DE2856051A1

DE2856051A1 - Verfahren zur destillation eines mehrkomponenten-kohlenwasserstoffgemisches

Info

Publication number: DE2856051A1
Application number: DE19782856051
Authority: DE
Inventors: Johtaro Itoh; Kazuo Niida; Katsuo Shiroko; Tomio Umeda; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-12-23
Publication date: 1979-07-05
Also published as: US4246073A; DE2856051C2; FR2413347A1; JPS5715090B2; JPS5490122A; GB2012304A; GB2012304B; FR2413347B1

Description

Anmelder; CHIYODA CHEMICAL ENGINEERING & CONSTRUCTION Co.,LTD 1580, Tsurumi-cho, Tsurumi-ku Yokohama-shi, Kanagawa-Pref., Japan

Verfahren zur Destillation eines Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoff gemisches

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Destillation eines Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoffgemisches, wobei man eine Mehrzahl von Destillationsprodukten erzeugt, und wobei alle Destillationsarbeitsgänge derart eingeteilt sind, daß man Energie spart und die zugeführte Wärme wirkungsvoll zurückgewinnt.

Destillationsmethoden, bei welchen man ein Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoffgemisch in eine Mehrzahl von Destillationsprodukten auftrennt, führt man üblicherweise derart durch, daß man eine Mehrzahl von Destillationskolonnen, deren jede mit einem Kocher und einem Kühler versehen ist, in geeigneter Reihenfolge anordnet und die jeweiligen Produkte nacheinander trennt. Figur 1 zejgt ein Beispiel für eine derartige Destillationsmethode an einem Dreikomponentensystem. Weil man bei dieser Art von Destillationsmethode die Produkte wiederholt erwärmt und abkühlt, ist die benötigte Wärmeenergie für die Methode ziemlich groß.

Daher ist die Ausnützung diener Wärmeenergie industriell von großer Bedeutung, und deshalb hat man zur Energieeinsparung bei diesen Destillationsmethoden eine Anzahl von Systemen vorgeschlagen. Die nachstehenden sind bekannt:

(1) Petlyuk*s Destillationssystem,

(2) ein Destillationssystem, das das Mehrfachwirkungsprinzip (muÄL-effect principle) anwendet, und

(3) ein Wärmeaustauschsystem vom Gegenstromtyp.

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Diese Systeme wendet man wirksam zur Verminderung der genannten Wärmeenergiezufuhr an, wenn man sie jedoch bei verschiedenen Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoffgemischen anwendet, stellt mau fest, daß sie jeweils Begrenzungen aufweisen, die von den Eigenschaften der Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoffgemische -abhängen. Jedes der Systeme wird nachstehend erklärt Weitere Beschreibungen derartiger Systeme findet man beispielsweise in "Separation Processes" von C. J. King, McGraw-Hill (1971).

(1) Petlyuk et al. schlugen vor, daß man die Wärmeenergie, die man zur Destillation eines Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoff gemisches benötigt, dadurch vermindert, daß man die Anordnung bzw. Kombination der Destillationskolonnen verändert. Der Einfachheit halber ist ein Beispiel für ein Dreikomponentensystem in Figur 2 gezeigt. Gemäß der Figur trennt die erste Kolonne das Mehrkomponentengemisch nur grob auf, während die zweite Kolonne die Komponenten entsprechend ihrer Eigenschaften scharf auftrennt. Das Ausmaß der Verminderung der Wärmeenergie, die für die Destillationsmethode durch das System benötigt wird, ist jedoch begrenzt, und ist ferner Schwankungen unterworfen, die von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials abhängen. Weil ferner sowohl der Dampfphasenstrom als der Flüssigphasenstrom zwischen den benachbarten Kolonnen gegenseitig ausgetauscht werden, ist das Petlyuk's-Destillationssystem schwierig zu regeln. Wenn man es nichtsdestoweniger mit vielen anderen Systemen kombiniert, kann man dieses System als ein Destillationssystem anwenden, das insgesamt eine verbesserte Regelbarkeit hat.

(2) Ein Destillationssystem, das das Mehrfachwirkungsprinzip anwendet.

