In Bearbeitung

Bitte warten ...

Einstellungen

Einstellungen

Gehe zu Anmeldung

1. WO2005054412 - VERFAHREN ZUR VERSCHIEBUNG VON SAUERGASANTEILEN INNERHALB EINES ERDGASNETZWERKES

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Verfahren zur Verschiebung von Sauergasanteilen innerhalb eines
Erdgasnetzwerkes

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschiebung von Sauergasanteilen innerhalb eines Erdgasnetzwerkes. Es kann genutzt werden für rohe Erdgase, die neben Wertstoffkomponenten wie Methan, höheren Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff und Kohlenmonoxid Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff, organische Schwefelkomponenten, wie z.B. Merkaptane, und Kohlenoxidsulfid, ferner auch Kohlendioxid und geringe Mengen an Wasserdampf in unterschiedlichen Anteilen enthalten.

[0002] In der Regel ist es notwendig, die im rohen Erdgas enthaltenen Schwefelkomponenten für die weitere technische Nutzung bis auf ppm-Gehalte aus dem Gas zu entfernen. Die Entfernung von Schwefelwasserstoff, Merkaptanen, Kohlendioxid und sonstigen Sauergasbestandteilen aus technischen Gasen erfolgt im allgemeinen mit-tels chemisch wirkenden Absorptionsmitteln, wie z.B. Aminlösungen, Alkalisalzlösungen etc. oder physikalisch wirkenden Absorptionsmitteln wie z.B. Selexol, Propylen-carbonat, N-Methylpyrrolidon, Morphysorb, Methanol u.a., in Kreislaufsystemen, wobei physikalisch wirkende Absorptionsmittel im Gegensatz zu chemisch wirkenden Waschmitteln in der Lage sind, auch organische Schwefelkomponenten zu entfernen. Das im Gas enthaltene Kohlendioxid wird dabei je nach Zielsetzung und Aufgabenstellung entweder ganz, zum Teil oder auch so wenig wie möglich entfernt.

[0003] Üblicherweise wird das von der Absorptionsmittelregeneration kommende Sauergas in einer beistehenden Claus-Anlage zu Schwefel weiter verarbeitet. Hierbei begrenzen sowohl die Abscheidekapazität der Sauergasabsorption als auch die zugehörige Verarbeitungskapazität der Claus-Anlage die Menge an Sauergas, die aus dem Erdgas absorbiert werden kann, somit auch den möglichen Durchsatz an Erdgas, welches durch Absorption gereinigt werden kann.

[0004] Anlagen dieser Art existieren in großer Zahl an den verschiedensten Standorten. Oft tritt aber die Schwierigkeit auf, dass sich der Gehalt an Sauergasen während der Ausbeutung eines Erdgasfeldes ändert, insbesondere dass er ansteigt. Eine Erhöhung des Sauergasgehalts im Erdgas würde bei gleicher Fördermenge dann dazu führen, dass sowohl die Sauergasabscheidung als auch die Claus-Anlage über-lastet wären. In der Folge müssten dann entweder die Erdgas-Fördermenge verringert oder die vorhandenen Anlagen aufwändig nachgerüstet werden, während gleichzeitig eine andere Anlage z.B. aufgrund von sinkenden Sauergas-Anteilen oder Fördermengen noch Kapazitäten übrig hätte.

[0005] Es besteht daher seit langem ein Interesse an einer wirtschaftlich günstigen Möglichkeit, das im Erdgas enthaltene Sauergas von überlasteten Sauergasent-fernungs- mit Claus-Anlagen hin zu solchen Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlagen zu verbringen, die noch Sauergas-Verarbeitungskapazitäten übrig haben, und alle Anlagen mit ihrer maximalen Erdgaskapazität zu betreiben.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches es auf einfache und wirtschaftliche Weise ermöglicht, Sauergasanteile aus Erdgas hin zu Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlagen mit freien Kapazitäten zu verschieben.

[0007] Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass
• das aus einem ersten, Sauergas enthaltenden Erdgasstrom ein Teil des Sauergases abgeschieden wird,
• das aus dem ersten Erdgasstrom entfernte Sauergas zumindest einer weiteren Sauergasentfemungs-Anlage zugeführt wird, und
• die Zuführung dadurch bewirkt wird, dass das aus dem ersten Erdgasstrom entfernte Sauergas zumindest einem zweiten Erdgasstrom zugemischt wird, mit dem zusammen es zu zumindest einer weiteren Sauergasentfemungs-Anlage transportiert wird.

