Verfahren zum Behandeln eines Kohlenwasserstoffe und H2S enthaltenden Erdgases

Abstract

 Aus Erdgas, das neben Methanol auch Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 C-Atomen pro Molekül und H₂S enthält, werden das H₂S und die Kohlenwasserstoffe teilweise entfernt. Das Erdgas mit einem Druck von mindestens 5 bar wird in einer Wärmeaustauschzone indirekt auf Temperaturen von -30 bis -100°C gekühlt. Aus dem gekühlten Erdgas trennt man Kondensat ab, entspannt das Kondensat und leitet es als Kühlmittel durch die Wärmeaustauschzone (2). Waschflüssigkeit wird in der Wärmeaustauschzone (2) auf Temperaturen von -30 bis -80°C gekühlt und in einer Waschzone (8) mit dem von Kondensat befreiten Erdgas zusammengeführt. Die aus der Waschzone (8) abgezogene, beladene Waschflüssigkeit leitet man durch die Wärmeaustauschzone (2). Das in der Waschzone gereinigte Erdgas wird entspannt und ebenfalls durch die Wärmeaustauschzone (2) geleitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Erdgas, das neben Methan Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 C-Atomen pro Molekül und H₂S enthält, zum teilweisen Entfernen der Kohlenwasserstoffe und des H₂S.

[0002] Aus dem rohen Erdgas, das z.B. als Einsatzmaterial für die katalytische Dampfreformierung vorgesehen ist, kann man die Kohlenwasserstoffe mit 5 und mehr Kohlenstoffatomen pro Molekül durch Adsorption relativ leicht entfernen. Die Kohlenwasserstoffe, insbesondere die höheren Kohlenwasserstoffe, bilden bei der katalytischen Reformierung Koksablagerungen auf dem Katalysator und vermindern dessen Aktivität.

[0003] Aufgabe des vorliegenden Verfahrens ist es, auf wirtschaftliche Weise die schwieriger abzutrennenden C₂- bis C₄-Kohlenwasserstoffe und gleichzeitig auch das H₂S, das den Reformierkatalysator ebenfalls schädigt, gemeinsam im ausreichenden Maß zu entfernen. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß man das Erdgas, das einen Druck von mindestens 5 bar aufweist, in einer Wärmeaustauschzone indirekt auf Temperaturen von -30 bis -100°C kuhlt und Kondensat abtrennt, daß man das Kondensat entspannt und als Kühlmittel durch die Wärmeaustauschzone leitet, daß man eine aus einer Regenerationszone kommende Waschflüssigkeit in der Wärmeaustauschzone auf Temperaturen von -30 bis -80°C kuhlt und in eine Waschzone leitet, welcher man auch das vom Kondensat befreite Erdgas zuführt, daß man aus der Waschzone mit H₂S und Kohlenwasserstoffen beladene Waschflüssigkeit durch die Wärmeaustauschzone und in die Regenerationszone leitet, und daß man das in der Waschzone gereinigte Erdgas entspannt und durch die Wärmeaustauschzone leitet.

[0004] Vorteilhafterweise wird beim Auskondensieren der Kohlenwasserstoffe auch ein beträchtlicher Teil des H₂S mit auskondensiert. Dadurch wird die nachfolgende Waschzone entlastet. Diese Waschzone ist so ausgelegt, daß man hier die notwendige Entfernung des H₂S aus dem Erdgas erreicht. In der Waschzone werden üblicherweise auch C₃- und C₄-Kohlenwasserstoffe aus dem Erdgas entfernt, wodurch die vorausgehende Kondensation weniger zu leisten hat.

[0005] Die für das Verfahren notwendige Kälte wird durch Entspannen des Kondensats sowie auch durch die Entspannung des aus der Waschzone kommenden Erdgases erreicht. Vorteilhafterweise kann auf eine Kälteanlage verzichtet werden. Da der Kältebedarf in der Waschzone nicht hoch ist, weil die notwendige Menge an Waschflüssigkeit niedrig gehalten wird, reicht die durch Kondensation erzeugte Kälte auch aus, um die Waschflüssigkeit vor der Waschzone genügend zu kühlen.

[0006] Zweckmäßigerweise wird das aus dem gekühlten Erdgas abgetrennte Kondensat zweistufig entspannt und das dabei gebildete Entspannungsgas durch die Wärmeaustauschzone geleitet.

[0007] Als Waschflüssigkeit verwendet man Methanol, Aceton oder andere C₁- bis C₃-Oxo-Kohlenwasserstoffe.

[0008] Einzelheiten und Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert.

