DE1619858A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Komponentenkonzentration in der Dampfphase - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Komponentenkonzentration in der Dampfphase

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Cheek James Herold
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Description

CONTINENTAL OIL GOMPANT, Ponoa City, Oklahoma, U.S.A.
"Verfahren und Vorrichtung zur Komponentenkonzentration in der Dampfphase"
Die Erfindung "betrifft die Abscheidung von Kohlenwasserstoffen intermediären Molekulargewichts aus einem Grasstrom. Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung die Rückgewinnung von Äthan aus einem Strom von Naturgas sowie von Äthan und Äthylen aus einem Strom von Raffineriegas.
Zahlreiche Kohlenwasserstoffgasströme werden zur Wiedergewinnung von Propan und Kohlenwasserstoffen höheren Molekulargewichts verarbeitet, die darin vorhanden sind. Die Kohlenwasserstoffe intermediären Molekulargewichts> insbesondere Äthan und Äthylen haben nun auch als Rohstoffquelle für gewisse chemische Synthesen an Bedeutung gewonnen. Häufig jedoch, sogar wenn die Äthan- und Äthylenanteile in diesen Kohlenwasserstoffgasströmen ■beträchtlich sind, werden sie wegen der Kosten der erforderlichen Anlagen nicht zurückgewonnen. Die am häufigsten zur Wiedergewinnung verwendeten Verfahren gründen sich im wesentlichen auf die Absorption von Äthan und Äthylen in einem Kaltölabsorber und der darauf folgenden Rückgewinnung des Äthan und Äthylens durch Regenerierung des flüssigen Absorptionsmittels. Die Verfahren der Absorption in kaltem Öl sind aber nicht vorteilhaft, da sie ein grosses Maß an "kostspieligen Kühlanalgen erfordern. Es ist naheliegend, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Äthan und Äthylen, die bei oder annähernd bei Lufttemperatur arbeitet vorteilhaft wäre«.
Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffen intermediären Molekulargewichts aus Kohlenwasserstoffgasströmen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Kohlenwasserstoflen intermediären Molekulargewichts, wobei ein Minimum an Kühlvorrichtungen erforderlich ist«
Ein„vweiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine VorrichtunV "zur Bückgewinnung von Äthan und Äthylen aus Koh.1 enwasserstoi'Lv .-": 4:?*; .·'■■■'. 'lurch Adsorption bei oder annähe -ad h'-Λ L'.Ft-
10 9812/1347. bad original
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von Äthan und Äthylen aus Kohlenwasserstoffgasströmen in wirksamer und wirtschaftlicher Weise.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus nachfolgender Beschreibung an Hand beiliegender zeichnungen hervor, worin:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Anwendung des Verfahrens und die Vorrichtung zeigt;
Pig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform zeigte
In kurzen Zügen besteht die Erfindung in einem zyklischen Verfahren und einer Vorrichtung zur Rückgewinnung von Gasen intermediären Molekulargewichts, wie z.B. Äthan und Äthylen,aus einem Gasstrom durch zyklische Adsorption dieser Gase in einem oder mehreren Betten fester Adsorbentienj ein anderes Bett solcher Adeorbentien (das mit A*than und oder Äthylen gesättigt ist) wird regeneriert, indem erhitztes Regenieriergas in einem geschlossenen Heiz- oder Regenerierkreis durch dasselbe geleitet wird. Beim Erhitzen dieses Adsorberbetts wird das Äthan und das Äthylen vom Adsorber desorbiert und bildet Teil des kreisenden Regeneriergases, wodurch der Druck im geschlossenen Regenerierkreis ansteigt. Bei Erreichen eines vorausbestimmten Druckes im Heizkreis wird ein Teil des darin kreisenden Gases zur Aufrechterhaltung des vorausbestimmten Druckes entfernt, während das Heizen und Regenerieren weitergeführt wird. Dieser entnommene Gasstrom besteht aus eine» an Äthan und Äthylen reichen Gemisch und stellt das gewünschte Produkt des Verfahrens und der Vorrichtung dar. v
Es versteht sich, dass das zu behandelnde Rohgas in erster linie aus Äthan, Äthylen, Methan und anderen inerten Gasen mit nur Spuren von Kohlenwasserstoffen höheren Molekulargewichts, wie z.B. Propan, Butan usw. bestehen muss. Derartige Gasstrüme werden aus Naturgas aus unterirdischen Kohlenwasserstoffreservoiren und G-assträmen gebildet, die bei Erdölraffinerieprozessen anfallen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird an Hand der in Fig.1 gezeigten Ausführungsform nachstehend beschrieben.» Eohgae, wie z.B. Naturgas, das bei einen zurückzugewinnenden Kohlenwasserstoff, wie -.3. Äthan, niedrigeren, "intermediären Molekulargewichts enthält, gelangt über die leitung 1 in dsfe iyjt^m bzw. die Anlage und zu eiaera der Adsorber 16,17,1ö. Die Adnoi -rr sind mit einem Adsorbens, -//■•,3 z.B. Aktivkohle gefüllt, der ir> d .v:ige ist, Kohlenwasserstofft itttermüdiären Molekularem; hUi «tu-- -Ii .- ;r.>hgas' au entfernen. Ee atl
109812/1341 bad original
angenommen, dass der Adsorber 16 "eingeschaltet" ist, obgleich während späterer Phasen die leitungen 3 und 4 dazu dienen, Gas jeweils" den Adsorbern 17 und 18 zuzuführen. Das durch den Adsorber
16 strömende Rohgas erfährt ein Abstreifen des A'thans. Das Restgas strömt vom Adsorber 16 über die Leitung 22 und wird aus dem System abgeführt. In darauf folgenden Phasen des Zy5\kus dienen die Leitungen 23 und 24 ebenso zur Ableitung des Gases aus den Adsorbern
17 und 18 jeweils. Zusammengefasst ist der Adsorptionsschritt des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohgas durch ein Sorptionsmittelkörper geleitet wird, wodurch ein Teil oder sämtliches Gas intermediären Molekulargewichts z.B. äthan entfern wird, wonach das so einer Abscheidung unterworfene Restgas vom Adsorber abgelassen wird.
