DE102007045303A1 - Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches - Google Patents

Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches beschrieben, wobei das mehrkomponentige Gasgemisch zunächst mittels eines Adsorptionsprozesses von unerwünschten Bestandteilen weitgehend befreit und anschließend mittels eines rektifikatorischen Zerlegungsprozesses in wenigstens zwei Fraktionen aufgetrennt wird und wobei das mehrkomponentige Gasgemisch vor seiner Zuführung in den Adsorptionsprozess ab- oder unterkühlt wird.
Erfindungsgemäß erfolgt die Ab- oder Unterkühlung (E3) des mehrkomponentigen Gasgemisches (3) gegen wenigstens einen aus dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess (C) stammenden Verfahrensstrom (8, 9).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches, wobei das mehrkomponentige Gasgemisch zunächst mittels eines Adsorptionsprozesses von unerwünschten Bestandteilen weitgehend befreit und anschließend mittels eines rektifikatorischen Zerlegungsprozesses in wenigstens zwei Fraktionen aufgetrennt wird und wobei das mehrkomponentige Gasgemisch vor seiner Zuführung in den Adsorptionsprozess ab- oder unterkühlt wird.
  • Unter dem Begriff "mehrkomponentiges Gasgemisch" seien nachfolgend Gasgemische zu verstehen, die wenigstens drei Komponenten aufweisen und bei denen wenigstens eine Komponente mittels eines Adsorptionsprozesses weitestgehend aus dem Gasgemisch entfernt wird.
  • Gattungsgemäße Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches kommen beispielsweise bei der rektifikatorischen Zerlegung von Erdgas, Spaltgasen, die aus Steamcrackern oder Propan/Butan-Dehydrierungen stammen, Synthesegasen aus Reformern, Vergasungen oder POX-Anlagen mit nachgeschalteten Wäschen zur Grobvorabtrennung der störenden Komponenten, beispielsweise durch MDEA- oder Rectisol-Wäschen, oder bei der Auftrennung der Luft zur Anwendung. Hierbei wird das dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess zuzuführende Gasgemisch mittels eines Adsorptionsprozesses von innerhalb des rektifikatorischen Zerlegungsprozesses störenden Komponenten, wie beispielsweise Wasser, Kohlendioxid und/oder Methanol befreit bzw. gereinigt.
  • Für derartige Adsorptionsprozesse gilt, dass sie umso kleiner bauen, je niedriger die Eintrittstemperatur des ihnen zugeführten, mehrkomponentigen Gasgemisches ist. Aus diesem Grunde wird das zugeführte, mehrkomponentige Gasgemisch im Regelfall gegen ein geeignetes externes Kältemedium, wie beispielsweise Kühlwasser, ab- oder ggf. sogar unterkühlt.
  • Die Bereitstellung von Fremdkälte erfordert neben einem konstruktiven Mehraufwand jedoch auch einen finanziellen Mehraufwand.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ab- oder Unterkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches gegen wenigstens einen, aus dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess stammenden Verfahrensstrom erfolgt.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Ab- oder Unterkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches nunmehr gegen einen oder mehrere aus dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess stammende Verfahrensströme. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise reduziert entweder den für die Vorkühlung des dem Adsorptionsprozess zuzuführenden mehrkomponentigen Gasgemisches erforderlichen externen Kältebedarf erheblich bzw. macht in gar überflüssig oder – sofern der externe Kältebedarf konstant gehalten wird – ermöglicht eine niedrigere Eintrittstemperatur des mehrkomponentigen Gasgemisches vor dem Adsorptionsprozess. Dies hat zur Folge, dass im Falle einer adsorptiven Wasserabtrennung bereits vor dem Adsorptionsprozess ein größerer Wasseranteil kondensiert und daher nicht erst mittels des Adsorptionsprozesses getrennt werden muss; folglich kann dieser kleiner ausgelegt werden.
  • Voraussetzung für die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist, dass innerhalb des rektifikatorischen Zerlegungsprozesses wenigstens ein Verfahrensstrom, der ein geeignetes Kälteniveau aufweist, anfällt und zur Ab- oder Unterkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches herangezogen werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • – der Adsorptionsprozess ein PSA- und/oder ein TSA-Prozess ist,
    • –usätzlich zu der Ab- oder Unterkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches gegen wenigstens einen aus dem kryogenen Zerlegungsprozess stammenden Verfahrensstrom ein Abkühlen des mehrkomponentigen Gasgemisches realisiert wird und
    • – das mehrkomponentige Gasgemisch zusätzlich gegen wenigstens ein externes Kältemedium und/oder gegen den aus dem Adsorptionsprozess abgezogenen, dem kryogenen Zerlegungsprozess zuzuführenden, mehrkomponentigen Gasgemisch abgekühlt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Die Figur zeigt in schematisierter Form einen Adsorptionsprozess A sowie einen dem Adsorptionsprozess A nachgeschalteten, rektifikatorischen Zerlegungsprozess C.
