DE69313123T2 - Zweidruck fraktionnierte destillation zur ablagerungs- reduzierung - Google Patents
Zweidruck fraktionnierte destillation zur ablagerungs- reduzierungInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fraktionieren von gecrackten Kohlenwasserstoffmischungen, die Foulingsubstanzvorläufer enthalten, wie solchen, die durch Cracken mit Wasserdampf hergestellt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verringerung von Fouling durch Verwendung einer Fraktionieranordnung mit zwei Drücken und zwei Kolonnen.
- Beim Wasserdampfcracken bestimmen der Typ der Einsatzmaterialien und die Reaktionsbedingungen die Mischung der erzeugten Produkte. Viele Wasserdampfcracker arbeiten mit leichten Paraffineinsatzmaterialien, die aus Ethan und Propan und dergleichen bestehen. Allerdings arbeitet eine erhebliche Menge an Wasserdampfcrackkapazität mit Einsatzmaterialien, die Propan und schwerere Verbindungen enthalten. Das Wasserdampfcracken solcher Einsatzmaterialien erzeugt viele vermarktungsfähige Produkte, insbesondere Propylen, Isobutylen, Butadien, Amylen und Pyrolysebenzin.
- Zusätzlich zu dem Vorhergehenden werden geringe Mengen an unerwünschten Verunreinigungssubstanzen erzeugt, wie Di- und Polyolefine und acetylenische Verbindungen. Diese Verunreinigungen können Fouling in Gerätschaften verursachen, Polymerisationsreaktionen stören und in einigen Fällen Sicherheitsrisiken sein. Es ist daher hocherwünscht, sie aus dem Destillationsstrom zu entfernen. Diese Erfindung betrifft die Entfernung dieser Verunreinigungen aus dem Destillationsstrom.
- Während des Wasserdampfcrackens werden aus den Reaktoren austretende gecrackte Gase rasch gequencht, um unerwünschte Nebenreaktionen abzubrechen, die dazu neigen, leichte Olefine zu zerstören. Die abgekühlten Gase werden nachfolgend komprimiert und getrennt, um die verschiedenen Olefine zu gewinnen.
- Die Gewinnung der verschiedenen Olef inprodukte wird üblicherweise durch fraktionierte Destillation unter Verwendung einer Reihe von Destillationsstufen oder -kolonnen durchgeführt, um die verschiedenen Komponenten zu trennen. Die Anlage, welche die Methanfraktion (C) abtrennt, wird als "Entmethanierer" bezeichnet, die Anlage, welche die Ethanfraktion (C) abtrennt, wird als "Entethanierer" bezeichnet, die Anlage, welche die Propanfraktion (C&sub3;) abtrennt, wird als "Entpropanierer" bezeichnet, und die Anlage, welche die Butanf raktion (C&sub4;) abtrennt, wird als "Entbutanierer" bezeichnet. Die restliche Fraktion mit höherer Kohlenstoff zahl (C&sub5;&sbplus;) wird als Benzin verwendet.
- Mit Entwicklung von selektiven Kesselkonstruktionen für sehr hohe Umwandlung von flüssigem Petroleumgas durch Wasserdampfcracken ist die Menge an C&sub5;-Produkten minimiert worden, wenn auch mit einer entsprechend höheren Konzentration an Foulingsubstanzvorläufern mit niedrigerer Kohlenstoffatomzahl, wie diolefinische, polyolefinische und acetylenische Verbindungen. Diese Entwicklung hat zur Verschlimmerung des Foulingproblems beigetragen, das bis dahin bei der fraktionierten destillativen Trennung von C, C&sub3; und C&sub4; voneinander und von schwereren Kohlenwasserstoffen aufgetreten ist. Das Fouling der Entbutaniereranlage aufgrund der genannten Erhöhung der Konzentration von Foulingsubstanzvorläufern ist ein besonderes Problem geworden, das zunehmend Sorgen bereitet.
- Eines der grundlegenden Probleme, das bei diesen Fraktionierdestillierverfahren auftrat, betrifft Polymerfouling der Fraktionierdestillierkolonnen. Ein solches Problem betrifft zum Beispiel die Erzeugung von Foulingsubstanzvorläufern beim Wasserdampf cracken, was bei hohen Temperaturen Fouling in den Geräten verursacht. Es ist wohlbekannt, daß die Rate des Polymerfouling mit steigender Temperatur zunimmt. Ein solches Fouling macht oft das Abschalten der Destillationsanlage zur Reinigung erforderlich. Sowohl das Abschalten als auch das Reinigen führen zu erheblichen Kosten.
