DE1302036B - Method for breaking down a gas mixture consisting of methane and high-boiling hydrocarbons, in particular natural gas, by means of rectification - Google Patents
Method for breaking down a gas mixture consisting of methane and high-boiling hydrocarbons, in particular natural gas, by means of rectificationInfo
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Description
1 21 2
Erdgas steht in großen Mengen an bestimmten dichtet, durch Wärmeaustausch abgekühlt, isenthalp Orten zur Verfügung. Es wird von dort — teilweise entspannt und in einem Abscheider in einen gasförunter Zwischenschaltung des Flüssigtransports — migen und in einen flüssigen Anteil zerlegt wird. Ein über Pipelinesysteme an die Verbraucherzentren her- Teil des flüssigen Anteils gelangt als Rücklaufflüssigangeführt. Der Druck in der Fernleitung liegt im all- 5 keit wieder in die Rektifizierkolonne. Weitere Rückgemeinen im Bereich von 30 bis 70 ata. laufflüssigkeit besteht aus C1+, gewonnen durch Hochwertiges Erdgas enthält neben der Hauptkom- partielle Kondensation des zu zerlegenden Erdgases, ponente Methan in mehr oder minder großen Kon- Bei diesem Verfahren muß demnach zunächst eine zentrationen die schweren Paraffinkohlenwasserstoffe, größere Menge C1+ kondensiert werden, wenn man deren Abtrennung aus verschiedenen Gründen von io eine hohe Ausbeute an C2+ erreichen will. Im we-Interesse sein kann. Einmal läßt sich durch Abtren- sentlichen besteht daher dieses Verfahren aus einer nen der schweren Kohlenwasserstoffe der Heizwert zweistufigen partiellen Kondensation, deren Kondendes Erdgases auf einen gewünschten Wert einstellen, sate destillativ getrennt werden. Dagegen ist eine parwobei häufig auf die vollständige Äthanabtrennung tielle Kondensation beim Verfahren der Erfindung zugunsten des Heizwertes verzichtet wird. Weiter stel- 15 nicht notwendig.Natural gas is available in large quantities at certain tightly sealed, cooled by heat exchange, isenthalpic locations. From there it is - partially expanded and in a separator in a gas-conveying intermediate connection of the liquid transport - migen and is broken down into a liquid part. A part of the liquid part reaches the consumer centers via pipeline systems as return liquid. The pressure in the long-distance line is generally back in the rectification column. Other backslides in the range of 30 to 70 ata. continuous liquid consisting of C 1 +, obtained by High quality natural gas contains in addition to the Hauptkom- partial condensation of the to be fractionated natural gas component methane in more or less large con- In this method must therefore first an concentrations condenses the heavy paraffinic hydrocarbons, larger amount C 1 + if you want to achieve a high yield of C 2 + their separation from io for various reasons. May be in we-interest. On the one hand, this process can therefore consist of a two-stage partial condensation of the heavy hydrocarbons, the calorific value, of which the condensation of the natural gas is adjusted to a desired value, which is then separated by distillation. In contrast, a partial condensation is often dispensed with in the process of the invention in favor of the calorific value. Further- 15 not necessary.
