DE3814294A1 - Verfahren zur abtrennung von kohlenwasserstoffen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von
Kohlenwasserstoffen aus einem leichte und schwere
Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls leichter als Methan
siedende Komponenten enthaltenden Gasstrom, bei dem der
unter erhöhtem Druck stehende Gasstrom abgekühlt,
partiell kondensiert und in eine flüssige und eine
gasförmige Fraktion getrennt wird und bei dem die
flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im
wesentlichen schwersiedende Komponenten enthaltenden
Produktstrom und einen überwiegend leichter siedende
Komponenten enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, und
die nach der partiellen Kondensation abgetrennte
gasförmige Fraktion einer Rückwaschkolonne zugeführt
wird, in der mit bei der Rektifikation gewonnenem Restgas
nach dessen teilweiser Kondensation schwersiedende
Kohlenwasserstoffe aus der gasförmigen Fraktion
ausgewaschen werden und die im Sumpf der Rückwaschkolonne
anfallende flüssige Fraktion der Rektifikation zugeführt
wird.
Derartige Verfahren dienen vor allem der Entfernung von
Ethan und Propan aus Kohlenwasserstoffgasgemischen, wie
Erdgas oder Raffinerieabgasen. Ebenso ist eine Eignung
dieser Verfahren für die Abtrennung von analogen
ungesättigten Kohlenwasserstoffen wie Ethylen und
Propylen gegeben. Raffinerieabgase enthalten derartige
Kohlenwasserstoffe, womit ihre Aufarbeitung aufgrund
gestiegener Marktpreise für C3/C4-Kohlenwasserstoff
gemische interessant geworden ist.
In der DE-OS 35 11 636 ist ein Verfahren der eingangs
genannten Art beschrieben, das der Abtrennung von C2+-
bzw. C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem Gasgemisch
dient. Eine Rohgasstrom wird dabei im Gegenstrom zu
anzuwärmenden Verfahrensströmen partiell kondensiert und
in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion geschieden.
Die flüssige Fraktion, die im wesentlichen aus den
schwersiedenden Kohlenwasserstoffkomponenten C2+ bzw.
C3+ besteht, wird in eine Rektifiziersäule
weitergeleitet, in der die leichtsiedenden Komponenten
aus dieser Fraktion entfernt werden. Dabei fällt am Kopf
der Rektifiziersäule eine Restgasfraktion an, die nach
ihrer partiellen Kondensation in eine Rückwaschsäule
geleitet wird, um dort aus der gasförmigen Fraktion des
Abscheiders schwersiedende Komponenten auszuwaschen. Die
in der Rückwaschsäule hierbei anfallende Sumpffraktion
wird ebenfalls in die Rektifiziersäule eingespeist.
Die Rückwaschung dient der Ausbeuteerhöhung des
Verfahrens, da durch diese Maßnahme sowohl aus der
gasförmigen Fraktion des Abscheiders wie aus dem Restgas
der Rektifiziersäule sonst nicht gewinnbare C2+- bzw.
C3+ -Komponenten erhalten werden können.
Nachteilig ist bei obigem Verfahren, daß die benötigte
Prozeßtemperatur mittels einer Kälteanlage,
gegebenenfalls einer Kältekaskade erzeugt werden muß.
Dafür ist die kälteleistende Entspannung wenigstens eines
Teiles der Restgasströme vorgesehen.
Ist beabsichtigt, die anfallenden Restgasströme weiter zu
verarbeiten müssen hohe Drücke beibehalten werden. Die
Kälteerzeugung geschieht in diesem Fall mit in
geschlossenen Kreisläufen geführten Arbeitsmedien. Diese
Prozeßvariante hat jedoch den Nachteil, daß sie
außerordentlich aufwendig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu
verbessern, wobei insbesondere eine aufwendige
Kälteerzeugung vermieden werden soll unter gleichzeitiger
Beibehaltung hoher Drücke der Restgasströme.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das bei der Rektifikation gewonnene Restgas nach seiner
teilweisen Kondensation und vor seiner Zufuhr zur
Rückwaschkolonne in eine gasförmige und eine flüssige
Fraktion getrennt wird, und die flüssige Fraktion
mindestens teilsweise kälteleistend entspannt, gegen
partiell kondensierendes Restgas der Rektifiziersäule
angewärmt und dem Restgasstrom der Rektifikation wieder
zugemischt wird, während der verbliebene Teil der
flüssigen Fraktion der Rückwaschsäule zugeführt wird.
