DE102007010874A1 - Abtrennverfahren - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abtrennen einer C<SUB>2</SUB>-, C<SUB>2</SUB>/CO<SUB>2</SUB>-, C<SUB>2+</SUB>- oder C<SUB>3+</SUB>-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wobei die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion ein- oder mehrstufig entspannt, einer rektifikatorischen Methan-Abtrennung unterworfen und die in der Methan-Abtrennung gewonnene Methan-abgereicherte Fraktion einer rektifikatorischen C<SUB>2</SUB>-, C<SUB>2</SUB>/CO<SUB>2</SUB>-, C<SUB>2+</SUB>- oder C<SUB>3+</SUB>-Abtrennung unterworfen wird, beschrieben. Erfindungsgemäß ist die Sumpfheizung (E2) der rektifikatorischen Methan-Abtrennung (M) über einen C<SUB>3</SUB>-Kältekreislauf (V4, E4, E5, 20-27) mit der Kopfkühlung (E3) der rektifikatorischen C<SUB>2</SUB>oder C<SUB>3+</SUB>-Abtrennung (E) verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wobei die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion ein- oder mehrstufig entspannt, einer rektifikatorischen Methan-Abtrennung unterworfen und die in der Methan-Abtrennung gewonnene, Methan-abgereicherte Fraktion einer rektifikatorischen C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Abtrennung unterworfen wird.
  • Bei gattungsgemäßen Verfahren zum Abtrennen einer C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion besteht das grundsätzliche Bedürfnis, das vorhandene Kälteangebot möglichst effizient zu nutzen. Im Falle hoher Rohgasdrücke – gemeint sind hierbei Drücke von mehr als 60 bar – geschieht dies, in dem die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion ein- oder mehrstufig entspannt wird. Werden hierzu mehrere Expansionsturbinen verwendet, können diese parallel und/oder seriell angeordnet werden.
  • Weist die zu zerlegende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion einen Druck von weniger als 40 bar, reicht das durch die zu zerlegende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion bereitstellbare Kälteangebot im Regelfall nicht aus. Dies hat zur Folge, dass zusätzlich Kälte bereitgestellt werden muss. Dies geschieht bspw. mittels C2/3-Kältekreisläufen, die sowohl in der Vorkühlung der zu zerlegenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion als auch für den Kondensator des Deethanizers eingesetzt werden.
  • Für mittlere Rohgasdrücke – gemeint sind hierbei Drücke zwischen 70 und 90 bar – existieren bisher keine verfahrenstechnisch effizienten Lösungen. Üblicherweise kommen bisher auch in diesem Druckbereich mehrstufige Kältekreisläufe zur Anwendung. Diese erfordern jedoch vergleichsweise hohe Investitions- und Betriebskosten und verkomplizieren derartige gattungsgemäße Verfahren nicht unerheblich. Ferner ist zu beachten, dass Schwankungen der Temperatur der zu zerlegenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dazu führen, dass die Sumpftemperatur des Demethanizers ebenfalls schwankt und damit einhergehend das C2- oder C3-Produkt nicht spezifikationsgerecht abgegeben werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sumpfheizung der rektifikatorischen Methan-Abtrennung über einen C3-Kältekreislauf mit der Kopfkühlung der rektifikatorischen C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Abtrennung verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß wird nunmehr lediglich ein vorzugsweise einstufig ausgebildeter C3-Kältekreislauf verwendet. Dieser stellt eine "Verbindung" zwischen der Sumpfheizung der rektifikatorischen Methan-Abtrennung und der Kopfkühlung der rektifikatorischen C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Abtrennung dar. Damit ergibt sich eine verfahrenstechnisch einfache und gleichzeitig effiziente Verfahrensführung, die sowohl kostengünstig als auch energieeffizient ist. Zudem wird die abzuführende Wärme an den Prozess abgegeben und damit eine größere Flexibilität des Demethanizerprozesses in Bezug auf mögliche Schwankungen der Rohgastemperatur der zu zerlegenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion erreicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion ermöglicht darüber hinaus eine verfahrenstechnisch einfache Regelung und Einstellung der Produktspezifikationen, sowohl im Sumpf des Demethanizers – aus dem eine C2+/CO2-reiche Flüssigfraktion abgezogen wird – als auch im Kopf des Deethanizers – aus dem die zu gewinnende C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Produktfraktion abgezogen wird.