Wenn das Sorptionsmaterial im Adsorber verbraucht oder mit Athan gesättigt worden ist, muss es regeneriert werden, indem ein erhitztes Gas hindurchgeleitet wird, um das adsorbierte Athan zu desorbieren. Es sei angenommen, dass der Adsorber 18 gerade erhitzt und regeneriert wird. Ein erhitztes Gas, das vor Beginn des Heizschritts aus dem Restgaststrom gewonnen wurde, der einem anderen, im Adsorptionsschritt des Verfahrens befindlichen Adsorber entströmt, fliesst über die Leitungen 11, 7, 14 und 4 zum Adsorber Die Leitungen 11, 5, 12 und 2 und 11,6,13 und 3 dienen dem gleichen Zweck, wenn die Adsorber 16 und 17 regeneriert werden. Das durch den Adsorber 18 strömende erhitzte Gas heizt das Sorptionsmaterial darin auf und bewirkt, dass das adsorbierte Kthan desorbiert wird. Der Gasstrom fliesst vom Adsorber 18 über die Leitungen 24,34 und 27 in die zum Gaserhitzer führenden Leitungen. Die Leitungen 22,32 und 25, »owie 23,33 und 26 dienen dem gleichen Zweck wenn die Adsorber 16 und 17 erhitzt werden. Mit Zunahme der Temperatur des durch den Adsorber 18 kreisenden Regeneriergases und derjenigen des darin befindlichen Sorfctionsmittels nimmt der Druck im Adsorber 18, Heizer 19 und den Verbindungsleitungen und anderen Anlagen beträchtlich zu. Wenn dieser Druck über einen bestimmten Wert ansteigt, wird Gas aus dem Regenerierkeeis durch die Leitung 36 und das Ventil V19 in solchem Maße abgelassen, das der Druck im Adsorber 18 und im Erhitzer bzw. Heizer 19 auf dem vorausbestimmten Wert gehalten wird. Das so entfernte Gas stellt eine Anreicherung des Äthans dar und ist das gewünschte Produkt des Verfahrens. Zu-
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sammenfassend wird der Schritt der Regenerierung des Verfahrens gekennzeichnet durch das Kreisenlassen eines erhitzten Regenerierungsmittels durch ein verbrauchtes Adsorberbett in einem geschlossenen Kreis und Ablassen des an Äthan angereicherten Gases aus dem Kreis zur Aufrechterhaltung eines vorausbestiminten Drucks darin.
Wenn ein Sorptionsmittelkörper ausreichend erhitzt wurde, um das adsorbierte Äthan zu entfernen, muss er gekühlt werden, bevor er wieder als Adsorber arbeiten kann. Es sei angenommen, dass der Adsorber 17 gekühlt werden muss. Das Kühlgas wird vom ganzen oder von einem Teil des Gasstroms gebildet, der durch die Leitung 44 strömt. Der Gasstrom wird durch die Leitung 46 umgelenkt und strömt durch ein Gebläse 21 und- einen Kühler 2o. Das Kühlgas gelangt dann durch die Leitungen 15,9 > 13 und 3 in den Adsorber 17 und von diesem durch die Leitungen 23,33,29 und 38 wieder zu dem Restgasstrom 44 zurück. Zusammenfassend wird der Kühlschritt gemäss dem Verfahren durch Ableiten eines Teils des Restgasstroms vom Adsorgtionsschritt, Kühlen desselben und Durchleiten durch das zu kühlende Bett gekennzeichnet.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist es wünschenswert, dass aus dem zu kühlenden Bett strömendes Gas einem Wärmeaustausch mit Gas im Heizkreis zugeführt wird, indem es durch einen Wärmeaustauscher 41 geht.
Nach Erhitzen eines Sorptionsmittelbettes bis zu einem Zustand in dem das Ad- oder absorbierte Äthan verdampft wird, sind das erhitzte Bett und die damit verbundenen Leitungen mit einem an Äthan reichen Gas gefüllt. Es ist wünschenswert,dieses Gas innerhalb des Systems zurückzuhalten. Gleichzeitig muss ein anderes, verbrauchtes Adeorberbett dem Schritt der Regenerierung unterworfen werden. Um die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu erhöhen, wird deshalb das Gas im heissen Adsorber in den kälten Adsorber übergeleitet, der gerade durch Erhitzen regeneriert werden soll. Ein Teil des Restgases aus dem im Sorptionskreis befindlichen Adsorber wird abgezweigt und in das heisse regenerierte Bett und die damit verbundenen Leitungen einströmen lassen. Gleichzeitig wird Gas im kalten verbrauchten Adsorber in den Restgasstrom zurückbefärdert. Nimmt man gemäss Fig. 1 an, dass Adsorber 1Θ heiss ist und Adsorber 16 gerade an den Regenerierkreis angeschlossen werden soil, so würde Adsorber 17 auf den Adeorptionsschritt geschaltet werden und ein Teil des
109817/1347
aus ihm strömenden Restgases in Leitung 44 durch die Leitungen 46, 47, 15, 1ο, 14 und 4, durch das heisse regenerierte Bett 18 abgezweigt werden. Da eine direkte Verbindung zwischen dem Adsorber und dem Adsorber 16 über die Leitungen 24, 34, 27, 31, 35, 45, 43, ' 4o, den Erhitzer 19, die Leitungen 11, 5, 12 und 2 vorhanden ist, wird ein gewisses G-asvolumen aus dem Adsorber 16 durch die Leitung© 22 verdrängt. Es handelt sich dabei um ein mageres, abgestreiftes Gas, das durch die Restgasleitung 44 abgeleitet wird.
