DE3229883A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung von gereinigtem aethylen - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur herstellung von gereinigtem aethylenInfo
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Description
-"-SY
Rosental 7/11. Aufg,
D.-8000 München 2
11. Aus, 1982
COMPAGNIE FRANCAISE D1ETUDES ET DE CONSTRUCTION "TECHNIP"
170, Place Henri Regnault - 92090 PARIS LA DEFENSE, France
"Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von gereinigtem
Äthylen".
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist im VJe sent Ii ehe η
ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von gereinigtem Äthylen, ausgehend von einem an Kohlenwasserstoffen mit zwei
Kohlenstoffatome (C2) angereicherten Kondensat von Kohlenwasserstoffen.
Sie betrifft ebenfalls eine Einrichtung für die Erzeugung von gereinigtem Äthylen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Einrichtungen zur Herstellung von Äthylen, die ein Dampfkrackverfahren
anwenden, sind bereits bekannt. Diese Einrichtungen umfassen u. a. eine De-äthanislerungssäule und einen Abschnitt
zum Superfraktionieren von Äthylen mit welchem Äthylen von grosser Reinheit aus einem an Kohlenwasserstoffen mit zwei
Kohlenstoffatomen angereicherten Kondensat von Kohlenwasserstoffen
hergestellt v/erden kann und aus welchem Azetylen vorteilhafterveise
durch ein geeignetes Verfahren wie durch wahlweise Hydrierung bzw. Gewinnung durch-Lösemittel oder dergleichen
entfernt worden ist.
Derartige Einheiten umfassen eine gewisse Anzahl von Vorrichtungen
wie verschiedene Verdichter, dio für deren Antrieb eine grocce Energiemenge erfordern.
Der Energieverbrauch dieser verschiedenen Geräte hängt selbstverständlich von sahireichen Faktoren wie Leietungsvermögen
der Horatellungoeinheit, angewandtes Verfahren, Umgcbungsbeuingungen
uswab. Djß z.Z. vorhandenen Einheiten zur Erzeugung
von Äthylen bleiben Jedoch im llgemeinen grosse Energieverbraucher.
So ermöglicht eine dieser Vorrichtungen die Erzeugung von Kälte in einem zwischen - 45° C und + 45° C liegenden
Temperaturbereich, welche Kälte insbesondere bei der Einrichtung für die Kühlung der strömungsfShigen Medien in den Abschnitten
zur De-äthanisierung und Superfraktiorrierung von Äthylen erforderlich
ist. Tatsächlich zeigt eine Untersuchung des Energieverbrauches in einer Einrichtung für Dampfkracken, dass ungeiShr
30-40% der durch diese Vorrichtung verbrauchten Leistung dem Kältebedarf des Abschnittes zum Superfraktionieren von
Äthylen entspricht.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, insbesondere diese .Kachteil abzuhelfen durch Schaffung eines Verfahrens und
einer verbesserten Einrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Äthylen welche eine beträchtliche Verminderung des Energieverbrauches
dieser kälteerzeugenden-bzw. Kuhlvorrichtung oder in
anderen Worten des Kältebedarfs des Abschnittes zum Superfraktionieren
von Äthylen ermöglichen.
Zweckmässigerweise hat die Erfindung zum Gegenstand, ein
Verfahren zur Herstellung von Äthylen bei welchem ein an Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen (C2) anger ei cherten
Kondensat von Kohlenwasserstoffen gekühlt wird,- um wenigsten einen Teil desselben zu kondensieren, diese Kohlenwasserstoffe
einem Phasentrenner zugeführt werden und diese getrennten
Phasen einer ÄtbylengewinnunrReinheit zugeführt werden und
wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass zwecks beträc/tlicher Verminderung des Energieverbrauchs der Äthylengcwinnungseinheit,
diese getrennten Phasen in eine erste sogenannte Ilioderdruckfraktionieruncssäule eingeführt v/erden, eine
zweite sogenannte Hochdruckfraktionierungssa'ule mit wenigstens einem Teil einer zwischen Kopf und Bodenfraktion der ersten
Fraktionierungssäule liegenden flüssigen Fraktion gespeist wird und die Kopffraktion der zweiten Fraktionierungssäule
wenigsten teilweise durch V7ärmeaustausch mit wenigstens einen Teil des strömungsfähigen Rücklaufmediums der ersten Säule,
welches in der dieser ersten Säule zugeordneten Aufkochanordnung umläuft, kondensiert wird.
Gcmäss einem anderen kennzeichnenden Merkmal des erfindungsgemässen
Verfahrens werden die leichten Erzeugnisse , d.h. die Erzeugnisse mit einem Siedepunkt, der niedriger ist, als derjenige
von Äthylen, aus der ersten sogenannten Niederdruckfraktionierungssäule
nahezu vollständig entfernt.
Ausserdem um den Energieverbrauch noch weiter herabzusetzen, bewirkt man einen Wärmeaustausch zwischen den Bodenerzeugnissen
der ersten Fraktionierungssäule und/oder der zweiten Fraktionierungssäule und den Kopferzeugnissen der
ersten Fraktionierungssäule, welche im wesentlichen Äthylen mit der gewünschten Reinheit und/oder den der zweiten Fraktionierungssäule
zugeführten Kohlenwasserstoffschnitt umfasst.
Vorteilhaftervreise bewirkt man einen zusätzlichen Wärmeaustausch
zwischen den Bodenerzeugnissen wenigstens einer der ersten und zweiten Fraktionierungssäule und den leichten Verunreinigungen
bzw. Erzeugnissen mit einem Siedepunkt, der niedriger als der Siedepunkt von Äthylen ist, \velche aus der
ersten sogenannten Iiiederdruckfraktionierungssäule gewonnen
werden.