Wenn man in einer bestimmten Destillationskolonne A eine Wärmequelle benützt, deren Temperatur ausreichend höher ist als die Sumpftemperatur bzw.. Temperatur im Unterteil der Kolonne A, kann man manchmal die: Wärmeenergie der Iff arme-

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quelle benützen, den Kocher einer weiteren Destillationskolonne B zu erwärmen, und danach, verwendet man die Wärme, die man aus dem Kühler der Destillationskolonne B zurückgewonnen hat, dazu, den Kocher der Destillationskolonne A zu erwärmen. Eine Methode, die Wärme auf diese Weise wiederholt verwendet, nennt man eine Mehrfaehwirkungsmethode. Wenn man diese Methode auf ein dreifaches Stoffsystem anwendet, kann man Destillationsmethoden wie in Figur 3 und annehmen. Gemäß diesen Figuren läßt man die Destillationskolonne B unter einem höheren Druck als die Destillationskolonne A arbeiten.

Figur 3 zeigt ein Beispiel unter Anwendung eines Zweikomponentensystems, und Figur 4 zeigt ein Beispiel unter Anwendung eines Dreikomponentensystems. Bei dem genannten System wird das Ausmaß der Verminderung der für die Destillationsmethode benötigten Wärme durch das Gleichgewicht bestimmt, das zwischen der Belastung des Kühlers in der Hochdruckdestilla£ionskolonne und der Belastung des Kochers in der Mederdruckdestillationskolonne besteht. Daher kanu man eine starke Verminderung der benötigten Wärmeenergie nicht erwarten, wenn man die Hochdruckdestillationskolonne nicht genau auswählt. Wenn ferner ein zu großer Temperaturunterschied zwischen dem Kocher und dem Kühler besteht, kann man dieses System nicht anwenden.

(3) Wärmeaustauschsystem vom G-egenstromtyp.

Bei diesem System sieht manzur Rückgewinnung der Wärme aus den Wärmeq.uelleuströmen bzw. Wärmeabgabeströmen, die mit den tfä^mekühler.ströme;n...bz^ (Heat sink streais)

Wärme austauschen, eine Mehrzahl von Wärmeaustauscher gruppen vor, die durch Anordnen einer Anzahl von Wärmeaustauschern gebildet werden. Die Wärmeaufnahmeströme bringt man nacheinander mit einer Mehrzahl von Wärmeaustauschern in den Wärmeaustauschergruppen in Berührung, die sich auf verschiedenen Temperatumiveaus bzw. Temperaturen befinden,

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und gewinnt die Wärme aus den Wärmeabgabeströmen. Bei diesem System der Wärmerückgewinnung bringt man die Wärmeabgabebzw. Wärmeaufnahmeströme in Gegenstromberührung durch das Gesamtwärmeaustauschsystem, so daß dieses Wärmeaustauschsystem ein thermodynamisch weniger irreversibles System unter den gegebenen Bedingungen ist.

Dieses System bewirkt zwar in gewissem Ausmaß eine Verminderung de^ für die Destillationsmethode benötigten Wärme, wenn man es jedoch einfach auf die genannte gewöhnliche Destilla-j tionsmethode anwendet, stellt man fest, daß die Wärmerückgewinnung aus einem Kühler bei einer tiefen Temperatur sehr schwierig ist. Daher kann man eine starke Rückgewinnung an Wärme nicht erwarten.

Die bekannten Energieeinsparungsmethoden wurden genau studiert, und man stellte fest, daß die bloße Anwendung dieser Methoden auf eine gewöhnliche Destillationsmethode nur eine begrenzte Wirkung zeigen kann; erfindungsgemäß wurde eine neue Destillationsmethode für ein Mehrkomponentensystem entwickelt, wobei man die geeignetste Kombination der Methe* vom Mehrfachwirkungsprinzip und des Wärmeaustauschsystems vom Gegenstromtyp anwandte, und wobei man sowohl das Mehrkomponentensystem, worauf das Verfahren angewendet wird, als auch die Kombination der Destillationskolonnen festsetzte.

Bei dem Destillationssystem gemäß der Erfindung verwendet man Destillations-

kolonuen, deren jede mit einem Kopfkühler (overhead condensed) und einem Kocher im Unterteil bzw. einem Sumpfkocher (bottom reboiler) versehen ist. Das Öl des Ausgangsmaterials, das der ersten Kolonne zugeführt wird, wird in den Destillationskolonnen im Verlauf des Verfahrens fraktioniert, aber die jeweiligen Fraktionen, die man in jeder Kolonne erhält, schickt man unmittelbar in die anschließen δen Destillationskolonuen, ohne sie als Zwischenprodukte zu gewinnen, und

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trennt alle Produkte gleichzeitig in der Destillationsendkolonne. Der Vorteil des Systems ist der, daß man die Wärmeenergie, die man dem Kocher der Destillationskolonne zuführen muß, auf das äußerste vermindern kann.

