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DE1282038B - Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches - Google Patents

Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches

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DE1282038B
DE1282038B DEL43014A DEL0043014A DE1282038B DE 1282038 B DE1282038 B DE 1282038B DE L43014 A DEL43014 A DE L43014A DE L0043014 A DEL0043014 A DE L0043014A DE 1282038 B DE1282038 B DE 1282038B
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DE
Germany
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gas
line
gas mixture
heat exchange
compressed
Prior art date
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Pending
Application number
DEL43014A
Other languages
English (en)
Inventor
Ludwig Kniel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lummus Technology LLC
Original Assignee
Lummus Co
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 Lummus Co filed Critical Lummus Co
Publication of DE1282038B publication Critical patent/DE1282038B/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int.Cl.:
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
F25j
Deutsche Kl.: 17 g-2/02
Nummer: 1282 038
Aktenzeichen: P 12 82 038.1-13 (L 43014)
Anmeldetag: 21. September 1962
Auslegetag: 7. November 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches in eine leichte gasförmige und eine schwere flüssige Fraktion durch partielle Kondensation bei tiefen Temperaturen, bei dem das Gasgemisch durch Wärmeaustausch mit mindestens einem Teil der leichten gasförmigen Fraktion gekühlt und anschließend fraktioniert wird und bei dem ein Teil der leichten gasförmigen Fraktion als Kreislaufgas komprimiert, abgekühlt und nach Entspannung als Rücklauf bei der Fraktionierung verwendet wird.
Ein Gemisch aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wie Erdgas, stellt ein wichtiges Rohgas zur Gewinnung von Äthan und, nach einem »Krackprozeß«, von Äthylen dar. Diese Kohlenwasserstoffe haben als Ausgangsmaterial für chemische Synthesen außerordentliche Bedeutung erlangt. Es ist schwierig, das Äthan von den anderen Bestandteilen des Kohlenwasserstoff-Gas-Gemisches, wie Methan und Stickstoff, abzutrennen. Die Abtrennung erfordert für die Bereitstellung der zur Deckung des Kältebedarfes benötigten Energien oftmals große Aufwendungen.
Zur Verringerung dieser Aufwendungen ist es bereits bekannt, bei der Zerlegung eines Gasgemisches in eine leichte gasförmige und eine schwere flüssige Fraktion mindestens einen Teil der leichten Fraktion als Kreislaufgas zu komprimieren, abzukühlen und nach Entspannung als Rücklauf bei der Fraktionierung zu verwenden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens weiter zu verbessern.
. Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß die Komprimierung des Kreislaufgases nach dem Wärmeaustausch mit dem Gasgemisch und seine Abkühlung vor der Entspannung durch Wärmeaustausch mit der leichten gasförmigen Fraktion aus der Fraktionierung und einem Teilstrom des komprimierten Kreislaufgases erfolgt, der nach einer Entspannung und dem Wärmeaustausch mit dem Kreislaufgas und dem Gasgemisch zusammen mit dem übrigen Teil des Kreislaufgases wieder komprimiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine wirksame Anwendung und Wiedergewinnung der Kälteenergien der Verfahrensströme, weil ein Teil der leichten Fraktion, nachdem diese die Beschickung gekühlt hat, komprimiert und gekühlt und diese gekühlte und komprimierte Fraktion erst zur Wärmeaustauschzone und dann zur Trennzone zurückgeleitet wird, wobei ein Teil dieses Rücklaufstromes in die Trennzone hineinexpandiert wird, um deren größten Kältebedarf zu decken, während ein anderer Teil dieses Rücklaufstromes expandiert und dann durch die Wärmeaustauschzone geleitet wird, um dort Kühl-Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches
Anmelder:
The Lummus Company,
New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:
; Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
»5 6000 Frankfurt, Parkstr. 13
Als Erfinder benannt:
ao Ludwig Kniel, Scarsdale, N.Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
as V. St. ν. Amerika vom 22. September 1961
(140 084)
Z
funktionen zu übernehmen. Auf diese Weise kann die Anwendung äußerer Kühlung verringert, wenn nicht gar ganz vermieden werden.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dabei der Wärmeaustausch in zwei Stufen, wobei das komprimierte Kreislaufgas nach der ersten Stufe in die beiden Teilströme aufgeteilt wird, von denen der in die Fraktionierung zu entspannende Teilstrom in der zweiten Stufe weiter abgekühlt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine zusätzliche Abkühlung des Gasgemisches und des komprimierten Kreislaufgases durch einen getrennten Kühlmittelkreislauf vorgesehen. Eine Teilmenge des Kühlmittels kann zur Beheizung des Sumpfes der Fraktionierung eingesetzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein schematisches Flußdiagramm dieser Ausführungsform und
809 630/554
3 4
F i g. 2 ein Kühlsystem, wie es in der Anlage nach Leitung 30 geht durch einen Kompressor 32 und einen F i g. 1 verwendet werden kann. Wärmeaustauscher 34, wo er komprimiert und ent-
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mit sprechend gekühlt wird, um zum Schluß über die großem Nutzen durchgeführt werden, wenn man von Leitung 36 der Anlage entnommen zu werden. Der einer Erdgasmischung etwa folgender Zusammen- 5 Methanstrom kann beispielsweise als Brennstoff für Setzung ausgeht: die Anlage verwendet werden.
Der Kreislaufstrom in der Leitung 40 geht durch
Bestandteile Volumprozent vielstufige Gaskompressoren 42 und 46, in denen er
xj j« hoch komprimiert wird. Um die Kompressionswärme
2 ' " " ' ίο aus diesem Strom beim Verlassen der entsprechenden
CO2 *.. 0,50 Kompressoren abzuführen, sind Wärmeaustauscher 44
Q 85,65 und 48 installiert. Der komprimierte Gasstrom geht
dann in der Leitung 49 durch die Wärmeaustauscher 12
C2 6'27 und 14 und, nachdem ein Teil über die Leitung 50
C3 1,59 15 abgezogen worden ist, geht der übriggebliebene
C 0 60 ^e^ durch den Wärmeaustauscher 16. Der gesamte
4 ' Kreislaufstrom wird auf diese Weise in den Wärme-
C1 · 0,17 austauschern 12 und 14 gekühlt und der übrig-
C6 0,04 bleibende Teil auch in dem Wärmeaustauscher 16.
20 Der übrigbleibende Teil verläßt den Wärmeaus-
100,00 tauscher 16 über die Leitung 49 und wird durch ein
Entspannungsventil 47 in die Entmethanisierungs-
Der eingehende Gasstrom der Erdgasmischung wird anlage 18 eingeführt. Diese Entspannung des Kreislaufzuerst durch übliche Maßnahmen in einem Monooxy- stromes in der Leitung 49 deckt den Hauptkältebedarf äthylaminsystem vom Kohlendioxyd soweit befreit, «5 für die Verflüssigung und Abtrennung der schweren daß der Kohlendioxydgehalt weniger als 5 ppm Fraktion von der leichten Fraktion, beträgt. Im Anschluß an die Entfernung des Kohlen- Der Teil des Kreislauf stromes in der Leitung 50
dioxyds wird der Gefrierpunkt des Wassers auf etwa geht zu einer Entspannungsanlage 52, wo er durch —300C erniedrigt, beispielsweise dadurch, daß eine die Entspannung stark abgekühlt wird. Dieser Gas-Lösung von 95 Molprozent von Triäthylenglykol 30 strom geht über eine Leitung 54 durch den Wärmeeingeführt wird. Das Glykol wird daraufhin in einem austauscher 16 im Gegenström zu dem eingehenden Abtrenner wieder entfernt, beispielsweise in einem Gasgemisch in der Leitung 10 und zu dem übrig-Nebelextraktor, und zur erneuten Konzentration in gebliebenen Teil, des Kreislaufstromes in der Leitung einer Destillierkolonne abgezogen. Als nächstes wird 49. Nach Verlassen des Wärmeaustauschers 16 geht der das Erdgas getrocknet, beispielsweise durch Exikatoren 35 Kühlstrom in der Leitung 54 unter Umgehung, des üblicher Bauart. Jede Spur von Glykol, die den Austauschers 14 durch den Austauscher 12 und in Abtrenner mit dem Gas verläßt, sowie die übrig- '' die vielstufigen Kompressoren 42 und 46 hinein, in gebliebenen Kohlendioxydmengen, werden in den denen er komprimiert und mit dem Strom in der Trocknungsanlagen schnell absorbiert. Die von Koh- Leitung 40 vereinigt wird.