Die Torrichtung bzw. Anlage gem&ss der Erfindung wird nachstehend in der Ausführungsform gemäss Fig. 1 beschrieben.
Die Anlage enthält mindestens 3 Kreise, einen Sorptionskreis, einen Kühlkreis und einen Heiz- oder Regenerierkreis. Der Sorptionskreis besitzt einen verzweigten Rohgaseinlass bzw. eine Rohgaseinlassverzweigung, der mit den drei Adsorberbetten verbunden ist, die ihrerseits mit einer Restgasaustrittsrohrverzweigung verbunden sindt Die Leitung 1 und die Leitungen 2, 3 und 4 zusammen mit den Ventilen V1, V2, und V3 jeweils bilden den verzweigten Gaseinlass bzw. die Gaseinlassrohrverzweigung und dienen zur Steuerung des Rohgaszuflusses in die Adsorber 16, 17 und 18. Ebenso bilden die Leitungen 22, 23 und 24, die an die Leitung 44 angeschlossen sind, und in denen die Ventile V16, V17 und V18 jeweils liegen, dia Restgasauslassrohrverzweigung und steuern den Gasstrom aus den Adsorbern 16,17 und 18, wenn einer davon im Sorptionskreis liegt.
Demzufolge sind, wenn der Adsorber 16 z.B. im Sorptionskreis liegt, die Ventile V1 und V16 geöffnet und die Ventile V2, V3, V4, V7, V1o und V13 geschlossen, so dass Rohgas durch die Leitungen 1 und 2, den Adsorber 16 und die Leitungen 22 und 44 strömen kann.
Der Heiz- oder Regenerierkreis besitzt Ein- und Auslaesrohrverzweig^ingen, die mit den drei Sorptionsbetten einem Kompressor, wahlweise einem Wärmeaustauscher und einem Gaserhitzer verbunden sind. Gemäss Fig. 1 bilden die Leitung 11 und die durch die Ventile V4, V5 und V6 unterbrochenen Leitungen 5, 6 und 7 die Heizgaseinlas«rohrverzweigung, die den Gaserhitzer 19 über die Leitungen 12 und 2, 13 und 3 sowie 14 und 4 mit den Adsorbern 16, 17 und 18 jeweils verbindet. Die durch die Ventile V1o, V11 und V12 unterbrochenen Leitungen 25, 26 und 27 und die Leitungen 31 und 35 bilden die Heizgasauslassrohrverzweigung. Sie wird durch die Leitungen 32 und 22, 33 und 23 sowie 34 und 24 jeweils mit dta A-loorberii 16, 17 und Ιο γ ;ruuaüeii und steht uuer die Leitung 45, iea ...Om1,r^ ■>■:<:■■■
1 O 9 'M ? / 1 3 A 7 BAD ORIGINAL
42, die leitung 4-3, den Wärmeaustauscher 41 und die Leitung 4o mit dem Gaserhitzer 19 in Verbindung. Wenn also der Adsorber 18 im Heizkreis liegt, sind die Ventile V6 und V12 geöffnet und die Ventile V3, V4-, V5, V9, V1o, V11, V15 und V18 geschlossen. Heizgas kann dann vom Gas erhitz er 19 durch leitungen 11, 7, 14, 4, den Adsorber 18, die Leitungen 24, 34, 27, 31, 35, 45, den Kompressor 42, die Leitung 43» den Wärmeaustauscher 41, die Leitung 4o zurück zum Gaserhitzer 19 kreisen. Die Leitung 36 und das Ventil V19 liegen auch im Heizkreis. Mit Portschreiten des Regeneriervorgangs des Adosrberbettes 18 nimmt der Druck im Heizkreis 2uo Wenn dieser Druck einen vorausbestimmten Wert erreicht, wird 6as durch das VentilV19 und die Leitung 36 abgelassen, um diesen vorausbestimmten Druck aufrechtzuerhalten. Das abgelassene Gas ist mit Äthan angereichert, wenn Naturgas verarbeitet wird, und stellt eines der gewünschten Produkte der Anlage dar. Das Ventil.V19 kann j3O ausgebildet sein, dass es automatisch auf den Druck im Heizkreis anspricht, so dass es sich zur Aufrechterhaltung des gewünschten Drucks selbsttätig öffnet und schliesst.
