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DE3811132A1 - Stickstoffabtrennung aus co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltigem erdgas - Google Patents

Stickstoffabtrennung aus co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltigem erdgas

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DE3811132A1
DE3811132A1 DE19883811132 DE3811132A DE3811132A1 DE 3811132 A1 DE3811132 A1 DE 3811132A1 DE 19883811132 DE19883811132 DE 19883811132 DE 3811132 A DE3811132 A DE 3811132A DE 3811132 A1 DE3811132 A1 DE 3811132A1
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DE
Germany
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separation
column
natural gas
medium
product
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DE19883811132
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Paul Dr Kummann
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von Stickstoff aus CO2-haltigem Erdgas durch destillative Vortrennung in ein CO2-armes und ein CO2-reiches Produkt, mit anschließender Mittel- und Niederdruckrektifikation, wobei Stickstoff als Kopfprodukt der Niederdruckrektifikation abgezogen wird.
Um ein Erdgas mit einem relativ hohen Heizwert zu gewinnen, ist es notwendig, den Stickstoffgehalt von stickstoffreichem Erdgas zu senken. Eine Rektifikation in einer Doppelsäule mit einer Mitteldruckstufe und einer Niederdruckstufe wird hierbei als die beste Lösung zur Trennung von Stickstoff und dem Methanprodukt angesehen.
Die Anwesenheit von CO2 in dem Erdgas führt jedoch zu Verlegungsproblemen. Die Flüchtigkeit von CO2, sowie seine Löslichkeit in Methan vermindert sich bekannterweise mit abnehmenden Temperaturen und Drücken. Ferner ist bekannt, daß sich bei zunehmender Stickstoffmenge in dem Erdgas der Kältebedarf für die Stickstoff-Methan-Trennung erhöht. Da die Löslichkeit von CO2 in Methan bei den Temperaturen und Drücken, die in der Niederdruckstufe herrschen, sehr niedrig ist und somit die Gefahr besteht, daß sich festes CO2 bildet und in der Niederdruckstufe abscheidet, erfordert die Stickstoff-Methan-Trennung deshalb üblicherweise ein nahezu CO2-freies Rohgas. Dabei wird das CO2 durch eine Wäsche oder Adsorption vor der Trennung entfernt.
Aus der US-PS 36 83 634 ist ein Verfahren zur Trennung einer CO2-haltigen Gasmischung durch Rektifikation in einer Doppelsäule mit Mittel- und Niederdruckstufe, bei dem im wesentlichen CO2-freies Produkt aus der Niederdruckstufe abgezogen wird, bekannt. Vor der Rektifikation wird das CO2-haltige Rohgas in zwei Ströme aufgeteilt, sodann wird der erste Strom in einer Vortrennstufe in eine CO2-arme und eine CO2-reiche Fraktion destillativ getrennt, wonach beide Fraktionen, sowie der zweite Rohgasstrom der Mitteldruckstufe der Rektifikation zugeführt werden.
Dieses Verfahren erfordert jedoch einen erhöhten Einsatz an Verdichterarbeit zur Bereitstellung von Kälte am Kopf der Mitteldrucksäule.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von Stickstoff aus CO2-haltigem Erdgas so auszugestalten, daß die erforderliche Rückverdichtungsenergie vermindert wird und ein höherer CO2-Gehalt im Erdgas geduldet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Erdgas vor der Vortrennung durch Kühlung in eine Gasphase und eine Flüssigphase getrennt wird, wonach ausschließlich die Flüssigphase der Vortrennung unterworfen wird.
Da die Vortrennsäule erfindungsgemäß nur mit Flüssigkeit gespeist wird, wird sie damit thermodynamisch besser genutzt und es entsteht bei vergleichbarer Kälteleistung des Kopfkondensators der Vortrennsäule mehr CO2-armes Kopfprodukt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß somit die Verdichterarbeit zur Bereitstellung von Kälte am Kopf der Mitteldrucksäule minimiert wird.
