DE102010050018A1

DE102010050018A1 - Verfahren zur Entfernung von C1- bis C5-Aldehyden und anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C2 bis C5 aus einem Gasstrom in einer Polyethylenanlage

Info

Publication number: DE102010050018A1
Application number: DE102010050018A
Authority: DE
Inventors: Michael Kleiber
Original assignee: ThyssenKrupp Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: TW201235083A; TWI541059B; DE102010050018B4; WO2012059185A1

Abstract

Verfahren zur Entfernung von C1- bis C5-Aldehyden und anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C2 bis C5 aus einem Gasstrom in einer Polyethylenanlage, wobei der Gasstrom in mindestens einer apparativen Einrichtung zur Durchführung einer Absorption mit Wasser in Kontakt gebracht wird und die Aldehyde und/oder die anderen sauerstoffhaltigen organischen von Wasser absorbiert werden, wobei ein an Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherter Gasstrom und ein mit Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichter Wasserstrom entsteht, die beide aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption abgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden und anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ aus einem Gasstrom in einer Polyethylenanlage. Die Erfindung zeichnet sich vor allem durch eine extrem betriebskostenarme Entfernung dieser Aldehyde aus.
Beispielsweise beim LDPE-Verfahren ist es notwendig, Propanal aus dem sich bildenden Ethylen-Purge-Gasstrom zu entfernen. Propanal ist der zurzeit am häufigsten verwendete Modifizierer und hat das üblicherweise eingesetzte Propylen weitgehend verdrängt.
Bei der üblichen Reinigung des Purge-Gases wird dreistufig vorgegangen. Mit einer basischen Wäsche wird zunächst das CO₂ entfernt. Um hier den Verbrauch an NaOH in Grenzen zu halten, wird das Waschmittel im Kreis gefahren und nur ein kleiner Teil ausgeschleust. Wenn Propanal im Purge-Gas ist, reichert sich das Propanal in diesem Kreis soweit an, bis es nicht mehr absorbiert wird und im Purge-Gas bleibt.
Im zweiten Schritt wird das bei der basischen Wäsche verdampfte Wasser mit einem Molekularsieb entfernt. Dabei muss mit einer teilweisen Co-Adsorption des Propanals gerechnet werden. Bei der Desorption, die mit heißem Ethylen bei über 200°C durchgeführt wird, kann es dadurch zu Problemen kommen, da die (im Reaktor gewollte) Instabilität des Propanals bei hohen Temperaturen zu Polymerisationserscheinungen führen kann.
Im dritten Schritt wird das entwässerte Ethylen in einer Kryo-Destillation aufgereinigt, wobei das Ethylen zusammen mit Ethan als Verunreinigung als Mittelsieder in einem Seitenabzug anfällt. Über Kopf wird Methan als Leichtsieder abgenommen, im Sumpf fallen die Schwersieder wie Propylen, Propan, Butan usw. an. Da der Strom Wertstoffe enthält, wird er häufig einer katalytischen Hydrierung zugeführt. In diesem Strom würde auch das Propanal landen, das aber als starkes Katalysatorgift gilt und in diesem Strom praktisch nicht enthalten sein darf.
Aus diesem Grund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Aldehyden dieser Art und von anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ aus einem Gasstrom bereitzustellen, wobei der Prozess äußerst betriebskostenarm sein soll.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass die Verwendung von Wasser als Absorptionsmittel in einem der üblichen drei Reinigungsschritte vorgeschalteten Schritt eine effektive Entfernung dieser Komponenten aus diesem Strom gewährleistet. Wasser ist bekannt als eines der schlechtesten Absorptionsmittel überhaupt. Aus diesem Grund würde der Fachmann den Einsatz von Wasser als Absorptionsmittel in einem großindustriellen Verfahren eher vermeiden wollen und würde anderen Absorptionsmitteln den Vorzug geben. Beispielsweise Glykole würden die Absorption besonders einfach gestalten, allerdings wäre hier eine gesonderte Infrastruktur nur zu diesem Zweck erforderlich, was das Ganze sehr aufwendig macht. Ein Bedarf an Alternativen herrscht also vor.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden (im Folgenden als „Aldehyde” bezeichnet) und anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ (im Folgenden als „andere sauerstoffhaltige organische Komponenten” bezeichnet) aus einem Gasstrom in einer Polyethylenanlage, wobei der Gasstrom in mindestens einer apparativen Einrichtung zur Durchführung einer Absorption mit Wasser in Kontakt gebracht wird und die Aldehyde und/oder die anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten von Wasser absorbiert werden, wobei ein an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherter Gasstrom und ein mit Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichter Wasserstrom entsteht, die beide aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption abgeführt werden.