- US-A-4 824 527 von Erickson lehrt ein Verfahren zum Fraktionieren von Flüssigmischungen, die thermischer Zersetzung unterliegen, wobei zwei Kolonnen verwendet werden und die erste Kolonne mit einem Reboiler und/oder Kühler versehen ist. Diese spezielle energiesparende Konfiguration vermindert die erforderlichen Dampf- und Flüssigkeitsdurchflußgeschwindigkeiten in den Kolonnen in ausreichendem Maße, so daß, obwohl eine größere Anzahl an Böden erforderlich ist, die durchschnittliche Verweilzeit und der Flüssigkeitsruheinhalt üblicherweise dennoch geringer sind als bei einem System mit einer einzigen Kolonne (Spalte 6, Zeilen 26 bis 37).
- Ericksons Zweikolonnenverfahren mit zwei Druckwerten führt nicht dazu, daß jede der Fraktionierdestillierkolonnen bei niedrigeren Arbeitstemperaturen arbeitet, und erreicht somit nicht das gewünschte Resultat der Absenkung der Temperaturen zur Verringerung des Fouling, während eine effektive Trennung erreicht wird.
- Es besteht immer noch ein Bedarf nach einem Verfahren zur Verringerung von Fouling, bei dem gleichzeitig die gewünschten Trennergebnisse erhalten werden.
- EP-A-0 054 367 schließt ein Zweikolonnensystem mit zwei Druckwerten ein, das hauptsächlich einen Entpropanierer betrifft. Obwohl das Patent die Anwendung dieser Technologie auf einen Entethanierer oder Entbutanierer offenbart, lehrt es nicht die speziellen Arbeitsparameter zum Betreiben eines Entbutanierers, bei dem Fouling am häufigsten ein Problem darstellt.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Fraktionieren einer gecrackten Kohlenwasserstoffmischung geliefert, bei dem die Ausgangsmischung C&sub3;-, C&sub4;- und C&sub5;&sbplus;-Kohlenwasserstoffe umfaßt, die Foulingsubstanzvorläufer enthalten, um leichte und schwere Komponenten mit vermindertem Polymerfouling zu trennen, bei dem in Stufen
- (a) die Mischung in einem Vorheizer, der bei einer Temperatur von 10 bis 150ºC und einem Überdruck von 0,3 bis 2,0 MPa arbeitet, mindestens teilweise verdampft wird,
- (b) die teilweise verdampfte Mischung in einer Hochdruckfraktionierdestillierkolonne, die bei einer Temperatur von -10 bis 110ºC und einem überdruck von 0,2 bis 2,0 MPa arbeitet, in leichte Komponenten (b1), in denen die Foulingsubstanz vorläufer angereichert sind, und schwere Komponenten (b2), die an Foulingsubstanzvorläufern verarmt sind, getrennt wird, ohne die schweren Komponenten (b2) weiter zu erwärmen, und
- (c) die schweren Komponenten (b2) in einer geheizten Niederdruckfraktionierdestillierkolonne, die mit einer Temperatur von 10 bis 65ºC und einem Überdruck von 0 bis 0,7 MPa arbeitet, in einen Kopfproduktstrom (c1) und einen Bodenproduktstrom (c2) getrennt wird, der einen geringeren Anteil an Foulingsubstanzvorläufern enthält als die Ausgangsmischung.
- Die obige und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit der angefügten Zeichnung näher erläutert, wobei Figur 1 ein Fließdiagramm eines Zweikolonnenentbutanierers mit zwei Druckwerten ist.
- Die vorliegende Erfindung eines Verfahrens zur Verminderung von Fouling bei der Behandlung von gecrackten Kohlenwasserstoffgasen beinhaltet die Verwendung einer Zweikolonnenfraktioniererkonfiguration mit zwei Druckwerten statt der konventionellen Einzelkolonnenfraktioniererkonfigurationen mit einem einzigen Druckwert.
