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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Verfahren und Anlagen zum Dampfspalten von Kohlenwasserstoffen sind beispielsweise im Artikel„Ethylene" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe, 15. April 2009, DOI: 10.1002/14356007.a10 045.pub2, beschrieben. Das Dampfspalten (engl. Steam Cracking) wird vorwiegend zur Gewinnung von kurzkettigen Olefinen wie Ethylen und Propylen, Diolefinen wie Butadien oder von Aromaten eingesetzt, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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In entsprechenden Verfahren und Anlagen werden den verwendeten Spaltöfen Komponentengemische entnommen, die als Rohgase bezeichnet werden und geeigneten Aufbereitungssequenzen unterworfen werden müssen. Hierbei erfolgt in einem ersten Abschnitt (engl. Front-End Section) zunächst eine Entfernung schwerer Verbindungen, falls vorhanden, sowie danach insbesondere eine sogenannte Rohgasverdichtung und eine Sauergasentfernung. Nach der Aufbereitung in dem ersten Abschnitt erfolgt eine Fraktionierung, in der durch thermische Trennverfahren in unterschiedlicher Reihenfolge unterschiedliche Kohlenwasserstofffraktionen gebildet werden. Zu Details sei auf den erwähnten Artikel „Ethylene“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, insbesondere Abschnitt 5.3.2.1, „Front-End Section“, und Abschnitt 5.3.2.2, „Hydrocarbon Fractionation Section“, verwiesen.
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Schwere Verbindungen fallen in dem erwähnten ersten Abschnitt insbesondere in Form einer oder mehrerer sogenannter Pyrolyseölfraktionen (engl. Pyrolysis Oil) und einer sogenannten (schweren) Pyrolysebenzinfraktion (engl. Pyrolysis Gasoline) an. Die schwere Pyrolysebenzinfraktion kann insbesondere in einer Wasserwäsche gebildet werden, die Teil des ersten Abschnitts ist. Schwere Verbindungen werden insbesondere dann gebildet, wenn zumindest teilweise schwerere (flüssige) Kohlenwasserstoffeinsätze wie Naphtha eingesetzt werden, hingegen nicht oder zumindest in geringerem Umfang bei der Verwendung von überwiegend oder ausschließlich gasförmigen Einsätzen.
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Die Pyrolyseölfraktion(en) wird bzw. werden in dem ersten Abschnitt der Aufbereitungssequenz in einer Primärfraktionierung (engl. Primary Fractionation) abgetrennt, die Pyrolysebenzinfraktion überwiegend in einer der Primärfraktionierung nachgeschalteten Wasserquenchsäule (engl. Water-Quench Column), also einer Wasserwäsche. In der Primärfraktionierung werden typischerweise zirkulierendes Pyrolyseöl und ein Teil der Pyrolysebenzinfraktion, also jeweils eine organische Waschflüssigkeit, eingesetzt. Es handelt sich also um eine organische Wäsche.
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Ein Überschuss der Pyrolysebenzinfraktion kann, insbesondere nach Abstrippen noch enthaltener leichter Verbindungen, anderweitig verwendet werden. Beispielsweise kann eine Extraktion aromatischer Verbindungen und eine weitere Fraktionierung und Aufbereitung zu Kraftstoff erfolgen. Auch in nachgeschalteten Schritten des ersten Abschnitts, insbesondere der Rohgasverdichtung, und in der anschließenden Trennung, beispielsweise in einem Debutanizer, kann noch (leichtes) Pyrolysebenzin abgeschieden und zur Bildung der Pyrolysebenzinfraktion verwendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch weniger das in dem Debutanizer gebildete leichte Pyrolysebenzin, sondern das zuvor gebildete schwere Pyrolysebenzin.
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Unter dem Begriff „Pyrolyseöl“ wird hier eine Fraktion eines zumindest teilweise durch Dampfspalten gebildeten Komponentengemischs verstanden, die überwiegend oder ausschließlich, d.h. zu mindestens 75%, 80%, 90% oder 95%, Verbindungen mit einem Siedepunkt oberhalb von 200°C enthält. Entsprechend bezeichnet der hier verwendete Begriff „Pyrolyseölkomponenten“ solche Verbindungen. Es können, wie erwähnt, auch mehrere Pyrolyseölfraktionen gebildet werden, insbesondere eine sogenannte Pyrolysegasöl- und eine Pyrolyseheizölfraktion (engl. Pyrolysis Gasoil, Pyrolysis Fuel Oil), die sich durch die Siedepunkte der enthaltenen Verbindungen unterscheiden. Die Pyrolysegasölfraktion („leichtes Pyrolyseöl“) und die Pyrolyseheizölfraktion („schweres Pyrolyseöl“) werden typischerweise an unterschiedlichen Positionen in einer sogenannten Ölsäule gewonnen, welche Teil des erwähnten ersten Abschnitts ist.