  • Da im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik, bei dem die Sumpfheizung des Demethanizers im Regelfall über das Rohgas und die Kopfkühlung des Deethanizers über einen Kältekreislauf durchgeführt wird, das erfindungsgemäße Verfahren eine Entkoppelung von Demethanizer-Sumpfheizung und Rohgaskühlung realisiert, wird die erforderliche Regelung der Sumpfheizung sowie Kopfkühlung vereinfacht. Gleiches gilt auch für die verfahrenstechnische Regelung während des Anfahrens sowie des Teillastbetriebes.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, die Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • – der C3-Kältekreislauf einstufig ausgebildet ist,
    • – der Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel des C3-Kältekreislaufes und dem Sumpfheizungs- sowie dem Kopfkühlungsmedium in getrennten Wärmetauschern erfolgt und
    • – ein Teilstrom der in der rektifikatorischen C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Abtrennung gewonnenen Flüssigfraktion der rektifikatorischen Methan-Abtrennung als Rücklauf aufgegeben wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahrens zum Abtrennen einer C2+-reichen oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Verfahrensbeispieles, das die Gewinnung einer C2+-Produktfraktion zeigt, näher erläutert.
  • Über Leitung 1 wird eine Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion einer ersten Entspannungsturbine X1 zugeführt. Diese Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion weist vorzugsweise einen Druck zwischen 70 und 120 bar auf. Die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird – soweit erforderlich – einer in der Figur nicht dargestellten Vorbehandlung unterworfen, in der unerwünschte Komponenten, wie beispielsweise Wasser und Glykol, entfernt werden.
  • Die in der ersten Entspannungsturbine X1 entspannte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird über Leitung 2 einem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem gegen sich selbst abgekühlt. Nach Abzug aus dem Wärmetauscher E1 erfolgt eine Auftrennung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion in zwei Teilströme 3 und 4. Der erstgenannte Teilstrom 3 wird nach einer weiteren Abkühlung und Total-Kondensation im Wärmetauscher E1 auf den Kopf des Demethanizers M gegeben.
  • Der zweite Teilstrom 4 wird in der zweiten Entspannungsturbine X2 entspannt und anschließend über Leitung 5 ebenfalls dem Kopfbereich des Demethanizers M zugeführt. Der Einspeisepunkt des zweiten Teilstromes liegt hierbei vorzugsweise unterhalb des Einspeisepunktes des ersten Teilstromes.
  • Anstelle der beiden in Reihe geschalteten Expansionsturbinen X1 und X2 können auch mehr als zwei Expansionsturbinen vorgesehen werden, wobei diese parallel und/oder seriell angeordnet sein können.
  • Der Demethanizer M wird vorzugsweise in einem Druckbereich zwischen 20 und 35 bar betrieben. Aus dem Kopfbereich des Demethanizers M wird über Leitung 6 eine Methan-reiche Gasfraktion abgezogen, im Wärmetauscher E1 gegen die abzukühlende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion bzw. Teilfraktion in den Leitungen 2 und 3 angewärmt und anschließend auf den gewünschten Abgabedruck verdichtet.
  • Hierzu ist in der Figur eine dreistufige Verdichtereinheit, bestehend aus den Verdichterstufen V1, V2 und V3 dargestellt. Die Verdichter bzw. Verdichterstufen V1 und V2 sind hierbei mit den Entspannungsturbinen X1 und X2 gekoppelt – dargestellt durch die gestrichelt gezeichnete Linie. Nach der Verdichtung auf den gewünschten Abgabedruck – dieser liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 und 120 bar – wird die Methan-reiche Gasfraktion über Leitung 7 ihrer weiteren Verwendung zugeführt.
  • Der Demethanizer M weist eine Sumpfheizung auf, die dadurch realisiert wird, dass aus dem Sumpfbereich des Demethanizers M über Leitung 9 eine C2+-reiche Fraktion abgezogen, im Wärmetauscher E2 gegen das Kältemittel des noch zu erläuternden Kältekreislaufes angewärmt und anschließend über Leitung 10 dem Demethanizer M erneut zugeführt wird.
  • Aus dem Sumpf des Demethanizers M wird über Leitung 8 eine Methan-abgereicherte Fraktion abgezogen und einem Deethanizer E aufgegeben. Dieser wird vorzugsweise in einem Druckbereich zwischen 20 und 35 bar betrieben.
  • Aus dem Sumpf des Deethanizers E wird über Leitung 16 eine Propan-reiche Flüssigfraktion abgezogen, mittels der Pumpe P auf den gewünschten Abgabedruck gepumpt und der unter höherem Druck vorliegenden Methan-reichen Gasfraktion in der Leitung 7 zugemischt.
  • Am Kopf des Deethanizers E wird über Leitung 11 eine gasförmige C2-Produktfraktion abgezogen. Sie erfährt im Wärmetauscher E3 gegen das Kältemittel des noch zu erläuternden Kältekreislaufes eine Abkühlung und partielle Kondensation und wird anschließend über Leitung 12 einem Abscheider D zugeführt. Die in diesem anfallende Flüssigfraktion wird über Leitung 15 eine Pumpe P2 zugeführt, in dieser wenigstens auf den im Deethanizer E herrschenden Druck gepumpt und anschließend über Leitung 15 dem Deethanizer E in dessen Kopfbereich zugeführt.
