DE69416151T2 - Thermodynamisches trennverfahren - Google Patents

Thermodynamisches trennverfahren

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung eines Einsatzgases in eine erste Aufgabegutkomponente und eine zweite Aufgabegutkomponente, das die Merkmale aufweist, die im ersten Teil von Anspruch 1 angegeben sind.
  • Solch eine Methode ist z. B. in US-A-4 770 683 offenbart und ist besonders geeignet, Propan, Methan, Ethan oder Kohlendioxid aus Erdgas abzutrennen.
  • US-A-4 770 683 beschreibt ein Verfahren und eine Destillationsvorrichtung für zwei Stoffe mit unterschiedlichen Siedepunkten. Es wird ein Verfahren für die Destillation von zwei Stoffen mit unterschiedlichen Siedepunkten, besonders Propan, Ethan oder Kohlendioxid aus Erdgas beschrieben, bei dem die konventionelle Turmdestillation in einen ersten Turm mit einem höheren Druck als ein konventioneller Turm und einen zweiten Turm mit geringerem Druck aufgetrennt ist. Die vom ersten Turm abgezogene Flüssigkeit wird über zwei oder mehr Stufen auf den niedrigeren Druck expandiert, wobei bei jeder Stufe Kälte abgezogen und dazu verwendet wird, das Gas, das von dem Kopf des ersten Turmes abgezogen worden ist, zu kühlen, um den Kolonnenkopfboden auf einer erforderlichen Temperatur zu halten. Das von dem zweiten Turm abgezogene Gas wird komprimiert und gekühlt, um zu dem ersten Turm als Rücklauf zurückzukehren. Die Verwendung der Kälte aus der expandierten Flüssigkeit und die Verwendung der zwei Türme führt zu einem verbesserten thermodynamischen Wirkungsgrad und vermeidet die Verwendung von kostspieligen Turboexpandern.
  • Deshalb offenbart der obere Stand der Technik ein Verfahren zur Auftrennung eines Einsatzgases in eine erste Aufgabegutkomponente und eine zweite Aufgabegutkomponente, wobei die erste Aufgabegutkomponente einen niedrigeren Siedepunkt als die zweite Aufgabegutkomponente hat, wobei das Verfahren die Bereitstellung einer ersten Trennkolonne und einer zweiten Trennkolonne, die bei einem niedrigeren Druck betrieben wird als die erste Kolonne, umfaßt, wobei die Trennkolonnen jeweils so angeordnet sind, daß tiefersiedende Komponenten sich in der jeweiligen Trennkolonne als Gas in Richtung des Kopfes der jeweiligen Kolonne nach oben bewegen und höhersiedende Komponenten sich in der jeweiligen Trennkolonne als Flüssigkeit in Richtung des Sumpfes der jeweiligen Kolonne nach unten bewegen, der ersten Trennkolonne das Einsatzgas zugeführt wird, vom Sumpf der ersten Kolonne Flüssigkeit als Einsatzstoff in die zweite Kolonne überführt wird, am Kopf der ersten Kolonne Gas als erste Aufgabegutkomponente abgezogen und aus dem Sumpf der zweiten Kolonne Flüssigkeit als zweite Aufgabegutkomponente abgezogen wird.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Verbesserungen der in dem obigen Patent offenbarten Verfahren, die verbesserte Wirkungsgrade liefern.
  • Die Erfindung ist durch die. Stufen gekennzeichnet:
  • Bereitstellung einer Rückführungsfraktionierungskolonne, getrennt von der ersten und zweiten Kolonne, die bei einem höheren Druck betrieben wird als die zweite Kolonne;
  • Abziehen von Gas am Kopf der zweiten Kolonne, Verdichtung des Gases und seine Zuführung als Einsatzstoff in die Rückführungsfraktionierkolonne, in der es in einen Kopfgasstrom und einen Sumpfflüssigkeitsstrom fraktioniert wird;
  • Kondensation des Kopfgasstroms und seine Unterkühlung und dann Einspeisung in die erste Kolonne als gekühlter Rücklauf
  • und Unterkühlung des Sumpfflüssigkeitsstroms und seine Einspeisung in die zweite Kolonne als gekühlter Rücklauf.