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Wie erwähnt, kann Pyrolysebenzin an unterschiedlichen Positionen in der Aufarbeitung gewonnen werden, der ein durch Dampfspalten erhaltenes Komponentengemisch unterworfen wird. Unter „schwerem Pyrolysebenzin“ wird hier eine Fraktion eines zumindest teilweise durch Dampfspalten gebildeten Komponentengemischs verstanden, die überwiegend oder ausschließlich, d.h. zu mindestens 75%, 80%, 90% oder 95%, Verbindungen mit fünf bis zwölf oder fünf bis zehn Kohlenstoffatomen und einem Siedepunkt unterhalb von 200°C enthält. Der nachfolgend verwendete Begriff der „Pyrolysebenzinkomponenten“ soll entsprechende Verbindungen bezeichnen. Insbesondere enthält schweres Pyrolysebenzin beträchtliche Mengen an aromatischen Verbindungen. Aus dem schweren Pyrolysebenzin können weitere Pyrolysebenzinfraktionen gewonnen werden. Schweres Pyrolysebenzin kann, wie erwähnt, in einer Wasserwäsche erhalten werden, die Teil des ersten Abschnitts ist, entsprechendes schweres Pyrolysebenzin kann aber auch im Zuge der Rohgasverdichtung als Kondensat bei der Zwischenkühlung zwischen den einzelnen Verdichtungsstufen anfallen. Dagegen wird leichtes Pyrolysebenzin in nachfolgenden Schritten, d.h. insbesondere in einem Debutanizer, gebildet.
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Wenn ein Dampfspaltverfahren bzw. eine entsprechende Anlage, die zum Dampfspalten von flüssigen Einsatzgemischen eingerichtet ist, mit sehr leichten Einsatzgemischen, insbesondere sogenanntem leichten Naphtha, Propan oder Butan anstelle von schwererem Naphtha durchgeführt bzw. betrieben wird, enthält das beim Dampfspalten erhaltene Komponentengemisch signifikant geringere Mengen an Komponenten, die in das schwere Pyrolysebenzin übergehen also den hierzu als Pryolysebenzinkomponenten bezeichneten Verbindungen. Dies beeinflusst, wie weiter unten erläutert, die Trennung in der Primärfraktionierung.
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Unter leichtem Naphtha wird hier, dem üblichen Verständnis entsprechend, ein Komponentengemisch verstanden, das im sogenannten Naphthasplitter einer Raffinerieanlage aus sogenanntem Rohnaphtha gebildet wird. Man enthält dabei das erwähnte leichte Naphtha (Leichtbenzin; engl. Straight Run Gasoline, SRG bzw. Light Virgin Naphtha, LVN), das einen Großteil der Kohlenwasserstoffe mit fünf und sechs Kohlenstoffatomen enthält und dessen Siedepunkt zwischen 30°C und 130°C liegt, und schweres Naphtha (Schwerbenzin; engl. Straight Run Gasoline, SRB bzw. heavy virgin naphtha, HVN), das einen Großteil der Kohlenwasserstoffe mit sechs bis 12 Kohlenstoffatomen enthält und dessen Siedepunkt zwischen 130°C und 220 °C liegt.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, bei dem auch bei Verwendung leichterer Einsätze eine entsprechende Primärfraktionierung in vorteilhafter Weise gestalten lässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen und eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
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Vor der Erläuterung der Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend einige bei der Beschreibung der Erfindung verwendete Begriffe näher definiert.
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Komponentengemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei der Begriff „reich“ für einen Gehalt von wenigstens 75%, 80%, 90%, 95% oder 99% und der Begriff „arm“ für einen Gehalt von höchstens 25%, 20%, 10%, 5% oder 1% auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Komponentengemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem anderen Komponentengemisch beziehen, unter Verwendung dessen das betrachtete Komponentengemisch gebildet wurde. Das betrachtete Komponentengemisch ist „angereichert“, wenn es zumindest den 1,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen, 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt der bezeichneten Komponente(n) aufweist, und „abgereichert“, wenn es höchstens den 0,75-fachen, 0,5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt der bezeichneten Komponente(n) aufweist. Ein „überwiegend“ eine oder mehrere Komponenten enthaltendes Komponentengemisch ist insbesondere reich an dieser bzw. diesen Komponenten im soeben erläuterten Sinn.
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Ist hier davon die Rede, dass ein Komponentengemisch unter Verwendung eines anderen Komponentengemischs „gebildet“ wird, sei darunter verstanden, dass das betrachtete Komponentengemisch zumindest einige der in dem anderen Komponentengemisch enthaltene oder diesen gebildete Komponenten aufweist. Ein Bilden eines Komponentengemischs aus einem anderen kann beispielsweise ein Abzweigen eines Teils des Komponentengemischs, ein Zuspeisen einer oder mehrerer weiterer Komponenten oder Komponentengemische, ein chemisches oder physikalisches Umsetzen zumindest einiger Komponenten, sowie ein Erwärmen, Abkühlen, Verdampfen, Kondensieren usw. umfassen. Ein „Bilden“ eines Komponentengemischs aus einem anderen Komponentengemisch kann aber auch lediglich die Bereitstellung des anderen Komponentengemischs in geeigneter Form, beispielsweise in einem Behälter oder einer Leitung, umfassen.
