DE60225152T2 - Verfahren und installation zur fraktionierung eines durch pyrolyse von kohlenwasserstoffen gewonnen gases - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen und in einem ersten Aspekt die Verfahren zum Fraktionieren eines Gases aus Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, und in einem zweiten Aspekt die industriellen Anlagen und die Ausrüstungen, welche eine Durchführung dieser Verfahren ermöglichen.
  • Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fraktionieren eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases, welches Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffe von C1 bis C4 einschließlich Ethylen, Ethan und Methan, möglicherweise Wasser und CO2, aufweist, in zumindest einen ersten Strom, der mit Wasserstoff und mit Methan angereichert ist, möglicherweise in zumindest einen zweiten Strom, der im Wesentlichen aus Wasser besteht, und in zumindest einen dritten Strom, welcher den größten Teil der anderen Kohlenwasserstoffe von C2 und höher, insbesondere Ethylen und Ethan, aufweist, in der Ausführung, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anlage zur Fraktionierung eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases welches Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffe von C1 bis C4 einschließlich Ethylen, Ethan und Methan, möglicherweise Wasser und CO2, aufweist, in zumindest einen ersten Strom, der mit Wasserstoff und mit Methan angereichert ist, möglicherweise in zumindest einen zweiten Strom, der im Wesentlichen aus Wasser besteht, und in zumindest einen dritten Strom, welcher den größten Teil der anderen Kohlenwasserstoffe von C2 und höher, insbesondere Ethylen und Ethan, aufweist, in der im Oberbegriff des Anspruchs 5 beschriebenen Ausführung.
  • US-A-4 121 917 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage der oben genannten Ausführung. Es handelt sich um ein Verfahren zum Fraktionieren eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases, bei welchem die beim Betrieb von progressivem Kühlen und teilweise Verflüssigen des Gases gesammelten Flüssigkeiten in eine Vielzahl von Kolon nen geleitet werden, von denen jede Kolonne zur Erfüllung einer genauen Funktion (Entmethaner, Vorfraktionierung bzw. Vorabscheidung, Trennung bzw. Separieren, Entethaner) vorgesehen ist. Dieses bekannte Verfahren wirft Probleme hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Energie und Flexibilität auf.
  • Das Verfahren verwendet und die Anlage umfasst einen Tiefsttemperatur-Wärmetauscher mit einer Wärmeleistung von mehreren zig MW für die im Allgemeinen betrachteten Fraktionierkapazitäten von Gas. Die Versorgung dieses Wärmetauschers mit Kühlfluid, zum Beispiel Ethylen, erfordert komplexe und kostenaufwändige Sekundär- und Tertiärkreisläufe. Für eine Anlage zur Fraktionierung von Gas mit einer Kapazität von 250 t/h werden die Gesamtkosten der Sekundär- und Tertiärleitungsschleifen auf ungefähr 8 Millionen Euro pro Jahr eingeschätzt.
  • Ebenfalls ist bekannt, dass das Erdgas in bestimmten Fällen in flüssiger Form transportiert und bei seiner Ankunft in den Terminals in dieser Form gelagert bzw. gespeichert wird. Vor einem Einspeisen in ein Transport- und Verteilernetz ist ein Vorgang zur Rückvergasung des flüssigen Erdgases (GNL = Gas Nature) Liquide) notwendig. Dies wird insbesondere in Wärmetauschern durchgeführt, welche durch Umlauf von Flusswasser gekühlt werden, wie in dem Dokument „How Gaz de France optimizes LNG regasification", May 5, 1986 Oil and Gaz Journal, pp 149–154, beschrieben ist. Das GNL beinhaltet ein bedeutendes Kälte erzeugendes Potential, das darin besteht, dass seine Temperatur sehr tief, im Bereich von minus 100°C, liegt, was in dem Fall der Rückvergasungsvorgänge der oben zitierten Ausführung in Europa und in Amerika seit 50 Jahren jemals weder verwendet noch verwertet worden ist. In bestimmten Fällen, wenn die Temperatur des Kühlwassers sehr niedrig ist, wird das GNL durch Verbrennung eines Teils von Gas rückvergast, was selbstverständlich zu einem übermäßigen Verbrauch an Energie führt, und was nicht im Sinne der aktuellen Forderungen nach Verringerung der Produktion von Treibhausgas ist.
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die oben beschriebene Situation zu beheben, indem die während des Vorgangs der Rückvergasung des GNL produzierten Kilokalorien verwendet werden, um den Tiefsttemperatur-Wärmetauscher zu kühlen, was es gestattet, den Sekundärkreislauf der Anlage zur Fraktionierung von Gas aus einer Pyrolyse sehr stark zu reduzieren und den tertiären Kreislauf wegzulassen. Daraus ergeben sich Einsparungen für den Anwen der dieser Anlage und eine starke Verkleinerung der Mengen an Kühlfluiden, die für die Anlage erforderlich sind, und wobei ein bedeutsamer energetischer Verbrauch auftritt.
  • Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Verfahren nach dem Anspruch 1 zur Aufgabe.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Merkmal oder mehrere aufweisen, welche den Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4 bilden.
  • In einem zweiten Aspekt hat die Erfindung weiterhin eine Anlage nach dem Anspruch 5 zur Aufgabe.
  • Die Anlage gemäß der Erfindung kann das eine Merkmal oder mehrere aufweisen, welche den Gegenstand der Ansprüche 6 bis 8 bilden.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor, welche hiernach zur Orientierung und in keiner Weise einschränkend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung folgt.
  • – Die Figur 1/1 ist ein Prinzipschema einer Anlage zur Fraktionierung von Gas aus Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gemäß der Erfindung.
  • Die Einspeisung von Gas aus der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen wird durch die Linie 1 der 1 dargestellt. Die Eigenschaften dieses Gases sind typischerweise die folgenden: Temperatur 40°C, Druck 1,5 bar absolut, Gesamtmassenstrom ungefähr 257 t/h, wobei die Massenströme in kg/h der Hauptbestandteile dieses Stroms ungefähr wie folgt sind:
    Wasser H2 CO CO2 Methan Ethylen Ethan
    12200 9800 260 40 11700 127100 83700
    Propen 1,3-Butadien n-Butan Genzen
    2700 3100 1400 3500
  • Die Werte von Strömen, Temperaturen und Drücken, die in der Beschreibung unten angegeben sind, sind durch numerische Simulation des Verfahrens in einem typischen Ausführungsmodus erhalten worden.
  • Der Strom 1 wird zuerst einem Vorgang 70 unterzogen, welcher 5 Verdichtungs- und Trocknungsstufen, die fast identisch sind, und eine Stufe zur Beseitigung von CO2 umfasst.
  • Im Verlauf der ersten Stufe erhält der Strom 1 einen leichten Zusatz an Wasser 2, wird dann durch einen Verdichter 3 auf einen Druck von 3 bar absolut komprimiert, was eine damit verbundene Erhöhung der Temperatur auf 93°C mit sich bringt. Dieser Strom wird dann in einem Wärmetauscher 4 mit Wasser auf 45°C gekühlt, wobei die Kondensation eines Teils des Wasserdampfes hervorgerufen wird. Der Strom 1 speist dann einen Separator 5, welcher ein Abtrennen eines Kopfstroms 6, der im Wesentlichen die gasförmige Fraktion des Stroms 1 darstellt, und eines Fußstroms 8 ermöglicht, in welchem sich die Kondensate des Stroms 1 befinden. Der Separator 5 wird ebenfalls durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom 7 gespeist, der aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht, welche quasi uneingeschränkt in dem Strom 8 durchlaufen.
  • Der Strom 6 wird dann einer zweiten Behandlungsstufe unterzogen, welche wie die erste Stufe ein Zugeben von Wasser 9, eine Verdichtung auf 5,3 bar absolut und 91°C durch einen Verdichter 10, eine Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher 11, dann eine Trennung bzw. ein Separieren in einem Separator 12 umfasst. Der Separator 12 wird ebenfalls durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom 14 gespeist, welcher aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom 13 und in einen flüssigen Fußstrom 15 separiert, der nach einer Entspannung den Speisestrom 7 des Separators 5 bildet.
  • Der Strom 13 wird einer dritten Behandlungsstufe unterzogen, welche wie die erste Stufe ein Zugeben von Wasser 16, eine Verdichtung auf 10,1 bar absolut und 91°C durch einen Verdichter 17, eine Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher 18, dann eine Trennung in einem Separator 19 aufweist. Der Separator 19 wird ebenfalls durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom 22 gespeist, welcher aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom 20 und in einen flüssigen Fuß strom 23 getrennt, der nach einer Entspannung den Strom 14 zur Speisung des Separators 12 bildet.
  • Der gasförmige Strom 20 erhält eine Zugabe von Wasser 21 und wird mit einem rückgeführten gasförmigen Strom 65, welcher von dem Kopf einer Destillationskolonne 64 kommt, gemischt. Dieser Strom 65 wird weiter unten beschrieben. Sein Massenstrom beträgt ungefähr 27900 kg/h, sein Druck 10 bar absolut und seine Temperatur 40°C. Diese drei kombinierten Ströme werden wie zuvor einer Verdichtung auf 19,3 bar absolut und 90°C durch einen Verdichter 24, einer Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher 25, dann einer Trennung in einem Separator 26 unterzogen. Der Separator 26 wird gleichzeitig durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom 28 gespeist, welcher aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom 27 und in einen flüssigen Fußstrom 29 getrennt, der nach einer Entspannung den Strom 22 der Speisung des Separators 19 bildet.