  • Der Sumpfflüssigkeitsstrom wird vorzugsweise vor der Einspeisung in die Rückführungsfraktionierkolonne durch Extraktion von Kälte aus dem am Kopf der zweiten Kolonne abgezogenen Gas gekühlt.
  • Die erste Kolonne enthält vorzugsweise einen Kondensator und der kondensierte Kopfstrom wird dem Kondensator zugeführt.
  • Vorzugsweise wird der Sumpfflüssigkeitsstrom aus der Rückführungsfraktionierkolonne nach dem Kühlen der zweiten Kolonne als gekühlter Rücklauf an einer Stelle, die höher liegt als die Stelle, an der die Flüssigkeit aus der ersten Kolonne zugeführt wird, zugeführt.
  • Der Kopfgasstrom aus der Rückführungsfraktionierkolonne wird vorzugsweise gekühlt, indem man die Kälte aus der Flüssigkeit verwendet, die aus der ersten Kolonne abgezogen worden ist, bevor sie in die zweite Kolonne eingespeist wird.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung beschrieben, in der:
  • Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung der Elemente des Verfahrens, wobei die Temperaturen der verschiedenen Ströme angegeben sind.
  • Das vorliegende Verfahren kann zur Auftrennung von verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichem Siedepunkt eines Einsatzgases verwendet werden, und die folgende Beschreibung zeigt nur ein Beispiel, das für die Abtrennung von Propan aus Erdgas verwendet wird. Die gleiche Technik kann für die Abtrennung von Ethan oder Kohlendioxid aus Erdgas verwendet werden, obwohl natürlich die Prozeßparameter in Übereinstimmung mit bekannten Prinzipien verändert werden müssen, um die geforderten Auftrennungen zu erhalten.
  • Das Verfahren wird schematisch unter Einbeziehung der verschiedenen Kolonnen und Wärmeaustauscher, mit denen das Verfahren durchgeführt wird, gezeigt. Zusätzlich zeigt die Zeichnung die Temperaturen der verschiedenen Gas- und Flüssigkeitsströme bei den verschiedenen Punkten innerhalb des gesamten Verfahrens in Übereinstimmung mit dem hier beschriebenen Beispiel, und die verschiedenen Ströme sind von 1 bis einschließlich 11 durchnumeriert. Die Tabellen 1 bis einschließlich 11, die später vorgestellt werden, zeigen die Verfahrensbedingungen und die Inhaltsstoffe von jedem der jeweiligen numerierten Ströme, die auf der obigen Zeichnung gekennzeichnet sind. Es wird natürlich verständlich sein, daß die Verfahrensbedingungen sich nur auf ein einziges Beispiel beziehen und ähnliche Bedingungen für andere Beispiele des Verfahrens berechnet werden können.
  • Deshalb stellt das Verfahren im allgemeinen die Auftrennungskolonnen V1 und V2 zur Verfügung, die eine Gasfraktionierkolonne. V1 bzw. einen Entethanisierer V2 umfassen. Das Verfahren schließt weiter eine Rückführungsfraktionierkolonne V3 und eine Rücklaufsammelkolonne V4 ein. Das Verfahren ist in eine Anzahl von Materialströmen aufgeteilt, die die Kolonnen wie gezeigt durchströmen und die Ströme 1 bis einschließlich 11 umfassen.
  • Der Strom 1 bildet den Einsatzgasstrom, der Strom 10 bildet das Verkaufs- oder Trenngas und der Strom 11 bildet das verbleibende Gas nach Abtrennung von dem Verkaufsgas, in diesem Fall als LPG&sbplus;-Produkt bezeichnet. Die Ströme durchströmen eine Anzahl von Wärmeaustauschern, die als E1 bis E8 bezeichnet sind, deren Wirkungsweise hier später mehr im Detail beschrieben wird. Das Verfahren schließt weiterhin Kompressoren C1 und C2 zusammen mit Kontrollventilen FCV1, FCV2, PCV1 und LCV1 ein. Die Ventile LCV1 und PCV1 werden durch Verfahrenskontrollelemente gesteuert, die eine Niveausteuervorrichtung LC und bzw. eine Drucksteuervorrichtung PC aufweisen.
  • Die Temperaturen, die auf der Verfahrensflußzeichnung angegeben sind und die Stoffbilanzen, die in den Tabellen 1 bis einschließlich 11 angegeben sind, zeigen die Anlage für eine Umgebungstemperatur von 45ºC.
