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Einleitung und Hintergrund
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, und die Vorrichtung zum Bewirken
eines solchen Verfahrens, zur Tieftemperatur-Fraktionierung ("cryogenic fractionation") gasförmiger Kohlenwasserstoff-Zufuhren,
um die wertvollen, schwereren Komponenten hiervon wiederzugewinnen.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur hohen Wiedergewinnung
von Ethan und schwereren Komponenten aus einer Erdgas-Zufuhr. Das Verfahren
ist nicht auf die Wiedergewinnung von Paraffin-Verbindungen, wie
Ethan, das in Erdgas vorkommt, beschränkt, sondern betrifft ebenfalls
die Wiedergewinnung von beispielsweise Olefinen, wie Ethylen, das
oft in Gasen, die mit der Erdöl-Raffinierung
oder der Herstellung von Petrochemikalien in Verbindung stehen,
vorkommt.
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Herkömmliche
Verfahren zum Bewirken einer sehr hohen Wiedergewinnung von Ethan
und schwereren Komponenten aus Erdgas verwenden typischerweise eine
Kombination von Wärmeaustausch-,
Turbo-Expansions-, Phasenabtrennungs- und Fraktionierungsschritten.
Die Verwendung der Turbo-Expansion produziert Arbeit, die zum Antrieb
eines Kompressors zur Ergänzung
der Restgas-Kompression verwendet werden kann, wobei durch Abziehen
von Energie aus dem Zufuhrgas niedrige Temperaturen produziert werden.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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In
solchen herkömmlichen
Verfahren wird das Zufuhrgas teilweise in einem Wärmeaustauschsystem kondensiert,
das typischerweise den aufgewärmten
Restdampf einschließt
und andere kalte Ströme,
wie Kühlmittel
aus einem automatischen Kälteerzeugungszyklus
("mechanical refrigeration
cycle") einschließen kann. Eine
teilweise Kondensation ergibt einen flüssigen Strom, der mit den wiedergewonnenen
wertvollen schwereren Komponenten angereichert ist und einem Dampfstrom,
welcher weiteren teilweisen Kondensationsschritten unterzogen werden
kann. Diese teilweisen Kondensationsschritte ergeben schließlich einen
oder mehrere flüssige
Ströme
und einem Hochdruckdampfstrom. Die flüssigen Ströme werden expandiert und einer Entmethanisierungskolonne
("demethaniser column") zugeführt, welche
den größten Teil
an Methan und leichten Komponenten entfernt, um einen stabilen flüssigen Strom
zu produzieren. Der Hochdruckdampfstrom wird arbeitsexpandiert,
welches einen Zwei-Phasen-Strom ergibt, welcher dem Entmethaner
an einem Punkt oberhalb der expandierten flüssigen Ströme zugeführt wird Herkömmlicherweise
wird die Entmethanisierungskolonne mit einem Strom, der kälter als
der im wesentlichen vollständig
expandierte Auslass ("expander
exhaust") ist, refluxiert.
Es wurden eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen, welche sich in
ihrem ausgewählten Entmethaner-Rückfluß-Strom
("demethaniser reflux
stream") unterscheiden.
Jedoch haben diese Verfahren das vernünftige Prinzip gemeinsam, den
Oberflächenbereich
des Wärmeaustauschers
zu verwenden, um die zur Verfügung
stehende Kälteerzeugung
gut auszunutzen und so niedrigere Verfahrenstemperaturen zu erzielen.
Verluste des wertvollen Ethans und der schwereren Komponenten in
den Entmethaner-Kopfprodukten können
so reduziert werden, ohne den Entmethanerkolonnen-Druck herabzusetzen
und somit ohne einen übermäßigen Energiebedarf.
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Diese
Verfahren stellen eine Verbesserung gegenüber den traditionellen Verfahren
dar, welche den im wesentlichen vollständig expandierten Auslass als
die obere Zufuhr ("top
feed") an den Entmethaner
verwenden. Eine Erhöhung
der Wiedergewinnung von Ethan und schwereren Komponenten in diesen
traditionellen Verfahren, erfordert eine Reduktion in dem Entmethaner-Drucks
und dem Druck des im wesentlichen vollständig expandierten Auslasses,
um die Temperaturen zu reduzieren. Eine sehr hohe Ethan-Wiedergewinnung kann
daher in unwirtschaftlich hohen Energiebedürfnissen resultieren, entweder
in einer Rückkompression
des Restdampfes auf den erforderlichen Produktdruck, in externer
Kälteerzeugung,
um die Flüssigkeitenkondensation
zu erhöhen
oder in einer Kompression des Zufuhrgases, welche ebenfalls die
Flüssigkeitenkondensation
erhöht.
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Es
ist üblich
für die
ausgewählte
Entmethaner-Rückfluß-Quelle,
dass sie arm an den wiedergewonnenen Komponenten ist. Ein besonders
effektiver Rückflußstrom ist
der, der aus den Entmethaner-Kopfprodukten stammt, welche in einem
Verfahren, das eine sehr hohe Wiedergewinnung von Ethan aus Erdgas
bewirkt, nahezu reines Methan sein können. Ein herkömmlicher
Kopfprodukt-Kondensator, der den Kopfprodukt-Dampf bei Kolonnendruck
kondensiert, kann wegen der Abwesenheit von Verfahrens-Strömen bei
niedrigerer Temperatur gewöhnlicherweise
nicht verwendet werden, um die erforderliche Kälteerzeugung bereitzustellen.
In dem Verfahren des US-Patents
4,889,545 wird
ein Anteil des Endmethanisierer-Kopfprodukt-Dampfs in einem eigenständigen Kompressor
komprimiert, so daß er
in einem Wärmeaustausch
mit anderen Verfahrens-Strömen
kondensiert werden kann, um den Entmethaner zu refluxieren.
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Die
US-Patente
4,171,964 und
4,157,904 beschreiben Verfahren,
in denen Ströme,
welche relativ reich an Ethan sind, dem oberen Teil des Entmethaners
zugeführt
werden, um als Rückfluß zu wirken
und daher keine sehr hohen Wiedergewinnungen an Ethan bereitstellen.
GB
2,309,072 und WO
98/50742 offenbaren Kohlenwasserstoffgas-produzierende Vorrichtungen,
in denen ein "Recycle"-Strom verwendet
wird, um den Entmethaner zu refluxieren.
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In
einer Anordnung, in welcher ein Teil des Restgases, welches aufgewärmt und
zu einem Druck, der für
die Ausfuhr geeignet ist, komprimiert worden ist, "recycelt", kondensiert, unterkühlt und
expandiert wird, um die Entmethaner-Kolonne zu refluxieren wird
in 1 gezeigt. Diese
Anordnung ist auf Grund der Verluste, die dem Erwärmen und
dem Zurück-Kühlen des Restdampfes innewohnen,
thermodynamisch weniger effizient, als die eines eigenständigen Kompressors.
Das Verfahren ist jedoch einfacher, da ein eigenständiger Kompressor
nicht erforderlich ist.
