DE2330374A1

DE2330374A1 - Zweidruck-fraktionierturm und -verfahren

Info

Publication number: DE2330374A1
Application number: DE19732330374
Authority: DE
Inventors: Gardner L Hayward; Edwin C Meilun
Original assignee: Stone and Webster Engineering Corp
Current assignee: Stone and Webster Engineering Corp
Priority date: 1973-06-14
Filing date: 1973-06-14
Publication date: 1975-01-16

Description

27.529

STONE & WEBSTER ENGINEERING CORPORATION Boston, Massachusetts (V.St.A.)

Zweidruek-Fraktionierturm und -verfahren

Die—Erfindung betrifft einen Fraktionierturm und ein Fraktionierverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fraktionierverfahren, in dem am unteren und oberen Ende des Turms stark unterschiedliche Dampfdrücke herrschen. Die Erfindung ist besonders für die Anwendung zum entpropanierenden Fraktionieren geeignet.

Derzeit wird zum Fraktionieren, z.B. zum Entpropanieren, ein Fraktionierverfahren angewendet, das in einem einzigen Fraktionierturm durchgeführt wird. In diesem werden C^-Verbindungen abdestilliert, zusammen mit gegebenenfalls in dem Einsatzgut enthaltenen niedrigersiedenden Kohlenwasserstoffen. C,- und höhersiedende Kohlenwasserstoffe werden vom unteren Ende des Turms abgezogen, durch einen Aufkocher umgewälzt und am unteren Ende des Turms in diesen wieder eingeleitet. Auf diese Weise wird die Wärme zugeführt, die zum Erzeugen der in dem Fraktionierverfahren erforderlichen Dämpfe benötigt wird. Die leichte Fraktion, z.B. die C-,- und niedrigersiedenden Kohlenwasserstoffe, wird abdestilliert und mindestens teilweise kondensiert; ein Teil davon wird zum · oberen Ende des Fraktionierturms zurückgeführt.

409883/1308

In der üblichen Entpropanieranlage wird in dem ganzen Fraktion!erturm ein einheitlicher Druck aufrechterhalten. Dieser Druck wird im Hinblick auf den Druck gewählt, bei dem in dem Kondensator so viel Dampf kondensiert, daß die erforderliche Flüssigkeitsmenge in den Turm zurückläuft. Die Kondensatortemperatur ist eine Punktion des vorhandenen Kühlwassers. Wenn daher das vorhandene Kühlwasser eine solche Temperatur hat, daß es die durch den Kondensator tretenden CU-Kohlenwasserstoffe auf 35° C kühlen kann, muß in dem Fraktionierturm jener Druck gewählt werden, bei dem die CU-Verbindungen kondensieren, wenn sie einer Temperatur von 35 G ausgesetzt sind. Bei festgelegtem Druck in dem Fraktionierturm muß eine Temperatur gewählt werden, bei der die CU-Kohlenwasserstoffe aus der am unteren Ende des Turms vorhandenen Flüssigkeit verdampft werden. Infolgedessen wird der Rückstand einer höheren als der erwünschten Temperatur ausgesetzt, so daß die im Rückstand enthaltenen C,- und höhersiedenden Kohlenwasserstoffe durch den Aufkocher hindurch umgewälzt und dieser höheren Temperatur ausgesetzt werden und einige dieser Verbindungen polymerisieren. Durch das Polymerisieren von Rückstandsanteilen werden die Aufkocher stark verlegt; in vielen Fällen werden dadurch auch die unteren Fraktionierböden in dem Turm verlegt.

Zur Vermeidung der Schwierigkeiten, die darin bestehen, daß die C.- und verschiedene andere Kohlenwasserstoffe polymerisieren und Anlagenteile verlegen, hat man Reserve-Anlagenteile vorgesehen. Zum Beispiel hat man zur Reserve zusätzliche Reserve-Aufkocher und untere Turmteile vorgesehen, die in Betrieb genommen werden konnten, wenn die verlegten Anlagenteile gereinigt werden sollten.