[0009] Erdgas, das Kohlenwasserstoffe und H₂S enthält, wird in der Leitung (1) herangeführt. Vorzugsweise hat man aus diesem Erdgas die Feststoffe und auch die Kohlenwasserstoffe mit 5 und mehr C-Atomen pro Molekül bereits zuvor abgetrennt. Das Erdgas in der Leitung (1) enthält somit neben H₂S vor allem noch C₂-, C₃- und C₄-Kohlenwasserstoffe. Dieses Erdgas wird in einer Wärmeaustauschzone (2), z.B. einem Plattenwärmetauscher, auf Temperaturen von -30 bis -100°C und vorzugsweise -40 bis -90°C indirekt gekühlt. Bei dieser Kühlung entsteht Kondensat, welches den Hauptteil der Kohlenwasserstoffe und auch einen beträchtlichen Teil des H₂S enthält. In der Leitung (4) führt man dieses Gemisch zu einem Abscheider (5), aus dem man das Kondensat durch die Leitung (6) abzieht. Das Gasgemisch gibt man in der Leitung (7) einer Waschkolonne (8) auf.

[0010] Das Kondensat wird über das Entspannungsventil (10) teilweise entspannt und einem Trennbehälter (11) zugeführt. Das Entspannungsgas zieht man in der Leitung (12) ab und entspannt das Kondensat über das Entspannungsventil (13) nochmals. Die Entspannung des Kondensats in den Ventilen (10) und (13) führt zu einer erheblichen Temperaturabsenkung. Dadurch kann das Kondensat, das man in der Leitung (14) durch die Wärmeaustauschzone (2) führt, in wirksamer Weise als Kühlmittel dienen. Das durch die Erwärmung in der Wärmeaustauschzone (2) entstehende Abgas steht in der Leitung (15) zur Verfügung, es kann, da es heizwertreich ist, als Brenngas verwendet werden.

[0011] Der Waschkolonne (8) führt man durch die Leitung (20) eine Waschflüssigkeit mit Temperaturen von -30 bis -80°C und vorzugsweise -60 bis -70°C zu. Nachfolgend wird davon ausgegangen, daß es sich hierbei um Methanol handelt, doch sind an sich auch andere Waschflüssigkeiten möglich. Die Kolonne (8) enthält üblicherweise Böden oder Füllkörper. In ihr wird das H₂S aus dem in der Leitung (7) herangeführten Erdgas in ausreichendem Maß ausgewaschen, dabei nimmt das Methanol auch Kohlenwasserstoffe auf. Gereinigtes Erdgas zieht man in der Leitung (21) ab, entspannt es mindestens teilweise im Entspannungsventil (22) und senkt dadurch die Temperatur. Das Erdgas wird dann zusammen mit dem Gas der Leitung (12) durch die Wärmeaustauschzone (2) geführt, wo es als Kühlmittel dient und steht in der Leitung (24) als Produkt zur weiteren Verwendung zur Verfügung.

[0012] Die mit H₂S und Kohlenwasserstoffen beladene Waschflüssigkeit zieht man aus der Kolonne (8) in der Leitung (26) ab, entspannt es zweckmäßigerweise im Entspannungsventil (27) und gibt das Gemisch einem Trennbehälter (28) auf. Ein H₂S-haltiges Abgas führt man über die Leitung (29) zum Kondensat der Leitung (14) und die Waschflüssigkeit gibt man über die Leitung (30) nach Hindurchleiten durch die Wärmeaustauschzone (2) zu einer Regenerationsanlage (31). In der Anlage (31) wird in an sich bekannter Weise durch Strippen oder Erhitzen sowie auch durch eine Kombination dieser Maßnahmen die Beladung aus der Waschflüssigkeit weitgehend entfernt. Ein Abgas zieht man in der Leitung (32) ab und führt es zu einer nicht dargestellten Weiterbehandlung.

[0013] Regenerierte Waschflüssigkeit wird in der Leitung (20) abgezogen und über eine nicht dargestellte Pumpe der Waschkolonne (8) wieder zugeführt. Zum Regenerieren in der Anlage (31) kann man z.B. einen Teilstrom des Produktgases der Leitung (24) verwenden, welchen man über die gestrichelt eingezeichnete Leitung (34) heranführt und als Strippgas benutzt.

[0014] Das Produktgas der Leitung (24) besteht hauptsächlich aus Methan und kann daneben noch 2 bis 20 Vol.-% an C₂-Kohlenwasserstoffen enthalten. Der Gehalt an C₃-Kohlenwasserstoffen liegt zumeist unterhalb von 0,1 Vol.-% und der H₂S-Gehalt beträgt höchstens etwa 1/10 des H₂S-Gehalts im Gas der Leitung (1). Als Einsatzgas für die katalytische Dampfreformierung zum Erzeugen eines CO und H₂ enthaltenden Gasgemisches ist es in dieser Reinheit gut geeignet.