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Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe „Druckniveau“ und „Temperaturniveau“, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder 25% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Dasselbe Druckniveau kann beispielsweise auch noch vorliegen, wenn es zu unvermeidlichen Druckverlusten kommt. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
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Zur Auslegung und spezifischen Ausgestaltung von Säulen, Kolonnen und anderen Trennapparaten sowie deren Einbauten, wie sie auch im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können, sei ausdrücklich auf einschlägige Fachliteratur verwiesen (siehe beispielsweise Sattler, K.: Thermische Trennverfahren: Grundlagen, Auslegung, Apparate, 3. Auflage 2001, Weinheim, Wiley-VCH). Insbesondere können entsprechende Trennapparate konventionelle Trennböden, insbesondere in Form strukturierter Bleche mit Ablaufeinrichtungen, oder geeignete Packungen aufweisen.
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Vorteile der Erfindung
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Wie zuvor erwähnt, ergeben sich Einflüsse auf die Primärfraktionierung, wenn ein Dampfspaltverfahren bzw. eine entsprechende Anlage, die zum Dampfspalten von flüssigen Einsatzgemischen eingerichtet ist, mit sehr leichten (aber ggf. noch flüssigen) Einsatzgemischen, insbesondere sogenanntem leichten Naphtha, Propan oder Butan anstelle von schwererem Naphtha durchgeführt bzw. betrieben werden soll. Diese können in herkömmlichen Anlagenlayouts nachteilig sein. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile.
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Bekanntermaßen wird in der Primärfraktionierung herkömmlicherweise Abwärme aus dem Rohgas, also dem Komponentengemisch, das dem einen oder den mehreren Spaltöfen entnommen wird, integriert, und zwar insbesondere zur Trennung von Pyrolyseöl und Benzinkomponenten.
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Wie erwähnt und auch unter Bezugnahme auf 1 weiter unten nochmals erläutert, wird schweres Pyrolysebenzin (auch) in einer in Form einer Wasserwäsche ausgestalteten Benzinentfernung aus dem Rohgas eines Dampfspaltverfahrens abgetrennt und zunächst als ein (heterogenes) wässrig-organisches Komponentengemisch erhalten. Dieses wässrig-organische Komponentengemisch wird aus dem Sumpf der entsprechenden Waschsäule abgezogen und einer Phasentrennung in einem Abscheider unterworfen. Die bei der Phasentrennung erhaltene wässrige Fraktion kann als Prozesswasser wiederverwendet werden, während die erhaltene organische Fraktion in die Ölentfernung, die wie erwähnt in Form einer organischen Wäsche ausgestaltet ist, zurückgeführt werden kann. Sie kann dort zur Bildung eines organischen Rücklaufs, insbesondere auf den obersten Abschnitt der Ölsäule, verwendet werden, wohingegen ein oder mehrere tiefere Abschnitte mit Pyrolyseölkreisläufen betrieben werden. Nur ein vergleichsweise kleiner Überschuss der organischen Fraktion im Bereich von beispielsweise einer Tonne pro Stunde wird zu einem sogenannten Benzin-Stabilisator bzw. Benzinstripper geleitet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein ausreichend hoher Benzinstand in dem zur Phasentrennung des wässrig-organischen Komponentengemischs verwendeten Abscheider erhalten bleibt.
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Der zur Phasentrennung verwendete Abscheider, der mit dem wässrig-organischen Komponentengemisch aus der Wasserwäsche gespeist wird, ist typischerweise als ein- oder mehrkammeriger Behälter ausgebildet. Bei dem Benzin-Stabilisator handelt es sich typischerweise um eine Strippkolonne mit einer Sumpfheizung, mittels derer leichte Komponenten, d.h. insbesondere Kohlenwasserstoffe mit vier und weniger Kohlenstoffatomen, aus der eingespeisten Benzinfraktion ausgetrieben werden können. In der Strippkolonne wird also die organische Fraktion einer selektiven und teilweisen Verdampfung unterworfen, die durch die verwendete Trennsäule in fraktionierter Form erfolgt. Der Benzin-Stabilisator kann mit Kohlenwasserstoffen aus dem Abscheider, der mit dem wässrig-organischen Komponentengemisch aus der Wasserwäsche gespeist wird, aber auch mit Kohlenwasserstoffen aus einem weiteren Abscheider, der mit Kondensaten aus der Rohgasverdichtung gespeist wird, beschickt werden. Das in dem Benzin-Stabilisator stabilisierte Pyrolysebenzin kann beispielsweise mit einem Sumpfprodukt eines Debutanizers vereint und im Benzinweg weiter aufbereitet werden.
