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DE1669328A1 - Gasreinigungsverfahren fuer Erdgas-Verfluessigungsanlagen - Google Patents

Gasreinigungsverfahren fuer Erdgas-Verfluessigungsanlagen

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DE1669328A1
DE1669328A1 DE1967M0073617 DEM0073617A DE1669328A1 DE 1669328 A1 DE1669328 A1 DE 1669328A1 DE 1967M0073617 DE1967M0073617 DE 1967M0073617 DE M0073617 A DEM0073617 A DE M0073617A DE 1669328 A1 DE1669328 A1 DE 1669328A1
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natural gas
liquefaction
detergent
water
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DE1967M0073617
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Helmut Prof Dr Knapp
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Original Assignee
American Messer Corp
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Publication date
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Description

  • Gasreinigungsverfahren für Erdgas-Verflüssigungsanlagen Gasfernleitungen werden aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nur selten für die max. mögliche Sptizenlast, die in der Regel nur kurzzeitig auftritt, dimensioniert, sondern für einen mittleren Gasdurchsatz, der als Durchschnitt über eine mehr oder weniger lange Zeitspanne ermittelt wird. Für die Deckung des Spitzenbedarfes wird eine ausreichende Speicherkapazität vo rgesehen, Man kann die Speicherkapazität der Ferngasleitung selbst ausnützen, in dem man während derSptizenbelastung einen Druckabfall in der Leitung hinnimmt. Reicht dies nicht aus, so ist man gezwungen, gesonderte Gasspeicher anzuordnen, die am besten in der Nähe des Verbrauchernetzes aufgestellt werden.
  • Zur vorübergehenden Speicherung von Erdgas, hat es sich als besonders wirtschaftlich erwiesen, das Gas in verflüssigter Form zu lagern. Zu diesem Zweck werden heute vielerorts kleinere Anlagen zur Deckung des Spitzenbedarfs an Erdgas gebaut, in denen ein Teilstrom des in der Fernleitung ankommenden Erdgases in Zeiten geringeren Bedarfs verflüssigt und gespeichert und bei erhöhtem Bedarf verdampft und gasförmig wieder abgegeben wird.
  • Dabei kann als Energiequelle der Druckunterschied zwischen der Ferngasleitung und dem örtlichen Verbrauchernetz, der bis 60 ata und mehr betragen kann, in arbeitsleistenden Expansionsmaschinen zur Kälteerzeugung ausgenutzt werden.
  • Das Erdgas, das an der Bohrstelle in den meisten FEllen mehr oder weniger große Beimischungen an sauren Bestandteilen wie H2S, COS und CO2 enthält, wird vor Einspeisung in die Ferngasleitung zur Verhinderung von Korrosionen nur bezüglich der Schwefelkomponenten vollständig gereinigt.
  • Bezüglich CO2 dagegen, das nur Ballast ist, zur Konstanthaltung von Heizwert und Brènneigenschaftjentine gewisse Bedeutung hat, erfolgt die Reinigung nur nach Gesichtspunkten der Wirschaftlichkeit. Das in der Ferngasleitung transportierte Erdgas hat daher häufig noch einen C02-Restgehalt zwischen 1 und 5 Vol. %.
  • Dieses COn wie auch die im Erdgas noch vorhandene Feuchtigkeit müssen entfernt werden, beovr das Erdgas in einer Verflüssigungsanlage kondensiert wird, damit die auf tiefer Temperatur befindlichen Apparateteile nicht durch Eisbildung blockiert werden.
  • Zu diesem Zweck hat man bisher entweder chemische Absorptionsverfahren, vorwiegenc mit Äthanolaminen als Waschmittel, mit nachfolgender Trocknung oder Adsorptionsverfahren, vorwiegend mit Molekularsieben als Adsorbens eingesetzt. Die Anlage-und Betriebskosten für beide Verfahrenswege sind umso höher, je höher die Konzentration des zu entfernenden CO2 im Erdgas ist. Hinzu kommt in jedem FaN ein nicht unwesentlicher Wärmebedarf für die Regenerierung, der in der Regel aus dem Erdgas gedeckt wird.
