DE69716479T2

DE69716479T2 - Rückgewinnung eines sekundären äthylenstromes aus einem äthylenreinigungsverfahren

Info

Publication number: DE69716479T2
Application number: DE69716479T
Authority: DE
Inventors: H. Kuechler; R. Lumgair
Original assignee: ExxonMobil Chemical Patents Inc
Current assignee: ExxonMobil Chemical Patents Inc
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2018-01-01
Also published as: WO1998029366A1; EP0960086A1; DE69716479D1; EP0960086B1; ES2186014T3; US5960643A; US6212905B1; CN1241991A; AR011311A1; NO993227D0; CN1089741C; NO993227L; ATE226185T1

Description

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Verwendung von unter Druck stehenden Zufuhrgasmischungen von Olefinen, Aliphaten, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und anderen Komponenten aus einer Vielzahl von Olefinerzeugungs-/Herstellungstechniken, um ethylenreiche Produktströme herzustellen, die zur Verwendung bei der Herstellung von ethylenhaltigen Derivatprodukten geeignet sind.

Hintergrund der Erfindung

Ethylen ist bezüglich des Produktionsvolumens, des Verkaufsumsatzes und der Anzahl der Derivate die führende Petrochemikalie. Die Weltgesamtproduktion an Ethylen wurde für das Jahr 1995 auf 76 Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt, und die Erwartungen gehen von einer Zuwachsrate von etwa 3% pro Jahr aus. Um diesen Zuwachs zu befriedigen, werden signifikante Finanzinvestitionen in neue Produktionsanlagen erforderlich. Die Verkaufspreise liegen durchschnittlich in der Größenordnung von $440/Tonne, was einem Gesamtertragsvolumen für das Ethylengeschäft von über $30 Milliarden pro Jahr entspricht. Die Verwendung von Ethylen als End- und Zwischenprodukt schließt die Produktion von Kunststoff, Harzen und Fasern und einer Vielzahl von anderen Produkten ein.
Bevor Ethylen verkauft oder verwendet werden kann, ist es notwendig, ein Verfahren einzusetzen, das die Ethylenkomponente als einen gewünschten ethylenreichen Produktstrom gewinnt, indem es von einer Vielzahl von anderen Komponenten abgetrennt wird, einschließlich unter anderem Methan, Ethan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid, wobei all diese Komponenten zusammen in einem Einzelstrom gefunden werden, der aus einem anderen, Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren erhalten wird. Derzeit wird ein gewünschter ethylenreicher Produktstrom von den Fachleuten im Allgemeinen als ein solcher mit mehr als etwa 95 Gew.-% Ethylen definiert, der im Wesentlichen inerte Verbindungen wie Methan und Ethan in Anteilen von jeweils weniger als etwa 2000 mol ppm und potentiell reaktive Komponenten wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Propylen und Andere in Anteilen von jeweils weniger als etwa 20 mol ppm enthält. Diese Definition folgt aus der Natur der Derivatisierungsverfahren, die den ethylenreichen Produktstrom verwenden und die jeweils in verschiedenen Ausmaßen unter einer gestörten Verfahrensleisturig und einem gestörten ökonomischen Ergebnis leiden, die mit den Mengen der verschiedenen Nicht-Ethylenkomponenten in dem Strom einhergehen. Ein solches Material soll nachfolgend als ethylenreicher Primärproduktstrom bezeichnet werden.
Das Gewinnungs- und Abtrennungsverfahren, das einen ethylenreichen Primärproduktstrom aus Komponenten produziert, die aus einem Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren stammen, stellt den größten Teil der Gesamtfinanzinvestitionen und des Energieverbrauchs dar, die für die Ethylenherstellung benötigt werden. Dies verdeutlicht die Schwierigkeiten, die mit Techniken einhergehen, die benötigt werden, um mit den niedrigen Siedepunkten unter Normalbedingungen und den geringen relativen Flüchtigkeiten von Ethylen und den anderen Komponenten, die aus einem Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren stammen, umzugehen. Ferner stellen, wie die Fachleute wissen, der Finanzreturn bzw. der Energieverbrauch im Allgemeinen die zwei größten Kostenpunkte der Gesamtkosten der Ethylenherstellung dar. Somit ist das Verfahren, mit dem das Gewinnen und Abtrennen bewirkt wird, um einen ethylenreichen Primärproduktstrom zu produzieren, ein wesentlicher Faktor bei der ökonomischen Machbarkeit der Ethylenherstellung.
Die Verfahren zum Gewinnen und Abtrennen von Ethylen, das in Mehrkomponentenströmen gefunden wird, sind seit den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts untersucht worden, als das erste praktische, großtechnische Olefinerzeugungsverfahren der Kohlenwasserstoffpyrolyse, auch Dampfcracken genannt, entwickelt und kommerziell angewandt wurde. Dieses Olefinerzeugüngsverfahren, das jetzt eine im Wesentlichen reife Wissenschaft darstellt, beherrscht derzeit die Industrie und verwendet eine Vielzahl von verschiedenen Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien. Es entwickeln sich auch alternative Verfahren zur Erzeugung von Olefinen mit potentieller wirtschaftlicher Signifikanz, wie das Methanol-zu- Olefinen-Verfahren, das von Kaiser gelehrt wird, siehe die US-A- 4,499,327, und nun von UOP zur kommerziellen Lizensierung angeboten wird. Wie in Tabelle 1 dargestellt ist, ergeben Olefinerzeugungsverfahren mit kommerzieller Wichtigkeit im Allgemeinen unterschiedliche Mengen von verschiedenen Nebenproduktkotnponenten in einer Mischung mit der gewünschten Komponente Ethylen. Tabelle 1: Typische Verteilung der Komponenten aus verschiedenen Olefinerzeugungsverfahren
Anmerkungen:
(1) gemäß Howe-Grant, M. - Hrsg., Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Auflage, Band 9, Seite 880 (1994)
(2) gemäß Nirula, S. C., Ethylene from Methane, Stanford Research Institute International Process Economics Progiam Report Nr. 208, Seite 4-2 (1994)
