DE2505689C3 - Verfahren zur Gewinnung von Äthylen aus einem Rohgasgemisch, welches neben Äthylen weitere Kohlenwasserstoffe enthält - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Äthylen aus einem Rohgasgemisch, welches neben Äthylen weitere Kohlenwasserstoffe enthält, bei dem das Rohgasgemisch verdichtet, gekühlt, partiell kondensiert, mindestens einer Phasentrennung unterzogen und in mehreren Zerlegungsstufen in Fraktionen, die aus Kohlenwasserstoffen mit drei und mehr Kohlenstoff a tomen, aus Methan und aus Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen bestehen, zerlegt wird.

Ein derartiges Verfahrer, ist aus der DT-PS 11 40 926 bekannt.

Die nach diesem Verfahren nach einer Vorkühlung anfallende flüssige Phase wird in einer Rektifikationssäule in eine Cj+- und in eine C2--Fraktion getrennt. Diese Trennung erfolgt üblicherweise nach dem Stand der Technik in einer Rektifikationssäule, deren Kopf bei ca. -40° C gekühlt und deren Sumpf mit Heißdampf beheizt wird.

Infolge der großen Temperaturunterschiede zwischen Kopf und Sumpf dieser Rektifikationssäule entstehen Energieverluste. Das Verfahren erfordert somit einen großen Energieaufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das sich durch niedrigen Energieaufwand auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die flüssige Fraktion der partiellen Kondensation in einer Rektifikationssäule vorzerlegt wird, wobei nur ein Teil der Kohlenwasserstoffe mit drei und mehr Kohlenstoffatomen abgetrennt wird und daß die bei der anschließenden Methanabirennung anfallende Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit zwei, drei und mehr Kohlenstoffatomen in einer weiteren Zerlegungssäule in eine Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit drei und mehr Kohlenstoffatomen und eine Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen zerlegt wird.

Der wesentliche Erfindungsgedanke liegt darin, nicht wie beim Stand der Technik eine scharfe Zerlegung des Rohgasgemisches in eine Cj + - und eine C2--Fraktion bereits vcr der Abtrennung des Methans in einer einzigen Säule vorzunehmen, sondern die Abtrennung der im Rohgasgemisch enthaltenen Cj+Kohlenwasserstoffe in zwei Stufen vorzunehmen. Hierbei wird in einer ersten Zerfegungssäule, z. B. in einer mit Wasserdampf beheizten Strippsäule, zunächst einmal ein Teil der C)+Kohlenwasserstoffe, die im Sumpf dieser Säule anfallen, abgetrennt. Diese Abtrennung erfolgt jedoch relativ unscharf mit der Folge, daß im Kopfprodukt der Säule immer noch Teile von Cj ₊-Kohlenwasserstoffen enthalten sind. Dies hat zur Folge, daß der Kältebedarf dieser Säule relativ niedrig ist. Außerdem kann das Temperaturniveau der Kopfkühlung der Vorzerlegungssäule wesentlich höher gelegt werden, nämlich auf etwa -20⁰C, während bei der scharfen Zerlegung beim Stand der Technik eine Kopfkühlung auf immerhin etwa - 40° C erforderlich ist.

Das noch mit Cj₄-Kohlenwasserstoffen angereicherte Kopfprodukt der Vorzerlegungssäule wird nunmehr einer Hydrierstufe zur Umwandlung von Acetylen in Äthap. zugeführt, dann erneut gekühlt und in eine zweite Zerlegungssäule zur Abtrennung des im Rohgasgemisch enthaltenen Methans eingespeist. Im Sumpf dieser Methansäule fällt nun eine Fraktion an, die neben den C₂-Kohlenwasserstoffen auch noch Cj ₊-Kohlenwasserstoffe enthält. Diese flüssige Fraktion wird erfindungsgemäß jetzt auf den Druck einer weiteren Zerlegungssäule gepumpt und in der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in dieser in eine als Kopfprodukt anfallende C2-Fraktion und einer als Sumpfprodukt anfallenden C₁ + -Fraktion zerlegt. Hierzu ist lediglich eine Kopfkühlung auf etwa - 20°C erforderlich. Die als Kopfprodukt anfallende C2-Fraktion, die nur noch aus Äthylen und Äthan besteht, wird dann in einer letzten Säule in Äthylen, das als Kopfprodukt, und Äthan, das als Sumpfprodukt anfällt, zerlegt.