DanzuffcOgs wird durch eine sinnvolle Wahl der Arbeitsdrücke
in der ersten und zweiten Säule und des die zweite Säule speisenden Durchsatzes , ein Wärmegleichgewicht zwischen den
beiden Säulen zur Fraktionierung von Äthylen erzielt, v/ob ei diese Säulen zur Durchführung einer wärmegekoppelten Destillation
zusammengebaut bzw. eingegliedert sind und wobei solche Temperaturen erzielt v/erden, dass die in dieser ersten Fraktionierungsäule
verfügbare Kälte im Bereich der Aufkochanordnung der ersten Fraktionierungssäule rückgewonnen wird zwecks übertragung
insbesondere an das erzeugte Äthylen und wobei ebenfalls im Bereich der zusätzlichen Wärmeaustausche, die in den verschiedenen
aus der ersten Säule abgezogenen Fraktionen verfügbare Kälte rückgewonnen wird zwecks Rückerstattung im Bereich des
Äthanunwalbzungsverdampfers gemäss wohlbekannten herkömmlichen
Verfahren.
Bei der erfindungsgemässen Einrichtung liegen der Wirkdruck und die Arbeitstemperatur am Boden der sogenannten Niederdruckfraktionierungssäule
jeweils zwischen ungefähr 15 x 10 und 25 χ 105 Pa und zwischen ungefähr . - 15° C und + 3° C,
während der Wirkdruck und die Arbeitstemperatur am Kopf der zweiten sogenannten Hochdruckfraktionierungssäule jeweils
zwischen ungefähr 28 χ 10 und 45 x 10 Pa und zwischen ungefähr
. - 13° C und + 5°C liegen.
Ferner liegt der Strömungsdurchsatz zur Versorgung der zweiten Fraktionierungssäule zwischen ungefähr 25?ό und 75% des
Gesamtdurchsatzes zur Speisung des Fraktionierungsabschnittes mit an Kohlenwasserstoff mit zwei Kohlen stoff airmen angereicherten
Kondensat und vorzugsweise zwischen ungefähr 40 und 50Jo
während der Äthylengehalt des Strömungsdurchsatzes zur Speisung der zweiten Hochdrucksäule gewichtsmässig zv/ischen ungefähr 85/ό
und 30?ό und vorteilhaft erweise zwischen ungefähr 45 und ö5cA
liegt.
Gemäss einer «weiten Abwandlung des erfindungsgeniässen Verfahrens
insbesondere für die Behandlung von einem Kondensat Von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen (C2) der
z.B. aus den Kracken von Uaphta und/oder Gasöl gewonnen
wurde, wird die flüssige Zwischenfraktion zur Speisung der zweiten Fraktionierungssäule im Bereich der unteren ersten
Platte bzw. des ersten Bodens der ersten Fraktionierungssäule abgezogen.
Da die dem Äthylen in dem Kondensat von Kohlenwasserstoffen zugeordnete Äthanrnenge klein genug ist, ist es tatsächlich nicht
mehr erforderlich, das reine Äthan am Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule zu erzeugen, weil die Gesamtäthanmenge
dann durch die zweite Fraktionierungssäule erzeugt wird.
Vorzugsweise wird die Boden- bzw. untere Endfraktion der ersten Fraktionierungssäule ausschliesslich beim Inbetriebsetzen
der Anlage abgezogen, um die Konzentration an Erzeugnissen mit höherem Siedepunkt als demjenigen von Äthylen und Äthan am
Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule zu vermindern .
unter diesen Umständen ertfilt man ein Gemisch von Äthylen und
Äthan am Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule und die Temperatur am Boden bzw. unteren Ende dieser Säule
ist also niedriger. Demgemäss ist der wirksame Arbeitsdruck in
der zweiten Fraktionierungssäule sowie deren Temperatur am Kopf bzw. oberen Ende niedriger.
Demzufolge ist die Trennung zwisehen Äthylen und Äthan in
der zweiten Fraktionierungssäule leichter, wodurch die mit dieser zweiten Fraktionierungssäule verbundene Kapitalanlegung verringert
wird. Es sei hier darauf hingewiesen, dass bei einer diesen zweiten Abwandlung entprechenden Anlage, der wirksame Druck und
die Arbeitetemperatur am Boden bzw. unteren Ende der ersten
sogenannten Wicaordruckfraktionierungssaule jeweils zwischen
- M-
ungefähr 15 x 10^ Pa und 25 x 10^ Pa und zwischen ungefähr
- 30° C und +50C liegen während der Wirkdruck.
und die Arbeit ctenrperatur am Kopf bzw. oberen linde der zweiten
sogenannten Hochdruck fraktionierung ε säule jeweils ::v/icchen
ungefähr 20 :: 10 Pa und 45 x 10 Pa und zwischen ungefähr
- 28° C und + 5° C liegen.
Aucserdem liegt der Strömungsdurchsatz zur Versorgung der
zweiten Fraktionierungssäule zwischen ungefähr 25(,ο und 75/j des
Gesamtdurchsatzes zur Speisung des Fraktionierungsabschnittes mit an Kohlenwasaarstafißaiinit zwei Kohlenstoffatomen angereicherten
Kondensat und vorzugsweise zwischen ungefähr 40 und 5Φί während
der Äthylengehalt des Strömungsdurchsatzes zur Speisung der
zweiten Hochdrucksäule gewichtsmässig zwischen ungefähr 855« und
und vorteilhafterweise zwischen ungefähr 70 und 35% liegt.
