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Verfahren zur Zerlegung eines binären Gasgemisches Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Zerlegung eines binären Gasgemisches, insbesondere eines
Propan-Propylen-Gemisches, durch partielle Kondensation bei tiefen Temperaturen
in einer Zerlegungskolonne, wobei die höhersiedende Komponente, insbesondere Propan,
in flüssiger Form als Bodenprodukt abgezogen wird und die tiefersiedende Komponente,
insbesondere Propylen, gasförmig aus dem Kopf der Kolonne entnommen, mindestens
teilweise kondensiert und ein Teil des Kondensationsproduktes als Rückfluß in den
oberen Teil der Kolonne eingeführt wird, während der andere Teil als Produkt abgezogen
wird.
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Das Verfahren läßt sich für jede Trennung eines binären Gasgemisches
(das geringe Mengen anderer Substanzen enthält), wie z. B. normalerweise gasförmige
Kohlenwasserstoffe mit derselben Anzahl von Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Äthylen-Äthan,
Propylen-Propan, Isobutan-Butan, verwenden.
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Es ist bereits bekannt, binäre Gasgemische aus Bestandteilen mit
dicht nebeneinanderliegenden Siedepunkten, beispielsweise Mischungen aus Propylen
und Propan, durch partielle Kondensation bei tiefen Temperaturen in einer Zerlegungskolonne
zu trennen, wobei die höhersiedende Komponente, beispielsweise Propan, in flüssiger
Form als Sumpfprodukt abgezogen wird und die tiefersiedende Komponente, beispielsweise
Propylen, als gasförmiges Produkt am Kolonnenkopf entnommen und mindestens teilweise
kondensiert und ein Teil des Kondensationsproduktes als Rückfluß in den oberen Teil
der Kolonne eingeführt wird, während der andere Teil als Produkt gewonnen wird.
Hierbei ist eine besondere Kühlflüssigkeit erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besondere Kühlflüssigkeit
zu ersparen und damit die Kosten des Verfahrens zu verringern.
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Dies wird dadurch erreicht, daß ein Teil der abgezogenen höhersiedenden
flüssigen Komponente, insbesondere Propan, entspannt und als Kühlmittel verdampft
wird, worauf dieser Teil komprimiert und in den unteren Teil der Kolonne zurückgeführt
wird.
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Eine Beschickung aus z. B. Propylen und Propan wird in einen Fraktionierturm
eingeführt, in welchem sie mit flüssigem rückfließendem Propylen und Dämpfen von
kochendem Propan in Berührung gebracht wird. Das gasförmige, über den Kopf des Turmes
austretende Propylen wird kondensiert und ein Teil desselben zum Turm zurückgeführt,
um den erforderlichen Rückfluß zu liefern, wobei der verbleibende Teil als gewünschtes
Produkt abgezogen wird. Ein Teil des Propans wird als reines gewünschtes Produkt
aus dem Boden des Turmes entfernt, während der verbleibende Teil durch ein Kühlsystem
geleitet wird, um die Kühlung für die Anlage zu liefern.
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Da Propankühlsysteme in Anlagen zur Abtrennung leichter Kohlenwasserstofigase
in ihre Komponenten oft verwendet werden, bringt die Kombination des beschriebenen
Trennungsverfahrens mit einem Kühlsystem einige Veränderungen mit sich. Durch Kombination
des Kühlsystems mit dem Fraktionierturm erfolgt die Trennung des gasförmigen Stromes
bei verringerten Kosten. Durch Anbringen des Fraktionierturmes zwischen dem Kompressorauslaß
und dem Kühlsystem für den Kühlzyklus wird sowohl die vom Kühlsystem abgezogene
Wärme als auch die mechanische Wärme des Kompressors für die Trennung verfügbar.
Die aus dem Rückfluß entfernte Wärme wird unmittelbar an das Kühlsystem gegeben.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
sowie aus den Zeichnungen hervor. Es zeigt Fig. 1 ein schematisches Fließdiagramm
mit den grundlegenden Merkmalen der Erfindung im Hinblick auf ein Propan-Propylen-Trennsystem
und F i g. 2 ein schematisches Fließdiagramm mit diesen Merkmalen sowie den Vorrichtungen
zur Abtrennung von Komponenten aus dem Beschickungsstrom, die
einen
oberhalb des Siedepunktes der höhersiedenden Komponente des binären Gemisches liegenden
Siedepunkt haben.
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Wie oben angegeben, ist das erfindungsgemäße Verfahren auf jede Trennung
von Gasgemischen mit engem Siedebereich anwendbar, wobei die höhersiedende Komponente
auch als Kühlmittel verwendet werden kann. Der Anschaulichkeit halber wird jedoch
im folgenden ein Propan-Propylen-System beschrieben.