Beispiel

[0015] In einer der Zeichnung entsprechenden Verfahrensführung werden pro Stunde 50 000 Nm³ Erdgas behandelt. Einzelheiten des Verfahrens wurden zum Teil berechnet. Aus dem Erdgas wurden in einer Vorstufe Kohlenwasserstoffe mit 5 und mehr C-Atomen sowie auch Verunreinigungen abgetrennt. Die Zusammensetzung des Erdgases der Leitung (1) ist folgende:
CH₄ 75 Vol.-%
C₂H₆ 20 Vol.-%
C₃H₈ 1 Vol.-%
N₂ 3 Vol.-%
CO₂ 1 Vol.-%.

[0016] Das Erdgas, das auch 400 Vol.-ppm H₂S enthält, weist einen Druck von 28 bar und eine Temperatur von 30°C auf. Es wird in einem Plattenwärmeaustauscher (2) auf -73°C gekühlt und gelangt so in den Abscheider (5). Das abgetrennte Kondensat wird im Entspannungsventil (10) auf 10 bar entspannt und eine weitere Entspannung erfolgt im Ventil (13) auf 2 bar.

[0017] Das Gas in der Leitung (7), das der Waschkolonne (8) zugeführt wird, enthält etwa noch die Hälfte der C₂-Kohlenwasserstoffe und des H₂S, dazu N₂ und CO₂ sowie Spuren von C₃-Kohlenwasserstoffen. Der Kolonne (8) gibt man als Waschflüssigkeit Methanol von -70°C in einer Menge von 10 m³/h auf, wobei in der Waschkolonne ein Druck von 28 bar herrscht. Das gewaschene Gas, das praktisch frei von H₂S und C₃-Kohlenwasserstoffen ist und nur noch einen geringen Rest an C₂-Kohlenwasserstoffen enthält, wird durch das Entspannungsventil (22) geleitet, wobei der Druck auf 10 bar reduziert wird. Gemischt mit dem Gas der Leitung (12) erhält man in der Leitung (24) pro Stunde 43 000 Nm³ behandeltes Erdgas mit einem Druck von 10 bar und einer Temperatur von 22°C, das neben CH₄ noch 10 Vol.-% C₂-Kohlenwasserstoffe, 0,1 Vol.-% C₃-Kohlenwasserstoffe, 3,4 Vol.-% N₂ und 0,7 Vol.-% CO₂ enthält. Der H₂S-Gehalt des Gases beträgt 5 Vol.-ppm.

[0018] Die in der Leitung (26) aus der Waschkolonne abgezogene beladene Waschflüssigkeit wird auf 2 bar entspannt; das bei der Entspannung freigesetzte Entspannungsgas mischt man dem Gas der Leitung (14) zu. Man erhält auf diese Weise in der Leitung (15) 7 000 Nm³/h Abgas mit einem Druck von 2 bar und einer Temperatur von +10°C. Das Methanol gelangt in der Leitung (30) zur Regeneration (31), wo es bei Temperaturen von +10°C durch Strippen mit Erdgas aus der Leitung (34) von der Beladung weitgehend befreit wird. Über eine nicht dargestellte Pumpe wird das Methanol dann zurück zur Waschkolonne (8) geführt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Behandlung von Erdgas, das neben Methan Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 4 C-Atomen pro Molekül und H₂S enthält, zum teilweisen Entfernen der Kohlenwasserstoffe und des H₂S, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erdgas, das einen Druck von mindestens 5 bar aufweist, in einer Wärmeaustauschzone indirekt auf Temperaturen von -30 bis -100°C kühlt und Kondensat abtrennt, daß man das Kondensat entspannt und als Kühlmittel durch die Wärmeaustauschzone leitet, daß man eine aus einer Regenerationszone kommende Waschflüssigkeit in der Wärmeaustauschzone auf Temperaturen von -30 bis -80°C kühlt und in eine Waschzone leitet, welcher man auch das vom Kondensat befreite Erdgas zuführt, daß man aus der Waschzone mit H₂S und Kohlenwasserstoffen beladene Waschflüssigkeit durch die Wärmeaustauschzone und in die Regenerationszone leitet, und daß man das in der Waschzone gereinigte Erdgas entspannt und durch die Wärmeaustauschzone leitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Erdgas mit einem Druck von mindestens 10 bar zum indirekten Kühlen durch die Wärmeaustauschzone leitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem gekühlten Erdgas abgetrennte Kondensat zweistufig entspannt und das dabei gebildete Entspannungsgas durch die Wärmeaustauschzone leitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Waschzone kommende, beladene Waschflüssigkeit teilweise entspannt und das dabei abgetrennte, H₂S-haltige Entspannungsgas durch die Wärmeaustauschzone leitet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man als Waschflüssigkeit Methanol, Aceton oder andere C₁- bis C₃-Oxo-Kohlenwasserstoffe verwendet.

Zeichnung