DE1083004B

DE1083004B - Process for the decomposition of hydrocarbon mixtures

Info

Publication number: DE1083004B
Application number: DEM42083A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Wirth; Dr Karl-Heinz Eisenlohr
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1959-07-09
Filing date: 1959-07-09
Publication date: 1960-06-09

Description

Verfahren zur Zerlegung von Kohlenwasserstoffgemischen Um Gemische von Kohlenwasserstoffen zu trennen, deren Komponenten innerhalb eines engen Temperaturbereiches sieden, ist es notwendig, mit hochwirk-:3amen Kolonnen unter Anwendung hoher Rücklaufverhältnisse zu destillieren. Ein hohes Rücklaufverhältnis bedingt einen hohen Wärmebedarf. Um den Energiebedarf bei derartigen Destillationsproblemen zu vermindern, kann man den Destillatdampf, der am Kopf einer Destillationskolonne anfällt, komprimieren und als Heizmittel in das Heizsystem der Kolonne leiten. Der Aufwand für z. B. elektrische Energie zum Betrieb des Kompressors ist in vielen Fällen wesentlich geringer als der Aufwand für die Wärmeenergie, die bei normalem Betrieb mit Heizdampf erforderlich sein würde. Eine Kompressionsanlage hat indessen auch verschiedene Nachteile, wie z. B. die hohen Kosten eines Kompressors. Ferner müssen für Dämpfe von solchen Stoffen, die mit Schmieröl mischbar sind, Spezialkompressoren verwendet werden, was im allgemeinen große Schwierigkeiten bereitet.Process for the decomposition of hydrocarbon mixtures to separate from hydrocarbons, their components within a narrow temperature range boil, it is necessary to use highly effective columns using high reflux ratios to distill. A high reflux ratio requires a lot of heat. Around It is possible to reduce the energy requirement with such distillation problems compress the distillate vapor that accumulates at the top of a distillation column and lead as heating medium into the heating system of the column. The effort for z. B. electrical Energy to operate the compressor is in many cases much less than the expenditure for the thermal energy that is required during normal operation with heating steam would be. However, a compression system also has various disadvantages, such as z. B. the high cost of a compressor. Furthermore, for vapors from such substances, which are miscible with lubricating oil, special compressors are used, which in general causes great difficulties.

Bei diesen Verfahren können zur Kompression der als Heizmittel zu verwendenden Dämpfe auch Dampfstrahlapparate eingesetzt werden, was zu einer wesentlichen Verminderung der Anlagekosten führt. Indessen sind Dampfstrahlapparate dort nicht anwendbar, wo die zu komprimierenden Dämpfe nicht mit dem Treibdampf der Strahlapparate gemischt werden dürfen oder wo eine solche Mischung unzweckmäßig ist.These methods can be used to compress the heating medium using vapors also steam jet devices are used, which leads to an essential Reduction of investment costs leads. However, there are no steam jets there Applicable where the vapors to be compressed do not coincide with the motive steam of the jet devices may be mixed or where such a mixture is impractical.

Die Erfindung hat zum Ziel, durch die Anwendung von Kompressoren, z. B. Dampfstrahlapparaten, die Ausnutzung der Wärmeenergie des Destillatdampfes zu ermöglichen, ohne daß die erwähnten Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Nach der Erfindung werden die Destillatdämpfe zur Erzeugung von Wasserdampf durch mittelbare Beheizung von Wasser verwendet. Der erzeugte Wasserdampf wird aus dem mit den kondensierenden Destillatdämpfen beheizten Verdampfer mittels Dampfstrahlapparat abgesaugt, auf den erforderlichen Druck komprimiert und in das Heizsystem der Destilliervorrichtungen, z. B. Destillationskolonnen, geleitet.The invention aims, through the use of compressors, z. B. Steam jet devices, the utilization of the thermal energy of the distillate steam to enable without the disadvantages mentioned have to be accepted. According to the invention, the distillate vapors are used to generate water vapor indirect heating of water used. The generated water vapor is from the evaporator heated by the condensing distillate vapors by means of a steam jet device sucked off, compressed to the required pressure and placed in the heating system of the stills, z. B. distillation columns passed.