  • Der gasförmige Strom 27 wird dann einem Vorgang zur Beseitigung von CO2 durch Waschen mit Soda in der Einrichtung 30 unterzogen, wobei ein Strom 31, welcher zumindest fast das gesamte, anfänglich in dem Strom 27 enthaltene CO2 aufweist, und ein an CO2 verarmter Strom 32 erzeugt wird, der daraufhin einen Separator 33 speist. Der Separator 33 wird gleichzeitig durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom 41 gespeist, welcher aus Kondensaten der letzten Trocknungsstufe besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom 34 und in einen flüssigen Fußstrom 72 getrennt, welcher nach einer Entspannung den Speisestrom 28 des Separators 26 bildet.
  • Der gasförmige Strom 34 erhält eine Wasserzugabe 35 und wird wie zuvor einer Verdichtung auf 34,3 bar absolut und 88°C durch einen Verdichter 36, einer Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher 37, dann einer zweiten Abkühlung auf 15°C durch einen Wärmetauscher 38, der von einem weiter unten erläuterten Butankreislauf gekühlt wird, und schließlich einer Trennung in einem Separator 39 unterzogen. Der Strom 34 wird in einen gasförmigen Kopfstrom 40 und in einen flüssigen Fußstrom 41 getrennt, welcher nach Abkühlung und Entspannung den Separator 33 speist.
  • Der gasförmige Strom 40 wird dann einer letzten Entfeuchtung in einem Trockner 42 unterzogen, welcher es gestattet, die restlichen Wasserspuren zu entfernen, und ergibt den Strom 73.
  • Die Gesamtheit der in den Separatoren 5, 12, 19, 26, 33 und 39 gesammelten Kondensate bildet somit den Strom 8, welcher auch der in dem Oberbegriff der vorliegenden Anmeldung erwähnte zweite Strom ist. Dieser Strom eines Durchflusses von ungefähr 21100 kg/h enthält nur Wasser und einige Spuren von Kohlenwasserstoffen.
  • Die Eigenschaften des Stroms 73 am Ende des Verfahrensschritts Verdichten und Trocknen 70 sind die folgenden: Druck ungefähr 33 bar absolut, Temperatur ungefähr 15°C, Durchfluss ungefähr 272600 kg/h. Er wird dann einem Verfahrensschritt 80 Progressives Kühlen und teilweises Verflüssigen eines Gases unterzogen, welcher fünf fast identische Stufen zum Kühlen in einem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher 62 und zum Separieren Gas/Flüssigkeit umfasst.
  • Der Strom wird ein erstes Mal in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher 62 abgekühlt und zum Teil verflüssigt. In diesem Fall wird jeder Kohlenwasserstoff in zunehmendem Verhältnis mit seinem Molekulargewicht verflüssigt, wobei Methan in sehr schwacher Proportion verflüssigt wird und Wasserstoff fast nicht. Der resultierende Strom 74 durchläuft dann einen Gegenstrom-Wärmetauscher 43, welcher seine Temperatur auf minus 36°C bringt und dazu beiträgt, das Gas vollständiger zu verflüssigen, wobei das Kühlfluid die Flüssigkeit des Fußes 66 der Destillationskolonne 64 ist, die weiter unten beschrieben wird.
  • Der erhaltene abgekühlte Strom 75 speist dann einen Gas/Flüssigkeit-Separator 44, wobei der Strom 40 in einen gasförmigen Strom 45 und einen flüssigen Strom 71 separiert wird. Der flüssige Strom 71 wird einer Entspannung auf 11,5 bar absolut unterzogen, was seine Temperatur auf ungefähr minus 48°C bringt, und speist eine zentrale Stufe bzw. einen zentralen Boden 64a der Destillationskolonne 64. Er ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält eine starke Mehrheit an Kohlenwasserstoffen mit C3 und mehr, die durch den Strom 1 herangeführt wurden.
  • Der gasförmige Strom 45 wird ein zweites Mal in dem Tiefstemperatur-Wärmetauscher 62 gekühlt und teilweise verflüssigt. Die Restmenge von Kohlenwasserstoffen mit C3 und mehr, welche mit dem gasförmigen Strom 45 mitgenommen wurde, wird fast in ihrer Gesamtheit verflüssigt. Ein großes Ausmaß von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom 45 enthalten sind, wird verflüssigt, sowie eine Fraktion aus Methan, die zwischen 10 und 15% beträgt, wobei Wasserstoff dies nicht wird.
