsstrøm som inneholder både hydrokarboner og sure gasser. Den gjør det mulig å fjerne sure gasser så som H2S og CO2 så vel som merkaptaner med de kjemiske formler R-SH, COS og CS2.

De forskjellige trinn ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utføres i tårn som er forsynt med kontaktsoner som gjør mulig at det kan skje en overføring av substans mellom gassfasene og væskefasene. For dette formål kan kontakt-sonene være forsynt med perforerte plater, klokker ("cloches") eller ledeplater, eller de kan være anordnet som kontinuerlige kontaktsoner inneholdende en matriks. Denne matriks kan bestå av hoved-elementer så som Raschig-ringer, Pall-ringer eller Berl-saler, alle kjent for en fagperson på området. Den kan også bestå av en strukturert matriks dannet av tøystoff, strikket tøy eller plater som kan være perforert eller korrugert og/eller som danner kanaler for øking av effektiviteten.

Disse plater eller matrikser kan være laget av forskjellige materialer, så som keramikk, aluminium, rustfritt stål eller plastmaterialer.

Statiske blandere, kjent for en fagperson på området, kan også anvendes. Disse blandere er vanligvis utformet av et nettverk av kryssblader som gjør det mulig å danne et indre ledningsrør mellom gassfasen og væskefasen som sirkulerer i parallell strøm, idet de to separeres ved utløpet av en separator.

Claims (26)

1. Fremgangsmåte for behandling av en gass som inneholder minst ett hydrokarbon og minst én sur gass, med det formål i det minste delvis å fjerne gassen fra den sure gassen og fremstille minst én konsentrert sur gass, karakterisert ved at den minst består av trinnene (a) gassen avkjøles og bringes i kontakt med en første blanding av løsningsmiddelfase inneholdende minst ett polart løsningsmiddel og vann, ved en temperatur som er lavere enn, eller lik, omgivelsestemperaturen, under oppnåelse av en første fraksjon av løsningsmiddelfase som er rik på sure gasser og inneholder hydrokarbonene i løsning og en fraksjon av gass som har lavt innhold av sure gasser, (b) den første fraksjon av løsningsmiddelfasen, som er rik på sure gasser, oppnådd fra trinn (a), regenereres ved redusering av trykket og/eller øking av temperaturen, under fremstilling av en gassfraksjon som er rik på sure gasser og inneholder hydrokarbonet og en løsnings middelfase som har lavt innhold av sure gasser og som så resirkuleres tilbake til trinn (a), (c) gassfraksjonen som er rik på sure gasser, oppnådd fra trinn (b), bringes i kontakt med en andre blanding av løsningsmiddelfase fra den første blandingen anvendt i trinn (a) inneholdende minst ett fysikalsk polart løsningsmiddel og vann, under fremstilling av en gassfraksjon som er anriket med hydrokarboner, og en andre fraksjon av løsningsmiddelfase som er anriket med sure gasser, (d) denne andre fraksjon av løsningsmiddelfase, som er anriket med sure gasser fra trinn (c), regenereres ved redusering av trykket og/eller øking av temperaturen, under fremstilling av en gassfraksjon som har høyere konsentrasjon av sure gasser enn gassfraksjonen som er utskilt i løpet av trinn (b), og en fraksjon av løsningsmiddelfase som resirkuleres tilbake til trinn (c), regenereringstrinnene (b) og (d) utføres i ulike soner.

2. Behandlings-fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en andre blanding av løsningsmiddel-fase som inneholder det samme polare løsningsmiddel som det som finnes i den første blanding og som anvendes under trinn (a).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vanninnholdet i denne andre fraksjon av løsnings-middelfase er minst likt vanninnholdet i den første fraksjon av løsningsmiddelfase.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at trinn (b) utføres på et mellom-trykknivå, mellom trykket ved hvilket trinn (a) utføres og trykket ved hvilket trinn (d) utføres.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den andre fraksjon av løsningsmiddelfase regenereres i løpet av trinn (d) og utføres ved enkel utvidelse ved et trykknivå under trykknivået ved hvilket trinn (c) utføres.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den første og/eller andre fraksjon av løsningsmiddelfase regenereres ved en destillasjonsprosess ved et trykknivå lavere enn trykknivået ved hvilket trinn (c) utføres.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at regenereringen av én av fraksjonene av løsningsmiddelfase utføres ved hjelp av destillasjon, ledsaget av samtidig varmeveksling mellom denne fraksjon av løsningsmiddelfase, som oppvarmes gradvis, og løsningsmiddelfasen som fås ved regenereringen og som avkjøles etter hvert som den sirkuleres motstrøms til løsningsmiddelfasen som regenereres.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den andre fraksjon av løsningsmiddelfase som fås i trinn (c), underkastes en prosess med mellomliggende regenereringstrinn ved ekspandering under fremstilling av en gassfase som er rik på hydrokarboner i løpet av trinn (c) før den føres videre til trinn (d).