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In F i g. 1 wird ein im wesentlichen aus Propan und Propylen bestehender
Beschickungsstrom durch Leitung 10 in den Fraktionierturm 12 eingeführt, in welchem
er mit flüssigem, rückfließendem Propylen und Dämpfen von kochendem Propan in Berührung
gebracht wird. Der Beschickungsstrom wird im Turm 12 in eine hauptsächlich aus Propylen
bestehende gasförmige Über-Kopf-Fraktion und eine hauptsächlich aus Propan bestehende
Bodenfraktion getrennt; beide Fraktionen werden vom Turm 12 durch Leitung 14 bzw.
16 abgezogen. Die Über-Kopf-Fraktion in Leitung 14 wird durch den Kühler 15 geleitet,
in welchem sie auf eine solche Temperatur abgekühlt wird, die zu ihrer Kondensation
ausreicht, und von dort zum Sammelbehälterl8 geführt. Die kondensierte Fraktion
wird vom Sammelbehälter 18 durch Leitung 20 mittels der Pumpe 22 abgezogen. Ein
Teil der kondensierten Fraktion wird durch Leitung 24 zum Turm 12 zurückgeführt,
um den erforderlichen Rückfluß zu liefern. Der restliche Teil wird durch Leitung
26 als reines Propylenprodukt abgezogen.
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Die hauptsächlich aus Propan bestehende Bodenfraktion wird vom Turm
12 durch Leitung 16 abgezogen. Dieser Strom wird dann in zwei Teile geteilt, von
denen der eine durch Leitung 28 als Produkt entfernt und der andere durch Leitung
30 zum Kühlsystem geleitet wird. Bei jedem binären Gasgemisch enthält das reine
Produkt in Leitung 26 die niedrigersiedende Komponente des Beschickungsstromes,
während das Produkt in Leitung 28 die höhersiedende Komponente des Beschickungsstromes
enthält. Das reine Propylenprodukt kann auch durch Leitung 26 a an Stelle von Leitung
26 gewonnen werden, um die Konzentration der niedriger als Propylen siedenden Komponenten
zu verringern.
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Die Bodenfraktion in Leitung 30 wird mit der Flüssigkeit in Leitung
32 vereinigt (wie im folgenden noch genauer beschrieben) und zum Kühlsystem 36 geführt,
in welchem der vereinigte Strom durch Expansion Kälte erzeugt, die zur Kühlung von
z. B. dem Kühler 15 oder dem Kühler 46 verwendet werden kann. Das Kühlmittel wird
verdampft und durch Leitung 38 abgezogen. Das verdampfte Kühlmittel in Leitung 38
wird durch den Kompressor 40 geleitet und durch Leitung 42 entfernt. Ein Teil oder
der gesamte aus dem Kompressor austretende Strom in Leitung42 wird durch Leitung
48 in den Fraktionierturm 12 geführt, um die Verdampfungswärme für den Turm 12 zu
liefern. Dies geschieht normalerweise, indem ein Teil der Bodenfraktion in Leitung
16 in einem Kocher gekocht wird. Der restliche Teil des Stromes aus dem Kompressor,
der durch eine durch Ventil 32 a regulierte Leitung 44 geleitet werden kann, wird
durch den Fluß dieses Teiles in Leitung 48 bestimmt oder, in anderen Worten, durch
die Verdampfungserfordernisse im Turm 12. Der restliche Teil des aus dem Kompressor
austretenden
Stromes in Leitung 44 liefert einen Anteil des Kühlmittels, der durch
Leitung 34 ins Kühlsystem eingeführt und mit der flüssigen Fraktion in Leitung 30
kombiniert wird. Dieser Anteil wird durch den Kühlerkondensator 46 in Leitung 44
geführt.
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Fig. 2 veranschaulicht die Erfindung, wobei der Beschickungsstrom
merkliche Mengen an Substanzen mit höheren Siedepunkten als der Siedepunkt der höhersiedenden
Komponente des binären Gasgemisches enthält und wobei es notwendig ist, diese Substanzen
zur verbesserten Wirksamkeit des Kühlsystems zu entfernen. In Fig. 2 wird ein Beschikkungsstrom,
der im wesentlichen aus der oben beschriebenen Mischung besteht, durch Leitung 110
in den Fraktionierturm 112 eingeführt, in welchem der Beschickungsstrom mit Rückflußflüssigkeit
und kochenden Dämpfen (wie im folgenden noch genauer beschrieben) in Berührung gebracht
wird. Der Beschickungsstrom wird im Turm 112 in eine gasförmige, hauptsächlich aus
der niedrigersiedenden Komponente bestehende tXber-Kopf-Fraktion und eine flüssige,
hauptsächlich aus den höhersiedenden Komponenten bestehende Bodenfraktion getrennt;
beide Fraktionen werden durch Leitung 114 bzw. 116 abgezogen.