Der Kühlkreis enthält Ein- und Auslasskühlgasrohrverzweigungen, die mit den drei Adsorberbetten, einem Kompressor oder Gebläse (falls erwünscht) und einem Gaskühler in Verbindung stallen. Wie aus Pig» 1 hervorgeht, bildet die Leitung 15 mit den durch die Ventile V7, V8 und V9 unterbrochenen Leitungen 8, 9 und 1o die ISihlgaseinlassrohrverzweigung, die den Kühler 2o über die Leitungen 12 und 2, 13 und 3 sowie 14 und 4 mit den Adsorbern 16,17 und 18 jeweils verbindet. Die f-durch die Ventile V13, V14 und V15 unterbrochenen Leitungen 28, 29 und 3o, sowie die Leitung 38 bilden die Kühlgasauslassrohrverzweigung, die über die Leitungen 32 und 22, 33 und 23, sowie 34 und 24 jareils mit den Adsorbern 16, 17 und 18 verbunden ist und über den Wärmeaustauscher 41 und die Leitung 39 mit der Restgasleitung 44 in Verbindung steht. Wenn also der Adsorber 17 im Kühlgaskreis liegt, sind die Ventile VB und V14 geöffnet und die Ventile V2, V$iVv9, 711, V13, 715 und V17 geschlossen. Dann strömt Gas von der Restgasleitung 44 duroh die Leitung 46, das Gebläse 21, die Seitung 47, den Gaskühler 2o, die Leitungen 15, 9, 13 und 3, den Adsorber 17, die Leitungen 23, 33, 29 und 38, den Wärmeaustauscher 41» due Leitung 39 zurück zur Rest« gasleitung 44.
Wie oben erörtert wurde, wird, wenn ein heisses Adsorberbett vom Heizkreis auf den Kühlkreis umgeschaltet wird, das im heissen Bett vorhandene Gas durch ein aus der Restgasleitung entnommenes Volumen an Gas in ,das verbrauchte Adsorberbett verdrängt. Wenn z.B. der Adsorber 18 vom Heizkreis auf den Kühlkreis umgeschaltet werden soll, und der Adsorber 16 in den Heizkreis eingeschaltet werden soll, wenn der Adsorber 17 in den Sorptionskreis eingeschaltet ist, so werden die Ventile 72, V4, V9, V12, V13 und Y17 offen sein und die Ventile V1, V3, V5, V6, V7, V8, V1o, V11, VH, V15, V18 und V19 geschlossen. Dann strömt Rohgas durch die Leitungen 1 und 3, den Adsorber 17 und das Restgas durch die Leitungen 23 und 4-4. Ein Teil des Restgases wird durch die Leitung 46, das Gebläse 21, die Leitung 47, den Gaskühler 2o, die Leitungen 15, 1o, 14, 4 in den Adsorber 18 abgeleitet; entsprechend wird Gas im Adsorber 18 durch die Leitungen 24, 34, 27, 31, 35, 45, das Gebläse 42, die Leitung 43, den Wärmeaustauscher41, die Leitung 4o, den Erhitzer 19, die Leitungen 11, 5, 12 und 2 in den Adsorber 16 verdrängt. Vom Adsorber 16 strömt Gas durch die Leitungen 22, 32, 28, 38, den Wärmeaustauscher 41, und die Leitung "d3 in die Restgasleitung 44·
Am Ende dieses Verdrängungs- oder Reinigungsschritts werden entsprechende Vetile geöffnet und geschlossen, um den nächsten Zyklus der Adsorption, Heizung und Kühlung der Adsorber auszuführen.
Alternativ kann das aus dem zu regenerierenden Adsorber austretende Gas der Restgasleitung wieder zugeführt werden, indem das Ventil in der Restgas&uslassrohrverzweigung vom Bett geöffnet und das Ventil in der Kühlgasauslassrohrverzweigung geschlossen wird. So würde z.B. entsprechend der obigen Beschreibung der •während des Reinigungsschritts offenen und geschlossenen Ventile das Ventil V16 geöffnet und das Ventil V13 geschlossen bleiben. Durch diese Lelfcungsf olge wird der Wärmeaustauscher 41 umgangen, was in einigen Fällen vorteilhaft sein kann.
Tabelle I zeigt ein vollständiges Schema für das Öffnen und . Schliessen der Ventile für drei Zyklen.
Am Ende der drei Zyklen hat jedes der Adsorberbetten jeden Kreis durchlaufen und ist bereit, seine erste Funktion wiederaufzunehmen. Die Umschaltung jedes BettesTOn einem Kreis zum anderen kann durch einen Zeitschaltmechanismus oder durch auf Temperatur
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Adsorber 16 17 18
Ventile 71 72 73 74 75 76 77 78
71 ο 711 712 713 714 715 716 717 718 719
Tabelle I
Betriebsfolge der Adsorber und 7entile
Adsorbieren Reinigen Heizen Reinigen Kühlen Adsorbieren Kühlen Adsorb. Adsorb.Reinigen Heizen Reinigen Heizen Reinigen Kühlen Adsorb. Adsorb. Reinigen (x) (x) (x)
0 G C G C 0 C 0 C C C 0 C 0 G 0 C
G C
O 0
C C
O 0
G σ
σ C
C C
σ C
0 0
σ 0
C G
0 C
O C C
C G
C O
C O σ
O 0
σ Q
σ O1
C C
σ C
ο 0
σ C
0 0
0 0
0 0
C C
C C
0 C
C 0
C C
C 0
0 C C
C σ
C C
C 0 C
0
C		 S(XX)
σ c c c ο σ ο σ
ο ο
ο σ ο
σ ο σ
Abkürzungen C = Ventil geschlossen ; O = 7entil offen
(χ) Eine Alternativbetriebsfolge wird für jeden Reinigungsschritt
für die 7entile 713 bis 718 in der rechten Spalte wiedergegeben. (XX) Geöffnet, um einen vorausbestimmten Höchstdruck im Heizkreis aufrechtzuhälten.
