DE102020117918A1 - Verfahren und Anlage zur Auftrennung eines Einsatzstromes - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren sowie eine Anlage (100) zur Auftrennung eines zumindest ein Alken und ein Alkan enthaltenden Einsatzstroms (1) vorgeschlagen, wobei das Alken und das Alkan jeweils die gleiche Anzahl an Kohlenstoffatomen aufweisen. Der Einsatzstrom (1) wird dabei unter Erhalt eines an dem Alken angereicherten und an dem Alkan abgereicherten Kopfstromes (2) sowie eines an dem Alkan angereicherten und an dem Alken abgereicherten Sumpfstromes (8) zumindest teilweise einer Destillation unterworfen. Unter Verwendung einer Verdichtung und einer anschließenden Kühlung wird eine zumindest teilweise Kondensation des Kopfstromes (2) bewirkt. Dabei wird ein Destillationsrücklauf unter Verwendung des kondensierten Kopfstromes (4, 5) gebildet. Die Kühlung erfolgt zumindest teilweise in einem Sumpfverdampfer (140) der Destillation. Der Kopfstrom (2) wird stromauf der Verdichtung mit zumindest einem gasförmigen Rückstrom (9), der unter Verwendung zumindest eines Teilstromes (6) des kondensierten Kopfstromes (4, 5) gebildet wird, zusammengeführt. Der Teilstrom (6) wird stromauf der Zusammenführung (135) einer Nutzung, insbesondere als Kühlmittel, und einer anschließenden Verdichtung unterworfen, wobei die Nutzung zumindest eine Expansion und Verdampfung umfasst. Die Verdichtung des mit dem gasförmigen Rückstrom (9) zusammengeführten Kopfstromes (2) erfolgt hierbei unter Verwendung einer Verdichterstufe (130) eines Getriebeturboverdichters , die mit einer anderen Drehzahl als zumindest eine zur Verdichtung des Teilstroms (6) stromauf der Zusammenführung (135) verwendete weitere Verdichterstufe (132, 134) des Getriebeturboverdichters betreibbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Auftrennung eines Einsatzstromes gemäß dem Oberbegriff der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.
  • Hintergrund
  • Das Trennen von Alkanen und Alkenen, insbesondere von solchen mit gleicher Anzahl an Kohlenstoffatomen und somit sehr ähnlicher Molekularmasse, ist ein sehr energieaufwändiger Prozess. Üblicherweise erfolgt diese Trennung in Form einer Destillation, also einer thermischen Trennung, wobei in Abhängigkeit von der Menge der zu trennenden Kohlenwasserstoffe teilweise sehr hohe Wärmemengen benötigt werden. Daher wird üblicherweise zumindest ein Teil dieser Wärmemenge über eine Wärmepumpe bereitgestellt, die Energie, die aus dem Kopfstrom der Destillation zurückgewonnen wird, in den Sumpfverdampfer der Destillation einspeist. Damit sind erhebliche Energieeinsparungen im Gesamtprozess möglich.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, Trennungen der erläuterten Art, die unter Einsatz einer Destillation und einer entsprechenden Wärmepumpe durchgeführt werden, weiter zu verbessern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anlage mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen derselben sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deren Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert.
  • Ein „Verdichter“ ist eine Vorrichtung, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem Eingangsdruck (auch als Saugdruck bezeichnet), bei dem dieser dem Verdichter zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser dem Verdichter entnommen wird, eingerichtet ist. Ein Verdichter bildet eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere „Verdichterstufen“ in Form von Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelreihen (also Axial- oder Radialverdichterstufen), im Fall von Turboverdichtern insbesondere in Form von sogenannten Impellern, aufweisen kann. Insbesondere werden entsprechende Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle oder über mehrere, mittels eines Getriebes verbundene Wellen, angetrieben. Im letzteren Fall spricht man auch von einem Getriebeturboverdichter. Ein Verdichter im erläuterten Sinn oder eine Verdichterstufe hiervon führt im Sprachgebrauch dieser Offenbarung einen „Verdichtungsschritt“ durch.