In den meisten Fällen wird zur Beheizung von Kolonnen Dampf verwendet, der einen beträchtlich höheren Druck bzw. höhere Temperatur hat, als für die Durchführung der Destillation unbedingt nötig wäre, weil Dampf verwendet werden muß, wie er in dem Dampfnetz des Werkes zur Verfügung steht. Benzol hat z. B. einen Siedepunkt von 80° C, während Dampf von 10 atü schon eine Sattdampftemperatur von 160°C hat. Wenn man mit großen Temperaturdifferenzen zwischen den wärmeaustauschenden Stoffen an den Wärmeübertragungsflächen arbeitet, bleibt ein großes Temperaturgefälle ungenutzt. Dieses kann im Verfahren gemäß der Erfindung auf dem Umwege, daß der frisch in das Verfahren eintretende Dampf zunächst als Treibdampf für den Strahlapparat dient, für die Beheizung der Kolonne verwendet werden.In most cases, steam is used to heat columns, which has a considerably higher pressure or higher temperature than for the implementation distillation would be absolutely necessary because steam must be used as it is in is available to the plant's steam network. Benzene has z. B. a boiling point of 80 ° C, while steam of 10 atm has a saturated steam temperature of 160 ° C. When one is dealing with large temperature differences between the heat exchanging substances works on the heat transfer surfaces, a large temperature gradient remains unused. This can in the method according to the invention indirectly that the fresh in the Process entering steam initially serves as motive steam for the jet apparatus, can be used for heating the column.

Es ist zweckmäßig, die Anordnung mit bekannten Mitteln so zu treffen, daß aus dem Dampfstrahler gerade die zur Beheizung nötige Dampfmenge austritt, daß also die Summe aus Treibdampf und Dampf aus dem Wasserverdampfer den Heizdampfbedarf der Kolonne decken kann.It is advisable to make the arrangement with known means in such a way that that just the amount of steam required for heating emerges from the steam jet, that So the sum of motive steam and steam from the water evaporator is the heating steam requirement the column can cover.

Da der Strahlapparat die seiner Treibdampfmenge entsprechende Wasserdampfmenge in das Heizsystem der Kolonne schickt, kann das Kopfprodukt der Kolonne im Wasserverdampfer nur teilweise kondensiert werden, wenn für den Dampf, den die Brüdenkompression mittels Strahlapparat liefert, nicht noch andere Verwendungszwecke vorhanden sind, kann die Kondensation der im Wasserverdampfer nicht ausgenutzten Destillatdampfanteile, z. B. in einem dem Wasserverdampfer parallel oder nachgeschalteten Kühler erfolgen.Because the jet apparatus uses the amount of water vapor corresponding to its amount of motive steam Sends into the heating system of the column, the top product of the column in the water evaporator only partially condensed if for the steam that the vapor compression supplies by means of a blasting device, no other uses are available, the condensation of the unused distillate vapor fractions in the water evaporator, z. B. take place in parallel or downstream of the water evaporator cooler.

Die Kolonne kann je nach Siedetemperatur des Kopf- bzw. Sumpfproduktes unter Überdruck, unter Atmosphärendruck oder auch unter Vakuum betrieben werden. Durch eine entsprechende Einstellung des Drucks wird es in allen Fällen möglich, wirtschaftlich günstige Betriebsbedingungen zu schaffen.The column can, depending on the boiling point of the top or bottom product be operated under overpressure, under atmospheric pressure or under vacuum. By adjusting the pressure accordingly, it is possible in all cases to create economically favorable operating conditions.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß man über die Druckleitung oder auch über die Saugleitung der Strahlapparate mehrere Destillationskolonnen in bezug auf Beheizung kombinieren kann, z. B., um den Wärmebedarf von verschiedenen Destillationseinheiten untereinander auszugleichen.Another advantage of the method according to the invention is that that you can use the pressure line or the suction line of the blasting machines can combine several distillation columns with respect to heating, e.g. B. to to balance the heat requirements of different distillation units with one another.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung sind drei verschiedene Vorrichtungen für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing are three different Devices for carrying out the process shown schematically according to the invention.

Die Vorrichtung nach Abb. 1 dient zur kontinuierlichen Destillation von hydrierend raffiniertem Kokereibenzol.The device according to Fig. 1 is used for continuous distillation of hydrogenated refined coke oven benzene.