Durch die Abzweigung eines Teils des kondensierten
Restgasstroms, dessen Verwendung als Kältemedium und
erneute Zumischung zum Restgasstrom der Rektifikation,
kann unter Beibehaltung der hohen Restgasdrücke eine
aufwendige Kältekaskade vermieden werden.
Die erneute Zumischung des als Kältemedium verwendeten
Teils der flüssigen Fraktion des Restgasstromes zum
Kopfprodukt der Rektifiziersäule bewirkt, daß die
umlaufende Gesamtmenge größer ist als die eigentliche
Kopfproduktmenge. Auf diese Weise kann die Kälteleistung
des abgezweigten Teils des kondensierten Restgasstroms
der Abkühlung weiterer Prozeßströme dienen.
Um die Drücke der einzelnen Restgasströme hoch zuhalten,
beispielsweise für nachfolgende Trennschritte dieser
Ströme, werden die Rückwaschkolonne sowie die
Rektifiziersäule unter erhöhtem Druck betrieben.
In Ausgestaltung der Erfindung wird dafür der Druck des
Restgases, welches der Rückwaschsäule zugeführt wird, dem
Druck der Rückwaschkolonne angeglichen.
Damit wird sichergestellt, daß der über Kopf der
Rückwaschsäule anfallende Restgasstrom unter erhöhtem
Druck gewonnen wird, dessen Bereich zweckmäßig bis zum
Rohgasdruck reicht. Das erhaltene Kopfprodukt kann somit
ohne Verluste weiterer Abtrennung zugeführt werden.
Im Falle einer Kombination von H2/C3+-Abtrennung
trägt das ethanreiche Kopfprodukt der Rückwaschsäule
wesentlich zur Erzielung eines ausreichenden
Joule-Thompson-Effekts in der nachgeschalteten
H2-Reinigung bei.
Die Erfindung sieht darüber hinaus vor, daß vor der
Vermischung von kälteleistend entspannter Fraktion mit
dem Restgas der Rektifikation eine Druckangleichung
beider Ströme stattfindet und der Gemischstrom dem Druck
der Rückwaschkolonne angeglichen wird.
Die Angleichung der Drücke beider Ströme kann einerseits
dadurch geschehen, daß einer von beiden auf den Druck des
anderen entspannt wird, oder im entgegengesetzten Fall
eine Erhöhung des Druckes des einen Stromes stattfindet.
In beiden Fällen wird jedoch im Anschluß daran eine
Angleichung des Druckes an den Druck der Rückwaschsäule
vorgenommen. Dies geschieht in der Regel durch
Komprimierung des Gemischstromes, da das Druckniveau der
Rückwaschkolonne über dem der Rektifiziersäule liegt.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das
Mengenverhältnis des kälteleistend entspannten Teils der
flüssigen Fraktion sich zu dem Teil, welcher der
Rückwaschsäule zugeführt wird, wie 0.43-2.3 : 1
verhält.
Mit diesem Verhältnis wird einerseits weiterhin eine
effiziente Rückwaschung in der Rückwaschkolonne
sichergestellt und gleichzeitig genügend Kältemedium zur
Verfügung gestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für
die Kombination unterschiedlicher Trennschritte von H 2
und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasgemischen, welche
mit hohen Eingangsdrücken arbeiten. So können
beispielsweise beliebige Kombination zweier
Trennschritte, bestehend aus C5+-, C3+-, C2+- und
H2-Abtrennung, in besonders energiesparender und
effizienter Weise betrieben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei weiterhin beispielhaft
anhand der Figuren beschrieben.
Ein unter erhöhtem Druck stehender Rohgasstrom wird über
Leitung 1 herangeführt, durch indirekten Wärmetausch in
Wärmetauscher E 1 partiell kondensiert und in Abscheider
D 1 in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion
getrennt. Die flüssige Fraktion wird über Leitung 3
abgezogen und nach Anwärmung in Wärmetauscher E 1 in einen
mittleren Bereich der Rektifikationssäule T entspannt.