Um das Verlegen des Aufkochers und des Turms herabzusetzen, hat man auch schon den ganzen Fraktionier-

409883/1308

turm unter einem Druck betrieben, der beträchtlich niedriger ist, als es zum Kondensieren der CU-Verbindungen mit Hilfe einer Wasserkühlung erforderlich ist. Der Betrieb des Turms unter eiuem niedrigeren Druck führt zu einer sehr niedrigen Aufkoch er-Temperatur und daher zu einer geringeren Polymerisation des Rückstandes. Andererseits werden aber die Betriebskosten des Turms notwendigerweise erhöht, weil bei einer herabsetzung des Druckes in einem Entpropanierturm auf einen Druck, der niedriger ist, als der Druck, der zum Kondensieren der abdestillierten C-z-KW-Dämpfe bei der durch die Überflächenkühlung herbeigeführten Temperatur erforderlich ist, die Kondensation der C~-KW-Dämpfe nur mit Hilfe einer Kältemaschine herbeigeführt werden kann. Ferner muß ein unter niedrigerem Druck arbeitender Turm größer sein als ein unter einem höheren Druck arbeitender J-'urm. Danach werden die Kosten des Turms erhöht.

Erfindungsgemäß werden zwei Fraktionierstufen verwendet, und zwar eine Fraktionierturm-Hochdruckstufe und eine Iraktionierturm-Kiederdruckstufe. Die Ausbildung ist derart, daß in den beiden stufen verschiedene Temperaturen und Drücke herrschen. Der Druck und die Temperatur in der Hochdruckstufe können so gewählt werden, daß die optimalen Bedingungen für das Verdampfen der C^-Kohlenwasserstoffe und das Kondensieren der Dämpfe bei leicht eraielbaren Temperaturen vorhanden sind. Die Temperaturen und der Druck in der Niederdrückstufe können so gewählt werden, daß in dieser Stufe eine Temperatur herrscht, bei der keine Gefahr einer Polymerisation des Rückstandes herrscht. Beim Umwälzen des Rückstandes durch einen Aufkocher hindurch wird daher dieser und der untere Teil des Turms nicht verlegt.

409883/1308

Der Zweidruck-Fraktionierturm ist ferner mit einer Einrichtung zum Überführen des Kopfproduktes der Niederdruckstufe zu einer geeigneten Stelle in der Hochdruckstufe versehen. Die Überführungsleitung ist mit einem Kondensator zum Verflüssigen des Dampfes und mit einer Pumpe versehen, die das Kondensat auf den Arbeitsdruck in der Hochdruckstufe des Turms bringt.

Die Hochdrucks uufe des I'urms ist mit einem Kondensator für die abdestillierten CU-Kohlenwasserstoffe und mit einer Rücklaufleitung versehen, die einen Rückflußbehälter und eine Pumpe zum Zurückführen eines Seils der kondensierten CU-Kohlenwasserstoffe enthalten kann.

Die Hochdruckstufe des Turms ist ebenfalls mit einer Leitung versehen, über die ein Teil des in der Hochdruckstufe anfallenden -Rückstandes durch e inen Aufkocher und zurück zu der Hochdruckstufe umgewälzt werden kann. Auf diese Weise wird die zum Verdampfen des umgewälzten Rückstandes erforderliche Wärme zugeführt. Zwischen dem unteren Ende der Hochdruckstufe und einer geeigneten Eintrittsöffnung der liederdruckstufe ist ferner eine Verbindung zum Überführen eines Teils des Rückstandes der Hochdruckstufe vorhanden. Die Verbindungsleitung vom unteren Ende der Hochdruckstufe zu der Kiederdruckstufe enthält ein Druckminderventil oder eine ähnliche Einrichtung zur Simerung des Einleitens des in der Hochdruckstufe angefallenen Rückstandes in die Mederdruckstufe.