Abb. 2 zeigt eine. diskontinuierliche Destillationsanlage für das gleiche Ausgangsgut; aus Abb. 3 ist eine Anlage fürkontinuierliche Azeotropdestillation ersichtlich.Fig. 2 shows a. discontinuous distillation plant for the same output; from Fig. 3 is a plant for continuous azeotropic distillation evident.

Durch die Leitung 1 (Abb. 1) wird das Raffinat der katalytischen Hydrierung in dieDestillationskolonne2 eingeführt, die mit dem Heizsystem 3 ausgestattet ist und aus der die Destillatdämpfe durch die Leitung 4 in den Verdampfer 5 abströmen. Hier dienen die Destillatdämpfe, die aus Benzol und Vorlauf bestehen, zur Verdampfung von Wasser, wobei sie unter Abgabe ihrer Verdampfungswärme kondensiert werden. DasKondensat geht durch dieLeitung6 zurKolonne7. Ein Teil des Kondensates- wird durch die Leitung 8 als Rücklauf in die Kolonne 2 zurückgegeben.The raffinate of the catalytic hydrogenation is fed through line 1 (Fig. 1) introduced into the distillation column 2 equipped with the heating system 3 and from which the distillate vapors flow through line 4 into evaporator 5. Here the distillate vapors, which consist of benzene and flow, are used for evaporation of water, where they are condensed while releasing their heat of vaporization. The condensate goes through line 6 to column 7. Part of the condensate is released through the pipe 8 returned to column 2 as reflux.

Soll sich im Wasserverdampfer 5 nicht die Gesamtmenge der durch die Leitung 4 zuströmenden Destillatdämpfe niederschlagen, so kann für die Kondensation der durch die Leitung 6 abgeführten restlichen Destillatdampfmenge in dieser Leitung ein Kondensator 29 vorgesehen werden.Should not be in the water evaporator 5, the total amount of by the Line 4 precipitate the inflowing distillate vapors, so can for the condensation the remaining amount of distillate vapor discharged through line 6 in this line a capacitor 29 can be provided.

Das zu verdampfende Wasser gelangt durch die Leitung 9 in den Verdampfer 5. Von dem Dampfstrahlapparat 10 wird der im Verdampfer 5 erzeugte Wasserdampf durch die Leitung 11 abgesaugt und durch dieLeitung12 indasHeizsystem3derKolonne2 gefördert. Hier dient er als Heizmittel, wobei er kondensiert. Ein Teil des Kondensates kehrt durch die Leitung 9 in den Verdampfer 5 zurück. Überschüssiges Kondensat verläßt die Anlage durch die Leitung 13. Aus der Kolonne 2 wird der Destillationsrückstand durch die Leitung 14 abgeführt. Den Treibdampf erhält der Strahlapparat durch die Leitung 15.The water to be evaporated passes through the line 9 into the evaporator 5. The steam generated in the evaporator 5 is sucked off by the steam jet apparatus 10 through the line 11 and conveyed through the line 12 into the heating system 3 of the column 2. Here it serves as a heating medium, whereby it condenses. Part of the condensate returns to the evaporator 5 through line 9. Excess condensate leaves the plant through line 13. The distillation residue is discharged from column 2 through line 14. The jet apparatus receives the motive steam through line 15.

Die Kolonne 7 ist in derselben Weise wie die Kolonne 2 mit einem Heizsystem 18, einem Verdampfer 19, mit den zugehörigen Leitungen 20, 21 und 22 sowie der Leitung 23 für die Zuführung des Heizmittels und den Leitungen 24 und 25 für die Weiterleitung bzw. Ableitung des Kondensates ausgestattet. In der Leitung 21 kann ein Kondensator 30 für restliche im Wasserverdampfer 19 nicht niedergeschlagene Destillatdämpfe angeordnet sein.The column 7 is in the same way as the column 2 with a heating system 18, an evaporator 19, with the associated lines 20, 21 and 22 and the line 23 for the supply of the heating medium and the lines 24 and 25 for the forwarding or discharge of the condensate. A condenser 30 for residual distillate vapors which have not been precipitated in the water evaporator 19 can be arranged in the line 21.