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Der
Druck, bei welchem der Recycle-Strom gekühlt und kondensiert wird, wird
typischerweise optimiert werden, um den Energiebedarf der Restgaskompression
zu minimieren. Es ist wünschenswert,
den Recycle-Strom bis innerhalb einer geringen Annäherung an
die Entmethaner-Kopfprodukt-Temperatur, welche den kältesten
Strom in dem Verfahren darstellt, zu unterkühlen. Dieses minimiert die
Entwicklung von Dampf beim Expandieren der Flüssigkeit auf den Kolonnendruck,
und maximiert daher die Flüssigkeit,
die erhältlich ist,
um den ansteigenden Dampf in der Kolonne zu refluxieren. Bei niedrigeren
Recycle-Strom-Drucken, werden die Energiebedürfnisse für die Kompression reduziert,
jedoch wird die Kühlungskurve
weniger linear und es kann ein "Pinch" stattfinden, welcher
die Temperatur, auf die der Recycle-Strom abgekühlt werden kann, beschränkt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß eines
Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zur Abtrennung einer schwereren
Kohlenwasserstoff-Fraktion aus einer gasförmigen Zufuhr, enthaltend ein
Gemisch von Kohlenwasserstoffen, bereitgestellt, wobei das Verfahren
umfaßt:
Verfahren zur Abtrennung einer schwereren Kohlenwasserstoff-Fraktion aus
einer gasförmigen
Zufuhr, enthaltend ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, wobei das
Verfahren umfasst:
- (a) Abkühlen der gasförmigen Zufuhr,
um einen teilweise kondensierten Strom zu produzieren
- (b) Abtrennen des teilweise kondensierten Stroms, um einen ersten
flüssigen
Strom und einen ersten gasförmigen
Strom zu bilden
- (c) Unterkühlen
mindestens eines Anteils des ersten flüssigen Stroms
- (d) Expandieren des unterkühlten
Stroms (e) Führen
mindestens eines Anteils des expandierten Stroms aus (d) als eine
flüssige
Zufuhr zu einer Fraktionierungskolonne
- (f) Produzieren eines gekühlten
Stroms durch Kühlen
einer abgetrennten leichten Fraktion der Zufuhr
- (g) Wiedergewinnen der schwereren Kohlenwasserstoff-Fraktion
als eine Rückstandsfraktion
aus der Kolonne
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Teil des Unterkühlens,
erforderlich im Unterkühlungsschritt
(c), durch Wärmetransfer
zum expandierten Strom aus (d) bereitgestellt wird, (ii) mindestens
ein Teil der Kälte,
erforderlich, um die abgetrennten leichten Fraktionen zu kühlen, wodurch
der gekühlte
Strom (f) produziert wird, durch Wärmetransfer zum expandierten
Strom aus (d) bereitgestellt wird und (iii) mindestens ein Anteil
des gekühlten
Stroms (f) an einem oberen Teil der Kolonne eingeleitet wird Es
ist erwünscht,
daß die
Zufuhr zur Fraktionierungskolonne als Ergebnis davon, daß sie im
Schritt (d) expandiert worden ist und einer Wärmetransfer-Behandlung unterzogen
worden ist, um mindestens einen Teil des Unterkühlens, welches gemäß Schritt (c)
erforderlich ist, bereitzustellen, in einem mindestens teilweise
verdampften Zustand vorliegt.
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In
einer bevorzugten Art der Behandlung gemäß der Erfindung wird mindestens
ein Teil des Unterkühlens,
das in dem Unterkühlungsschritt
(c) erforderlich ist, durch einen Wärmetransfer zum Kopfprodukt-Dampf aus
der Fraktionierungskolonne bereitgestellt wird. Wenn in dieser Weise
vorgegangen wird, kann der Kopfprodukt-Dampf aus der Fraktionierungskolonne
vor der Expansion im Wärmeaustausch
mit dem ersten flüssigen
Strom aus Schritt (b) erwärmt
werden. Stärker
bevorzugt wird ein Verfahren bereitgestellt, in welchem der Kopfprodukt-Dampf
aus der Fraktionierungskolonne und der expandierte Strom aus Schritt
(d) im Wärmeaustausch
mit dem ersten flüssigen
Strom aus Schritt (b) vor der Expansion in einem einzelnen Wärmeaustauscher
erwärmt
werden.
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Es
ist wünschenswert,
daß in Übereinstimmung
mit der Erfindung die Nettokälteerzeugung,
die innerhalb des Wärmeaustauschers
verfügbar
ist, verwendet werden kann, um den Strom (f) zu kühlen. Bevorzugt umfaßt der gekühlte Strom
(f) einen Recycle-Strom, der von den Kopfprodukten aus der Fraktionierungskolonne
stammt, und wird verwendet, um die Spitze der Fraktionierungskolonne
zu refluxieren.
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Durch
ein Wärmeaustauschen
des ersten flüssigen
Stroms und der abgetrennten leichten Fraktion mit dem expandierten
Strom aus (d), gegen den verdampfenden Strom, der aus dem unterkühlten Strom
stammt, wird ein Strom mit niedrigerer Temperatur produziert, der
letztendlich zu einer reduzierten Kopfprodukt-Temperatur und einer
erhöhten
Wiedergewinnung führt.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Ausführungen
der Erfindung werden nun detaillierter beschrieben, mit besonderem
Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, von denen:
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1 ein Verfahren aus dem
Stand der Technik zur Abtrennung von schwereren Kohlenwasserstoffen aus
einer gasförmigen
Kohlenwasserstoffzufuhr beschreibt,
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2 eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschreibt, in welcher eine schwerere Kohlenwasserstoff-Fraktion
aus einer gasförmigen
Kohlenwasserstoffzufuhr abgetrennt werden kann. Die Zufuhr wird
teilweise kondensiert und dann in den ersten gasförmigen Strom
und den ersten flüssigen
Strom aufgetrennt. Der erste flüssige
Strom wird dann in dem Wärmeaustauscher
unterkühlt,
expandiert, mindestens teilweise verdampft und dann der Fraktionierungskolonne
zugeführt,
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3 eine Variation der ersten
Ausführungsform
darstellt, in welcher der erste flüssige Strom in einen weiteren
flüssigen
Strom und einen weiteren gasförmigen
Strom aufgetrennt wird, und der weitere flüssige Strom dann über den
Wärmeaustauscher
zur Fraktionierungskolonne transferiert wird, wie in 2,
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4 eine andere Variation
der ersten Ausführungsform
darstellt, in welcher der erste gasförmige Strom in einen weiteren
gasförmigen
Strom und einen weiteren flüssigen
Strom aufgetrennt wird und dann beide Ströme zur Fraktionierungskolonne
transferiert werden,
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5 eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zur Abtrennung von schwererem Kohlenwasserstoff aus
einer gasförmigen
Kohlenwasserstoffzufuhr beschreibt, in welchem der erste flüssige Strom
und der erste gasförmige
Strom an ein Reäquilibrierungs-Gerät transferiert
werden, welches einen ersten Output und einen zweiten Output produziert.
Der erste Output, welcher reicher an schwereren Kohlenwasserstoffen
ist, wird dann über
den Wärmeaustauscher
zur Fraktionierungskolonne transferiert, wie in 2.
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In
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, in welchem der
Kopfprodukt-Dampf aus der Fraktionierungskolonne wieder erwärmt wird,
komprimiert und gekühlt
wird, um einen Recycle-Strom und ein Restgasprodukt bereitzustellen.