[0008] Hierdurch ergibt sich zum Einen der Vorteil, dass die Abscheidung des Sauergases aus dem ersten Erdgasstrom variabel so eingestellt werden kann, dass sich für die anschließende Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage, innerhalb der die eigentliche Abscheidung der Schwefelkomponenten sowie deren Aufarbeitung erfolgt, ein optimaler Durchsatz einstellen und sich somit diese Anlage stets bei Nennleistung betreiben lässt. Unter Nennleistung wird hierbei der maximal mögliche Gasdurchsatz und die maximal zulässige Sauergas-Verarbeitungskapazität verstanden. Zum anderen ergibt sich der Vorteil, dass keine neuen Zuleitungs-Pipelines benötigt werden, da die zuführenden Erdgas-Pipelines zu den vorhandenen Sauergasbehandlungsanlagen bereits existieren.

[0009] Der zweite Erdgasstrom, dem das abgeschiedene Sauergas zugemischt wird, kann sowohl ein bereits gereinigter als auch ein noch ungereinigter Erdgasstrom sein. Wichtig ist nur, dass er das mit Sauergas verunreinigte Erdgas zu einer oder mehreren nachfolgenden Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlagen transportiert, welche noch Sauergas-Verarbeitungskapazität übrig haben.

[0010] Die Sauergas-Abscheidung aus dem ersten, Sauergas enthaltenden Erdgasstrom erfolgt erfindungsgemäß immer nur zu einem Teil. Diese Teilabscheidung ist ein wesentlicher Teil der Erfindung und zum Einen so zu verstehen, dass keinerlei Reinheitsanforderungen an den verbleibenden Sauergasgehalt gestellt werden. Zum Anderen ist dieser Teil, der erfindungsgemäß abgeschieden wird, ein jeweils definier-ter, wählbarer und einstellbarer Teil, nämlich genau jener, welcher verschoben werden soll,, er kann je nach Auslastungsgrad der verbundenen Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlagen auch zeitlich variieren. Abscheidungseinrichtungen, die praktisch alles oder fast alles Sauergas entfernen, erfüllen das Kriterium der Teilabscheidung im Sinne der Erfindung nicht.

[0011] In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Abscheidung des in dem ersten Erdgasstrom enthaltenen Sauergases mittels eines Verfahrens der Absorption, wobei
• der abzuscheidende Teil des Sauergases mittels eines regenerierten, nicht che- misch wirkenden Absorptionsmittels aus dem ersten Erdgasstrom ausgewaschen wird,
• das beladene Absorptionsmittel dem Kopf einer Desorptionseinrichtung zugeführt wird, und
• das die Desorptionseinrichtung verlassende, desorbierte Sauergas einem zweiten Erdgasstrom zugemischt wird.

[0012] In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Desorptionseinrichtung ein zumindest teilgereinigter Erdgasstrom als Strippgas im Sumpf zugeführt, das Strippgas zusammen mit dem desorbierten Sauergas dem zweiten Erd-gasstrom zugemischt wobei die Desorptionseinrichtung als Stripperkolonne ausgeführt wird. Hierbei kann die Desorptionseinrichtung bei einem solchen Druckniveau betrieben werden, dass das desorbierte, mit Strippgas gemischte Sauergas ohne weitere Verdichtung dem Erdgasstrom zugemischt werden kann, der zu der Sauergasentfer-nungsanlage mit freier Sauergasentfernungskapazität geführt wird. Zweckmäßiger-weise kann man das beladene Absorptionsmittel auch vor der Zugabe in die Desorptionseinrichtung erwärmen.

[0013] In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird in die Desorptionseinrichtung das beladene Absorptionsmittel geflasht und die Desorptionseinrichtung als Flashbehälter ausgeführt. Hierbei kann der Flashbehälter bei einem solchen Druckniveau betrieben werden, dass das geflashte Sauergas ohne weitere Verdichtung dem Erdgasstrom zugemischt werden kann, der zu der Sauergasentfernungsanlage mit freier Sauergasentfernungskapazität geführt wird, wobei dann das beladene Absorptionsmittel vor Eintritt in den Flashbehälter erwärmt wird.

[0014] Üblicherweise enthalten aus nicht-chemischen Absorptionsmitteln desor-bierte Sauergase noch mitabgeschiedene Wertkomponenten aus dem Erdgas, welche aufwändig zurückgewonnen werden müssen, etwa durch Recyclegas-Flashstufen. Dieser Aufbereitungsschritt entfällt hier, weil die mitabgeschiedenen Wertkomponenten bei der Desorption an einen anderen, den als Strippgas verwendeten Erdgasstrom abgegeben werden und somit nicht verfallen, was ein Vorteil der Erfindung ist.