- Während die erfindungsgemäße Zweikolonnenfraktioniereranordnung mit zwei Druckwerten für eine Vielfalt von Fraktionierkolonnensystemen geeignet ist, beschreiben Figur 1 und die nachfolgende Diskussion eine spezielle Ausführungsform der Erfindung, nämlich einen Zweikolonnenentbutanierer mit zwei Druckwerten ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Die Ausgangsmischung 10 kann eine Mischung von gecrackten Kohlenwasserstoffen sein, im allgemeinen ist Ausgangsmischung 10 die Bodenproduktstromfraktion (C&sub4; und C&sub5;&sbplus;) von einem Entethanierer oder einem Entpropanierer, obwohl alternative Einsatzmaterialzusammensetzungen und Abfolgen mög lich sind. Die Mischung 10 wird in einen Vorheizer 11 eingespeist, in dem die Mischung teilweise oder vollständig verdampft wird. Vorheizer 11, der zum Verdampfen der gesamten Mischung oder eines Teils der Mischung dient, arbeitet bei Temperaturen im Bereich von 10 bis 150ºC, vorzugsweise etwa 50 bis etwa 90ºC.
- Die vorgeheizte Mischung 12 wird in eine Hochdruckfraktionierdestillierkolonne 13 eingespeist, in der die vorgeheizte Mischung 12 in eine leichte Fraktion 14 und eine schwere Fraktion 15 geteilt wird. Die vorgeheizte Mischung 12, die in die Hochdruckfraktionierdestillierkolonne eintritt, hat einen Überdruck im Bereich von 0,3 bis 2,0 MPa (3 bis 20 bar), vorzugsweise etwa 0,7 MPa (etwa 7 bar). Bar Überdruck bedeutet eine Druckmessung, bei der bei einem Druck von 1 atm der Überdruck 0 angezeigt wird. Die verdampfte Mischung 12 wird vorzugsweise am oder nahe dem untersten Boden der Hochdruckfraktionierdestillierkolonne 13 in die Hochdruckfraktionierdestillierkolonne eingebracht. Die leichte Fraktion 14 schließt typischerweise eine C&sub4;-Fraktion ein, die etwa 30 bis etwa 100, vorzugsweise etwa 85 Gew.% der Foulingsubstanzvorläufer enthält, die in der verdampften Mischung 12 enthalten sind. Die leichte Fraktion 14 repräsentiert etwa 10 bis etwa 99, vorzugsweise 80 Gew.% der vorgeheizten Mischung 12. Die schwere Fraktion 15 schließt den größten Teil der C&sub5;&sbplus;-Kohlenwasserstoffe ein.
- Die schwere Fraktion 15 wird in eine Niederdruckfraktionierdestillierkolonne 16 eingespeist, wobei die schwere Fraktion 15 in einen Kopfproduktstrom 17 und einen Bodenproduktstrom 18 geteilt wird. Die Niederdruckfraktionierdestillierkolonne 16 schließt eine Reboilerschleife 27 ein.
- Der Kopfproduktstrom 17 schließt alle verbleibenden C&sub4;-Kohlenwasserstoffe ein, während Bodenproduktstrom 18 die C&sub5;&sbplus;-Kohlenwasserstofffraktion einschließt, die als Benzin verwendet werden kann.
- Die leichte Fraktion 14 wird in einem Kühler 19 kondensiert, um einen kondensierten Strom 20 zu bilden. Ein Rückflußstrom 21 wird in Hochdruckkolonne 13 rezirkuliert. Kopfprodukt strom 17 wird in einem Niederdruckkühler 22 unter Bildung eines kondensierten Stroms 23 kondensiert. Ein Rückflußstrom 24 wird in Niederdruckkolonne 16 rezirkuliert. Der Rest des kondensierten Stroms 20, als 25 bezeichnet, wird mit dem Rest des kondensierten Stroms 23, als 26 bezeichnet, kombiniert. Der Bodenproduktstrom 18 von der Niederdruckfraktionierdestillierkolonne 16 schließt die C&sub5;&sbplus;Fraktion ein, die als Benzin verwendet werden kann.
- Das Fouling wird in der Hochdruckkolonne 13 trotz der hohen Konzentration an Foulingsubstanzvorläufern, die in der Ausgangsmischung 12 vorhanden sind, aufgrund der niedrigen Temperatur vermindert, bei der die Kolonne arbeitet, wobei die Temperatur im Bereich von -10 bis 110ºC liegt. Die Hochdruckkolonne 13 arbeitet bei Überdrücken im Bereich von 0,2 bis 2 MPa (2 bis 20 bar), vorzugsweise etwa 0,6 MPa Überdruck (etwa 6 bar Überdruck). Die Hochdruckkolonne arbeitet nicht im Strippmodus, was die Notwendigkeit einer Reboilerschleife beseitigt. Die Wärmequelle für das Betreiben der Kolonne ist auf von dem Vorheizer erzeugte Wärme begrenzt, die das Einsatzmaterial verdampft.