Aus dem Verdampfer 19 wird der Wasserdampf vom Strahlapparat 26 durch die Leitung 27 abgesaugt und durch die Leitung 23 in das Heizsystem 18 der Kolonne 7 gedrückt. 28 ist die Ableitung für den Destillationsrückstand aus der Kolonne 7. Durch die Leitung 21 wird der vom Benzol abdestillierte Vorlauf der Anlage entnommen.From the evaporator 19, the water vapor from the jet apparatus 26 is passed through the line 27 is sucked off and through the line 23 into the heating system 18 of the column 7 pressed. 28 is the derivation for the distillation residue from the column 7. The first run of the system distilled from the benzene is removed through line 21.

In der Anlage nach Abb. 1 wird ein großer Teil der für die Destillation erforderlichen Wärme aus der Kondensationswärme der Destillatdämpfe gedeckt. Überraschend ist dabei, daß die Beheizung des Verdampfers mit den aus der Kolonne abdestillierten Kohlenwasserstofffen in Heizsystemen von normaler Größe durchgeführt werden kann. Die Wärmeausnutzung gelingt also ohne einen wesentlich erhöhten Apparaturaufwand. Dabei hat die Erfindung den weiteren Vorteil, daß die Heizsysteme in den Kolonnen, die hier mit Wasserdampf betrieben werden, verhältnismäßig klein sind und von Ansatzbildung praktisch frei bleiben.In the system according to Fig. 1, a large part of the is used for distillation required heat covered from the condensation heat of the distillate vapors. Surprised is that the heating of the evaporator with the distilled off from the column Hydrocarbons can be carried in normal size heating systems. The use of heat is therefore possible without a significantly increased outlay on equipment. The invention has the further advantage that the heating systems in the columns, which are operated here with steam, are relatively small and build up remain practically free.

Nach Abb. 2 werden aus Kokereibenzol, das chargenweise durch Leitung 30 in die Destillierblase 31 eingeführt wird, die einzelnen Fraktionen, nämlich Vorlauf, Benzöl, Zwischenfraktionen, Toluol usw. nacheinander in der Kolonne 35 abdestilliert. Auch hier werden die Destillatdämpfe unter Wärmeabgabe in einem Verdampfer 32 kondensiert. Die gewonnenen Fraktionen verlassen getrennt voneinander und nacheinander die Anlage durch die Leitungen 33 und 34. In der Leitung 33 ist ein Kondensator 42 für restliche Destillatdämpfe vorgesehen, die in 32 nicht niedergeschlagen worden sind. Rücklauf geht in die Kolonne 35 durch die Leitung 41 zurück.According to Fig. 2 are made from coke oven benzene, the batchwise by line 30 is introduced into the still 31, the individual fractions, namely First run, benzoil, intermediate fractions, toluene, etc. one after the other in column 35 distilled off. Here, too, the distillate vapors are dissipated in an evaporator 32 condensed. The recovered fractions leave separately and one after the other the system through lines 33 and 34. In line 33 is a capacitor 42 intended for residual distillate vapors, which in 32 have not been suppressed are. The return flow goes back into the column 35 through line 41.

In den Verdampfer32 gelangt durch die Leitung37 Kondensat aus dem Heizsystem 36, das den Verdampfer in Form von Wasserdampf verläßt. Dieser wird vom Strahlapparat 38 komprimiert; auf den für die Beheizung der Einrichtungen 31 und 35 erforderlichen Druck gebracht und durch die Leitung 42 in das Heizsystem 36 geschickt. Treibdampf wird dem Dampfstrahlapparat durch die Leitung 39 zugeführt. Überschüssiges Kondensat verläßt den Kreislauf durch die Leitung 40. Die Vorteile, die sich aus der Ausgestaltung und dem Betrieb der Anlage nach Abb.2 ergeben, sind dieselben, die bereits bei der Beschreibung der Abb. 1 dargelegt sind.Condensate from the evaporator 32 passes through line 37 Heating system 36 which leaves the evaporator in the form of water vapor. This is from Jet apparatus 38 compressed; on the for heating the devices 31 and 35 brought the required pressure and sent through the line 42 into the heating system 36. Motive steam is fed to the steam jet apparatus through line 39. Excess Condensate leaves the circuit through line 40. The advantages that result from the design and operation of the system according to Fig. 2 are the same, which have already been set out in the description of Fig. 1.