Die bevorzugten V/erte von Temperaturen, Speisedurchsatz
und Äthylengehalb des die zweite Säule speisenden Flusses werden in der nachstehend ausführlichen Beschreibung angegeben in welcher
weitere kennzeichnende Merkmale und Vorteile der Erfindung erläutert v/erden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
welche nur beispielsweise zwei Ausführungen des Verfahrens und der Anlage nach der Erfindung veranschaulichen. Es zeigen:
- Figur 1, eine schematische Darstellung einer .Äthylenerzeugung
seinhe it nach dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen
Verfahrens; und
- Figur 2, ein demjenigen der Figur 1 ähnliches Wirkschaltbild welches eine Athylenerzeugungseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
des erfindungsgemässen Verfahrens darstellt.
Gemäss einen Beispiel der ersten Ausführungsmöglichke it und
bezugnehmend auf Figur 1 umfasst eine Anlese zur Erzeugung von
gereinigtem KtYiyicn der von der Erfindung betroffenen Gattung
im wesentlichen eine erste sogenannte Miedcrdruckfraktionierungscäule
1 und eine zweite sogenannte Hochdruckfraktionierungssäule
2, wobei jede davon einen Teil eines im wesentlichen Kohlenwasserstoffe
mit zwei Kohlenstoffatomen (C2) enthaltenden Kondensats
von Kohlenwasserstoffen und Verunreinigungen mit Siedepunkten die niedriger als derjenige von Äthylen oder höher als derjenige
von Äthan sind, behandelt. Diese beiden FraktionierungssSulen 1,2 stellen den Superfraktionierungsabschnitt für Äthylen in
einer Äth^rlenerzeugungsanlage dar.
Nachstehend v/erden die verschiedenen Bestandteile dieses SuperxraktionierungsabSchnitts sowie dessen Arbeitsweise beschrieben.
Der an Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen angereicherte
Kondensat von Kohlenwasserstoffen kann beispielsweise die Kopffraktion einer(nicht dargestellten) De-äthanisierungssaule
bilden, welche gegebenenfalls zur Entfernung bzw. Umwandlung bzw. Umsetzung von Azetylen durch ein selektives
Hydrierungsverfahren bzw. ein Ausziehen mit einem Lösemittel o. dgl. _ behandelt werden kann.
Der derartig gewonnene Kondensat von Kohlenwasserstoffen
enthält hauptsächlich Äthan und Äthylen welche von leichteren und/oder schwereren Verunreinigungen mit jeweils niedrigeren
bzw. höheren Siedepunkten als diejenigen von Äthylen bzw. Athen,
wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, !!ethan, Propj^len, begleitet worden.
Beispielsweise sind diese Verunreinigungen mit volumetrisehen
Konzentrationen von der Grössenordnung von 0,01^' für Wasserstoff,
0,005Ji für Kohlenmonoxid, 0, 5"ό für Kethan und 0, ^j für Propylen vorhanden,
v/ob ei ö.QT Rest des Gemisches durch Äthan und Äthylen gebildet
wird.
Es ist dieses Gemisch D von Kohlenwasserstoffen, dass man
über die Rohrleitung 3 in den Wärmetauscher 4 einführt, v/o es Kälte von einem sich verdunstenden bzw. verdampfenden Kühlmittel
wie Propylen oder Propan erhält. Dieses Genisch von ilohlonwasscrctoffen
D ist bei einem z.B. zwischen ungefähr 17 χ 1Cr Pa und
5 r5
28 :: 1Cr Pa und beispielsweise bei 25 x 1Cr pa liegenden Druck
verfügbar.
In diesem Wärmetauscher wird das Gemisch von Kohlenwasserstoffen
D teilweise kondensiert, so dass die kondensierte flüssige Phase 25-75% des Gesamtgewichtes des Gemisches"D und z.B.
gewichtsmässir; 4θ;ί darstellt. Die aus dem Kondensor 4 austretende
I-Iischphase wird über die Rohrleitung 3 a in einer
Trenner 5 eingespeist.
Die getrennten flüssigen und gasförmigen Phasen werden jeweils über die Rohrleitungen 7,6 in die erste sogenannte IJiederdruckfraktionierungssäule
1 eingeführt, deren wirksamer Arbeitsdruck am
beträgt.
beträgt.
5 druck am Boden bzw. unteren Ende der Säule z.B. 17 χ 1Cr Pa
Diese erste Fraktionierungssäule 1 ermöglicht die Erzeugung von hochreinem Äthylen Ey und, am Boden bzw. unteren
Ende, von Äthan Ea mit der geforderten Spezifizierung.
Die ara Kopf dieser Säule 1 entnommenen Kohlenwasser stoffgase
werden in diese Säule 1 zurückgeführt durch Umwältzung durch einen Kreislauf der eine Rohrleitung 8, einen (später
beschriebenen) Viärmetauacher 9, einen anderen Wärmetauscher 10
in welchem das Kühlmittel ein äusseres strömungsfähiges Medium wie Propylen, Salmiakgeist oder dergleichen ist, einen Phasentrenner
bzw. Auffangkolben 11 und eine Rohrleitung 12 mit einer Umwältzpumpe 13 umfasst. Die aus Dämpfen von leichten Kohlenwasserstoffen
und von Äthylen bestehende, im Trennkolben bzw« Gefäss 11 enthaltende gasförmige Phase wird über die Leitung
abgeführt und kann in vorteilhafterweise durch bekannte Verfahren nachbehandelt werden. In Wirklichkeit ermöglicht der
oberhalb der Rohrleitung 15 zum Abziehen von hochreinem
Ethylen gelegener Kopfobschnitt der Säule 1 die Konzentrierung
der leichten Kohlenwasserstoffe und deren Abführung aus den
Trennkolben br,w. Geffiss 11.
Den hochreine Äthylen Ey v/ird über die Rohrleitung 15 abgezogen
und über die Pumpe 16 durch einen Wärmetauscher 17 einem Äthylentrennkolboii 18 zugeführt.