Diese Mischung ist im Allgemeinen zur weiteren kommerziellen Verwendung ungeeignet, weshalb das Erfordernis eines separaten Gewinnungs- und Abtrennungsverfahrens entsteht. Es soll erwähnt werden, dass dies bei vielen anderen Olefinerzeugungsverfahren, die nicht in Tabelle 1 gezeigt sind, und bei Blends von Mischungen aus diesen Verfahren der Fall ist, wobei ein wirtschaftlich wichtiges Beispiel die Abgasmischungen sind, die in verschiedenen Raffinierverfahren erzeugt werden, gemischt mit Mischungen, die beim Dampfcracken entstehen. Ferner kann eine solche Mischung ein Gemisch von denen aus dem Olefinerzeugungsverfahren mit Rückführströmen aus anderen Teilen einer Ethylenherstellungs- oder Ethylenderivatherstellungsanlage sein, und sie kann andere Komponenten als die in Tabelle 1 aufgeführten enthalten.
Der derzeitige konventionelle Kenntnisstand bezüglich der Ethylenherstellung führt den Fachmann, neben der Herstellung von Ethylen und Nebenproduktkomponenten in einem gemischten Strom mittels eines Olefinerzeugungsverfahrens oder einer Kombination von Verfahren, ferner dazu, den Strom zum Einbringen in ein nachfolgendes Gewinnungs- und Abtrennungsverfahren vorzubereiten. Dies kann, in verschiedenen Ausführungsformen und Reihenfolgen, die Maßnahmen einschließen: Abkühlen des Stroms von den Bedingungen, bei denen die Olefinerzeugungsreaktion bewirkt wird, in die Nähe von Umgebungsbedingungen, Verdichten des normalerweise gasförmigen gemischten Stroms auf Drücke üblicherweise zwischen 1,3 · 10³ und 4,2 · 10³ kPa (200 und 600 psia), fast vollständiges Entfernen von Wasser, Kohlendioxid und Schwefelverbindungen, die in der Olefinerzeugungsstufe verwendet oder produziert werden und Entfernen von verschiedenen normalerweise flüssigen Komponenten bei verschiedenen Drücken aus dem gemischten Strom. Somit stellt die oben beschriebene Kombination von Stufen, nämlich die der Olefinerzeugung und Olefinherstellung, dass dar, was hier als das Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren bezeichnet wird. Die Fachleute erkennen, dass das Ergebnis des Einsatzes eines Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahrens die Herstellung eines Stroms ist, der als "Zufuhrgas" bekannt ist, das so bezeichnet wird, weil es sowohl das gasförmige Gemischtkomponentenzufuhrmaterial in und aus großen und teuren Verdichtern in dem Verfahren ist als auch das gasförmige Gemischtkomponentenzufuhrmaterial für das nachfolgende Gewinnungs- und Abtrennungsverfahren ist. Der letztgenannte Strom wird nachfolgend als unter Druck stehendes Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, bezeichnet.
Obwohl Verfahren für das Gewinnen und Abtrennen von Ethylen aus einem unter Druck stehenden Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, bekannt sind, erfordern die niedrigen Siedepunkte von Ethylen und anderen Komponenten bei Normaldruck die Verwendung von Dampf-Flüssig-Flash- und Fraktionierverfahren bei sehr niedrigen Temperaturen, um einen hohen Gewinnungsgrad der Ethylenmoleküle zu erreichen, die in dem ethylenreichen Primärproduktstrom vorhanden sind, und damit die Ethylenherstellung für eine wirtschaftliche Machbarkeit ausreichend wirksam zu machen. Die Ausrüstungsgegenstände, die dazu dienen, Ethylen von niedriger siedenden Komponenten wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan abzutrennen, sind in diesen Verfahren besonders teuer. In den modernen Ethylengewinnungs- und Abtrennungsverfahren, die die Industrie beherrschen, werden typischerweise Temperaturen in der Größenordnung von -51 bis -137ºC (-60 bis -215.ºF) in bestimmten Ausrüstungsgegenständen eingesetzt, was eine spezielle Metallurgie und Kühlsysteme erfordert, die einen wesentlichen Anteil am Gesamtfinanzbedarf und Energieverbrauch der Ethylenherstellung darstellen. Diese sind den Fachleuten im Allgemeinen als der Kühlzug (chill train) und der Entmethanerturm bekannt, und es wird ein im Wesentlichen feststehendes Kälteerzeugungssystem benötigt, um solche Ausrüstungsgegenstände bei den nötigen niedrigen Temperaturen zu betreiben, üblicherweise unter Verwendung von Ethylen als Kälteerzeugungsmittel, aber manchmal unter Verwendung von Methan und Mischungen von leichten Kohlenwasserstoffen, neben anderen Kälteerzeugungsmitteln. Bei dem Gewinnungs- und Abtrennungsverfahren, um einen ethylenreichen Produktstrom herzustellen, gibt es auch Deethaner und C&sub2;-Spaltfraktioniertürme sowie Reaktoren, um die Gegenwart von Acetylenen und Dienen auszuschließen, als auch Wärmetauscher, Pumpen und andere Hilfsausrüstungsgegenstände.
Bei einer weniger häufig eingesetzten Alternative zum Gewinnen und Abtrennen von Ethylen von Methan und niedriger siedenden Komponenten unter Verwendung von Temperaturen im Bereich von -51 bis -137ºC (-60 bis -215ºF) wird ein kombiniertes Absorptions- und Fraktionierverfahren in dem Entmethanerturm verwendet, der den Fachleuten als Absorberentmethaner bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird ein großes Volumen von im Wesentlichen ethylenfreiem Material mit einem höheren Siedepunkt äls Ethylen, Mageröl genannt, in den Absorberentmethaner oberhalb des Zufuhrbodens (der Zufuhrböden), üblicherweise die Kondensatortrommel oder den höchsten Boden, in flüssigem Zustand bei etwa -28 bis -46ºC (-20 bis -50ºF) eingebracht. Die Hauptmenge des Mageröls liefert den Großteil der Moleküle in der Dampfphase des erhaltenen Dampf-Flüssig-Gesamtgleichgewichts aller Komponenten und dient somit dazu, den Großteil des Ethylens in die flüssige Phase zu treiben und dieses im Wesentlichen zu absorbieren. Das Methan und die niedriger siedenden Komponenten, die flüchtiger sind, neigen dazu, in der Dampfphase zu verbleiben, und somit wird über die zahlreichen Böden in dem Absorberentmethanerturm hinweg das Abtrennen von Ethylen bewirkt, während sich das Mageröl mit absorbiertem Ethylen den Turm nach unten zum Sumpfprodukt hin bewegt und sich Methan und niedriger siedende Komponenten den