len die schweren Kohlenwasserstoffe eine Ausgangs- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zer-len the heavy hydrocarbons a starting The invention is based on the object of a decomposition
basis für eine der Pipeline benachbarte petroche- legungsverfahren der genannten Art zu schaffen, welmische Industrie oder für den Flüssigkeitsmarkt dar. ches nicht mit den oben erwähnten Einschränkungento create the basis for a petrochemical process of the type mentioned adjacent to the pipeline, welmische Industry or for the liquid market. Ches not with the above mentioned restrictions
Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei wel- und Nachteilen behaftet ist. Gefunden wurde ein chem die schweren Kohlenwasserstoffe durch par- 20 Verfahren zur Zerlegung eines aus Methan und tielle Kondensation abgeschieden und durch zwei- schwerer siedenden Kohlenwasserstoffen bestehenden stufige partielle Verdampfung konzentriert werden. Gasgemisches, insbesondere Erdgas, mittels Rektifi-Bei diesem Verfahren ist der Abscheidungsgrad der kation in einer Abtriebskolonne, der gegebenenfalls höheren Kohlenwasserstoffe bestimmt durch die Ein- eine Abtriebssäule zur Entmethanisierung (Entgangskonzentrationen, den Abscheidungsdruck und 25 methanisierangskolonne) der Sumpfflüssigkeit aus der die Abscheidungstemperatur, er ist also nicht frei Abtriebskolonne nachgeschaltet wird, welches dawählbar bezüglich der einzelnen Komponenten. Ein durch gekennzeichnet ist, daß der Rücklauf für die Nachteil dieses Verfahrens besteht z. B. dann, wenn Abtriebskolonne zumindest teilweise durch Wärmeniedrige Ausbeuten an Äthan, aber hohe Ausbeuten austausch mit Sumpfflüssigkeit aus der Abtriebsan Propan und allen höhersiedenden Kohlenwasser- 30 kolonne erzeugt wird, die in einem Rücklaufverflüsstoffen erwünscht sind. Einen gewissen, aber eben- siger unter reduziertem Druck verdampft. Wenn der falls begrenzten Spielraum bieten demgegenüber Ver- Abtriebskolonne eine Entmethanisierungskolonne fahren, bei denen das Erdgas mehrstufig bei ver- nachgeschaltet ist, wird die Verdampfung der Sumpfschiedenen Temperaturen partiell kondensiert wird. flüssigkeit zweckmäßigerweise nur so weit getrieben,A method has become known which has disadvantages and disadvantages. One was found chem the heavy hydrocarbons through par- 20 process for the decomposition of one from methane and tial condensation deposited and existing by two-higher boiling hydrocarbons stage partial evaporation are concentrated. Gas mixture, in particular natural gas, by means of rectification This process is the degree of separation of the cation in a stripping column, which may be higher hydrocarbons determined by the inlet a stripping column for demethanization (escape concentrations, the separation pressure and 25 methanization column) of the bottom liquid from the the separation temperature, so it is not freely downstream of the stripping column, which can be selected regarding the individual components. A is characterized by that the return for the The disadvantage of this method is z. B. when stripping column at least partially due to low heat yields of ethane, but high yields exchange with bottom liquid from the Abtriebsan Propane and all higher-boiling hydrocarbon columns are generated in a reflux liquefier are desired. Evaporated to a certain extent, but more evenly, under reduced pressure. If the if there is limited leeway, on the other hand, stripping columns offer a demethanization column in which the natural gas is connected in several stages at, the evaporation of the sump separates Temperatures is partially condensed. liquid expediently only driven so far,
Weiter ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein 35 daß man in der Entmethanisierungskolonne ohne verflüssigtes Erdgas in den mittleren Teil einer Trenn- Verstärkungsteil auskommt.A method is also known in which a 35 that one in the demethanization column without Liquefied natural gas gets by in the middle part of a separating reinforcement part.