  • Eine „thermische Trennung“ zeichnet sich im hier verwendeten Sprachgebrauch dadurch aus, dass in ihr ein Gasgemisch unter zumindest teilweiser Verflüssigung aufgetrennt wird, und dass dabei ein geeignetes Kältemittel eingesetzt wird. Hierzu kommen an sich bekannte Wärmetauscher zum Einsatz. Die Trennung erfolgt mittels bekannter Trenneinheiten, beispielsweise mittels Destillationskolonnen und/oder Absorbern. In einer thermischen Trennung werden insbesondere sogenannte C3- und/oder C2-Kältemittel eingesetzt. Diese werden zwischen unterschiedlichen Druckniveaus geführt, wobei die erwähnten Verdichter sowie beispielsweise bekannte Entspannungsturbinen oder Entspannungsventile zum Einsatz kommen.
  • Ist hier davon die Rede, dass ein Stoffstrom oder ein Gemisch in Bezug auf einen anderen Stoffstrom bzw. ein anderes Gemisch „angereichert“ an einer oder mehreren Komponenten ist, so ist dies so zu verstehen, dass die Konzentration dieser Komponente(n) in dem derart angereicherten Strom oder Gemisch im Vergleich zu dem Bezugsstrom bzw. -gemisch mindestens um einen Faktor von 1,1, 1,2, 1,5, 2, 3, 5, 10, 30, 100, 300 oder 1000 höher liegt. Ein „abgereicherter“ Stoffstrom ist dementsprechend niedriger konzentriert als der Bezugsstrom und weist insbesondere eine Konzentration an der Komponente auf, die im Vergleich zu dem Bezugsstrom niedriger ist, also höchstens 90 %, 80 %, 50 %, 30 %, 10 %, 3 %, 1 %, 0,3 % oder 0,1 % der Konzentration der Komponente in dem Bezugsstrom entspricht.
  • Die vorliegende Offenbarung 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, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise 1 %, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert herum liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung nutzt insbesondere aus, dass zur Realisierung der eingangs erwähnten Wärmepumpen, d.h. zur Verdichtung von Kopfgas einer zur Trennung eines Gasgemischs verwendeten Destillation, mehrstufige Verdichter verwendet werden. Häufig werden in entsprechenden Anlagen auch weitere Prozessströme, insbesondere solche, die die gleiche Zusammensetzung wie der Kopfstrom aufweisen, unter Verwendung derselben Verdichter auf ein höheres Druckniveau angehoben. Die vorliegende Erfindung koppelt beide Verdichtungen in besonders vorteilhafter Weise.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Auftrennung eines zumindest ein Alken und ein Alkan enthaltenden Einsatzstroms vorgeschlagen, wobei das Alken und das Alkan jeweils die gleiche Anzahl an Kohlenstoffatomen pro Molekül aufweisen. Der Einsatzstrom wird dabei unter Erhalt eines an dem Alken angereicherten und an dem Alkan abgereicherten Kopfstromes sowie eines an dem Alkan angereicherten und an dem Alken abgereicherten Sumpfstromes zumindest teilweise einer Destillation unterworfen. Zumindest ein Teil des Kopfstromes wird unter Erhalt eines Kondensatstroms einer Verdichtung und einer anschließenden Kühlung unterworfen, und ein in der Destillation eingesetzter Destillationsrücklauf wird unter Verwendung eines Teils des Kondensatstroms gebildet.