Bevorzugt werden der Kopfprodukt-Dampf aus der Fraktionierungskolonne
und der expandierte Strom aus Schritt (d) im Wärmeaustausch mit dem unterkühlten ersten
flüssigen
Strom aus Schritt (b) vor der Expansion in einem einzelnen Wärmeaustauscher
erwärmt.
Dies ermöglicht
es, geringe Temperaturunterschiede zwischen Kühlungs- und Erwärmungs-Strömen zu erhalten und
ergibt eine verbesserte Verwendung der verfügbaren Kälteerzeugung.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung gemäß dieser Ausführungsform,
wie in 2 gezeigt, weist eine
Verbesserung gegenüber
dem herkömmlichen
Restgas-Recycle-Verfahren auf, indem es ein Unterkühlen des
Recycle-Stroms bis zu einer dichten Annäherung an die Entmethaner-Kopfprodukt-Temperatur
bei niedrigeren Recycle-Drucken ermöglicht, als es herkömmlich möglich ist.
Alternativ zu einem festgelegten Recycle-Druck, kann der Recycle-Strom auf eine niedrigere
Temperatur unterkühlt
werden. Dies kann einen reduzierten Energiebedarf des Verfahrens,
eine erhöhte
Wiedergewinnung der gewünschten
schweren Kohlenwasserstoffe oder eine Realisierung von beiden Effekten
ergeben.
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Ein
besonderer Vorteil des Verfahrens der Erfindung gemäß dieser
Ausführungsform
ist es, daß Flüssigkeit
aus dem ersten Separator unterkühlt
und expandiert werden kann, um eine Kälteerzeugung bei einem Temperaturlevel
bereitzustellen, bei dem sie zu der Kondensation/Unterkühlung des
Recycle-Stroms und zu der Unterkühlung
der Flüssigkeit
aus dem ersten Separator beitragen kann. Dies ermöglicht eine
verbesserte Verwendung der verfügbaren
Kälteerzeugung,
um den restriktiven Temperatur-"Pinch" zu entfernen, so
daß der
Recycle-Strom mit
einer kleineren Temperaturannäherung
an das Entmethaner-Restgas unterkühlt werden kann. Dies ermöglicht eine
hohe Wiedergewinnung der gewünschten
Komponenten, die mit geringeren Recycle-Drucken und geringeren Kompressions-Energiebedürfnissen
erreicht wird In einem bevorzugten Aspekt kann diese Ausführungsform
daher ebenfalls Verfahrenselemente einschließen, wodurch die Nettokälteerzeugung,
welche in dem Wärmeaustauscher
verfügbar
ist, verwendet wird, um einen weiteren Verfahrens-Strom abzukühlen, der
eine abgetrennte leichte Fraktion der Zufuhr umfaßt. Dieser
weitere Verfahrens-Strom umfaßt bevorzugt
einen Recycle-Strom, der aus Kopfprodukten aus der Fraktionierungskolonne
stammt. Stärker
bevorzugter wird mindestens ein Anteil dieses Recycle-Stroms kondensiert/unterkühlt und
an einen oberen Teil der Fraktionierungskolonne zurückgeführt.
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Die
Flüssigkeit
aus dem ersten Separator, die unterkühlt, expandiert und verdampft
worden ist, kann der Entmethanisierungskolonne auf einer mittleren
Ebene als ein Zwei-Phasen-Strom
zugeführt
werden. Die Lokalisierung des Zufuhr-Punktes kann optimiert werden,
um die Verfahrenseffizienz zu maximieren. Zusätzlich zu der Unterkühlung, Expandierung
und Verdampfung der Flüssigkeit
aus dem ersten Separator, kann das herkömmliche Restgas-Recycle-Verfahren
durch das Hinzufügen
anderer Verfahrensmerkmale weiter verbessert werden. Diese Merkmale
erzielen eine verbesserte Entmethaner-Rektifikation und für eine erzielte Ethan-Wiedergewinnung
wird der erforderliche Recycle-Durchfluß an Restgas, um den Entmethaner
zu refluxieren, reduziert und dadurch wird der Gesamtenergiebedarf
reduziert.
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In
einer Variation dieser ersten Ausführungsform wird ein Verfahren
bereitgestellt, in welchem der erste flüssige Strom expandiert und
abgetrennt wird, um einen weiteren gasförmigen Strom zu ergeben, und
mindestens ein Anteil des Rückstandes
den Verfahren der Schritte (c) und (d) unterzogen wird.
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Dieses
Merkmal, die Flüssigkeit
aus dem ersten Separator auf einen Zwischendruck zu expandieren, um
die leichteren Komponenten zu verflüchtigen ("flash"), wird in 3 gezeigt. Der Methan-reiche Verflüchtigungsdampf
("flash vapour") kann von der Flüssigkeit
abgetrennt werden, welche nachfolgend unterkühlt, expandiert und verdampft
werden kann. Der Entspannungsdampf kann mit dem Restgas-Recycle-Strom
vereinigt werden. Für
einen erzielten Rückfluß-Durchfluß wird der
Recycle-Durchfluß reduziert,
wodurch die Kompressionsenergie reduziert wird.
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Daher
stellt die Erfindung ebenfalls ein Verfahren bereit, in welchem
mindestens ein Teil des weiteren gasförmigen Stroms zur Fraktionierungskolonne
transferiert wird. Bevorzugt wird dieser weitere gasförmige Strom
oder ein Anteil hiervon bei einem Punkt oberhalb der Flüssigkeitszufuhr
in die Fraktionierungskolonne eingeführt. Stärker bevorzugter wird der weitere
gasförmige
Strom oder ein Anteil hiervon gekühlt und wahlweise expandiert,
bevor er in die Fraktionierungskolonne eingeführt wird.
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Wie
oben beschrieben, gehört
es zum Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,
in welchem der weitere gasförmige
Strom oder ein Anteil hiervon mit dem Recycle-Strom vereinigt wird,
bevor er zur Fraktionierungskolonne transferiert wird Bevorzugt
werden der weitere gasförmige
Strom oder ein Anteil hiervon und der Recycle-Strom gekühlt und
expandiert, um einen mindestens teilweise kondensierten (z.B. flüssigen)
Strom zu produzieren, welcher in die Fraktionierungskolonne eingeführt wird
Am meisten bevorzugt werden der erste gasförmige Strom oder ein Anteil
hiervon und der Recycle-Strom an einem Punkt oberhalb der Flüssigkeitszufuhr
in die Fraktionierungskolonne eingeführt.
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In
einer anderen Variation dieser ersten Ausführungsform wird ein Verfahren
bereitgestellt, in welchem der erste gasförmige Strom arbeitsexpandiert
und abgetrennt wird, um einen weiteren gasförmigen Strom und einen weiteren
flüssigen
Strom zu ergeben, wobei der weitere gasförmige Strom in einem Wärmeaustauscher teilweise
kondensiert wird und dann der Fraktionierungskolonne zugeführt wird
Es ist bevorzugt, daß in
dem Verfahren der weitere gasförmige
Strom in die Fraktionierungskolonne an einem Punkt oberhalb der
Flüssigkeitszufuhr
eingeführt
wird. Bevorzugt wird der weitere flüssige Strom ebenfalls in die
Fraktionierungskolonne eingeführt.