lendioxyd und Wasserstoff befreite Gasmischung wird 40 ' Die Wärmeaustauscher 12 und 16 decken den dann als Zulauf in das Verfahren gemäß der vorliegen- Hauptteil des Kühlbedarfs der Anlage. Auf Grund den Erfindung eingeführt. '■ der unvermeidlichen Arbeitsverluste der Kömpres-
Wie in F i g. 1 zu sehen ist, wird die Gasmischung soren, Motoren und anderer verwendeter Apparate in eine Zulaufleitung 10 eingeführt und beim Hin- kann es jedoch nötig werden, zusätzlichen Kühldurchgehen durch die Wärmeaustauscher 12,14 und 16 45 bedarf unabhängig davon zu decken. Demzufolge abgekühlt. Der abgekühlte Zulauf tritt dann in eine kann der Wärmeaustauscher 14 als zusätzliche Kühl-Entmethanisierungsanlage 18 ein, in der die schwere ; vorrichtung vorgesehen sein, um den eingehendem Fraktion, die das Äthan und die schwereren Korn- Gasstrom der Leitung 10 und das umlaufende Gas potenten enthält, sich in flüssiger Phase als Säulen- in der Leitung 49 zu kühlen. Der Wärmeaustauscher 14 rückstand absetzt und durch eine Leitung 22 entfernt' 5° kann mit einem Kühlsystem ausgerüstet sein, wie es wird. Die übrigbleibende leichte Fraktion, die das fri F i g. 2 gezeigt ist. ·
gasförmige Methan und die leichteren Bestandteile In dem Kühlsystem nach F i g. 2 wird bevorzugt
enthält, verläßt die Entmethanisierungsanlage 18 übef Propan als Kühlmittel verwendet. Der Propanstrom eine Leitung 20. Die Entmethanisierungsanlage 18! verläßt den Wärmeaustauscher 14 durch eine Leitung ist von üblicher Bauart und enthält einen Partialver- 55 61 und geht durch ein Puffergefäß 62 in die erste dämpfer 24. Die schwere Fraktion aus der Leitung 22 Stufe eines vielstufigen Kompressors 60 hinein. Der wird beispielsweise als Einsatz für eine Äthangewm-' komprimierte Gasstrom, der die erste Stufe des nungsanlage oder als Einsatz für eine Zerlegungsanlage' Kompressors 60 durch die Leitung 64 verläßt, wird zur Gewinnung anderer Bestandteile der flüssigen in zwei Leitungen 65 und 66.aufgeteilt. Die Leitung 65 Fraktion verwendet. : 60 führt das Heizmittel zu dem Partialverdampfer 24
Die gasförmige Fraktion in der Leitung 20 hat eine der Entmethanisierungsanlage.
niedrigere Temperatur als der eingehende Gasstrom Beim Eintritt in den Partialverdampfer 24 hat das
und wird dazu verwendet, den eingehenden Gasstrom. Propan eine höhere Temperatur als die verflüssigte in den Wärmeaustauschern 16 und 12 vorzukühlen. Fraktion, die die Entmethanisierungsanlage 18 verläßt. Nach Verlassen des Wärmeaustauschers 12 teilt sich 65 Demzufolge wird das Kältemittel in dem Partialdie gasförmige Fraktion in einen gasförmigen Methan-1 verdampfer 24 abgekühlt, während es zu der gleichen strom in der Leitung 30 und in einen Kreislauf strom Zeit die notwendige Wärme an den Partialverdampfer in der Leitung 40. Der gasförmige Methanstrom in abgibt.