Der Einsatz von Wasser zur Absorption in einer Polyethylenanlage zeichnet sich dadurch aus, dass Wasser leicht beschaffbar ist und Infrastrukturen für qualitativ hochwertiges Wasser an jedem Chemiestandort ohnehin bestehen und nicht erst installiert werden müssen. Die schlechten Absorptionseigenschaften des Wassers können durch den hohen Druck ausgeglichen werden, den ein aufzureinigender Purge-Gasstrom einer Polyethylenanlage automatisch mit sich bringt, wenn dieser zwischen zwei Kompressionsstufen entnommen wird. Die Absorption wird praktisch vollständig, wenn relativ große Mengen Wasser verwendet werden und zudem große Flächen für den Stoffaustausch zur Verfügung gestellt werden, was zum Einsatz von sehr schlanken, hohen apparativen Einrichtungen zur Absorption führt, die vorzugsweise in Kolonnen erfolgt. Außer den C₁- bis C₅-Aldehyden und den anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ sind in einer Polyethylenanlage beispielsweise noch Methan, Ethan, Propylen, Propan, CO₂ und n-Butan enthalten, die über die erfindungsgemäße Vorreinigung nicht oder nur in sehr kleinen Mengen aus dem Gasstrom entfernt werden. Unter anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ sind in diesem Zusammenhang bevorzugt Butylacrylat und ähnliche Komponenten gemeint. Es kann sich um eine Mischung aus verschiedenen Aldehyden oder einem Aldehyd einer einzigen Kettenlänge handeln, das es zu entfernen gilt oder um andere sauerstoffhaltige organische Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ oder beliebige Mischungen daraus.
Der aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption resultierende an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichte Gasstrom wird dann den üblicherweise in einer Polyethylenanlage vorgesehen Wasch- und Aufreinigungsschritten zugeführt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Absorption in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption in einem Temperaturbereich von 20°C bis 50°C, und vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 35°C bis 40°C, durchgeführt. Mit Vorteil wird das Verfahren in einem Druckbereich von 10 bis 50 bar, und vorzugsweise in einem Druckbereich von 20 bis 40 bar, durchgeführt.
Bevorzugt handelt es sich bei dem zu entfernenden Aldehyd um Propanal.
Bevorzugt handelt es sich bei der anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponente um Butylacrylat.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der mit Aldehyd und/oder mit anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichte Wasserstrom in mindestens einer apparativen Einrichtung zur Durchführung einer Desorption mit einem Strippgas in Kontakt gebracht, wobei die Aldehyde und/oder die anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten ausgewaschen werden und ein an Aldehyden und/oder ein an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichter Wasserstrom und ein an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichertes Strippgas entsteht, die beide aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption abgeführt werden, wobei das mit Aldehyden und/oder mit anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherte Strippgas direkt zu einer Fackel geleitet wird, in der es verbrannt wird. Dabei wird die Fackel bevorzugt in einem Druckbereich von 1 bar bis 3 bar abs. betrieben. Dazu wird der mit Aldehyden und/oder mit anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherte Wasserstrom aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption zunächst entspannt, bevor er in die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption geleitet wird.
In bevorzugter Ausführung wird ein Teilstrom des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wasserstroms in die mindestens eine apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption geleitet, in der es erneut zur Absorption genutzt wird, und ein weiterer Teilstrom des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wasserstroms wird aus dem Prozess abgeführt. Die Verwerfung eines Teils des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wassers ist nötig, um eine Aufkonzentrierung an restlichen, nicht desorbierbaren im Wasser verbleibenden Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten zu vermeiden, da sonst die Absorptionseigenschaften in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption beeinträchtigt würden.