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Für den Fall, dass mit dem wässrig-organischen Komponentengemisch aus der Wasserwäsche zu wenig Pyrolysebenzin in den Abscheider eingespeist wird, wie im Fall von sehr leichten flüssigen Einsatzgemischen der Fall, kann zur Aufrechterhaltung des Benzinstands ein Teil des Sumpfprodukts des Benzin-Stabilisators in den Abscheider zurückgeführt werden, bis genügend Überschuss produziert wird.
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Die Rückflussmenge zur organischen Wäsche zur Ölentfernung sollte zur ausreichenden Abscheidung der ebenfalls in geringerer Menge gebildeten Pyrolyseölkomponenten im Vergleich zum Betrieb mit schweren Einsatzgemischen erhöht werden, obwohl gleichzeitig ja die Bildung von Schwerbenzin in den Spaltöfen reduziert wird. Der Grund liegt darin, dass in einer derartigen Konstellation eine größere Menge an Gas über Kopf geht und hierbei der obere Bereich der Trennsäule trockenlaufen könnte, was wiederum zu größeren Verlusten an schwereren Komponenten über Kopf führen könnte. Auch dadurch sind in solchen Fällen drastisch erhöhte Recyclingflussraten von Schwerbenzin vom Sumpf des Benzin-Stabilisators zum Abscheider erforderlich, um eine einwandfreie Funktionsfähigkeit zu gewährleisten.
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Das Sumpfprodukt des Benzin-Stabilisators weist die gleichen Konzentrationen von (Leicht-)Benzin auf wie der Strom, der zu weiteren Verfahrensschritten wie einer Pyrolysebenzinhydrierung geleitet wird. Beim Dampfspalten von leichten Einsatzgemischen enthält dieses hauptsächlich Kohlenwasserstoffe mit fünf Kohlenstoffatomen und Aromaten mit sechs bis acht Kohlenstoffatomen. Der Prozentsatz der tatsächlich erwünschten schweren Benzinkomponenten im Bereich der Aromaten mit neun bis zehn Kohlenstoffatomen liegt im niedrigen einstelligen Prozentbereich.
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Ein Verfahren zur Erhöhung dieses Gehalts, wie es erfindungsgemäß vorgesehen ist, wird daher als sehr vorteilhaft angesehen.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht dabei in einer Änderung des Layouts der für die Benzin-Stabilisierung, also die selektive Teilverdampfung der organischen Fraktion aus dem Abscheider, verwendeten Trennsäule.
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In herkömmlichen Verfahren fällt das stabilisierte Benzin im Sumpf einer entsprechenden, einteilig ausgebildeten Trennsäule an. Es wird typischerweise flussgeregelt als zusätzlicher Recyclestrom zum Abscheider einerseits und zu nachgeschalteten Einheiten andererseits geführt.
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Durch die Bereitstellung einer zweigeteilten Trennsäule, also einer Trennsäule mit zwei übereinander angeordneten Abschnitten, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, können für den Recyclestrom bestimmte Komponenten im Sumpf des unteren Abschnitts gewonnen werden, wohingegen die zu den nachgeschalteten Einheiten oder ggf. auch zur Anlagengrenze zu führenden Komponenten zwischen den Abschnitten, beispielsweise über einen Seitenabzug bzw. eine hier angeordnete Flüssigkeitsrückhalteeinrichtung, die weitere Flüssigkeit nach unten passieren lässt, ausgeleitet werden können.
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Mit dem Begriff der zweigeteilten Trennsäule wird hier, wie ggf. bereits erwähnt, eine Trennsäule verstanden, die zwei übereinander angeordnete Abschnitte aufweist. Zwischen diesen zwei Abschnitten kann dabei ein Leerbereich oder ein anderer Abschnitt vorgesehen sein, die zwei Abschnitte können aber auch direkt und unterbrechungsfrei ineinander übergehen und stellen damit nur trenntechnisch betrachtet Abschnitte dar. Wichtig ist, dass eine entsprechende Trennsäule zwischen den Abschnitten eine Entnahmemöglichkeit für Flüssigkeit, z.B. den erwähnten Seitenabzug, aufweist. Der Begriff der „zweiteiligen“ Trennsäule schließt das Vorhandensein weiterer Trennabschnitte, Teile oder dergleichen nicht aus.