  • Die erwähnte Kühlung wird zumindest teilweise in einem Sumpfverdampfer der Destillation vorgenommen, mittels dessen Sumpfflüssigkeit, d.h. ein Teil des Sumpfstroms, aus der Destillation verdampft und in die Destillation zurückgeführt wird. Der Kopfstrom wird stromauf der Verdichtung mit zumindest einem gasförmigen Rückstrom zusammengeführt, der unter Verwendung eines weiteren Teils des Kondensatstroms gebildet wird und stromauf der Zusammenführung einer weiteren Verwendung, insbesondere als Kühl- bzw. Kältemittel, unterworfen wird. Dabei wird der gasförmige Rückstrom bei der weiteren Verwendung, und damit ebenfalls stromauf der Zusammenführung, zumindest einer Expansion und zumindest einer Verdichtung unterworfen. Die Verdichtung des gasförmigen Rückstromes stromauf der erwähnten Zusammenführung und die Verdichtung des mit dem gasförmigen Rückstrom zusammengeführten Kopfstromes erfolgt unter Verwendung eines Getriebeturboverdichters, dessen einzelne Stufen optional mit Vorleitgitter- bzw. Drallregelung ausgestattet sind.
  • Die mindestens zwei für die beiden erwähnten Verdichtungsschritte erforderlichen Impeller werden hierbei auf mindestens zwei separaten Wellen angeordnet. Über ein zentrales Getriebe wird eine Antriebsleistung auf sämtliche Wellen übertragen, die somit alle bei einem konstanten Drehzahlverhältnis zueinander betrieben werden. Durch die Anordnung der Verdichterstufen auf verschiedenen Wellen mit unterschiedlichen Drehzahlen kann das Verfahren ideal auf die in den Verdichtungsschritten unterschiedlichen verarbeiteten Volumenströme ausgelegt werden. Alle Verdichterstufen entsprechender Verdichter können somit beispielsweise stets in der Nähe ihres optimalen Wirkungsgrades betrieben werden, was wiederum energetische Einsparungen ermöglicht. Unterscheidet sich beispielsweise der Volumenstrom bei der Verdichtung des gasförmigen Rückstromes stromauf der Zusammenführung stark von dem Volumenstrom bei der Verdichtung des mit dem gasförmigen Rückstrom zusammengeführten Kopfstromes, können diese beiden Verdichtungsprozesse unter Verwendung eines Einwellenturboverdichters dagegen nicht ideal ausgelegt werden, da die Drehzahlen nicht individuell abgestimmt werden können.
  • Insbesondere wird der Getriebeturboverdichter mittels eines Elektromotors mit konstanter Drehzahl angetrieben. Durch die Auslegung des Getriebes können die Drehzahlen der einzelnen Wellen ideal und individuell für jede Verdichterstufe ausgelegt werden.
  • Einzelne oder alle jeweiligen Stufen des Getriebeturboverdichters können mit Drallregelung ausgestattet werden. Daher kann die Verdichterleistung des Getriebeturboverdichters stets an die aktuell notwendigen Erfordernisse angepasst werden. Ein schwankender Kältemittelbedarf, um nur ein Beispiel zu nennen, der zu einer geringeren Menge an gasförmigem Rückstrom führt, wenn die weitere Verwendung des Kondensatstroms eine Verwendung als Kühlmittel umfasst, übt somit keinen Einfluss auf den erzielbaren Wirkungsgrad des Verdichtungsprozesses für den mit dem gasförmigen Rückstrom zusammengeführten Kopfstrom aus, da dieser einzeln bzw. separat auf einer eigenen Welle betrieben wird und kein Kompromiss zwischen der Effizienz mehrerer Verdichterstufen eingegangen zu werden braucht.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem Alkan und dem Alken um Kohlenwasserstoffe mit einem bis sechs Kohlenstoffatomen pro Molekül, beispielsweise um Ethan und Ethen oder Propan und Propen. Letztere sind besonders vorteilhaft als die erwähnten C2- bzw. C3-Kältemittel einsetzbar.
  • Vorteilhafterweise wird der Kopfstrom auf einem Druckniveau in einem Bereich von 0,5 MPa bis 1,6 MPa, insbesondere von 0,8 MPa bis 1,4 MPa, bevorzugt von 1,1 MPa bis 1,3 MPa gebildet, und der Kondensatstrom auf einem Druckniveau in einem Bereich von 1,5 MPa bis 3,0 MPa, insbesondere von 1,7 MPa bis 2,5 MPa, bevorzugt von 1,8 MPa bis 2,2 MPa gebildet. Dadurch ergibt sich eine besonders effiziente Wärmerückgewinnung und der entsprechend verdichtete Kopfstrom bzw. dessen zur Bildung des Kondensatstroms verwendeter Teil kann in einfacher Weise kondensiert werden. Zudem fallen Einsatzströme, je nach Quelle, häufig bei einem dem genannten Druckniveau des Kopfstroms entsprechenden Druck an, so dass keine zusätzliche Verdichtung oder Entspannung stromauf der Destillation vonnöten ist.