Die Erfindung schafft somit einen Zweidruek-Fraktionierturm und ein Praktionierverfahren mit einer Hochdruck- und einer Kiederdruckstufe. Zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckstufe sind Verbindungen vorhanden, über welche das Kopf produkt der liiederdruckstufe in die Hochdruckstufe und der Rückstand der Hochdruekstufe ■?* in die Niederdruckstufe überführt wird. Die beiden Stufen

409883/1308

des Fraktionierturms sind mit je einem -^ufkocher versehen, durch den hindurch zum Erhitzen der Stufe ihr Rückstand umgewälzt wird. Jeder Stufe ist ferner ein Kondensator zum Kondensieren der von der Stufe übergehenden Dämpfe zugeordnet .

In der beigefügten Zeichnung ist ein Zweidruck-Fraktionierturin der Erfindung dargestellt, der mit den erforderlichen Einrichtungen versehen ist und für den Beispiele für die Temperatur- und Druckbedingungen und die Beschaffenheit des Einsatzgutes angegeben sind.

In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein einziger Fraktionierturm gemäß der Erfindung vorgesehen. Man könnte aber auch zwei voneinander getrennte Fraktioniertürme verwenden, die unter den Drücken und den Temperaturen betrieben werden, die für das jeweilige Verfahren bevorzugt werden.

Der in der Zeichnung gezeigte, einzige Turm 2 besitzt eine Hochdruckstufe 4 und eine Hiederdruckstufe Der Turm kann in seinem oberen Teil, der in dem ■Ausführungsbeispiel die Hochdruckstufe bildet, in der in Fraktioniertürmen üblichen Weise vorwiegend mit Rektifiziertöden versehen sein. Der untere Turmteil, der in dem Ausführungsbeispiel die ITiederdruckstufe bildet, kann vorwiegend mit Abstreifböden versehen sein. Die jeweilige Verteilung von Rektifizier- und Abstreifböden ist jedoch davon abhängig, für welchen Zweck der Fraktionierturm 2 verwendet wird und welche Beschaffenheit das Einsatzgut hat. Für einen gegebenen Zweck kann es erforderlich sein, daß die Hochdruckstufe 4 des Turms in der Sähe ihres unteren Endes mehrere Abstreifboden enthält. In einem anderen Fall kann die Hochdruckstufe 4 nur aus Rektifizierboden bestehen.

409883/1308

Ferner kam* die Siederdruckstufe 6 in ihrem oberen Teil mehrere IiektifizierLöden enthalten oder nur aus Abstreifboden bestehen.

Mar kann die Hochdruckstufe 4 und die Liederäruckstuie β durch eine druckdichte rf and ö voneinander trennen. Me Stufen 4 und 6 sind daher voneinander vollkommen druckdicht getrennt,so daß die Hochdruckstufe 4 und die Eiederdruckstufe 6 unter verschiedenen brücken betrieben werden können.

Me .Vand c bildet das untere Ende der Hochdruckstufe 4· Auf dieser wand wird der Itückstand gesammelt, der in der Kochdiuckftufe 4 abwartage«ändert ist. iurch eine Leitung 1ü 'wird ein Teil des itückstandes von dem unteren Ende der Hochdruckstufe 4 durch einen Aufkocher 12 hindurch zu einer Öffnung 14 in der Bähe des unteren indes der Hochdruckstufe 4 umgewälzt. Der Aufkocher 12 iührt der Hochdruckstufe 4 rfärme zu, indem er α en durch die Leitung 10 umgewälzten -n-ückstand erhitzt. Als ^ufkocher kann jede indirekte Wärmeübertragungseinrichtung verwendet werden. Auf der heißen Seite des üufkochers 12 kann man beispielsweise heißes Öl und heißes Wasser, die häufig von Dampfabschreckeinrichtungen kooimen, oder Wasserdampf als Heizmittel verwenden.

An das oberen ünde der Hochdruckstufe 4 ist eine Leitung 16 angeschlossen, über die das dampfförmige Kopfprodukt des Fraktionierturms 2 einem Kondensator 18 zugeführt wird. Das aus dem Dampf gebildete Kondensat wird von dem Kondensator 18 über eine Leitung 20 an eine Leitung 22 abgegeben, die zu einer Weiterverarbeitungseinrichtung führt, und an eine Leitung 24> die zu der Hochdruckstufe 4 zurückführt. In der Praxis hat es sich als zwekcmäßig erwiesen, die Leitung 24 mit einer Pumpe 26 und einem Rückflußbehälter 28 zu versehen.