Die gasförmige Fraktion des Abscheiders wird mittels
Leitung 2 und nach weiterer Abkühlung in Wärmetauscher E 2
in den unteren Bereich der Rückwaschkolonne R
eingespeist, in der weitere Komponenten durch Auswaschung
aus der gasförmigen Fraktion gewonnen werden. Am Sumpf
der Rückwaschkolonne wird über die Leitungen 7 und 8 die
anfallende flüssige Fraktion abgezogen. Der Teil in
Leitung 7 wird direkt in den oberen Bereich der
Rektifikationssäule T entspannt, während der Teil des
Sumpfprodukts in Leitung 8 zunächst in den Wärmetauschern
E 2 und E 1 angewärmt wird, bevor er in einen mittleren
Bereich der Rektifiziersäule entspannt wird. Im Sumpf der
Rektifiziersäule fällt eine Produktfraktion an, welche
über Leitung 10 abgezogen wird. Über Stichleitung 11 wird
davon ein Teil abgezweigt, in Wärmetauscher E 3 erwärmt
und als Aufkochstrom in den Sumpf der Rektifiziersäule T
zurückgeleitet. Am Kopf der Kolonne T fällt ein
Restgasstrom an, welcher noch erwünschte schwere
Komponenten enthält. Mittels Leitung 12 wird dieser Strom
abgezogen in den Wärmetauschern E 1 und E 2 partiell
kondensiert und in Abscheider D 3 in eine gasförmige und
eine flüssige Fraktion geschieden. Über Leitung 14 wird
die flüssige Fraktion nach Kompression in Pumpe P zur
Rückwaschung dem oberen Bereich der Rückwaschsäule R
zugeführt. Vor der Kompression wird der Fraktion der
Leitung 14 über Stichleitung 15 ein Teil abgezweigt
kälteleistend entspannt, in den Wärmetauschern E 2 und E 1
gegen abzukühlende Ströme der Leitungen 1 (Rohgas) und 12
(Restgasstrom der Rektifiziersäule) erwärmt und nach
Verdichtung in den Kompressoren C 1 und C 2 und erneuter
Anwärmung in den Wärmetauschern E 4 und E 5 dem
Kopfrestgasstrom der Rektifiziersäule T wieder
zugemischt. Das am Kopf der Rückwaschsäule R anfallende
Restgas, bestehend aus leichtersiedenden Komponenten,
wird nach Abzug mittels Leitung 4 mindestens teilweise in
Wärmetauscher E 6 partiell kondensiert. In Abscheider D 2
erfolgt daraufhin eine Trennung in gasförmige und
veflüssigte Anteile. Die gasförmig gebliebenen Anteile
werden in Leitung 6 abgezogen, während die verflüssigten
Anteile über Leitung 5, zusammen mit der gasförmigen
Fraktion des Abscheiders D 3 aus Leitung 13, aus dem
System abgezogen werden. Die Ströme 9 des Wärmetauschers
E 1 sind Hilfskreisläufe für die Kälteerzeugung.
Ein unter erhöhtem Druck stehender Rohgasstrom wird
mittels Leitung 1, nach Abkühlung und partieller
Kondensation durch indirekten Wärmetausch in
Wärmetauscher E 1, zum Abscheider D geleitet und dort in
eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt. Die
flüssige Fraktion wird über Leitung 3 abgezogen,
entspannt und nach Anwärmung in Wärmetauscher E 1 in einen
mittleren Bereich der Rektifiziersäule T geleitet. Die
gasförmige Fraktion des Abscheiders wird mittels Leitung
2, nach weiterer Abkühlung in Wärmetausch E 2, in den
unteren Bereich der Rückwaschkolonne R eingespeist. Vom
Sumpf der Rückwaschkolonne wird über die Leitungen 5 und
6 die anfallende flüssige Fraktion abgezogen. Die
flüssige Fraktion der Leitung 5 wird entspannt, in
Wärmetauscher E 2 angewärmt und einem mittleren Bereich
der Rektifiziersäule T aufgegeben, während der Anteil in
Leitung 6 direkt in einen oberen Bereich der
Rektifiziersäule entspannt wird. Die im Sumpf der
Rektifiziersäule anfallende flüssige Fraktion wird über
Leitung 7 entfernt. Ein Teil wird nach Anwärmung in
Wärmetauscher E 3 als Aufkochstrom in den Sumpf der
Rektifiziersäule zurückgeleitet, der übrige Strom wird
komprimiert P und nach Erwärmung in E 1 abgegeben.