  • Vorteilhafterweise wird ein weiterer Teil des Kondensatstroms, gegebenenfalls nach weiteren Prozessschritten wie beispielsweise Umsetzungen in chemischen Reaktoren oder weiteren Verdichtungsschritten, aus dem Verfahren ausgeschleust. So kann ein verdichtetes Gasprodukt bereitgestellt werden.
  • Bevorzugt wird der gasförmige Rückstrom stromauf der Zusammenführung als Kühl- bzw. Kältemittel für eine Kühlung mit einem Kühlmittel-Temperaturniveau in einem Bereich von -40 C bis 40 C verwendet. Es fallen g gf. zunächst mehrere gasförmige Rückströme bei unterschiedlichen Druckniveaus an, die jeweils in separaten Verdichterstufen verdichtet und mit den Rückströmen der nächst höheren Druckniveaus vereint werden. Alle für diese Verdichtungsschritte erforderlichen Impeller werden auf mindestens zwei oder mehrere separate Wellen angeordnet, so dass stets eine ideale Drehzahl für den jeweiligen Impeller gewählt werden kann. Der zusammen mit dem Kältemittel bzw. den Rückströmen verdichtete Kopfstrom wird dabei ferner vorteilhafterweise so stark verdichtet, dass eine herkömmliche Kühlwassertemperatur bzw. ein anderes in dem Verfahren als Kühltemperatur zur Verfügung stehendes Temperaturniveau zur Kondensation ausreicht.
  • Dementsprechend ist es ferner vorteilhaft, wenn die Kühlung des verdichteten Kopfstroms zumindest teilweise durch Wärmetausch gegen Kühlwasser bewirkt wird. Diese Vorgehensweise ist in der Regel sehr einfach umzusetzen und generiert nur geringe Kosten, sowohl auf Investitionsbasis (CAPEX), als auch auf den laufenden Betrieb bezogen (OPEX).
  • Bevorzugt wird der Einsatzstrom unter Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung des Alkens, insbesondere aus dem Alkan, und/oder zur Grobtrennung eines Kohlenwasserstoffgemischs bereitgestellt. Dazu können beispielsweise eine entsprechende Alkandehydrierung, insbesondere eine Propandehydrierung, ein Dampfspaltungs- oder Cracking-Prozess und/oder Trennprozesse, die nur nach der Kohlenstoffkettenlänge diskriminieren, beispielsweise Membrantrennverfahren oder Destillationen mit niedriger Trenneffizienz, eingesetzt werden. Das oben beschriebene Trennverfahren ist demnach vielseitig für verschiedenste Einsatzströme einsetzbar.
  • Insbesondere können gemäß der vorgeschlagenen Lösung wie bereits erwähnt alle Verdichterstufen in einem jeweils optimalen Drehzahlbereich und somit mit hohen Wirkungsgraden betrieben werden. Dies kann mit einem Getriebeturbo umso vorteilhafter gegenüber herkömmlichen Lösungen erfolgen, je stärker die einzelnen Verdichterstufen hinsichtlich des über sie geführten Volumenstroms voneinander abweichen.
  • Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht es, dass bei Bedarf jede einzelne Prozessstufe relativ einfach mit verstellbaren Leitschaufeln (sogenannten „inlet guide vanes“ (IGVs)) geregelt werden kann. Hierdurch wird es beispielsweise ermöglicht, dass auch bei Volumenstromschwankungen, welche nur bei einem Teil der Anlage bzw. des entsprechenden Verfahrens erfolgen könnten (beispielsweise nur auf einer Saugseite einer Kältemittelstufe), gezielt regelungstechnisch Einfluss genommen werden kann. Zudem haben Getriebeturboverdichter grundsätzlich die Eigenschaft eines vergleichsweise großen Betriebsfensters, wodurch insbesondere auch ein Betrieb bei stärkeren Volumenstromänderungen ohne die Verwendung eines Rückschlagventils (kickbacks) sichergestellt werden kann.