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Es
gehört
ebenfalls zum Gegenstand dieser Variation, ein Verfahren bereitzustellen,
in welchem der weitere gasförmige
Strom im Wärmeaustausch
mit dem expandierten Strom aus Schritt (d) teilweise kondensiert
wird. Bevorzugt werden der Kopfprodukt-Dampf aus der Fraktionierungskolonne
und der expandierte Strom aus Schritt (d) vor der Expansion im Wärmeaustausch
mit dem ersten flüssigen
Strom aus Schritt (b) erwärmt.
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Das
Verfahren der Erfindung kann ebenfalls in einer Weise durchgeführt werden,
wobei entweder der erste gasförmige
Strom oder der erste flüssige
Strom expandiert und abgetrennt wird, um einen weiteren gasförmigen Strom
und einen weiteren flüssigen
Strom zu ergeben, oder wobei sowohl der erste gasförmige Strom als
auch der erste flüssige
Strom expandiert, vereinigt und abgetrennt werden, um einen weiteren
gasförmigen Strom
und einen weiteren flüssigen
Strom zu ergeben.
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In
einem bevorzugten Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt, in welchem
der erste gasförmige
Strom vor der Abtrennung arbeitsexpandiert werden kann.
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Das
oben beschriebene besondere Merkmal des Abtrennens der zwei Phasen
aus dem im wesentlichen vollständig
expandierten Auslass-Strom ("expander-exhaust-stream") und des nachfolgenden
teilweisen Kondensierens der Dampfphase im Wärmeaustausch mit anderen Verfahrens-Strömen wird
in 4 dargestellt. Die
teilweise kondensierte Dampfphase kann der Kolonne an einem separaten
Punkt oberhalb des Punktes, bei dem die flüssige Phase zugeführt wird,
zugeführt
werden.
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Ein
In Kontakt Bringen der Dampfphase eines teilweise kondensierten
Zufuhrgases mit einem Strom leichten Kohlenwasserstoffs kann die
schwereren Komponenten aus diesem Dampf selektiv entfernen. Ein Verfahren
unter Verwendung einer Waschkolonne, welche bei hohem Druck betätigt wird,
um die schwereren Komponenten aus einer gasförmigen Kohlenwasserstoff-Zufuhr
abzutrennen, wird in unserer anhängigen UK-Patentanmeldung
Nr. 9826999.6 (WO 00/34213) beschrieben. Diese Vorgehensweise kann
in das Verfahren der vorliegenden Erfindung integriert werden, wodurch
ein Restdampf bei hohem Druck aus der Waschkolonne produziert wird
Flüssigkeit
aus der Waschkolonne wird durch eine Niedrigdruck-Fraktionierungskolonne geführt, was
ein stabilisiertes flüssiges
Produkt und einen Restdampf-Strom mit niedrigerem Druck produziert.
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Bei
der Anwendung auf eine hohe Propan-Wiedergewinnung aus Erdgas, kann
Dampf aus dem Kopfabschnitt ("top
tray") einer Entethaner-Kolonne
teilweise kondensiert werden, um einen Rückfluß sowohl für den Entethaner als auch die
Hochdruckwaschkolonne bereitzustellen. Während für eine hohe Wiedergewinnung
an Propan und schwereren Komponenten aus Erdgas ein ausreichender
Rückfluß erzeugt
werden kann, kann in den meisten Fällen kein Rückfluß in wirtschaftlicher Weise
erzeugt werden, um eine hohe Wiedergewinnung an Ethan und schwereren
Komponenten zu bewirken. Für
eine wirtschaftliche, hohe Ethan-Wiedergewinnung
aus Erdgas muß daher
ein alternativer Rückfluß-Strom
für die
Hochdruckwaschkolonne gefunden werden.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung kann das Verfahren des Unterkühlens, Expandierens und Verdampfens
von Flüssigkeit,
um eine Kälteerzeugung
bei einem niedrigen Temperaturlevel bereitzustellen, auf ein Arbeitsschema
angewendet werden, welches ein Zwei-Kolonnen-Verfahren verwendet,
so daß es für eine hohe
Wiedergewinnung von Ethan und schwereren Komponenten geeignet ist,
wie in 5 gezeigt.
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Im
allgemeinen Sinn wird in dem Verfahren der Erfindung gemäß dieser
Ausführungsform
der Hochdruckdampf aus dem ersten Separator einer Arbeitsexpansion
bis zu einem mittleren Druck unterzogen und wird der Waschkolonne
auf einer mittleren Ebene zugeführt.
Die Flüssigkeit
aus dem ersten Separator kann bis zu einem mittleren Druck expandiert
werden und dem Boden der Waschkolonne zugeführt werden.
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Die
Waschkolonnen-Kopfprodukte können
bei einem mittleren Druck in einer gut eingebundenen Wärmeaustausch-Behandlung
teilweise kondensiert werden. Ein Anteil der Flüssigkeit kann verwendet werden, um
die Waschkolonne zu refluxieren, und der verbleibende Anteil kann
expandiert werden und verwendet werden, um den Entmethaner zu refluxieren.
Die Flüssigkeit
aus dem Boden der Waschkolonne kann dann unterkühlt, expandiert und wiedererwärmt werden,
bevor sie der Entmethaner-Kolonne zugeführt wird Mit dieser Anordnung
wird Kälteerzeugung
bei einem Temperaturlevel so bereitgestellt, dass sie zur teilweisen
Kondensation der Waschkolonnen-Kopfprodukte beitragen kann.
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Daher
wird in der zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung ein Verfahren bereitgestellt, in welchem der erste
gasförmige
Strom und der erste flüssige
Strom einem Reäquilibrierungsgerät zugeführt werden,
welches einen ersten Output produziert, der reicher an schwereren
Kohlenwasserstoffen ist als der erste flüssige Strom, und einen zweiten
Output produziert, der ärmer
an schwereren Kohlenwasserstoffen ist als der erste gasförmige Strom,
wobei der zweite Output gekühlt
und teilweise kondensiert wird und direkt oder indirekt einem oberen
Teil der Fraktionierungskolonne als gekühlter Strom (f) zugeführt wird
und wobei der erste Output (der mindestens einen Anteil des ersten
flüssigen
Stroms aus Schritt (b)) den Verfahren der Schritte (c) und (d) unterzogen
wird. Das Reäquilibrierungsgerät kann vorzugsweise
eine Hochdruckwaschkolonne sein.
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In
einer bevorzugten Behandlungsweise wird der erste gasförmige Strom
arbeitsexpandiert, bevor er dem Reäquilibrierungsgerät zugeführt wird.
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Es
gehört
zum Gegenstand dieser Ausführungsform,
ein Verfahren bereitzustellen, in welchem der zweite Output im Wärmeaustausch
mit dem expandierten Strom aus Schritt (d) teilweise kondensiert
wird Bevorzugt wird der zweite Output teilweise kondensiert und
mindestens ein Anteil des ersten flüssigen Stroms aus Schritt (b)
wird im Wärmeaustausch
sowohl mit dem Kopfprodukt-Dampf aus der Fraktionierungskolonne als
auch dem expandierten Strom aus Schritt (d) unterkühlt.
