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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Propylen und eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Verfahren und Anlagen zur Gewinnung von Olefinen, darunter insbesondere Ethylen und Propylen, durch Dampfspalten (engl. Steam Cracking) sind bekannt und beispielsweise im Artikel „Ethylene“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online seit 15. April 2009, DOI 10.1002/14356007.a10_045.pub3, beschrieben. Beim Dampfspalten werden zunächst Gasgemische erhalten, die einer Aufbereitung und, zur Trennung in Komponenten oder Komponentengruppen, Trennsequenzen unterworfen werden können. Man spricht bei entsprechenden Gasgemischen von Roh- oder Spaltgas. Diese Gasgemische enthalten Methan und eine oder mehrere tiefer als Methan siedende Komponenten sowie Kohlenwasserstoffe mit zwei, drei, vier und ggf. mehr als vier Kohlenstoffatomen in unterschiedlichen Anteilen.
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Entsprechende Trennsequenzen beginnen typischerweise mit einer Ölwäsche und einer Wasserwäsche, in denen das noch heiße Gasgemisch weiter abkühlt wird und schwere Verunreinigungen wie Koks und Teer abgeschieden werden. Anschließend wird das Gasgemisch zunächst stufenweise verdichtet. Im Zuge der Verdichtung können beispielsweise mittels einer Laugewäsche Sauergase entfernt werden. Mittels eines beispielsweise adsorptiven Trockners kann Wasser entfernt werden. Es folgt typischerweise eine stufenweise Kühlung und eine Sequenz von Rektifikationen, in denen das wie zuvor erläutert aufbereitete Gasgemisch in Fraktionen unterschiedlicher Kohlenstoffzahl zerlegt wird. Beispielsweise sind sogenannte „Demethanizer First“- bzw. „Frontend Demethanizer“-, „Deethanizer First“- bzw. „Frontend Deethanizer“- und „Depropanizer First“- bzw. „Frontend Depropanizer“-Verfahren bekannt.
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In den genannten Trennsequenzen können Fraktionen gebildet werden, die überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit drei Kohlenstoffatomen, also überwiegend oder ausschließlich Propan, Propylen (Propen) und Methylacetylen (Propin), enthalten. Zum Begriff „überwiegend“ sei auf die Erläuterungen unten verwiesen. Da die Bildung entsprechender Fraktionen grundsätzlich bekannt ist, wird hier auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet. Typischerweise erfolgt zur Bildung entsprechender Fraktionen entweder eine Demethanisierung gefolgt von einer Deethanisierung und einer Depropanisierung, eine Deethanisierung gefolgt von einer Depropanisierung oder aber eine Depropanisierung gefolgt von entweder einer Deethanisierung oder einer Demethanisierung und einer Deethanisierung.
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Eine entsprechend gebildete Fraktion die überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit drei Kohlenstoffatomen enthält, kann, falls diese Kohlenwasserstoffe Methylacetylen umfassen, nach ihrer Bildung einer Hydrierung unterworfen werden (sogenannte C3-Hydrierung). Eine Hydrierung kann jedoch auch stromauf der Bildung einer entsprechenden Fraktion erfolgen (beispielsweise als sogenannte Frontend-Hydrierung), so dass Methylacetylen ggf. auch gemeinsam mit anderen Acetylenen hydriert werden kann. Je nach Art der Hydrierung können dabei Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen sowie Methan als Nebenprodukte gebildet werden. Auch bei der Hydrierung eingesetzter Wasserstoff und als Nebenprodukt gebildetes Wasser können nach der Hydrierung in einer entsprechenden Fraktion vorliegen. Bei einer entsprechenden Hydrierung kann ggf. auch sogenanntes Grünöl als Nebenprodukt gebildet werden.
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Um aus einer entsprechenden Fraktion, die nach der erwähnten Hydrierung überwiegend oder ausschließlich Propan und Propylen als Kohlenwasserstoffe mit drei Kohlenstoffatomen, aber eben auch leichter als Propylen siedende Komponenten und ggf. zusätzlich zu Propan eine oder mehrere schwerer als Propan siedende Komponenten enthält, eine Produktfraktion zu erzeugen, die überwiegend oder ausschließlich Propylen enthält, und die die Anforderungen für die jeweilige Weiterverarbeitung erfüllt, muss das Propylen entsprechend aufgereinigt werden. Hierzu können leichter siedende Komponenten in einer Strippkolonne abgetrennt werden (sogenannter C3-Stripper), die schwerer siedenden Komponenten (darunter zumindest Propan) werden hingegen in einer dem C3-Stripper nachgeschalteten Rektifikationskolonne (insbesondere im Fall einer reinen Trennung von Propan und Propylen auch als C3-Splitter bezeichnet) abgetrennt.