409883/1308

Die Hiederdurckstufe 6 ist mit einer Leitung 30 versehen, die an das untere Ende des lurrns anschließt und mit den Leitungen 52 und 34 verbunden ist. ±>le Leitung 32 dient zum Umwälzen eines leils des Rückstandes des Turms durch den ^Aufkocher 36, in dem der Rückstand der Hiederdruckstufe erhitzt und verdampft werden; der verdampfte Rückstand wird durch die Öffnung 3o wieder in die Niederdruckstufe 6 eingeleitet. Der -aufkocher 36 wird in der für den -"-ufkocher 12 beschriebenen Weise erhitzt. Über die Leitung 34 wird ein Teil des Rückstandes des Iurms einer anderen Einrichtung zur Weiterverarbeitung zugeführt .

An das obere Ende der üiederdruckstufe 6 ist eine Leitung 40 angeschlossen, über die der Dampf vom oberen Ende der Stufe 6 und einen Kondensator 42 und den Eintritt 44 in die Eochdruckstufe 4 des i'rakticnierturms eingeleitet wird. Infolge des Druckunterschiedes zwischen der Hiederdruekstufe 6 und der Hochdruckstufe 4 des Turms ist in der Leitung 40 eine Pumpe 46 angeordnet, die in der Druckleitung 43 der Pumpe 46 einen Druck erzeugt, der dem Druck in der Hochdruckstufe 4 des Fraktionierturms entspricht.

Das Einsatzgut wird dem i'raktionierturm 2 über die Zuführungsleitungen 48 und 50 zugeführt. Die Anordnung dieser Leitungen ist von der Beschaffenheit des Einsatzgutes abhängig, das in den i'raktionierturm 2 eingeleitet wird.

Eine Leitung 52 dient zum Überführen eines Teils des Rückstandes der Hochdruckstufe 4 aus dieser in die Niederdruckstufe 6. In der Leitung 52 ist ein Druckminderventil 54 angeordnet, das bewirkt, daß im unteren Teil der Hochdruckstufe 4 des Fraktionierturms ein Flüssigkeitspegel

409883/1308

und daß zwischen der liochdruckstufe 4 und der Niederdruckstufe 6 der erforderliche Druckunterschied aufrechterhalten wird.

Ein Beispiel für den Betrieb des Turms und die !Durchführung des Verfahrens wird nachstehend anhand von für das Entpropanisieren typischen Betriebsbedingungen beschrieben.

In der Hochdruckstufe 4 des I'raktionierturms werden ein Betriebsdruck von 11,3-17,6 ata und am unteren Ende der Stufe eine Temperatur von etwa 63-91° G eingestellt. In der liiederdruckstufe 6 des Fraktionierturms werden ein Betriebsdruck von etwa 5»3-9,8 ata und am unteren Ende die!

gestellt.

Ende dieser Stufe eine Temperatur von etwa 63-91° C ein-

Über die Leitung 48 wird in die Stufe 4 ein Einsatzgut eingeleitet, das aus etwa 70 Molpzozent CU-Kohlenwasserstoffen und 30 Molprozent C,- und schwereren Kohlenwasserstoffen besteht. Über die Leitung 50 wird in die Stufe 6 ein Einsatzgut eingeleitet, das aus 12 Molprozent (^-Kohlenwasserstoffen und 88 Molprozent C.- und schwereren Kohlenwasserstoffen besteht. Die schwereren Bestandteile des in die Hochdruckstufe 4 des i'raktionierturms eingeleiteten Einsatzgutes wandern abwärts zum unteren Ende der btufe 4 und werden an die Leitungen 10 und 52 abgegeben. Der an die Leitung 10 abgegebene Teil des Rückstandes der Stufe 4 wandert durch den Aufkocher. Das teilweise verdampfte Gemisch wird bei einer Temperatur von etwa 77° 0 in die Hochdruckstufe eingeleitet. Das durch die heiße Seite des Aufkochers-12 geführte Heizmittel (Abschrecköl) hat eine Temperatur von etwa 121° C. Der an die Leitung 52 abgegebene Teil des Rückstands dieser Stufe gelangt durch das Druckminderventil 54 unter einem Druck von etwa 7,0 ata in die liiederdruckstufe des iraktionierturms.