In dem Wärmetauscher 17 wird in vorteilhafterweise die Kälte
des in der ersten Fraktionierungssäule 1 erzeugten Äthylens dem
am Boden bzw. unteren Ende der Fraktionierungssäulen 1 und 2 erzeugten
Äthans Ea übertragen.
Das am 3oden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule
erzeugte Äthan wird über die Rohrleitung 19 und durch den Wärmetauscher 17 hindurch abgezogen. Die Fraktionierungssäule 1
umfasst ferner eine Ab- bzw. Aufkocheinrichtung bestehend aus einer Rohrleitung 20 über welche ein Teil der flüssigen Erzeugnisse
am Boden bzw. unteren Ende dieser ersten Säule abgezapft und einem den Aufkocher der ersten Fraktionierungssäule bildenden
Wärmetauscher 21 zugeführt werden kann, wonach die Kohlenwasserstoffe zur Säule 1 über die Rohrleitung 22 durch Umwältzung zurückgeführt
werden.
Nach der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ermöglicht eine Rohrleitung 23 einem bestimmten Zwischenbereich
der Säule 1, ein flüssiges Gemisch von Kohlenwasserstoffen
L seitwärts abzuziehen und es über eine Pumpe 24 durch einen Wärmetauscher 25 hindurch als Speiseflüssigkeit zur Versorgung
der zweiten sogenannten liochdruckfralctionierung ssäule 2 über die Rohrleitung 26 zu führen.
Hierbei ist darauf zu achten, dass es erforderlich ist, die Speisung der zweiten Fraktionierungssäule 2 durch die erste sogenannte
Niederdrucksäule 1 zu leiten, um diese Säule mit einem Gemisch von Kohlenwasserstoffen L zu versorgen, welches keine
leichten Verunreinigungen wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder
Methan, welche wie vorangehend beschrieben über die Rohrleitung 14 entfernt werden, mehr enthalte
Ein wichtiges Kennzeichnendes Merkmal der Erfindung besteht in der Tatsache, dass der Kreislauf zum Erwärmen des Aufkochers
21 der der ersten Fraktxonierungssäule 1 zugeordneten Abkocheinrichtung
durch eine mit dem Kopf der zweiten Fraktionierungssäule
2 verbundene Rohrleitung 27 gebildet ist, um das aus die erforderliche hohe Reinheit aufweisenden Äthylen Ey bestehende Kopfer
zeugnis dieser Säule 2 dem Aufkocher 21 zuzuführen, um dort
vorzugsweise völlig kondensiert zu werden.
Beispielsweise haben die aus dem Kopf bzw. oberen Ende der
Säule austretenden Gase Ey eine Temperatur von ungefähr - 6°C und geben der sich bei einer Temperatur von ungefähr -'100C
befindenden Flüssigkeit des Aufkochkreislaufes 20 Wärme ab.
Demzufolge werden die vom Kopf bzw. oberen Ende der Säule 2. abgezogenen Gase vollständig bei einer Temperatur von ungefähr
- 6° C kondensiert bevor er sie in den Äthylenauffangkolben
18 eingeführt werden.
Die Arbeitsweise und Speisung der zweiten sogenannten Hochdruckfraktionierungssäule 2 werden so gewählt, dass das
am Kopf bzw. oberen Ende dieser Säule erhaltene Erzeugnis hochreines Äthylen ist, mit denselben Spezifizierungen wie das über
die Rohrleitung 15 der ersten Säule abgezogene hochreine Äthylen und demselben Trennkolben bzw. Gefäss 18 über die Pumpe 16 zugeführt
wird und das ausserdem eine vorzugsweise im wesentlichen vollständige Kondensierung dieser Kopferzeugnisse in dem der
ersten Säule 1 zugeordneten Aufkocher 21 stattfindet.
Ein Teil der in dem Trennkolben 18 enthaltenen flüssigen Phase wird als Rücklauffluss der Fraktionierungssäule 2 durch
eine Pumpe 29 über eine Rohrleitung 28 zugeführt.
Ferner ist dem Trennkolben 18 eine Rohrleitung 30 angeschlossen,
durch welche das in den beiden Fraktionierungssäulen
1 und 2 erzeugte hochreine Äthylen Ey abgesogen wird.
Die zwo it e Ilochdrucksa'ule 2 umfasst eine Abkochvorrichtung
bestehend aus einer Rohrleitung 31 und einem Aufkocher 32 zur
Rückge /innurg der Wärme eines WSrmemittels wie der Kondensierungswärme
einer ge\tfissen Menge eines Kühlmittels. Das am Boden bzw.
unteren Ende der sogenannten Hochdrucksäule 2 erzeugte Äthan Ea wird über die Rohrleitung 33 entnommen. Dieses 3odenerzeugnis
gewinnt in dem Wärmetauscher 25 die Uberschusskälte der Flüssigkeit
L zur Speisung der Hochdrucksäule 2 zurück und wird dann in der Rohrleitung 34 mit dem am Boden bzw. unteren Ende der
Iliederdrucksäule erzeugten Äthan va* mischt und über die Rohrleitung
19 abgezogen. Dieses Gemisch durchströmt den Wärmetauscher 17 v/o es die in dem durch die Säule 1 erzeugten hochreinem Äthylen
verfügbare Ubercchusskälte zurück gewinnt, wobei das Äthylen teilweise
in diesem Wärmetauscher 17 verdampft bzw. verdunstet wird. Die gesamte Äthanerzeugung ist dann in der Rohrleitung 35 verfügbar
und kann als Teillast durch Umwältzung zu der Äthyleneinheit
zurückgeführt v/erden.