Turm nach oben zum überkopfmaterial bewegen. Der Absorberentmethaner hat den potentiellen Vorteil, dass er für den Kühlzug, das im Wesentlichen feststehende Kälteerzeugungssystem und einige der speziellen Metallurgien Abhilfe schafft, die erforderlich sind, um bei Temperaturen unterhalb von -48ºC (-55ºF) zu arbeiten. Mit den meisten Typen von unter Druck stehendem Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, werden jedoch diese Vorteile durch eine damit einhergehende Erhöhung der Hochtemperaturkälteerzeugungsbeladungen, des Energieverbrauchs und die Kühlausrüstungsgegenstände, um die Absorptionswärme von Ethylen in dem Mageröl innerhalb des Absorberentmethaners zu steuern, wettgemacht. Ferner ist ein zusätzlicher Platz- und Energiebedarf in nachfolgenden Destillationstürmen in dem Gewinnungs- und Abtrennungsgesamtverfahren erforderlich, um das große Volumen von Mageröl von dem gewünschten Ethylen und anderen Nebenproduktkomponenten abzutrennen. Bezüglich eines repräsentativen Beispiels siehe die US-A-5,019,143 (Mehra et al.).
Eine sich entwickelnde Technologie im Gebiet der Ethylengewinnungs- und Abtrennungsverfahren ist die der nicht-destillativen und nicht-kryogenen Verfahren, insbesondere solche, die dazu dienen, Olefine von Nicht-Olefinen abzutrennen. Ein praktisches Beispiel ist das der chemischen Absorption und Desorption, wie die Verwendung von wässrigen Silbernitratlösungen bei der "Selective Olefine Recovery"-Technologie von British Petroleum, die von Barchas in seinem Konferenzvortrag mit dem Titel "Olefin Recovery Via Chemical Absorption" beschrieben wurde und derzeit durch die Stone and Webster, Inc. zur Lizensierung angeboten wird, die in einem Bereich zwischen etwa 4.137 kPa/21ºC (600 psia/70ºF) und 13,8 kPa/202ºC (2 psia/400ºF) für die Absorption bzw. die Desorption betrieben wird. Eine weitere ist die Verwendung von Membrantrennern, wie sie in der US-A- 5,082,481 (Barchas et al.) beschrieben ist, um ungefähr 20% des Wasserstoffs aus einem unter Druck stehenden Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, vor jedweder Abkühlung des Zufuhrgases zu entfernen. Diese Verfahren haben den Vorteil von niedrigen Kapitalkosten, bezogen auf das umgesetzte Ethylen, sind aber zurzeit nicht und nicht allein in der Lage, eine ausreichende Menge von Ethylen in dem unter Druck stehenden Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, in einen ethylenreichen Produktstrom mit einer ausreichenden Reinheit für eine wirtschaftliche Ethylenherstellung umzuwandeln. Sie können mit Flash- und Destillationsausrüstung synergistisch kombiniert werden, um etwas vorteilhafte Ergebnisse zu produzieren, wie in der US-A- 5,452,581 (Dinh et al.) beschrieben ist, in der Membranen verwendet werden, um Wasserstoff in dem Kühlzug zu entfernen und somit Energie zu sparen, indem Kälteerzeugungslast von dem im Wesentlichen feststehenden Tieftemperaturkälteerzeugungssystem auf ein Hochtemperaturkälteerzeugungssystem verschoben wird. Sie können jedoch den Kühlzug oder ein Niedrigtemperaturkälteerzeugungssystem oder eine fraktionierte oder absorptive Destillation nicht vollständig ersetzen. Ihr größter Wert scheint eher bei Anwendungen mit relativ niedrigvolumigen ethylenhaltigen Sekundärströmen, die einen hohen Ethylengehalt haben, zu liegen, wie Verfahrensspülungen im Fall der chemischen Absorption. Im Folgenden werden solche Ausrüstungen und Verfahren Volumenabtrennverfahren (bulk separation technigues) genannt.
Unabhängig von der spezifischen Ausführungsform eines bei der Ethylenherstellung eingesetzten Gewmnnungs- und Abtrennungsverfahrens ist die große Vielzahl solcher Verfahren nach dem konventionellen Kenntnisstand auf die Herstellung eines einzigen ethylenreichen Primärproduktstroms gerichtet, der für alle möglichen Endverwendungen bei der nachfolgenden Herstellung von Ethylenderivaten geeignet ist. Die Dominanz der Verfahren, die einen einzigen ethylenreichen Primärproduktstrom herstellen, ist historisch durch die Polyethylenherstellung bedingt, die die Hauptmenge aller möglicher Verwendungen für Ethylen zur Herstellung von Derivaten ausmacht, und die die stringentesten Spezifikationen aller Derivate besitzt und üblicherweise einen ethylenreichen Produktstrom mit hoher Reinheit erfordert.
Der derzeitige konventionelle Kenntnisstand bezüglich der Zusammensetzungserfordernisse des erhaltenen ethylenreichen Primärproduktstroms für die Derivatherstellung wird jedoch erst jetzt in der Industrie untersucht. In dem Purvis-Konferenzvortrag mit dem Titel "Cracker/Derivative Unit Integration" wird die Erkenntnis diskutiert, dass viele Derivatisierungsverfahren nicht die historisch hohen Niveaus der Ethylenreinheit erfordern, wie sie von Polyethylen benötigt werden, um adäquat zu funktionieren. Ein solches Verfahren dient zur Ethylbenzolherstellung, wie in der US-A-5,476,978 (Smith et al.) offenbart wird, in der ausgeführt wird, dass der als Einsatzmaterial verwendete ethylenreiche Produktstrom Ethylen in Konzentrationen von so niedrig wie 5 Gew.-% enthalten kann, und ein solches Verfahren, das von CDTech, Inc., Texas, USA, zur Lizensierung angeboten wird, nimmt für sich in Anspruch, dass der ethylenreiche Produktstrom beträchtliche Mengen von Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthalten kann. Ein weiteres Verfahren ist das zur Aldehyd-, Alkohol- oder Esterherstellung, wie es in der Europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen PCT/EP96/00361 (Kiss et al.) beschrieben wird, bei dem geeignete Einsatzmaterialien einen ethylenreichen Produktstrom einschließen, der nur zwischen 30 und 75 Gew.-% Ethylen enthalten muss und der beträchtliche Mengen von Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthalten kann. Ferner wird die Frage der Reinheit eines ethylenreichen Primärproduktstroms zur Verwendung bei der Polyethylenherstellung selbst aufgeworfen, und Konzentrationen von Ethylen werden diskutiert, die nur 85% betragen. Der Grund für Überlegungen über die Produktion und Anwendung von ethylenreichen Primärproduktströmen mit einem niedrigeren Ethylengehalt als dem historisch Vorhandenen besteht darin, den Finanz- und Energiebedarf zu reduzieren, der mit der Herstellung von ethylenreichen Primärproduktströmen einhergeht, und letztendlich eine Verminderung der Kosten des ethylenhaltigen Derivatprodukts zu ergeben.