  • Der Einsatzgasstrom 1 wird in einem Molekularsieb-Dehydratisierapparat oder in einem anderen Dehydratisierapparat (nicht gezeigt) entwässert, um einen Wassertaupunkt von weniger als -100ºC zu erreichen. Das Einsatzgas wird in die zwei Ströme 2 und 3 aufgeteilt.
  • Der größere Anteil des Einsatzgasstromes 2 wird in einem Gas/Gas-Wärmeaustauscher E1 abgekühlt, der Kälte aus dem Verkaufsgas erhält. Der verbleibende Anteil des Einsatzgasstromes 3 wird abgekühlt, indem Kälte aus dem LPG&sbplus;- Produkt und dem Entethanisierer-Reboiler E3 genommen wird. Die gekühlten Einsatzstoffe werden dann wieder vereinigt und in dem Kühler E4 gekühlt, der Kälte aus einem Propankältesystem mit gewöhnlichem Aufbau erhält. Dieser gekühlte Einsatzstrom 4 wird dann der Gasfraktionierkolonne V1 zugeführt. Die Ströme 2 und 3 werden aufgeteilt, da dies die Steuerung der Durchflußmenge von Strom 3 ermöglicht, der verwendet wird, um die Wärme für den Reboiler E3 zu kontrollieren.
  • Die Gasfraktionierkolonne V1 ist eine Rücklaufabsorptions- Destillationskolonne mit einem Kondensator E6 am Kopf und mit typischerweise 10 bis 16 Kolonnenböden unter dem Kondensator und oberhalb des Einsatzprodukts. Anstelle von Ventilkolonnenböden können als Alternative strukturierte Füllkörper oder geschüttete Füllkörper verwendet werden; normalerweise werden Füllkörperkolonnen für Türme mit geringerem Durchmesser bevorzugt. Die Kolonne ist so angeordnet, daß darin ein Temperatur- und Druckgradient festgelegt wird, der die Komponenten in der Kolonne veranlaßt, sich in eine kondensierte Flüssigkeit, die durch den Turm zu dem Boden wandert und ein leichteres Gas, das durch die Kolonne zum Kopf wandert, aufzutrennen. Weitere Details von diesem Typ an Trennkolonne sind in dem zuvor genannten früheren Patent des Erfinders offenbart. Die Kolonnenparameter sind hier theoretisch in Tabelle 12 angegeben.
  • Die Flüssigkeit vom Boden der Gasfraktionierkolonne V1 wird in dem Unterkühler E5 unter Verwendung der Kälte aus dem Verkaufsgasstrom 10 unterkühlt. Die unterkühlte Flüssigkeit wird dann zum flash-destillierten Strom 5 und als Kältemittel für den Gasfraktionier-Kolonnenkondensator E6 verwendet. Dieser Kondensator besteht aus vertikalen Rohren mit großem Durchmesser, typischerweise 75 mm bis 150 mm Durchmesser. Die Rohre sind mit strukturierten Füllkörpern bepackt. Das strukturierte Füllkörpermaterial ist ein bekanntes Material, das in Kolonnen anstatt der gewöhnlichen Kolonnenböden verwendet wird, aber in diesem Fall wird es in den Kondensatorrohren verwendet. Das strukturierte Füllkörpermaterial hat einen bekannten Aufbau und umfaßt ein Maschenmaterial, das so fungiert, daß es das aufwärtsströmende Gas mit der abwärtsströmenden Flüssigkeit in Kontakt hält, indem es die Flüssigkeit von der Wand des Rohres nach innen leitet.
  • Der Prozeßdampf von dem Kolonnenkopfboden der Gasfraktionierkolonne V1 tritt von unten in die Füllkörperrohre und wird teilweise kondensiert, während er durch den Kondensator nach oben strömt. Die kondensierte Flüssigkeit zusammen mit der Rücklaufflüssigkeit, die in den Kopf der Rohre gesprüht wird, fließt durch die Füllkörperrohre nach unten und kontaktiert den verbleibenden Gasdampf, bevor er die Gasfraktionierkolonne verläßt.