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In bestimmten Fällen kann auf die Bearbeitung in dem C3-Splitter auch verzichtet werden, insbesondere wenn bei der Verwendung der in dem C3-Splitter gebildeten Fraktion ein bestimmter Propangehalt toleriert werden kann. In diesem Fall kann eine Anlage ohne C3-Splitter erstellt und betrieben werden. Schwierigkeiten ergeben sich hier aber insbesondere dann, wenn eine solche Anlage mittels eines C3-Splitters zur Bereitstellung eines reineren Propylenprodukts ertüchtigt werden soll. Vorhandene Kühlkreisläufe mit C3-Kältemittel bzw. Kühlwasser können in diesem Fall zu klein dimensioniert sein, um den Bedarf in dem C3-Splitter zu decken, und müssen aufwendig ausgetauscht werden, falls keine Erweiterbarkeit vorhanden ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, insbesondere für solche Fälle, aber auch generell verbesserte Möglichkeiten zur Bearbeitung der zuvor erläuterten Fraktion im Zuge der Herstellung von Propylen durch Dampfspalten bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund ein Verfahren zur Herstellung von Propylen und eine entsprechende Anlage mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Gasgemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch „überwiegend oder ausschließlich“ eine oder mehrere Komponenten enthalten sein, wobei „überwiegend“ für einen Gehalt von wenigstens 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99% oder 99,999% auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Gasgemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner „angereichert“ oder „abgereichert“ an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einem Ausgangsgasgemisch beziehen, aus das Gasgemisch erhalten wurde. Das Gasgemisch ist „angereichert“, wenn es zumindest den 1,1-fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen, 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, „abgereichert“, wenn es höchstens den 0,9-fachen, 0,5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer Komponente, bezogen auf das Ausgangsgasgemisch enthält. Ist hier kurz von „Wasserstoff“ die Rede, sei darunter reiner Wasserstoff verstanden oder ein Gasgemisch, das überwiegend oder ausschließlich Wasserstoff enthält.
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Nachfolgend werden zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe „Druckniveau“ und „Temperaturniveau“ verwendet, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte vorliegen werden müssen. Ein Druckniveau oder Temperaturniveau kann beispielsweise ± 1%, 5%, 10% oder 20% um einen Mittelwert liegen. Mehrere Druck- und Temperaturniveaus können disjunkte oder überlappende Bereiche darstellen. Dasselbe Druck- bzw. Temperaturniveau kann beispielsweise auch dann noch vorliegen, wenn sich aufgrund von Leitungsverlusten oder Abkühlung Drücke und Temperaturen reduziert haben. Bei hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sowohl die erwähnte Strippkolonne (also der C3-Stripper, nachfolgend als „erste Trennkolonne“ bezeichnet) als auch die erwähnte nachgeschaltete Rektifikationskolonne (also der C3-Splitter, nachfolgend als „zweite Trennkolonne“ bezeichnet) durch ein gemeinsames wärmegepumptes System mit einem Verdichter (C3-Verdichter), der Kopfgas der zweiten Trennkolonne verdichtet, welches danach als Heizmedium in den Sumpfverdampfern der ersten und zweiten Trennkolonne verwendet wird, quasi unabhängig von den Betriebsmitteln einer Anlage betrieben werden kann. Auf diese Weise kann insbesondere eine bestehende Anlage mit einem C3-Stripper um einen C3-Splitter erweitert werden, ohne dass aufwendige zusätzliche Kältemittelkreisläufe mit zusätzlichem Kältemittel bereitgestellt werden müssen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die erste Trennkolonne auf einem erhöhten Druck betrieben, wie nachfolgend erläutert. Dieser wird über das erwähnte Wärmepumpensystem sowohl mit Wärme bzw. Heizmedium für einen Sumpfverdampfer, aber vorteilhafterweise auch mit einem Kühlmittel für den Kopfkondensator versorgt. Der erwähnte Verdichter komprimiert dabei das Kopfgas der zweiten Trennkolonne. Das verdichtete Kopfgas der zweiten Trennkolonne kann nun im Sumpfverdampfer der ersten und zweiten Trennkolonne als Heizmedium verwendet werden. Dabei wird das Kopfgas gegen die jeweiligen zu erwärmenden Stoffströme aus dem Sumpf der ersten und zweiten Trennkolonne kondensiert.