Es hat sich gezeigt, daß sich durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Cj +-Abtrennung auf zwei Stufen, von denen die eine der Methansäule vor- und die andere der Methansäule nachgeschaltet ist, der Kältebedarf des Verfahrens sehr erheblich, und zwar um etwa 32%, verringern läßt. Hinzu kommt, daß in beiden Säulen, in denen ^+.-Kohlenwasserstoffe abgetrennt werden, eine Kopfkühlung auf lediglich etwa — 2(FC erforderlich ist. Die errechnete Energieeinsparung beträgt demzufolge etwa 8% des Gesamtenergiebedarfs.

Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt hinzu, daß nunmehr die Säule, in der der

letzte Teil der C3+ -Kohlenwasserstoffe aus dem Rchgasgemisch abgetrennt wird, nicht im Hauptschluß, sondern im Nebenschluß des Verfahrens angeordnet ist, d. h„ daß in diese Säule nicht die Gesamtmenge des zu verarbeitenden Rohgasgemisches, sondern lediglich die im Sumpf der Methansäule anfallende Teilmenge eingespeist wird. Hieraus ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren gerade hinsichtlich der Abtrennung von C]+ -Kohlenwasserstoffen aus dem Rohgemisch sehr flexibel ist gegenüber einer starken Kapazitätsausweitung in der Äthylenproduktion. Auch bei Anlagenkapazitäten mit einer Produktion von mehr als 500000jato Äthylen tritt hinsichtlich der C_it-Abtrennung kein Engpaß mehr auf. Dies ist bei einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik, bei dem die ,₅ Cj+ -Abtrennung im Hauptschluß des Verfahrens erfolgt, bei dem also in die Säule, in der die ^+-Kohlenwasserstoffe abgetrennt werd;n, die Gesamtmenge des Robgasgemisches eingespeist wird, nicht der Fall.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Gemäß der Figur wird zu behandelndes, durch thermische Spaltung von Naphta gewonnenes trockenes Rohgasgemisch, welches bereits einer ölfraktionierung zur Abtrennung hoher Kohlenwasserstoffe unterzogen sowie von Verunreinigungen, wie H₂S und CO2, befreit wurde und somit im wesentlichen nur noch aus Methan, aus C₂-Kohlenwasserstoffen, wie Äthan, _J0 Äthylen und Acetylen, C₃+ -Kohlenwasserstoffen und geringen Mengen Wasserstoff besteht, über eine Leitung 1 unter einem Druck von etwa 31 ata der Anlage zugeführt und zunächst in einem Wärmeaustauscher 2 gegen Zerlegungsprodukte und dann in einem Wärmeaustauscher 3 gegen die erste Stufe eines Propylenkreislaufes, der der Einfachheit halber nicht ausführlich dargestellt ist, auf ca. 5° C abgekühlt. Die weitere Abkühlung des Rohgasgemisches erfolgt zunächst in einem Wärmeaustauscher 4 gegen Zcrlegungsprodukte und dann in einem Wärmeaustauscher 5 gegen die zweite Stufe des Propylenkreislaufs. Unter einer Temperatur von ca. -20⁰C verläßt das Rohgasgemiseh bereits teilweise kondensiert den Wärmeaustauscher 5 und wild nun in einem Abscheider 6 einer Phasentrennung unterzogen. Die hierbei anfallende flüssige Fraktion wird über eine Leitung 7 in eine Strippsäule 8 eingespeist, während die gasförmige Fraktion zunächst in einem Adsorber 9 einer Feintrocknung unterzogen, dann in einem Wärmeaustauscher 10 gegen die dritte Stufe des Propylenkreislaufs sowie gegen flüssiges, als Zerlegungsprodukt gewonnenes Äthan auf etwa +40⁰C gekühlt und in einem Abscheider 11 einer weiteren Phasentrennung unterzogen wird. Die im Abscheider 11 anfallende flüssige Fraktion wird ebenfalls in die Strippsäule 8 eingespeist.

In der Strippsäule 8 erfolgt erfindungsgemäß eine Vorzerlegung des Rohgasgemisches in eine im Sumpf anfallende Cj+ -Fraktion und eine als Kopfprodukt anfallende Q--Fraktion, die jedoch auch noch Cj+.-Kohlenwasserstoffe enthält. Die Sumpfheizung der Strippsäule auf etwa 101⁰C erfolgt in einem Wärmeaustauscher 12 gegen heißen Wasserdampf unter einem Druck von etwa 2 ata. Die Kopfkühlung dagegen erfolgt in einem Wärmeaustauscher 13 gegen die zweite Stufe des Propylenkreislaufs auf etwa eine Temperatur von etwa +20⁰C. Der hierbei kondensierte Anteil des Knnfnrodukts wird in einem Abscheider 14 abgetrennt und als Rücklauf in die Strippsäule 8 zurückgeführt. Die im Abscheider 14 anfallende gasförmige Fraktion wird mit der kälteren gasförmigen Fraktion aus dein Abscheider Ii, die noch zu etwa 2,3% mit C₃+.-Kohlenwasserstoffen angereichert ist, vereint und hierbei weiter abgekühlt. Das bei dieser Kühlung anfallende Kondensat wird in einem Abscheider 15 abgetrennt und ebenfalls in die Strippsäule 8 eingespein.