Tabellen
Adsorber dto. wie m Tabelle I C C σ C C 0 0
7entile 0 0 C C C C C
71 0 C G C 0 O 0 C C
72 C O O 0 σ σ σ σ σ
73 C σ O σ 0 0 0 G σ
74 C 0 G σ 0 0 0 0 0
75 σ C G C 0 0 0 C C
76 0 C C C σ σ C 0 0
77 C C O 0 C C G C σ
78 0 G C 0 0 0 C C C
79 C O C C σ σ 0 O 0
71ο C σ O σ C σ O σ C
711 C σ C σ σ σ O σ σ
712 0 0 C C 0 C C σ σ
713 σ 0 σ 0 σ σ σ 0 C
714 0 C σ σ σ σ σ 0 0
715 σ σ 0 0 σ σ σ σ 0
V16 0 C σ
σ		 ο(χχ) 0
C		 0
C		 0, Ν
ο(χχ)		 σ
σ		 0
σ
717 C 0 0 C σ 0 C σ 0
718
719		 οΟχχ) C
G		 σ 0 0 C 0 0 G
72 ο C σ
721 O 0
bkürzungen dto wie in χ) Reihenfolge in rec
ifii
dto wie in Tabelle I ubrein^n^c^r^
109
BAD
ansprechende Mechanismen gesteuert werden, letztere werden bevorzugt. So kann es z.B. wünschenswert Bein, einen Temperaturfühler in den vom Heizkreis kommenden Leitungen anzuordnen, so dass ein neuer Zyklus eingeleitet werden kann, wenn die Temperatur des im Heizkreis liegenden Bettes einen vorausbestimmten Wert erreicht, wie er durch die Temperatur des dieses Bett verlassenden Heizgases angezeigt wird. Als Adsorbens in den Adsorberbetten wird Aktivkohle bevorzugt«
Fig. 2 stellt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens und der Torrichtung bzw. Anlage gemäss der Erfindung dar. Die meisten Bestandteile sind gleich den in Fig. 1 gezeigten und werden ebenso bezeichnet. In Fig. 2 ist der Adsorfctionskreis der gleiche wie in Fig. 1. Der Heizkreis ist abgeändert worden, indem eine zweite Ablassleitung 48 mit dem Ventil V2o hinzugefügt werden, wie weiter unten erörtert wird. Der Kühlkreis wurde abgeändert, indem die
2o
Lage des Graskühlers/und des Gebläses 21 umgekehrt wurde,und ein Ventil V21 zwischen beiden zu liegen kommt. Weiterhin verbindet eine Leitung 49 die Eingangsseite des Ventils V21 mit der Restgasleitung $4 und eine andere Leitung 5o die Ausgaggsseite des Ventils 521 mit der Eestgasleitung 44.
Beim Verfahren gemäss Fig. 2 bleibt das Schema für die Ventile gemäss Tabelle I das gleiche; der Adsorptions- und der Heizschritt sind ebenfalls die gleichen wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen. Das Ventil V2obleibt geschlossen und das Ventil V21 offen. Der Kühlschritt jedoch wird ausgeführt, indem das durch das zu kühlende Bett geleitete Kühlgas in einem halbgeschlossenen Kühlkreis kreist. Die Lätungen 49 und 5ο sind mit dem Kühlkreis verbundenem zu gestatten, dass zusätzliches Gas aus der Eestgasleitung in den Kühlkreis eintreten kann, während das Kühlen fortschreitet und das Gasvolumen im Kühlkreis kleiner wird.
Angenommen z.B., dass Adsorber 17 gekühlt wird, so fliesst Kühlgas aus dem Kompressor 21 durch die Leitungen 15, 9, 13 und 3, den Adsorber 17, die Leitungen 23, 33, 29 und 38, den Wärmeaustauscher 41, die Leitung 51» den Gaskühler 2o, die Leitung 52, das Ventil V21, die Leitung 53 und zurück zum Gebläse 21. Die Leitungen 49 und 5o verbinden den Kühlkreis mit der Eestgasleitung, und durch diese Leitung strömt genug gas, um die Abnahme des Gasvolumens im Kühlkreis auezugleichen.
"■■··■.„-■ , - 1 η Ci ο 1 λ / λ *s ι η
Beim Reinigungs- oder Verdrängungsschritt wird das Gasvolumen im erhitzten Bett verdrängt, indem in einem halb geschlossenen Kreis Gas aus dem Bett geleitet wird, das gerade erhitzt werden soll in das gerade zu kühlende Bett und gleichzeitig Gas aus diesem in das zu erhitzende. Angenommen das Kühlen des Adsorbers 18 und das Erhitzen des Adsorbers 16 begänne gerade, dann strömt Gas durch das Gebläse 21, die Leitung 15, das Ventil V9, die leitungen 1o, 14 und 4 in den Adsorber 18 und von diesem durch die Leitungen 24, 34 und 27, das Ventil Y12, die Leitungen 31, 35, 45 u das Gebläse 42, die Leitung 43, den Wärmeaustauscher 41, die Leitung 4o den Erhitzer 19, die Le-itung 11, das Ventil V4, die Leitungen 5, 12, 2, den Adsorber 16, die Leitungen 22, 32, das Ventil V13, die Leitungen 28, 38, den Wärmeaustauscher 41, die Leitung 51, den Kühler 2o, das Ventil V21, die Leitung 52, die Leitung 53 und zurück zum Gebläse 21.