Die US-A-3,055,183 beschreibt ein Verfahren zum Gewinnen von hochreinem Ethylen, bei dem ein Strom in Säule 2 vorbehandelt wird, um unerwünschte Komponenten zu entfernen, wie Kohlendioxid, Wasser, teerartige Materialien und flüssige Aromaten. Das Überkopfmaterial 28 aus dem Entmethaner wird als hauptsächlich aus Methan und Ethylen bestehend beschrieben und kann in eine stromaufwärts gelegene Behandlungsanlage zurückgeführt werden.
Die US-A-4,460,396 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ethylen, bei dem das Überkopfmaterial aus dem Entethaner Ethylen enthält. Die leichten Kohlenwasserstoffe können konzentriert und aus dem Abtrennkolben 11 entnommen werden.
Die US-A-3,098,107 beschreibt ein kryogenes Destillationsgewinnungssystem für leichte Olefine mit einem komplexen Wärmeaustauschsystem, das in einen recht konventionellen Ethylengewinnungs- und Reinigungszug eingeschlossen ist. Ein adiabatisches Flash-Verfahren wird verwendet, um die gasförmigen anorganischen Komponenten und restliche Mengen von Methan aus der Gesamtmenge der Kohlenwasserstoffmischung vorher abzutrennen, bevor das Zufuhrgas in den Entmethaner eingeführt wird.
Vor dem Hintergrund der sich ändernden Anforderungen an ethylenreiche Primärproduktströme für die Herstellung von verschiedenen Derivaten sind die Lehren von fast allen derzeitigen Schriften in der Literatur und Patenten weiterhin auf die Herstellung eines einzigen ethylenreichen Primärproduktstroms aus dem Gewinnungs- und Abtrennungsverfahren gerichtet. Diejenigen wenigen Stellen, die sich auf einen unterschiedlichen, ethylenreichen Sekundärproduktstrom beziehen, lehren, dass der aus dem Entethanerfraktionierturm stammende Strom eine zusätzliche Beladung des C&sub2;-Spaltturms einspart. Nach Kenntnis des Anmelders ist es bisher nicht bekannt, einen Entmethanerturm zu verwenden, um einen ethylenreichen Sekundärproduktstrom als überkopfmaerial zur potentiellen Verwendung in bestimmten Derivatisierungsverfahren, oder als Einsatzmaterial zur vorteilhaften Anwendung in cer sich entwickelnden Technik der mit niedrigen Kosten verbundenen nicht-destillativen und nicht-kryogenen Trennungsverfahren zu liefern, während weiterhin ein ethylenreicher Primärproduktstrom mit stringenteren Zusammensetzungsanforderungen für andere Derivate geliefert wird und gleichzeitig die Finanzkosten und der Energiebedarf für das Abtrennungs- und Gewinnungsgesamtverfahren vermindert wird, möglicherweise unter Ausschluss des Kühlzuges und des feststehenden Niedrigtemperaturkälteerzeugungssystems oder alternativ möglicherweise unter Ausschluss der Zirkulation und Steuerung von Mageröl in den Entmeahanerturm.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung ethylenreicher Produktströme aus einer unter Druck stehenden Zufuhrgasmischung von Olefinen, Aliphaten, Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die durch Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren hergestellt wird. Die Kondensatortemperatur des Entmethanerturms in den Olefingewinnungs-/Abtrennungsgesamtanlagen wird erhöht, verglichen mit Standardbetriebsniveaus, die derzeit als Stand der Technik angenommen werden, d. h. oberhalb von etwa -95,6C (-140ºF). In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das erfindungsgemäße Verfahren das Erfordernis nach kryogenen Fraktionier- und anderer Abtrennungsspezialausrüstung aus, die bei Temperaturen unterhalb von etwa -48ºC (-55ºF) betrieben wird, und schließt somit auch die Kälteerzeugungs- und Wärmeaustauschausrüstung aus, die erforderlich ist, um diese niedrigen Temperaturen zu erreichen. Alternativ schließt das erfindungsgemäße Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das Erfordernis einer zirkulierenden Absorptionsmaterial für das Mageröl aus und schließt somit auch die Wärmeaustauschausrüstung aus und vermindert die Kälteerzeugungs- und Fraktionierbeladung, die nötig ist, um dieses Material zu handhaben. Erfindungsgemäß wird ein ethylenreicher Sekundärproduktstrom als das Überkopfmaterial einer Destillationskolonne mit einer Rate und Zusammensetzung produziert, die für die nachträgliche Erzeugung eines ethylenreichen Primärprodukts geeignet sind, das im Wesentlichen frei von Komponenten mit einem Siedepunkt von mindestens so niedrig wie Ethylen ist. Ferner ist der ethylenreiche Sekundärproduktstrom als Einsatzmaterial für die Produktion von Ethylenderivaten geeignet oder einer Aufkonzentration von EthyLen unter Verwendung von Volumenabtrennverfahren oder Kombinationen derselben zugänglich. Entsprechend sind die Finanz- und Betriebskosten, die mit der Herstellung von ethylenreichen Produktströmen aus unter Druck stehenden Zufuhrgasmischungen, die durch Olefinerzeugungsverfahren hergestellt werden, durch das erfindungsgemäße Verfahren signifikant vermindert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein unter Druck stehendes Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, in eine. Olefingewinnungs-/Abtrennungsanlage eingebracht, die so betrieben wird, dass sie mindestens die Entmethanisierungsfunktion durchführt, wobei in solche Anlagen Volumenabtrennvorrichtungen eingebracht sein können oder nicht, um Prozessstromzusammensetzungen zu modifizieren, die Entmethanerkolonne betrieben, um einen ethylenreichen Sekundärproduktstrom als das Überkopfmaterial und einen Sumpfproduktstrom als Rest herzustellen, nachfolgend ein ethylenreicher Primärproduktstrom aus dem Sumpfproduktrest hergestellt und egebenenfalls der ethylenreiche Sekundärproduktstrom als Einsatzmaterial zur Derivatherstellung geliefert oder zur Entsorgung oder zur Erzeugung von Nutzwärme verbrannt. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der ethylenreiche Sekundärproduktstrom im Wesentlichen die gesamten zugeführten Komponenten mit einem Siedepunkt von mindestens so niedrig wie Ethylen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Entmethanerturm bei einer Kondensatortemperatur oberhalb von etwa -48ºC (-55ºF) in der Abwesenheit von Absorption durch Mageröl, in einer Olefinabtrennungs- und Gewinnungsanlage ohne einen Kühlzug betrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist ein schematisches Schaubild der Olefinabtrennungs- und Gewinnungsanlage eines Ethylenwerks unter Verwendung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die die Produktion eines ethylenreichen Sekundärprodüktstroms aus einer Entmethanerfraktionierkolonne zeigt, die die erste Kolonne in der Gesamtreihe von Kolonnen ist, gefolgt von einem Entethaner und einem C&sub2;-Spalter, der als Überkopfmaterial einen ethylenreichen Primärproduktstrom produziert.
Fig. 1B ist ein schematisches Schaubild des Olefinabtrennungs- und Gewinnungsverfahrens eines Ethylenwerks unter Verwendung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, das die Herstellung eines ethylenreichen Sekundärproduktstroms aus einer Entmethanerfraktionierkolonne zeigt, die die erste Kolonne in der Gesamtreihe von Kolonnen ist, gefolgt von einem Entethaner, der als Überkopfmaterial einen ethylenreichen Primärproduktstrom herstellt.
Fig. 1C ist ein schematisches Schaubild des Olefinabtrennungs- und Gewinnungsverfahrens eines Ethylenwerks unter Verwendung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die die Herstellung eines ethylenreichen Sekundärproduktstroms aus einer Entmethanerfraktionierkolonne zeigt, die die erste in der Gesamtreihe von Kolonnen ist, gefolgt von einem C&sub2;-Spalter, der als das Überkopfmaterial einen ethylenreichen Primärproduktstrom herstellt.
Fig. 1D ist ein schematisches Schaubild des Olefinabtrennungs- und Gewinnungsverfahrens eines Ethylenwerks unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das die Herstellung eines ethylenreichen Sekundärproduktstroms aus einer Entmethanerfraktionierkolonne zeigt, die die zweite in der Gesamtreihe von Kolonnen ist, der eine Entethanerkolonne vorhergeht und eine C&sub2;-Spaltkolonne folgt.
Fig. 2 ist ein Modifikation von Fig. 1D, in der gepunktete Linien verwendet werden, um die mögliche Anwesenheit von verschiedenen Ausrüstungsgegenständen in der vorliegenden Erfindung als mögliche Ausführungsformen zu zeigen, als ein Beispiel dafür, wie solche verschiedenen Ausrüstungsgegenstände in der Reihe von Fraktionierkolonnen in einer beliebigen Reihenfolge oder Abfolge verwendet werden können.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezug auf Fig. 1A schafft ein Ethylenerzeugungs-/Herstellungsverfahren (0) ein unter Druck stehenden Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält (1), das in eine Entmethanerfraktionierkolonne (2) bei einem Druck zwischen etwa 1.379 und 5.516 kPa (200 und 800 psia) und vorzugsweise im Bereich von etwa 2.758 bis 4.275 kPa (400 bis 620 psia), eingeführt wird, das das Optimum für das Verfahren (0) ergibt, bezogen auf den Finanz- und Energiebedarf für das Verdichten und die Endzusammensetzung des nachfolgend diskutierten erhältlichen ethylenreichen Sekundärproduktstroms. In dieser Ausführungsform wird das Zufuhrgas in der Wärmetauscherausrüstung (3) auf eine Temperatur von nicht niedriger als -48ºC (-55ºF) gekühlt, vor dem Eintritt in den Zufuhrboden der Entmethanerkolonne als Strom (4). In. der Entmethanerkolonne findet in den vielen Böden eine fraktionierte Destillation statt, die letztendlich zu einem Dampfstrom (5) führt, der in den Überkopfkondensator (6) eintritt. In dem Überkopfkondensator wird dem eingebrachten Dampf solange Wärme entzogen, bis Material, das den Konsensator (7) verlässt, teilweise gegen ein Kälteerzeugungsmittel bei einer Temperatur von zwischen etwa -18ºC (0ºF) und nicht niedriger als -48ºC (-55ºF) im Bereich von etwa -29 bis -46ºC (-20 bis -50ºF) kondensiert, bei einem Optimum von Kondensatorwärmeübergangsfläche, Kälteerzeugungssystemenergiebedarf und der nachfolgend diskutierten Endzusammensetzung des ethylenreichen Sekundärprodukts. Der Strom (7) wird dann in eine Trommel (8) oder in eine andere solche Dampf-Flüssig-Abtrennungsvorrichtung eingebracht. Ein flüssiger Strom (9) wird hergestellt und der Entmethanerkolonne als Rückfluss wieder zugeführt, um die fraktionierte Destillation zu unterstützen. Man beachte, dass weder zu diesem noch einem beliebigen anderen Zeitpunkt Mageröl in die Entmethanerkolonne eingebracht wird. Ferner kommt es zu einem Dampfstrom (10) als ethylenreichem Sekundärproduktstrom, der hauptsächlich Ethylen und praktisch die gesamten eingebrachten Komponenten mit einem niedrigeren Siedepunkt als Ethylen enthält, einschließlich Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan, und nur sehr wenig von den Komponenten mit einem höheren Siedepunkt als dem von Ethylen.
Diese Entmethanerkolonne ergibt auch einen flüssigen Sumpfproduktstrom (11), und ein Teil desselben (12) wird in den Kolonnenverdampfer (13) eingebracht, in dem Wärme zugeführt wird, um einen gemischten Dampf-Flüssig-Strom (14) zu erzeugen, der der Kolonne wieder zugeführt wird, um die fraktionierte Destillation zu unterstützen. Der verbleibende Teil wird aus der Entmethanerkolonne als flüssiges Sumpfprodukt (15) entnommen, das den Rest des eingebrachten Ethylens und höher siedende Komponenten und praktisch keine der Komponenten mit einem niedrigeren Siedepunkt als Ethylen umfasst.