  • Die Mantelseite, d. h. die Fläche des Kondensators außerhalb der Rohre des Gasfraktionier-Kolonnenkondensators E6 wird teilweise mit dem flash-destillierten, unterkühlten Flüssigkeitsstrom 5 geflutet. Der flash-destillierte Dampf aus Strom 5 und Dampf, der durch Wärme, die von den E6- Rohren entnommen wird, verdampft wird, sammelt sich am Kopf des Kondensators E6 und wird dem Rücklaufkondensator E7 in Strom 6 zugeführt. Flüssigkeit, die nicht in dem Kondensator E6 verdampft, sammelt sich am unteren Ende der Mantelwand von diesem Austauscher und wird durch einen Flüssigkeitsverschluß L1 geführt und vereinigt sich mit dem Dampf, der den Kopf des Austauschers verläßt. Der Verschluß hat die Aufgabe, in diesen Austauscher ein hohes Flüssigkeitsniveau aufrecht zu erhalten, damit die Rohre so gut wie möglich geflutet werden.
  • Die flash-destillierten Gasfraktionier-Sumpfprodukte werden dann weiter als Strom 6 in dem Rücklaufkondensator E7 flash-destilliert, und erreichen dann etwa den Mittelpunkt des Entethanisierers oder der zweiten Trennkolonne V2. Der Entethanisierer weist 12 bis 20 Kolonnenböden auf oder er kann alternativ Füllkörper verwenden. Die theoretischen Parameter für die Kolonne V2 sind in Tabelle 13 angegeben. Ein neuer Typ von Rückfluß zu dem Entethanisierer ist unten beschrieben. Wie oben beschrieben, wird dem Entethanisierer-Reboiler E3 Wärme aus dem Einsatzgasstrom 3 zugeführt. Der Entethanisierer arbeitet bei einem abnormal niedrigen Druck von 120 bis 300 kPa (abs). Dieser niedrige Druck ermöglicht es, sein Einsatzprodukt als Kältemittel für den Gasfraktionier-Kolonnenkondensator E6 und den Rücklaufkondensator E7 zu verwenden. Auch wird bei dieser Temperatur eine viel bessere Auftrennung erreicht und Kälte kann aus dem Reboiler E3 und dem LPG&sbplus;-Produkt wiedergewonnen werden.
  • Abgetrenntes Kopfproduktgas aus dem Entethanisierer V2 wird unter Verwendung eines Schneckenkompressors und eines Kolbenkompressors (oder alternativ eines Zweistufenkolben- oder eines Multistufen-Zentrifugalkompressors) C1 und C2 zu der Rückführungsfraktionierkolonne V3 komprimiert.
  • Die Rückführungsfraktionierkolonne ist eine Gasfraktionierkolonne, die Propan-Kältemittel verwendet, um Kälte zu dem Rückführungs-Fraktionierkolonnenkondensator E8 zu liefern.
  • Die Rückführungsfraktionierkolonne verarbeitet das zurückgeführte Gas in ein sehr mageres Kopfgas mit einem geringen Methan-, einem hohen Ethan-Anteil, einer geringen Propan-Menge und zusätzlich sehr wenig Butan+. Das Rückführungs-Fraktionierkolonnenkopfgas wird vollständig in dem Rücklaufkondensator E7 (bei Anlagebedingungen) unter Verwendung von Kälte aus dem Entethanisier-Einsatzstrom 6 kondensiert. Der obige Rücklaufstrom 8 fließt dann durch ein Drucksteuerventil PCV1, das den Arbeitsdruck der Rückführfraktionierkolonne V3 aufrecht erhält. Der Rücklaufstrom 8 wird bei dem niedrigeren Arbeitsdruck des Rücklaufsammlers V4 flash-destilliert, der normalerweise bei einem Druck von 300 kPa über dem Arbeitsdruck der Gasfraktionierkolonne V1 arbeitet. Dieser zusätzliche Druck ist typischerweise ausreichend, um den Rücklauf zu dem Kopf der Gasfraktionierkolonne zu befördern und ihn durch Sprühdüsen auf jedes Rohr im Gas-Fraktionierkolonnenkondensator E6 zu verteilen. Dampf aus dem Rücklaufsammler V4 vereinigt sich mit dem Rückstandsgas am Kopf der Gas- Fraktionierkolonne, nachdem er durch ein Niveaukontrollventil LCV1 geströmt ist; dieses Ventil hält ein konstantes Niveau in dem Rücklaufsammler V4 aufrecht, indem es den Gegendruck variiert.
