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.
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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 Vorgang70 unterzogen, welcher5 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 Wasser2 , wird dann durch einen Verdichter3 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 Wärmetauscher4 mit Wasser auf 45°C gekühlt, wobei die Kondensation eines Teils des Wasserdampfes hervorgerufen wird. Der Strom1 speist dann einen Separator5 , welcher ein Abtrennen eines Kopfstroms6 , der im Wesentlichen die gasförmige Fraktion des Stroms1 darstellt, und eines Fußstroms8 ermöglicht, in welchem sich die Kondensate des Stroms1 befinden. Der Separator5 wird ebenfalls durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom7 gespeist, der aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht, welche quasi uneingeschränkt in dem Strom8 durchlaufen. - Der Strom
6 wird dann einer zweiten Behandlungsstufe unterzogen, welche wie die erste Stufe ein Zugeben von Wasser9 , eine Verdichtung auf 5,3 bar absolut und 91°C durch einen Verdichter10 , eine Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher11 , dann eine Trennung bzw. ein Separieren in einem Separator12 umfasst. Der Separator12 wird ebenfalls durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom14 gespeist, welcher aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom13 und in einen flüssigen Fußstrom15 separiert, der nach einer Entspannung den Speisestrom7 des Separators5 bildet. - Der Strom
13 wird einer dritten Behandlungsstufe unterzogen, welche wie die erste Stufe ein Zugeben von Wasser16 , eine Verdichtung auf 10,1 bar absolut und 91°C durch einen Verdichter17 , eine Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher18 , dann eine Trennung in einem Separator19 aufweist. Der Separator19 wird ebenfalls durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom22 gespeist, welcher aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom20 und in einen flüssigen Fuß strom23 getrennt, der nach einer Entspannung den Strom14 zur Speisung des Separators12 bildet. - Der gasförmige Strom
20 erhält eine Zugabe von Wasser21 und wird mit einem rückgeführten gasförmigen Strom65 , welcher von dem Kopf einer Destillationskolonne64 kommt, gemischt. Dieser Strom65 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 Verdichter24 , einer Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher25 , dann einer Trennung in einem Separator26 unterzogen. Der Separator26 wird gleichzeitig durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom28 gespeist, welcher aus Kondensaten der folgenden Trocknungsstufen besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom27 und in einen flüssigen Fußstrom29 getrennt, der nach einer Entspannung den Strom22 der Speisung des Separators19 bildet. - Der gasförmige Strom
27 wird dann einem Vorgang zur Beseitigung von CO2 durch Waschen mit Soda in der Einrichtung30 unterzogen, wobei ein Strom31 , welcher zumindest fast das gesamte, anfänglich in dem Strom27 enthaltene CO2 aufweist, und ein an CO2 verarmter Strom32 erzeugt wird, der daraufhin einen Separator33 speist. Der Separator33 wird gleichzeitig durch einen im Wesentlichen flüssigen Strom41 gespeist, welcher aus Kondensaten der letzten Trocknungsstufe besteht. Diese Ströme werden in einen gasförmigen Kopfstrom34 und in einen flüssigen Fußstrom72 getrennt, welcher nach einer Entspannung den Speisestrom28 des Separators26 bildet. - Der gasförmige Strom
34 erhält eine Wasserzugabe35 und wird wie zuvor einer Verdichtung auf 34,3 bar absolut und 88°C durch einen Verdichter36 , einer Abkühlung auf 45°C durch einen Wärmetauscher37 , dann einer zweiten Abkühlung auf 15°C durch einen Wärmetauscher38 , der von einem weiter unten erläuterten Butankreislauf gekühlt wird, und schließlich einer Trennung in einem Separator39 unterzogen. Der Strom34 wird in einen gasförmigen Kopfstrom40 und in einen flüssigen Fußstrom41 getrennt, welcher nach Abkühlung und Entspannung den Separator33 speist. - Der gasförmige Strom