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Das gebildete Kopfgaskondensat kann in einem Rücklaufbehälter gesammelt und zu einem Anteil in einem Kopfkondensator der ersten Trennkolonne in der benötigten Menge als Kältemittel verwendet werden. Ein Teil des Kopfgaskondensats wird also aus dem Rücklaufbehälter abgezogen und dem Kopfkondensator der ersten Trennkolonne als Kältemittel zugeführt. Dieser Teil wird kann zuvor entspannt werden, beispielsweise auf das saugseitige Druckniveau des Verdichters. Im Kopfkondensator der ersten Trennkolonne wird dieser Anteil des Kopfgaskondensats verdampft und zusammen mit dem Kopfgas der zweiten Trennkolonne der Saugseite des Verdichters zugeführt. Zu einem weiteren Anteil kann das Kopfgaskondensat als Rücklauf auf die zweite Trennkolonne verwendet werden.
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Auch ein Propylenprodukt wird aus dem Rücklaufbehälter abgezogen. Ein Propanprodukt bzw. eine Rückführmenge zum Dampfspalten wird aus dem Sumpf der zweiten Trennkolonne abgezogen.
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Das mit dem saugseitigen Druck des Verdichters (ca. 10 bar) korrespondierende Kälteniveau (ca. 15-20 ℃) reicht nicht an das typi sche Kälteniveaus eines typischen Hochdruck-C3-Kältemittel (ca. 10℃) einer gängigen Propylen/Propan-Kältemaschine heran. Durch den höher gewählten Betriebsdruck der ersten Trennkolonne im Rahmen der vorliegenden Erfindung lässt sich aber auch mit dem höhergrädigen Kältemittel eine für den Rücklauf ausreichende Kondensation von Propylen und Propan sowie schwererer Komponenten am Kopf der zweiten Trennkolonne erzielen. Gleichzeitig kann eine Rückführmenge eines Entgasungsstroms über den Kopf der ersten Trennkolonne aufgrund des höheren Drucks verringert und damit die Last auf die Gesamtanlage reduziert werden.
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Mittels eines (mit Luft- oder Kühlwasser gekühlten) Bilanzkühlers kann eine Überschussmenge an Propylen kondensiert werden, die in den beiden Sumpfverdampfern aufgrund der Differenz in der Wärmebilanz zwischen den Sumpfverdampfern und dem benötigtem Rücklauf bzw. Kältemittel sowie der Kondensation des Propylenüberschusses, der Produktmenge an Propylen, ggf. anderenfalls nicht kondensiert werden kann.
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Der erforderliche Enddruck des Verdichters richtet sich nach der maximal erforderlichen Kondensationstemperatur. Bestimmend können diesbezüglich entweder die Kondensationstemperatur in den Sumpfverdampfern der ersten und zweiten Trennkolonne sein, oder aber auch der Bilanzkühler. Es besteht jeweils eine Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen (der Umgebungstemperatur) bzw. den Kühlwasseranforderungen (der Kühlwasserrücklauftemperatur). Übersteigt die Kondensationstemperatur im Bilanzkühler deutlich die Kondensationstemperatur in den Sumpfverdampfern, so kann aus Gründen der Energieeffizienz auch auf ein mehrstufiges Verdichterkonzept zurückgegriffen werden. Der Hauptstrom wird in einer ersten Prozessstufe auf den erforderlichen Druck verdichtet, der mit den Kondensationstemperaturen in den Sumpfverdampfern korrespondiert. Der deutlich kleinere Bilanzstrom kann in einer zweiten, nachfolgenden Verdichtungsstufe auf den Enddruck verdichtet werden, der durch das Temperaturniveau des Kühlmediums im Bilanzkühler vorgegeben ist.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen insbesondere in einer weite(st)gehenden Betriebsmittelautarkie, welche zu erheblichen Einsparungen führen kann, wenn das vorliegende System in Alleinstellung oder in größerer Distanz zu Versorgungseinrichtungen errichtet wird, d.h. kein herkömmliches Kühlsystem mit entsprechenden Medien zur Verfügung steht. Auf diese Weise können die herkömmlicherweise in solchen Fällen erforderliche Apparatezahl, deren Dimension und das versorgende Rohrleitungssystem verringert bzw. verkleinert werden.
