[0002] In der Regel ist es notwendig, die im rohen Erdgas enthaltenen Schwefel- komponenten für die weitere technischen 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 mittels chemisch wirkender Absorptionsmittel, wie z. B. Aminlösungen, Alkalisalzlö- sungen etc. oder physikalisch wirkender Absorptionsmittel 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 Aufgaben- stellung entweder ganz, zum. Teil oder auch so wenig wie möglich entfernt. Eine ent- sprechende Technologie nach dem Stand der Technik ist z. B. in der DE 197 53 903 C2 beschrieben.

[0003] Üblicherweise wird das von der Absorptionsmittelregeneration kommende Sauergas in einer Clausanlage zu Schwefel weiter verarbeitet. Neben den Investitions- kosten für die eigentliche Entschwefelung der Gase müssen daher die Investitions- kosten für eine Clausanlage für die Gesamtinvestitionskosten berücksichtigt werden. Umweltauflagen für den Restgehalt von Schwefelkomponenten im Abgas einer Claus- anlage machen eine Nachentschwefelung des Clausabgases mittels einer sogenann- ten"Tail Gas Treatment Unit"erforderlich, was die Gesamtinvestitionskosten weiter deutlich erhöht. Aufgrund des weltweiten Überangebots an elementarem Schwefel, der wiederum zum größten Teil aus der Entschwefelung von Gasen stammt, welche

Schwefelwasserstoff enthielten, lässt sich für den erzeugten Schwefel kaum nennens- werter Verkaufserlös erzielen, der zur Amortisation der Investitionen beitragen könnte.

[0004] Als Alternative zu der Gewinnung von elementarem Schwefel wird daher immer häufiger die Re-Injektion und Speicherung der bei der Regeneration des Ab- sorptionsmittels freiwerdenden Sauergase in Gaskavernen in Betracht gezogen. Dabei werden die Sauergase mittels aufwändiger Gaskompressionsmaschinen auf einen Druck verdichtet, der es ermöglicht, die Sauergase in den dafür vorgesehenen unterir- dischen Gasspeicher, beispielsweise ein ausgebeutetes Erdgasfeld, zu fördern. Die für die Re-Injektion notwendigen Enddrücke liegen in der Regel höher als die Drücke, bei denen die Schwefelkomponenten entfernt werden.

[0005] Für solche Zwecke wäre es besonders vorteilhaft, wenn die bei der Rege- neration anfallenden Sauergase auf einem möglichst hohen Druckniveau anfielen, da dann sowohl beträchtliche Investitionskosten durch Wegfall, bzw. Verkleinerung der Kompressionsmaschinen, als auch die beträchtlichen Betriebskosten für die Sauergas- kompression eingespart werden könnten. Nach dem herkömmlichen Stand der Technik werden zur Absorption von Schwefelwasserstoff, Merkaptanen, Kohlendioxid und sonstigen Sauergasbestandteilen aus Erdgasen und zur Aufbereitung der konzentrier- ten Sauergase für die Re-Injektion in eine Lagerstätte jedoch entweder chemisch ba- sierte oder physikalisch basierte Absorptionsverfahren verwandt. In beiden Verfahren findet die Regeneration des Absorptionsmittels bei einem leicht erhöhten Druck von 0.1 bis 1 bar (g) statt. Bei diesem geringen Arbeitsdruck wird auch das betreffende Sauer- gas freigesetzt.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfü- gung zu stellen, welches in gleicher Weise zur Reinigung verunreinigten Erdgases und zur Bereitstellung von Sauergas unter erhöhtem Druck geeignet ist, und das Sauergas so bereitstellt, dass es in ausgebeutete oder auszubeutende Lagerstätten re-injeziert werden kann.

[0007] Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass das zu entschwefelnde Erdgas zunächst in eine Sauergasabsorptionsstufe geleitet wird, wo die Schwefelkomponenten sowie ggf. weitere Komponenten mittels einer physikalischen wirkenden Lösung absorbiert werden, 'das Absorbat aufgeheizt wird,