  • Es wurde gefunden, daß sich zur CO2-Entfernung aus dem zu verflüssigenden Erdgas die physikalischen Waschverfahren mit großem Vorteil anwenden lassen Wenn bei der Regeneration des beladenen AbsorptionsmitldEs der bei der Verflüssigung verbleibende kalte Gasrest als Strippmedium benutzt wird, dann kann die Waschanlage auf ein einfaches Absorber/Stripper-System das bei tiefer Temperatur betrieben wird, zurückgeführt werden. Insbesondere in einfach gebautenErdgas-Verflüssigungsanlagen, in denen nur ein kleiner Teilstrom des unter Druck aus derFerngasleitung übernommenen Erdgases verflüssigt und gespeichert wird, während der gröl3ere Teilstrom unverändert gasförmig in das Verbrauchernetz abgegeben wird, kann man fast immbr den nicht verflüssigten Rest des kleinen TeilStromes als Strippmedium für die Regeneration des beladenen Absorptionsmittels benutzen.
  • Da das CO2 vor der Verflüssigung des Erdgases nur zur Verhinderung von Eisbildung entfernt werden muß, nicht aber um den Heizwert im abgegebenen Erdgas einzustellen, kann ohne weiteres das aus dem zu verflzüssig-enden Teilstrom ausgewaschene CO2 wieder in den größeren nicht verflüssigten Teilstrom zurückgegeben werden, nachdem es den auf tiefer Temperatur befindlichen Teil der Anlage passiert hat.
  • Gasverluste entstehen bei dem beschriebenen Reinigungsverfahren nicht, da alle aus dem Erdgas durch Absorption im Waschmittel aufgenommenen Bestandteile in der nachfolgenden Regenerierung wieder in das die Anlage verlassende Erdgas übergeführt werden. Eine Veränderung des Heizwertes und der Brenneigenschaften im nicht verfltissigten Teilstrom ist so gering, daß sie vernachlässigt werden kann, Die zur Regenerierung des physikalisch wirkenden Waschmittels mindestens erforderSiche Stripgasmenge hängt im wesentlichen nur von dem Druckverhältnis zwischen dem Absorber, in dem das CO 2 aus dem Ferngas ausgewaschen wird, und dem Stripper, in dem es anschließend bei niedrigem Druck aus dem Waschmittel wieder desorbiert wird, ab.
  • Das der Erfindung zugrundeliegende Reinigungsverfahren läßt sich daher dann mit besonderem Vorteil verwirklichen, wenn der bei der Verflüssigung des Erdgases verbleibende Gasrest die zur Regenerierung mindestens erforderliche Stripgasmenge übersteigt. Dies ist im allgemeinen der Fall.
  • Erfahrungsgemäß nimmt der für eine physikalische Wäsche erforderliche Lösungsmittelumlauf unter sonst gleichen Bedingungen mit sinkender Temperatur wesentlich ab. Da das Erdgas ohnehin bis zu seiner Verflüssigungstemperatur abgekühlt wird, kann der Vorteil der bei erniedrigter Temperatur. verminderten Waschmittelmenge voll ausgenutzt werden, ohne die Reingungsanlage mit hohen W§rmeaustauscherkosten belasten zu müssen, wann man geeignete Waschmittel wie tiefsiedende organische Lösungsmittel verwendet.
  • Erfindungsgemäß werden nur wasserlösliehe Waschmittel eingesetzt. Man kann eine Wasser-Eisbildung in den Gaskiihlern, die dem Absorber vorgeschaltet sind, dadurch verhindern, daß man eine kleine Menge des Waschmittels an geeigneter Stelle in den Druck-Gasstrom einsprizt. Das gebildete Kondensat, das dann aus einem Gemisch von Ldsungsmittel und Wasser besteht, zieht man mit Hilfe eines Abscheiders vor Eintritt des Druckgases in den Absorber wieder ab und kann anschließend das Lösungsmittel durch Destillation wieder von dem aufgenommenen Wasser trennen.
  • Als Waschmittel für den beschriebenen Absorptionsprozeß eigenen sich unter den organischen Lösungsmitteln insbesondere Methanol und Aceton, da beide Lösungsmittel wasserlöslich sind, eine hohe Löslichkeit für CO2, einen niedrigen Siedepunkt und bei niedrigen Temperaturen auch eine genügend niedrige Zähigkeit aufweisen, um noch einen zufriedenstellenden Stoffaustausch zu gewährleisten.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung von sauren Komponenten, insbesondere CO2, aus unter Druck stehenden Erdgasen vor einer Tieftemperaturanlage, in welcher insbesondere zur Spf, tzenlastdeckung ein Teil des Erdgases verflüssigt wird, durch Waschen bei stark erniedrigter Temperatur mit tiefsiedenden, organischen Lösungsmitteln und Regenerieren des beladenen Waschmittels durch Strippen bei gegenüber der Absorption erniedrigtem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß als Strippmedium der bei der Verflüssigung verbleibende Gasrest oder eineTeilmenge davon verwendet wird.