Ein weiteres Merkmal des Destillationssystems gemäß der Erfindung ist folgendes: Weil die Destillationskolonne, die man auf jeder Stufe verwendet, eine unabhängige Destillationskolonne mit einem Kopfkühler und einem Sumpfkocher darstellt, kann man den Arbeitsdruck jeder Destillationskolonne unabhängig von den anderen festsetzen, so daß man durch Pestsetzen des Arbeitsdruckes auf solche Weise, daß bei späterem Eintritt der Destillationskolonne in den Arbeitsgang der Druck jeweilshöher ist, die jeweilige Temperatur der aus den Destillationskolonnen abdestillierenden Produkte und des Dampfs im Oberteil bzw. Kopfdampfes (overhead vapor) erhöhen kann, wodurch man die wiedergewonnene Wärme vollständig ausnützen kann.

Um jedoch die Destillationskolonnen derart arbeiten zu lassen, daß auf späteren Stufender Destillationskolonne der DruckjeweOshöher ist, verursacht das Gleichgewicht zwischen dem Vorteil, den man durch Anheben der jeweiligen Temperatur der Endprodukte und des Kopfdampfes erzielt, die man als Wärmeabgabeströme gewinnt, und dem Nachteil aus den steigenden Baukosten für die Destillationskolonnen und der absinkenden Trennleistung der Destillationskolonnen aufgrund des erhöhten Arbeitsdrucks in den Kolonnen eine Obergrenze für den Arbeitsdruck. Wenn man also einen Destillationsdruck von O bis 6 kg/cm² Überdruck in der Destillationskolonne der ersten Stufe anwendet , beträgt der Unterschied im Arbeiti druck zwischen den Anfangs- und Endkolonnen zweckmäßig 2 bis 10 kg/cm². Wenn die Bedingungen derart sind, daß der Druckunterschied zwischen den Anfangs- und Endkolonnen geringer als 2 kg/cm² ist, wird die Anwendung der Methode des Mehrfachwirkungsprinzips schwierig, und zwar aufgrund der unzureichenden Erhöhung der jeweiligen Temperatur der Wärmeab-

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gabeströme aus den Destillationskolonnen der späteren Stufen; während unter Bedingungen, die 10 kg/cm Überdruck überschreiten, die genannten Nachteile aus dem Anstieg des Arbeitsdrucks zu groß für die praktische Anwendung werden.

Wenn man andererseits die Arbeitsbedingungen der Destillationskolonnen innerhalb des genannten Druckbereichs zum Zweck der besseren Wärmerückgewinnung begrenzt, ergibt sich, daß das Ausgangsmaterial der Kohlenwasserstoffgemische, das nan dem Trennvorgang unterwirft, ebenso begrenzt ist. Insbesondere sind die Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoffgemische, die erfindungsgemäß verwendbar sind, auf jene begrenzt, bei welchen die relative Flüchtigkeit zwischen der Hauptkomponente im leichtesten Produkt vnd der Hauptkomponente im schwersten Produkt 1„10 Ms 7 beträgt. Wenn die relative Flüchtigkeit ? Überschreitet^ erreicht der die Endkolonne· ■ verlassende Strom -die.kritische Temperatur des Sumpfes; wenn sie Mngegen weniger als 1₀1O beträgt, wird die Anzahl der benötigten Stufen In der Endkolonne zn groß» als daß sie für eine technische Vorrichtung geeignet ist.

Di© Wärmeaufiataeströme sind aater den Bedingungen des erfindmagsgeaäSen FerfaJhrens das Ausgangsmaterial, die Zwischen- _

produkt© Ώηά. die StTOiIe₉ die ©pneut sieden sollen, und die _: tiärmeabgabestrSse sind di@ Snaprodukte raid der jeweilige Kopf- . dampf β Bsisplelsusls© ^iM lb@im Köpf dampf die Jeweilige Temperatur der ifMm@albg®Tb@str®ffl© von den infangs- zu den End- , stuf an 3.vai@bm.ena Mlaer nmk dis Temperaturen der Endprodukte, . 'bein „jeweiligea Zeitpnsalst afeöestilliereiiu sind auch vonr ?srseMed@ao tJesa aam daker ©ine Anzahl von Wärme- ; braerüelsgewimtMg aus üen ¥ärmeabga"oeströmen; ψ@ώ> Wi3?m@@ns,tQ.ns®hem entsprechend ihrer uMte?t©ilt₃ tma $®üe Gruppe von Wärme- @ia@s» ESeM¹SaM, von Wärmeaustauschern besteht, bei ^elojsea aasi oüe P©rt5a©r (Sa® Ifäraeaustauschs derart auswählt, daB iie ÄnjslaStsmperattfflrea