- Das Fouling wird in der Niederdruckkolonne 16 vermindert, weil sie auch bei Temperaturen unter denen arbeitet, die in einer konventionellen Einkolonnenkonf iguration mit einem einzigen Druckwert erforderlich sind. Die Arbeitstemperatur der Niederdrucksäule 16 liegt im Bereich von 10 bis 65ºC. Obwohl die Niederdruckkolonne im Strippmodus mit einer Reboilerschleife arbeitet, dient die Tatsache, daß sie bei niedrigeren Temperaturen arbeitet, zusammen mit sowohl dem verminderten Gehalt an C&sub4;-Verunreinigungen in dem Einsatzmaterial 15 als auch der Gesamtverringerung des Einsatzmaterialvolumens, das in die Kolonne eintritt, dazu, das Ausmaß an Fouling in dieser Kolonne zu vermindem. Niederdruckkolonne 16 arbeitet bei Überdrücken im Bereich von 0 bis 0,7 MPa (0 bis 7 bar), vorzugsweise etwa 0,2 MPa Überdruck (etwa 2 bar Überdruck). Der Betrieb des erfindungsgemäßen Fraktionierdestillierers mit zwei Druckwerten führt zusätzlich insgesamt zu Energieeinsparungen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Fraktionieren einer gecrackten
Kohlenwasserstoffmischung, bei dem die Ausgangsmischung C&sub3;-, C&sub4;- und C&sub5;&sbplus;-
Kohlenwasserstoffe umfaßt, die Foulingsubstanzvorläufer
enthalten, um leichte und schwere Komponenten mit
vermindertem Polymerfouling zu trennen, bei dem in Stufen
(a) die Mischung in einem Vorheizer, der bei einer
Temperatur von 10 bis 150ºC und einem Überdruck von 0,3 bis
2,0 MPa arbeitet, mindestens teilweise verdampft wird,
(b) die teilweise verdampfte Mischung in einer
Hochdruckfraktionierdestillierkolonne, die bei einer Temperatur
von &submin;10 bis 110ºC und einem Überdruck von 0,2 bis 2,
MPa arbeitet, in leichte Komponenten (b1), in denen
die Foulingsubstanzvorläufer angereichert sind, und
schwere Komponenten (b2), die an
Foulingsubstanzvorläufern verarmt sind, getrennt wird, ohne die schweren
Komponenten (b2) weiter zu erwärmen, und
(c) die schweren Komponenten (b2) in einer geheizten
Niederdruckfraktionierdestillierkolonne, die mit einer
Temperatur von 10 bis 65ºC und einem Überdruck von
bis 0,7 MPa arbeitet, in einen Kopfproduktstrom (c1)
und einen Bodenproduktstrom (c2) getrennt wird, der
einen geringeren Anteil an Foulingsubstanzvorläufern
enthält als die Ausgangsmischung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das in einem Entbutanierer
durchgeführt wird, wobei die Ausgangsmischung C&sub4;- und C&sub5;&sbplus;-
Kohlenwasserstoffe umfaßt, (b1) C&sub4;-Kohlenwasserstoffe
umfaßt, (b2) C&sub4;- und C&sub5;&sbplus;-Kohlenwasserstoffe umfaßt, (c1) C&sub4;-
Kohlenwasserstoffe umfaßt und (c2) C&sub5;&sbplus;-Kohlenwasserstoffe
umfaßt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
(b1) 30 bis 100 %, vorzugsweise mehr als 50 %, der in der
Ausgangsmischung enthaltenen Foulingsubstanzvorläufer
enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
(b1) 10 bis 99 Gew.% der Ausgangsmischung umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
in einer zusätzlichen Stufe nach Stufe (c) die leichten
Komponenten (b1) mit dem Kopfproduktstrom (c1) kombiniert
werden, um eine leichte Fraktion herzustellen, die einen
höheren Anteil an Foulingsubstanzvorläufern enthält als die
Ausgangsmischung.
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