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Die Über-Kopf-Fraktion in Leitung 114 wird durch den Kühler 115 geführt,
in welchem sie auf eine solche Temperatur abgekühlt wird, die zur Kondensation ausreicht;
von dort wird sie in das Sammelgefäß 118 geleitet. Die kondensierte Fraktion wird
vom Sammelgefäß 118 mittels der Pumpe 122 durch Leitung 120 abgezogen, und ein Teil
derselben wird durch Leitung 124 zum Turm 112 zurückgeführt, um den Rückfluß für
diesen zu liefern. Der restliche Teil in Leitung 120 wird durch Leitung 126 als
reines Produkt abgezogen. Das reine Produkt kann auch durch Leitung 126 a abgezogen
werden.
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Die Bodenfraktion in Leitung 116 wird in die Ströme 128 und 130 geteilt.
Die Bodenfraktion in Leitung 130 wird, wie im folgenden noch genauer beschrieben,
zusammen mit der Flüssigkeit in Leitung 132 zum Kühlsystem 136 geführt, in welchem
die vereinigten flüssigen Ströme durch Expansion die erforderliche Kühlung der Anlage
liefern. Im Kühlsystem absorbiert das Kühlmittel Wärme z. B. aus den Kühlern 115
oder 146 und wird verdampft und durch Leitung 138 abgezogen. Der verdampfte Strom
in Leitung 138 wird danach durch den Kompressor 140 geleitet und durch Leitung 142
entfernt. Ein Teil oder der gesamte aus dem Kompressor entfernte Strom in Leitung
142 wird durch Leitung 148 zum Turm 112 geführt, um einen Teil oder die gesamte
erforderliche Verdampfungswärme für den Turm zu liefern. Der restliche Teil des
Stromes in Leitung 142 wird durch Regulierung mittels Ventil 132 a durch Leitung
144 und Kühler 146 geleitet und liefert einen Teil des durch Leitung 134 in das
Kühlsystem eingeführten Kühlmittels.
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Die Bodenfraktion in Leitung 128 kann durch Leitung 128 a als Produkt
abgezogen oder durch ein weiteres Fraktionierungssystem geleitet werden. Gegebenenfalls
wird ein Teil oder die gesamte Bodenfraktion in Leitung 128 durch Leitung 150 in
einen Kocher 152 (Turm) geführt. Wie bereits angegeben, dient dieser Turm als Mittel
zur Trennung einer Flüssigkeit, die reich ist an Komponenten, die höher sieden als
die höhersiedende Flüssigkeit des binären Gemisches (vgl. Fig. 1). Im Kocherturm
152 wird
ein an höhersiedenden Komponenten reicher Strom als Produkt
durch Leitung 154 abgezogen, während die Dämpfe aus Turm 152 durch Leitung 156 zum
Fraktionierturm 112 zurückgeführt werden.
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Die Tabelle veranschaulicht die Verfahrensströme und Arbeitserfordernisse
des Verfahrensweges von Fig. 1 wobei die Einsparungen an erforderlichem Dampf im
Vergleich mit einem üblichen Fraktionierturm etwa 3600 kg/Std. betrugen; die gesamten
Einsparungen betrugen etwa 0,01 Dollar pro 3,7 1 des Propylenproduktes oder etwa
60/0 des Verkaufspreises für Propylen. Weitere Einsparungen für die Anlage betrugen
etwa 10%, da kein Kocher und nur ein kleinerer Kompressor verwendet wurden. Das
Verhältnis von Rückfluß zu Produkt betrug 25.
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Zusammensetzung der Verfahrensströme
| Boden- BOd tJber-Kopf- |
| Komponenten Beschickung produkt Produkt |
| Leitung 10 Leitung 28 Leitung 26 |
| Äthan ....... 1,0 - 1,0 |
| Propylen .... 48,5 1,0 47,5 |
| Propan ...... 50,0 49,5 0,5 |
| Butan ....... 0,5 0,5 - |
| 100,0 51,0 49,0 |
| Temperatur, |
| o C 40,6 43,4 51,7 |
| Druck, atü - 17,5 - 17,5 |
Patentansprüche: 1. Verfahren zur Zerlegung eines binären Gasgemisches, insbesondere
eines Propan-Propylen-Gemisches, durch partielle Kondensation bei tiefen Temperaturen
in einer Zerlegungskolonne,
wobei die höhersiedende Komponente, insbesondere Propan,
in flüssiger Form als Bodenprodukt abgezogen wird und die tiefersiedende Komponente,
insbesondere Propylen, gasförmig aus dem Kopf der Kolonne entnommen, mindestens
teilweise kondensiert und ein Teil des Kondensationsproduktes als Rückfluß in den
oberen Teil der Kolonne eingeführt wird, während der andere Teil als Produkt abgezogen
wird, d a d u r ch gekennzeichnet, daß ein Teil der abgezogenen höhersiedenden flüssigen
Komponente, insbesondere Propan, entspannt und als Kühlmittel verdampft wird, worauf
dieser Teil komprimiert und in den unteren Teil der Kolonne zurückgeführt wird.