Das Kopfprodukt der Rektifiziersäule T, mittels Leitung 8
abgezogen, wird zunächst in E 1 angewärmt, entspannt und
mit dem komprimierten und erwärmten Strom der Leitung 9
vermischt, wonach in Leitung 10 das Gemisch weiter
verdichtet wird in Kompressor C 2, und eine Anwärmung im
Wärmetauscher E 5 erfolgt. Nach Abkühlung und partieller
Kondensation in den Wärmetauschern E 1 und E 2 wird der
Strom der Leitung 10 in den Abscheideraum der Rückwasch
kolonne R entspannt. Der Abscheideraum ist im oberen
Bereich der Rückwaschkolonne R angeordnet und vom
eigentlichen Rückwaschraum durch einen Kaminboden
getrennt. Am Kopf des Abscheideraumes wird über Leitung 4
eine gasförmige Fraktion abgegeben und nach Anwärmung in
E 2 und E 1 abgezogen. Die am Kaminboden anfallende
flüssige Fraktion wird mittels Leitung 9 abgezogen und
teilweis als Rücklauf auf den oberen Bereich des
Rückwaschraumes aufgegeben. Der übrige Anteil wird, nach
Entspannung und Anwärmung in E 2 und E 1, durch Kompressor
C 1 verdichtet, im Wärmetauscher E 4 weiter erwärmt und mit
dem entspannten Kopfprodukt der Rektifiziersäule T
vermischt. Die Ströme 11 des Wärmetauschers E 1 sind
Hilfskreisläufe für die Kälteerzeugung.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand
eines zahlenmäßigen Beispiels unter Einbeziehung der
Numerierung der Fig. 2 dargestellt.
Claims (4)
1. Verfahren zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen aus
einem leichte und schwere Kohlenwasserstoffe und
gegebenenfalls leichter als Methan siedende
Komponenten enthaltenden Gasstrom, bei dem der unter
erhöhtem Druck stehende Gasstrom abgekühlt, partiell
kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige
Fraktion getrennt wird und bei dem die flüssige
Fraktion durch Rektifikation in einen im wesentlichen
schwersiedende Komponenten enthaltenden Produktstrom
und einen überwiegend leichtersiedende Komponenten
enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, und die nach
der partiellen Kondensation abgetrennte gasförmige
Fraktion einer Rückwaschkolonne zugeführt wird, in
der mit bei der Rektifikation gewonnenem Restgas nach
dessen teilweiser Kondensation schwersiedende
Kohlenwasserstoffe aus der gasförmigen Fraktion
ausgewaschen werden und die im Sumpf der
Rückwaschkolonne anfallende flüssige Fraktion der
Rektifikation zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das bei der Rektifikation gewonnene Restgas nach
seiner teilweisen Kondensation und vor seiner Zufuhr
zur Rückwaschkolonne in eine gasförmige und eine
flüssige Fraktion getrennt wird, und die flüssige
Fraktion mindestens teilweise kälteleistend
entspannt, gegen partiell kondensierendes Restgas der
Rektifiziersäule angewärmt und dem Restgasstrom der
Rektifikation wieder zugemischt wird, während der
verbliebene Teil der flüssigen Fraktion der
Rückwaschsäule zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Druck des Restgases, welches der
Rückwaschsäule zugeführt wird, dem Druck der
Rückwaschkolonne angeglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Vermischung von kälteleistend
entspannter, flüssiger Fraktion mit dem Restgas der
Rektifikation eine Druckangleichung beider Ströme
stattfindet und der Gemischstrom dem Druck der
Rückwaschkolonne angeglichen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis des
kälteleistend entspannten Teils der flüssigen
Fraktion sich zu dem Teil, welcher der Rückwaschsäule
zugeführt wird, wie 0.43-2.3 : 1 verhält.
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