Gemäß Abb. 3 wird ein Leichtöl, das bei der trokkenen Destillation von festen Brennstoffen anfällt, durch die Leitung 101 in die Kolonne 102 geleitet. Durch die Leitung 103 wird dem Einsatzgut ein Azeotropbildner zugesetzt, der im vorliegenden Fall ein Gemisch von Azeton, Methanol und Wasser darstellt. Über Kopf der Kolonne wird der Azeotropbildner mit den im Benzolsiedebereich siedenden Nichtaromaten abdestilliert und durch die Leitung 104 einem Wasserverdampfer 108 zugeführt. In 108 kondensiert das Destillat unter gleichzeitiger Verdampfung des durch die Leitung 126 in den Verdampfer 108 gelangenden Wassers. Wird im Verdampfer 108 nur ein Teil der Destillatdämpfe verflüssigt, so kann für die Kondensation des Restes der D.estillatdämpfe in der Leitung 113, durch die das Kondensat den Verdampfer 108 verläßt, ein Kondensator od. dgl. 138 angeordnet werden. Das Kondensat geht, nachdem ein Teil davon durch die Leitung 114 als Rückfluß zur Kolonne 102 abgezweigt worden ist, durch die Leitung 113 in eine Wasserwäsche 107. Hier wird es in Azeotropbildner und Nichtaromaten zerlegt. Die letzteren verlassen das Verfahren durch die Leitung 115, während der Azeotropbildner (Azeton. Methanol und Wasser) durch die Leitung 103 in die Kolonne 102 zurückkehrt.According to FIG. 3, a light oil, which is obtained from the dry distillation of solid fuels, is passed through the line 101 into the column 102. An azeotrope former, which in the present case is a mixture of acetone, methanol and water, is added to the charge material. The azeotrope former with the non-aromatics boiling in the benzene boiling range is distilled off at the top of the column and fed through line 104 to a water evaporator 108. In 108 the distillate condenses with simultaneous evaporation of the water passing through line 126 into evaporator 108. If only part of the distillate vapors is liquefied in the evaporator 108, a condenser or the like 138 can be arranged for the condensation of the remainder of the distillate vapors in the line 113, through which the condensate leaves the evaporator 108. After part of it has been branched off through line 114 as reflux to column 102, the condensate goes through line 113 to a water scrubber 107. Here it is broken down into azeotrope formers and non-aromatics. The latter leave the process through line 115, while the azeotrope former (acetone, methanol and water) returns through line 103 to column 102.

Der in 108 erzeugte Wasserdampf wird in dem Strahlapparat 109, der den Treibdampf durch die Leitung 130 erhält, auf einen Druck komprimiert, der ihn als Heizmittel für die Kolonnen 102 und 116 geeignet macht; vorteilhaft wird sein Druck um 1 bis 3 at, z. B. 1,5 at, erhöht. Im Heizsystem 111 der Kolonne kondensiert der Wasserdampf und gibt dabei verfügbare Wärme zur Beheizung der Kolonne ab.The water vapor generated in 108 is compressed in the jet apparatus 109, which receives the motive steam through the line 130, to a pressure which makes it suitable as heating means for the columns 102 and 116; its pressure is advantageous by 1 to 3 at, z. B. 1.5 at, increased. The water vapor condenses in the heating system 111 of the column and in the process gives off available heat for heating the column.

Das Kondensat gelangt durch die Leitung 126 in den Verdampfer 108 zurück. Ein Kondensatüberschuß kann durch die Leitung 136 abgegeben werden.The condensate passes through line 126 into evaporator 108 return. Excess condensate can be discharged through line 136.

In der Nebenkolonne 106 wird aus der Kolonne 102 entnommenes Wasser von den geringen Resten des darin noch enthaltenen Azeotropbildners befreit. Der in 106 erzeugte Dampf geht durch die Leitung 137 in die Kolonne 102 zurück, während das Wasser durch die Leitung 112 der Extraktion 107 zufließt.In the secondary column 106, water withdrawn from the column 102 is freed from the small residues of the azeotrope former still contained therein. The steam generated in 106 goes back through line 137 into column 102, while the water flows through line 112 to extraction 107 .