Das abgekühlte Propan, das den Partialverdampfer verläßt, geht nach Durchlaufen eines Entspannungsventils 68 in eine Leitung 67 hinein und vereinigt sich mit einem weiteren Gasstrom, um den Zufluß zu dem Wärmeaustauscher 14 in einer Leitung 63 zu bilden. Das Entspannungsventil 68 in der Leitung 67 sorgt für weitere Abkühlung in dem Wärmeaustauscher 14.
Der komprimierte Gasstrom in der Leitung 66 geht durch ein Ventil 69 und durch eine Leitung 70 in die Endstufen des Kompressors 60 hinein, in denen er komprimiert wird. Der komprimierte Gasstrom verläßt den Kompressor 60 über eine Leitung 71 und fließt durch einen Kondensator 72 in einen Vorratsbehälter 73. Das flüssige Propan wird aus dem Vorratsbehälter 73 über die Leitung 74 in einen Abscheider 75 abgezogen, in dem das, in dem flüssigen Propan enthaltene Propangas entfernt und durch eine Leitung 77 dem Kompressor 60 wieder zugeführt wird. Das flüssige Propan in dem Abscheider 75 wird durch eine Leitung 76 abgeführt, die sich in Leitungen 78 und 79 teilt.
Ein Teil des flüssigen Propans fließt durch die Leitung 78 einem weiteren Abscheider 82 zu. Ein Teil des flüssigen Propans in der Leitung 79 geht zuerst durch eine Anlage zur fraktionierten Kondensation 80 und durch Leitung 81, bevor es in den Abscheider 82 eintritt. Das Gas wird in dem Abscheider 82 entfernt, geht durch die Leitung 83 und wird mit dem komprimierten Propan in der Leitung 66 vereinigt, um den Strom in der Leitung 70 zu bilden. Aus dem Abscheider 82 wird das flüssige Propan durch eine Leitung 84 entfernt und durch ein Entspannungsventil 85 in eine Leitung 86 geführt. Das entspannte Kühlmittel in der Leitung 86 wird mit dem gekühlten Propanstrom in der Leitung 67 vereinigt, um den Kühlmittelstrom für den Wärmeaustauscher 14 in der Leitung 63 zu bilden.
Die Tabellen I, II, III und IV stellen einen Auszug aus den Arbeitsbedingungen dar, die in der Anlage eingehalten werden können, wenn in dieser eine Gasmischung mit der eingangs dargestellten Zusammensetzung zerlegt werden soll. Die Tabelle I gibt eine Analyse der hauptsächlichen Verfahrensströme, wie sie in F i g. 1 gezeigt sind. Die Tabellen II und IV erläutern die verfahrensmäßigen Anforderungen an das Verflüssigungssystem bzw. an das Propankühlsystem. Die Tabelle III gibt die Temperaturdifferenzen über die Wärmeaustauscher 12, 14 und 16 an.
Tabelle I Tabelle II
eingehende Gas Bezeichnung Entmethanisierungs- age
Rück
stand
(Leitung
menge vor CO2-
und Wasserdampf-
entfemung,
Wasserdampf
nicht berück		 ein anl
Abgas
(Leitung
20)		 22)
Bestand
teile		 sichtigt gehende
Gas
menge
(Leitung
5,18 10) 5,70 —
N2 0,50 5,21 — 5,63
CO2 ... 85,65 — 93,62 66,27
C1 6,27 86,08 0,68 18,72
C2 1,59 6,30 — 6,98
C3 0,60 1,60 — 1,95
C4 0,17 0,60 — 0,45
C5 0,04 0,17 100,00
C6 100,00 0,04 100,00
Gesamt 100,00
Bezeichnung
Zuführung (Leitung 10)
Entmethanisierungsanlage 18..