  • Die Flüssigkeit aus dem Sumpf der Rückführungsfraktionierkolonne V3 wird in den Unterkühlern E9 und E10 unterkühlt, die Kälte aus dem Rückstandsgas bzw. dem Rückführungsgas aufnehmen. (In manchen Anwendungen des Verfahrens kann es ratsam sein, den Unterkühler E9 wegzulassen und die gesamte Unterkühlung aus dem Rückführungsgas in E10 zu erhalten. Dies würde ein wärmeres Rückführungsgas zur Verfügung stellen, was die Metallurgie-Anforderung für den Rückführungskompressor C1 lockern würde.) Die unterkühlte Flüssigkeit aus der Rückführungsfraktionierungskolonne wird dann auf den Arbeitsdruck des Entethanisierers V2 flash- destilliert und als Rücklauf am Kopf des Entethanisierers verwendet.
  • Es gibt viele Wege, dieses Verfahren zu steuern. Der Gebrauch einer verteilten Steuerung lohnt sich definitiv für die meisten Anwendungen, insbesondere für große Anlagen und für Anlagen, bei denen eine Variation des Stroms oder der Zusammensetzung vorkommt. Eine Methode zur Steuerung des Verfahrens ist die Kontrolle des Stromes in dem Strömungskontrollventil FCV1, um einen konstanten Durchsatz und einen konstanten Saugdruck für die Rückführungskompressoren C1 und C2 aufrechtzuerhalten. Das erfordert ein großes Flüssigkeitsreservoir im Sumpf der Gasfraktionierkolonne V1. Es würde dann vorgeschlagen, das Flüssigkeitsniveau am Boden der Gasfraktionierkolonne V1 durch Variation der Höhe des Kältemittels in den Kühler E4 aufrechtzuerhalten. Natürlich müßte es ein Mindestniveau geben, das in der Kolonne V1 aufrecht erhalten werden würde, indem man FCV1 nicht betreibt und es als ein Niveaukontrollventil betreibt.
  • Normalerweise ist es ratsam, einen konstanten Strom an Rücklaufstrom 9 zu dem Entethanisierer V2 unter Verwendung von FCV2 aufrechtzuerhalten; dies erfordert ein Reservoir von Rücklaufflüssigkeit im Boden von V3. Dann könnte das Flüssigkeitsniveau am Boden von V3 unter Variation des Gegendrucks in dieser Kolonne unter Verwendung von PCV1 aufrechterhalten werden. Ein kleiner Gegendruckabfall würde das Flüssigkeitsniveau am Boden von V3 schnell verringern. In Abhängigkeit von der Verfahrensanordnung gibt es eine Grenze, wie weit man den Gegendruck an V3 vermindern kann und trotzdem noch genügend Druck für den Rücklauf zu dem Strom zu V1 aufrechterhält. Wenn der niedrigste Gegendruck für V3 erreicht ist, und das Flüssigkeitsniveau am Boden von V3 noch zu hoch ist, kann es verringert werden, indem das Kältemittelniveau in dem Gas-Fraktionierkolonnenkondensator E8 verringert wird. Ähnlich zu Ventil FCV1, kann das Ventil FCV2 als ein Niveaukontrollventil außer Betrieb genommen werden, wenn das Flüssigkeitsniveau in V3 ein Mindestniveau erreicht. Es würde auch ein Maximumbetriebsdruck für die Rückführungsfraktionierkolonne existieren, der auf seinem Auslegungsdruck und/oder dem maximalen Auslaßdruck des Rückführungskompressors C1 und C2 basiert.
  • Es ist zu beachten, daß die Steuerung des Gegendrucks auf die Rückführungsfraktionierkolonne unter Verwendung des Ventils PCV1 so empfindlich ist, daß sie in der Praxis am besten bewirkt wird, indem man als PCV1 zwei parallele Ventile verwendet. Die Steuerung wird erreicht, indem man das kleinere der beiden Ventile dann einstellt, wenn es entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen ist, und das größere Ventil wird eingestellt, um das kleinere Ventil wieder in die Steuerung zurückzubringen.