'das Absorbat in eine Hochdruck-Flashstufe gegeben wird, wo sich das ein- stellende Gemisch aus sauergas-armem Absorptionsmittel und desorbiertem Sauergas voneinander trennt, das desorbierte Sauergas gekühlt wird und das verdampfte Absorptionsmittel aus dem Sauergasstrom auskondensiert wird, 'das sauergas-arme Absorptionsmittel aus der Hochdruck-Flashstufe in einer Gas-Strippstufe mittels Strippgas von Sauergasresten befreit wird, 'in der Hochdruck-Flashstufe eine Druckeinstellung auf einen Druck erfolgt, bei dem das desorbierte Sauergas mittels Kühlwasser oder Kühlluft auskonden- siert werden kann. das erhaltene Absorptionsmittel gekühlt und im Kreislauf in die Sauergasab- sorptionsstufe zurückgeführt wird [0008] Hierbei sollte in der Hochdruck-Flashstufe ein Druck zwischen 10 und 100 bar eingestellt werden, vorzugsweise ein Druck von 30 bis 70 bar. Die Druckeinstellung in der Hochdruck-Flashstufe erfolgt dabei derart, dass das desorbierte Sauergas in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 80 °C oder noch besser von 40 °C bis 60 °C überwiegend flüssig vorliegt, damit es leicht kondensierbar ist. Sofern die meteorologi- schen Verhältnisse am Aufstellungsort der Anlage zu anderen Kühlmitteltemperaturen führen, wären dessen Temperaturen maßgeblich. Hierdurch wird es möglich, mittels Luftkühlung oder Kühlwasser das Sauergas zu kondensieren und die Re-Injektion in günstiger Weise mittels Pumpen durchzuführen, statt, wie bisher üblich, mit teuren Verdichtern, was ein Vorteil der Erfindung ist.

[0009] In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das erhaltene, beladene Strippgas gekühlt und in die Sauergasabsorptionsstufe geleitet. Eine solche Vorge- hensweise empfiehlt sich besonders dann, wenn als Strippgas entweder gereinigtes Einsatzgas oder Erdgas verwendet wird. Durch die Rückführung werden zum einen Erdgasverluste vermieden, zum anderen ist es bei Verwendung von Erdgas nicht er- forderlich, ein Fremdgas bereitzustellen.

[0010] In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aus der Sauergasabsorptionsstufe kommende Absorbat vor seiner Auf- heizung in eine Recycle-Flashstufe gegeben, in der eine Teildruckabsenkung erfolgt und sich das einstellende Gemisch aus Absorbat und desorbiertem Gas voneinander trennt, und

das in der Recycle-Flashstufe erhaltene desorbierte Gas rückverdichtet und in die Sauergasabsorptionsstufe zurückgeführt.

Der Fachmann wird eine solche Recycle-Flashstufe stets dann vorsehen, wenn das verwendete Absorptionsmittel nicht selektiv genug in Bezug auf Sauergase wirkt und auch wertvolle Erdgasbestandteile löst. Diese wertvollen Erdgasbestandteile werden zum größten Teil in der Recycle-Flashstufe desorbiert und können problemlos in die Sauergasabsorptionsstufe zurückgeführt werden.

[0011] Beispielsweise erfolgt die Teildruckabsenkung für die Recycle-Flashstufe mittels einer Einrichtung zur Rückgewinnung mechanischer Arbeit, insbesondere unter Einsatz einer Expansionsturbine oder einer rückwärts laufenden Pumpe entsprechend dem üblichen Stand der Technik.

[0012] In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das im desorbierten Sauergas enthaltene und auskondensierte Absorptionsmittel dem Absorbat vor der Aufheizung zugemischt.

[0013] In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck des zur Aufheizung geführten Absorbats auf einen Druck gebracht, der wenigs- tens höher als der in der Recycle-Flashstufe ist, sofern eine solche vorgesehen wird.- Günstig ist es, den Druck in der Hochdruck-Flashstufe so hoch wie prozesstechnisch möglich zu wählen, so dass dieser in der Regel höher als in der Recycle-Flashstufe ist, sofern eine solche vorgesehen wird, da dies von Vorteil für die weitere Re-Injektion des Sauergases ist. Noch günstiger ist es, wenn das gesamte Druckniveau so hoch geho- ben werden kann, dass es immer oberhalb des Drucks der Sauergasabsorptionsstufe ist, weil dann die rückzuführenden Gasströme nicht mehr verdichtet werden müssen.

[0014] In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden alternativ das beladene Strippgas und das aus der Recycle-Flashstufe, sofern vorge- sehen, erhaltene Gas zusammengeführt, und dann mit nur einer Kompressionsma- schine rückverdichtet und zusammen in die Sauergasabsorptionsstufe geleitet oder das zum Einsatz kommende Strippgas auf einen Druck oberhalb des Drucks der Sau- ergasabsorption gebracht, das beladene Strippgas und das aus der Recycle-Flashstufe erhaltene Gas zusammengeführt und zusammen in die Sauergasabsorption geleitet.