Der Anteil von Ethylen in dem ethylenreichen Sekundärproduktstrom, bezogen auf denjenigen in dem unter Druck stehenden Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, ist vor allem eine Funkaion der Verhältnisse von Ethylen zu Wasserstoff, Ethylen zu Kohlenmonoxid und Ethylen zu Methan in dem Zufuhrgas, und dem Betriebsdruck und der -temperatur des Entmethanerkondensators. Die letztgenannten Parameter führen zu der Dampf-Flüssig-Gleichgewichtszusammensetzung in der Trommel (8), die durch die Naturgesetze bestimmt wird, und die erstgenannten Komponentenverhältnisse führen zu dem Materialverhältnis, das nötig ist, um die feststehende Gleichgewichtszusammensetzung und somit die Rate von Strom (10) zu erreichen. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren (0) ausgewählt, das inhärent, ohne das Erfordernis von Volumenabtrennverfahren ein unter Druck stehendes Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, mit hohen Verhältnissen von Ethylen zu Wasserstoff, Ethylen zu Kohlenmonoxid und Ethylen zu Methan ergibt, wie Methanol-zu-Olefinen oder katalytisches Cracken von Kohlenwasserstoff, wie es in der WO 96/16004 (Anmelder Mohr et al.) beschrieben ist (Aktenzeichen: PCT/US95/15281), besonders bevorzugt Methanol-zu-Olefinen. Tabelle 2 gibt die Zusammensetzungen und Raten für den ethylenreichen Sekundärproduktstrom an, die sich aus einer bestimmten Zusammensetzung und Rate von Zufuhrgas, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan in verschiedenen Verhältnissen mit Ethylen enthält, ergeben. Tabelle 2: Zusammensetzungen und Raten von ethylenreichem Sekundärproduktstrom aus dem Entmethanerüberkopfmaterial bei verschiedenen Einsatzmaterialzusammensetzungen und Kondensatorbedingungen
Anmerkungen: Unter Verwendung des chemischen Simulationsprogramms PRO/II von Simulation Sciences, Inc., alifornien, USA zusammengestellt, unter Verwendung der Soave-Redlich- Kwong-Zustandsgleichung unter Annahme von mindestens 5 theoretischen Böden über dem obersten Zufuhrboden.
Solange das Verhältnis von Ethylen zu der niedriger siedenden Komponente das in Tabelle 2 Dargestellte überschreitet, ist es möglich, einen ethylenreichen Sekundärproduktstrom als das Überkopfmaterial des Entmethaners herzustellen und Ethylen in dem Sumpfproduktstrom übrig zu behalten, mit dem man nachfolgend einen ethylenreichen Primärproduktstrom herstellt. Die Anwesenheit von Komponenten mit einem höheren Siedepunkt als Ethylen in dem Entmethanereinsatzmaterial hat nur einen geringen Einfluss auf die in Tabelle 2 dargestellten Daten, unter der Voraussetzung, dass die Zahl der Fraktionierböden, der Einsatzmateriälzufuhrort innerhalb dieser Böden und die Verdampfer- und Kondensatorleistungen in jedem Fall so gewählt werden, dass eine Abtrennung bewirkt wird, die dazu führt, dass ein überwiegender Anteil dieser Komponenten den Entmethaner in dem Sumpfproduktstrom verlässt. Wegen der Anwesenheit von Propylen in dem Entmethanereinsatzmaterial ist dies der gewählte Betriebsmodus, weil, obwohl verschiedene Ethylenderivatisierungsverfahren Wasserstoff und Inertmaterialien tolerieren, sie nicht gut andere Olefinspezies tolerieren und Propylen selbst einen wirtschaftlichen Wert besitzt. In dem Umfang, in dem Komponenten mit einem höheren Siedepunkt als Ethylen in dem ethylenreichen Sekundärproduktstrom vorhanden sind, insbesondere wenn Ethan in Anteilen in dem Entmethanereinsatzmaterial in einer Menge vorhanden ist, die groß genug ist, werden die Konzentration von Ethylen in dem Strom und der Anteil von Ethylen, bezogen auf die niedriger siedende Komponente, von den in Tabelle 2 dargestellten Zahlen vermindert, ohne jedoch die Natur dieser Erfindung zu ändern.
Die Wirkungen der Mengen von niedrigsiedenden Komponenten sind ungefähr additiv. Wenn Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan alle in dem Entmethanereinsatzmaterial zusammen mit Ethylen vorhanden sind, ist die Rate von Ethylen in dem ethylenreichen. Sekundärproduktstrom ungefähr die Summe der in Tabelle 2 genannten unabhängigen Anteile. Die Zusammensetzung des Stroms ist ungefähr das Gewichtsmittel der in Tabelle 2 genannten unabhängigen Zusammensetzungen.
In einer Ausführungsform kann es, bei bestimmten wirtschaftlichen Umständen und einer relativ niedrigen Rate des ethylenreichen Sekundärproduktstroms, gewünscht sein, diesen Strom einfach zur Entsorgung oder zur Erzeugung von Nutzwärme zu verbrennen.
Kehrt man nun zu Fig. 1A zurück, so wird dort der Sumpfproduktstrom des Entmethaners (15) in eine Entethanerfraktionierkolonne (16) eingebracht. In dieser Kolonne werden mittels wohlbekannter Verfahren ein Überkopfstrom (17), der im Wesentlichen das gesamte eingebrachte Ethylen und sehr wenig von den Komponenten mit einem höheren Siedepunkt als Ethan enthält, und ein Bodenproduktstrom (18) produziert, der neben dem Rest der eingebrachten Komponenten sehr wenig Ethylen enthält.
Der Überkopfstrom des Entethaners (17) wird zu einer C&sub2;-Spaltfraktionierkolonne (19) geschickt, in der unter Verwendung gut in der Technik eingeführter Verfahren ein Überkopfstrom (20) produziert wird, der praktisch das gesamte eingebrachte Ethylen und sehr wenig Ethan enthält und der der ethylenreiche Primärproduktstrom des erfindungsgemäßen Gesamtverfahrens ist. Es wird auch ein Sumpfprodukt (21) produziert, das aus sehr wenig Ethylen und fast dem gesamten eingebrachten Ethan und höher siedenden Komponenten besteht.