Die vollständige Entfernung der Aldehyde und/oder der anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten aus dem Wasser ist extrem wichtig für die erneute Verwendung des Wassers in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption, um eine große treibende Partialdruckdifferenz im Absorber zur Verfügung zu haben. Dies ist bei einem schlechten Absorptionsmittel wie Wasser dadurch zu bewerkstelligen, dass eine Druckentlastung und relativ geringe Mengen eines Strippgases in Kombination mit einer großen Stoffaustauschfläche zum Tragen kommen. Die Druckentlastung wird dadurch erreicht, dass die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption in direkter Verbindung mit einer Fackel steht, die in einer Polyethylenanlage sowieso vorhandenen ist und darüber der Druck in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption auf einfache Art und Weise gesteuert wird.
Optional wird in die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption Frischwasser eingeleitet, das eine Temperatur von 0°C bis 120°C, und vorzugsweise von 80°C bis 100°C aufweist. Bevorzugt wird dazu aus der Polyethylenherstellung anfallendes Kondensat verwendet. Dies bewirkt eine Temperaturerhöhung in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption, was die Desorption optimiert. D. h. der Energieeintrag am Kopf der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption verbessert die Desorption, wodurch Wasser in hoher Qualität zurück gewonnen wird, das wiederum erneut zur Absorption eingesetzt werden kann. Zum Anfahren des Prozesses sollte kaltes Wasser verwendet werden, um eine optimale Funktionsweise in der Absorptionseinrichtung zu gewährleisten.
Bevorzugt werden als Strippgas in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption verschiedene Brenngase unterschiedlichster Verbindungen der Elemente C oder H oder Mischungen davon, vorzugsweise Erdgas, eingesetzt. Dabei ist es wichtig, dass das Strippgas keine zusätzlichen Betriebskosten verursacht. An Polyethylen-Standorten wird in der Regel eine zentrale Fackel betrieben, die mit Erdgas als Pilotgas betrieben wird. Die Qualität des Erdgases ist dabei nicht wesentlich, solange keine größeren Mengen von Elementen außer C und H eingetragen werden. Eine Anreicherung des Gases mit C₁- bis C₅-Aldehyden und/oder mit anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten und mit Wasser ist dabei unproblematisch. Auch Mischungen von verschiedenen Erdgassorten bis hin zu stark wasserstoffhaltigen Gasen sind denkbar. Da das Erdgas meist einen hinreichenden Druck hat, kann man es als Strippgas verwenden und durch die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption leiten, bevor man es als Pilotgas in der Fackel verbrennt. Der Druck der apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption wird damit durch den Druck in der Fackelleitung bestimmt.
In bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Volumenstrom des Strippgases am Eintritt in die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption über eine Regeleinrichtung konstant gehalten. Dadurch kann die Art des Strippgases, wie oben beschrieben, beliebig variieren, ohne dass Neueinstellungen des Prozesses notwendig werden. Das Strippgas hat die Aufgabe, den Partialdruck der C₁- bis C₅-Aldehyde und/oder der anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten in der Gasphase zu verringern. Daher ist der Volumenstrom des Gases beim Eintritt in die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption entscheidend. Dieser muss auf einen festen Wert eingestellt werden. Der normalerweise gemessene Massenstrom des Gases ist unwesentlich. Auch schwankende Drücke in der Fackelleitung werden auf diese Weise automatisch ausgeregelt. Höhere Drücke bewirken kleinere Volumenströme, das Regelventil öffnet, und der höhere Strippgasstrom gleicht die durch den erhöhten Druck verschlechterte Desorption wieder aus. Damit ist der Strippgasvolumenstrom bezogen auf die Entfernung der Aldehyde und/oder der anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten aus dem Wasser die empfindlichste Regelgröße für den erfindungsgemäßen Prozess.
Dadurch, dass sämtliche Einrichtungen, die hier vorteilhaft ausgenutzt werden, in einer Polyethylenanlage ohnehin vorhanden sind, entstehen keine zusätzlichen Betriebskosten. Auch durch den optionalen Einsatz von heißem Kondensat entstehen nur marginal Betriebskosten, weil Wasser dem Dampfsystem des Standortes entzogen wird. Darüber hinaus entstehen Betriebskosten nur noch durch die notwendige Energie der Pumpen.