409883/1308

Die sich am -öoden der Niederdruckstufe 6 des Fraktionierturms sammelnde I'lüssigkeit wird über die Leitung 30 an die Leitungen 32 und 34 abgegeben. Der durch die Leitung 32 tretende Teil des Rückstandes wird über den^ufkocher 36 wieder in die Niederdruckstufe 6 des i'raktionierturms eingeleitet. Der durch die Leitung 32 tretende Hückstand wird in dem -^ufkocher auf eine Temperatur von etwa 740° C erhitzt und teilweise verdampft. Auf der heißen Seite des Aufkochers 36 wird als Heizmittel Abschreckwasser von 820° C verwendet. Über die Leitung 34 wird ein Teil des Rückstandes der Siederdruckstufe 6 des i'raktionierturms einer weiteren Einrichtung zur Weiterverarbeitung zugeführt.

Das dampfförmige Kopfprodukt der Niederdruckstufe 6 des Fraktionierturms werden unter einem Druck von 7,0 ata über die Leitung 40 dem Kondensator 42 zugeführt und in diesem verflüssigt. Durch die kalte Seite des Kondensators wird Kühlwasser als Kühlmittel geführt. Das von dem Kondensator 42 abgezogene Kondensat befindet sich auf einer Temperatur von 24-49° C, z.B. 35° C. Das den Kondensator 42 verlassende Druckmittel wird dann mittels der Pumpe 46 annähernd auf den Druck gebracht, der in der Hochdruckstufe 4 des Fraktionierturms herrscht, in dem vorliegenden -Beispiel auf einen -^ruck von 15>1 ata. Das Kondensat wird dann über die Leitung 43 und die Öffnung 44 in die Hochdruckstufe 4 des Fraktionierturms eingeleitet.

Durch den in der Hochdruckstufe 4 des Fraktionierturms durchgeführten Jjraktioniervorgang werden Dämpfe von C,- und anderen leichten Kohlenwasserstoffen erzeugt und über die Leitung 16 als Kopfprodukt abgezogen und in den Kondensator 18 eingeleitet, durch dessen kalte Seite Kühlwasser geführt wird, so daß die Dämpfe in dem Kondensator 18 auf eine Temperatur von 24-43° C, z.B. von 35° C,

409883/1308

- ίο -

gekühlt und kondensiert werden. Das Kondensat wird von dem Kondensator 18 an die Leitung 20 abgegeben und von dieser auf die Leitungen 22 und 24 verteilt. Der an die Leitung 24 abgegebene Teil des Kondensats wird unter einem Druck von etwa 15,1 ata und bei einer Temperatur von 35° C an die Hochdruckstufe 4 des Fraktionierturms abgegeben.

Die vorliegende Erfindung ist mit besonderem Vorteil zum ^ntpropanieren-anwendbar. Allgemein kann das Verfahren jedoch in allen Fällen angewendet werden, in denen die Fraktionierung verbessert werden kann, indem sie unter zwei verschiedenen Drücken durchgeführt wird.