Aus dem Sumpf der Kolonne 102 gelangen Benzol und höhersiedende Bestandteile durch die Leitung 105 in die Kolonne 116. In dieser wird Reinbenzol von den höhersiedenden Anteilen des Sumpfproduktes der Kolonne 102 abdestilliert. Das Destillat wird durch 118 in den Kondensator 119 geleitet, der mit verdampfendem Wasser als Kühlmittel betrieben wird. Das hier anfallende, aus Reinbenzol bestehende Kondensat wird durch die Leitung 128 zum Teil als Rückfiuß durch 124 in die Kolonne 116 zurückgegeben, zum Teil als Produkt durch 123 abgeführt. Hier kann in die Leitung 128, ähnlich wie in 113, ein Kondensator 134 für restliche Destillatdämpfe eingeschaltet werden.Benzene and higher-boiling constituents pass from the bottom of column 102 through line 105 into column 116. In this, pure benzene is removed from the higher-boiling ones Fraction of the bottom product of the column 102 distilled off. That Distillate is passed through 118 into the condenser 119, the evaporating Water is operated as a coolant. The one produced here, consisting of pure benzene Condensate is partially refluxed through line 128 as reflux through 124 into the column 116 returned, partly discharged as a product by 123. Here can be in the line 128, similar to 113, a condenser 134 is switched on for remaining distillate vapors will.

Analog dem Betrieb der Kolonne 102 wird das in 119 verdampfte Wasser mittels Dampfstrahlapparat 120 komprimiert und durch 129 dem Heizsystem 121 der Kolonne 116 als Heizmittel zugeführt. Es kondensiert im Heizsystem 121 und es kehrt das Kondensat durch 122 im Kreislauf in den Verdampfer 119 zurück. Ein Überschuß kann durch 127 abgegeben werden.Analogously to the operation of the column 102 , the water evaporated in 119 is compressed by means of a steam jet apparatus 120 and fed through 129 to the heating system 121 of the column 116 as a heating medium. It condenses in the heating system 121 and the condensate returns through 122 in the circuit to the evaporator 119. An excess can be given off through 127.

Die Heizsysteme der Kolonne 102 und 116 sind durch die Leitung 110 miteinander verbunden. In ähnlicher Weise können die Heizsysteme der Kolonnen 2 und 7 nach Abb. 1 durch die Leitung 137 auf Ausgleich geschaltet werden.The heating systems of the columns 102 and 116 are connected to one another by the line 110. In a similar way, the heating systems of columns 2 and 7 according to FIG. 1 can be switched to equalization through line 137.

Durch die Leitung 125 kann überschüssiger Dampf, der im Verfahren anfällt, insbesondere, wenn die Kompression mittels Dampfstrahlapparaten erfolgt, abgeführt und in der weiteren Aufarbeitung der erfindungsgemäß behandelten Kohlenwasserstoffe od. dgl. zur Beheizung, z. B. einer Toluol- oder Xylolkolonne, verwendet werden, in denen die aus dem Sumpf der Kolonne 116 durch die Leitung 117 abgezogenen, höhersiedenden Bestandteile weiterbehandelt werden. Der Treibdampf wird dem Strahlapparat 120 durch die Leitung 131 zugeführt.Excess steam that is in the process can pass through line 125 accrues, especially if the compression is carried out using steam jet apparatus, discharged and in the further work-up of the hydrocarbons treated according to the invention od. Like. For heating, e.g. B. a toluene or xylene column, can be used, in which the withdrawn from the bottom of the column 116 through line 117, higher boiling Components are treated further. The motive steam is the jet apparatus 120 through the line 131 is supplied.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for the distillative decomposition of hydrocarbon mixtures, in particular mixtures that are difficult to separate, utilizing the heat of the distillate vapors, characterized in that the distillate vapors or a part of them are used to generate water vapor by indirect heating of water and that the generated water vapor used for heating after compression.

2. The method according to claim 1, characterized in that the condensate, which flows out of the heating system of the water evaporator, is cooled, where appropriate still existing distillate vapors are precipitated.