Zusätzliche erfindungsgemäße Ausführungsformen sind in den Fig. 1B, 1C und 1D gezeigt. In diesen Figuren ist die Reihenfolge der Kolonnen für die fraktionierte Destillation verändert oder bestimmte Kolonnen sind weggelassen worden. Solche Permutationen der Kolonnenreihenfolge sind in der Industrie üblich, sie werden von den Fachleuten als "Entethaner zuerst", "Entpropaner zuerst" etc. bezeichnet, unter Bezug auf die erste Destillationsstufe, die in der Gesamtreihenfolge durchgeführt wird, und werden basierend auf einer Energie- und Finanzierungsoptimierung ausgewählt, die mit dem spezifischen Zufuhrgastyp zusammenhängt, der in der Olefirierzeugungs-/Herstellungsstufe (0) produziert wird. Unabhängig von der Reihenfolge der Kolonnen ist das Ergebnis der vorliegenden Erfindung gleich. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Entmethanerkolonne mit einer Kondensatortemperatur oberhalb von etwa -48ºC (-55ºF) betrieben, und es wird ein ethylenreiches Sekundärprodukt als das Überkopfmaterialproduziert, was die nachfolgende Produktion eines ethylenreichen Primärprodukts ermöglicht, ohne die Verwendung eines im Wesentlichen feststehenden Kälteerzeugungssystems, einer Magerölzirkulation oder eines Kühlzuges.
Weitere zusätzliche erfindungsgemäße Ausführungsformen sind in Fig. 2 gezeigt. Diese Figur stellt eine Modifizierung von Fig. 1A dar, in der verschiedene den Fachleuten bekannte Ausrüstungsgegenstände mit gepunkteten Linien dargestellt sind, die als durch diese Erfindung festgelegte logische Teile des Abtrennungs- und Gewinnungsgesamtverfahrens gruppiert sind. Ein Gegenstand, der besonderer Aufmerksamkeit bedarf, ist das nicht-kryogene, nicht-destillative Volumenabtrennverfahren (21), das an einer Stelle des Verfahrens vor dem Entmethaner eingebaut ist und das dazu dient, einen Teil der niedriger siedenden Komponenten in dem Zufuhrgas als Strom (22) zu entfernen, wobei ein an Komponenten mit einem niedrigeren Siedepunkt als Ethylen abgereicherter Strom als ein Einsatzmaterial (23) für die Entmethanerkolonne übrig bleibt. Einige Volumenabtrennmittel sind in der Industrie wohl bekannt, einschließlich kommerzieller Anwendungen wie hohle Fasermembranen, die von der MEDAL Limited Partnership angeboten werden, wie sie von Fleming und Dupuis in deren Artikel "Hydrogen Membrane Recovery Estimates" beschrieben werden, oder das als "Selective Olefin Recovery" bezeichnete oben genannte chemische Absorptionsverfahren. Ein weiteres Verfahren ist die reaktive Entfernung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, wie sie in der US-Patentanmeldung mit dem Vertreteraktenzeichen 96B082 (Ou et al.) beschrieben ist. Indem man das Verhältnis von niedrigsiedenden Komponenten zu Ethylen in dem Einsatzmaterial für den Entmethaner in der vorliegenden Erfindung modifiziert, kann man die Rate und Zusammensetzung des ethylenreichen Sekundärproduktstroms gemäß den in Tabelle 2 gelieferten Informationen modifizieren. Zusätzlich kann man solche Verfahren bei dem ethylenreichen Sekundärproduktstrom verwenden, um die Menge von darin enthaltenen niedrigsiedenden Komponenten (24) zu reduzieren und möglicherweise dessen wirtschaftlichen Wert für eine Derivatisierungsanlage zu erhöhen und einen Strom zu liefern, der reich an Komponenten mit einem niedrigeren Siedepunkt als Ethylen, die selbst einen eigenen wirtschaftlichen Wert besitzen können, ist.
Ferner kann in Fig. 2 eine Vielzahl von Ausrüstungsgegenständen vorhanden sein, die einer Vielzahl von Zwecken dienen. Ein solcher Gegenstand (25) leistet eine reaktive Umwandlung von Acetylen zu Ethylen und Ethan in der Gegenwart von Wasserstoff, und er ist den Fachleuten als Acetylenkonvertierer bekannt. Ein solches Verfahren schließt die Gegenwart von Acetylen entweder in dem ethylenreichen Sekundärproduktstrom oder dem ethylenreichen Primärproduktstrom aus, oder in beiden, in Abhängigkeit davon, an welcher Stelle er sich in dem Gewinnungs- und Abtrennungsverfahren befindet.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können sich solche Hilfsausrüstungsgegenstände des in der Beschreibung von Fig. 2 erwähnten Typs und Zwecks an jeder logischen Stelle in dem Gewimaungs- und Abtrennungsgesamtverfahren befinden, bei einer beliebigen Reihenfolge von Fraktionierkolorinen, und trotzdem noch die Vorteile der Verwendung der vorliegenden Erfindung erreichen. Sie werden deshalb vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst. Dies schließt die Verwendung von Verdichterstufen ein, die üblicherweise in dem Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren gefunden werden, manchmal jedoch zwischen Kolonnen an verschiedenen Überkopfströmen platziert sind, um zwischen dem Energiebedarf des Verdichters und den notwendigen Leitungen zu optimieren, die notwendig sind, um die Ströme zwischen den verschiedenen Ausrüstungsgegenständen zu transportieren, und Pumpen, die verwendet werden, um die Ströme zwischen den verschiedenen Ausrüstungsgegenständen zu bewegen oder den Druck des Stroms in und aus solchen Ausrüstungsgegenständen zu modifizieren. Ferner werden in weniger bevorzugten, jedoch noch nützlichen Ausführungsformen ein Kühlzug, ein Mageröl oder Temperaturen unterhalb von etwa -48ºC (-55ºF) eingesetzt, jedoch bei Temperaturen oberhalb von denjenigen, die derzeit nach dem konventionellen Kenntnisstand verwendet werden, oder der Entmethaner kann so betrieben werden, dass beträchtliche Mengen von Komponenten mit einem Siedepunkt von mindestens so niedrig wie Ethylen zurückbleiben, was verschiedene Mengen von Energie und Kapital spart und eine weitere Flexibilität bei der Steuerung der Rate des ethylenreiehen Sekundärprodüktstroms in Übereinstimmung mit dem gewünschten Bedarf für den ethylenreichen Primärproduktstrom liefert.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele verdeutlicht, jedoch nicht beschränkt. In jedem der folgenden Beispiele wurde von einer Zufuhrrate von 45.360 kg/h (100.000 1b/h) Ethylen, die in einem Zufuhrgas aus einer Olefinerzeügungs-/Herstellungsverfahren (0) enthalten sind, ausgegangen. Die Menge der anderen Komponenten ist somit durch die Stromgesamtzusammensetzung definiert, die in jedem Beispiel angegeben ist.