Vorteilhafterweise erfolgt die Einleitung in die Sauergasabsorptionsstufe bei der Ein- leitung des Einsatzgases.

[0015] In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Hochdruck-Flashstufe als Kaskade mehrerer hintereinander angeordneter Flash- behälter mit vorheriger Teildruckabsenkung und Rückverdichtung der aus den weiteren Flashbehältern jeweils erhaltenen Sauergase auf den Druck des ersten Flashbehälters ausgeführt. Hierbei wird der größte Teil des Sauergases im ersten dieser Flashbehälter freigesetzt.

[0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Verfahrensschemas in Fig. 1 näher erläutert : Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, bestehend aus einer Sauergasabsorptionsstufe, 2 Flashstufen, einer Gas-Strippstufe sowie die Verfahrens- führung der wesentlichen Ströme, wobei das erfindungsgemäße Verfahren aber nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist.

[0017] Das rohe Erdgas 1 wird zunächst in den Sumpfbereich der als Absorpti- onskolonne 2 ausgeführten Sauergasabsorptionsstufe geführt, wobei die im Gas ent- haltenen Sauergaskomponenten im Gegenstrom durch das auf den Kopf der Absbrpti- onskolonne 2 aufgegebene, regenerierte Absorbens 3 entfernt werden. Das gereinigte Produktgas 4 wird dabei am Kopf der Absorptionskolonne abgezogen. Das am Sumpf der Absorptionskolonne 2 abgezogene, mit Sauergasen beladene Absorptionsmittel 5 wird mittels einer Entspannungsturbine 6 in einen Flashbehälter 7 entspannt. Die durch die Druckabsenkung freiwerdenden Flashgase 8 enthalten den größten Teil der bei der Absorption aus dem rohen Erdgas 1 mitabsorbierten Kohlenwasserstoffe im Recycle- gasstrom 9. Diese werden mittels eines Recyclekompressors 10 wieder in die Absorp- tionskolonne 2 zurückgeführt.

[0018] Die den Flashbehälter 7 verlassende, hauptsächlich nur noch mit Sauer- gaskomponenten beladene Absorptionslösung 11 wird mittels einer Pumpe 12 auf ei- nen Druck gebracht, der ermöglicht, das in der Hochdruckflashstufe freigesetzte Saï"- ergas mittels Kühlwasser oder in einem Luftkühler zu kondensieren. Nach Wärme- tausch mit der heißen, vom Hochdruckdesorptionskolonne 13 kommenden, regene- rierten Absorptionslösung 14 im Wärmetauscher 15 und weiterer Vorwärmung mittels Vorwärmer 16 durch einen Wärmeträgerstrom 17 wird die beladene Lösung 18 in einen Hochdruckflashbehälter 19 geflasht. Dabei wird ein großer Teil der in der Absorp- tionslösung gelösten Sauergase 20 über Kopf freigesetzt. Durch den mit einem Kühl- medium 21 beaufschlagten Kühler 22 wird das in den Sauergasen enthaltene Absorp- tionsmittel auskondensiert und das Kondensat 23 wird dem Kreislauf wieder zugeführt. Die Sauergasfraktion 24 wird dann im Sauergaskondensator 25 mittels Kühlwasser 26

weiter gekühlt und dadurch verflüssigt. Das verflüssigte Sauergas 27 wird mittels der Pumpe 28 auf den für die Re-Injektion notwendigen Druck gebracht und als Re-Injekti- ons-Strom 29 in das Endlager gefördert.

[0019] Um die restlichen Sauergaskomponenten noch zu entfernen, die im den Hochdruckflashbehälter 19 verlassenden Absorptionsmittelstrom 30 noch enthalten sind, wird dieser Strom auf den Kopf einer Hochdruckdesorptionskolonne 13 geführt. In der Hochdruckdesorptionskolonne 13 wird die von oben kommende, angereichtere Lö- sung im Gegenstrom mittels schwefelfreiem oder-armem Erdgas 31, welches als Teil- strom aus dem gereinigten Produktgas 4 abgezogen wird, von den im Absorptionsmit- telstrom 30 noch enthaltenen, restlichen Sauergaskomponenten, insbesondere auch von den Schwefelkomponenten befreit, wobei die in der Hochdruckdesorptionsko- lonne 13 enthaltenen Stoffaustauschelemente, wie z. B. Ventilböden, Füllkörper oder strukturierte Packung für den notwendigen Stoffübergang dienen. Am Kopf der Hochdruckdesorptionskolonne 13 wird eine konzentrierte Sauergasfraktion 32 gewon- nen.