  • Das dem Adsorptionsprozess A zugeführte mehrkomponentige Gasgemisch wird über die Leitungsabschnitte 1, 2 und 3 durch drei Wärmetauscher E1, E2 bzw. E3 geführt, wobei die Wärmetauscher E1 und/oder E2 optional vorzusehen sind.
  • Im Wärmetauscher E1 erfolgt eine Vorkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches gegen ein geeignetes Kältemedium 12, wie beispielsweise Kühlwasser, einen Kaltwassersatz, ein Propan/Butan-Gemisch oder NH3.
  • Eine weitere Abkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches wird im Wärmetauscher E2 realisiert. Die Abkühlung erfolgt hierin im Gegenstrom zu dem aus dem Adsorptionsprozess A über Leitung 6 abgezogenen Gasgemisch, das nach einer Rückanwärmung im Wärmetauscher E2 über Leitung 7 dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess C zugeführt wird.
  • Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr im Wärmetauscher E3 eine weitere Ab- oder Unterkühlung des dem Adsorptionsprozess A über Leitung 4 zuzuführenden, mehrkomponentigen Gasgemisches gegen einen über Leitung 8 aus dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess C abgezogenen Verfahrensstrom, der ein für die Ab- bzw. Unterkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches geeignetes Temperaturniveau aufweist. Der im Wärmetauscher E3 gegen das abzukühlende mehrkomponentige Gasgemisch angewärmte Verfahrensstrom wird anschließend über Leitung 9 erneut dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess C zugeführt.
  • Das bei der Ab- bzw. Unterkühlung des mehrkomponentigen Gasgemisches anfallende Kondensat wird über Leitung 5 abgezogen, während das ab- bzw. unterkühlte, mehrkomponentige Gasgemisch über Leitung 4 dem Adsorptionsprozess A zugeführt wird. Bei diesem Adsorptionsprozess A kann es sich um einen PSA- und/oder einen TSA-Prozess handeln.
  • Wie bereits erwähnt, wird das im Adsorptionsprozess A von unerwünschten Bestandteilen befreite Gasgemisch, das anschließend dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess C zugeführt werden soll, zunächst über Leitung 6 dem Wärmetauscher E2 zugeführt, in diesem angewärmt und anschließend über Leitung 7 dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess C zugeführt.
  • Innerhalb des rektifikatorischen Zerlegungsprozesses C fallen wenigstens zwei Fraktionen 10 und 11 an, wobei wenigstens eine dieser Fraktionen die zu gewinnende Produktfraktion darstellt.
  • Die erfindungsgemäße Verfahrensweise eignet sich insbesondere für die rektifikatorische Zerlegung bzw. Auftrennung eines Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthaltenden Gasgemisches, wobei mittels eines TSA-Prozesses vorab die Komponenten Wasser und/oder CO2 entfernt werden. In dem nachfolgenden rektifikatorischen Zerlegungsprozess erfolgt dann eine Auftrennung in eine Kohlenmonoxid-Produktfraktion sowie eine H2/CO- und eine CH4/CO-Restgasfraktion. Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Zerlegung von Luft in die Fraktionen Sauerstoff, Stickstoff und Argon sowie ein N2/O2-Restgas. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Verfahrensweise bei der Zerlegung von Erdgas in Methan, Ethan und weitere Komponenten sowie bei der Auftrennung von Spaltgasen aus Spaltöfen oder Dehydrierungen vorteilhaft zur Anwendung kommen.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Auftrennen eines mehrkomponentigen Gasgemisches, wobei das mehrkomponentige Gasgemisch zunächst mittels eines Adsorptionsprozesses von unerwünschten Bestandteilen weitgehend befreit und anschließend mittels eines rektifikatorischen Zerlegungsprozesses in wenigstens zwei Fraktionen aufgetrennt wird und wobei das mehrkomponentige Gasgemisch vor seiner Zuführung in den Adsorptionsprozess ab- oder unterkühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab- oder Unterkühlung (E3) des mehrkomponentigen Gasgemisches (3) gegen wenigstens einen, aus dem rektifikatorischen Zerlegungsprozess (C) stammenden Verfahrensstrom (8, 9) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsprozess (A) ein PSA- und/oder ein TSA-Prozess ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Ab- oder Unterkühlung (E3) des mehrkomponentigen Gasgemisches (3) gegen wenigstens einen aus dem kryogenen Zerlegungsprozess (C) stammenden Verfahrensstrom (8, 9) ein Abkühlen (E1, E2) des mehrkomponentigen Gasgemisches (1, 2) realisiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrkomponentige Gasgemisch (1, 2) zusätzlich gegen wenigstens ein externes Kältemedium (12) und/oder gegen den aus dem Adsorptionsprozess (A) abgezogenen, dem kryogenen Zerlegungsprozess (C) zuzuführenden, mehrkomponentigen Gasgemisch (6, 7) abgekühlt wird.
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