Zuführung (Leitung 10)
Boden (Leitung 22)
Abgelassenes Gas (Leitung20)
Rückströmung (Leitung 49)
Kompressoren 42 und 46
Zuführung (Leitung 40)
Zuführung (Leitung 54)
Abgegebenes Gas (Leitung49)
Entspannungsanlage 52
Zuführung (Leitung 50) ....
Abgegebenes Gas (Leitung54)
Kompressor 32
für abgelassenes Gas
Zuführung (Leitung 30)
Abgegebenes Gas (Leitung36)
Tabelle III
Temperatur (0C)
+37,8
-87,2
-12,2
-112,2
-87,2
+29,4 +29,4 +37,8
-31,7 -103,9
+29,4 -73,3
Wärmeaustauscher 12
Eingang
Ausgang
Wärmeaustauscher 14
Eingang
Ausgang
Wärmeaustauscher 16
Eingang
Ausgang
Temperaturen (0Q Wärmeaustauscher
Leitung
10
+37,8
-19,4
-19,4
-31,7
-31,7
-87,2
Leitung 20
-37,2 +29,4
-112,2 -37,2
Leitung 49
+29,4 -19,4
-19,4 -31,7
-31,7 -87,2
Leitung 54
-37,2 +29,4
-1O3..3 -37,2
Tabelle IV
Bezeichnung Druck
(kg/cm2)		 Temperatur
(0C)
Wärmeaustauscher 14
Partialverdampfer 24 der
Entmethanisierungsanlage
Vorratsbehälter 73
Abscheider 75
Abscheider 82 		1,26
4,2
14,7
8,26
4,2		 -37,2
-3,9
+43,3
+21,7
-3,9
Das Verfahren ist in einer Anwendung zur Abtrennung von Äthan und höheren Kohlenwasserstoffen aus einer normalerweise gasförmigen Mischung einer bestimmten Zusammensetzung beschrieben worden, wobei das Äthan und die höheren Kohlenwasserstoffe verflüssigt werden. Das Verfahren ist selbstverständlich auf die Zerlegung einer beliebigen Gasmischung durch Verflüssigung anwendbar.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches in eine leichte gasförmige und eine schwere flüssige Fraktion durch partielle Kondensation bei tiefen Temperaturen, bei dem das Gasgemisch durch Wärmeaustausch mit mindestens einem Teil
ϊ 282 038
der leichten gasförmigen Fraktion gekühlt und anschließend fraktioniert wird und bei dem ein
: Teil der leichten gasförmigen Fraktion als Kreislaufgas komprimiert, abgekühlt und nach Ent-, spannung als Rücklauf bei der Fraktionierung ' verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Komprimierung des Kreislaufgases •nach dem Wärmeaustausch mit dem Gasgemisch
• und seine Abkühlung vor der Entspannung durch
• Wärmeaustausch mit der leichten gasförmigen •'Fraktion aus der Fraktionierung und einem Teilstrom des komprimierten Kreislaufgases erfolgt, der nach einer Entspannung und dem Wärmeaustausch mit dem Kreislauf gas, und dem Gasgemisch zusammen mit dem. übrigen Teil des
Kreislauf gases wieder komprimiert wird. ..
.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch in zwei Stufen
erfolgt, wobei das komprimierte Kreislaufgas nach der ersten Stufe in die beiden Teilströme aufgeteilt wird, von denen der in die Fraktionierung zu entspannende Teilstrom in der zweiten Stufe weiter abgekühlt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und.2^ dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Abkühlung des Gasgemisches und des komprir mierfen Kreislaufgases durch einen getrennten Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist. ... " ,
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine.Teilmenge des Kühlmittels zur Beheizung des Sumpfes der Fraktionierung dient.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Hausen, »Handbuch der Kältetechnik«, 8. Band, Springer-Verlag, 1957, S. 67, 73, 74, 164 und 225.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 630/554 10.68 O Bundesdruckerei Berlin
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