  • Der Strom 45 speist dann einen Gas/Flüssigkeit-Separator 46, welcher den Strom 45 in einen gasförmigen Strom 47 und eine flüssigen Strom 48 separiert. Der flüssige Strom 48 wird einer Entspannung auf 11,5 bar absolut unterzogen, was seine Temperatur auf ungefähr minus 71°C bringt, und speist einen zweiten Boden 64b der Destillationskolonne 64, die über der Stufe 64a der Einspeisung durch den Strom 71 angeordnet ist. Er ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält Methan und fast die Gesamtheit an Kohlenwasserstoffen mit C3 und mehr, die in der ersten Kühlstufe nicht verflüssigt wurden.
  • Der gasförmige Strom 47 wird ein drittes Mal in dem Tiefstemperatur-Wärmetauscher 62 gekühlt und bei ungefähr minus 95°C teilweise verflüssigt. Ein großes Ausmaß von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom 47 mitgeführt wurden, wird verflüssigt, sowie eine Fraktion aus Methan, die zwischen 10 und 20% beträgt, wobei Wasserstoff dies nicht wird.
  • Der Strom 47 speist dann einen Gas/Flüssigkeit-Separator 49, wobei der Strom 47 in einen gasförmigen Strom 50 und eine flüssigen Strom 51 separiert bzw. getrennt wird. Der flüssige Strom 51 wird einer Entspannung auf 11,5 bar absolut unterzogen, was seine Temperatur auf ungefähr minus 95°C bringt, und speist nach Mischen mit in zwei nachfolgenden Kühlstufen verflüssigten Strömen eine Kopfboden 64c der Destillationskolonne 64. Dieser Strom 51 ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält Methan.
  • Der gasförmige Strom 50 wird ein viertes Mal in dem Tiefstemperatur-Wärmetauscher 62 gekühlt und teilweise verflüssigt, was seine Temperatur auf ungefähr minus 115°C bringt. Ein großes Ausmaß von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom 47 enthalten sind, wird verflüssigt, sowie eine Fraktion aus Methan kleiner als 15%, wobei Wasserstoff dies nicht wird.
  • Der Strom 50 speist dann einen Gas/Flüssigkeit-Separator 52, wobei der Strom 50 in einen gasförmigen Strom 53 und eine flüssigen Strom 54 getrennt wird. Der flüssige Strom 54 wird einer Entspannung auf 11,5 bar absolut unterzogen, was seine Temperatur auf ungefähr minus 121°C bringt, und vermischt sich mit dem in der letzten Kühlstufe verflüssigten Strom 56. Dieser Strom 54 ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält Methan.
  • Der gasförmige Strom 53 wird ein fünftes Mal in dem Tiefstemperatur-Wärmetauscher 62 gekühlt und teilweise verflüssigt, bei ungefähr minus 135°C. Fast die Gesamtheit von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom 53 mitgenommen wurden, wird verflüssigt, sowie eine Fraktion aus Methan kleiner als 15%, wobei Wasserstoff nicht wird.
  • Der Strom 53 speist dann einen Gas/Flüssigkeit-Separator 55, wobei der Strom 53 in einen gasförmigen Strom 59 und eine flüssigen Strom 56 getrennt wird. Der flüssige Strom 56 wird einer Entspannung auf 11,5 bar absolut unterzogen und vermischt sich mit dem Strom 54, um den Strom 57 zu bilden. Der Strom 56 ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält Methan. Der Strom 57 beim Durchlauf in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher 62 auf minus 98°C wiedererwärmt, vermischt sich mit dem Strom 51 und speist einen Kopfboden 64c der Destillationskolonne 64.
  • Nach dieser fünften Kühlstufe enthält der Strom 59 nur noch Wasserstoff und Methan in beachtlicher Menge, wobei die anderen Kohlenwasserstoffe spurenweise vorhanden sind. Insbesondere sind Ethan und Ethylen zu mehr als 99% verflüssigt worden. Sein Massenstrom liegt bei ungefähr 22000 kg/h, wovon 9900 kg/h Wasserstoff und 11400 kg/h Methan sind. Sein Druck beträgt ungefähr 31,3 bar absolut und seine Temperatur liegt bei ungefähr minus 135°C.