Die bei der Kühlung und Ankondensierung des Erdgases (zu etwa 2/3) gebildete Gasphase die jedoch nicht der Vortrennung unterworfen wird, sowie das in der Vortrennung gebildete CO2-arme, stickstoffreiche Kopfprodukt werden erfindungsgemäß der Mitteldruckrektifikation zugeführt, wobei letzteres oberhalb der Gasphase in die Rektifikation aufgegeben wird. Dieser vermehrte CO2-arme Rücklauf für die Mitteldrucksäule, in Verbindung mit einer verminderten Rohgaseintragung über die nach der Kühlung verbleibende Gasphase, erleichert vorteilhaft die Trennaufgabe der Mitteldrucksäule.
Von dem Sumpf der Vortrennung wird ein Produkt abgezogen, welches bis zu 83% des in dem Erdgas enthaltenen CO2 und bis zu 50% des in dem Erdgas enthaltenen Methans enthält. Somit ist es möglich, im Vergleich zu anderen Verfahren einen höheren CO2-Gehalt im Erdgas zu dulden.
Dieses in der Vortrennung gebildete CO2-reiche Sumpfprodukt wird, in Weiterbildung des Erfindungsgedankens, mit einem Gemisch bestehend aus den methanreichen Sumpfprodukten der Mittel- und Niederdruckrektifikation zusammengebracht.
Die Erfindung bezieht sich überdies auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Vortrennsäule, einer Mitteldrucksäule und einer Niederdrucksäule, wobei der Vortrennsäule ein Abscheider vorgeschaltet ist, dessen Kopf durch eine Leitung mit der Mitteldrucksäule verbunden ist, während der Sumpf durch eine Leitung mit der Vortrennsäule verbunden ist. Ferner ist der Sumpf der Vortrennsäule durch eine weitere Leitung mit dem Sumpf der Mitteldrucksäule, sowie der Niederdrucksäule verbunden.
Im folgenden sei die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
510 mol/s einer Erdgasmischung werden bei 316 K und 56 bar durch Leitung 1 in einem Wärmetauscher 2 auf 179 K abgekühlt und einem Abscheider 3 zugeführt. Das Erdgas hat folgende Zusammensetzung:
N₂
28,9 mol%
CH₄ 59,5 mol%
C₂+ 11,2 mol%
CO₂ 0,40 mol%.
Die bei der Kühlung gebildete Gasphase wird in einem weiteren Wärmetauscher 4 abgekühlt und über Leitung 5 einer Mitteldrucksäule 6 zugeführt, während die Flüssigphase über Leitung 7 einer Vortrennsäule 8 zugeführt wird. Am Kopf der Vortrennsäule 8 wird ein Teilstrom über Leitung 9 abgezogen, in dem Wärmetauscher 4 gekühlt und in die Säule als Rücklauf zurückgeführt. Ebenso wird am Sumpf der Vortrennsäule 8 ein Reboilerstrom über Leitung 10 abgezogen und um die N 2-Ausgasung zu bewirken, nach Erwärmung in Wärmetauscher 2 wiederum dem Sumpf der Säule zugeführt.
Über Leitung 11 wird ein CO2-armes Kopfprodukt der Vortrennsäule 8 entnommen und der Mittelsäule 6 oberhalb der Einspeisestelle der Gasphase zugeführt. Diese Kopfprodukt hat folgende Zusammensetzung:
N₂
50,03 mol%
CH₄ 49,90 mol%
C₂+ 0,03 mol%
CO₂ 0,04 mol%.
Wie bei der Vortrennsäule 8, werden bei der Mitteldrucksäule 6 Teilströme über Leitung 12 am Kopf der Säule, Leitung 13 am mittleren Abschnitt der Säule und Leitung 14 am Sumpf der Säule abgezogen und nach Kühlung in Wärmetauscher 15 oder Erwärmung in Wärmetauscher 4 in die Säule zurückgeführt. Über Leitung 16 wird N 2-reiche Flüssigkeit der Mittedrucksäule 6 nach Unterkühlung im Wärmetauscher 20 in eine Niederdrucksäule 17 geführt.
Auch am Sumpf der Niederdrucksäule 17 wird ein Reboilerstrom über Leitung 18 abgezogen, im Wärmetauscher 15 erwärmt und wiederum dem Sumpf der Säule zugeführt.