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der Wärmeaufnahmeströme nach dem Wärmeaustausch ungefähr gleich sind, und ferner derart, daß die Auslaßtemperaturen der Wäremabgabeströme nach dem Wärmeaustausch ebenso ungefähr gleich sind, wird die Wärmeausnützung zunehmend wirksamer. Demgemäß kann man die Wärmeaufnahmeströme nacheinander den jeweiligen Gruppen von Wärmeaustauschern mit verschiedener Temperatur zuführen, bis man sie auf eine gewünschte Temperatur sehr vernünftig und ohne einen bedeutsamen Wärmeverlust erwärmt hat, so daß man die Wärme insgesamt am besten ausnützen kann.

Nachstehend wird die Erfindung durch Zeichnungen näher e&äu- tert. Es zeigen:

Figur 1 ein bekanntes Destillationssystem für ein Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoff gemisch,

Figur 2 Petyuk's-Destillationssystem,

Figuren 3 und 4 ein Destillationssystem, das das Mehrfachwirkungsprinzip anwendet,

Figur 5 ein schematisches Gesamtdiagramm (conceptional systematic diagram) des Destillationsverfahrens gemäß der Erfindung,

Figur 6 ein schematisches Gesamtdiagramm für das Wärmeaustauschsystem des Destillationsverfahrens von Figur 5,

Figur 7 ein Diagramm, das genauer die Gruppe der Wärmeaustauscher von Figur 6 zejgjb.

Figur 8 ist ein die zur Verfügung stehenden Wärmemengen darstellendes Diagramm, das die Linien für die Wärmequelle, den Wärmeaufnahmestrom, das Heizmedium und das Kühlmedium zeigt.

Figur 5 ist ein schematisches Gesamtdiagramm für ein Destillationsverfahren zur Durchführung der Trennung eines Dreikomponenten-Kohlenwasserstoffgemischs als Beispiel gemäß der Erfindung. Figur 6 ist ein Gesamtdiagramm, das als Schema das Wärmeaustauschsystem im Destillationsverfahren von Figur 5 zeigt, und Figur 7 ist ein Diagramm, das genauer die Gruppe der Wärmeaustauscher von Figur 6 zejgt.

In Figur 5 enthält das Destillationsverfahren gemäß der Erfindung im wesentlichen die nachstehenden drei Arbeitsstufen: (ijTrennvorgange durch Verwendung von Destillationskolonnen,

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A und B,

(2) Heizvorgänge für Ausgangsmaterial und Zwischenprodukte, C, E und Έ; und Heiavorgänge durch Kocher, D und G; und

(3) Kühlvorgänge für die Produkte, J, K und I; und Kühlvorgänge durch Kühler, H und I.

Das Ausgangsmaterialgejmisch führt man durch die Zuleitung 1 in die Destillationskolonne A, wobei man es mit dem Zufuhr-Vorerhitzer C erwärmt. Die Destillationskolonne A wird durch den Kocher D erwärmt und durch den Kühler H gekühlt. Aus der Destillationskolonne A destilliert man die Zwischenproduk durch die Destillationsleitungen 2 und 3 ab. Diese Zwischen produkte erwärmt man durch die Heizvorgänge 1 bzw. F und führt sie danach der Destillationskolonne B zu, die man durch den Kocher G erwärmt und durch den Kühler I kühlt. Aus der Destillationskolonne B destilliert man die Produkte durch Destillationsleitungen. 4, 5 und 6 ab. Die Produkte kühlt man auf die jeweils gewünschte Temperatur mit den Produktkühlern J, K und I ab. Die Destillationskolonne B läßt man unter einem Druck arbeiten, der löher als der der Destillationskolonne A ist.