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Das vorgeschlagene System kommt ohne Anbindung an ein Anlagennetz für Dampf, Quenchwasser, ggf. Kühlwasser oder C3-Kälte aus. Dies ist insbesondere für die Nachrüstung bestehender Anlagen mit einer solchen Betriebseinheit von Vorteil, wie erwähnt. Limitierungen bei den Betriebsmitteln der bestehenden Anlage stellen damit kein Hinderungsgrund mehr dar. Modifikationsmaßnahmen in der bestehenden Anlage sowie die Anzahl der Einbindestellen in dieselbe werden minimiert und bedeuten einen klaren Vorteil auch im Hinblick auf die Stillstandszeit der Anlage während des Umbaus bzw. der Erweiterung. Da in bestehende Betriebsmittelsysteme nicht eingegriffen wird, fallen etwaige Modifikationskosten weg, die durch den Umbau mit einem konventionellen Konzept entstehen würden.
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Es ergibt sich ferner die Möglichkeit zur Einsparung eines Pumpenpaares, da im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Sumpfflüssigkeit der ersten Trennkolonne mit Eigendruck zu der zweiten Trennkolonne geführt werden kann. In einem weiteren, zu der zweiten Trennkolonne und/oder dem Bilanzkühler parallelen Wärmetauscher kann das flüssige Sumpfprodukt der zweiten Trennkolonne (im wesentlichen Propan) verdampft und dampfförmig unmittelbar auf die Spaltöfen rezykliert werden. Hierdurch wird das bestehende Einsatzverdampfungssystem nicht zusätzlich beansprucht bzw. muss kein Heizmedium hierfür herangeführt werden. Darüber hinaus wird der Kühlmittelbedarf im und der Bilanzkühler selbst verkleinert.
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Zusammengefasst schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Olefine vor, bei dem durch Dampfspalten ein erstes Komponentengemisch (Roh- bzw. Spaltgas) gebildet wird, das zumindest Methan und Kohlenwasserstoffe mit zwei, drei und vier Kohlenstoffatomen, darunter Propan, Propylen und Methylacetylen, enthält, und bei dem unter Verwendung zumindest eines Teils des ersten Komponentengemischs ein zweites Komponentengemisch gebildet wird, das überwiegend oder ausschließlich Propan, Propylen und Methylacetylen enthält, also eine entsprechende Fraktion wie eingangs erläutert.
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Zumindest ein Teil des zweiten Komponentengemisch wird unter Erhalt eines dritten Komponentengemisch einer Hydrierung unterworfen, in der das Methylacetylen überwiegend oder vollständig umgesetzt wird und bei der leichter als Propylen und ggf. schwerer als Propan siedende Komponenten gebildet und/oder zugeführt werden, so dass das dritte Komponentengemisch Propan, Propylen, eine oder mehrere leichter als Propylen siedende Komponenten und ggf. eine oder mehrere schwerer als Propan siedende Komponenten enthält. Werden schwerer als Propan siedende Komponenten gebildet, gehen diese zusammen mit dem Propan in die nachfolgend erläuterten, jeweils den überwiegenden Anteil des Propans enthaltenden Fraktionen über. Sie werden aber nachfolgend nicht erneut thematisiert.
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Wie eingangs beschrieben, wird auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zumindest ein Teil des dritten Komponentengemischs zunächst einem ersten Trennschritt zur überwiegenden oder vollständigen Entfernung der einen oder mehreren leichter als Propylen siedende Komponenten unter Verwendung einer ersten Trennkolonne und danach einem zweiten Trennschritt zur überwiegenden oder vollständigen Trennung des Propylens von Propan (und ggf. den schwerer siedenden Komponenten) unter Verwendung einer zweiten Trennkolonne unterworfen. Die erste Trennkolonne wird mit einem Sumpfverdampfer und einem Kopfkondensator betrieben und die zweite Trennkolonne wird mit einem Sumpfverdampfer betrieben. In der ersten Trennkolonne gebildetes Kopfgas ist dabei typischerweise nicht frei von Propylen, da die Trennbedingungen hier keine vollständige oder im Wesentlichen vollständige Entfernung der leichter als Propylen siedenden Komponenten bei vollständigem Zurückbehalten des Propylens erlauben. Das Kopfgas kann daher einer Propylenrückgewinnung zugeführt bzw. stromauf in die Trennsequenz, insbesondere in einen Demethanizer, eingespeist werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der zweiten Trennkolonne Kopfgas entnommen, einer Verdichtung unterworfen und danach zumindest in dem Sumpfverdampfer der ersten und zweiten Trennkolonne unter Erhalt eines Kopfgaskondensats teilweise oder vollständig kondensiert wird. Die Vorteile einer derartigen Maßnahme wurden zuvor umfänglich erläutert und bestehen insbesondere in der Betriebsmittelautarkie. Durch die Verdichtung (und eine nachfolgende Entspannung) und die jeweilige Wärmeübertragung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Wärmepumpeneffekt erzielt.