  • Der vorgeschriebene Ethan-Anteil des LPG&sbplus;-Produkts kann unter Verwendung einer Prozeßchromatographie gemessen werden, oder durch die Messung der Reboiler-Rücklauftemperatur angezeigt werden. Der Ethan-Anteil des LPG&sbplus;-Produktes wird dadurch gesteuert, daß man den Wärmestrom zu dem Entethanisierer-Reboiler E3 steuert. Dies kann durch Kontrolle des Durchflusses des Stroms 3 oder des Verhältnisses der Strömungsmengen von Strom 3 und Strom 2 bewerkstelligt werden.
  • Mit den obigen Mitteln der Prozeßsteuerung zeigt der Durchfluß durch den Rücklaufkompressor C1 und C2 die Neigung, auf einem konstanten Wert zu bleiben, wenn die Anlage heruntergefahren wird. Dieses Phänomen wird verstärkt, wenn die Kältemitteltemperatur für den Einsatzkühler vermindert werden kann, wenn die Anlage heruntergefahren wird und die Belastung am Kältemittelkompressor abnimmt. Auf diese Weise, wenn die Anlage heruntergefahren wird, d. h. wenn die Durchflußmengen des Stromes 1 abnehmen; zeigen die Durchflußmengen der Ströme 7, 8 und 9 die Neigung, auf einem konstanten Wert gehalten zu werden. Dies verursacht eine Zunahme der Rücklaufverhältnisse für die Gasfraktionierkolonne und den Entethanisierer. Die Zunahme bei diesen Rücklaufverhältnissen resultiert in einem höherem Prozentsatz an Propan-Gewinnung, wenn die Anlage heruntergefahren wird. Es ist zu beachten, daß die meisten Tieftemperaturverfahren einen Ausbeuteverlust erleiden, wenn die Anlage heruntergefahren wird, was auf einen Abfall des Turboexpander- Wirkungsgrads zurückzuführen ist, wenn die Fabrik nicht bei dem Auslegungswert arbeitet.
  • Um den Betrieb einer Anlage zu optimieren, können der Durchfluß und die Zusammensetzung der beiden Rücklaufströme, Strom 8 und 9 gemessen und analysiert werden. Dann kann die Stromeinstellung für das Ventil FCV2, das den Rücklaufstrom zu dem Entethanisierer steuert, eingestellt werden, um eine optimale Ausbeute zu erhalten. Die Eingabe der Betriebsinformation für die Anlage in eine thermodynamische Computersimulation zeigt schnell die optimale Stromeinstellung für FCV2 für verschiedene Betriebsbedingungen der Anlage. Auf ähnliche Weise kann das Zwischenstufen-Kälteniveau zur Bestimmung einer optimalen Kopftemperatur für die Rückführungsfraktionierkolonne V3 optimiert werden.
  • Die Tabellen 12, 13 und 14 zeigen theoretische Berechnungen für die Parameter innerhalb der drei Trennkolonnen, d. h. die Gasfraktionier- oder erste Kolonne V1, den Entethanisierer oder die zweite Kolonne V2 und die Rückführungsfraktionierungskolonne V3. Die Spalte auf der linken Seite von jeder Tabelle bezieht sich auf die individuellen Kolonnenböden der Kolonne, wenn sie auf einer theoretischen Basis berechnet wurden. Somit ist der Druck und die Temperatur von jedem Kolonnenboden angezeigt, aber unter der Annahme, daß die Kolonnenböden theoretisch 100% Leistungsfähigkeit aufweisen, was in der Praxis nicht erreicht werden kann. Deswegen wird in der Praxis die Anzahl der Kolonnenböden im Vergleich zu den theoretischen Kolonnenböden, die in den Tabellen angegeben sind, erhöht.
  • Das oben beschriebene Beispiel weist die folgenden Vorteile auf:
  • 1. Die Rückführungsgasfraktionierkolonne gewährleistet höhere Produktausbeuten; die mit geringeren Energieanforderungen, geringeren Kompressorkapitalkosten und (für mäßig große bis große Anlagen) geringeren Kapitalkosten als beim Zweiturmverfahren gemäß dem obigen Patent erreicht werden.
  • 2. Wenn dieses Verfahren für die Propangewinnung verwendet wird, ist die Steuerung einfacher als in dem Dreiturmverfahren gemäß dem früheren Patent, das eine große Ethan- Rückführung zwischen seinem Abgasvorwärmturm und dem Entethanisierer aufwies.