Die Wärmeenergie, die man für eine Destillationsmethode benötigt, ist nicht gleich der Gesamtsumme der Wärme der^Heizvorgänge. Sie ist die Wärmeenergie, die man durch Subtrahieren (1) der Wärme, die man in einem Teil der KUhlvorgänge bei . vernünftigen Termperaturunterschieden wiedergewinnen kann, . . von (2) der Gesamtwärme der Heizvorgänge erhält. Diese Wärmerückgewinnung kann man am wirkungsvollsten in dem Verfahren gemäß der Erfindung durch das System von Figur 6 erzielen. Bei diesem System sind die Ströme, die dem Heizvorgang unterworfen sind, die Wärmeaufnahmeströme, und die Ströme, die dem Kühlvorgang unterworfen sind, sind die Wärmeabgabeströme.

Das Wärmeaustauschsystem gemäß der Erfindang wird durch eine thermodynamische Analyse unter Anwendung des "Konzeptes der verfügbaren Energie" ("available energy concept") bestimmt.

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Diese Methode, die de Anwendung von Wärmeverfügbarkeitsdiagrammen und sog. T-Q-Diagrammen, wie in Fig. 8 dargestellt, beinhaltetest in "A Thermodynamic Approach to Heat Integration in Distillation Systems" von Umeda et al beschrieben (vorgelegt am 85th National AIChE meeting, 4.-8. Juni 1978, Philadelphia, Pennsylvania), auf deren vollständigen Inhalt hier Bezug genommen wird. Wenn man z. B. also diese Methode anwendet, summiert man die Wärmeenergie in den Heizvorgängen, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, bei gleichen Temperaturniveaus, und man stellt eine Wärmeaufnahmelinie (heat sink line) wie in Fig. 8a dargestellt, her, indem man die Temperatur gegen die zuzuführende Wärmeenergie aufträgt. Gleichermaßen stellt man aus der Wärmeenergie in den Kühlvorgängen eine Wärmeabgabelinie (heat source line), wie in Fig.8a dargestellt her, indem man die Temperatur gegen die zu entnehmende Wärmeenergie aufträgt.

Die Wärmeenergie, die durch die Heizmedien zugeführt wird, und die Wärmeenergie, die durch die Kühlmedien entnommen wird, stellt man jeweils derart ein, daß man die Wärmeenergie entsprechend der Wärmeabgabelinie auf den Wärmeaufnahmestrom, entsprechend der Wärmeaufnahmelinie übertragen kann, wenn man 5<rie aus Fig. 8b ersichtlich die Wärmeaufnahmelinie unter der Wärmeabgabelinie aufträgt, wobei man eine vernünftige Differenz zwischen ihnen läßt, indem nan die Wärmeenergie, die durch die Heizmedien zugeführt wird, zum Hochtemperaturende der Wärmeabgatelinie addiert und die Wärmeenergie, die durch die Kühlmedien entnommen wird, zum Niedertemperaturende der tfärmeaufnahmelinie addiert. Die Wärmeübertragung führt man mittels einer Mehrzahl von Wärmeaustauschern durch.

Biese Wärmeaustauscher teilt man in verschiedene Gruppen von Wärmeaustauschern ein. Den Arbeitsgang, der duch diese Gruppen von Wärmeaustauschern durchgeführt wird, teilt man in die folgenden drei Arbeitsgänge ein, und zwar gemäß der genannten Wärmeenergie j die durch die Heizmedien zugeführt wird, und der Wärmeenergie, die durch die Kühlmedien edtnommen wird: Heizarbeitsgang,

WäraerUckgewinnungs-Arbeitsgang und ^_0-

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(3) Kühlarbeitsgang.

Die Wärmeaustauscher, die beim Heizarbeitsgang beteiligt sind erhalten die Wärmeenergie von den Heizmedien und übertragen die Wärme auf die Wärmeenergie der Wärmeaufnahmelinie. Die Energieersparnis wird durch Verminderung dieser Wärmeenergie gefördert.

Die Wärmeaustauscher, die bei den Kühlarbeitsgängen beteiligt

entsprechend. , , ., . . ,

sind, übertragen die Wärmeenergie/der Warmeabgabelmie derart, daß sie sie von dieser auf die Kühlmedien übertragen.

Die Wärmeaustauscher, die im Wärmerückgewinnungs-Arbeitsgang beteiligt sind, sind die Wärmeaustauscher, die im Heiz- bzw. Kühlarbeitsgang nicht beteiligt sind. Demgemäß ist ein Wärmeaustauscher, worin man die Wärmeenergie des Kopfkühlers einer bestimmten Destillationskolonne für die Mehrfachwirkung als Wärmequelle für den Sumpfkocher einer anderen Destillationskolonne verwendet, ein Wärmeaustauscher, der bei einem Wärmerückgewinnungs-Arbeitsgang beteiligt ist.