Durch die erfindungsgemäße Vorzerlegung des Rohgasgemisches in der Strippsäule 8 wird bereits ein großer Teil der Cj+ -Kohlenwasserstoffe aus dem Rohgasgemisch abgetrennt. Da jedoch diese Abtrennung relativ unscharf ist, ist der Kältebedarf der Strippsäule 8 relativ niedrig. Außerdem kann die Kopfkühlung auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur, nämlich bei etwa - 20° C, erfolgen.

Die im Abscheider 15 anfallende gasförmige Fraktion wird einer Hydrierstufe 16 zugeführt, in der das in dieser Fraktion enthaltene Acetylen unter Zufuhr von Wasserstoff zu Äthan hydriert wird. Das nunmehr acetylenfreie Gasgemisch aus der Hydrierstufe 16 passiert zunächst einen Sicherheitstrockner 17 und wird in einem Wärmeaustauscher 18 gegen sich selbst und dann in ehern Wärmeaustauscher 19 gegen die erste Stufe eines der Einfachheit halber ebenfalls nicht ausführlich dargestellten Äthylenkreislaufs auf etwa + 56^UC abgekühlt, hierbei teilweise kondensiert und anschließend in einem Abscheider 20 einer Phasentrennung unterzogen.

Während die im Abscheider 20 anfallende flüssige Fraktion über ein Ventil 21 unmittelbar in eine unter einem Druck von 13 ata stehenden Methansäule 22 entspannt wird, wird die gasförmige Fraktion aus dem Abscheider 20 zunächst in einem Wärmeaustauscher 23 gegen kalte Zerlegungsprodukte und dann in einem Wärmeaustauscher 24 gegen die zweite Stufe des Äthylenkreislaufs auf etwa -8O⁰C weitergekühlt, hierbei teilweise kondensiert und anschließend in einem Abscheider 25 einer weiteren Phasentrennung unterzogen. Die im Abscheider 25 anfallende flüssige Fraktion wird über ein Ventil 26 ebenfalls in die Methansäule 22 entspannt. Die gasförmige Fraktion aus dem Abscheider 25 wird in einem Wärmeaustauscher 27 nunmehr gegen die dritte Stufe des Äthylenkreislaufs auf etwa - 100°C weitergekühlt und in einem weiteren Abscheider 28 einer Phasentrennung unterzogen. Ein Teil der im Abscheider 28 anfallenden flüssigen Fraktion wird über ein Ventil 29 ebenfalls in die Methansäule 22 entspannt. Die im Abscheider 28 anfallende gasförmige Fraktion dagegen wird in Wärmeaustauschern 30 und 31 gegen kalte Zerlegungsprodukte partiell kondensiert und in einem Abscheider 32 einer Phasentrennung unterzogen. Die gasförmige Fraktion aus dem Abscheider 32, die aus nahezu reinem Wasserstoff besteh», wird in den Wärmeaustauschern 31, 30, 23, 4 und 2 angewärmt und kann dann der Hydrierstufe 16 zugeführt werden. Dagegen wird die flüssige Fraktion aus dem Abscheider 32 teilweise in einem Ventil 33 entspannt und als Rücklauf in die Melhansäule 22 eingespeist. Der Rest dieser Fraktion wird in einem Ventil 34 entspannt, im Wärmeaustauscher 31 angewärmt und dann mit dem in einem Ventil 35 entspannten Rest der flüssigen Fraktion aus dem Abscheider 28 vereint. Beide Fraktionen werden nunmehr in den Wärmeaustauschern 30, 23, 4 und 2 angewärmt und können dann dem zu behandelnden Rohgasgemisch erneut zugemischt werden.

In der Methansäule 22 erfolgt die Abtrennung des im Rohgasgemisch enthaltenen Methans, welches über

Kopf abgezogen, in den Wärmeaustauschern 30, 23, 4 und 2 angewärmt und dann als Endprodukt aus der Anlage abgezogen wird. Im Sumpf der Methansäule 22, dessen Beheizung im Wärmeaustauscher 36 gegen Äthylen aus dem Äthylenkreislauf unter einem Druck von etwa 19 ata erfolgt, fällt eine Fraktion an, die im wesentlichen aus C₂-Kohlenwasserstoffen besteht, die jedoch noch zu etwa 6% mit Ca+'Kohlenwasserstoffen

verunreinigt ist.