  • Die beschriebene Lösung kann in Ausgestaltungen bei allen Verdichtungsprozessen mit entsprechender Einsatzstromzusammensetzung vorteilhaft zum Einsatz gebracht werden, wo hinsichtlich des Volumenstroms stark voneinander abweichende Verdichterstufen in einer Anlage kombiniert werden sollen.
  • Es müssen somit für die einzelnen Verdichtungsprozesse nicht separate Maschinen mit separaten Antrieben vorgesehen werden, was zu deutlich höheren Kosten führen würde. Alle Verdichtungsaufgaben können in einem einzigen Getriebeturboverdichter kombiniert werden ohne signifikante Einbußen hinsichtlich Effizienz und Regelung.
  • Im Folgenden soll die Erfindung sowie weitere optionale Merkmale und Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei sind einige vorteilhafte Merkmale in Kombination miteinander gezeigt. Diese Merkmale können jedoch auch in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen nützlich sein. Die kombinierte Darstellung dient lediglich der Illustration der Vorteile, ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung in schematischer Darstellung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Ist in dieser Offenbarung davon die Rede, dass Stoffströme einem Verfahrensschritt oder einem Bauteil einer Anlage zugeführt werden, so ist dies so zu verstehen, dass die Anlage entsprechende Mittel, beispielsweise Rohrleitungen und/oder Ventile aufweist, die eine derartige Zuführung ermöglichen. Merkmale eines Verfahrens sollen somit sinngemäß für eine entsprechende Anlage gelten und umgekehrt. Das Verfahren profitiert daher von den Vorteilen der Anlage ebenso sinnentsprechend.
  • In 1 ist eine Ausgestaltung einer Anlage 100 zur vorteilhaften Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung abgebildet. Die Anlage 100 umfasst eine Destillationskolonne 120 mit einem ihr zugeordneten Sumpfverdampfer 140, einen Getriebeturboverdichter 130/132/134, sowie Kühler bzw. Wärmetauscher 145.
  • Während des Betriebs der Anlage 100 wird der Destillationskolonne 120 ein Einsatzstrom 1 zugeführt. Dieser Einsatzstrom 1 enthält zumindest ein Alkan und ein Alken, wobei das Alkan und das Alken die gleiche Anzahl an Kohlenstoffatomen pro Molekül aufweisen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Alkan um Propan und bei dem Alken um Propen. Zusätzlich zu dem Alkan und dem Alken können auch weitere Komponenten in dem Einsatzstrom enthalten sein, die gegebenenfalls stromauf oder stromab der Destillationskolonne 120 aus entsprechenden Fluidströmen 1, 2, 8 abgetrennt werden können. Bei derartigen weiteren Komponenten kann es sich insbesondere um Wasser, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Methan und/oder andere Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen pro Molekül bzw. deren Derivate handeln.
  • Der Einsatzstrom 1 kann beispielsweise durch eine Bereitstellungseinheit 110 erzeugt werden. Diese Bereitstellungseinheit 110 kann beispielsweise Reaktoren umfassen, die dazu eingerichtet sind, ein bzw. das Alkan zu dem Alken umzusetzen. Ferner können von der Bereitstellungseinheit 110 Apparate und Mittel zur Abtrennung von Verunreinigungen, zur Beimischung von Fluidkomponenten oder zur Einstellung einer Konzentration bestimmter Komponenten des Einsatzstroms umfasst sein. Insbesondere kann die Bereitstellungseinheit 110 dazu eingerichtet sein, eine Dehydrierung von Propan oder anderen Alkanen durchzuführen. Weitere vorteilhafte Beispiele für eine entsprechende Bereitstellungseinheit 110 umfassen Dampfspaltungsanlagen oder auch andere Anlagen zur Herstellung entsprechender Gasgemische.