Die Anordnung der Wärmeaustauscher führt man derart durch, daß jede Gruppe von Wärmeaustauschern eine Mehrzahl von Wärmeaustauschern sein kann₉ wobei man die Partner des Wärme-· austauschs derart ausgewählt hat, daß es möglich ist, daß die Auslaßtemperaturen der Wärmeaufnahmeströme nach dem Wärm« austausch fast gleich sind, und ferner die Auslaßtemperatüren der Wärmeabgabeströme nach dem Wärmeaustausch auch fast gleich sind. Es gibt im allgemeinen mehr als eine Kombination der Wärmeaustauscher, bei welcher die Auslaßtemperature ι der jeweiligen Wärmeaufnahmeströme, die durch eine Gruppe Tron Wärmeaustauschern durchgehen,. fast gleich sein können, und demgemäß sind geeignete Kombinationen dadurch bestimmt daß man die Anzahl äer Wärmeaustauscher, den Trennungsgrad der Ströme und die BetriebsfShigfceU.in Betracht zieht.

Sin Beispiel für diese Gruppen τοη Wärmeaustauschern ist in

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einem schematischeiGesaaitdiagramm in Figur 6 gezeigt, worin man der Einfachheit halber in der Zeichnung zwei Transport leitungen der Wärmeabgabeströme (7 und 8) und zwei Transportleitun der Wärmeaufnahmeströme (9 und 10) gezeichnet hat. Die Teile, die von strichlierten Linien in der Figur umgeben sind, stellen jeweilige Gruppen von Wärmeaustauschern dar, M, U, O, P und Q. Der Heizarbeitsgang beinhaltet eine Gruppe von Wärmeaustauschern, M; Ser Wärmerückgewinnungs-Arbeitsgaug beinhalte drei Gruppen von Wärmeaustauschern," U, 0 und P; und der Kühlarbeitsgang beinhaltet eine Gruppe von Wärmeaustauschern, Q.

Die Wärmeaufnahmeströme erwärmt man nacheinander auf diese Weise, indem man eine Mehrzahl von Gruppen von Wärmeaustauschern anwendet. Beispielsweise bringt man den Strom 9 in figur 6 zuerst mit einer Gruppe von Wärmeaustauschern P bei einer niederen Temperatur in Berührung,'und bringt ihn danach nacheinander mit zwei Gruppen von Wärmeaustauschern 0 und Έ bei höheren Temperaturen in Berührung. In diesem Fall teilt man jede dieser Gruppen derart ein, daß sie die Wärmeenergie durch einen vernünftigen Temperaturunterschied in ungefähr der gleichen Ordnung bzw. Größenordnung zurückgewinnt. Ferner ist es wünschenswert, daß man die Anzahl der Gruppen von Wärmeaustauschern möglichst gering hält, und daß man ferner die Wärmeenergie, die man in jeder Gruppe rückgewinnt, beinahe ins Gleichgewicht bringt. Natürlich ist erfindungsgemäß die Anzahl der Gruppen von Wärmeaustauschern begrenzt, und sie beträgt üblicherweise 2 bis 10, oder vorzugsweise 2 bis 5 oder insbesondere 3 bis 4. Indem man die Wirkung gemäß der Erfindung und die Nachteile aus der vermehrten Anzahl von Wärmeaustauschern gegeneinander abwägt, kann man die Anzahl der Wärmeaustauscher wie genannt begrenzen.

Figur 7 zeigt genauer die Gruppe der Wärmeaustauscher von Figur 6. Der Einfachheit halber zeigt Figur 7 nur eine Gruppe von Wärmeaustauschern P im Wärmerückgewinnungs-Arbeitsgang von Figur 6. In Figur 7 tauscht man die Wärme in den Wärmeabgabeströmen 7 und 8 und dem Wärmeaufnahmestrom 9 aus. Strom 9 teilt man in Strom 901 und Strom 902, ohne die Gesamt-^

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flußgeschwindigkeit zu verändern. Strom 901 erwärmt man mit Strom 7, während man Strom 902 mit Strom 8 erwärmt, und beide erreichen fest die gleiche Temperatur. Diese Ströme 901 und '902 vereinigen sich zu Strom 9'. Das System ist ferner derart entworfen, daß die Auslaßtemperaturen der Ströme 7 und 8 auch beinahe vergleichbar sind.