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Generell soll hier unter dem Begriff „Abkühlen“ ein Entzug von Wärme verstanden werden, unabhängig davon, ob sich die Temperatur des abgekühlten Mediums, d.h. des Mediums, dem Wärme entzogen wird, nennenswert ändert. Ein Abkühlen liegt also im hier verwendeten Sprachgebrauch auch dann vor, wenn eine reine Kondensation erfolgt, bei dem ein gasförmiges Medium, auf einem Temperaturniveau bleibend, unter Abfuhr der Kondensationswärme in den flüssigen Zustand übergeht. Entsprechend versteht sich, dass, wenn hier von einer „Kondensation“ gegen ein anderes Medium oder in einem Wärmetauscher, Sumpfverdampfer oder dergleichen erfolgt, dies durch einen Entzug von Wärme bzw. deren Übertragung auf ein anderes Medium erfolgt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise, wie bereits zuvor mit anderen Worten erläutert, ein erster Anteil des Kopfgaskondensats zum Kühlen des Kopfkondensators der ersten Trennkolonne verwendet. Ein zweiter Anteil des Kopfgaskondensats wird vorteilhafterweise als Rücklauf auf die zweite Trennkolonne zurückgeführt, und ein dritter Anteil des Kopfgaskondensats wird als ein Propylenprodukt bereitgestellt. Auch zu diesen Maßnahmen sei auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen.
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Wie erläutert wird, unter Erzielung entsprechender Vorteile, im Rahmen der vorliegenden Erfindung die erste Trennkolonne auf einem höheren als dem üblichen Druckniveau betrieben. Insbesondere wird die erste Trennkolonne auf einem ersten Druckniveau von 11 bis 18 bar und die zweite Trennkolonne auf einem Druckniveau von 6 bis 13 bar betrieben. Das Kopfgas der zweiten Trennkolonne wird insbesondere auf ein drittes Druckniveau von 10 bis 22 bar verdichtet. Es versteht sich, dass das im Rahmen der genannten Wertebereiche das erste immer oberhalb des zweiten Druckniveaus liegt und das dritte Druckniveau oberhalb zumindest des zweiten.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren nach wird das Kopfgas in dem Sumpfverdampfer der ersten Trennkolonne vorteilhafterweise auf einem Temperaturniveau von 10 bis 40 ℃ und in dem Sumpfverdampfer der zweiten Trennkolonne auf ein Temperaturniveau von 7 bis 35 ℃ kondensiert.
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Wie ebenfalls erwähnt, wird der erste Anteil des Kopfgaskondensats vor der Verwendung zum Kühlen des Kopfkondensators vorteilhafterweise entspannt und bei der Verwendung zum Kühlen des Kopfkondensators zumindest teilweise verdampft, wobei sich versteht, dass bei einer nur teilweisen Verdampfung nur der verdampfte Anteil in den Verdichter geführt wird. Die Entspannung kann insbesondere auf das zweite Druckniveau erfolgen, also auf den Druck, auf dem der Verdichter das Kopfgas der zweiten Trennkolonne ansaugt. Es ist aber auch möglich, ein Druckniveau unterhalb des zweiten Druckniveaus zu verwenden. In dieser Weise kann mehr Kälte generiert werden. In diesem Fall wird der erste Anteil des verdampften Kopfgaskondensats vorverdichtet, bevor er in einen entsprechenden Verdichter eingespeist wird, oder es wird ein Verdichter verwendet, dem das Kopfgas der zweiten Trennkolonne auf dem zweiten Druckniveau, das einen Zwischendruck des Verdichters darstellt, zugeführt, und der erste Anteil des verdampften Kopfgaskondensats auf dem geringeren Druckniveau zugeführt wird.
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Das Kopfgas der zweiten Trennkolonne kann grundsätzlich vor der Verdichtung oder in der Verdichtung, beispielsweise auf einer Verdichterzwischenstufe. mit dem zum Kühlen des Kopfkondensators der ersten Trennkolonne verwendeten und zumindest teilweise verdampften ersten Anteil des Kopfgaskondensats vereinigt werden. Letzteres wird, wie soeben erläutert, dabei ggf. vorverdichtet und auf das zweite Druckniveau gebracht. Nach der Verdichtung kann das Kopfgas insbesondere in eine erste, eine zweite und eine dritte Teilmenge aufgeteilt werden, wobei die erste Teilmenge in dem Sumpfverdampfer der ersten Trennkolonne, die zweite Teilmenge in dem Sumpfverdampfer der zweiten Trennkolonne und die dritte Teilmenge in einem Bilanzkühler kondensiert werden kann. Die Vorteile in der Verwendung eines Bilanzkühlers sind oben beschrieben.
