-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wasserwäsche eines heißen kohlenwasserstoffhaltigen Gases
in einer Anlage zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus kohlenwasserstoffhaltigem
Einsatz (Olefinanlage).
-
In
einer Anlage zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus kohlenwasserstoffhaltigem
Einsatz, zum Beispiel einer Ethylenanlage, werden längerkettige
Kohlenwasserstoffe beispielsweise mittels Dampfspaltung in kürzerkettige
Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Das dabei entstehende, heiße Gasgemisch
aus kohlenwasserstoffhaltigem Gas wird nach dem Stand der Technik
mit Hilfe einer Wasserwäsche abgekühlt, bevor
es verdichtet und im Tieftemperaturzerlegungsteil der Anlage in
die einzelnen Kohlenwasserstoffe getrennt wird.
-
Nach
dem Stand der Technik werden zwei verschiedene Verfahren zur Wasserwäsche eines kohlenwasserstoffhaltigen
Gases genutzt, zum Einen eine Wasserwäsche bestehend aus einem Waschkreislauf
und zum Anderen eine Wasserwäsche
bestehend aus zwei Waschkreisläufen.
-
Beim
Verfahren zur Wasserwäsche
mit einem Waschkreislauf wird das heiße kohlenwasserstoffhaltige
Gas in den unteren Teil einer Kolonne geführt. In der Kolonne wird das
kohlenwasserstoffhaltige Gas durch die Wasserwäsche mit Wasser gesättigt und
abgekühlt.
Die dabei entstehende Flüssigphase
wird vom Boden der Kolonne abgezogen und als Einsatzstoff in eine
Benzin-Wassertrennung geführt,
wo die Flüssigphase
in eine Kohlenwasserstoffphase und eine Wasserphase getrennt wird.
Die Kohlenwasserstoffphase kann als schwere oder leichte Kohlenwasserstofffraktion
zur Weiterverarbeitung abgeführt
werden. Das in der Benzin-Wassertrennung abgetrennte Wasser wird
teilweise in den Prozesswasserkreislauf zurückgeführt und teilweise abgekühlt im Kreis
in den Kopf der Kolonne zur Abkühlung
des kohlenwasserstoffhaltigen Gases geführt.
-
Bei
einem Verfahren nach dem Stand der Technik mit einer Wasserwäsche bestehend
aus zwei Waschkreisläufen
wird das kohlenwasserstoffhaltige Gas in eine Kolonne bestehend
aus einem unteren Teil und einem oberen Teil geführt. Im unteren Teil wird das
kohlenwasserstoffhaltige Gas mit Wasser gesättigt, von wo aus es in den
oberen Teil gelangt, wo es durch gekühltes Waschwasser weiter abgekühlt wird.
Analog zur Einkreiswäsche
wird vom Boden der Kolonne eine Flüssigphase abgezogen und in
Kohlenwasserstoffphase und Wasserphase getrennt. Die Kohlenwasserstoffphase
wird zur Weiterverarbeitung ausgeführt, während die Wasserphase zurück in den
unteren Teil der Kolonne geführt
wird. Die am Boden des oberen Teils der Kolonne anfallende Flüssigphase
wird teilweise über
eine zweite Benzin-Wassertrennung in den Prozesswasserkreislauf zurückgeführt und
teilweise abgekühlt
zum Kopf des oberen Teils der Kolonne zur Abkühlung des kohlenwasserstoffhaltigen
Gases geführt.
-
Bei
beiden Verfahren nach dem Stand der Technik kommt es zu Bewuchsproblemen.
Bei einer bestimmten Temperatur, der so genannten Stockpunkttemperatur,
beginnen Kohlenwasserstoffe in ihre feste Phase überzugehen. Diese Stockpunkttemperatur
variiert für
die verschiedenen Kohlenwasserstoffe und ist abhängig von der Molekülstruktur der
Kohlenwasserstoffe. In der Wasserwäsche wird das heiße kohlenwasserstoffhaltige
Gas auf eine Temperatur abgekühlt,
die sehr nah an der Stockpunkttemperatur der schweren Ölkomponenten
liegt. Um Bewuchs zu vermeiden, dürfen daher die schweren Ölkomponenten
nicht in diese kalten Prozessbereiche gelangen.