  • Als Waschmittel wird ein wasserlösliches Lösungsmittel verwendet. Eine kleine Teilmenge davon wird in den unter Druck stehenden Erdgasstrom vor seiner Abkfihlung unter den Gefrierpunkt des im Erdgas enthaltenen Wasserdampfes zur Verhinderung der Eisbildung eingespritzt und nach weitere Abkühlun des Erdgastromes zusammen mit dem auskondensierten Wasser wieder abgezogen.
  • Als Waschmittel werden Methanol oder Aceton verwendet, wobei die Gaswäsche bei Temperaturen unterhalb-10 C, vorwiegend bei-30 bis -80°C durchgefiihrt wird.
  • Erfindungsgemäß wird einer Erdgasverflüssigungsanlage, in der nur ein Teil ine des durchgesetzten Erdgases verflüssigt wird,/im wesentlichen nur aus Absorber und Stripper bestehende physikalische Gaswäsche, die bei einer Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und Taupunkt des Erdgasen. vorzugsweise unter ~10° mit einem tiefsiedenden, organischen, wasserlöslig wird Lösungsmittel, vorwiegend Methanol oder Aceton, betrieben/vorgeschaltet.
  • Das in der Absorption beladene Waschmittel wird durch Strippen mit dem nicht verflüssigten kalten Erdgasrest regeneriert, wobei das gesamte Regenerationsabgas in den nicht, durch die VerflAssigungsanlage sondern aus der Fernleitung unmittelbar in das Verteilernetz abgegebenen Teilstrom des Erdgases eingemischt wird. Eine Wasser-Eisbildung während der Abkühlung des zur Verflüssigung geführten Druckgasstromes auf Waschtemperatur wird durch Einspritzen einer kleinen Teilmenge des Waschmittels verhindert. Aus dem kalten Gas wird vor dem Eintritt in den Absorber das Gemisch von Absorptionsmittel und Wasser in einem Abscheider abgetrennt und danach einer Dsstillation zugeführt. Das ; Absorptionsmittel wird dabei als Kopfprodukt wiedergewonnen und in den Absorptionsmittelkreislauf zurückgeführt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand eines vereinfachten Fließschemas näher erläutert : Das zu behandelnde Erdgas tritt mit Fernleitungsdruck und etwa Umgeburg stemperatur durch Leitung 1 in die Anlage ein. In den Wärmeaustauschern 2 und 3 wird es zunächst mittelsdes kalten Restgases aus der Verflüssigungsanlage und des kalten Regenerationsabgases auf die Betriebstemperatur der @ @ Waschanlage z. B.-40 bis-70 gebracht. Zur Verhinderung von Eisbildung wird über Leitung 4 und Regelventil 5 eine kleine Waschmittelmenge in die Druckgasleitung zwischen den Warmeaustuschern 2 und 3 eingespritzt, wobei die Unterteilung der Wärmeaustauscher zweckmäßigerweise so erfolgt, daß die Temperatur an der Einspritzstelle noch oberhalb des Gefrierpunktes des Wassers liegt. Das gebildete Kondensat wird im Abscheider 6 wieder aus dem Druckgastrom entfernt und über das Ventil 7 und die Leitung 8 abgeführt.
  • Nach der Kondensat-Abscheidung tritt das Druckgas in den mit Einbauten zur Erhöhung des Stoffaustausches versehenen Absorber 9 ein, in dem es durch Berieseln mit kaltem Waschmittel, das durch die Leitung 10, Umwälzpumpe 11 und Regelventill2 zugeführt wird, von CO2 befreit wird. Das beladene Waschmittel verläßt den Absorber durch Leitung 13 und gelangt dann über das Entspannungsventil 14 zum Zwecke der Regenerierung in den Stripper 15 und wird anschließend über Leitung 10 und Pumpe 11 dem Absorber erneut zugeführt.
  • Das gereinigte Druckgas verläßt den Absorber durch Leitung 16 und wird anschliej3end in den Wärmeaustauschern 17 und 19 weiter gekühlt und tritt dann in die eigentliche Gasverflüssigungsanlage 20 ein.
  • Zwischen den Wärmeaustauschern 17 und 19 wird zweckmäßigefsweise ein Abscheider 18 eingebaut, in dem das gereinigte Gas mechanisch und/ode adsorbtiv von mitgeführten Lösungsmitteldämpfen befreit wird.