Während des letzten Teils des Verdrängungsschrittes kann es wünschenswert sein, den letzten Teil des verdrängten Gases aus dem heisseh Adsorber völlig aus dem System zu verdrängen. Dieses Gas kann Spuren schwererer Kohlenwasserstoffe enthalten, die, falls sie in den zu regenerierenden kalten Adsorber verdrängt werden, dazu neigen würden, sich in dem System anzureichern. Diese schwereren Kohlenwasserstoffe werden als letzte beim Regenerieren des verbrauchten Adsorbers desorbiert und sind die letzten, die aus dem Adsorber mit Portschreiten des Reinigungsschrittes verdrängt werden. Dieser sekundäre Reinigungsschritt wird, durch öffnen des Ventils T72o und Schliessen des Ventils V21 und Ablassen des aus dem in Reinigung befindlichen Bett ausströmenden Gas aus dem System bewerkstelligt. Demzufolge wird gemäss Pig. t der F^iessweg des Gases aus der Leitung 44 durch die Leitung 5o, das Gebläse 21, die Leitung 15, das Ventil V9, die Leitungen 1o, 14, 4, den Adsorber 18, die Leitungen 24, 34, 27, das Ventil V<J2, die Leitungen 31, 35, 45, das Gebläse 42, die Leitungen 43, 48 und das Ventil V2o gehen. Das so abgelassene Gas kann zur Entfernung der sohweren Kohlenwasserstoffe behandelt werden, falls dies erwänscht ist. Dieser sekundäre Reinigungss-shriirs kann nach Wahl erfolgen und ist in zahlreichen Fällen nicht erforderlich. Ein Ventilschalt.-plan mit den Ventilstellungen gemäss der Ausführungsform von fig.2 einschliesslioh des sekundären oder Subreinigungaschrittes iet in Tabelle II aufgezeichnet.
4 A A A J A M Jt MK mm»
BEISPIEL
. Rohes Naturgas wird in einer Anlage gemäss Pig. 1 oder 2 verarbeitet. Die Adsorber 16, 17 und 18 brauchen jeweils etwa 15 Minuten für die Adsorption, 15 Minuten für die Reaktivierung und 15 Minuten für die Kühlung für eine Zyklusdauer von 15 Minuten. Der Zyklus wird von einer Phase zur nächsten durch Ansprechen eines Gastemperaturfühlers im der Real-ctivierung unterworfenen Adsorber umgeschlatet, wenn die Gastemperatur 4oo°F (2o4,4 C) erreicht. Das in Leitung 1 zugeführte Gas hat etwa 1oo F (37,8 0) und 82o psig (55,8 atü) und wird in einer Menge von etwa 2o Mmcf/Tag (566400 m5/Tag) (gemessen bei 6o°P = 15,60C und 14,65 psia = 1 at) zugeführt«, Jedes der Adsorbergefässe 16, 17 und 18 hat eine-τ Leer-
3 3
volumen von 592 ft (16,75 m ) und arbeitet bei einem Druck von etwa 810-83ο psia (55,1 - 56,5 at). Jeder Adsorber enthält etwa 16200 lbs (7348 kg)Aktivkohle (8-1 ο Maschen)» Die Temperatur des adsorbierenden Materials beträgt etwa 11o P (43,30C) während der Adsorption, maximal etwa 45o°F (232,80C) und im Mittel etwa 3750F (246,90C) während der Reaktivierung und wird auf etwa 12O0P (48,9°C) während der Kühlphase abgekühlt. Über die Leitung 44 wird erzeugtes Restgas in einer Menge 188oo Mcf/Tag (534ooo m /Tag) bei etwa 115-1250P (46,1-51,70C) und 800 psia (53,6 at) abgeleitet. Gas zur Reaktivierun^; wird in der Leitung 11 in einer Menge von Stwa 13500 Mcf/Tag (381000 m5/Tag) bei etwa 45o°P (232,80C) und 812 psk (55»3 at) kreisen lassen. Das zur Reaktivierung dienende Gas in Leitung 45 wird auf einem vorausbestimmten Druck von etwa 800 psia (54,3 at) erhalten, indem durch das Ventil YI9 Gas in einer Menge von etwa 12oo Mcf/Tag (33000 m /Tag) abgelassen wird. Das Gas in Leitung 15 hat eine Temperatur von etwa 12o°P (48,9°C) und in Leitung 39 (Pig.1) eine von etwa 1750P (79,50C) und fliesst durch die Leitung 15 (lig.1) oder die Leitung 49 (Pig«2) in einer Menge von etwa 2oooo Mcf/Tag (5664oo m5/Tag). Der Heizer 19 ist für eine Leistung von 6600000 Btu/h (1665ooo kcal/h) und I000 psig (68,1 atü) gebaut.