Diese in den Wärmetauschern 25 und 17 erzielte Kälterückgewinnung ermöglicht eine Unterkühlung der Bodenerzeugnisse Ea
der Säulen 1,2, insbesondere wenn die Temperatur des Äthans bis auf Temperaturen von z.B. - 30° C herabgesetzt wird«
Diese Rückgewinnung ermöglicht eine beträchtliche bzw. bedeutende Verminderung des Energieverbrauches indem Äthylensuperfraktionierungsabschnitt,
insbesondere durch Wiedergabe bzw. Rückerstattung dieser Kälte in dem Kondensor 9 an die Kopfgase der ersten
Säule 1.
C-emäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind also
ein Verfahren und eine Anlage zum Fraktionieren von Ähylen geschaffen
worden, welche die Rückgewinnung der in einer Fraktioniorungcc-äule
verfügbaren Katte ermöglichen, um diese durch Rückfluss
in eine £ndere FrsktionierungssHule zu übertragen, durch
eine» sinnvolle und geeignete Wahl der Arbeit sdrücke in den
beiden Spulen und des Strömungsdurchsatzes zur Speisung der
Hochdrucksäule, die mit einer Flüssigkeit, welche frei von leichten Verunreinigungen ist, versorgt wird.
Es ist demzufolge möglich, die Kopferzeugnisse der Hochdrucksäule
vollständig zu kondensieren ohne dafür die üb ermiss
igen Arbeitsdrücke zu erreichen und dementsprechend die erforderliche Wärme den Aufrollvorrichtung en der ersten Hiederdrucksä'ule
zuzuführen. Die Gesamtheit dieser Ko.ssnahraen ergibt
einen sehr geringen Kühlbedarf bzw. Kälteverbrauch im Bereich dec Kondensors 10 und dementsprechend eine Leistungsverminderung
der äusseren Kühleinrichtung. Es ist ausserdem nicht erforderlich,
einen die durch die äussere Kühleinrichtung erzeugte Kälte verbrauchenden
Kondensor für die Kopffraktion der zweiten Säule
vorzusehen.
Beispielsweise zeigt die Tabelle 1 einen Vergleich zwischen den verschiedenen Energien, die durch die Bestandteile eines
herkömmlichen Superfraktionierungsabschnitts mit einer einzigen
Säule und eines erfindungsgemässen Superfraktionierungsabschnitts
verbraucht werden. ■
In diesem Beispiel hat das Kondensat D einen Äthylengewi cht sgehalt von 60JO und wird mit einem Strömungsdurchsatz von
2,246 kmoH/h .gespeist. Der SpeiseflüssigkeitsduEchsatz der
zweiten Säule beträgt 1.023 kmol/h (45,54$ von D) mit einem
Äthylengewichtsgehalt von 38,25$, wobei der entnommene Äthylendurchsatz
1.326 kmol/h beträgt.
Die Arbeitstemperaturen und drücke der Säulen sind gleich denjenigen, die vorher angegeben worden sind.
- trr-
Energievergleichcvcrte zur Erzeugung von einer Tonne Äthylen
nit der erforderlichen Reinheit
jerfindungs j
{richtung (Fig. 1)
Herkömmliche Einrichtung mit einer einzigen Säule
V.Ti.(rnclr,st des Kondensors
10
0,87 GJ
1,72 GJ
Gleichwertige Kühlleistung des Kondensors 10
150 kWh
290 kWh
Kühlleistung der gesamten Einrichtung (Pumpenleistung inbegriffen)
155 kWh
200 kWh
Saugvolumen des Verdichters der K hleinrichtung
1.360
2.040
-f
Die Angaben dieser Tabelle zeigen in auffallender V/eise die gleichwertige Kühlleistungsverringerung des Kondensors 10 und
der Gesamtheit des Superfraktionierungsabschnitts in Bezug auf die Kühlleistung einer herkömmlichen Anlage. Ausserdem, da das
Saugvolumen des Verdichters der Kühleinrichtung kleiner ist, kann man leichter Standardmaterial für die Ausrüstung von erfindungsgemäss
gebauten hochleistungsfähigen Einheiten finden.
Mach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemSssen Verfahrens
welches in der auf Figur 2 dargestellten Anlage verwendet wird, wird des behandelte Kondensat D von Kohlenwasserstoffen
mit zwei Kohlenstoffatomen (C2) z.B. durch Kracken
von Naphta und/oder Gasöl erhalten und weist eine in Bezug
auf Äthylen geringe Menge von Äthan auf.
Der Gewichtsgehalt an Äthylen in diesem Kondensat ist vorteilhafterweise
von ungefähr 82 %. Dieses Kondensat kann auch leichte und/oder schwere Verunreinigungen mit jeweils niedrigeren
oder höheren Siedepunkten als diejenigen von Äthylen oder von Methan, wie z.B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid Methan, Propylen enthalten.
Es ist dieses Gemisch D von Kohlenwasserstoffen, dass man in
die erste Fraktionierungsäule 1 der Rthylenerzeugungseinheit gemäss
Figur 2 einführt, nach einer teilweisen Kondensierung dieses Gemisches in einer Anlage, die hauptsächlich einen Kondensor 4 und
einen Phasentrenner 5, welche dieselben sind wie die der Anlage nach Figur 1>umfasst.
Die auf Figur 2 dargestellte Anlage unterscheidet sich von der auf Figur 1 veranschaulichten Anlage lediglich durch die Lage der
Stelle 23a an welcher das Gemisch L von Kohlenwasserstoffen, welches
nur noch leichtere Verunreinigungen wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Methan enthält, abgezapft wird,und durch die Wiederaufkochvorrichtung
der ersten Säule 1.