  • In der Verflüssigungsanlage 20 wird das Erdgas arbeitsleistend entspannt und dabei teilweise verflüssigt. Das gebildete Kondensat wird über Leitung 21 dem Speicher 22 zur Lagerung zugeführt, während der gasförmi bleuibende Rest durch Leitung 23 und die Wärmeaustauscher 19 und 17 unter Anwarmung zurückströmt und teilweise als Stripgas im Stripper 15 verwendet wird, Zur Einstellung von Stripgasmenge und-ten peratur sind die Bypass-Leitungen 24 und 27 mit den RegelventelT/~ 26 und 28, angeordnet, in denen ein Teil des drucklos wieder angewärmten Erdgases den Wärmeaustauscher 17 bzw. den Stripper 15 umgehen kann.
  • Im Stripper 15 nimmt das drucklose Erdgas die im Waschmittel gelosten Bestandteile, insbesondere das CO2, wieder auf und verläßt den Stripper über Leitung 29, um vereinigt mit dem Verflüssigungs-restgas die Anlage nach Anwärmung in den Wärmeaustauschern 3 und 2 zu verlassen.
  • In der Einrichtung 30 wird aus der den Abscheider 6 verlassenden Flüssigkeit das Lösungsmittel, zweckmäßigerweis durch Destillation, vom Gaskondensat abgetrennt und durch Leitung 31 aus der Anlage geführt, während das wiedergewonnene Lösungsmittel über Leitung 32 dem Absorptionsprozeß wieder zugeführt wird.
  • Für den Fall, daß die Kälteerzeugung der in der Verflüssigungseinrichtung20 enthaltenen Expansionsmaschinen nicht für den gewünschten Verflüssigungsgrad ausreicht, können dem Wä-meaustausch in den Apparaten 2 und 3 sowie 17 und 19 noch ein oder mehrere zusätzliche Kreisläufe zweckmäßig mit anderen Kältemitteln z. B. Propan und/oder Äthan überlagert werden.
  • Beispiel Von einem Erdgas, das im wesentlichen aus Methan besteht und 2 Vol. % CO2 enthält, und das aus einr Ferngasleitung unter einem Druck von 30 ata angeliefert wird, sollen 40 000 Nm3 je Stunde durch die Gasverflüssigungs, anlage geführt werden, um 20% davon, also 8.000 Nm3 zum Zwecke der Speicherung zu verflüssigen. Hierfür ist der Kohlendioxydgehalt auf eine Restkonzentration von 10 ppm auszuwaschen und das Gas weitgehend zu trocknen. Die Verflüssigung erfolgt in bekannter Weise durch Abkühlung unter arbeitsleistender Entspannung auf den Druck des örtlichen Verteilernetzes, der im vorliegenden Fall 2 ata beträgt.
  • Der Absorptionsturm der Gaswäsche arbeitet unter 27, 5 ata Druck bei -60°C. Der Regenerationsturm arbeitet und 2, 5 ata und bei etwa gleicher Temperatur. Die Strippgasmenge beträgt 12 000 Nm3 je Stunde. Der Waschmittelumlauf in der Gaswäsche beträgt bei Verwendung von Methanol 60 m3 g je tStunde, bei Verwendung von Aceton 45 m3 je Stunde. Welches der beiden Absorptionsmittel verwendet wird, hängt zumeist von wirtschaftlichen Erwägungen ab.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.'Verfahren zur Entfernung von sauren Komponenten, insbesondere CO2, aus unter Druck stehenden Erdgasen, die in einer Tieftemperaturanlage, insbesondere zur Spitzenlastdeckung, teilweise verflüssigt werden, durch Waschen bei stark erniedrigter Temperatur mit tiefsiedenden, organischen Lösungsmitteln und Regenerieren des beladenen Waschmittels durch Strippen bei erniedrigtem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß als Strippmedium der bei der Verflüssigung verbleibende Gasrest oder eine Teilmenge davon verwendet wird.' 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal3 als Waschmittel ein wasserlösliches Lösungsmittel verwendet und eine kleine Teilmenge davan in den unter Druck stdienden Erdgastrom vor seiner Abkühlung unter den Gefrierpunkt des im Erdgas enthaltenen Wasserdan. pfes (zur Verhinderung der Eisbildung) eingespritzt und nach weiterer Abkühlung des Erdgasstromes zusammen mit dem auskondensierten Wasser widder abgezogen wird.
    3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Waschmittel Methanol oder Aceton verwendet und de Gaswäsche bei Temperaturen unterhalb-10°C, vorwiegend-30 bis-80°C durchgeführt wird.
    4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das.
    Regenerationsabgas, gegebenenfalls mit dem Verflilssigungsabgas vereinigt, in den nicht durch die Verflüssigung geführten Teilstrom des Erdgases eingemischt wird.
    L e e r s e i t e
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