Die Erfindung betrifft also ein Destillationsverfahren für Mehrkomponeuten-Kohlenwasserstoffgemisehe, wobei die relative Flüchtigkeit zwischen der Hauptkomponente im leichtesten Produkt und der Hauptkomponente im schwersten Produkt 1,10 bis 7 beträgt. Das Kohlenwasserstoffgemisch führt man Gruppen einer Mehrzahl von benachbarten Destillationskolonnen zu, deren jede mit einem Kopfkühler und einem Sumpfkocher versehen ist, wobei man die Kolonnen nacheinander angeordnet hat, so daß sie das Produkt von der jeweils früheren benachbarten Kolonne empfangen..Der Arbeitsdruck in den Kolonnen steigt von der ersten Kolonne zur Endkolonne in vorgeschriebenen Grenzen und die Produkte des Gemischs gewinnt man getrennt voneinander gleichzeitig in der Endkolcnne, ohne daß man sie aus den dazwischenliegenden Destillationskolonnen abzieht. Die Wärme gewinnt man aus Wärmeabgabeströmen des Verfahrens durch Wärmeaustausch mit Wärmeaufnahmeströmen zurück, indem man die Ströme nacheinander mit einer Mehrzahl von Gruppen von Wärmeaustauschern in Berührung bringt, wobei jede Gruppe auf einem verschiedenen Temperaturniveau ist.

Nachstehend wird die Erfindung durch ein Beispiel näher erläutert :

Beispiel

Die Tabelle zeigt zum Vergleich die Ergebnisse, die man erzielte, wenn man übliche Methoden und die Methode gemäß der Erfindung zur !Trennung von 210 000 t/Jahr einer Benzol/Toluol/ älla.'XyldLisomeren-Mischung durchführte. Es wurde angenommen, das molare Verhältnis von Benzol:Toluol:alle Xyloliso-

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meren 3:2:1 betrug.

Als übliche Methoden wählte man die drei Fälle: I, II und III, wie nachstehend beschrieben.

Fall I:

Entsprechend der üblichen Trennungsmethode trennte man zuerst Benzol und danach Toluol. Der Arbeitsdruck betrug 0,3

kg/cm Überdruck in jeder Destillationskolonne.

Fall II:

Benzol trennte man zuerst, und danach trennte man Toluol.

Der Arbeitsdruck betrug 0,3 kg/cm Überdruck in der ersten Kolonne und 4,3 kg/cm Überdruck in dsr zweiten Kolonne.

Fall III:

Entsprechend der Destillationsmethode von Figur 5 destillierte man Benzol, Toluol und alle Xylolisomeren jeweils aus der zweiten Kolonne. Der Arbeitsüberdruck betrug 0,3 kg/cm² In jeder Kolonne.

Als Verfahren gemäß der Erfindung wandte man den genannten Fall III an, wobei man den Arbeitsdruck in der zweite Kolon ne bei 9,3 kg/cm² Überdruck hielt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß man sowohl im Fall II der üblichen Methode, wobei man die zweite Kolonne unter Druck setzte, als auch bei der erfindungsgemäßen Methode, einen Teil der Wärmeener gie des Kopfkühlers der zweiten Kolonne zum Erwärmen des Sumpfkochers der ersten Kolonne verwendete.

Die Daten für die Produkte, Benzol, Toluol und alle Xylolisomeren betrugen mehr als 97 #, 96 ?S bzw. 98 Hol-#.

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Tabelle

dem Destilla- Verminderung Auszahlungs-

tionssystem der Wärmeener- Zeitraum für

zugeführte gie, bezogen Ergänzungs-

Wärmeenergie auf die übliche Investitionen,

(10 kcal/h. = Methode (Pall I) bezogen auf

4,184.1O⁵ J/h) (1OO kcal/h = die übliche

4,184«10° J/h) Methode (Pail I) (in Jahren)

übliche
Methode

Pall I 5,4 -

Pall II 3,5 1,9 0,5

Pall III 5,2 0,2 6,8

erfindungsgemäßes Verfahren 2,9 2,5 1,1

Wie in der. !Tabelle gezeigt, ist die Verminderung der zuzuführenden Wärmeenergie beim erfindungsgemäßen Verfahren bemerkenswerter als in jedem beliebigen Pail der üblichen Methoden. Die Werte für die Fälle II und III der üblichen Methoden erzielte man, indem man die derzeitigen Energieeinsparungsmethoden auf Pall I der üblichen Methode anwendete, während man die Werte für das erfindungsgemäße Verfahren erzielte, indem man die Mehrfachwirkungsmethode, die man in Pall II anwendete, und die Methode der Kombinierung der Destillationskolonnen, die man in Pall III anwendete, kombiniert anwendete. Die Verminderung der Wärmeenergie, die man beim erfindungsgemäßen Verfahren erzielte, ist größer als die Summe jener, die man in den Fällen II und erzielte.