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Die
Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform
bereit, in welchem der teilweise kondensierte zweite Output einem
Separator zugeführt
wird, welcher einen zusätzlichen
gasförmigen
Strom und einen zusätzlichen
flüssigen
Strom produziert, wobei mindestens ein Anteil des zusätzlichen flüssigen Stroms
einem oberen Teil der Fraktionierungskolonne zugeführt wird
Bevorzugt wird mindestens ein Anteil des zusätzlich flüssigen Stroms ebenfalls dem
Reäquilibrierungsgerät zugeführt.
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In
einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform kann der zusätzliche
gasförmige
Strom erwärmt werden,
um ein Restgasprodukt zu produzieren. Bevorzugt wird der zusätzliche
gasförmige
Strom im Wärmeaustausch
mit mindestens einem Anteil des ersten flüssigen Stroms aus Schritt (b)
vor der Expansion erwärmt. Stärker bevorzugt
wird der zusätzliche
gasförmige
Strom und der Kopfprodukt-Dampf aus der Fraktionierungskolonne im
Wärmeaustausch
mit dem ersten flüssigen
Strom aus Schritt (b) vor der Expansion und dem zweiten Output aus
dem Reäquilibrierungsgerät erwärmt.
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In
beiden oben beschriebenen Ausführungsformen
kann eine Kopfprodukt-Fraktion aus der Fraktionierungskolonne erwärmt werden
und sukzessive komprimiert und abgekühlt werden, um ein Restgasprodukt zu
produzieren. In der ersten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Anteil dieses Restgasprodukts recycled, um
die Spitze der Fraktionierungskolonne zu refluxieren.
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Die
Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zur Abtrennung einer schwereren
Kohlenwasserstoff-Fraktion aus einer gasförmigen Zufuhr bereit, umfassend
ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, wobei das Gemisch gekühlt, teilweise
kondensiert und in einen ersten flüssigen Strom und einen ersten
gasförmigen
Strom separiert wird, und mindestens ein Anteil von sowohl dem ersten
flüssigen
Strom als auch dem ersten gasförmigen
Strom zu einer Fraktionierungskolonne geführt wird, in welcher die Separierung
vorgenommen wird, wobei die Vorrichtung umfaßt:
- (i)
Leitungsmittel zum Überführen mindestens
eines Anteils des ersten flüssigen
Stroms zu einem Wärmeaustauscher,
in welchem dieser Anteil unterkühlt
wird,
- (ii) Mittel zum Expandieren des unterkühlten Stroms,
- (iii) Leitungsmittel zum Überführen mindestens
eines Anteils des expandierten Stroms zu einem Wärmeaustauscher, in welchem
das Unterkühlen
bewirkt wird, wobei mindestens ein Teil des Unterkühlens durch Wärmetransfer
zum expandierten Strom zur Verfügung
gestellt wird,
- (iv) Leitungsmittel für
das Einführen
eines gekühlten
Stroms, produziert durch Kühlen
einer abgetrennten leichten Fraktion der Zufuhr zu einem oberen
Teil der Kolonne, wobei mindestens ein Anteil der Kälte, die erforderlich
ist, um die abgetrennte leichte Fraktion zu kühlen, durch Wärmetransfer
zu dem expandierten Strom bereitgestellt wird
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Die
Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung, wie oben beschrieben,
bereit, wobei das gekühlte,
teilweise kondensierte Gemisch in einem ersten Separator in einen
ersten gasförmigen
Strom und einen ersten flüssigen
Strom aufgetrennt wird und die Vorrichtung weiterhin Mittel zum
Expandieren des ersten flüssigen Stroms
und Mittel zur Auftrennung des ersten ex pandierten flüssigen Stroms
in einen weiteren gasförmigen Strom
und einen weiteren flüssigen
Strom umfaßt,
wobei der weitere flüssige
Strom zum Wärmeaustauscher überführt wird.
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Die
oben definierte Vorrichtung kann weiterhin Mittel (z.B. eine Expansionsturbine)
zum teilweisen Kondensieren des ersten gasförmigen Stroms, Abtrennungsmittel
zum Abtrennen mindestens eines Anteils des teilweise kondensierten
Stroms in einen weiteren gasförmigen
Strom und einen weiteren flüssigen
Strom und Mittel zum Überführen mindestens
eines Anteils des weiteren gasförmigen
Stroms zur Fraktionierungskolonne umfassen.
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Die
Vorrichtung der Erfindung kann angepaßt werden, um das Verfahren
der zweiten Ausführungsform der
Erfindung durchzuführen,
wobei das gekühlte,
teilweise kondensierte Gemisch in einem ersten Separator in einen
ersten gasförmigen
Strom und einen ersten flüssigen
Strom aufgetrennt wird. In diesem Fall schließt die Vorrichtung zusätzlich ein
- (a) Mittel zum Arbeitsexpandieren des ersten
gasförmigen
Stroms,
- (b) Mittel zum Expandieren des ersten flüssigen Stroms,
- (c) ein Reäquilibrierungsgerät, welches
angeordnet ist, um den expandierten ersten gasförmigen Strom und den expandierten
ersten flüssigen
Strom aufzunehmen und welches einen ersten "Output", welcher an schwereren Kohlenwasserstoffen
reicher als der erste expandierte flüssige Strom ist, und einen
zweiten "Output" produziert, welcher
an schwereren Kohlenwasserstoffen ärmer als der erste gasförmige Strom
ist,
- (d) Leitungsmittel zum Überführen mindestens
eines Anteils des zweiten "Outputs" zur Fraktionierungskolonne
und
- (e) Leitungsmittel zum Überführen des
ersten "Outputs" zum Wärmeaustauscher.
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Beschreibung der speziellen
Ausführungsformen
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Ausführungsform 1
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Die
Erfindung wird nachstehend in Hinblick auf ein Verfahren für eine hohe
Ethan-Wiedergewinnung beschrieben.
Die Beschreibung sollte in Verbindung mit dem Ablaufdiagramm aus 2 gelesen werden.
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Ein
Zufuhrgas mit einem erhöhten
Druck 2 wird durch ein Wärmeaustauschsystem 4 geführt, wobei
es gekühlt
und teilweise kondensiert wird Die flüssige Phase 18 wird
in einem Dampf-Flüssigkeits-Separator 8 von der
nicht-kondensierten Dampf-Phase 10 abgetrennt. Ein erster
gasförmiger
Strom, welcher den Dampf 10 umfaßt, wird in einem Turbo-Expander 12 arbeitsexpandiert,
um einen Zwei-Phasen-Strom 14 zu ergeben, welcher dem oberen
Teil einer Fraktionierungskolonne in der Form eines Entmethaners 16 zugeführt wird
Ein erster flüssiger
Strom, welcher die Flüssigkeit 18 umfaßt, wird
in dem Wärmeaustauschsystem 20 gekühlt, um die
unterkühlte
Flüssigkeit 22 zu
ergeben, welche über
das Ventil 24 expandiert ("expanded across valve 24") wird, um den Strom 26 zu
ergeben, welcher in flüssiger
oder in zwei Phasen vorliegen kann. Der Strom 26 wird in
dem Wärmeaustauschsystem 20 teilweise
verdampft, um einen Zwei-Phasen-Strom 28 zu ergeben, welcher bei
mittlerer Ebene dem Entmethaner 16 zugeführt wird
Die Kälteerzeugung
für das
Kühlen
des Zufuhrgases wird durch Verdampfen des flüssigen Kältemittelstroms 86 in
dem Wärmeaustauschsystem 4 ergänzt, welches einen
Kältemittel-Dampf-Strom 88 ergibt.