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Das stabilisierte Benzin kann, mit anderen Worten, dabei über einen Seitenabzug der Trennsäule, d.h. aus dem unteren Bereich des oberen Abschnitts, mit unveränderten Spezifikationen wie bisher entnommen werden und von dort beispielsweise zu einer Benzinhydrierung, in den Benzinweg oder zur Anlagengrenze geführt werden. Unterhalb des Seitenabzugs bis zum Sumpf des unteren Abschnitts werden schwere Komponenten über mehrere Böden angereichert, was insgesamt zu höheren Gehalten an gewünschten Komponenten im Sumpfprodukt dieses unteren Abschnitts führt, die in den Benzin-/Wasserabscheider zurückgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht dabei eine signifikante Reduzierung des erforderlichen Recyclestroms, um eine gleiche Überschussmenge an Pyrolysebenzin aus dem zur Behandlung der wässrig-organischen Phase aus der Wasserwäsche verwendeten Abscheider zu gewinnen:
- In einem herkömmlicherweise eingesetzten Verfahren liegt der Gehalt von schweren Komponenten, nämlich Aromaten mit neun und zehn Kohlenstoffatomen, im Recyclingstrom typischerweise bei weniger als 5%, was bedeutet, dass der Großteil des Recyclingstroms nicht in der Lage ist, zur Lösung des erläuterten Problems beizutragen. Der überwiegende Anteil von Komponenten in diesem Recyclingstrom geht in der Wasserwäsche über Kopf, wird erst in der Rohgasverdichtung abgeschieden und auf diese Weise im Kreis geführt. Dies führt zu einem signifikant erhöhten Recyclestrom, um einen ausreichenden Benzinüberschuss zu erreichen.
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Durch die erläuterte Bereitstellung eines zusätzlichen Abschnitts in der Benzin-Stabilisierung unterhalb des Produktabzugs werden schwere Komponenten im Vergleich zum vorherigen Produktabzug deutlich akkumuliert.
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Die bisherige Anzahl von sechs bis acht, beispielsweise sieben, Trennböden vom Kopf der Säule bis zum Seitenabzug bzw. Produktabzug kann dabei erhalten bleiben. Zwei bis vier, beispielsweise drei, zusätzliche Trennböden unterhalb des Seitenzuges führen zur oben genannten Akkumulation der genannten schweren Komponenten. Deren Konzentration, die im Sumpf der Säule insgesamt erhalten wird, kann dabei im Rahmen der Erfindung auf deutlich mehr als 5%, insbesondere auf 7 % bis 9 %, erhöht werden, während die Konzentration am Seitenabzug auf geringeren Werten, insbesondere bei 4 % bis 6%, bleibt. Diese Zunahme von schweren Komponenten im Recyclestrom zum Benzin-/Wasserabscheider ermöglicht es, den Recyclestrom um mehr als 25 % zu reduzieren, um noch einen Überschuss von einer Tonne pro Stunde zu erzielen.
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Um der erhöhten Sumpftemperatur durch die Ansammlung schwererer Komponenten entgegenzuwirken, kann der Säulendruck je nach dem Konzept des eingesetzten Rohgasverdichters auf beispielsweise 1,2 bar (abs.) bis 1,9 bar (abs.) reduziert werden, was dennoch eine komfortable Überführung des Kopfgases zur Rohgasverdichtung, mit einem verfügbaren Druckabfall von beispielsweise 250 mbar, ermöglicht. Die Erfindung kann insbesondere auch dann Vorteile bieten, wenn ein Rohgasverdichter mit vergleichsweise geringem Saugdruck eingesetzt wird.
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Neben der erwähnten Reduzierung des Recyclestroms können leichtere Komponenten dieses Recyclestroms, d.h. hauptsächlich Aromaten mit sechs bis acht Kohlenstoffatomen, dennoch über die ersten Stufen des Rohgasverdichters und die nachfolgenden Stufen mit den Zwischenkühlern und der entsprechenden Abscheidung zur Benzin-Stabilisierung zurückgeführt werden. Die Verringerung des Recycles reduziert daher die gesamte Last auf dem Rohgasverdichter, der Benzin-Stabilisierung und zu gewissen Anteilen auch der Ölsäule und die Waschsäule bzw. in der organischen Wäsche und der Wasserwäsche. Die Flüssiglast der erfindungsgemäß zweigeteilten Säule beträgt 80 % im oberen und 70 % im unteren Abschnitt, verglichen mit einer herkömmlichen Säule. Die für den Sumpfaufkocher erforderliche Leistung reduziert sich um 10 %.
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Die bereits angesprochene Entlastung des Rohgasverdichters, die sich durch den reduzierten Recycle von Aromaten mit sechs bis acht Kohlenstoffatomen ergibt, kann im Bereich von 1 % liegen. Auch die für die Zwischenkühler des Rohgasverdichters erforderliche Kühlwassermenge reduziert sich damit.