Die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten aus einem Gasstrom in einer Polyethylenanlage nach Anspruch 1 umfasst mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung einer Absorption, die am Kopfende eine Zuleitung für Wasser und am unteren Ende eine Ableitung für an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichtes Wasser aufweist und die am unteren Ende eine Zuleitung für an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichtes Gas und am Kopfende eine Ableitung für an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichertes Gas aufweist.
In bevorzugter Ausführung ist eine Überleitung vorgesehen, durch die an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichertes Wasser aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption in Fluid-leitender Verbindung mit einer mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung einer Desorption steht, wobei die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption eine Zuleitung für das an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichte Wasser am Kopfende aufweist und am unteren Ende eine Ableitung für an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichertes Wasser vorgesehen ist, und wobei am unteren Ende eine Zuleitung für Brenngas vorgesehen ist, das in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption nach oben steigt und am Kopfende eine Ableitung vorgesehen ist, die in einer Fackel mündet.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mündet die Ableitung des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wassers aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption als Teilstrom in das Kopfende der apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption.
Mit Vorteil wird eine separate Wasserzuleitung an der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption vorgesehen.
Bevorzugt ist die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Absorption als Absorptionskolonne oder Blasensäule, die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption als Desorptionskolonne oder als Sprühturm ausgeführt. Dabei wird der Fachmann den jeweils am besten geeigneten Apparat zur Entfernung der gewünschten Komponente einsetzen. Diese Auswahl trifft der Fachmann anhand des gängigen Fachwissens. Es können auch beliebig viele dieser Einrichtungen miteinander kombiniert werden. Dies kann vor allem dann erforderlich werden, wenn Mischungen verschiedener Aldehyde, bzw. Mischungen aus Aldehyden und anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten aus einem Gasstrom einer Polyethylenanlage, entfernt werden sollen. Beispielsweise führt ein großer Wasserstrom, wie er vorzugsweise zur Entfernung von Butylacrylat nötig ist (s. Ausführungsbeispiel in Tabelle 3), zu einer Verschlechterung der Desorption von Propanal und damit zu einem schlechteren Ergebnis, während dieser große Wasserstrom die Absorption von Butylacrylat erst ermöglicht. In einem solchen Fall würde man entweder die Erdgaszufuhr zur Desorption erhöhen oder vorteilhaft die einzelnen Stoffe nacheinander in separaten hintereinandergeschalteten Einrichtungen absorbieren und desorbieren. D. h. es wäre pro zu entfernendem Stoff eine Absorptionseinrichtung und eine Desorptionseinrichtung notwendig, wie es nachfolgend in 2 beschrieben ist.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der 1 und 2 näher beschrieben werden.
1: Ein vereinfachtes Anlagenschema eines Verfahrens zur erfindungsgemäßen Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden und/oder von anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten aus einem Gasstrom einer Polyethylenanlage.
2: Ein vereinfachtes Anlagenschema eines Verfahrens zur erfindungsgemäßen Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden und/oder von anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten aus einem Gasstrom einer Polyethylenanlage, wobei zudem die Wasseraufbereitung dargestellt ist.