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Die erste, zweite und dritte Teilmenge werden nach der Kondensation vorteilhafterweise wie erläutert einem Rücklaufbehälter zugeführt, in dem das Kopfgaskondensat gebildet wird, und dem der erste, der zweite und der dritte Anteil des Kopfgaskondensats entnommen werden.
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Zusammengefasst kann nochmals festgehalten werden, dass in der ersten Trennkolonne ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet werden, wobei das Kopfgas der ersten Trennkolonne überwiegend oder ausschließlich die eine oder die mehreren leichter als Propylen siedenden Komponenten und Propylen und die Sumpfflüssigkeit der ersten Trennkolonne die überwiegend oder ausschließlich Propylen, Propan und die eine oder die mehreren schwerer als Propan und Propan siedenden Komponenten enthält, falls letztere vorhanden sind. Die Sumpfflüssigkeit der ersten Trennkolonne kann teilweise oder vollständig in die zweite Trennkolonne entspannt werden, wobei in der zweiten Trennkolonne ein Kopfgas und eine Sumpfflüssigkeit gebildet werden, wobei das Kopfgas der zweiten Trennkolonne insbesondere überwiegend oder ausschließlich Propylen und die Sumpfflüssigkeit der zweiten Trennkolonne überwiegend oder ausschließlich Propan und die eine oder die mehreren schwerer als Propan und Propan siedenden Komponenten enthält, falls vorhanden.
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Die Bildung des zweiten Komponentengemischs unter Verwendung zumindest eines Teils des ersten Komponentengemischs kann insbesondere eine Ölwäsche und/oder eine Wasserwäsche und/oder eine Verdichtung und/oder eine Sauergasentfernung und/oder eine Trocknung und/oder eine Demethanisierung und/oder eine Deethanisierung und/oder eine Depropanisierung umfassen, wie eingangs erwähnt.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anlage zur Herstellung eines oder mehrerer Olefine ist dafür eingerichtet, durch Dampfspalten ein erstes Komponentengemisch zu bilden, das zumindest Methan und Kohlenwasserstoffe mit zwei, drei und vier Kohlenstoffatomen, darunter Propan, Propylen und Methylacetylen, enthält, unter Verwendung zumindest eines Teils des ersten Gasgemischs ein zweites Komponentengemisch zu bilden, das überwiegend oder ausschließlich Propan, Propylen und Methylacetylen enthält, zumindest einen Teil des zweiten Komponentengemisch unter Erhalt eines dritten Komponentengemisch einer Hydrierung zu unterwerfen, in der das Methylacetylen überwiegend oder vollständig umgesetzt wird und bei der leichter als Propylen und ggf. schwerer als Propan siedende Komponenten gebildet und/oder zugeführt werden, so dass das dritte Komponentengemisch Propan, Propylen, eine oder mehrere leichter als Propylen siedende Komponenten und ggf. eine oder mehrere schwerer als Propan siedende Komponenten enthält, und zumindest ein Teil des dritten Komponentengemischs zunächst einem ersten Trennschritt zur überwiegenden oder vollständigen Entfernung der einen oder mehreren leichter als Propylen siedende Komponenten unter Verwendung einer ersten Trennkolonne und danach einem zweiten Trennschritt zur überwiegenden oder vollständigen Trennung des Propylens von Propan und ggf. den schwerer siedenden Komponenten unter Verwendung einer zweiten Trennkolonne zu unterwerfen, wobei die erste Trennkolonne mit einem Sumpfverdampfer und einem Kopfkondensator betrieben wird und die zweite Trennkolonne mit einem Sumpfverdampfer betrieben wird.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass Mittel bereitgestellt sind, die dafür eingerichtet sind, der zweiten Trennkolonne Kopfgas zu entnehmen, einer Verdichtung zu unterwerfen und danach zumindest in dem Sumpfverdampfer der ersten und zweiten teilweise oder vollständig zu kondensieren.
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Eine derartige Anlage ist vorteilhafterweise zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde. Auf die obigen Erläuterungen wird daher ausdrücklich verwiesen.