säule eingeführt und in dieser in eine schwersiedende Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet beson-introduced column and in this in a high-boiling The method according to the invention offers special
Sumpfflüssigkeit und ein methanreiches Kopfgas zer- ders bei Zerlegung von unter hohem Druck stehenlegt wird, wobei der Rücklauf für den oberen Teil dem Erdgas besondere Vorteile, weil der Abscheider Säule durch teilweise Verflüssigung des Kopf- 40 dungsgrad der schweren Kohlenwasserstoffe bei gleigases mit kaltem Erdgas erzeugt wird. Dieses Ver- eher Flüssigkeitsmenge höher ist als bei Verfahren fahren geht von flüssig angeliefertem Erdgas aus. durch partielle Kondensation. Ferner ist der AufwandSump liquid and a methane-rich head gas decomposer when decomposing are under high pressure is, with the return for the upper part of the natural gas special advantages because of the separator Column by partially liquefying the degree of topping of the heavy hydrocarbons at gleigases is generated with cold natural gas. This amount of liquid tends to be higher than with procedures driving is based on natural gas supplied in liquid form. through partial condensation. Furthermore, the effort is
Ein weiteres Verfahren zur Erdgaszerlegung macht für die Rücklauferzeugung geringer, sofern man von ebenfalls von der Trennung durch Rektifikation Ge- gasförmigem Erdgas ausgeht, und die Entmethanibrauch und besteht darin, daß die Kälte zur Rück- 45 sierang der schweren Kohlenwasserstoffe ist leichter lauferzeugung durch zumindest teilweise Entspan- durchzuführen, weil diese unter reduziertem Druck nung des methanhaltigen Kopfgases in einem Wirbel- bei günstigeren relativen Flüchtigkeiten durchgeführt rohr aufgebracht wird. Der Sumpf des Abtriebsteiles wird.Another method for natural gas separation makes for the return generation less, provided one of also starts from the separation by rectification of gaseous natural gas, and the use of demethane and consists in the fact that the cold to reduce the heavy hydrocarbons is easier Run generation to be carried out by at least partial expansion, because this is carried out under reduced pressure tion of the methane-containing head gas carried out in a vortex with more favorable relative volatilities pipe is applied. The bottom of the stripping section is.
der Kolonne wird bei diesem Verfahren geheizt. Die- Bei extrem hohen Erdgasdrücken kann es zur Er-the column is heated in this process. The- At extremely high natural gas pressures, it can
ses Verfahren ist dann von Nachteil, wenn für die bei 50 zielung einer günstigen Trennwirkung zweckmäßig der Entspannung anfallende Methanmenge keine Ver- sein, das zu zerlegende Erdgas vor Eintritt in die wendung unter reduziertem Druck vorhanden ist und Kolonne arbeitsleistend oder isenthalp zu entspandieses Methan z. B. erst wieder auf den Pipelinedruck nen. Dabei ist es im Hinblick auf die Erfindung unnachverdichtet werden muß. erheblich, ob diese Entspannung bei hoher Tempe-This process is disadvantageous if it is expedient to achieve a favorable separating effect The amount of methane accruing from the expansion does not negate the natural gas to be decomposed before it enters the Application is available under reduced pressure and the column is performing work or isenthalpic to depressurization Methane e.g. B. only NEN again on the pipeline pressure. It is not redensified with regard to the invention must become. significantly whether this relaxation at high temperatures
Bei einem anderen Verfahren zur Erdgaszerlegung 55 ratur zwecks Energieerzeugung oder bei tiefer Temwird der Fraktionierkolonne unterhalb des Kopfes peratur zwecks Kälteerzeugung erfolgt, eine Zwischenfraktion entzogen und so hoch verdich- Eine weitgehende Konzentrierung der schwerenIn another method for natural gas separation 55 temperature for the purpose of energy production or at low temperatures the fractionation column is below the head temperature for the purpose of refrigeration, an intermediate fraction withdrawn and so highly compressed. An extensive concentration of the heavy ones
tet, daß sie den Kolonnensumpf beheizen kann, wo- Kohlenwasserstoffe läßt sich schließlich dadurch erbei sie teilkondensiert. Danach wird sie entspannt reichen, daß man der Abtriebs- und Entmethanisie- und als Flüssigkeit-Dampf-Gemisch zurück in den 60 rungskolonne eine Verstärkungskolonne isobar nach-Kolonnenkopf geleitet. Hier gibt sie Kälte ab; der schaltet.tet that it can heat the column sump, where- hydrocarbons can ultimately be obtained they partially condensed. After that, it will be enough to relax the stripping and demethanizing and as a liquid-vapor mixture back into the 60 rectifying column, an isobaric rectifying column downstream of the top of the column directed. Here it gives off cold; who switches.
