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Verfahren zur Abtrennung von Acetylenen aus gasförmigen Kohlenwasserstoffgemischen
Die Erfindung betrifft das Abtrennen von Acetylenen aus diese und überwiegend Äthylen
oder Propylen enthaltenden gasförmigen Kohlenwasserstoffgemischen durch selektive
Absorption.
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Bei hoher Temperatur tritt bei der Crackung leichter Kohlenwasserstoffe
zu Olefinen, z. 3. zu Äthylen, Acetylen in wechselnden Mengen als Nebenprodukt auf.
Die Anwesenheit des so gebildeten Acetylens wirkt sich selbst in geringen Mengen
nach teilig bei der späteren Verwendung des Olefins aus.
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So hat z.B. bei der Reaktion des Ethylens mit Benzol vermittels eines
Aluminiumchloridkondensators ein in der Beschickung vorhandenes Acetylen einen stark
erhöhten Katalysatorverbrauch zur Folge.
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Das Abtrennen von Acetylen aus einer gasförmigen Mischung durch Berührung
mit einem selektiven Lösungsmittel ist bekannt. Dimethylformamid erwies sich als
besonders brauchbares Lösungsmittel. Wegen seines hohen Siedepunktes herrscht zwischen
dem Absorber und dem Abstreifer üblicherweise eine hohe Temperaturdifferenz, da
die Absorption bei tiefen Temperaturen mit höherem Wirkungsgrad vor sich geht. Das
angereicherte Ö1 muß vor seinem Eintritt in den Abstreifer erwärmt werden, und das
verarmte Ö1, das bei hoher Temperatur aus dem Abstreifer gewonnen wird, muß abgekühlt
werden, bevor es im Absorber verwendet wird. Außerdem muß, da die Absorption von
Kohlenwasserstoffen in dem Dimethylformamid unter Wärmeabgabe vor sich geht, die
Temperatur innerhalb der Absorptionszone überwacht werden. Die Erhaltung von Wärme
und Kälte ist für einen wirtschaftlichen Betrieb bei diesem Verfahren von besonderer
Bedeutung.
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Ziel der Erfindung ist daher ein verbessertes Verfahren zum Abtrennen
von Acetylenen aus einer gasförmigen Kohlenwasserstoffmischung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von Acetylenen aus
diese und überwiegend Äthylen oder Propylen enthaltenden gasförmigen Kohlenwasserstoffgemischen
durch Absorption in einem selektiven, organischen Lösungsmittel, Abziehen der gereinigten
Kohlenwasserstoffe, Aufarbeitung der mit den Acetylenen angereicherten Lösung und
Wiederverwendung des gereinigten, mit der angereicherten Absorptionslösung indirekt
im Gegenstrom gekühlten Lösungsmittels besteht darin daß man das gereinigte Lösungsmittel
zunächst indirekt mit der angereicherten Absorptionslösung im Gegenstrom und dann
nochmals von außen kühlt, mit dem gereinigten Kohlenwasserstoff sättigt und anschließend
erneuert indirekt mit der angereicherten Absorptions lösung kühlt.
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Die Zeichnung zeigt in einem Fließschema schematisch eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung.
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In der Zeichnung sieht man, daß eine gasförmige Mischung die Äthylen
(bzw. Propylen) und Acetylen enthält, durch die Leitung 1 zugeführt wird und in
dem Wärmeaustauscher 2 in indirekten Wärmeaustausch mit gereinigtem Äthylen tritt,
so daß es einen Teil seiner Wärme abgibt, und dann in den unteren Teil des Absorbers
3 geführt wird. Der Absorber 3 hat eine geeignete Einrichtung, in der Dampf und
Flüssigkeit miteinander in Berührung gebracht werden und die in bekannter Weise
ausgebildet ist, z. B. aus Glockenböden, aus Füllmaterial od. dgl. besteht, und
die außerdem noch durch eine innen oder außen angeordnete, in der Zeichnung nicht
dargestellte Zwl schenkühleinrichtung ergänzt sein kann. Aus dem oberen Teil des
Absorbers 3 treten über die Leitung 4 Gase aus und werden zu der Trommel 5 geführt,
von der ein praktisch acetylenfreies Athylen über die Leitung 6 abgezogen wird,
und Flüssigkeit über die Leitung 7 zu dem Absorber zurückgeführt wird. Der Bodenabzug
aus dem Absorber besteht aus
angereichertem öl und wird über die
Leitung 8 zu einem ersten Sprühbehälter 9 geführt, der mit dem gleichen geringen
Druck betrieben wird wie der Absorber. Aus dem Sprühbehälter 9 werden über die Leitungl4
Dämpfe abgezogen und vermittels des Kompressors 15 und der Leitung 16 zum unteren
Teil des Absorbers zurückgeführt. Die Flüssigkeit wird aus dem Sprühbehälter9 über
die LeitunglO zu einem zweiten Sprühbehälter 11 geführt, der mit noch geringerem
Druck betrieben wird. Die Dämpfe werden aus dem Sprühbehälter 11 über die Leitung
12 abgezogen, in dem Kompressor 13 komprimiert und mit den Dämpfen, die aus dem
Sprühbehälter 9 kommen, vereinigt und -zu dem Absorber zurückgeführt.