Tatsächlich, da die dem Äthylen in dem Kondensat D von Kohlenwasserstoffen
zugeordnete Athanmenge genügend klein ist, wird der gesamte Wiederaufkochfluss der Fraktionierungssäule 1 wieder
umgewälzt, wobei im allgemeinen kein fliessfähiges Medium über
die Rohrleitung 19a im Normalbetrieb der Anlage abgezogen wird und die Abzapfstelle 23a des in die Säule 2 eingespeisten Gemisches
L von Kohlenwasserstoffen in Höhe der ersten Bodenplatte
der Fraktionierungssäule 1 liegt. Demzufolge ergibt sich am Boden bzw. unteren Ende der Säule 1 ein Gemisch von Äthylen und Athan,
was eine niedrigere Temperatur am Boden bzw. unteren Ende der Säule 1, also eine ebenfalls niedrigere Temperatur am Kopf bzw,
oberen Ende der Säule 2 sowie einen entsprechenden Druck in dieser Säule zur Folge hat.
Z.B. die Gase Ey aus dem Kopf bzw. oberen Ende der Säule 2
haben eine Temperatur von ungefähr - 23° C und geben Wärme an die Flüssigkeit des Wiederaufkochkreislaufes 20, die eine Temperatur
von ungefähr - 26° C hat, ab. Dementsprechend werden die Gase am Kopf bzw. oberen Ende der Säule 2 bei einer Temperatur von
ungefähr - 23° C völlig kondensiert,bevor sie in den Äthylenauffanykolben
oder in ein entsprechendes Vorlagegefäss 18 eingeführt
werden, wobei der wirksame Betriebsdruck am Boden bzw. unteren Ende der ersten Säule 1 z.B. ungefähr 17 χ 10^ Pa beträgt.
Wie in der Anlage nach Figur 1 werden die Arbeitsweise bzw.
Betriebsart und die Abmessungen der zweiten sogenannten Hochdruckfraktionierungssäule
2 so gewählt, dass das am Kopf bzw. oberen Ende dieser Säule erhaltene Erzeugnis hochreines Äthylen
mit denselben Spezifizierungen wie das an der Rohrleitung 15 der
ersten Säule 1 abgezogene hochreine Rthylen ist, welches demselben
Trennkolben 18 durch die Pumpe 16 zugeführt wird,und ausserdem um eine vorzugsweise im wesentlichen volle Kondensierung
dieser Kopferzeugnisse in der der ersten Säule 1 zugeordneten
Wiederaufkochvorrichtung 21 zu erzielen.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens und der Anlage
gemäss der Erfindung ist es also möglich, die Gesamtheit des
Äthans am Boden bzw. unteren Ende der zweiten Fraktionierungssäule
zu erzeugen und die Betriebstemperatur sowie den Betriebsdruck in dieser zweiten Fraktionierungssäule 2 herabzusetzen,
wodurch eine leichtere Trennung von Äthylen und Athan,also eine Verminderung der durch diese Säule 2 bedingte^iKapitalanlage
ermöglicht wird.
Es kann jedoch erforderlich sein, einen Teil des Erzeugnisses am Boden, bzw.unteren Ende der Fraktionierungssäule 1 über die
Rohrleitung 19a insbesondere während der Inbetriebsetzung der
Anlage und abwechselnd bzw. absatzweise während des Normalbetriebes der Anlage abzuziehen, um die Konzentration an einem Erzeugnis
mit einem höheren Siedepunkt als diejenigen von Äthylen und Äthan am Boden bzw. unteren Ende der ersten Säule zu verringern.
Die nachstehende Tabelle II zeigt eine bet rächt li
bedeutende in der auf Figur 2 veranschaulichten Äthylener/cugungs
einheit erzielte Energieverbrauchsverminderung im Vergleich mit einer herkömmlichen, eine einzige Säule auf u/eisenden Athylenerzeugungseinheit.
In diesem Beispiel hat das Kondensat D einen flthylengewichts
gehalt von 82 %, und der Strömungsdurchsatz für die Zufuhr von dem Kondensat D beträgt 2 622 kmol/h. Der Strömungsdurchsatz
für die Speisung der zweiten Säule mit der Flüssigkeit L beträgt 1 309 kmol/h (50 % von D) mit einem Athylengewichtsgehalt von
64,8 % und der Strömungsdurchsatz des aufgefangenen Äthylens beträgt 2 159 kmol/h. Die Betriebstemperaturen und-drücke dieser
Säulen sind gleich denjenigen, die vorstehend angegeben «/orden
sind.
I I
Energievergleichungswerte zur Erzeugung von einer Tonne von Äthylen mit der gewünschten Reinheit
| erfindungsgemässe. Einrichtung nach Figur 2 |
herkömmliche Ein richtung mit einer einzigen Säule |
|
| Wärmelast des Kondensors 10 |
0,84 GJ | 1,52 GJ |
| Gleichwertige Kälte erzeugungsleistung des Kondensors 10 |
145 kWh | 255 kWh |
-YI-
TABELLE II (Fortsetzung)
| erfindungsgemässe Einrichtung nach Figur 2 |
herkömmliche Ein richtung mit einer einzigen Säule |
|
| Kälteerzeugungsleis tung der Gesamtan lage (Pumpen mit einbegriffen) |
123 kWh | 170 kWh |
| Ansaugvolumen des Verdichters der Kühlanlage |
870 m3 | 1 460 m3 |
Ausserdem, da die dem Äthylen in dem an Kohlenvi/asserstoffen
mit zwei K>hlenstoffatomen (C^tangereicherten Kondensat D von Kohlenvi/asserstof
fen zugeordnete Athanmenge verhältnismässig klein ist, sind der Energieverbrauch und die Abmessungen der zweiten
Fraktionierungssäule 2 bei der Anlage nach Figur 2 kleiner als diejenigen der auf Figur 1 dargestellten Anlage.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht also,eine beträchtliche
bzw. bedeutende Verminderung des Energieverbrauchs einer Athylensuperfraktionierungseinheit zu erzielenyund weist
auch die folgenden Vorteile auf :
- Die Verunreinigungen mit niedrigeren Sidepunkten als
de sjenigai von Äthylen, wie Kohlenmonoxid^ Methan und
Wasserstoff, werden vollständig aus der ersten Säule entfernt, wobei die Betriebskosten der zweiten
Fraktionierungssaule wesentlich herabgesetzt werden ;
- Es ist auch sehr leicht, die vorhandene Einheit abzuändern bzw. deren Abschurrung durchzuführen, um eine
erfindungsgemässe Einheit zu erhalten. Es genügt
tatsächlich, die erste Säule ohne Abänderungen wieder-
zuverwenden und eine zweite der zu/eiten Fraktionierungssaule
2 entsprechende Säule einzubauen. Die Kühlleistung einer derart abgeänderten Anlage wird
praktisch nicht gesteigert während die Athylenerzeugung um ungefähr 25 % vergrössert wird ;
- Bei niedriger Leistungsfähigkeit, z.B. während des
Inbetriebsetzungvorganges gewährleistet die erste Säule 1 allein die Erzeugung von hochreinem Äthylen.