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Im Sprachgebrauch der Patentansprüche betrifft die vorliegende Erfindung, die obigen Erläuterungen nochmals zusammengefasst, ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen, bei dem durch Dampfspalten ein Rohgas gebildet wird, bei dem zumindest ein Teil des Rohgases einer organischen Wäsche und dann einer Wasserwäsche unterworfen wird, bei dem mittels der Wasserwäsche ein wässrig-organisches Komponentengemisch bereitgestellt wird, bei dem zumindest ein Teil des wässrig-organischen Komponentengemischs einer Phasentrennung unterworfen wird, bei dem mittels der Phasentrennung ein organisches Komponentengemisch bereitgestellt wird, bei den zumindest ein Teil des organischen Komponentengemischs einer Teilverdampfung unterworfen wird, bei dem in der Teilverdampfung verdampfte Komponenten in einer Gasfraktion bereitgestellt werden, und bei dem in der Teilverdampfung nicht verdampfte Komponenten zu einem ersten Teil in die organische Wäsche und die Phasentrennung zurückgeführt und zu einem zweiten Teil einem oder mehreren weiteren Verfahrensschritten zugeführt oder aus dem Verfahren ausgeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Teilverdampfung unter Verwendung einer zweigeteilten Trennsäule durchgeführt wird, die einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufweist, wobei einem unteren Bereich des unteren Abschnitts der erste Teil der nicht verdampften Komponenten und einem unteren Bereich des oberen Abschnitts der zweite Teil der nicht verdampften Komponentenentnommen wird. Weitere Merkmale und Vorteile wurden bereits teilweise zuvor erläutert.
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Wie bereits betont, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere in Fällen, in denen dem Dampfspalten ein Einsatz zugeführt wird, der leichtes Naphtha, Propan und/oder Butan aufweist. Insgesamt kann das leichte Naphtha das Propan und/oder das Butan dabei einen Anteil von mehr als 50 % der gesamten, zur Bereitstellung des Rohgases verwendeten Einsatzes ausmachen.
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Es sei nochmals zusammengefasst, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Rohgas Kohlenwasserstoffe mit vier und weniger Kohlenstoffatomen sowie Kohlenwasserstoffe mit fünf und mehr Kohlenstoffatomen aufweist, wobei die Kohlenwasserstoffe mit fünf und mehr Kohlenstoffatomen Pyrolyseöl- und Pyrolysebenzinkomponenten umfassen, dass in der organischen Wäsche zumindest ein Teil der Pyrolyseölkomponenten in eine Pyrolyseölfraktion überführt werden, dass in der Wasserwäsche ein Teil der Pyrolysebenzinkomponenten und ein Teil der Kohlenwasserstoffe mit vier und weniger Kohlenstoffatomen in die wässrig-organische Fraktion und von dieser zumindest teilweise in die organische Fraktion überführt werden, und dass die Kohlenwasserstoffe mit vier und weniger Kohlenstoffatomen aus der organischen Fraktion in der Teilverdampfung zumindest teilweise in die Gasfraktion überführt entfernt werden. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Fälle, in denen gegenüber herkömmlichen Verfahren der Gehalt an den Pyrolysebenzinkomponenten reduziert ist.
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Insbesondere kann der organischen Wäsche eine Kühlung des Rohgases vorausgehen und sich der Wasserwäsche eine Rohgasverdichtung anschließen. Die die Gasfraktion aus der Teilverdampfung wird vorteilhafterweise, wie ebenfalls angesprochen, der Rohgasverdichtung zugeführt wird.
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Wie ebenfalls erwähnt, erfolgt die Rohgasverdichtung vorteilhafterweise in mehreren Stufen mit einem oder mehreren Zwischenkühlschritten, wobei in dem einen Zwischenkühlschritt oder in zumindest einem der mehreren Zwischenkühlschritte ein oder mehrere weitere wässrig-organische Komponentengemische bereitgestellt wird oder werden. Das eine oder die mehreren weiteren wässrig-organischen Komponentengemische kann bzw. können denselben Verfahrensschritten unterworfen werden wie das erwähnte wässrig-organische Komponentengemisch. Es kann beispielsweise aber eine separate Phasentrennung durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Anlage zur Gewinnung zur Gewinnung eines oder mehrerer Kohlenwasserstoffe, bezüglich deren Merkmalen ausdrücklich auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch verwiesen wird.
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Bezüglich Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anlage, die vorteilhafterweise Mittel aufweist, die sie zur Durchführung eines Verfahrens in den zuvor erläuterten Ausgestaltungen befähigen, sei ferner auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Kohlenwasserstoffe in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms.
- 2 zeigt einen Teil eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In den Figuren tragen einander funktional oder baulich entsprechende Elemente einander entsprechende Bezugszeichen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Die nachfolgenden Erläuterungen betreffen dabei Verfahren und entsprechende Anlagen in gleicher Weise. Es versteht sich, dass entsprechende Anlagen bzw. Verfahren in der Praxis auch optionale oder obligatorische weitere Komponenten bzw. Verfahrensschritte umfassen können. Diese sind in den nachfolgenden Figuren lediglich der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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In 1 ist ein Verfahren zur Gewinnung eines oder mehrerer Kohlenwasserstoffe in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms dargestellt. Das Verfahren ist insgesamt mit 100 bezeichnet.