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Die Flüssigkeit aus dem Sprühbehälter 11 wird vermittels der Pumpe
17 über die Leitung 18, durch die Wärmeaustauscher 19 und 20 zu dem Abstreifer 21
geführt. Der Abstreifer 21 ist mit einer Einrichtung für eine Dampf-Flüssigkeits-Berührung
ausgestattet, die ebenso wie die im Absorber 3 verwendete Einrichtung ausgebildet
oder auch von dieser verschieden sein kann. Der Abstreifer 21 ist auch in seinem
unteren Teil mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Heizeinrichtung ausgerüstet.
Das vom Boden des Abstreifers abgezogen Produkt besteht aus dem verarmten Lösungsmittel,
das über die Leitung 22 vermittels der Pumpe 23 und über die Wärmeaustauscher 20
und 24 in den Behälter 25 geführt wird. Die Flüssigkeit aus dem Behälter25 wird
über die Leitung 27 vermittels der Pumpe 26 durch eine Mischeinrichtung 28 geführt,
in der die Flüssigkeit mit einem acetylenfreien Äthylen vermischt wird, das durch
die Leitung 29 zugeführt wird.
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Die Mischung tritt aus der Mischeinrichtung 28 durch die Leitung 30
aus, und sie wird in Wärmeaustauschern 19, 31 und 32 gekühlt, bevor sie zum oberen
Teil des Absorbers geführt wird. Weiteres Äthylen kann zugegeben werden, wozu weitere
Mischeinrichtungen verwendet werden, nachdem ein weiterer Wärmeaustausch stattgefunden
hat. So kann z.B. zusätzliches Äthylen durch die Mischeinrichtung 28' nach dem Austauscher
31 zugegeben werden. Der Wärmeaustauscher 32 erhält sein Kühlmittel von einem äußeren,
durch das Ventil 33 gesteuerten Kühlsystem.
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Das aus dem oberen Teil des Abstreifers 21 abgezogene Material strömt
über die Leitung 34 durch die Wärmeaustauscher 35 und 36, in denen die oben abgezogenen
Dämpfe gekühlt werden und zum Teil kondensieren. Die aus Dampf und Flüssigkeit bestehende
Mischung wird zu der Trommel 37 geführt, von der das Kondensat zum Abstreifer zurückgeführt
wird, und man erhält ein praktisch reines Acetylen aus der Leitung 38.
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Dieses Verfahren hat einige bedeutende Vorteile.
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Bei der Durchführung des Verfahrens unter Verwendung des beschriebenen
Wärmeaustauschsystems haben die Flächen in den Wärmeaustauschernl9, 20 und 24 eine
minimale Größe. Durch die Einschaltung des Wasserkühlers24 zwischen die indirekten
Wärmeaustauscher 19 und 20 wird die Temperatur des verarmten Lösungsmittels, das
den Wärmeaustauscher 19 verläßt, stärker vermindert, als wenn man die Wasserkühlung
nach dem Wärmeaustausch zwischen dem angereicherten und dem verarmten Lösungsmittel
vornehmen würde. Außerdem wird das Äthylen bei einer solchen Temperatur in das verarmte
Lösungsmittel eingeführt, daß der größere Teil der Absorptionswärme in wirtschaftlicher
Weise durch einen indirekten Wärmeaustausch mit dem kalten Lösungsmittel entfernt
wird. Dadurch wird die für den Wärmeaustauscher 32 erforderliche Kühlleistung geringer.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt also die größte Wirtschaftlichkeit bezüglich
der Erwärmung und Abkühlung.