40 wird dann einer letzten Entfeuchtung in einem Trockner42 unterzogen, welcher es gestattet, die restlichen Wasserspuren zu entfernen, und ergibt den Strom73 . - Die Gesamtheit der in den Separatoren
5 ,12 ,19 ,26 ,33 und39 gesammelten Kondensate bildet somit den Strom8 , 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 Trocknen70 sind die folgenden: Druck ungefähr 33 bar absolut, Temperatur ungefähr 15°C, Durchfluss ungefähr 272600 kg/h. Er wird dann einem Verfahrensschritt80 Progressives Kühlen und teilweises Verflüssigen eines Gases unterzogen, welcher fünf fast identische Stufen zum Kühlen in einem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher62 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 Strom74 durchläuft dann einen Gegenstrom-Wärmetauscher43 , welcher seine Temperatur auf minus 36°C bringt und dazu beiträgt, das Gas vollständiger zu verflüssigen, wobei das Kühlfluid die Flüssigkeit des Fußes66 der Destillationskolonne64 ist, die weiter unten beschrieben wird. - Der erhaltene abgekühlte Strom
75 speist dann einen Gas/Flüssigkeit-Separator44 , wobei der Strom40 in einen gasförmigen Strom45 und einen flüssigen Strom71 separiert wird. Der flüssige Strom71 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 Boden64a der Destillationskolonne64 . Er ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält eine starke Mehrheit an Kohlenwasserstoffen mit C3 und mehr, die durch den Strom1 herangeführt wurden. - Der gasförmige Strom
45 wird ein zweites Mal in dem Tiefstemperatur-Wärmetauscher62 gekühlt und teilweise verflüssigt. Die Restmenge von Kohlenwasserstoffen mit C3 und mehr, welche mit dem gasförmigen Strom45 mitgenommen wurde, wird fast in ihrer Gesamtheit verflüssigt. Ein großes Ausmaß von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom45 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-Separator46 , welcher den Strom45 in einen gasförmigen Strom47 und eine flüssigen Strom48 separiert. Der flüssige Strom48 wird einer Entspannung auf 11,5 bar absolut unterzogen, was seine Temperatur auf ungefähr minus 71°C bringt, und speist einen zweiten Boden64b der Destillationskolonne64 , die über der Stufe64a der Einspeisung durch den Strom71 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-Wärmetauscher62 gekühlt und bei ungefähr minus 95°C teilweise verflüssigt. Ein großes Ausmaß von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom47 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-Separator49 , wobei der Strom47 in einen gasförmigen Strom50 und eine flüssigen Strom51 separiert bzw. getrennt wird. Der flüssige Strom51 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 Kopfboden64c der Destillationskolonne64 . Dieser Strom51 ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält Methan. - Der gasförmige Strom
50 wird ein viertes Mal in dem Tiefstemperatur-Wärmetauscher62 gekühlt und teilweise verflüssigt, was seine Temperatur auf ungefähr minus 115°C bringt. Ein großes Ausmaß von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom47 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-Separator52 , wobei der Strom50 in einen gasförmigen Strom53 und eine flüssigen Strom54 getrennt wird. Der flüssige Strom54 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 Strom56 . Dieser Strom54 ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält Methan. - Der gasförmige Strom
53 wird ein fünftes Mal in dem Tiefstemperatur-Wärmetauscher62 gekühlt und teilweise verflüssigt, bei ungefähr minus 135°C. Fast die Gesamtheit von Ethan und Ethylen, welche in dem Strom53 mitgenommen wurden, wird verflüssigt, sowie eine Fraktion aus Methan kleiner als 15%, wobei Wasserstoff nicht wird. - Der Strom