Flüssiganteil dient als Rücklaufflüssigkeit. Bei diesem In der Zeichnung sind zur Erläuterung der Er-The liquid part serves as the return liquid. In the drawing, to explain the
Verfahren ist zur Rücklauferzeugung ein ziemlicher findung Ausführungsbeispiele derselben in schema-Aufwand erforderlich, da ein besonderer Kreislauf tischer Form dargestellt, und zwar zeigt mit einem Kompressor, einem Nachkühler und ein 65 F i g. 1 eine Anlage zur begrenzten Abtrennung oder zwei Wärmeaustauschern erforderlich ist. von Äthan und zur fast vollständigen AbtrennungMethod is quite a fiction for generating return, exemplary embodiments of the same in schema-complexity required, because a special cycle of table form is shown, namely shows with a compressor, an aftercooler and a 65 F i g. 1 a facility for limited separation or two heat exchangers is required. of ethane and for almost complete separation
Schließlich ist noch ein Erdgaszerlegungsverfahren aller höher als Äthan siedenden Kohlenwasserstoffe bekannt, bei dem das gesamte Kopfgas zweistufig ver- aus Erdgas undFinally, there is a natural gas separation process for all hydrocarbons that boil higher than ethane known, in which the entire top gas is made up of natural gas and in two stages
F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1, wobei im Gegensatz zu F i g. 1 das Erdgas vor Eintritt in die Kolonne entspannt und dann in die Mitte der Kolonne eingespeist wird.F i g. 2 shows an excerpt from FIG. 1, whereby in contrast to FIG. 1 the natural gas before it enters the Column is relaxed and then fed into the middle of the column.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Erdgaszerlegungsanlage nach F i g. 1 besteht aus der Abtriebskolonne 7, der Entmethanisierungskolonne 21, den Trocknern 3 A und 3 B, dem Gegenströmer 5, dem Rücklaufkondensator 9 und dem Nachverdichter 27. In der Anlage nach Fig. 2 ist außer dem Nachverdichter 27 noch ein weiterer Nachverdichter 37 vorgesehen. Die Türbine 35 dient zur Teilentspannung des Erdgases.The natural gas separation plant according to FIG. 1 consists of the stripping column 7, the demethanization column 21, the dryers 3 A and 3 B, the countercurrent 5, the reflux condenser 9 and the booster 27. In the system according to FIG. 2, in addition to the booster 27, another booster 37 is provided. The door bead 35 is used for partial expansion of the natural gas.
Von dem in der Pipeline 1 ankommenden Erdgas wird der für die Zerlegung notwendige Teil abgezweigt, über 2 einem der beiden Trockner 3 A, 3 B und eventuell weiteren, hier nicht gezeichneten Reinigungseinheiten zugeführt. Das gereinigte Gas steht konventionelle Weise beigesteuert werden, z. B. durch Anwendung einer Propan-Äthan-Kaskade oder durch Kälte, die bei der Vorentspannung des Erdgases erzeugt wird, wie es in F i g. 2 gezeigt wird.From the natural gas arriving in the pipeline 1, the part necessary for the decomposition is branched off, fed via 2 to one of the two dryers 3 A, 3 B and possibly further cleaning units not shown here. The purified gas is available to be contributed conventionally, e.g. B. by using a propane-ethane cascade or by cold, which is generated during the pre-expansion of the natural gas, as shown in FIG. 2 is shown.
In der Entmethanisierungskolonne 21 wird die schwere Kohlenwasserstofffraktion unter 21 ata bis zum gewünschten Grad von Methan befreit und über 24 der weiteren Zerlegungsanlage zugeführt. Diese Fraktion, 9021 Nm3/h, hat folgende Zusammensetzung: In the demethanization column 21, the heavy hydrocarbon fraction is freed from methane to the desired degree below 21 ata and fed via 24 to the further separation plant. This fraction, 9021 Nm 3 / h, has the following composition:
0 4 Volumprozent CH
62'7 Volumprozent C H
207 Volumprozent C2H6
6'2 Volumprozent C3H8 und C H
' 4 10 " '" 0 4 percent by volume CH
62 ' 7 percent by volume CH
207 volume percent C 2 H 6
6 ' 2 percent by volume C 3 H 8 and CH
' 4 10 "'"
Die Wärme für den Dampf auf trieb wird in der Entmethanisierungskolonne 21 über zwei getrennte Wärmeaustauscher 22 und 23 zugeführt. Die Ver-Wendung von zwei Wärmeaustauschern gestattet eine i A d ili dieThe heat for the steam is driven on in the demethanization column 21 via two separate ones Heat exchangers 22 and 23 supplied. The use of two heat exchangers allows one i A d ili the
dann in 4 vor der Tieftemperaturanlage beispiels- gthen in 4 in front of the cryogenic system, for example g
weise unter 50 ata, 20° C und 191200 Nm3/h zur 20 günstigere Anpassung der Arbeitslinien aninstruct below 50 ata, 20 ° C and 191200 Nm 3 / h for 20 more favorable adaptation of the working lines
Verfügung mit einer Zusammensetzung von Gleichgewichtskurve und erspart damit Energie.Available with a composition of equilibrium curve and thus saves energy.