Bei der in 1 dargestellten Anlage wird der Absorptionskolonne 5 ein Gasstrom 1 einer Polyethylenanlage zugeführt, der mit C₁- bis C₅-Aldehyden und/oder mit anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ belastet ist. Dieser Strom weist bei Normalbetrieb eine Temperatur von 45°C und einen Druck von 19 bar auf und tritt mit einem Massenstrom von 500 kg/h in die Absorptionskolonne 5 ein. Außer den C₁- bis C₅-Aldehyden und/oder den anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten sind im Gasstrom 1 beispielsweise noch Methan, Ethan, Propylen, Propan, CO₂ und n-Butan enthalten, die über die erfindungsgemäße Vorreinigung nicht oder nur in sehr kleinen Mengen aus dem Gasstrom entfernt werden. Am Kopfende der Absorptionskolonne 5 wird Wasser 2 eingeleitet. Dieses Wasser 2 hat einen Druck von 20 bar, eine Temperatur von 33°C und ein Massenstrom von 3006,6 kg/h und wird von dem Gasstrom 1 durchströmt. Dabei absorbiert das Wasser 2 die im Gasstrom 1 enthaltenen Aldehyde und/oder die anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten und kann als an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichter Gasstrom 4 mit einem Massenstrom von 493,4 kg/h bei 33°C und einem Druck von 19 bar aus dem Prozess abgeführt werden. Vorteilhaft wird der an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichte Gasstrom 4 weiteren Reinigungsstufen wie einer basischen Wäsche, einer Molekularsiebbehandlung und/oder einer Kryo-Destillation unterzogen. Das an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichte Wasser 3, das bei der Absorption entsteht, wird aus dem Prozess mit einer Temperatur von 34°C, einem Druck von 19 bar und einem Massenstrom von 3006,6 kg/h abgeführt und durch frisches Wasser 2 ersetzt, so dass eine Absorption kontinuierlich gewährleistet ist. Die Absorption wird praktisch vollständig, wenn relativ große Mengen Wasser verwendet werden und zudem große Flächen für den Stoffaustausch zur Verfügung gestellt werden, was zum Einsatz von sehr schlanken, hohen Kolonnen führt.
Der in 2 dargestellte Prozess zeigt im Vergleich zu 1 zudem noch die Wasseraufbereitung des mit Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherten Wassers 3. Dazu tritt das mit Aldehyden und/oder mit anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherte Wasser 3, nachdem es entspannt wurde, am Kopf der Desorptionskolonne 6 in diesen ein. Im Gegenstrom wird das mit Aldehyden und/oder mit anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherte Wasser 3 mit Erdgas 8 durchströmt. Dabei hat das Erdgas 8 die Aufgabe, den Partialdruck der im Wasser gelösten Aldehyde und/oder der anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten zu verringern. Daher ist der Volumenstrom des Erdgases 8 beim Eintritt in die Desorptionskolonne 6 entscheidend und nicht der sonst gemessene Massenstrom. Dieser Volumenstrom muss auf einen festen Wert eingestellt werden. Der Druck in der Desorptionskolonne wird durch die Fackelleitung, die zwischen 1 und 3 barabs. betrieben wird, bestimmt. Die Desorptionskolonne 6 steht in direkter Verbindung mit der Fackelleitung 7. Schwankende Drücke in der Fackelleitung werden durch die Festlegung des Volumenstroms des Erdgases 8 beim Eintritt in die Desorptionskolonne 6 ebenfalls automatisch ausgeregelt. Höhere Drücke bewirken kleinere Volumenströme, das Regelventil öffnet, und der höhere Erdgasstrom 8 gleicht die durch den erhöhten Druck verschlechterte Absorption wieder aus. Das Erdgas 8 nimmt also das im Wasser gelöste Aldehyd und/oder die anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten auf, gelangt in die Fackelleitung 7 und wird dort verbrannt. Das an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherte Wasser 9 wird anschließend aus der Desorptionskolonne 6 abgeführt und teilweise als Strom 12 der Absorptionskolonne mit einer Temperatur von 33°C und einem Druck von 20 bar, bei einem Massenstrom von 3000 kg/h wieder zugeführt. Ein weiterer Teilstrom 11 des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wassers 11 wird aus dem Prozess abgeführt, um eine Anreichung an Restaldehyden im Kreislauf zu vermeiden. Mit Vorteil wird der Desorptionskolonne 6 ein Strom Frischwasser 10 zugeführt, das eine Temperatur von ca. 80°C aufweist und z. B. aus einem Kondensator stammt. Damit wird die Desorption in der Desorptionskolonne unterstützt.
Bei Bedarf können mehrere derartige apparative Abfolgen, wie in 2 gezeigt hintereinandergeschaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass die jeweilige Wassermenge zur Absorption den entsprechenden Eigenschaften der zu entfernenden Komponente angepasst werden kann. Somit kann durch Variationen der Apparateabfolge das Ergebnis der Aufreinigung positiv beeinflusst werden.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Die Beispiele wurden anhand der Anlage, wie sie in 2 dargestellt ist, durchgeführt. Die angeführten Bezugszeichen in den Tabellen entsprechen ebenfalls den Bezugszeichen aus 2.