  • Bei der Destillationskolonne 120 kann es sich beispielsweise um eine herkömmliche Destillationskolonne mit Einbauten handeln, die zwischen 20 und 400, insbesondere 140 bis 240, (tatsächliche oder theoretische) Böden aufweist.
  • Der Destillationskolonne werden ein Kopfstrom 2 und ein Sumpfstrom 8 entnommen. Der Kopfstrom 2 ist dabei im Vergleich zu dem Einsatzstrom 1 an leichter siedenden Komponenten, insbesondere an dem Alken angereichert und an höher siedenden Komponenten, insbesondere an dem Alkan, abgereichert. Umgekehrt ist der Sumpfstrom 8 an den höher siedenden Komponenten, insbesondere an dem Alkan angereichert und an den leichter flüchtigen Komponenten, insbesondere dem Alken abgereichert.
  • Beispielsweise gehen 95 % der in dem Einsatzstrom 1 enthaltenen Menge an Alken in den Kopfstrom 2 über, während 99 % der in dem Einsatzstrom enthaltenen Alkan in den Sumpfstrom 8 abgetrennt werden.
  • Der Kopfstrom 2 fällt dabei als gasförmiger Strom auf einem Kopfdruckniveau an. Das Kopfdruckniveau entspricht dabei im Wesentlichen dem Druck, bei dem der Einsatzstrom 1 in die Destillationskolonne 120 eingespeist wird und kann vorteilhafterweise in einem Bereich von 0,5 MPa bis 1,6 MPa, beispielsweise in der Nähe von 1,3 MPa, liegen.
  • Der Kopfstrom 2 wird zusammen mit einem gasförmigen Rückstrom 6, auf den im Folgenden noch Bezug genommen wird, in einer Stufe 130 des Getriebeturboverdichters verdichtet. Dabei wird der Druck in dem Kopfstrom erhöht, so dass das Druckniveau eines dabei erzeugten verdichteten Sammelstroms 3 vorteilhafterweise zwischen 0,4 MPa und 1,0 MPa höher als das oben beschriebene Kopfdruckniveau, also beispielsweise in der Nähe von 2,0 MPa, liegt.
  • Der Sammelstrom 3 wird stromab der Stufe 130 des Getriebeturboverdichters unter Verwendung des Sumpfverdampfers 140 und/oder des Wärmetauschers 145 gekühlt und dabei zumindest teilweise zu Kondensatströmen 4, 5 kondensiert. Insbesondere wird dabei als Kühlmedium in dem Sumpfverdampfer ein Teil des Sumpfstroms 8 verwendet, der dabei zumindest teilweise verdampft und nach dieser Verwendung wieder in den Sumpf der Destillationskolonne 120 zurückgeführt wird. In dem Wärmetauscher 145 kann als Kühlmedium beispielsweise Kühlwasser, das beispielsweise ein Temperaturniveau in einem Bereich von 0 C bis 40 C aufweisen kann, verwendet werden. Alternativ kann Luft als Kühlmedium zum Einsatz kommen. Durch die Verwendung zweier verschiedener Wärmetauscher 140, 145 kann die benötigte Wärmemenge für die Destillationskolonne 120 nach Art einer Wärmepumpe bereitgestellt werden, während die zur Kondensation des Sammelstromes 3 notwendigerweise abzuführende Wärmemenge über eine geeignete Steuerung des weiteren Wärmetauschers 145 entzogen werden kann.
  • Ein Teil der so erzeugten Kondensatströme 4, 5 wird als Destillationsrücklauf zurück in den Kopf der Destillationssäule 120 geführt, während ein weiterer Teilstrom 6 der Kondensatströme 4, 5 einer anderweitigen Verwendung innerhalb oder außerhalb der Anlage 100 zugeführt wird. Dies ist in 1 in Form einer Nutzeinheit 150 schematisch dargestellt. Eine derartige Verwendung kann beispielsweise eine Nutzung des Kondensat-Teilstroms 6 als Kältemittel umfassen, wobei der Teilstrom 6 unter Temperaturreduktion entspannt wird, anschließend verdampft wird und über eine oder mehrere Verdichterstufen 132, 134 auf das Kopfdruckniveau zu dem bereits erwähnten gasförmigen Rückstrom 6 verdichtet wird.