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Obgleich das Verfahren am Beispiel der Entfernung von Acetylen vermittels
Dimethylformamid beschrieben wurde, können auch andere für Acetylene selektive Lösungsmittel
verwendet werden, z. 3.
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Aceton, Essigsäureanhydrid, Butyrolacton, N-Methyl-2-pyrrolidon und
Dimethylsulfoxyd. Ebenso können außer Acetylen selbst andere Acetylene, wie z. 3.
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Methylacetylen, abgetrennt werden.
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Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.
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Beispiel In der folgenden Tabelle sind Daten eines typischen Versuches
niedergelegt, wobei das erfindungsgemäße Verfahren in einer Anlage durchgeführt
wurde, die ähnlich ausgebildet war wie die in der Zeichnung dargestellte Anlage.
| Absorber 21 ata Verhältnis Abstreifer 1,4 ata |
| Kohlen- Oben ab- Unten ab- Lösungs- von Äthylen Be- Unten ab-
Oben ab- |
| wasserstoff- gezogenes gezogenes mittel- zu Lösungs- schicken
gezogenes gezogenes |
| beschickung Produkt Produkt beschickung mittelstrom sccg Produkt
Produkt |
| Mol pro Zeiteinheit |
| Methan .. . . .. 13 14 1 1 |
| Acetylen .... . . .... 211 255 211 211 |
| Äthylen.. 12983 14968 1 901 2127 2127 142 142 |
| Äthan . . . . . . . . . . . . 130 151 19 22 22 1 1 |
| Dimethylformamid 8 800 8 800 8 800 8 800 |
| Temperatur . . . 13,3 -17,8 3,3 -28,8 37,8 65,6 174 -12,2 |
Bei den bekannten Verfahren des Wärmeaustausches zwischen dem kalten angereicherten
und dem heißen verarmten Lösungsmittel verwendete man üblicherweise nur einen Wärmeaustauscher
an Stelle der beiden Wärmeaustauscher 19 und 20. Wenn man den Wärmeaustauscher 20
wegläßt, dann kann man den sich auf höherer Temperatur befindlichen Auslaß des Wärmeaustauschers
19 dadurch steuern, daß man die Strömung des Kühlwassers zu dem Wärme-
austauscher
24 überwacht, jedoch bleibt der sich auf tieferer Temperatur befindliche Auslaß
dann ohne Überwachung. Man zieht es vor, eher den sich auf tieferer Temperatur befindlichen
Auslaß zu überwachen als den sich auf höherer Temperatur befindlichen, der dann
nicht gesteuert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen System kann der kältere Auslaß des Austauschers
19 gesteuert werden, indem man eine Umleitung vorsieht oder indem man
die
Strömung des Kühlwassers in den Wärmeaustauscher 24 einstellt. Der heiße (660 C)
Auslaß des Austauschers 20 kann unabhängig von dem Austauscher 19 durch eine Umleitung
um den Austauscher 20 gesteuert werden. In der Zeichnung sind keine Umleitungen
für die Austauscher 19 und 20 dargestellt, jedoch werden bei solchen Anlagen üblicherweise
solche Umleitungen verwendet.
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Gewöhnlich kühlt man den Austauscher 24 so stark wie möglich, um
eine wirtschaftliche Kühlung durch eine Verminderung der Temperatur am Auslaß des
Austauschers 19 zu erhalten. Das aus 20 abströmende angereicherte Öl wird erwärmt,
damit man Dampf im Abstreifer spart.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß man zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens eine geringere Wärmeaustauschfläche benötigt, als
bei den bekannten Verfahren.
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So hat der bei dem in der Zeichnung dargestellten System verwendete
Austauscher 19 eine Fläche von 210qm, der Austauscher20 hat eine Fläche von 11 qm
und der Austauscher 24 eine Fläche von 100 qm, so daß sich insgesamt 321 qm ergeben.
Bei einer bekannten Anlage, bei der an Stelle der Wärmeaustauscher 19 und 20 nur
ein einziger Wärmeaus-
tauscher verwendet wird, hätte dieser Wärmeaustauscher eine
Fläche von 398 qm und der Austauscher 24 hätte eine Fläche von 46 qm, zusammen also
444 qm oder fast 28 O/o mehr als bei der erfindungsgemäßen Anlage.