134 mol/s eines Gases werden am Kopf der Niederdrucksäule 17 bei 82 K und 1,5 bar abgezogen und nach Anwärmung auf 30 K in den Wärmetauschern 19, 20, 21, 4 und 2 über Leitung 22 als N 2-reiches Produkt mit folgender Zusammensetzung gewonnen.
N₂
99,3 mol%
CH₄ 0,7 mol%.
37,6 mol/s des methanreichen Sumpfproduktes der Niederdrucksäule 17 werden nach Anwärmung auf 306 K in den Wärmetauschern 20, 21, 4, 2, auf 15,8 bar in den Kolbenverdichtern 23 verdichtet und über Leitung 24 mit 128 mol/s des methanreichen Sumpfproduktes der Mitteldrucksäule 6, welche bei 15,8 bar über Leitung 25 abgezogen und in den Wärmetauschern 4 und 2 auf 306 K angewärmt wurden, vereinigt. Diese Sumpfprodukte haben folgende Zusammensetzung:
Niederdrucksumpfprodukt:
N₂
2,4 mol%
CH₄ 97,6 mol%
CO₂ 1 ppm
Mitteldrucksumpfprodukt:
N₂
3,90 mol%
CH₄ 93,20 mol%
CO₂ 0,26 mol%
C₂+ 2,64 mol%
Schließlich werden vom Sumpf der Vortrennsäule 8 215 mol/s CO2-reiches Produkt über Leitung 26 bei 41 bar abgezogen und in Wärmetauscher 2 auf 306 K erwärmt. Die vereinigten methanreichen Sumpfprodukte der Mittel- und Niederdrucksäule werden zusammen mit dem Sumpfprodukt der Vortrennsäule in einen Kompressor 27 eingespeist und ein Produktgas wird über Leitung 28 mit folgender Zusammensetzung gewonnen:
N₂
3,76 mol%
CH₄ 80,62 mol%
CO₂ 0,54 mol%
C₂+ 15,08 mol%

Claims (9)

1. Verfahren zur Abtrennung von Stickstoff aus CO2-haltigem Erdgas durch destillative Vortrennung in ein CO2-armes und ein CO2-reiches Produkt, mit anschließender Mittel­ und Niederdruckrektifikation, wobei Stickstoff als Kopfprodukt der Niederdruckrektifikation abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdgas vor der Vortrennung durch Kühlung in eine Gasphase und eine Flüssigphase getrennt wird, wonach ausschließlich die Flüssigphase der Vortrennung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Kühlung gebildete Gasphase, unter Umgehung der Vortrennung, der Mitteldruckrektifikation zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Vortrennung gebildete CO2-arme Kopfprodukt der Mitteldruckrektifikation oberhalb der Gasphase zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Vortrennung gebildete CO2-reiche Sumpfprodukt mit einem Gemisch bestehend aus den methanreichen Sumpfprodukten der Mittel- und Niederdruckrektifikation vereinigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Sumpfprodukte vor der Vereinigung verdampft und verdichtet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das CO2-reiche Sumpfprodukt der Vortrennung bis zu 83% des in dem Erdgas enthaltenen CO2 enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das CO2-reiche Sumpfprodukt der Vortrennung bis zu 50% des in dem Erdgas enthaltenen Methans enthält.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Vortrennsäule (8), einer Mitteldrucksäule (6) und einer Niederdrucksäule (17), dadurch gekennzeichnet, daß der Vortrennsäule (8) ein Abscheider (3) vorgeschaltet ist, dessen Kopf durch eine Leitung (5) mit der Mitteldrucksäule (6) verbunden ist, während der Sumpf durch eine Leitung (7) mit der Vortrennsäule (8) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf der Vortrennsäule (8) durch eine Leitung (26) mit dem Sumpf der Mitteldrucksäule (6), sowie der Niederdrucksäule (17) verbunden ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2826371A1 (fr) * 2001-06-26 2002-12-27 Inst Francais Du Petrole Procede de pretraitement d'un gaz naturel contenant des composes acides
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