[0020] Die am Kopf der Hochdruckdesorptionskolonne 13 austretende konzent- rierte Sauergasfraktion 32 wird zur Absorptionsmittelrückgewinnung noch durch einen Kühler 33 mittels eines Kühlmittels 34, z. B. Kühlwasser oder Kühlluft, gekühlt und verlässt den Kühler als Sauergasstrom 35. Das zurückgewonnene Absorptionsmittel 36 wird mit dem beladenen Absorptionsmittel 11 auf der Saugseite der Pumpe 12 zusammen geleitet. Der Sauergasstrom 35 wird mittels eines mit Kühlmittel 37 beaufschlagten Kühlers 38 weiter abgekühlt und als gekühltes Sauergas 39 im Verdichter 40 verdichtet, bevor er zusammen mit dem Recyclegasstrom 9 als Rückführstrom 41 wieder in die Absorptionskolonne 2 zurückgeführt wird. Die vollständig regenerierte Absorptionslösung 14 wird nach Wärmetausch im Wärmetauscher 15 und Kühlung im Kühler 42,'der mittels Kühl-oder Kältemittelmedium 43 die regenerierte Absorptionslösung auf die gewünschte Absorp- tionsmitteltemperatur herunterkühlt zur spezifikationsgerechten Absorption der im ro- hen Erdgas 1 enthaltenen Sauergaskomponenten zum Kopf der Absorptionskolonne 2 geführt.

[0021] Tabelle 1 zeigt nachfolgend ein berechnetes Beispiel, die Stromnummern entsprechen mit Ausnahme von Strom 31 denen in Fig. 1. Strom 31 ist im Rechenbei- spiel ein extern zugeführter, reiner Methanstrom.

Tabelle 1 : Strom-Nummer 1 4 8 39 24 27 Temperatur [°C] 52 12 35 50 63 50 Druck [bar] 67.5 67.0 10.0 4.0 42.0 39.5 Aggregatszustand Gas Gas Gas Gas Gas flüssig Kompo-H20 0.4 0.0 0.0 0.2 0.4 0.4 nenten- N2 99.1 99.1 0.9 0.0 0.0 0.0 menge [kmol/h] C02 480.6 428.5 154.0 8.2 52.1 52.1 H2S 1940.4 0.001 1372.8 870.3 1940.4 1940.4 CH4 5460.8 5660. 0 326.7 199.3 10.1 10.1 C2H6 955.2 935. 6 151.8 4.8 19.6 19.6 C3+ 1063.5 936.5 289.8 59.8 127.0 127.0 Absorbens Strom-Nummer 31 5 11 30 14 Temperatur [°C] 100 61 35 196 172 Druck [bar] 10.0 67.0 10.0 42.0 4.0 Aggregatszustand Gas flüssig flüssig flüssig flüssig Kompo-H2O 0.0 4.4 4.4 5.1 3.7 nenten-N2 0. 0 0. 9 0. 0 0. 0 0. 0 menge [kmol/h] COs 0.0 214.4 60.3 8. 3 0.0 H2S 0.0 4183.5 2810.7 882.0 0.003 CH4 209.3 337.4 10.6 0.6 10.6 C2H6 0.0 176.2 24.4 4.8 0.0 C3+ 0.0 476.7 186. 8 60.2 0.0 Absorbens 4121 4121 4175 4121 [0022] Bezugszeichenliste 1 rohes Erdgas 23 Kondensat 2 Absorptionskolonne 24 Sauergasfration 3 regeneriertes Absorbens 25 Sauergaskondensator 4 gereinigtes Produktgas 26 Kühlwasser 5 beladenes Absorptionsmittel 27 verflüssigtes Sauergas 6 Entspanungsturbine 28 Pumpe 7 Flashbehälter 29 Re-Injektions-Strom 8 Flashgas 30 Absorptionsmittelstrom 9 Recyclegasstrom 31 schwefelfreies Erdgas 10 Recyclekompressor 32 konzentrierte Sauergasfraktion 11 beladene Absorptionslösung 33 Kühler 12 Pumpe 34 Kühlmittel 13 Hochdruckdesorptionskolonne 35 Sauergasstrom 14 regenerierte Absorptionslösung 36 zurückgewonnenes Absorptionsmittel 15 Wärmetauscher 37 Kühlmittel 16 Vorwärmer 38 Kühler 17 Wärmeträgerstrom 39 gekühltes Sauergas 18 beladene Lösung 40 Verdichter 19 Hochdruckflashbehälter 41 Rückführstrom 20 Sauergas 42 Kühler 21 Kühlmedium 43 Kühl- oder Kältemedium 22 Kühler