  • Dieser Strom 59 wird in zwei Ströme 60 und 61 aufgeteilt, wobei der Strom 60 nur einige Prozent des gesamten Massenstroms repräsentiert. Der Strom 60 erwärmt sich in dem Wärmetauscher 62 auf eine Temperatur von 40°C, wird danach aufgefangen, wobei dieser Strom ein Teil 76a des ersten Stroms 76 ist, der in der Einleitung erwähnt ist. Der Strom 61 durchläuft gleichzeitig den Wärmetauscher 62, erwärmt sich wieder auf minus 104°C und entspannt sich in einer Turbine 68 auf einen Druck von 7,7 bar und ungefähr minus 150°C. Der ent spannte Strom 78 erwärmt sich dann wieder ein zweites Mal in dem Wärmetauscher 62 auf 0°C und wird auf 10,8 bar absolut und ungefähr 41°C durch einen Verdichter 69 komprimiert, welcher mit der Turbine 68 gekoppelt ist. Er wird dann gesammelt und bildet einen anderen Teil 76b des ersten Stroms 76.
  • Die während des Verfahrensschritts 80 Verflüssigen und Kühlen verflüssigten Gasströme 71, 48 und 58 werden einem Verfahrensschritt 90 Destillieren unterzogen, welcher es ermöglicht, dass im Wesentlichen Methan von Ethylen und Ethan separiert wird.
  • Wie oben erwähnt, werden diese Ströme in die Destillationskolonne 62 auf drei unterschiedlichen Böden bzw. Stufen 64a, 64b und 64c injiziert. Ein Strom 63 mit einem Massendurchfluss von ungefähr 1000 kg/h, der im Wesentlichen Ethylen enthält, wird auf einen Boden 64d injiziert, welcher unter dem Boden 64a angeordnet ist, wo der Strom 71 eingeführt wird. Dieser Strom 63 stammt aus einer Verdichtung von Verdampfungsgasen einer Tiefsttemperatur- und atmosphärischen Lagerung bzw. Speicherung von flüssigem Ethylen, welches durch ein forcierteres Separieren des aus dem Verfahrensschritt 90 resultierenden Flusses erhalten wurde, wobei dieser Verfahrensschritt nicht durch das vorliegende Patent gedeckt ist und folglich nicht beschrieben wird. Diese Kolonne gestattet es, einen Kopfstrom 65 mit einem Massenstrom von ungefähr 27900 kg/h, einer Temperatur von ungefähr minus 71°C unter einem Druck von 11,3 bar absolut und einen Fußstrom 66 mit einem Massenstrom von ungefähr 223700 kg/h, einer Temperatur von ungefähr minus 41°C unter einem Druck von 11,3 bar absolut zu separieren. Der gasförmige Strom 65 enthält fast die Gesamtheit von Methan und Wasserstoff und eine schwache Fraktion von Ethylen und Ethan, welche von den Strömen 71, 48 und 58 stammt, und fast keine Kohlenwasserstoff mit C3 und mehr. Er wird zur vierten Verdichtungsstufe des Verfahrensschritts 70 zurückgeführt. Der flüssige Strom 66 enthält den größten Anteil an Ethylen, Ethan und fast die Gesamtheit von Kohlenwasserstoffen mit C3 und mehr, welche aus den Strömen 71, 48 und 58 stammen, und enthält fast kein Methan und Wasserstoff. Dieser Strom 66 wird durch die Pumpe 67 auf 25 bar komprimiert, in dem Wärmetauscher 62 auf ungefähr minus 11°C abgekühlt und dann gesammelt. Die Massenströme der Hauptbestandteile sind die folgenden.
    Wasser H2 CO CO2 Methan Ethylen Ethan
    0 0 0 0 9 127100 83700
  • Propen 1,3-Butadien n-Butan Genzen
    2700 3100 1400 3500
  • Er bildet den dritten Strom 77, welcher in dem Oberbegriff definiert ist.
  • Die Kühlung des Hauptwärmetauschers 62 wird prinzipiell durch einen Speisestrom 400 aus GNL unter ungefähr relativen 52 bar sichergestellt. Die Einspeisetemperatur des GNL kann typischerweise zwischen minus 89 und minus 160°C variieren, wobei der notwendige Durchfluss zur Bereitstellung der Kühlleistung folglich zwischen 100800 und 176600 kg/h variiert.
  • Der Strom 400 wird dann in einen Strom 401 mittleren Drucks und einen Strom 402 hohen Drucks getrennt, wobei der Strom 401 einer Entspannung auf 30 bar unterzogen wird, welche seine Temperatur absenkt. Der Durchfluss des Stroms 401 hängt von der Einspeisetemperatur des GNL ab, wobei dieser Durchfluss umso größer als seine Temperatur niedrig ist.
  • In einer Ausführungsform, in welcher die Einspeisetemperatur minus 89°C beträgt, liegt der Durchfluss des Stroms 401 bei ungefähr 17700 kg/h, und die Temperatur des GNL nach Entspannung auf 30 bar absolut beträgt minus 99°C. In diesem Fall stammt die notwendige Kälte zur Abkühlung des Stroms 50 auf minus 115°C und des Stroms 53 auf minus 135°C aus dem Strom 61 nach Entspannung in der Turbine 68.