  • Am Kopf des Abscheiders D wird über Leitung 13 die gasförmige C2-Produktfraktion abgezogen und ihrer weiteren Verwendung zugeführt. Sofern die C2-Produktfraktion Kohlendioxid enthält und dessen Abtrennung aus der C2-Produktfraktion gewünscht ist, ist dem Deethanizer E ein in der Figur nicht dargestellter Kohlendioxid-Entfernungsprozess nachzuschalten.
  • Erfindungsgemäß sind die vorbeschriebene Demethanizer-Sumpfheizung sowie die vorbeschriebene Deethanizer-Kopfkühlung über einen C3-Kältekreislauf gekoppelt. Dieser C3-Kältekreislauf besteht aus den Leitungsabschnitten 20 bis 27, dem Abscheider D', dem Speicher- bzw. Vorratsbehälter D'', dem Verdichter V4 sowie den beiden Nachkühlern E4 und E5.
  • Das im Verdichter V4 auf den gewünschten Kreislaufdruck – dieser liegt vorzugsweise zwischen 8 und 16 bar – verdichtete Kältemittel wird über Leitung 20 dem ersten Nachkühler E4 zugeführt und in diesem, beispielsweise gegen Kühlwasser, abgekühlt. Anschließend erfolgt eine Auftrennung in zwei Kältemittelteilströme 21 und 22, wobei der erstgenannte Teilstrom einem zweiten Kühler E5 zugeführt und in diesem gegen ein geeignetes Kühlmedium, wie beispielsweise Kühlwasser, kondensiert wird.
  • Der vorgenannte zweite Kältemittelteilstrom wird über Leitung 22 dem Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem gegen den anzuwärmenden Fluidstrom in der Leitung 9, der der Beheizung des Sumpfes des Demethanizers M dient, kondensiert.
  • Daran anschließend wird dieser Kältemittelteilstrom über Leitung 23 dem über Leitung 24 aus dem zweiten Nachkühler E5 abgeführten ersten Kältemittelteilstrom beigemischt und durch den Vorratsbehälter D'' geleitet. Dieser Speicher- bzw. Vorratsbehälter D'' dient der Speicherung des Kältemittels während eines Anlagen- bzw. Prozessstillstandes. Das Kältemittel wird anschließend über Leitung 25 dem Wärmetauscher E3 zugeführt und in diesem gegen die abzukühlende C2-reiche Gasfraktion in der Leitung 11 verdampft.
  • Über Leitung 26 wird das angewärmte Kältemittel anschließend einem dem Verdichter V4 vorgeschalteten Abscheider D' zugeführt. Aus dessen Kopf wird gasförmiges Kältemittel über Leitung 27 dem Verdichter V4 zugeführt.
  • Die in der Figur dargestellte konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorzusehenden C3-Kältekreislaufes ermöglicht es, den Kältekreislauf auch unabhängig von der jeweiligen Last des im Demethanizers M und Deethanizers E realisierten Trennprozesses zu betreiben.
  • Zur Erhöhung der C2-Ausbeute im Demethanizer M kann – gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens – über Leitung 17 zumindest ein Teilstrom der im Deethanizer E gewonnenen Flüssigfraktion 16 abgezogen, im Wärmetauscher E1 unterkühlt und anschließend über Leitung 18 dem Demethanizer M als Rücklauf zugespeist werden. Die Zuspeisung dieses Teilstromes 17/18 erfolgt hierbei vorzugsweise oberhalb der Einspeisestelle des Teilstromes 3 der zu zerlegenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion.
  • Es sei betont, dass die erfindungsgemäße Verfahrensweise nicht ausschließlich der Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, sondern auch der Abtrennung einer C2-, C2/CO2- oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dienen kann.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Abtrennen einer C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wobei die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion ein- oder mehrstufig entspannt, einer rektifikatorischen Methan-Abtrennung unterworfen und die in der Methan-Abtrennung gewonnene, Methan-abgereicherte Fraktion einer rektifikatorischen C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Abtrennung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sumpfheizung (E2) der rektifikatorischen Methan-Abtrennung (M) über einen C3-Kältekreislauf (V4, E4, E5, 20–27) mit der Kopfkühlung (E3) der rektifikatorischen C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Abtrennung (E) verbunden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der C3-Kältekreislauf (V4, 20–27) einstufig ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel des C3-Kältekreislaufes und dem Sumpfheizungs- sowie dem Kopfkühlungsmedium in getrennten Wärmetauschern (E2, E3) erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom (17, 18) der in der rektifikatorischen C2-, C2/CO2-, C2+- oder C3+-Abtrennung (E) gewonnenen Flüssigfraktion (16) der rektifikatorischen Methan-Abtrennung (M) als Rücklauf aufgegeben wird.
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