Diese Fraktion wird erfindungsgemäß mittels einer Pumpe 37 auf etwa 26 ata gepumpt, in einem Wärmeaustauscher 38 angewärmt und dann in eine weitere Zerlegungssäule 39 eingespeist, in der nunmehr eine scharfe Trennung von C₂- und C34-Kohlenwasserstoffen erfolgt. Das Sumpfprodukt dieser Säule, eine Fraktion, die ausschließlich aus C3 + -Kohlenwasserstoffen besteht, wird über eine Leitung 40 abgezogen. Die Sumpfheizung der Säule 39 erfolgt im Wärmeaustauscher 41 gegen Wasserdampf unter einem Druck von etwa 2 ata auf eine Temperatur von etwa 68⁰C. Das Kopfprodukt der Säule 39, das lediglich aus Äthan und Äthylen besteht, wird zunächst im Wärmeaustauscher 38 gegen Sumpfprodukt aus der Säule 22 und dann in einem Wärmeaustauscher 42 gegen die zweite Stufe des Propylenkreislaufs auf eine Temperatur von etwa -20⁰C gekühlt und hierbei vollständig verflüssigt. Ein Teil der Flüssigkeit wird über eine Leitung 43 als Rücklauf in die Säule 39 geführt, während der Rest über ein Ventil 44 in die Äthylensäule 45, die unter einem Druck von etwa 9 ata arbeitet entspannt wird.

In der Äthylensäule 45 erfolgt die Zerlegung der Cj-Fraktion vom Kopf der Säule 39 in eine als

Sumpfprodukt anfallende Äthan- und eine als Kopfprodukt anfallende Äthylenfraktion. Die Sumpfheizung der Äthylensäule 45 erfolgt im Wärmeaustauscher 46 gegen Äthylen unter einem Druck von etwa 19 ata aus dem Äthylenkreislauf. Dieses Äthylen wird im Wärmeaus-

tauscher 47 gegen Äthylen vom Kopf der Säule weitergekühlt und dann über ein Ventil 48 als Rücklauf in die Säule 45 entspannt. Die im Wärmetauscher 47 angewärmte Äthylenfraktion vom Kopf der Äthylensäule 45 dagegen wird unter einem Druck von etwa

is 9 ata in den Äthylenkreislauf eingespeist, wobei im Kreislauf nicht benötigtes überschüssiges Äthylen an geeigneter Stelle als Endprodukt aus diesem abgezogen wird.

Die im Sumpf der Äthylensäule 45 anfallende »o Äthanfraktion wird in den Wärmeaustauschern 10, 4 und 2 verdampft und angewärmt und dann aus der Anlage abgezogen.

Dadurch, daß die C₂-Fraktion vom Kopf der Säule 39

im flüssigen Zustand in die Äthylensäule 45 eingespeist

wird, verringert sich in vorteilhafter Weise das

Rücklaufverhältnis dieser Säule. Außerdem steigt der Kälteüberschuß dieser Säule erheblich an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Palentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Äthylen aus einem Rohgasgemisch, welches neben Äthylen weitere Kohlenwasserstoffe enthält, bei dem das Rohgasgemisch verdichtet, gekühlt, partiell kondensiert, mindestens einer Phasentrennung unterzogen und in mehreren Zerlegungsstufen in Fraktionen, die aus Kohlenwasserstoffen mit drei und mehr ι ο Kohlenstoffatomen, aus Methan und aus Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen bestehen, zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Fraktion der partiellen Kondensation in einer Rekiifikationssäure vorzerlegt wird, wobei nur ein Teil der Kohlenwasserstoffe mit drei und mehr Kohlenstoffatomen abgetrennt wird und daß die bei der anschließenden Methanabtrennung anfallende Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit zwei, drei und mehr Kohlenstoffatomen in einer weiteren Zerlegungssäule in eine Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit drei und mehr Kohlenstoffatomen und eine Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen zerlegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der partiellen Kondensation anfallende gasförmige Fraktion mit dem gasförmigen Kopfprodukt der Vorzerlegungssäule vereinigt und der Methanabtrennung zugeführt wird.

J. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Methanabtrennung im Sumpf der Säule anfallende Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit zwei, drei und mehr Kohlenstoffatomen im flüssigen Zustand auf den Druck der weiteren Zerlegungs->äule gepumpt und gegen das Kopfprodukt dieser Säule angewärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kopf der weiteren Zerlegungssäule anfallende Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen vor seiner F.inspeisung in eine Äthylensäule zur Abtrennung des Äthylens vollständig verflüssigt wird.

45