[0015] Ein weiterer Vorteil sind die geringen Anforderungen an die Regeneration des Absorptionsmittels. Bekanntlich bestimmt die gewünschte Endreinheit des zu reinigenden Erdgases den nach der Regeneration des Absorptionsmittels zulässigen Anteil an Resten im Absorptionsmittel, da sich bei nicht-chemisch wirkenden Absorptions-mittein am Kopf der Absorptionskolonne ein Gleichgewicht zwischen dem Restanteil im Absorptionsmittel und dem im Erdgas einstellt. Wenn der Restgehalt an Sauergaskomponenten im Erdgas hoch sein darf, weil das auf diese Weise abgereichterte Erdgas noch eine nachfolgende Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage zu passieren hat, welche lediglich entlastet werden soll, ist keine vollständige Desorption des Absorpti-onsmittels notwendig, was ein weiterer Vorteil der Erfindung ist.

[0016] In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die De-sorptionskolonne bei einem solchen Druckniveau betrieben, dass das desorbierte, mit Strippgas gemischte Sauergas ohne weitere Verdichtung dem Erdgasstrom zuge-mischt werden kann, der zu der Sauergasentfernungsanlage mit freier Sauergasentfernungskapazität geführt wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Anpassung des Druckniveaus, meistens wird es sich um eine Erhöhung handeln, durch eine preiswerte Pumpe, welche das beladene Absorptionsmittel fördert, erfolgen kann und ein Verdichter allenfalls zur Druckeinstellung des Strippgases eingesetzt werden muss. Eine kostenintensive Sauergasverdichtung ist nicht erforderlich.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Verfahrensschemas in Fig. 1 näher erläutert: Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, bestehend aus 2 Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlagen, einer Sauergasabsorption mit Desorption sowie die erfindungsgemäß verschalteten Erdgasströme, wobei das erfindungsgemäße Ver-fahren aber nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist.

[0018] Aus dem ersten Erdgasstrom 1, dessen Sauergasgehalt die Kapazität der ihm zugeordneten Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 übersteigt, wird ein Teilstrom 3 abgezweigt und in den Sumpfbereich der Absorptionskolonne 4 geleitet. Das in der Absorptionskolonne 4 aufsteigende Erdgas wird durch das nicht-chemisch wirkende Absorptionsmittel 5 von Sauergas abgereichert und verlässt die Absorptionskolonne 4 über Kopf. Das abgereicherte Erdgas 6 kann dem ersten Erdgasstrom 1 wieder beigemischt werden.

[0019] Die Abzweigung des Teilstroms 3 und die Wiederbeimischung des abgerei-cherten Erdgases 6 können auch räumlich beieinander liegen, was durch Strichelung der verbindenden Leitung angedeutet ist. Der erste Erdgasstrom 1 kann auch vollständig in die Absorptionskolonne geleitet werden, die Abzweigung eines Teilstroms und die Wiederbeimischung entfallen dann. Entscheidend ist, dass das sich ergebende Erdgas 7 möglichst gut die Nenn-Kapazität der Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 trifft, wo das Sauergas zu Schwefel 8 verarbeitet und das saubere Erdgas 9 der Produkt-Erdgas-Pipeline 10 zugeführt wird.

[0020] Bei der Abreicherung des Erdgases in der Absorptionskolonne 4 wird das Absorptionsmittel entsprechend mit Sauergas beladen und Absorbat 11 aus dem Sumpf ausgeschleust. Mit einer Druckerhöhungspumpe 12 wird ein Druckniveau eingestellt, welches den Einsatz eines nachfolgenden Sauergasverdichters verzichtbar macht. Das Absorbat wird anschließend im Wärmetauscher 13 und im Aufheizer 14 erwärmt und dann in den Kopfbereich der Desorptionskolonne 15 geleitet.

[0021] Als Strippgas wird eine geringe Menge Produkt-Erdgas 16, welches erforderlichenfalls von einem Erdgasverdichter 17 auf ein entsprechendes Druckniveau gehoben worden ist, von unten in die Desorptionskolonne 15 geleitet. Aufgrund der Erwärmung des Absorbats desorbiert ein großer Teil des absorbierten Sauergases und wird zusammen mit dem Strippgas über Kopf ausgetragen. Im nachfolgenden Absorptionsmittel-Kondensator 18 wird mitausgetragenes Absorptionsmittel auskondensiert und zurückgeführt, im vorgestellten Beispiel als Kondensat-Rückführung 19 direkt vor die Desorptionskolonne 15, ebenso gut möglich wäre eine Kondensat-Rückführung direkt vor den Aufheizer 14.