  • Die Verdichterstufen 132, 134 sind ebenfalls Bestandteil des Getriebeturboverdichters. Für jede Verdichterstufe können mehrere Impeller erforderlich sein und alle Impeller sind auf mindestens zwei Wellen angeordnet. Über ein zentrales Getriebe wird eine Antriebsleistung auf sämtliche Wellen übertragen, die somit alle bei einem konstanten Drehzahlverhältnis zueinander betrieben werden. Insbesondere wird mindestens ein Impeller der Verdichterstufe130 bei einer anderen Drehzahl betrieben als mindestens ein Impeller der Verdichterstufen 132 und/oder 134.
  • Die Nutzeinheit 150 umfasst hierbei Mittel 152, 154 zur Nutzung des Kondensat-Teilstroms 9, beispielsweise in Form von Drosselventilen und/oder Kältemittelverdampfern , in denen der Kondensat-Teilstrom 6 zumindest teilweise entspannt und verdampft wird.
  • Aus den Kondensatströmen 4, 5 wird zudem ein Produktstrom 7 gebildet, der aus der Anlage 100 entnommen und gegebenenfalls weiteren Verarbeitungsschritten, wie beispielsweise Aufreinigungsschritten, Verdichtungen, Reaktionen o.ä., unterworfen wird.
  • Ein Teil des Sumpfstromes wird der Anlage 100 ebenfalls entnommen und kann beispielsweise zu der Bereitstellungseinheit 110 zurückgeführt werden, so dass dort nicht umgesetztes Alkan in das Verfahren zurückgeführt wird und nicht verloren geht.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Auftrennung eines zumindest ein Alken und ein Alkan enthaltenden Einsatzstroms (1), wobei das Alken und das Alkan jeweils die gleiche Anzahl an Kohlenstoffatomen pro Molekül aufweisen, wobei der Einsatzstrom (1) unter Erhalt eines an dem Alken angereicherten und an dem Alkan abgereicherten Kopfstromes (2) sowie eines an dem Alkan angereicherten und an dem Alken abgereicherten Sumpfstromes (8) zumindest teilweise einer Destillation unterworfen wird, zumindest ein Teil des Kopfstromes (2) unter Erhalt eines Kondensatstroms (4, 5) einer Verdichtung und einer anschließenden Kühlung unterworfen wird, und ein in der Destillation eingesetzter Destillationsrücklauf unter Verwendung zumindest eines Teils des Kondensatstroms (4, 5) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung zumindest teilweise in einem Sumpfverdampfer (140) der Destillation vorgenommen wird, dass der Kopfstrom (2) stromauf der Verdichtung mit zumindest einem gasförmigen Rückstrom (9) zusammengeführt wird, dass der zumindest eine gasförmigen Rückstrom (9) unter Verwendung eines Teilstromes (6) des Kondensatstroms (4, 5) gebildet wird, wobei der Teilstrom (6) stromauf der Zusammenführung (135) einer Nutzung, insbesondere als Kühl- bzw. Kältemittel, und einer anschließenden Verdichtung unterworfen wird, wobei die Nutzung zumindest eine Expansion und Verdampfung umfasst, und dass die Verdichtung des mit dem gasförmigen Rückstrom (9) zusammengeführten Kopfstromes (2) unter Verwendung einer ersten Verdichterstufe (130) eines Getriebeturboverdichters dessen zumindest eine weitere Verdichterstufe (132, 134) zur Verdichtung des Teilstroms (6) stromauf der Zusammenführung (135) verwendet wird, durchgeführt wird, wobei die erste Verdichterstufe (130) und die zumindest eine weitere Verdichterstufe (132, 134) auf separaten Wellen, die mit Drehzahlen betrieben werden, die in einem von 1 verschiedenen, durch das Getriebe des Getriebeturboverdichters festgelegten Verhältnis zueinander stehen, angeordnet sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl an Kohlenstoffatomen 