53 speist dann einen Gas/Flüssigkeit-Separator55 , wobei der Strom53 in einen gasförmigen Strom59 und eine flüssigen Strom56 getrennt wird. Der flüssige Strom56 wird einer Entspannung auf 11,5 bar absolut unterzogen und vermischt sich mit dem Strom54 , um den Strom57 zu bilden. Der Strom56 ist im Wesentlichen aus Ethylen und Ethan zusammengesetzt und enthält Methan. Der Strom57 beim Durchlauf in dem Tiefsttemperatur-Wärmetauscher62 auf minus 98°C wiedererwärmt, vermischt sich mit dem Strom51 und speist einen Kopfboden64c der Destillationskolonne64 . - 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 Ströme60 und61 aufgeteilt, wobei der Strom60 nur einige Prozent des gesamten Massenstroms repräsentiert. Der Strom60 erwärmt sich in dem Wärmetauscher62 auf eine Temperatur von 40°C, wird danach aufgefangen, wobei dieser Strom ein Teil76a des ersten Stroms76 ist, der in der Einleitung erwähnt ist. Der Strom61 durchläuft gleichzeitig den Wärmetauscher62 , erwärmt sich wieder auf minus 104°C und entspannt sich in einer Turbine68 auf einen Druck von 7,7 bar und ungefähr minus 150°C. Der ent spannte Strom78 erwärmt sich dann wieder ein zweites Mal in dem Wärmetauscher62 auf 0°C und wird auf 10,8 bar absolut und ungefähr 41°C durch einen Verdichter69 komprimiert, welcher mit der Turbine68 gekoppelt ist. Er wird dann gesammelt und bildet einen anderen Teil76b des ersten Stroms76 . - Die während des Verfahrensschritts
80 Verflüssigen und Kühlen verflüssigten Gasströme71 ,48 und58 werden einem Verfahrensschritt90 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. Stufen64a ,64b und64c injiziert. Ein Strom63 mit einem Massendurchfluss von ungefähr 1000 kg/h, der im Wesentlichen Ethylen enthält, wird auf einen Boden64d injiziert, welcher unter dem Boden64a angeordnet ist, wo der Strom71 eingeführt wird. Dieser Strom63 stammt aus einer Verdichtung von Verdampfungsgasen einer Tiefsttemperatur- und atmosphärischen Lagerung bzw. Speicherung von flüssigem Ethylen, welches durch ein forcierteres Separieren des aus dem Verfahrensschritt90 resultierenden Flusses erhalten wurde, wobei dieser Verfahrensschritt nicht durch das vorliegende Patent gedeckt ist und folglich nicht beschrieben wird. Diese Kolonne gestattet es, einen Kopfstrom65 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 Fußstrom66 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 Strom65 enthält fast die Gesamtheit von Methan und Wasserstoff und eine schwache Fraktion von Ethylen und Ethan, welche von den Strömen71 ,48 und58 stammt, und fast keine Kohlenwasserstoff mit C3 und mehr. Er wird zur vierten Verdichtungsstufe des Verfahrensschritts70 zurückgeführt. Der flüssige Strom66 enthält den größten Anteil an Ethylen, Ethan und fast die Gesamtheit von Kohlenwasserstoffen mit C3 und mehr, welche aus den Strömen71 ,48 und58 stammen, und enthält fast kein Methan und Wasserstoff. Dieser Strom66 wird durch die Pumpe67 auf 25 bar komprimiert, in dem Wärmetauscher62 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 Speisestrom400 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 Strom401 mittleren Drucks und einen Strom402 hohen Drucks getrennt, wobei der Strom401 einer Entspannung auf 30 bar unterzogen wird, welche seine Temperatur absenkt. Der Durchfluss des Stroms401 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 Stroms50 auf minus 115°C und des Stroms53 auf minus 135°C aus dem Strom61 nach Entspannung in der Turbine68 . - In einer Ausführungsform, in welcher die Einspeisetemperatur minus 160°C beträgt, ist der Durchfluss des Stroms
401 gleich Null. - Die Ströme
402 und/oder401 speisen den Tiefsttemperatur-Wärmetauscher62 und durchlaufen eine vollständige Verdampfung. Die abgegebene Kühlung während dieser Verdampfung dient zur Abkühlung von unterschiedlichen Strömen, welche den Wärmetauscher62 durchqueren. Die Austrittstemperatur der Ströme401 und402 beträgt ungefähr 30°C. - Ein beigefügter Umlauf zur Rückgewinnung von Kalte, typischerweise mit Butan, weist zumindest einen Speicherbehälter
701 und eine Umlaufpumpe702 auf, welche die Kühlung des Wärmetauschers38 und eventuell anderer Wärmetauscher703 sicherstellt. Der Tiefsttempe ratur-Wärmetauscher62 spielt die Rolle des Wärmetauschers, welcher Kälte in diesen Umlauf einbringt. - In den oben beschriebenen Verfahrensschritten
70 ,80 und90 verhält sich der CO-Inhalt in dem Strom1 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 und36 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)
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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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