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In dem Verfahren 100 wird oder werden einem oder mehreren Spaltöfen 1, der oder die bei gleichen oder unterschiedlichen Spaltbedingungen betrieben werden können, ein oder mehrere Spalteinsätze A zusammen mit Dampf zugeführt und zumindest teilweise thermisch gespalten. Der oder die Spalteinsätze A umfassen dabei im dargestellten Beispiel flüssige Einsätze, insbesondere Naphtha.
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Dem oder den Spaltöfen 1 wird bzw. werden im dargestellten Beispiel ein oder mehrere Komponentengemische als Rohgas B entnommen und einer raschen Abkühlung 2 unterworfen, um die Spaltreaktionen zum Stillstand zu bringen und die nachfolgenden Schritte zu ermöglichen. Dies kann unter Verwendung eines oder mehrerer Transferleitungstauscher (engl. Transfer Line Exchanger, TLE) bzw. eines oder mehrerer sogenannter Quenchwärmetauscher (engl. Primary Quench Exchanger, PQE, Secondary Quench Exchanger, SCE) erfolgen.
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Nach der Abkühlung wird das Rohgas, nun mit C bezeichnet, zur Ölentfernung einer organischen Wäsche 3 zugeführt, die insbesondere unter Verwendung einer oder mehrerer an sich bekannter Ölsäulen mit zirkulierenden Ölkreisläufen durchgeführt werden kann (nicht im Detail veranschaulicht). In der organischen Wäsche 3 wird Pyrolyseöl D in einer oder mehreren Fraktionen aus dem Rohgas C abgetrennt.
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Das Pyrolyseöl D wird im dargestellten Beispiel einer Ölstrippung 4 unterworfen, um mit dem Pyrolyseöl D abgeschiedene leichtere Verbindungen E, darunter insbesondere polymerisierbare aromatische Verbindungen mit 9 Kohlenstoffatomen, zurückzugewinnen. Diese werden gasförmig in die organische Wäsche 3, beispielsweise in die oder eine der dort verwendeten Ölsäulen, zurückgeführt. Die Ölstrippung 4 ist jedoch optional und nicht erfindungswesentlich.
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Der nach der Ölstrippung 4 verbleibende Rest F des Pyrolyseöls D kann teilweise flüssig als Rücklauf in die organische Wäsche 3 zurückgeführt, beispielsweise auf die oder eine der verwendeten Ölsäulen aufgegeben, und teilweise als Produkt in Form von Cracköl dem Verfahren 100 entzogen werden (nicht im Detail veranschaulicht). Zusätzlich oder alternativ kann auch nicht der Ölstrippung 4 unterworfenes Pyrolyseöl D als Rücklauf in die organische Wäsche 3 zurückgeführt werden.
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Eine nach der organischen Wäsche 3 verbleibender Rest G wird zur Benzinentfernung einer Wasserwäsche 5 zugeführt, in der beispielsweise eine Waschsäule mit einem Wasserkreislauf eingesetzt werden kann (hier noch nicht im Detail veranschaulicht). In der Wasserwäsche 5 wird (schweres) Pyrolysebenzin H abgetrennt.
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Das schwere Pyrolysebenzin H wird im dargestellten Beispiel zumindest teilweise einer Partialverdampfung 6 zugeführt (auch als Benzinstrippung bezeichnet), um leichte Komponenten zu entfernen. Letztere können dem Verfahren entzogen werden, beispielsweise durch Abfackeln, oder an geeigneter Stelle in das Verfahren zurückgeführt werden (beispielsweise in die unten erläuterte Rohgasverdichtung 8). Ein Teil des schweren Pyrolysebenzins H kann herkömmlicherweise vor und/oder nach der Partialverdampfung 6 in die organische Wäsche 3 zurückgeführt werden. Beispielsweise kann es als Rücklauf auf die oder eine der verwendeten Ölsäulen aufgegeben werden.
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Das in der Partialverdampfung 6 erhaltene gestrippte Pyrolysebenzin, nun mit I bezeichnet, kann im sogenannten Benzinweg 7, wie allgemein bekannt aber hier nicht weiter veranschaulicht, aufbereitet werden.
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Ein nach der Wasserwäsche 5 verbleibender Rest K des Rohgases wird im dargestellten Beispiel der bereits erwähnten, insbesondere mehrstufigen Rohgasverdichtung 8 zugeführt, im Zuge derer eine Sauergasentfernung 9 erfolgen kann. Zu Details sei auf die eingangs zitierte Fachliteratur verwiesen. Details und abgeschiedene Verbindungen sind nicht veranschaulicht. In der Rohgasverdichtung 6 kann weiteres Pyrolysebenzin L abgeschieden werden, das beispielsweise ebenfalls der Partialverdampfung 6 und sodann dem Benzinweg zugeführt werden kann.