90 9 Volumprozent CH Die zweite Methanfraktion, 31129 Nm3Zh, die im
7*2 Volumprozent C H Vergleich zur ersten Methanfraktion klein ist und nur
16 Volumprozent CYi aus ursPrungucn in der Sumpf flüssigkeit der Abtriebs-02
Volumprozent C3H* 25 kolonne 7 gelöstem Methan besteht, wird über 25 ab-01
Volumprozent cV gezogen, im Wärmeaustauscher 5 wieder auf Umge-'
" m bungstemperatur erwärmt, über 26 einem Nachver-Das
Erdgas wird im Gegenströmer 5 durch Wärme- dichter 27 zugeführt, in diesem auf etwa Pipelineaustausch
mit den beiden anfallenden Methanfrak- druck verdichtet, der ersten über 12,5 und 14 abgetionen
bis auf etwa — 50° C abgekühlt und über 6 in 30 zogenen und erwärmten Methanfraktion zugemischt
den unteren Teil der Abtriebskolonne 7 eingespeist. und durch 29 in die Fortsetzung 31 der Pipeline ein-Über
ihren Kopf 8 entweicht ein Methan-Äthan-Gemisch, welches durch noch zu erläuternden
Wärmeentzug weiter abgekühlt und zum Teil verflüssigt wird. Über 10 strömt dieses Flüssigkeits- 35
Dampf-Gemisch dem Abscheider 11 zu, aus welchem90 9 percent by volume CH The second methane fraction, 31129 Nm 3 Zh, which is 7 * 2 percent by volume CH compared to the first methane fraction is small and only 16 percent by volume CYi from urs P run g ucn in the sump liquid of the output 02 percent by volume C 3 H * 25 column 7 dissolved methane is, is pulled over 25 ab 01 volume percent cV, in the heat exchanger 5 again environ- ' "m ambient temperature heated, 26 a Nachver-The natural gas is supplied in countercurrent 5 by heat denser 27, in this compressed to approximately pipeline exchange with the two accruing methane fraction pressure, the first cooled over 12.5 and 14 discharges to about -50 ° C and over 6 in 30 drawn and heated methane fraction mixed in the lower part of the stripping column 7 and fed through 29 In the continuation 31 of the pipeline a methane-ethane mixture escapes via its head 8, which is due to be explained
Heat extraction is further cooled and partially liquefied. This liquid 35 flows through 10
Steam mixture to the separator 11, from which
ih iih i
über 12 die erste Methanfraktion entweicht und im Wärmeaustauscher5 wieder auf Umgebungstemperatur angewärmt wird. In Leitung 14 stehen dann 151 050 Nm3/h Methan unter 48 ata zur Verfügung. Es erfolgt also nur eine geringe, den Strömungsverlusten entsprechende Druckabsenkung der ersten Methanfraktion. Über 13 läuft der Rücklauf der Abtriebskolonne 7 zu.The first methane fraction escapes via 12 and is reheated to ambient temperature in the heat exchanger5. In line 14, 151 050 Nm 3 / h methane at 48 ata are then available. There is therefore only a slight pressure reduction in the first methane fraction, corresponding to the flow losses. The reflux of the stripping column 7 runs via 13.