-
Bei
einem Verfahren zur Wasserwäsche
mit einem Waschkreislauf werden nach dem Stand der Technik die schweren Ölkomponenten
mit der flüssigen
Phase aus dem Sumpf der Kolonne abgezogen und in der Benzin-Wassertrennung
vom Wasser getrennt. Diese Benzin-Wassertrennung ist der kritischste
Punkt im Verfahren. Aufgrund unterschiedlicher Koksmengen in der
Flüssigphase
und nur geringer Dichteunterschiede zwischen der Wasserphase und
der Kohlenwasserstoffphase bei einem geringen Anteil von Kohlenwasserstoffen
in einer großen
Wassermenge ist die Benzin-Wassertrennung schwierig und anfällig für kleine
Schwankungen im Prozess, wie zum Beispiel Schwankungen des ph-Wertes.
Dadurch ist die Trennung mitunter unvollständig und ein Teil der schweren Ölkomponenten
gelangt mit dem Wasser in kältere
Teile der Anlage, wie den Kopf der Kolonne zur Wasserwäsche oder
in den Prozesswasserkreislauf, wo sich dann Bewuchs bildet.
-
Bei
einem Verfahren zur Wasserwäsche
mit zwei Waschkreisläufen
nach dem Stand der Technik werden die schweren Ölkomponenten schon im unteren
Teil der Kolonne zurückgehalten
bzw. ausgeführt, daher
ist die eigentliche Benzin-Wassertrennung einfach und das Risiko
von schweren Ölkomponenten im
Prozesswasserkreislauf deutlich minimiert. Allerdings müssen im
unteren Teil der Kolonne sensitivere Einbauten, z.B. Lamellen, verwendet
werden, um zu verhindern, dass die schweren Komponenten mit dem
Gasstrom in den oberen Teil der Kolonne gelangen. Diese sensitiveren
Einbauten sind allerdings anfälliger
für Bewuchs
als die robusten Einbauten, die in einem Verfahren mit einem Waschkreislauf
verwendet werden. Zusätzlich
kann selbst mit den sensitiveren Einbauten keine 100%ige Zurückhaltung
der schweren Ölkomponenten
im unteren Kreis erreicht werden, so dass zwar der Prozesswasserkreislauf vor
schweren Ölkomponenten
geschützt
ist, aber selbige über
den Boden des oberen Teils der Kolonne in das Waschwasser und somit
zum kalten Kopf der Kolonne gelangen können und dort ebenso wie bei
einer Einkreiswäsche
zu einem kontinuierlichen Bewuchs führen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Wasserwäsche eines
kohlenwasserstoffhaltigen Gases derart auszugestalten, dass der
Bewuchs der Kolonne und umliegender Anlagenteile wie Prozesswasserkreislauf
vermieden bzw. minimiert und so die Wirtschaftlichkeit der Anlage
erhöht
wird.
-
Die
vorliegende Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Wasserwäsche
aus drei Waschkreisläufen
besteht.
-
Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die schweren Ölkomponenten
ausschließlich in
einem Temperaturbereichen zu halten, der deutlich über ihrer
Stockpunkttemperatur liegt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
können
die schweren Ölkomponenten
in zwei wärmeren
Waschkreisläufen
im Kreis gefahren bzw. aus der Anlage ausgeführt werden, so dass eine Entkopplung
der schweren Ölkomponenten
vom Kopf der Kolonne und von umliegenden Anlagenteilen wie dem Prozesswasserkreislauf erreicht
wird.
-
Vorteilhafterweise
sind die drei Waschkreisläufe
in einer Kolonne ausgeführt,
wobei die Kolonne in einen unteren Teil, einen mittleren Teil und
einen oberen Teil unterteilt ist.