Die Verwendung eines Kältemittels
aus einem solchen automatischen Kälteerzeugungszyklus ist abhängig von
der Zufuhrgas-Zusammensetzung, dem erforderlichen Wiedergewinnungs-Level
und wirtschaftlichen Faktoren, und stellt kein wesentliches Merkmal
der Erfindung dar.
-
Der
Restdampf aus dem Entmethaner 16 wird in der folgenden
Weise wiedererwärmt
und komprimiert. Der Dampf 30 aus dem Entmethaner 16 wird
in dem Wärmeaustauschsystem 20 erwärmt, welches
das Gas 32 ergibt, das in dem Wärmeaustauschsystem 4 weitererwärmt wird,
um das Gas 34 zu ergeben. Das Gas 34 aus dem Wärmeaustauschsystem 4 wird
in der Expander-Bremse 36 ("expander brake") komprimiert, welches das Gas 38 ergibt,
das in dem Kühler 40 gekühlt wird,
welches das Gas 42 ergibt. Das Gas 42 wird in
dem Kompressor erster Ebene 44 komprimiert, welches das
Gas 46 ergibt, das nachfolgend in dem Kühler 48 gekühlt wird,
welches das Gas 50 ergibt. Das Gas 52, welches
einen Teil des Gases 50 dar stellt, wird aus dem Kompressionszug
entfernt, wobei das Gas 54 zurückbleibt. Das Gas 54 wird
in dem Kompressor zweiter Ebene 78 komprimiert, welches
das Gas 80 ergibt, das in dem Kühler 82 gekühlt wird,
um das Restgasprodukt 84 zu ergeben.
-
Der
Rückfluß an den
Entmethaner wird in folgender Weise bereitgestellt. Das Gas 52 aus
dem Ablaß ("discharge") des Kompressors
erster Ebene 44 wird in dem Wärmeaustauschsystem 4 gekühlt, welches
das Gas 56 ergibt, und wird in dem Wärmeaustauschsystem 20 kondensiert
und unterkühlt,
welches die unterkühlte
Flüssigkeit 58 ergibt.
Die unterkühlte
Flüssigkeit 58 wird über das
Ventil 60 auf den Entmethaner-Druck expandiert, welches
den Zwei-Phasen-Strom 62 ergibt,
welcher dem oberen Teil des Entmethaners 16 zugeführt wird.
-
Das
Aufkochen des Entmethaners/der Entmethaner-"Reboil" ("demethaniser
reboil") wird in
der folgenden Weise bereitgestellt. Die Flüssigkeit 64 wird aus
einem Teilabschnitt weit oben ("way
up") in dem Entmethaner
gezogen und durch das Wärmeaustauschsystem 4 thermosyphoniert,
wobei sie teilweise verdampft wird, um den Zwei-Phasen-Strom 66 zu
ergeben, der an den Entmethaner zurückgeführt wird. Die Flüssigkeit 68 wird
in gleicher Weise wie die Flüssigkeit 64 gezogen
und wird durch das Wärmeaustauschsystem 4 thermosyphoniert,
wobei sie teilweise verdampft wird, um den Zwei-Phasen-Strom 70 zu
ergeben, welcher an den Entmethaner zurückgeführt wird Zusätzlich wird
die Flüssigkeit 72 aus
dem Boden-Gefäß thermosyphoniert und
dem Wärmeaustauschsystem 4 zugeführt, wobei
sie teilweise verdampft wird, um den Zwei-Phasen-Strom 74 zu
ergeben, welcher an den Entmethaner zurückgeführt wird Ein stabilisiertes
flüssiges
Produkt 76 wird aus dem Boden des Entmethaners gezogen.
-
Die
Betätigung
der Abtrennungsvorrichtung, wie in 2 beschrieben,
wird weiterhin durch die Daten aus Tabelle 1 dargestellt.
-
-
Erläuterungen zu Tabelle 1
- 2
- Zufuhrgas
- 10
- Expander-Einlass
("expander inlet")
- 14
- Zufuhr
des im wesentlichen vollständig
expandierten Auslasses an den Entmethaner
- 22
- Unterkühlte Flüssigkeit
- 26
- Expandierte
Flüssigkeit
- 28
- Entmethaner,
geringere Zufuhr
- 30
- Entmethaner-Kopfprodukte
- 34
- LP
Restgas
- 52
- "Recycle"-Gas
- 58
- Unterkühlter "Recycle"
- 62
- Entmethaner-Rückfluß
- 84
- Restgas
- 76
- Flüssiges Produkt
- 86
- Kühlmittel
Ein ("In")
- 88
- Kühlmittel
Aus ("Out")
-
Das
obige Verfahren kann auf einer Anzahl von Wegen variiert werden.
Zum Beispiel können
einer oder mehrere Turbo-Expansions-Schritte verwendet werden oder
es können
ein oder mehrere Schritte der teilweisen Kondensation und Phasenabtrennung
angewendet werden.
-
Eine
andere Alternative zu dem oben beschriebenen Verfahren ist es, den
Turbo-Expander 12 zu verwenden, um eher eine andere Drehausstattung
anzutreiben, als einen Kompressor anzutreiben, der verwendet wird,
um die Restgas-Kompressoren 44 und 78 zu ergänzen.
-
Eine
weitere Verfahrensmöglichkeit
ist es, den Bedarf an Kälteerzeugung
durch Erwärmen
oder Verdampfen des flüssigen
Produktes 76 aus dem Entmethaner, entweder bei dem Entmethaner-Druck
oder bei einem erhöhten
oder einem reduzierten Druck, angepaßt an die nachgeschaltete Bearbeitung,
bereitzustellen oder zu ergänzen.
-
Die
erforderliche Kälteerzeugung
kann ebenfalls durch eine oder mehrere Komponenten einer Kälteerzeugungs-Flüssigkeit
bereitgestellt oder ergänzt
werden, welche auf einen oder mehrere Drucke komprimiert, kondensiert/unterkühlt und
expandiert werden, wodurch eine Verdampfung bei einem oder mehreren
Temperaturleveln möglich
ist. Ein oder mehrere flüssige
Ströme
und ein erster Restdampf-Strom können
aus dem Wärmeaustausch
des Zufuhrgases mit diesem automatischen Kälteerzeugungszyklus resultieren.
-
Noch
eine andere mögliche
Verbesserung des Verfahrens ist es, die Wärmeaustauschsysteme 4 und 20 zu
kombinieren oder das Wärmeaustauschsystem 4 durch
eine oder mehrere Wärmeaustauscher-Behandlungen
zu ersetzen. Das Zufuhrgas 2 kann aufgeteilt werden, um
die Ausführbarkeit
der Wärme-Einbindung
in die vorgenannten Wärmeaustauscherbehandlungen
zu optimieren und zu verbessern und kann nachfolgend wieder vereinigt
werden, um den Strom 6 zu ergeben.