  • In einer Ausführungsform, in welcher die Einspeisetemperatur minus 160°C beträgt, ist der Durchfluss des Stroms 401 gleich Null.
  • Die Ströme 402 und/oder 401 speisen den Tiefsttemperatur-Wärmetauscher 62 und durchlaufen eine vollständige Verdampfung. Die abgegebene Kühlung während dieser Verdampfung dient zur Abkühlung von unterschiedlichen Strömen, welche den Wärmetauscher 62 durchqueren. Die Austrittstemperatur der Ströme 401 und 402 beträgt ungefähr 30°C.
  • Ein beigefügter Umlauf zur Rückgewinnung von Kalte, typischerweise mit Butan, weist zumindest einen Speicherbehälter 701 und eine Umlaufpumpe 702 auf, welche die Kühlung des Wärmetauschers 38 und eventuell anderer Wärmetauscher 703 sicherstellt. Der Tiefsttempe ratur-Wärmetauscher 62 spielt die Rolle des Wärmetauschers, welcher Kälte in diesen Umlauf einbringt.
  • In den oben beschriebenen Verfahrensschritten 70, 80 und 90 verhält sich der CO-Inhalt in dem Strom 1 im Wesentlichen wie Wasserstoff, und die eventuellen Kohlenwasserstoffen mit C2 verhalten sich im Wesentlichen wie Ethylen und Ethan.
  • In einer Ausführungsvariante können die Verdichter 3, 10, 17, 24 und 36 durch einen einzigen mehrstufigen Verdichter ersetzt sein.
  • Es geht eindeutig aus dieser Beschreibung hervor, dass die zu behandelnden wichtigen Massenströme aus Gas und die sehr niedrigen Temperaturen, die zur Verflüssigung von Gasen aus Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen erforderlich sind, eine bedeutende Kühlkapazität fordern. Die klassischen Kühlzirkulationen dieses Zuschnitts sind sehr kostenaufwändig. Die Verwendung der abgegebenen Kalorien bzw. Kältemengen durch das GNL bei seiner Rückvergasung ermöglichen es, diese Zirkulationen fast vollständig abzuschaffen. Sie ermöglicht es, die Kühlleistung des GNL zu verwerten, die sonst verloren ist. Die eingesetzten thermischen Leistungsfähigkeiten im Stand der Technik und gemäß der Erfindung sind annäherungsweise in der unten stehenden Tabelle angegeben:
    Fall Stand der mit GNL gemäß der Erfindung
    Technik Fall 1 Fall 2 Fall 3
    Erforderliche Kühlung
    Leistung des kW 10800 0 0 0
    Sekundärkreislaufs
    Leistung des kW 9900 0 0 0
    Tertiärkreislaufs
    Gesamt kW 20700 0 0 0
    Verwendetes flüssiges Erdgas
    Durchfluss kg/h 0 176600 119600 100800
    verdampftes GNL
    Verdampfungswärme kW 0 27100 25800 24100
    des GNL
    Temperatur des GNL °C minus 89,4 minus 135 minus 158,8
    Druck des GNL bar 52 52 52
    Temperatur 0
    erzeugtes Erdgas °C 30 30 30
    Gas bei 30 bar kg/h 17600 0 0
    Gas bei 50 bar kg/h 159000 119600 100800

Claims (8)

  1. Verfahren zum Fraktionieren eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases (1), welches Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffe von C1 bis C4 einschließlich Ethylen, Ethan und Methan, möglicherweise Wasser und CO2, aufweist, in zumindest einen ersten Strom (76), der mit Wasserstoff und mit Methan angereichert ist, möglicherweise in zumindest einen zweiten Strom (31), der im Wesentlichen aus Wasser besteht, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Verdichten (70) und Trocknen der Gase (1) durch Durchlaufen einer Reihe von Verdichtern (3, 10, 17, 24, 36), welche jeweils mit einer Kühleinrichtung (4, 11, 18, 25, 37) und jeweils mit einem Separator (5, 12, 19, 26, 39) verbunden sind, und wobei sie außerdem eine Stufe zur Beseitigung von CO2 aufweisen, falls das Gas (1) davon zuviel enthält, zum Erhalt eines verdichteten Gases (73); b) Progressives Kühlen (80) und teilweises Verflüssigen eines Gases (73), welches von dem Verfahrensschritt a) Verdichten und Trocknen erhalten wird, durch aufeinanderfolgende Durchläufe in einem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) und Separieren in Separatoren (44, 46, 49, 52, 55) in: (i) Flüssigkeiten (71, 48, 51, 54, 56), welche jeweils mit Kohlenwasserstoffen von C2 und höheren, insbesondere in Ethylen und in Ethan, angereichert, aber arm an Wasserstoff und Methan sind; und in: (ii) Gase (45, 47, 50, 53, 59), welche jeweils an Kohlenwasserstoffen von C2 und höheren, insbesondere an Ethylen und an Ethan, verarmt sind, wobei jeder aufeinanderfolgende Durchlauf in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) die Gase (73, 45, 47, 50, 53) auf eine relativ tiefere Temperatur hinführt und somit die Kohlenwasserstoffe voll und ganz verflüssigt, wobei das aus dem letzten Separator (55) gewonnene Gas (59) den ersten Strom (76) bildet, welcher im Wesentlichen Wasserstoff und Methan und eine sehr geringe Menge von Ethylen und Ethan aufweist, wobei dieses Gas (59) dann aufgefangen bzw. gespeichert wird, wobei der Tiefsttempera tur-Wärmetauscher (62) durch zumindest ein Kühlfluid (400), welches ein Flüssigerdgas (GNL) ist, gekühlt wird; und c) Destillieren (90), dadurch gekennzeichnet, dass: d) das Gas (73), welches dem Verfahrensschritt b) des progressiven Kühlens und teilweisen Verflüssigens unterzogen wird, das aus dem Verfahrensschritt a) des Verdichtens und Trocknens gewonnene Gas ist; e) der Verfahrensschritt c) des Destillierens in einer Kolonne (64), welche auf unterschiedlichen Höhen durch die bei dem Verfahrensschritt b) gespeicherten bzw. aufgefangenen und zum Teil entspannten Flüssigkeiten (71, 48, 51, 54, 56) gespeist wird, durchgeführt wird, wobei es diese Kolonne (64) ermöglicht, in einem oben liegenden, relativ kälteren Abschnitt einen gasförmigen Kopfstrom (65), welcher mit Methan angereichert und an Ethylen und an Ethan verarmt ist, und in einem unten liegenden, relativ weniger kalten Abschnitt einen flüssigen Fußstrom (66), welcher an Methan verarmt und mit Ethylen und mit Ethan angereichert ist, zu separieren, wobei der Kopfstrom (65) im Verfahrensschritt a) in Strömungsrichtung vor dem Verdichter, dessen Eingangsdruck dem Funktionsdruck der Kolonne (64) am nächsten kommt, an diesen zurückgeführt wird, wobei der Fußstrom (66) aufgefangen bzw. gesammelt wird und einen dritten Strom (77) bildet, welcher den größten Teil von Kohlenwasserstoffen von C2 und höher, insbesondere Ethylen und Ethan, aufweist; f) die Temperatur des GNL (400) am Eingang des Tiefsttemperatur-Wärmetauschers (62) von minus 89°C bis minus 160°C variieren kann; und g) das von dem letzten Separator (55) gewonnene Gas (59), der Kopfstrom (65) und der Fußstrom (66) in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) wiedererwärmt werden.
  2. Verfahren zum Fraktionieren eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem letzten Separator (55) gewonnene Gas (59) in einen in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) wiedererwärmten Fluss (60) und in einen in einer Turbine (68) entspannten und abgekühlten, danach in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) wiedererwärmten Fluss (61) aufgeteilt wird.
  3. Verfahren zum Fraktionieren eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) durch zwei GNL-Strömungen, eine Hochdruckströmung (402) mit einem ersten, relativ höheren Druck und eine Mitteldruckströmung (401) mit einem zweiten, relativ geringeren Druck, gespeist wird.
  4. Verfahren zum Fraktionieren eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die GNL-Mitteldruckströmung (401), welche den Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) speist, durch Ableiten eines Abschnitts des Hochdruckstroms (402) und Entspannen desselben zum Absenken seiner Temperatur erzeugt wird, wobei der Durchsatz der Mitteldruckströmung (401) von der Temperatur des GNL-Flusses (400) abhängig ist und umso größer ist wie diese Temperatur hoch ist.