409883/1308

Claims

Patentansprüche:

'Yi Verfahren zum Fraktionieren von Kohlenwasserstoffen, iradurch gekennzeichnet, daß in einer Fraktionierturm-Hochdruckstufe ein im wesentlichen konstanter Druck aufrechterhalten wird, daß in einer Fraktionierturm-liiederdruckstufe ein Druck aufrechterhalten wird, der niedriger ist als der Druck in der Hochdruckstufe, daß ein Kohlenwasserstoff-Einsatzgut in eine der•Fraktionierturmstufen eingeleitet wird, daß ein !Peil des von der Fraktionierturm-Niederdruckstufe abgezogenen Rückstandes erhitzt und der erhitzte Rückstand wieder in die Biederdruck-Fraktionierturmstufe eingeleitet wird, daß das dampfförmige Kopfprodukt der Fraktionierturm-Niederdruckstufe kondensiert wird, daß das von dem Kondensator abgezogene Kondensat auf den -^ruck gebracht wird, der in der Fraktionierturm-Hochdruckstufe herrscht, daß das unter Druck stehende Kondensat in die Fraktionierturm-Hochdruckstufe eingeleitet wird, daß der Druck einee ersten Teils des von der Fraktionierturm-Hochdruckstufe abgezogenen Rückstandes herabgesetzt und der Rückstand unter herabgesetztem Druck in die Fraktionierturm-liiederdruckstufe eingeleitet wird, daß ein zweiter Teil des von der Fraktionierturm-Miederdruckstufe abgezogenen Rückstandes erhitzt und der erhitzte Rückstand wieder in die Fratkionierturm-liiederdruckstufe eingeleitet wird, und daß das dampfförmige Kopfprodukt der Fraktionierturm-Hochdruckstufe kondensiert und ein Teil des so erhaltenen Kondensats wieder in die Fraktionierturm-Hochdruckstufe eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fraktionierturm-Hochdruckstufe ein Druck von 11,3-17,6 ata und am unteren linde dieser Stufe eine Temperatur von 63-91° C aufrechterhalten wird und das dampfförmige Kopfprodukt dieser Stufe vorwiegend aus

fen besteht.

409883/1308

C^-Kohlenwasserstoffen besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fraktionierturm-Hiederdruckstufe ein Druck von 5,3-9,8 ata und am unteren Ende dieser Stufe eine Temperatur von 63-91 C herrscht und das vom unteren Ende dieser Stufe abgezogene Kondensat vorwiegend aus ß,- und schwereren Kohlenwasserstoffen besteht.
4· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Iraktionierturm-ITiederdruckstuf e wieder eingeleitete Rückstand vor dem Wiedereintritt in diese Stufe auf etwa 74° C erhitzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Fraktionierturm-Hochdruckstufe wieder eingeleitete Teil des von dieser Stufe abgezogenen äückstandes vor dem (Wiedereintritt in diese Stufe auf eine Temperatur von etwa 77° C erhitzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dampfförmige Kopfprodukt der Fraktionierturm-Niederdruckstufe bei einer Temperatur von 24-49° C und das dampfförmige Kopfprodukt der Fraktionierturm-Hochdruck;

druckstufe bei einer Temperatur von 24-43 0 kondensiert

7· Vorrichtung zum Fraktionieren von Kohlenwasserstoffen, gekennzeichnet durch eine Fraktionierturm-Hochstufe, eine Fraktionierturm-Mederdruckstufe, eine Einrichtung zum Erhitzen eines.Teils des von der Fraktionierturm-Hochdruckstufe abgezogenen Rückstandes und zum Wiedereinleiten des erhitzten Rückstandes in die Fraktionierturm-Hochdruckstufe, eine Einrichtung zum Kondensieren des dampfförmigen Kopfproduktes der Fraktionierturm-Hochdruckstufe, eine Einrichtung zum Erhitzen eines Teils des von der Fraktionierturm-Niederdruckstufe abgezogenen Rückstandes und zum Wiedereinleiten des erhitzten Rückstandes in

409883/1308

die fraktionierturm-IIiederdruckstufe, eine Einrichtung zum Kondensieren des dampfförmigen Kopfproduktes der
Fraktionierturm-Niederdruckstufe, eine Einrichtung zum Erhöhen des Druckes deB kondensierten Kopfprodukts der Fraktionierturm-Niederdruckstufe und eine Einrichtung
zum Überführen des unter erhöhtem Druck stehenden, kondensierten Kopfprodukts der Fraktionierturm-Niederdruckstufe in die Fraktionierturm-Hochdruekstufe.

409883/1308

4*

Leerseite