In Tabelle 1 ist ein Normalbetrieb einer derartigen Anlage dargestellt, wobei die Massenströme und deren jeweilige Beladung mit einem C₁- bis C₅-Aldehyd, für das beispielhaft Propanal verwendet wurde, zu entnehmen ist. Tabelle 1: Normalbetrieb einer Anlage nach Fig. 2 zur Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden

Bezugszeichen aus Fig. 2	Massenstrom (kg/h)	Propanalanteil des Massenstroms (kg/h)	Propanalanteil (kg/kg)
1	500	1,55	3,1·10^–3
3	3006,6	1,65	5,5·10^–4
4	493,4	8,5·10^–3	17·10^–5
7	130,1	1,54	0,01
8	104,1	0,0	-
9	80,6	2,8·10^–3	3,4·10^–5
10	100	0,0	-
13	3000	0,10	3,4·10^–5

Daraus ergibt sich eine Reduzierung der Propanalbeladung von 1,55 kg/h im Gasstrom 1 auf 8,5·10^–3 kg/h im Propanal abgereicherten Gasstrom 4. Es handelt sich also um eine Reduzierung der Propanalbeladung um 99,45%.

In Tabelle 2 ist ein maximaler Auslastungsfall einer Anlage dargestellt, wobei auch hier die Massenströme und deren jeweilige Beladung mit Propanal zu entnehmen ist. Tabelle 2: Maximalbetrieb einer Anlage nach Fig. 2 zur Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden

Bezugszeichen aus Fig. 2	Massenstrom (kg/h)	Propanalanteil des Massenstroms (kg/h)	Propanalanteil (kg/kg)
1	1300	4,03	3,1·10^–3
3	3007	4,13	1,4·10^–3
4	1293	0,03	2,4·10^–5
7	135,4	4,0	0,03
8	104,1	0,0	-
9	75,7	3,4·10^–3	4,5·10^–5
10	100	0,0	-
13	3000	0,13	4,5·10^–5

Daraus ergibt sich eine Reduzierung der Propanalbeladung von 4,03 kg/h im Gasstrom 1 auf 0,03 kg/h im Propanal abgereicherten Gasstrom 4. Es handelt sich also um eine Reduzierung der Propanalbeladung um 99,26% im Maximalbetrieb.

In Tabelle 3 ist ein Auslastungsfall einer Anlage dargestellt, bei dem die Massenströme und deren jeweilige Beladung mit einer anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponente einer Kettenlänge von C₂ bis C₅, wobei beispielhaft Butyracrylat verwendet wurde, zu entnehmen ist. Tabelle 3: Betrieb einer Anlage nach Fig. 2 zur Entfernung von anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten

Bezugszeichen aus Fig. 2	Massenstrom (kg/h)	Butylacrylatanteil des Massenstroms (kg/h)	Butylacrylatanteil (kg/kg)
1	1300	0,652	5,0·10^–4
3	10014	0,648	6,47·10^–5
4	1286	0,0035	2,7·10^–6
7	641,2	0,648	0,001
8	599,5	0,0	-
9	72,7	0,0	0,0
10	100	0,0	-
13	10000	0,0	0,0

Daraus ergibt sich eine Reduzierung der Butylacrylatbeladung von 0,652 kg/h im Gasstrom 1 auf 0,0035 kg/h im Butylacrylat abgereicherten Gasstrom 4. Es handelt sich also um eine Reduzierung der Butylacrylatbeladung um 99,47%.
Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben sind:

– durch Ausnutzung der in einer Polyethylenanlage sowieso vorhandenen Ressourcen stellt die Erfindung eine extrem betriebskostenarme Entfernung von Aldehyden und/oder von anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten aus Gasen dar.
– die Nutzung von Wasser zur Absorption spart die Installation weiterer Infrastruktur
– ein leicht in bestehende Anlagen zu integrierender Prozess