  5. Anlage zur Fraktionierung eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases (1) welches Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffe von C1 bis C4 einschließlich Ethylen, Ethan und Methan, möglicherweise Wasser und CO2, aufweist, in zumindest einen ersten Strom (76), der mit Wasserstoff und mit Methan angereichert ist, möglicherweise in zumindest einen zweiten Strom (31), der im Wesentlichen aus Wasser besteht, wobei die Anlage Folgendes aufweist: a) eine Verdichtungs- und Trocknungseinheit (70) für das Gas (1) durch Durchlauf einer Reihe von Verdichtern (3, 10, 17, 24, 36), welche jeweils mit einer Kühleinrichtung (4, 11, 18, 25, 37) und jeweils mit einem Separator (5, 12, 19, 26, 39) verbunden sind, und wobei sie außerdem eine Stufe zur Beseitigung von CO2 aufweisen, falls das Gas (1) davon zuviel enthält, zum Erhalt eines verdichteten Gases (73); b) eine Einheit (80) zur progressiven Kühlung und teilweisen Verflüssigung eines von der Verdichtungs- und Trocknungseinheit (70) erhaltenen Gases (73) durch aufeinanderfolgende Durchläufe in einem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) und Separierung in Separatoren (44, 46, 49, 52, 55) in: (j) Flüssigkeiten (71, 48, 51, 54, 56), welche jeweils mit Kohlenwasserstoffen von C2 und höheren, insbesondere in Ethylen und in Ethan, angereichert, aber arm an Wasserstoff und Methan sind; und in: (ii) Gase (45, 47, 50, 53, 59), welche jeweils an Kohlenwasserstoffen von C2 und höheren, insbesondere an Ethylen und an Ethan, verarmt sind, wobei jeder aufeinanderfolgende Durchlauf in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) die Gase (73, 45, 47, 50, 53) auf eine relativ tiefere Temperatur hinführt und somit die Kohlenwasserstoffe voll und ganz verflüssigt, wobei das aus dem letzten Separator (55) gewonnene Gas (59) den ersten Strom (76) bildet, welcher im Wesentlichen Wasserstoff und Methan und eine sehr geringe Menge von Ethylen und Ethan aufweist, wobei dieses Gas (59) dann aufgefangen bzw. gespeichert wird, wobei der Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) durch zumindest ein Kühlfluid (400), welches ein Flüssigerdgas (GNL) ist, gekühlt ist; und c) eine Destillationseinheit (90), dadurch gekennzeichnet, dass: d) das Gas (73), welches in die Einheit (80) zur progressiven Kühlung und teilweisen Verflüssigung eingebracht ist, das aus der Verdichtungs- und Trocknungseinheit (70) gewonnene Gas ist; e) die Destillationseinheit (90) im Wesentlichen eine Kolonne (64) aufweist, welche auf unterschiedlichen Höhen durch die in der Einheit (80) zur progressiven Kühlung und teilweisen Verflüssigung gespeicherten bzw. aufgefangenen und zum Teil entspannte Flüssigkeiten (71, 48, 51, 54, 56) gespeist wird, wobei es diese Kolonne (64) ermöglicht, in einem oben liegenden, relativ kälteren Abschnitt einen gasförmigen Kopfstrom (65), welcher mit Methan angereichert und an Ethylen und an Ethan verarmt ist, und in einem unten liegenden, relativ weniger kalten Abschnitt einen flüssigen Fußstrom (66), welcher an Methan verarmt und mit Ethylen und mit Ethan angereichert ist, zu separieren, wobei der Kopfstrom (65) in der Verdichtungs- und Trocknungseinheit (70) in Strömungsrichtung vor dem Verdichter, dessen Eingangsdruck dem Funktionsdruck der Kolonne (64) am nächsten kommt, an diesen zurückgeführt wird, wobei der Fußstrom (66) aufgefangen bzw. gesammelt wird und einen dritten Strom (77) bildet, welcher den größten Teil von Kohlenwasserstoffen von C2 und höher, insbesondere Ethylen und Ethan, aufweist; f) die Temperatur des GNL (400) am Eingang des Tiefsttemperatur-Wärmetauschers (62) von minus 89°C bis minus 160°C variieren kann; und g) das von dem letzten Separator (55) gewonnene Gas (59), der Kopfstrom (65) und der Fußstrom (66) in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) wiedererwärmbar sind.
  6. Anlage zur Fraktionierung eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem letzten Separater (55) gewonnene Gas (59) in einen in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) wiedererwärmten Fluss (60) und in einen in einer Turbine (68) entspannten und abgekühlten, danach in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) wiedererwärmten Fluss (61) aufgeteilt ist.
  7. Anlage zur Fraktionierung eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) durch zwei GNL-Strömungen, eine Hochdruckströmung (402) mit einem ersten, relativ höheren Druck und eine Mitteldruckströmung (401) mit einem zweiten, relativ geringeren Druck, gespeist ist.
  8. Anlage zur Fraktionierung eines durch die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnenen Gases nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die GNL-Mitteldruckströmung (401), welche den Tiefsttemperatur-Wärmetauscher (62) speist, durch Ableitung eines Abschnitts des Hochdruckstroms (402) und Entspannung desselben zur Absenkung seiner Temperatur erzeugt ist, wobei der Durchsatz der Mitteldruckströmung (401) von der Temperatur des GNL-Flusses (400) abhängig ist und umso größer ist wie diese Temperatur hoch ist.
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