-
Die
drei Kolonnenteile sind jeweils durch Kaminböden voneinander getrennt, wodurch
nur das aufströmende
kohlenwasserstoffhaltige Gas innerhalb der Kolonne in den jeweils
höheren
Teil gelangen kann. Von oben nach unten strömende Flüssigkeiten werden am Boden
des jeweiligen Teils (mittlerer oder oberer Teil) zurückgehalten
und ausgeführt.
-
Zweckmäßigerweise
wird das heiße
kohlenwasserstoffhaltige Gas mit einer hohen Temperatur in den unteren
Teil der Kolonne geführt
und dort mit Wasser gesättigt.
Durch die Sättigung
mit Wasser gehen die meisten schweren Ölkomponenten in die flüssige Phase über und
werden somit am Boden des unteren Teils ausgeführt.
-
Vorteilhafterweise
wird anschließend
das mit Wasser gesättigte
kohlenwasserstoffhaltige Gas von dem unteren Teil in den mittleren
Teil der Kolonne geführt,
wo es durch eine Wasserwäsche
abgekühlt wird.
Durch die Wasserwäsche
wird das kohlenwasserstoffhaltige Gas auf eine Zwischentemperatur
abgekühlt,
die zweckmäßigerweise
oberhalb der Stockpunkttemperatur der schweren Ölkomponenten liegt. Das Wasser
zur Abkühlung
wird in einem Kreislauf zwischen Kopf und Boden des mittleren Teils
geführt.
-
Als
ebenso vorteilhaft erweist sich die Führung des mit Wasser gekühlten kohlenwasserstoffhaltigen
Gases vom mittleren Teil in den oberen Teil der Kolonne, wo es durch
eine weitere Wasserwäsche
abgekühlt
wird. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Wasser
der Wasserwäsche
im oberen Kreislauf frei von schweren Ölkomponenten, deren Stockpunkttemperatur
nahe der Endtemperatur des abgekühlten
kohlenwasserstoffhaltigen Gases am Kopf der Kolonne liegt, und welche
damit Bewuchs am Kopf der Kolonne verursachen würden.
-
Zweckmäßigerweise
ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Temperatur
des mittleren Teils frei zwischen der Kopftemperatur des unteren
Teils, bevorzugt 50°C
bis 70°C,
und der Kopftemperatur des oberen Teils, bevorzugt zwischen 10°C und 50°C, besonders
bevorzugt zwischen 25°C und
40°C, wählbar. Der
Großteil
der schweren Ölkomponenten
wird im unteren Teil der Kolonne gehalten, allerdings erfolgt die
Zurückhaltung
ebenso wie beim Verfahren mit zwei Waschkreisläufen nicht zu 100%. Durch die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann jedoch die Temperatur am Kopf des mittleren Teils so eingestellt werden,
dass sie deutlich oberhalb der Stockpunkttemperatur der schweren Ölkomponenten
liegt. Somit führen
auch die in den mittleren Teil der Kolonne gelangten schweren Ölkomponenten
nicht zu einem Bewuchs. Ebenso kann auf die sensitiven Einbauten
im unteren Teil der Kolonne verzichtet werden. Die verschlechterte
Zurückhaltung
der schweren Ölkomponenten
im unteren Teil führt
aufgrund der über
der Stockpunkttemperatur liegende Kopftemperatur des mittleren Teils
nicht zu einem Bewuchs. Durch die gezielte Festlegung der Kopftemperatur
des mittleren Teils gelangen die leichteren Kohlenwasserstoffe zum
kalten Kopf des oberen Teils, die bei der weiteren Abkühlung im
oberen Teil auskondensieren. Die Kopftemperatur im mittleren Teil
kann so festgelegt werden, dass die Kopftemperatur des oberen Teils
erheblich über
der Stockpunkttemperatur der auskondensierenden Kohlenwasserstoffe
liegt.
-
In
einer Ausgestaltung der Erfindung werden in den oberen Waschkreislauf
zusätzliche
Wärme verbrauchende
Prozesse eingefügt
und/oder Wärme verbrauchende
Prozesse aus dem mittleren Waschkreislauf entfernt.
-
In
einer andern Ausgestaltung der Erfindung werden in den unteren Waschkreislauf
Wärme verbrauchende
Prozesse eingefügt.