-
Ebenfalls
kann die Einbindung des Kühlens
des Zufuhrgases und des Entmethaners des Verfahrens durch Verwenden
von mehr als zwei oder weniger als zwei Seitenaustauscher ("side exchangers") optimiert werden.
-
Die
erste oben beschriebene Ausführungsform
kann, wie in 3 gezeigt,
variiert werden. Der erste flüssige
Strom, welcher die Flüssigkeit 80 aus
dem ersten Separator umfaßt,
wird auf einen Zwischendruck expandiert und der resultierende Zwei-Phasen-Strom 92 wird
in dem zweiten Dampf-/Flüssigkeits-Separator 94 aufgetrennt.
Der weitere flüssige
Strom, welcher die Flüssigkeit 98 umfaßt, wird
in dem Wärmeaustauscher-System 20 unterkühlt, expandiert
und teilweise verdampft in dem Wärmeaustauscher-System 20.
Der weitere gasförmige
Strom, welcher den Dampf 96 umfaßt, wird mit dem Restgas-Recycle-Strom 56 vereinigt und
dem Wärmeaustausch-System 20 zugeführt.
-
Eine
zweite Variation der ersten Ausführungsform
wird in 4 gezeigt. Die
zwei Phasen des Stroms 14, des im wesentlichen vollständig expandierten
Auslasses, werden in dem zweiten Dampf-/Flüssigkeits-Separator 90 aufgetrennt.
Der weitere flüssige
Strom, welcher die Flüssigkeit 96 umfaßt, wird
dem Entmethaner zugeführt.
Der weitere gasförmige
Strom, welcher den Dampf 92 umfaßt, wird teilweise in dem Wärmeaustauschsystem 20 kondensiert
und nachfolgend an einem Punkt, der oberhalb der Flüssigkeitszufuhr
liegt, dem Entmethaner zugeführt.
-
Ausführungsform 2
-
Die
zweite Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend in Hinblick auf ein Verfahren für eine hohe Ethan-Wiedergewinnung
beschrieben. Die Beschreibung sollte in Verbindung mit dem Ablaufdiagramm
aus 5 gelesen werden.
-
Ein
Zufuhrgas mit einem erhöhten
Druck 2 wird durch das Wärmeaustauschsystem 4 durchgeführt, wo es
gekühlt
und teilweise kondensiert wird, um den Zwei-Phasen-Strom 6 zu
ergeben. Die flüssige
Phase 48 wird von der nicht kondensierten Dampf-Phase 10 in
einem Dampf-/Flüssigkeitsseparator 8 abgetrennt.
Der erste gasförmige
Strom, welcher den Dampf 10 umfaßt, wird in den Turbo-Expander 12 arbeitsexpandiert,
um den Zwei-Phasen-Strom 14 zu ergeben, welcher zu einem
mittleren Punkt einer Reäquilibrierungsvorrichtung in
der Form einer Hochdruckwaschkolonne 16 zugeführt wird.
Ein erster flüssiger
Strom, welcher die Flüssigkeit 48 umfaßt, wird über das
Ventil 50 auf einen mittleren Druck expandiert, um den Zwei-Phasen-Strom 52 zu
ergeben, welcher dem Boden der Hochdruckwaschkolonne 16 zugeführt wird.
-
Die
Kälteerzeugung
für das
Kühlen
des Zufuhrgases wird durch Verdampfen des flüssigen Kühlmittel-Stroms 108 in
dem Wärmeaustauschsystem 4 ergänzt, welches
den Kühlmittel-Dampfstrom 110 ergibt.
Das Verwenden eines Kühlmittels
aus einem solchen automatischen Kälteerzeugungs-Zyklus ist abhängig von
der Zufuhrgas-Zusammensetzung, dem erforderlichen Wiedergewinnungslevel
und wirtschaftliche Faktoren und ist kein notwendiges Merkmal der
Erfindung.
-
Ein
erster Output aus der Hochdruckwaschkolonne, welcher die Flüssigkeit 36 umfaßt, wird
in dem Wäscheaustausch-System 20 unterkühlt, um
die unterkühlte
Flüssigkeit 38 zu
ergeben. Die Flüssigkeit 38 wird über ein
Ventil 40 expandiert, um den Strom 42 zu ergeben,
welcher in flüssiger
oder in Zwei-Phasen vorliegen kann. Der Strom 42 wird in
dem Wärmeaustauschsystem 20 teilweise
verdampft, um einen Zwei-Phasen-Strom 46 zu ergeben, welcher
auf einer mittleren Ebene dem Entmethaner 54 zugeführt wird
Ein zweiter Output aus der Hochdruckwaschkolonne, welcher den Dampf 18 umfaßt, wird
in dem Wärmeaustauschsystem 20 teilweise
kondensiert, um einen Zwei-Phasen-Strom 22 zu ergeben.
Ein zusätzlicher
flüssiger
Strom, welcher die Flüssigkeit 26 umfaßt, wird
aus dem nicht-kondensierten zusätzlichen
gasförmigen
Strom, welcher den Dampf 62 umfaßt, in einem Dampf-/Flüssigkeits-Separator 24 abgetrennt.
Die Flüssigkeit 26 wird
aufgeteilt und mit einem Anteil 28 zugeführt, um
die Hochdruckwaschkolonne 16 zu refluxieren. Der verbleibende Anteil 30 wird über das
Ventil 32 expandiert, um einen Zwei-Phasen-Strom 34 zu
ergeben, welcher einem oberen Teil des Entmethaners 54 zugeführt wird,
um den erforderlichen Rückfluß bereitzustellen.
-
Der
Restdampf aus dem Entmethaner wird auf die folgende Weise wiedererwärmt und
komprimiert. Der Dampf 56 aus dem Entmethaner wird in dem
Wärmeaustauschsystem 20 erwärmt, welches
das Gas 58 ergibt, das in dem Wärmeaustauschsystem 4 weiter
erwärmt
wird, um das Gas 60 zu ergeben. Das Gas 60 aus
dem Wärmeaustauschsystem 4 wird
in der Expander-Bremse 68 komprimiert, welches das Gas 70 ergibt, das
in dem Kühler 72 nachfol gend
gekühlt
wird, welches das Gas 74 ergibt. Das Gas 74 wird
in dem Kompressor erster Ebene 76 komprimiert, um das Gas 78 zu
ergeben, welches in dem Kühler 80 gekühlt wird,
um das Gas 82 zu ergeben. Das Gas 82 wird mit
Gas 66 gemischt, um das Gas 84 zu ergeben. Das
Gas 84 wird in dem Kompressor zweiter Ebene 100 komprimiert,
um das Gas 102 zu ergeben, das in dem Kühler 104 gekühlt wird,
um das Restgasprodukt 106 zu ergeben.
-
Der
zusätzliche
gasförmige
Strom aus dem Dampf-/Flüssigkeits-Separator 24,
welcher den Restdampf 62 enthält, wird in dem Wärmeaustauschsystem 20 erwärmt, welches
das Gas 64 ergibt, das in dem Wärmeaustauschsystem 4 weiter
erwärmt
wird, um das Gas 66 zu ergeben. Das Gas 66 aus
dem Wärmeaustauschsystem 4 wird
mit Gas 82 gemischt, um das Gas 84 zu ergeben.