2, 3, 4, 5 oder 6 beträgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopfstrom (2) auf einem Druckniveau in einem Bereich von 0,5 MPa bis 1,6 MPa, insbesondere von 0,8 MPa bis 1,4 MPa, bevorzugt von 1,1 MPa bis 1,3 MPa gebildet wird, und der Kondensatstrom (4, 5) auf einem Druckniveau in einem Bereich von 1,5 MPa bis 3,0 MPa, insbesondere von 1,7 MPa bis 2,5 MPa, bevorzugt von 1,8 MPa bis 2,2 MPa gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Teil des Kondensatstroms (4, 5) als Produktstrom (7) aus dem Verfahren ausgeschleust wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nutzung des Teilstromes (6) eine Kühlung mit einem Kühlmittel-Temperaturniveau in einem Bereich von -40 C bis 40 C umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlung des verdichteten Kopfstroms (3) zumindest teilweise durch Wärmetausch gegen Kühlwasser bewirkt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Einsatzstrom (1) unter Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung des Alkens, insbesondere aus dem Alkan, und/oder zur Grobtrennung eines Kohlenwasserstoffgemischs bereitgestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Getriebeturboverdichter (130) mittels eines Elektromotors angetrieben wird und/oder mittels eines Vorleitgitters bzw. einer Drallregelung geregelt oder gesteuert wird.
  9. Anlage (100) zur Auftrennung eines zumindest ein Alken und ein Alkan enthaltenden Einsatzstroms (1) mit einer Destillationskolonne (120), einem Getriebeturboverdichter mit einer ersten Verdichterstufe (130) und zumindest einer weiteren Verdichterstufe (132, 134), , wobei die Destillationskolonne einen Sumpfverdampfer (140) aufweist und dazu eingerichtet ist, aus dem Einsatzstrom (1) einen an dem Alken angereicherten und an dem Alkan abgereicherten Kopfstrom (2) und einen an dem Alkan angereicherten und an dem Alken abgereicherten Sumpfstrom (8) zu erzeugen, und der Getriebeturboverdichter (130, 132, 134) dazu eingerichtet ist, den Kopfstrom (2) zusammen mit einem gasförmigen Rückstrom (9) zu einem Sammelstrom (3) zu verdichten, wobei der verdichtete Sammelstrom durch Kühlung zumindest teilweise zu einem Kondensatstrom (4, 5) kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sumpfverdampfer dazu eingerichtet ist, unter Verwendung eines Teils des Sumpfstromes (8) zumindest einen Teil des Sammelstromes (3) zu dem Kondensatstrom (4) zu kondensieren, wobei der dazu verwendete Teil des Sumpfstromes (8) zumindest teilweise verdampft und in den Sumpf der Destillationskolonne (120) zurückgeführt wird, dass ein Teilstrom (6), der unter zumindest teilweiser Verwendung des kondensierten Sammelstromes (4, 5) gebildet wird, einer Nutzeinheit (150) zugeführt wird, wobei der Teilstrom (6) zumindest eine Entspannung erfährt und über die zumindest eine weitere Verdichterstufe (132, 134) des Getriebeturboverdichters in den gasförmigen Rückstrom (9) überführt und mit dem Kopfstrom zusammengeführt wird, und dass die erste Verdichterstufe (130) mit einer anderen Drehzahl als die zumindest eine weitere Verdichterstufe (132, 134) betreibbar ist.
  10. Anlage (100) nach Anspruch 9, mit Mitteln, die dazu eingerichtet sind, die Anlage (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zu ertüchtigen.
DE102020117918.9A 2020-07-07 2020-07-07 Verfahren und Anlage zur Auftrennung eines Einsatzstromes Withdrawn DE102020117918A1 (de)

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