Selbst bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Zusammensetzung des zu trennenden Kohlenwasserstoffgemische weit von einer gleichförmigen Verteilung entfernt war, ist es offensichtlich," flaß die Erfindung zu einer starken Energieeinsparung beitragen kann.

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Wenn man ferner die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der von Pall I der üblichen Methode als Bezugsgtundlage hinsichtlich des Auszahlungszeitraums für Ergänzungsinvestitionen vergleicht, zeigt sich, daß der Auszahlungszeitraum nur 1,1 Jahre beträgt, so daß das erfindungsgemäße Verfahren außerordentlich wirtschaftlich ist.

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Claims

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Anmelder; CHIYODA CHEMICAL ENGINEERING & CONSTRUCTION CO.,LTD 1580, Tsurumi-cho, Tsurumi-ku Yokohama-shi, Kanagawa-Pref., Japan

Patentansprüche;

ft. Verfahren zur Destillation eines Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoffgemisches unter Energieeinsparung, wobei man das Mehrkomponenten-Kohlenwasserstoffgemisch mit Hilfe von Destillationskolonnen auftrennt, dadurch gekennzeichnet , daß man als Ausgangsmaterial ein Kohlenwasserstoffgemisch aus einer Mischung, bei welcher die relative Flüchtigkeit zwischen der Hauptkomponente im leichtesten Produkt und der Hauptkonsumente im schwersten Produkt 1,10 bis 7 beträgt, Destillationskolonnen zuführt, deren jede mit einem Kopfkühler und einem Sumpfkocher versehen ist, daß man das Ausgangsmaterial der ersten Kolonne zuführt und alle Produkte jeder Kolonne getrennt jeweils der nächsten benachbarten Kolonne zuführtj daß man den Arbeitsdruck in der ersten Kolonne bei 0 bis 6 kg/cm Überdruck hält, den Druckunterschied zwischen der ersten Kolonne und der Endkolonne bei 2 bis 10 kg/cm hält, und daß man den Arbeitsdruck der Destillationskolonnen nacheinander von der ersten Kolonne zur Endkolonne ansteigen läßt; und daß man alle Komponenten des Kohlenwasserstoffgemische getrennt voneinander und gleichzeitig in der Endkolonne gewinnt, ohne daß man diese Komponenten von den dazwischen-liegenden Destillationskolonnen abzieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

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indirekt (1) als Wärmeabgabeströuxe die Komponenten des Kohlenwasserstoff gemische, die man aus der Endkolonne gewonnen hat, und die Kopfaämpfe mit (2) als den Wärmeaufnahmeströmen, dem Ausgangsmaterial, den Zwischenproduktströmen aus der ersten und den dazwischenliegenden Destillationsfcolonnen und den Strömen in Berührung bringt, die wieder zum Sieden gebracht werden sollen,

und daß man die Wärmeenergie von den Wärmeabgabeströraen rückgewinnt, indem man die Wärmeaufnahmeströme und die Wärmeabgabeströme nacheinander durch eine Mehrzahl von Gruppen von Wärmeaustauschern führt,wobei jede Gruppe von Wärmeaustauschern ein verschiedenes Temperaturniveau aufweist.
3. Verfahren nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet,

man eine Mehrzahl von Gruppen von Wärmeaustauschern verwendet, die aus Gruppen von Wärmeaustauschern besteht, man die Wärmeaufnahmeströme und die Wärmeabgabeströme, die maη/direkt miteinander in Berührung bringt, derart auswählt, daß die Auslaßtemperaturen der Wärmeaufnahmeströme aus jedem Wärmeaustauscher der Gruppe beinahe gleich sind, und daß ferner die Auslaßtemperaturen der Wärmeabgabeströme aus jedem Wärmeaustauscher in der Gruppe ebenso beinahe gleich sind, und daß man Wärme mindestens aus einem der Kopfdämpfe der Destillationskolonnen durch die Gruppen der Wärmeaustauscher gewinnt.

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