Durch die unterschiedliche Positionierung von Prozessverbrauchern kann
die Wärmeintegration
des Gesamtprozesses verbessert werden.
-
Bevorzugt
wird die Kolonne bei einem Druck zwischen 1.1 bar und 3.5 bar betrieben.
-
Mit
der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere Bewuchs durch
schwere Ölkomponenten bei
einem Verfahren zur Wasserwäsche
eines heißen kohlenwasserstoffhaltigen
Gases zu vermeiden und somit die Zahl der notwendigen Reinigungsabschaltungen
zu minimieren und die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu erhöhen.
-
Im
Folgenden soll die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten
Vergleiches der Erfindung mit den beiden Verfahren nach dem Stand
der Technik näher
erläutert
werden.
-
Es
zeigen
-
1 ein
Verfahren zur Wasserwäsche
nach dem Stand der Technik mit einem Waschkreislauf
-
2 ein
Verfahren zur Wasserwäsche
nach dem Stand der Technik mit zwei Waschkreisläufen
-
3 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
-
1 zeigt
eine Wasserwäsche
nach dem Stand der Technik mit einem Waschkreislauf. Das heiße kohlenwasserstoffhaltige
Gas (1) wird in die Kolonne (2) geführt, wo
es mit Wasser gesättigt
und abgekühlt
wird. Die entstehende Flüssigphase
(3) wird aus dem Sumpf der Kolonne abgezogen und in eine
Benzin-Wassertrennung (4) geführt. Dort wird die abgezogene
Flüssigphase
in ein schweres Öl-Koksgemisch
(5), leichte Kohlenwasserstoffe (6) und Wasser
(7) getrennt. Ausgasende Komponenten werden über eine
Pendelleitung (8) zurück
zur Kolonne (2) geführt,
während
der Hauptteil, das schwere Öl-Koksgemisch
(5) ebenso wie die Benzinkomponenten (6), zur
Weiterverarbeitung ausgeführt
wird. Das Wasser (7) wird teilweise in den Prozesswasserkreislauf
(9) zurückgeführt und
teilweise (10) über
einen Wärmeverbraucher
(11) und nach Abkühlung mittels
eines Wärmetauschers
(12) in den Kopf der Kolonne zur Abkühlung des kohlenstoffhaltigen
Gases im Kreis gefahren. Die im späteren Verfahrensschritt der
Rohgasverdichtung anfallende Kondensate (13) werden beispielsweise
in die Mitte der Kolonne (2) bzw. in die Benzin-Wassertrennung
(4) oder in andere Bereiche der Kolonne (2) geführt, um
keine wertvollen Kohlenwasserstoffprodukte zu verlieren. Das abgekühlte kohlenwasserstoffhaltige
Gas wird vom Kopf der Kolonne (2) zur nachfolgenden Rohgasverdichtung
geführt
(20).
-
2 zeigt
eine Wasserwäsche
nach dem Stand der Technik mit zwei Waschkreisläufen. Das heiße kohlenwasserstoffhaltige
Gas (1) wird in den unteren Teil (2u) der Kolonne
(2) geführt,
wo es mit Wasser gesättigt
wird. Die entstehende Flüssigphase (3)
wird aus dem Sumpf der Kolonne abgezogen und in eine Benzin-Wassertrennung (4)
geführt.
Dort wird die abgezogene Flüssigphase
in eine schweres Öl-Koksgemisch
(5), eine leichte Kohlenwasserstofffraktion (6)
und Wasser (7) getrennt. Ausgasende Komponenten werden über eine
Pendelleitung (8) zurück
zur Kolonne (2) geführt,
während
der Hauptteil, das schwere Öl-Koksgemisch
(5) ebenso wie die Benzinkomponenten (6), zur
Weiterverarbeitung ausgeführt
wird. Das Wasser (7) aus der Benzin-Wassertrennung (4)
wird im Kreis zum Kopf des unteren Teils (2u) der Kolonne
(2) geführt.