gegeben. Während eines Stillstandes der Anlage geht das unzerlegte Erdgas von dem Leitungsabschnitt 1 über das Ventil 30 direkt zum Leitungsabschnitt 31. Bei dem Verfahren nach F i g. 2 wird in Abänderung des Verfahrens nach F i g. 1 das Erdgas vor Eintritt in die Abtriebskolonne 7 entspannt, und zwar zum Teil arbeitsleistend über Leitung 34 in der Turbine 35 und Leitung 36, zum Teil isenthalp im Drosselventil 39. Vor Einspeisung in die Pipeline über 29 muß das gesamte Methan im Kompressor 37 nachverdichtet werden. Einen Teil dieser Verdichtungsenergie kann die Turbine 35 beisteuern. Die mittige Einführung des Erdgases in die Abtriebs-given. When the plant is at a standstill, the natural gas that has not been broken down leaves line section 1 via the valve 30 directly to the line section 31. In the method according to FIG. 2 becomes in amendment of the method according to FIG. 1 relaxes the natural gas before entering the stripping column 7, and although partly doing work via line 34 in the turbine 35 and line 36, partly isenthalpic in the Throttle valve 39. Before it is fed into the pipeline via 29, all of the methane must be in the compressor 37 be redensified. The turbine 35 can contribute part of this compression energy. the central introduction of the natural gas into the output
g g gg g g
Die im Sumpf der Abtriebskolonne 7 anfallende 45 kolonne 7 gestattet eine weitgehende Methanabtren-Flüssigkeit hat eine Zusammensetzung von nung bereits in dieser Kolonne. Die notwendige Gas-The 45 column 7 obtained in the bottom of the stripping column 7 allows a substantial amount of methane separating liquid has a composition of voltage already in this column. The necessary gas
70 9 Volumprozent CH
2U,d Volumprozent CoHfi 70 9 volume percent CH
2U, d percent by volume C o H fi
7 1 Volumprozent C"H7 1 percent by volume C "H
10 Volumprozent CYi 10 percent by volume CYi
u,4 ν ommprozent ^nIin,u, 4 ν omm percent ^ n Ii n ,
5° wärme wird über den Wärmeaustauscher 38 zugeführt. Die Restkälte für den Rücklaufverflüssiger 9 Iiefert eme Teilentspannung des Erdgases in der Turbine35· Die erste Methanfraktion wird über den Rücklaufverflüssiger 9 zurückgeführt und gibt fühl- 5 ° of heat is supplied via the heat exchanger 38. The residual cold for the return condenser 9 supplies a partial expansion of the natural gas in the turbine35 The first methane fraction is returned via the return condenser 9 and gives
Diese Fraktion enthält neben Methan alle Kohlenwasserstoffe in der gewünschten Menge. Äthan ist mit geringem Überschuß vorhanden, weil ein geringer Teil des abgetrennten Äthans mit der zweiten Methanfraktion wieder verlorengeht. Die Sumpffraktion, 40 150 Nm3/h, wird über 15 abgezogen, im Ventil 16 entspannt und durch 17 weitergeleitet. Die im Rücklaufkondensator 9 abgegebene Kälte und damit das Flüssigkeit-Dampf-Verhältnis der Sumpffraktion bei Eintritt in die Entmethanisierungskolonne 21 kann über Leitung 19 mit Ventil 20 sowie durch das Ventil 32 eingestellt werden. Die Kältemenge, die von der Sumpfflüssigkeit im Rücklaufverflüssiger 9 abgegeben wird, hängt ab vom Druck und von der Durchflußmenge in der Leitung 18. Die darüber hinaus benötigte Kälte kann über die Leitung 33 aufIn addition to methane, this fraction contains all hydrocarbons in the desired amount. Ethane is available in a small excess because a small part of the separated ethane is lost again with the second methane fraction. The bottom fraction, 40 150 Nm 3 / h, is withdrawn via 15, relaxed in valve 16 and passed on through 17. The cold released in the reflux condenser 9 and thus the liquid-vapor ratio of the bottom fraction on entry into the demethanization column 21 can be adjusted via line 19 with valve 20 and via valve 32. The amount of cold that is given off by the sump liquid in the return condenser 9 depends on the pressure and the flow rate in the line 18
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