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Das von Sauergasen befreite, verdichtete Rohgas M wird einer Fraktionierung 10 zugeführt, in der mehrere Fraktionen, hier exemplarisch mit N veranschaulicht, gebildet werden. Die Fraktionierung kann unter Verwendung beliebiger Apparate durchgeführt werden. Die Fraktionen N umfassen beispielsweise Fraktionen, die überwiegend oder ausschließlich Verbindungen mit zwei, drei, vier oder mehr als vier Kohlenstoffatomen aufweisen, oder entsprechende Sammelfraktionen oder spezifische Kohlenwasserstoffe wie Ethan oder Ethylen. Die Fraktionen N werden einer geeigneten Verwendung zugeführt.
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In der Fraktionierung 10 kann weiteres Pyrolysebenzin O gebildet werden, das insbesondere nicht der Partialverdampfung 6, aber danach ebenfalls, ggf. jedoch an anderer Stelle, dem Benzinweg 7 zugeführt wird.
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2 zeigt einen Teil eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, hier ebenfalls mit 100 bezeichnet, in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms, wobei sich die Einbindung der in 2 veranschaulichten Komponenten bzw. die Verknüpfung der Stoffströme aus den in 2 in identischer Weise wie in 1 verwendeten Bezugszeichen ergibt. Die Bezeichnung von Trennapparaten erfolgt dabei mittels Bezugszeichen, die gegenüber den entsprechenden Verfahrensschritten mit 10 multipliziert wurden.
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In dem Verfahren 100 wird, wie erwähnt, das abgekühlte Rohgas C einer in 2 im Detail veranschaulichten organischen Wäsche 3 zugeführt, die hier unter Verwendung einer Ölsäule 30 mit zwei zirkurlierenden Ölkreisläufen D1 und D2 durchgeführt wird. Auslassungspunkte stehen hier und im Folgenden für ggf. vorhandene weitere Verfahrensschritte bzw. Apparate, was aber nicht ausschließt, dass auch beim Fehlen von Auslassungspunkten das Verfahren auf genau die dargestellten Komponenten beschränkt ist. In der organischen Wäsche 3 wird das Pyrolyseöl D aus dem Rohgas C abgetrennt. Es kann wie erläutert behandelt werden.
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Der nach der organischen Wäsche 3 verbleibende Rest G des Rohgases C wird der Wasserwäsche 5 zugeführt, in der die erwähnte Waschsäule 50 verwendet werden kann, die hier detaillierter veranschaulicht ist. Es wird jeweils Waschwasser W in geeignet aufbereiteter Form (beispielsweise gekühlt) eingesetzt und auf die entsprechenden Trennabschnitte aufgegeben.
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Wie in 2 gegenüber 1 ferner detaillierter dargestellt, wird aus der Waschsäule 50 ein Sumpfstrom S als wässrig-organisches Komponentengemisch entnommen und in eine Phasentrennung 51 überführt. In der Phasentrennung 51 werden eine organische Fraktion und eine wässrige Fraktion bereitgestellt, wobei die organische Fraktion hier in Form eines Teilstroms H1 des bereits erwähnten Stoffstroms H in die Partialverdampfung 6 überführt wird, um leichte Komponenten zu entfernen, und in Form eines weiteren Teilstroms H2 in die organische Wäsche 3 bzw. die Ölsäule 30 zurückgeführt wird. Ferner wird die wässrige Fraktion in Form eines Stoffstroms P in ein Prozesswassersystem überführt und kann zur Bereitstellung des Waschwassers W verwendet werden.
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Die Partialverdampfung 6 wird hier mittels einer zweigeteilten Trennsäule 60 durchgeführt, die einen oberen Abschnitt 61 und einen unteren Abschnitt 62 aufweist. Zwischen dem oberen Abschnitt 61 und dem unteren Abschnitt 62 ist eine Flüssigkeitsentnahmeeinrichtung 63 vorgesehen. Auf diese Weise kann einem unteren Bereich des oberen Abschnitts 61 ein Pyrolysebenzinstrom I entnommen werden, welcher zu einer weiteren Aufbereitung 7 gelangt oder an die Anlagengrenze geführt wird. Aus einem unteren Bereich des unteren Abschnitts 62, also dem Sumpf der Trennsäule 60 insgesamt, wir ein Recyclestrom R entnommen, der in die Phasentrennung 51 zurückgeführt wird.
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Der in die Partialverdampfung 6 bzw. in die zweigeteilte Trennsäule 60 eingespeiste, bereits in 1 gezeigte Pyrolysebenzinstrom L aus der Rohgasverdichtung ist ebenfalls veranschaulicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Ethylene“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe, 15. April 2009 [0002]
- Sattler, K.: Thermische Trennverfahren: Grundlagen, Auslegung, Apparate, 3. Auflage 2001, Weinheim, Wiley-VCH [0017]