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Die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnungen näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Propylen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. Wird nachfolgend dieses Verfahren beschrieben, gelten die entsprechenden Erläuterungen für eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in gleicher Weise.
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In dem Verfahren 100 wird durch Dampfspalten, wie hier schematisch mit 1 veranschaulicht, unter Verwendung eines kohlenwasserstoffhaltigen Reaktionseinsatzes A und von Dampf B, ein Roh- bzw. Spaltgas gebildet, das in Form eines Stoffstroms C einer Aufbereitung 2, umfassend beispielsweise eine ÖI- und Wasserwäsche, eine Verdichtung, eine Sauergasentfernung und eine Trocknung unterworfen wird. Das Roh- bzw. Spaltgas wird hier wie zuvor als „erstes Komponentengemisch“ bezeichnet. Es enthält zumindest Methan und Kohlenwasserstoffe mit zwei, drei und vier Kohlenstoffatomen, darunter Propan, Propylen und Methylacetylen, aber zunächst auch noch schwerere Komponenten, Wasser und Sauergase. Letztere werden in der Aufbereitung 2 entfernt.
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Ein durch die Aufbereitung 2 erhaltenes Komponentengemisch, das ebenfalls zumindest Methan und Kohlenwasserstoffe mit zwei, drei und vier Kohlenstoffatomen, darunter Propan, Propylen und Methylacetylen enthält, aber aufgrund der Aufbereitung 2 insbesondere arm an oder frei von Wasser und Sauergasen ist, wird in Form eines Stoffstroms D einer Trennung 3 zugeführt. Die Trennung 3 kann insbesondere mehrere kryogene und nichtkryogene Rektifikationen umfassen. Es werden mehrere unterschiedliche Fraktionen gebildet, von denen hier nur eine Fraktion betrachtet wird, die überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit drei Kohlenstoffatomen, nämlich Propan, Propylen und Methylacetylen, enthält, und arm an oder frei von sonstigen Komponenten ist. Diese Fraktion wird hier wie zuvor als „zweites Komponentengemisch“ bezeichnet.
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Dieses zweite Komponentengemisch wird in Form eines Stoffstrom E einer Hydrierung 4 unterworfen. In der Hydrierung 4 werden, wie erwähnt, beispielsweise Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen sowie Methan gebildet. Auch bei der Hydrierung 4 eingesetzter Wasserstoff und gebildetes Wasser können nach der Hydrierung 4 vorliegen. Auch Grünöl kann in der Hydrierung 4 gebildet werden. Ein in der Hydrierung 4 gebildetes Komponentengemisch, hier wie zuvor als „drittes Komponentengemisch“ bezeichnet, enthält also allgemeiner gesprochen Propan, Propylen und eine oder mehrere leichter als Propan siedende Komponenten sowie eine oder mehrere schwerer als Propan siedende Komponenten, weil bei der Hydrierung 4 leichter als Propylen und ggf. schwerer als Propan siedende Komponenten gebildet und/oder zugeführt werden.
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Aus der Hydrierung 4 wird das dritte Komponentengemisch in dem hier veranschaulichten Beispiel in Form eines Stoffstroms F zur Durchführung eines Trennschritts zur überwiegenden oder vollständigen Abtrennung der einen oder mehreren leichter als Propylen siedenden Komponenten einem Trennschritt unterworfen, der hier wie zuvor als „erster Trennschritt“ bezeichnet wird. Dabei wird der Stoffstrom F und damit das dritte Komponentengemisch in eine Trennkolonne 10 eingespeist, die hier wie zuvor als „erste Trennkolonne“ bezeichnet und auf einem Druckniveau betrieben wird, das hier wie zuvor als „erstes Druckniveau“ bezeichnet wird. Das erste Druckniveau wurde bereits näher definiert.