Der untere Teil (2u) der Kolonne (2) weist sensitive
Einbauten auf, um zu verhindern, dass schwere Ölkomponenten mit dem kohlenwasserstoffhaltigen
Gasstrom in den oberen Teil (20) der Kolonne (2)
gelangen. Im oberen Teil (20) der Kolonne (2)
wird das kohlenwasserstoffhaltige Gas abgekühlt. Die vom Boden des oberen
Teils (20) abgezogene und hauptsächlich aus Wasser bestehende
Flüssigphase
(14) wird teilweise über
einen Wärmeverbraucher
(11) und nach Abkühlung
mittels eines Wärmetauschers
(12) im Kreis geführt
und teilweise zusammen mit Kondensaten aus der Rohgasverdichtung
(13) in eine zweite Benzin-Wassertrennung (4') geführt. Die
dort entstehenden Benzinfraktion (6') wird zur Weiterverarbeitung aus
der Anlage ausgeführt
und das Wasser in den Prozesswasserkreislauf eingespeist (9).
Das abgekühlte
kohlenwasserstoffhaltige Gas wird von der Wasserwäsche zur nachfolgenden
Rohgasverdichtung geführt
(20).
-
3 zeigt
eine Ausgestaltung der Erfindung einer Wasserwäsche mit drei Waschkreisläufen. Das
heiße
kohlenwasserstoffhaltige Gas (1) wird in den unteren Teil
(2u) der Kolonne (2) geführt und mit Wasser gesättigt. Dort
wird die abgezogene Flüssigphase
(3) in ein schweres Öl-Koksgemisch
(5), eine leichte Kohlenwasserstofffraktion (6)
und Wasser (7) getrennt. Ausgasende Komponenten werden über eine
Pendelleitung (8) zurück
zur Kolonne (2) geführt,
während
der Hauptteil, das schwere Öl-Koksgemisch
(5) ebenso wie die Benzinkomponenten (6), zur
Weiterverarbeitung ausgeführt
wird. Das Wasser (7) aus der Benzin-Wassertrennung (4) wird im
Kreis zum Kopf des unteren Teils (2u) der Kolonne (2)
geführt.
Vom unteren Teil (2u) der Kolonne wird das gesättigte kohlenwasserstoffhaltige
Gas in den mittleren Teil (2m) der Kolonne (2)
geführt,
wo es durch eine Wasserwäsche
auf eine frei wählbare
Zwischentemperatur, zwischen der Temperatur des heißen kohlenwasserstoffhaltigen
Gases am Eingang der Kolonne (2) und der endgültigen Abkühlungstemperatur
am Kopf des oberen Teils (20) der Kolonne (2),
abgekühlt
werden kann. Durch diese freiwählbare
Zwischentemperatur kann auf sensitive Einbauten im unteren Teil
(2u) der Kolonne (2) verzichtet werden, da die
Zwischentemperatur so gewählt
werden kann, dass sie oberhalb der Stockpunkttemperatur der schweren Ölkomponenten
liegt. Das Wasser wird zwischen Kopf und Boden des mittleren Teils
(2m) der Kolonne (2) über einen Wärmeverbraucher (11) und
einen Wärmetauscher
(12) zur Abkühlung
im Kreis geführt.
Das abgekühlte
kohlenwasserstoffhaltige Gas wird vom mittleren Teil (2m)
in den oberen Teil (20) der Kolonne (2) geführt, wo
es auf die Endtemperatur mit Hilfe eines weiteren Waschkreislaufes mit
Wärmetauscher
(16) abgekühlt
wird. Die von den Böden
des mittleren und oberen Teils (2m, 2o) der Kolonne
abgeführte
Flüssigkeiten
können
zusammen mit Kondensaten aus der Rohgasverdichtung (13) über eine
zweite Benzin-Wassertrennung (4') in eine Benzinfraktion (6') und Wasser
getrennt und aus der Anlage ausgeführt (6') bzw. in den Prozesswasserkreislauf
(9) rückgeführt werden.
Das abgekühlte kohlenwasserstoffhaltige
Gas wird vom Kopf der Kolonne (2) zur nachfolgenden Rohgasverdichtung
geführt
(20).