Die Mittlere Zusammensetzung in Molprozent an verschiedenen Punkten innerhalb des Systems werden in nachfolgender Tabelle angeführt $
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Leitung Ng Kohlendioxyd Methan Äthan Propan Plus
1 o,18 2,4-6 . 91,29 4,98 1,o9
44 0 ,18 2 ,6ο 95 ,1ο 1 ,32 0 ,8ο
4ο 0 ,08 0 ,5ο 42 ,42 •55 ,00 2 ,00
36 0 ,09 0 ,5ο 39 ,41 55 ,00 5 ,00
Die Worte "Sorption", "Sorbent","Adsorbieren" usw. werden in obigen .Ausführungen verwendet, um die Erscheinungen der Adsorption und/oder Absorption zu bezeichnen.
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Claims (23)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abtrennung eines Gases intermediären Molekulargewichts aus einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass
a) der Gasstrom in Berührung mit einem Sorptionsmittelkörper gebracht, und das Gas intermediären Molekulargewichts daran adsorbiert wird;
b) das Sorptionsmittel in einem geschlossenen Kreis in Berührung mit erhitztem Gas gebracht,und dadurch das Gas intermediären Molekulargewichts desorbiert wird;
c) ein Teil des erhitzten, das desorbierte Gas intermediären Molekulargewichts enthaltenden Gases aus b) als Po\rjiukt aus dem geschlossenen Kreislauf abgezogen wird;
d) das Sorptionsmittel vom erhitzten Gas gereinigt wird, und
e) das Sorptionsmittel in Berührung mit einem kühlen Gas ' gebracht und dadurch auf eine Temperatir gekühlt wird, die ausreicht, um den Verfahrensschritt a) zu wiederholen.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erhitzte Gas gemäss b) im Wärmeaustausch mit dem kühlen Gas aus dem Verfahrensschritt e) kreisen lassen wird.
3· Verfahren gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass/in jedem mehrerer Räume mindestens ein Sorptionsmittelbett unterhalten wird;
b) ein Gasstrom in einem geschlossenen Kreis ununterbrochen erhitzt und durch mindestens eines dieser Sorptionsmittelbetten wieder kreisen, lassen wird, um am Sorptionsmittel in diesem Bett enthaltenes,adsorbiertes Gas intermediären Molekulargewichts zu desorbieren und das Sorptionsmittel in diesem Bett zu erhitzen;
c) ein Teil des erhitzten Gases von b) aus dem erwähnten geschlossenen Kreislauf entfernt wird;
d) ununterbrochen ein Strom kühlen Gases durch mindestens •in anderes der Sorptionsmittelbetten geleitet wird, um es zu kühlen;
e) ein Strom Gas intermediären Molekulargewichts enthaltenden Gases durch ein weiteres der erwähnten Sorptionsmittelbetten gtltitet wird, um das Gas intermediären Molekulargewichts durch Sorption in diesem Bett aus dem Gas zu entfernen, und
f) ein periodischer Wechsel in der relativen lage der Sorptionemi ttelbett en und in der Gaszufuhr zu jedem derselben derart trfolgt, dass jedes Bett genäse Schritt a) gemäss Schritt b) erttitzt, gemäes Sohritt d) gekühlt und gemäss Schritt e) mit Gas
in Berührung gebracht wird.
4. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ein der Erhitzung unterworfenes Sorptionsmittelbett die darin adsorbierten Gase intermediären Molekulargewichtes desorbiert hat, das in diesem Bett vorhandene Gas in ein anderes nachfolgend zu erhitzendes Sorptionsm^telbett verdrängt wird, und gleichzeitig das darin vorhandene Gas daraus verdrängt wird, wodurch die desorbierten Gase intermediären Molekulargewichts in dem erhitzten Gas erhalten bleiben.
5. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem geschlossenen Kreis im Schritt c) entfernte Anteil erhitzten Gases in einer Menge pro Zeiteinheit entfernt wird, die ausreicht, um in dem geschlossenen Kreis ein^vorausbestimmten Druck aufrechtzuerhalten.
"6e Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem die Gase intermediären Molekulargewichts aus dem Sorptionsmittelbett gemäss Schritt b) desorbiert wurden, das darin vorhandene erhitzte Gas in das Sorptionsmittelbett gemäss Schritt e) und das darin vorhandene Gas in das Sop^tipnsmittelbett von Schritt b) verdrängt wird.
7. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Desorption der Gase intermediären Molekulargewichts aus dem Sorptionsmittelbett von Schritt b) ein erster Anteil des darin regenerierten Gases in das Sorptionsmittelbett von schritt e) verdrängt und ein zweiter Anteil des regenerierten Gaees in dem Bett von Schritt e) unabhängig von den Sorptionsmittelbetten der Schritte b), d) und e abgelassen wird.
8. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daes das Gas von Schritt b) einem Wärmeaustausch mit dem Kühlgas von Schritt d) unterworfen wird.
9. Verfahren gemäss Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Gas intermediären Molekulargewichts Xthan ist.
1ο. Verfahren gemäss Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, dass das Gas intermediären MolekHuargewichts Xthylen ist.