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den første fraksjon av løsningsmiddelfase fra trinn (a) føres gjennom et regenereringstrinn ved et mellom-trykknivå mellom det trykknivå ved hvilket trinn (a) utføres og det trykknivå ved hvilket trinn (b) utføres, under fremstilling av en gassfraksjon som er rik på hydrokarboner.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den første og andre gassfraksjon som henholdsvis fås i trinn (c) og trinn (b), komprimeres og resirkuleres tilbake til trinn (a).

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at gassfraksjonen fra trinn (b) komprimeres før den sendes videre til trinn (c).

12. Behandlings-fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den behandlede gass inneholder minst én sur gass valgt blant karbondioksyd og hydrogensulfid.

13. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den behandlede gass inneholder minst karbondioksyd og hydrogensulfid, og at strømningshastigheten av den andre fraksjon av løsningsmiddelfase opprettholdes ved en tilstrekkelig høy verdi til at det fås en gassfraksjon ved slutten av trinn (c) fra hvilken hydrogensulfidet i det vesentlige er blitt fjernet, og ved et tilstrekkelig lavt nivå til at det opprettholdes en forholdsvis høy konsentrasjon av karbondioksyd i denne gassfraksjon, idet gassfraksjonen fra trinn (d) har en høy konsentrasjon av hydrogensulfid.

14. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det polare løsningsmiddel som anvendes i trinnene (a) og (c), velges blant metanol, en alkohol eller en eter, en polyetylenglykoleter og et karbonat av propylen.

15. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det polare løsningsmiddel som anvendes i trinnene (a) og (c), inneholder minst to polare løsningsmidler.

16. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det polare løsningsmiddel som anvendes i trinnene (a) og (c), inneholder et polart løsningsmiddel og et amin.

17. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at vann-innholdet i den første fraksjon av løsningsmiddelfase fortrinnsvis er minst 10% av fraksjonen, på masse-basis.

18. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at vanninnholdet i den andre fraksjon av løsningsmiddelfase er større enn vanninnholdet i den første fraksjon av løsningsmiddelfase, fortrinnsvis minst 30%.

19. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at gassen avkjøles i nærvær av et polart løsningsmiddel før den sendes til trinn (a), idet det dannes en gassfase som sendes til trinn (a), en væskefase som er rik på hydrokarboner, og en vandig væskefase som er rik på løsningsmiddel.

20. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at vannet skilles fra det polare løsningsmiddel ved motstrøms-kontakt med minst én fraksjon av behandlet gass.

21. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at gassen inneholder minst én fraksjon av flytende hydrokarbon (LPG), idet denne fraksjon føres til et avmetaniserings-trinn hvor trykket senkes og/eller temperaturen økes, og deretter til et av-etaniseringstrinn, i løpet av hvilket rest-metanet, etanet og resten av de sure gassene som finnes i denne flytende hydrokarbon-fase er i det minste delvis utskilt.

22. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at trinn (a) utføres ved et trykknivå i området mellom 1 og 20 MPa.

23. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at trinn (a) utføres ved en temperatur i området mellom +5 og -50°C.

24. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at trinn (c) utføres ved et trykknivå i området mellom 0,4 og 2 MPa.

25. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at minst én av fraksjonene av løsningsmiddelfase-blanding som anvendes i trinnene (a) og (c), regenereres ved destillasjon fulgt av varmeveksling i en vertikal plate-veksler med vekslende passasjer i hvilke på den ene side det oppnås motstrøms-kontakt mellom væskefasen og dampfasen dannet under destillasjonsprosessen, og på den annen side hvor løsningsmiddelfasen oppnådd ved denne regenerering, strømmer, idet sistnevnte avkjøles av løsningsmiddelfasen i løpet av regenereringsprosessen, og sirkuleres i motstrøm.

26. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at ekspansjons-energien fra den ene eller de to fraksjoner av løsningsmiddelfase-blanding omdannes til mekanisk energi ved hjelp av en turbin.