  • 3. Wie die meisten Tieftemperaturverfahren kann dieses Verfahren für die Ethan-Gewinnung ausgelegt werden, wobei es dann in einer Weise arbeitet, daß nur das Propan-Plus- Produkt (LPG&sbplus;-Produkt) gewonnen wird. Somit ist die Aus stattungsanordnung für die Ethan-Gewinnung sehr ähnlich zu der, die für die Propan-Gewinnung gezeigt worden ist.
  • 4. Die Verwendung der Rückführungsfraktionierkolonne ermöglicht es, daß die Gasfraktionierkolonne bei einem viel niedrigeren Betriebsdruck betrieben wird, während ein Optimum an Propan-Gewinnung erreicht wird. In dem gezeigten Beispiel arbeitet die Gasfraktionierkolonne bei 1700 kPa (abs), was nur geringfügig über dem geforderten Verkaufsgasdruck liegt. Somit muß das Einsatzgas nur bis zu dem Verkaufsgasdruck zuzüglich eines geringen Überschusses für den Verfahrensdruckabfall komprimiert werden. Turboexpanderverfahren würden typischerweise erfordern, daß der Anlageneinlaß auf 3500 bis 5000 kPa komprimiert wird. Somit erfordert dieses Verfahren in Situationen, bei denen das Einsatzgas komprimiert werden muß und der Verkaufsgasdruck niedrig ist, ein Minimum an Kompressorleistung im Vergleich zu einem Turboexpander und Joule-Thompson- Verfahren. Da der Rückführungskompressor in diesem Verfahren eigentlich als ein Kältemittelkompressor fungiert, der die Kälte für den Gasfraktionierkolonnenkondensator und das Einsatzprodukt liefert, ist viel weniger Leistung als bei Kaskadenkühl- und dualen Kühlverfahren erforderlich.
  • 5. Das Befüllen der Rohre in den "In-Turm"-Kondensatoren in der Gasfraktionierkolonne und Rückführungsfraktionierkolonne mit strukturellen Füllkörpern hat einen Massentransfer, der im Kondensator erreicht wird, zur Folge. Die Prozeßsimulationen für diese Türme zeigen, daß das genannte Kondensieren über der letzten Destillationsstufe erfolgt, wobei jedoch im wesentlichen wenigstens eine Trennstufe in dem Gas- Fraktionierkolonnenkondensator und wenigstens drei Trennstufen für die Rückführungsfraktionierungskolonne für das spezielle gezeigte Beispiel existieren. Das Vorhandensein dieser Trennstufen in dem Kondensator resultiert in einer geringeren Einlaßtemperatur in den Kondensator, was eine größere logarithmische Durchschnittstemperaturdifferenz für den Kondensator zur Folge hat. Das bedeutet auch, daß die Kühlung zwei oder mehreren theoretischen Böden am Kopf der Destillationskolonnen zugeführt wird statt nur der theoretischen Stufe am Kopf wie bei einer gewöhnlichen Destillationskolonne. Diese Faktoren haben eine bessere Produktgewinnung zur Folge, als mit nur einer theoretischen Stufe des Kondensators errechnet wird, wie in den Prozeßsimulationen gezeigt wird.