11. Verfahren gemäss Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, das· das Gasgemisch Naturgas ist. 109812/1347 bad ο*»ιΛ!ΜΜ-
12. Verfahren gemäss Anspruch.3, dadurch gekennzeichnet, dass das G-asgemisch Eaff ineriegas ist.
13. Vorrichtung oder Anlage zum Entfernen adsorbierbarer Grasbestandteile aus Kohlenwasserstoffgas in Ausübung des Verfahrens
gemäss«Anspruch 1 - 12, gekennzeichnet durch;
a) einen Sorptionskreis mit einem ersten Sorptionsmittelbett (16) und Leitungen(z.B. 1,2,22,44) zum Durchströmen des ersten Bettes mit Kohlenwasserstoffgas;
b) einen Heizkreis mit einem zweiten Sorptionsmittelbett (18) und Leitungen (11,7,14,4;24,34,27,31,35,45,43,4o) 6um Durchströmen des zweiten Bettes mit erhitztem Gas;
c) einen Kühlkreis mit einem dritten Sorptionsmittelbett (17) und Leitungen (44,47,15,9,13,3;23,33,29,38,39) zum Durchströmen des Sorptionsmittelbettes mit Kühlgas; und
d) Mitteln, wie z.B. Ventilen (V19) und Leitung <36), die bei einem vorausbestimmten Druck betreibbar sind, um Gas aus dem Heizkreis b) abzulassen.
14. Vorrichtung gemäss Anspruch 13, gekennzeichnet durch Leitungen zur Abzweigung mindestens eines Teils des aus dem Sorptionskreis a) ausströmenden Kohlenwasserstoffgases in den Kühlkreis
c) sowie Leitungen zur Überleitung von Gas aus dem Kühlkreis c) in den Heizkreis e).
15. Vorrichtung gemäss Anspruch 13, gekennzeichnet durch Leitungen zum Leiten des Gases im Heizkreis b) in den Kühlkreis c) und Leitungen zum Leitön-des Gases im Kühlkreis c) in den Heizkreis b).
16. Vorrichtung gemäss Anspruch 13, gekennzeichnet durch:
a) mehrere ein festes Sorptionsmittel enthaltende Gefässe (16,17,18)
b) einen Erhitzer (19)
c) einen Kühler (2o)
d) den Gaskreislauf bewirkende Mittel wie z.B. Gebläse (21,42)
e) mehrere erste Leitungen (1,2,3,4) für die Zufuhr des Kohlenwasserstoffgasstroms zu den Behältern a)
f) mehrere zweite Leitungen (22,23,24,44) zur Verbindung der Gefässe bzw. Behälter a) mit einer ersten Nutzungsateile
g) mehrere dritte Leitungen (11,5,6,7,12,13,14) zur Verbindung der Behälter a) und des Erhitzers b)
h) mehrere vierte Leitungen (32,33,34,25,26,27,31,35,45) zur Verbindung der Gefässe bzw!! Behälter a) mit den den Gaskreislauf be-
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wirkenden Mitteln d);
i) eine f unite Leitung (43,4o) zur Verbindung der den Gaskreislauf bewirkenden Mittel mit dem Erhitzer b);
j) ein Gasablassmittel wie z.B. ein Ventil (Vi9),das eine zweite Nutzungsstelle mit einem den Erhitzer b),mindestens eine der Leitungen g), mindestens eines der G-efässe bzw. Beh-.lter a), mindestens eine der Leitungen h), die den G-askreislauf bewirkenden Mittel d) und die Leitung i) enthaltenden Kreis verbindet; k) mehrere sechstö Leitungen (8,9,1o) zur Verbindung der Behälter
a) mit dem Kühler c);
1) mehrere siebente Leitungen (28,29,3o,38,44,46,47) zur Verbindung der G-efässe bzw. Behälter a) mit dem ersten Nutzimgspunkt f) und dem Kühler c); und
m) Ventile (V4-V18) in jeder der verschiedenen ersten, zweiten dritten, Vierten, sechsten und siebenten Leitungen e), f), g), h), k) und 1) jeweils»
17· Vorrichtung gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeaustauscher von Gas zu Gas (41) mit den verschiedenen Leitungen l) und dem Nutzungspunkt (e) sowie den Gefässen a) und dem Erhitzer b) in Verbindung steht.
18. Vorrichtung gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasablassmittel j) ein Ventil(V19_}. ist.
19. Vorrichtung gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasablassmittel j) ein auf den Gasdruck im Kreis j) ansprechendes Ventil (V19) ist.
20. Vorrichtung gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel, wie z.B. ein Gebläse (21),zur !Erzielung eines Gaskreislaufs mit dem Kühler und den verschiedenen Gefässen a) in Verbindung steht.
21. Vorrichtung gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen sechsten Leitungen k) (8,9»31o,) jeweils an einem Ende mit den Behältern a) in Verbindung stehen; die verschiedenen siebten Leitungen 1) (28,29,3o,38,44,46,47) mit den Behältern a) und einem Ende des Kühlers c) in Verbindung stehen; ein Ventil (V21) in geöffnetem Zustand mit dem zweiten Ende des Wühlers (2o) e) und dem anderen Ende jeder der verschiedenen sechsten Leitungen Ic) in Verbindung steht; eine achte Leitung (49) mit einem Ende des Ventils (V21), dem zweiten Ende des Kühlers c)
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und dem ersten Nutzungspunkt f) in Verbindung steht; eine neunte Leitung (3-2,53) mit dem zweiten Ende des Ventils (V21). din verschiedenen Leitungen f) und den verschiedenen Leitungen k) in Verbindung steht.
22. Vorrichtung gemäss Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeaustauscher G-as mit G-as (41) mit den verschiedenen Leitungen 1), dem Kühler c) sowie den G-efässen a) und dem Erhitzer b) in Verbindung steht.
23. Vorrichtung gemäss Anspruch 21, gekennzeichnet dadurch, dass eine zweite Gasablassvorrichtung, wie z.B. ein Ventil (V2o) mit einem dritten Nutzungspunkt und dem Kreis j) in Verbindung steht«
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