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Die erste Trennkolonne 10 wird mit einem Sumpfverdampfer 11 und einem Kopfkondensator 12 betrieben. Dem Kopfkondensator 12 wird ein Kopfgas der ersten Trennkolonne 10 in Form eines Stoffstroms G zugeführt. Aus dem Kopfgas der ersten Trennkolonne wird nach Kondensation in dem Kopfkondensator 12 bzw. in einem nachgeschalteten Rücklaufbehälter 13 unter Verbleib einer gasförmigen Fraktion, die überwiegend oder ausschließlich die eine oder mehreren leichter als Propylen siedenden Komponenten enthält, eine flüssige Fraktion abgeschieden, welche auf die erste Trennkolonne 10 als Rücklauf zurückgeführt wird. Die gasförmige Fraktion wird in Form eines Stoffstroms H ausgeleitet. Sie ist arm an oder frei von Propan und an der einen oder den mehreren schwerer als Propan siedenden Komponenten, falls vorhanden, kann aber Propylen aufweisen. Im Sumpf der ersten Trennkolonne 10 wird eine Sumpfflüssigkeit gebildet, die überwiegend oder ausschließlich Propylen, Propan und die eine oder die mehreren schwerer als Propan und Propan siedenden Komponenten, falls vorhanden, enthält. Die Sumpfflüssigkeit der ersten Trennkolonne 10 ist aufgrund dieser Abtrennung arm an oder frei von den leichter als Propylen siedenden Komponenten.
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Die Sumpfflüssigkeit der ersten Trennkolonne 10 wird in Form eines Stoffstroms I über ein nicht gesondert bezeichnetes Ventil in eine Trennkolonne 20 entspannt, die hier wie zuvor als „zweite Trennkolonne“ bezeichnet wird. Mittels der zweiten Trennkolonne 20 wird ein Trennschritt zur überwiegenden oder vollständigen Abtrennung von Propylen von Propan und ggf. den schwerer siedenden Komponenten implementiert, um auf diese Weise ein möglichst reines Propylenprodukt zu erhalten. Die zweite Trennkolonne 20 wird dabei auf einem Druckniveau betrieben, das hier wie zuvor als „zweites Druckniveau“ bezeichnet wird, und das unterhalb des ersten Druckniveaus liegt. Das zweite Druckniveau wurde ebenfalls bereits näher definiert.
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In der zweiten Trennkolonne 20 wird ein Kopfgas gebildet und in Form eines Stoffstroms K abgezogen. Das Kopfgas der zweiten Trennkolonne enthält überwiegend oder ausschließlich Propylen und ist arm an oder frei von anderen Komponenten. Es wird nach Vereinigung mit einem unten erläuterten Stoffstrom N2 in Form eines Stoffstroms L einem Verdichter 30 zugeführt und dort auf ein Druckniveau verdichtet, das hier wie zuvor als „drittes Druckniveau“ bezeichnet wird und ebenfalls bereits näher definiert wurde. Nach der Verdichtung in dem Verdichter 30 werden Teilströme L1, L2 und L3 des Stoffstroms L und damit Teilmengen des zweiten Kopfgases durch den Sumpfverdampfer 11 der ersten Trennkolonne 10, durch den Sumpfverdampfer 21 der zweiten Trennkolonne 20 und einen weiteren Wärmetauscher 31 geführt und dabei jeweils kondensiert. Der weitere Wärmetauscher 31 dient zur Bilanzierung und kann mittels eines geeigneten Kühlmittels betrieben werden.
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Die Teilströme L1, L2 und L3 und damit die Teilmengen des Kopfgases der zweiten Trennkolonne 20 werden anschließend in einen Rücklaufbehälter 22 eingespeist. Sie können stromauf hiervon beliebig miteinander vereinigt werden. Aus dem Rücklaufbehälter 22 wird eine überwiegend oder ausschließlich Propylen enthaltende Flüssigkeit in Form eines Stoffstroms M als Propylenprodukt abgezogen. Weitere, aus dem Rücklaufbehälter 22 in Form eines Stoffstroms N abgezogene, überwiegend oder ausschließlich Propylen enthaltende Flüssigkeit, die arm an oder frei von anderen Komponenten ist, wird in Form eines Teilstroms N1 bzw. einer Teilmenge als Rücklauf auf die zweite Trennkolonne 20 zurückgeführt und in Form eines Teilstroms N2 bzw. einer zweiten Teilmenge über ein nicht gesondert bezeichnetes Ventil entspannt, in dem Kopfkondensator 12 der ersten Trennkolonne 10 erwärmt und abschließend wie erwähnt mit dem Stoffstrom K zu dem Stoffstrom L vereinigt.
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Im Sumpf der zweiten Trennkolonne 20 wird eine überwiegend oder ausschließlich Propan und, falls vorhanden, die eine oder die mehreren schwerer als Propan siedenden Komponenten enthaltende Sumpfflüssigkeit gebildet und in Form eines Stoffstroms O abgezogen. Diese Sumpfflüssigkeit kann weiter aufbereitet und/oder, zumindest in Teilen, zum Dampfspalten 1 zurückgeführt werden. Sie ist arm an oder frei von Propylen und den leichter als Propylen siedenden Komponenten.