  • 6. Das strukturierte Füllkörpermaterial in den Kondensatorrohren verbessert auch das Vermischen und die Wärmeübertragung innerhalb des Rohres, die der begrenzende Wärmeübertragungsfilm-Koeffizient ist. Eine bessere Wärmeübertragung in diesen Kondensatoren ist auch mit einer besseren Produktgewinnung verbunden. Tabelle 12 Gasfraktionierkolonne Rücklaufverhältnis: 0,14975 Tabelle 13 Entethanisierer Tabelle 14 Rückführungsfraktionierkolonne Rücklaufverhältnis: 1,07113

Claims (11)

1. Verfahren zur Auftrennung eines Einsatzgases in eine erste Aufgabegutkomponente und eine zweite Aufgabegutkomponente, wobei die erste Aufgabegutkomponente einen niedrigeren Siedepunkt als die zweite Aufgabegutkomponente hat, bei dem man eine erste Trennkolonne (V-1) und eine zweite Trennkolonne (V-2), die bei einem niedrigeren Druck betrieben wird als die erste Kolonne, bereitstellt, wobei die Trennkolonnen jeweils so angeordnet sind, daß tiefersiedende Komponenten sich in der jeweiligen Trennkolonne als Gas in Richtung des Kopfes der jeweiligen Kolonne nach oben bewegen und höhersiedende Komponenten sich in der jeweiligen Trennkolonne als Flüssigkeit in Richtung des Sumpfes der jeweiligen Kolonne nach unten bewegen, der ersten Trennkolonne das Einsatzgas (4) zuführt, vom Sumpf der ersten Kolonne (V-1) Flüssigkeit (5, 6) als Einsatzstoff in die zweite Kolonne (V-2) überführt, am Kopf der ersten Kolonne (V-1) Gas (10) als erste Aufgabegutkomponente abzieht und am Sumpf der zweiten Kolonne (V-2) Flüssigkeit (11) als zweite Aufgabegutkomponente abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß man:
getrennt von der ersten und zweiten Kolonne (V-1, V-2) eine Rückführungsfraktionierkolonne (V-3) bereitstellt, die bei einem höheren Druck betrieben wird als die zweite Kolonne;
am Kopf der zweiten Kolonne (V-2) Gas abzieht, verdichtet und als Einsatzstoff (7) der Rückführungsfraktionierkolonne (V-3) zuführt, in der es in einen Kopfgasstrom (8) und einen Sumpfflüssigkeitsstrom (9) fraktioniert wird;
den Kopfgasstrom (8) kondensiert und unterkühlt und dann der ersten Kolonne (V-1) als gekühlten Rücklauf zuführt
und den Sumpfflüssigkeitsstrom (9) unterkühlt und der zweiten. Kolonne (V-2) als gekühlten Rücklauf zuführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den Sumpfflüssigkeitsstrom (9) vor der Einspeisung in die Rückführungsfraktionierkolonne (V-3) durch Extraktion von Kälte (E10) aus dem am Kopf der zweiten Kolonne (V-2) abgezogenen Gas (7) abkühlt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man den kondensierten Kopfgasstrom (8) einem in der ersten Kolonne (V-1) enthaltenen Kondensator (E6) zuführt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem man den kondensierten Kopfgasstrom (8) vor der Einspeisung in den Kondensator (E6) in einem Rücklaufsammler (V-4) sammelt, in dem sich Flüssigkeit und Gas voneinander trennen, und die im Rücklaufsammler (V-4) abgetrennte Flüssigkeit dem Kondensator (E6) der ersten Kolonne (V-1) und das im Rücklaufsammler (V-4) abgetrennte Gas der ersten Kolonne oberhalb des Kondensators von der Flüssigkeit getrennt zuführt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Kondensator (E6) mehrere vertikale Rohre aufweist, die jeweils eine geordnete Packung enthalten, die so angeordnet ist, daß durch die Rohre nach unten strömende Flüssigkeit mit durch die Rohre nach oben strömendem Gas innig vermischt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem man die am Sumpf der ersten Kolonne (V-1) abgezogene Flüssigkeit (5) entspannt und abkühlt (E5) und als Kühlmittel für Materialien im Kondensator (E6) durch den Kondensator (E6) leitet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem man die Flüssigkeit (S) im Kondensator (E6) zur Einspeisung in die zweite Kolonne über eine Leitung abzieht, welche einen vertikalen Teil mit einem unteren Ende aufweist, das mit dem Sumpf des Kondensators (E6) so verbunden ist, daß der vertikale Teil als Sperrschenkel dient und die Flüssigkeit im Kondensator auf einer erforderlichen Höhe hält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Leitung ein zweites Ableitungsrohr aufweist, das zwecks Gasentnahme mit dem Kopf des Kondensators (E6) verbunden ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rückführungsfraktionierkolonne (V-3) einen Kondensator (E8) enthält.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den gekühlten Rücklauf zur zweiten Kolonne (V-2) der Kolonne an einer Stelle zuführt, die höher liegt als die Stelle, an der die Flüssigkeit (6) aus der ersten Kolonne (V-1) eingespeist wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den Kopfgasstrom (8) aus der Rückführungsfraktionierkolonne (V-3) vor der Einspeisung in die zweite Kolonne (V-2) mittels Kälte aus der der ersten Kolonne (V-1) entnommenen Flüssigkeit (5) abkühlt (E7).
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