[0022] Das erhaltene Sauergas-Erdgasgemisch 20 wird einem zweiten Erdgas-ström 21, dessen Sauergasgehalt die Kapazität der ihm zugeordneten Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 22 nicht erreicht, zugemischt. Hierdurch wird ein kleiner, konzentrierter Sauergasstrom in die Erdgasleitung 23 verschoben, was den Gesamtvolumenstrom in dieser Leitung nur geringfügig erhöht. Auf diese Weise wird sowohl die Transportkapazität der Erdgasleitung 23 genutzt als auch die Verarbeitungskapa-zität der Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 22 besser ausgeschöpft. In der Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 22 wird das Sauergas zu Schwefel 24 verarbeitet und das saubere Erdgas 25 der Produkt-Erdgas-Pipeline 10 zugeführt.

[0023] Das in der Desorptionskolonne 15 regenerierte Absorptionsmittel 26 wird aus dem Sumpf abgezogen und im Wärmetauscher 13 und anschließend im Kühler 27 auf Einsatztemperatur abgekühlt.

[0024] Die Vorteile der Erfindung werden auch im folgenden Rechenbeispiel deutlich: Zwei verschieden Sauergasentfernungsanlagen werden über ihre jeweils zugehö-rige Rohgasleitung mit Einsatzgas gespeist. Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 kann 80000 Nm3/h mit maximal 4 vol % H2S verarbeiten. Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 22 wird mit 110000 Nm3/h Rohgas versorgt und ist für bis zu 12 vol % an H2S ausgelegt. Nun steigt der H2S-Anteil im Rohgas für Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 auf 6,47 vol % während der H2S-Anteil im Rohgas für Sauergasentfer-nungs- mit Claus-Anlage 22 bei 9,3 vol % H2S liegt. Ohne Einsatz eines Verschiebungssystems müsste die Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 auf einen Rohgasdurchsatz von 48000 Nm3/h zurückgefahren werden, d.h. auf 60 % der Nennleistung, was zu einem entsprechenden Produktionsausfall von 40 % führt.

[0025] Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise kann nun auf kostengünstige Weise das überschüssige Sauergas aus Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 hin zur Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 22 verschoben werden. Der Sauergasgehalt wird in Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 dadurch wieder auf 4 vol % eingestellt und die Anlage kann wieder bei 100 % Nennlast betrieben werden. Der H2S-Gehalt in Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 steigt von 9,3 vol % auf 10,8 vol %, der Durchsatz auf 101,9 % an. Bezieht man die Durchsätze auf den gesamten Produktgasstrom beider Anlagen, so kann mit der erfindungsgemäßen Vari- ante eine Produktgasmenge von ca. 176000 Nm3/h gegenüber einer Menge von 147000 Nm3/h ohne erfindungsgemäßer Verfahrensweise produziert werden, was einer Erhöhung der gesamten Produktionsmenge um ca. 20 % entspricht. Wird der H2S- Gehalt zur Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 noch weiter verringert, z.B. auf 3 %, kann sogar die Gaskapazität zur Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 noch weiter gesteigert werden, etwa um 33 %, d.h. auf 107.000 Nm3, vorausgesetzt, die Sauergasentfernungs- mit Claus-Anlage 2 kann diese zusätzliche Menge hydraulisch durchsetzen.

[0026] Die folgende Tabelle zeigt das Rechenbeispiel tabellarisch, wobei die Ziffern ,denen in Fig. 1 entsprechen:

Bezugszeichenliste erster Erdgasstrom
Sauergasentfernungsanlage mit Claus-Anlage

Teilstrom
Absorptionskolonne
Absorptionsmittel
abgereichertes Erdgas
Erdgas
Schwefel
sauberes Erdgas
Produkt-Erdgas-Pipeline
Absorbat
Druckerhöhungspumpe
Wärmetauscher
Aufheizer
Desorptionskolonne
Produkt-Erdgas
Erdgasverdichter
Absorptionsmittel-Kondensator
Kondensat-Rückführung
Sauergas-Erdgasgemisch
zweiter Erdgasstrom
Sauergasentfernungsanlage mit Claus-Anlage

Erdgasleitung
Schwefel
sauberes Erdgas
Absorptionsmittel
Kühler