Die zweite Säule wird bei steigender Athylenerzeugung bis zur Erreichung der Nennleistungsfähigkeit der Anlage
gespeist.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass je nach dem Strömungsdurchsatz des Kondensats D und seinem Athylengehalts scH/ie
der wirksamen Betriebsdrücke und Temperaturen der Fraktionierungssäulen 1, 2, es möglich ist, wenigstens einen der Wärmetauscher
25, 17, 9 wegzulassen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Claims (1)
- , «ff-PATENTANSPRÜCHE/IJ Verfahren zur Herstellung von gereinigtem Äthylen, bei welchem ein an Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen (C ) angereichertes Kondensat von Kohlenwasserstoffen gekühlt wird, um davon wenigstens einen Teil zu kondensieren, diese Kohlenwasserstoffe einem Phasentrenner zugeführt werden und diese getrennten Phasen in eine Athylenrückgewinnungseinheit eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese getrennten Phasen einer ersten sogenannten Niederdruckfraktionierungssäule zugeführt werden, eine zweite sogenannte Hochdruckfraktionierungssäule mit wenigstens einem Teil (L) einer zwischen der Kopffraktion und der Bodenfraktion der ersten Fraktionierungssäule liegenden flüssigen Fraktion zu speisen und die Kopffraktion der zweiten Fraktionierungssäule durch Wärmeaustausch mit wenigstens einem Teil des in der dieser ersten Säule zugeordneten Wiederauf kochvorrichtung umlaufenden strömungsfähigen Mediums der ersten Säule wenigstens teilweise zu kondensieren.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leichten Erzeugnisse bzw. Verunreinigungen mit niedrigeren Siedepunkten, als denjenigen von Rthylen aus den Kopfgasen der ersten Fraktionierungssäule entfernt, bzw. ausgeschieden werden.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustausch zwischen den Bodenerzeugnissen (Ea) der ersten Fraktionierungssäule und/oder der zweiten Fraktionierungssäule und den Kopferzeugnissen (Ey) der ersten Fraktionierungssäule und/oder der der Speisung der zweiten Fraktionierüngssäule dienenden flüssigen Fraktion (L).4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeich η e t durch einen Wärmeaustausch zwischen den Bodenerzeugnissen (Ea) wenigstens einer der ersten und zweiten Fraktionierungssäulen und den Kopfgasen der ersten Fraktionierungssäule.5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Betriebsdruck und die Betriebstemperatur am Boden bzvi/. unteren Ende der ersten Fraktionierungssaule jeweils zwischen ungefähr 15 χ 10 - ■Pa und 25 x 10 Pa und zwischen ungefähr -150C und + 30C liegen,und dass der wirksame Betriebsdruck und die Betriebstemperatur am Kopf bzw. oberen Ende der zweiten Fraktionierungssaule jeweils zwischen ungefähr28 χ 10 Pa unc| 45 χ ig pa uncj zwischen ungefähr - 13° C und +50C liegen.6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,d a d u r c h g e k e η η ζ e i c hn e t, dass der Strömungsdurchsatz der in die zweite Fraktionierungssaule eingespeisten flüssigen Fraktion (L) von Kohlenwasserstoffen ungefähr 25 % bis 75 * des Strömungsdurchsatzes des die erste Fraktionierungssaule versorgenden Kondensats (D) von Kohlenwasserstoffen beträgt, wobei die Athylengewichtskonzentration dieser flüssigen Fraktion (L) zwischen ungefähr 85 und 35 % liegt.7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsdurchsatz der in die zweite Fraktionierungssaule eingespeisten flüssigen Fraktion (L) von Kohlenwasserstoffen ungefähr 40 bis 50 % beträgt und die Athylengewichtskonzentration dieser flüssigen Fraktion zwischen ungefähr 35 und 45 % liegt.8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem ein an Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen angereichertes, durch Kracken 'von Naphta und/oder Gasöl erzieltes Kondensat von Kohlenwasserstoffen behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die der zweiten Fraktionierungssaule (2) zugeführte flüssige Zwischenfraktion (L) in Höhe der ersten Bodenplatte der ersten Fraktionierungssaule (I) abgezogen wird.,9. Verfahren nach Anspruch B, dadurch gekennzei c 'hn e t, dass der Strömungsdurchsatz der in die zweite Fraktionierungssäule eingeführten flüssigen Fraktion (L) van Kohlenwasserstoffen ungefähr 25 % bis 75 % des Strömungsdurchsatzes des in die erste Fraktionierungssäule eingeführten Kondensats (D) von Kohlenwasserstoffen und vorteilhafterweise 40 bis 50 % beträgt, und dass die flthylengewichtskonzentration dieser flüssigen Fraktion (L) zwischen ungefähr 85 und 30 % und vorteilhafterweise zwischen 70 und 35 % liegt..0. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Bretriebsdruck und die Betriebstemperatur am Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule jeweils zwischen ungefähr 15 χ 10 Pa und 25 χ10 Pa und zwischen ungefähr - 30° C und + 3° C liegen und dass der wirksame Betriebsdruck und die Betriebstemperatur am Kopf bzw. oberen Ende der zweiten Fraktionierungssäule jeweils zwischen ungefähr 20 "χ 10 · Pa; und; 45 χ 10 Pa und zwischen ungefähr - 28° C und +50C liegen.Ll. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Bodenfraktion der ersten Fraktionierungssäule (1) nur während der Inbetriebsetzung der Anlage und abwechselnd bzw. absatzweise während dem Normalbetrieb der Anlage abgezogen wird, um die Konzentration an Erzeugnissen mit höheren Siedepunkten als diejenigen von Äthylen und flthan am Boden bzw. unteren Ende der ersten Frationierungssäule (1) herabzusetzen.12. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem.der Ansprüche 1 bis 7, welche wenigstens einen mit einer Athylenfraktionierungseinheit verbundenen Trenner umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass diese Fraktionierungseinheit eine erste sogenannte Niederdruckfraktionierungssäule (1) mit einer aus einem Wärmemittelkreislauf (27) und einem Rücklaufmittelkreislauf (20, 22) dieser Fraktionierungssäule (1) bestehenden zugeordneten Wiederaufkochvorrichtung und eine zweite sogenannte Hochdruckfraktionierungssäule (2) umfasst, wobei der Kopf bzw. das obere Ende der zweiten Fraktionierungssäule mit demet - _Crwärmungskreislauf (27) der der ersten Fraktionierungssäule zugeordneten Wiederaufkochvorrichtung verbunden ist und die Speiseleitung (26) dieser zweiten Säule (2) mit einer Abzapfleitung (23) der ersten Fraktionierungssäule (1) verbunden ist, und wobei diese Abzapf leitung in einem Zwischenbereich der ersten Fraktionierungssäule (1) liegt.13. Anlage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen ersten Wärmetauscher (25),dessen einer Kreislauf mit der Speiseleitung (26) der zweiten Fraktionierungssäule (2) und dessen andererKreislauf entweder mit dem Boden bzw. unteren Ende dieser zweiten Fraktionierungssäule oder mit dem Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule verbunden ist.14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch einen zweiten Wärmetauscher dessen einer Kreislauf mit dem Kopf bzw. oberen Ende der ersten Fraktionierungssäule (1) und dessen andererKreislauf mit dem Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule (1) und/oder mit dem Boden der zweiten Fraktionierungssäule (2) verbunden ist.15. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch einen dritten Wärmetauscher (9) dessen einerKreislauf mit der Abzapfleitung der Kopfgase der ersten Fraktionierungssäule (1) und dessen andererKreislauf mit dem Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule (1) und/oder mit dem Boden bzw. unteren Ende der zweiten Fraktionierungssäule (2) und vorzugsweise stromabwärts der ersten und zweiten Wärmetauscher (17, 25) soweit diese vorhanden sind, verbunden ist.16. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15, d a durch gekennzeichnet, dass der wirksame Betriebsdruck und die Betriebstemperatur am Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule (l) jeweils zwischen ungefähr 15 x IGPa und 25 x JO Pa und zwischen ungefähr - 15° C und +30C liegen und dass der wirksame Betriebsdruck und die Betriebstemperatur des Kopfes bzw. oberen Endesder Fraktionierungssäule (2) jeweils zwischen ungefähr 28 x 10 Pa und 45 x 10 Pa und zwischen ungefähr - 13° C und + 5° C liegen, währendder Strömungsdurchsatz der die zweite Fraktionierungssäule (2) speisenden flüssigen Fraktion ungefähr 25?ό bis 75% und vorzugsweise ungefähr 40 bis 50 % des Strömungsdurchsatzes des die erste Fraktionierungssäule (1) versorgenden flüssigen Kondensats t (D) beträgt, wobei die Rthylengewichstkonzentration dieset flüssigen Fraktion zwischen ungefähr 85 und 35 % und vorzugsweise zwischen ungefähr 35 und 45 % liegt.17. Anlage nach weingstens einem der Ansprüche 12 bis 15, zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzapfleitung (23a) in Höhe der ersten Bodenplatte der ersten Fraktionierungssäule (1) liegt.18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Betriebsdruck und die Betriebstemperatur am Boden bzw. unteren Ende der ersten Fraktionierungssäule (1) jeweils zwischen ungefähr 15 X 10 Pa und 25 χ 10 Pa und zwischen ungefähr - 30° C und +30C lieqen und dass der wirksame Betriebsdruck und die Betriebstemperatur am Kopf bzw. oberen Ende der zweiten Fraktionierungssäule (2) jeweils zwischen ungefähr 20 χ 10 Pa und 45 χ 10 Pa und zwischen ungefähr - 28°C und +50C liegen, während der Strömungsdurchsatz der die zweite Fraktionierungssäule (2) speisenden flüssigen Fraktion (L) ungefähr 25 % bis 75 % und vorzugsweise ungefähr 40 bis 50 % des Strömungsdurchsatzes des die erste Fraktionierungssäule (1) speisenden Kondensats (D) beträgt, wobei die Äthylengewichtskonzentration dieser flüssigen Fraktion (L) zwischen ungefähr 85 % und 30 % und vorzugsweise zwischen ungefähr 70 % und 35 ?ό liegt.
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