-
Das
Aufkochen des Entmethaners/der Entmethaner-"Reboil" wird in die folgende Weise bereitgestellt. Die
Flüssigkeit 86 wird
aus einem Teilabschnitt weit oben in dem Entmethaner gezogen und
durch das Wärmeaustauschsystem 4 thermosyphoniert,
wo sie teilweise verdampft wird, um einen 2-Phasen-Strom 88 zu
ergeben, welcher an den Entmethaner zurückgeführt wird Die Flüssigkeit 90 wird
in gleicher Weise aus einem Gefäß weiter
unten des Entmethaners als das, aus dem die Flüssigkeit 86 gezogen
wurde, gezogen und wird durch das Wärmeaustauschsystem 4 thermosyphoniert,
wobei sie teilweise verdampft wird, um einen Zwei-Phasen-Strom 92 zu
ergeben, welcher an den Entmethaner zurückgeführt wird. Zusätzlich wird
die Flüssigkeit 94 aus
dem Boden-Gefäß thermosyphoniert
und dem Wärmeaustauschsystem 4 zugeführt, wo
sie teilweise verdampft wird, um einen Zwei-Phasen-Strom 96 zu
ergeben, der an den Entmethaner zurückgeführt wird Ein stabilisiertes
flüssiges
Produkt 98 wird aus dem Boden des Entmethaners gezogen.
-
Die
Betätigung
der Abtrennungsvorrichtung, wie in 5 beschrieben,
wird weiterhin durch die Daten aus Tabelle 2 dargestellt.
-
-
Erläuterungen zu Tabelle 2
- 2
- Zufuhrgas
- 10
- Expander-Einlass
("expander inlet")
- 14
- Zufuhr
des im wesentlichen vollständig
expandierten Auslasses an die HD-Waschkolonne
- 52
- HD-Waschkolonne,
geringere Zufuhr
- 18
- Waschkolonnen-Dampf
- 62
- HD-Restdampf
- 28
- Waschkolonnen-Rückfluß
- 56
- Entmethaner-Kopfprodukte
- 34
- Entmethaner-Kolonnen-Rückfluß
- 38
- Unterkühlte Flüssigkeit
- 42
- Expandierte
Flüssigkeit
- 46
- Entmethaner,
geringere Zufuhr
- 60
- Recycle-Gas
- 66
- HP-Restgas
- 84
- Restgas
- 98
- Flüssiges Produkt
- 100
- Kühlmittel
Ein ("In")
- 102
- Kühlmittel
Aus ("Out")
-
Das
obige Verfahren kann auf vielfältige
Weise variiert werden. Zum Beispiel können einer oder mehrerer Turbo-Expansions-Schritte
verwendet werden oder es können
ein oder mehrere Schritte der teilweisen Kondensation und Phasenabtrennung
angewendet werden.
-
Eine
weitere Alternative zu dem oben beschriebenen Verfahren ist es,
den Turbo-Expander 12 zu verwenden, um eine andere Drehausrüstung anzutreiben,
eher als einen Kompressor anzutreiben, welcher verwendet wird, um
die Restgaskompressoren 76 und 100 zu ergänzen.
-
Eine
weitere Alternative ist es, daß einer
oder beide von (a) der Anteil des zusätzlichen flüssigen Stromes, umfassend die
Flüssigkeit 26,
welche zugeführt
wird, um die Hochdruckwaschkolonne zu refluxieren, und (b) der Anteil
der Flüssigkeit 26,
welche einem oberen Teil des Entmethaners 54 zugeführt wird,
jeweils in dem Wärmeaustauschsystem 20 erwärmt werden
können,
vor dem Zuführen
zu entweder der Hochdruckwaschkolonne 16 oder dem Ventil 32.
-
Noch
eine andere mögliche
Verfahrensverbesserung ist es, die Wärmeaustauschsysteme 4 und 20 zu kombinieren
oder das Wärmeaustauschsystem 4 durch
eine oder mehrere Wärmeaustauscherbehandlungen zu
ersetzen. Das Zufuhrgas 2 kann aufgeteilt werden, um die
Ausführbarkeit
der Wärme-Einbindung
in die vorerwähnten
Wärmeaustauscherbehandlungen
zu optimieren und zu verbessern und kann nachfolgend wiedervereinigt
werden, um den Strom 6 zu ergeben.
-
Eine
weitere Verfahrensmöglichkeit
ist es, den Bedarf der Kälteerzeugung
durch Erwärmen
oder Verdampfen des flüssigen
Produktes 98 aus dem Entmethaner, entweder bei dem Entmethaner-Druck
oder bei einem erhöhten
oder bei einem erniedrigten Druck, angepaßt an die nachfolgende Bearbeitung,
bereitgestellt oder ergänzt
werden. Alternativ kann der Bedarf der Kälteerzeugung durch Expandieren
der Restdämpfe
aus der Hochdruckwaschkolonne bereitgestellt oder ergänzt werden.
-
Die
erforderliche Kälteerzeugung
kann ebenfalls durch ein oder mehrere Komponenten einer Kühlmittelflüssigkeit
bereitgestellt oder ergänzt
werden, welche komprimiert, kondensiert /unterkühlt und expandiert wird auf
einen oder mehrere Drucke, wodurch eine Verdampfung bei einem oder
mehreren Temperaturleveln ermöglicht
wird. Ein oder mehrere flüssige
Ströme
und ein erster Restgas-Strom können
sich aus dem Wärmeaustausch
des Zufuhrgases mit diesem automatischen Kälteerzeugungszyklus ergeben.
-
Das
Einbinden des Kühlens
des Zufuhrgases und des Entmethaners des Prozesses kann ferner durch ein
Verwenden von mehr als zwei oder weniger als zwei Seitenaustauscher
("side exchangers") optimiert werden.
-
Es
kann bei dem obigen Verfahren ebenfalls vorteilhaft sein, die Hochdruckwaschkolonne
aufzukochen ("reboil"), z. B. im Wärmeaustausch
mit einem Anteil des Zufuhrgases, um die Ladung an den Entmethaner
zu reduzieren.
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Als
eine weitere Verbesserung kann der Rückfluß an die Hochdruckwaschkolonne
durch vollständiges Kondensieren
eines Anteils des zweiten Outputs der Hochdruckwaschkolonne, welche
den Kopfprodukt-Dampf 18 umfaßt, bereitgestellt werden,
eher als den gesamten Dampf 18 teilweise zu kondensieren.
-
Ebenfalls
können
die Dampf- und flüssigen
Phasen des im wesentlichen expandierten Auslass-Stroms 14 in
einem Dampf-/Flüssigkeits-Separator
aufgetrennt werden, wobei die flüssige
Phase einer mittleren Ebene der Hochdruckwaschkolonne zugeführt wird
Die Dampf-Phase
kann in dem Wärmeaustauschsystem 20 teilweise
kondensiert werden, wobei der sich ergebende Zwei-Phasen-Strom an
einem höheren
Punkt der Hochdruckwaschkolonne zugeführt wird, um den gesamten oder
einen Teil des erforderlichen Rückflusses
bereitzustellen.