Bezugszeichenliste

1: Gasstrom
2: Wasser
3: an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichertes Wasser
4: an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherter Gasstrom
5: Absorptionskolonne
6: Desorptionskolonne
7: Fackelleitung
8: Erdgas
9: an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichertes Wasser
10: Frischwasser
11: Teilstrom des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wassers
12: Strom

Claims

Verfahren zur Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden und anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ aus einem Gasstrom in einer Polyethylenanlage dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom in mindestens einer apparativen Einrichtung zur Durchführung einer Absorption mit Wasser in Kontakt gebracht wird und die Aldehyde und/oder die anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten von Wasser absorbiert werden, wobei ein an Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherter Gasstrom und ein mit Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichter Wasserstrom entsteht, die beide aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption abgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption in einem Temperaturbereich von 20°C bis 50°C, und vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 35°C bis 40°C, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption in einem Druckbereich von 10 bis 50 bar, und vorzugsweise in einem Druckbereich von 20 bis 40 bar, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zu entfernenden Aldehyden um Propanal handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten um Butylacrylat handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichte Wasserstrom in mindestens einer apparativen Einrichtung zur Durchführung einer Desorption mit einem Strippgas in Kontakt gebracht wird, wobei die Aldehyde und/oder die anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten ausgewaschen werden und ein an Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichter Wasserstrom und ein an Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichtes Strippgas entsteht, die beide aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption abgeführt werden, wobei das mit Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherte Strippgas direkt zu einer Fackel geleitet wird, in der es verbrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fackel in einem Druckbereich von 1 bar bis 3 bar abs. betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wasserstroms in die mindestens eine apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption geleitet wird, in der es erneut zur Absorption genutzt wird, und ein weiterer Teilstrom des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wasserstroms aus dem Prozess abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption Frischwasser eingeleitet wird, das eine Temperatur von 0°C bis 120°C, und vorzugsweise von 80°C bis 100°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Frischwasser aus der Polyethylenherstellung anfallendes Kondensat verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Strippgas in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption verschiedene Brenngase unterschiedlichster Verbindungen der Elemente C oder H oder Mischungen davon, vorzugsweise Erdgas, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Strippgases am Eintritt in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption über eine Regeleinrichtung konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Strippgases am Eintritt in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption über eine Regeleinrichtung konstant gehalten wird.
Vorrichtung zur Entfernung von C₁- bis C₅-Aldehyden und anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten einer Kettenlänge von C₂ bis C₅ aus einem Gasstrom in einer Polyethylenanlage nach dem Verfahren nach Anspruch 1, umfassend mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung einer Absorption, die am Kopfende eine Zuleitung für Wasser und am unteren Ende eine Ableitung für an Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichertes Wasser aufweist und die am unteren Ende eine Zuleitung für an Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereichtes Gas und am Kopfende eine Ableitung für an Aldehyden und/oder anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichertes Gas aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überleitung vorgesehen ist, durch die das an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherte Wasser aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption in Fluid-leitender Verbindung mit einer mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung einer Desorption steht, wobei die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption eine Zuleitung für das an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten angereicherte Wasser am Kopfende aufweist und am unteren Ende eine Ableitung für an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereichertes Wasser vorgesehen ist, und wobei am unteren Ende eine Zuleitung für Brenngas vorgesehen ist, das in der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption nach oben steigt und am Kopfende eine Ableitung vorgesehen ist, die in einer Fackel mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung des an Aldehyden und/oder an anderen sauerstoffhaltigen organischen Komponenten abgereicherten Wassers aus der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption als Teilstrom in das Kopfende der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Absorption mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Wasserzuleitung an der mindestens einen apparativen Einrichtung zur Durchführung der Desorption vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Desorption als Desorptionskolonne oder als Sprühturm ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine apparative Einrichtung zur Durchführung der Absorption als Absorptionskolonne oder als Blasensäule ausgeführt ist.