BEISPIEL 1 - ENTMETHANER ZUERST BEI UNVERFÄLSCHTEM ZUFUHRGAS

Unter Bezug auf Fig. 1 bildet ein Methanol-zu-Olefinen- Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren (0) ein Zufuhrgas (1), das gemischte Olefine enthält, mit einer Zusammensetzung, die der in Tabelle 1 angegebenen entspricht, nachdem Kohlendioxid und Kohlenstoff vollständig entfernt wurden, wie in Tabelle 3 angegeben, und mit einem Druck von 4.205 kPa (610 psia) und einer Temperatur von 32ºC (90ºF):

Tabelle 3: Zusammensetzung des Zufuhrgases (1), das gemischte Olefine enthält, für Beispiel 1

Komponente / Gew.-%
H&sub2; 0,03
CO 0,50
CH&sub4; 1,49
CZH&sub4; 55,18
C&sub2;H&sub6; 1,72
C&sub3;&spplus; 41,08
Gesamt 100,00
Das Zufuhrgas wird durch den Wärmetauscher (3) geführt, in dem Wärme abgeführt wird, um Einsatzmaterial für den Entmethaner (2) bei einer Temperatur von -18ºC (0ºF) zu liefern, und dadurch wird ein Druckabfall von 55,16 kPa (8 psia) hervorgerufen. Der Entmethaner, mit dem Äquivalent von 30 theoretischen Böden und der Zuführung in den achten Boden, vom Sumpf aus gerechnet, wird bei einer Temperatur in der Trommel (8) von -46ºC (-50ºF) und einem Druck von 4.137 kPa (600 psia) betrieben, mit einer Verdampfer- und Kondensatorleistung, die ausreicht, um eine Menge von 10 mol ppm Propylen in dem ethylenreichen Sekundärproduktstrom (10) zu liefern. Wie Tabelle 2 entnommen werden kann, sind die Menge und die Zusammensetzung des ethylenreichen Sekundärproduktstroms ungefähr wie in Tabelle 4 dargestellt, und dieses enthält Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan in dem Zufuhrgas vollständig: Tabelle 4: Zusammensetzung des ethylenreichen Sekundärproduktstroms (10) für Beispiel 1
Der Sumpfproduktstrom des Entmethaners (15) wird in die Entethanerkolonne (16) eingeführt, die mit einer ausreichenden Anzahl von Böden, einer ausreichenden Verdampferleistung und einer ausreichenden Kondensatorleistung ausgerüstet wird, um eine Fraktioniertrennung zwischen Ethan und Propylen zu bewirken, bei der in dem Überkopfprodukt (17) nur 100 Gew.-ppm Propylen und praktisch das gesamte eingebrachte Ethylen enthalten sind und in dem Sumpfprodukt (18) etwa 100 Gew.-ppm Ethan und die gesamten eingebrachten Komponenten mit einem höheren Siedepunkt enthalten sind.
Das Überkopfmaterial des Entethaners (17) wird zu einer C&sub2;-Spaltkolonne (19) geschickt, die mit einer ausreichenden Anzahl von Böden, einer ausreichenden Verdampferleistung und einer ausreichenden Kondensatorleistung ausgerüstet ist, um eine Fraktioniertrennung zwischen Ethylen und Ethan zu bewirken, bei der in dem Überkopfprodukt (20) praktisch das gesamte eingebrachte Ethylen und nur 500 mol ppm Ethan und praktisch kein Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Methan enthalten sind, die in dem Zufuhrgas ursprünglich vorhanden sind. Der Strom (20) stellt den ethylenreichen Primärproduktstrom dar, der sich derzeit in der Industrie als der Standard für den Markt durchgesetzt hat.

BEISPIEL 2 - Entethaner zuerst unter Verwendung einer Volumenabtrennung vor der Entmethanierung

Es wird auf Fig. 2 verwiesen. Ein Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren durch Ethandampfcracken (0) bildet ein Zufuhrgas (1), das gemischte Olefine enthält, mit einer Zusammensetzung, die der in Tabelle 1 Angegebenen entspricht, nachdem bei einem Druck von 2.758 kPa (400 psia) und einer Temperatur von 32ºC (90ºF) das Kohlendioxid und der Kohlenstoff vollständig und die meisten der C&sub7;&sbplus;-Moleküle entfernt wurden, wie in Tabelle 5 gezeigt ist:

Tabelle 5: Zusammensetzung des Zufuhrgases (1), das gemischte Olefine enthält, für Beispiel 2

Komponente / Gew.-%
H&sub2; 3,94
CO Spuren
CH&sub4; 3,83
C&sub2;H&sub2; 0,43
C&sub2;H&sub4; 53,14
C&sub2;H&sub6; 35,09
C&sub3;&spplus; 3,57
Gesamt 100, 00
Die Charge wird in die Entethanerkolonne (16) eingebracht, die mit einer ausreichenden Anzahl von Böden, Verdampferleistung und Kondensatorleistung ausgerüstet ist, um eine Fraktioniertrennung zwischen Ethan und Propylen zu bewirken, bei der in dem Uberkopfprodukt (17) nur 100 Gew.-ppm Propylen und praktisch das gesamte eingebrachte Ethylen enthalten sind und in dem Sumpfprodukt (18) etwa 100 Gew.-ppm Ethan und die gesamten eingebrachten Komponenten mit einem höheren Siedepunkt enthalten sind. Die Entethanerkolonnenstufe führt zu einem Druckabfall von 68,95 kPa (10 psia), und der Druck von Strom (17) beträgt jetzt 2.689 kPa (390 psia).
Das Überkopfprodukt des Entethaners (17) wird durch einen Verdichter (22) geführt, indem der Druck am Punkt (23) auf 4.275 kPa (620 psia) erhöht wird, und wird in eine kommerzielle MEDAL-Hohlfasermembran (24) eingebracht, die so konstruiert ist und betrieben wird, dass sie eine Entfernung von 60% des Wasserstoffs bewirkt, um den Retentatstrom (25) zu bilden, dessen Zusammensetzung in Tabelle 6 gezeigt ist und dessen Druck jetzt 3.241 kPa (470 psi) beträgt. Ferner wird der Strom (26) als das Permeat gebildet, das aus dem gewünschten Wasserstoff und etwas Methan, Acetylen und Ethylen im Nebenstrom besteht, die aus dem Strom (23) entfernt wurden. Tabelle 6: Zusammensetzung von Strom (25) aus der Volumenabtrennvorrichtung (24) in Beispiel 2
Der Strom (25) wird in einen Acetylenkonvertierungsreaktor (27) eingebracht, der so konstruiert ist und so betrieben wird, dass das gesamte Acetylen zerstört wird, wobei durch stöchiometrische Reaktion mit dem Wasserstoff in dem Strom 70% zu Ethylen umgewandelt wird und 30% zu Ethan umgewandelt wird. Das Ergebnis ist der Strom (28), der durch den Wärmeaustauscher (3) geführt wird, in dem Wärme entzogen wird, um das Einsatzmaterial für den Entmethaner (2) bei einer Temperatur von -18ºC (0ºF) zu liefern, dessen Zusammensetzung und Rate in Tabelle 7 angegeben ist. Tabelle 7: Zusammensetzung des Einsatzmaterialstroms (4) in die Entmethanerkolonne in Beispiel 2
Durch die Vorrichtungen (27) und (3) wird ein Druckabfall von 124,11 kPa (18 psi) hervorgerufen. Der Entmethaner, mit dem Äquivalent von 20 theoretischen Böden und der Zufuhr in den achten Boden, vom Sumpf ausgerechnet, wird mit einer Kondensatortemperatur in Trommel (8) von = 37ºC (-35ºF) und einem Druck von 3.102,75 kPa (450 psia) betrieben, mit einer Verdampfer- und einer Kondensatorleistung, die ausreichen, um eine Methanmenge von 135 mol-ppm in dem Sumpfproduktstrom des Entmethaners (15) zu liefern. In diesem Fall darf, wegen des relativ hohen Verhältnisses von Ethan zu Ethylen in dem Entmethanereinsatzmaterial. Ethan in dem ethylenreichen Sekundärproduktstrom (10) als mögliches Optimum zwischen dem Kälteerzeugungsbedarf am Kondensator (6) und der Gewinnung von Ethylen in dem Sumpfproduktstrom (15) zur nachfolgenden Herstellung des ethylenreichen Primärproduktstroms vorhanden sein. Wie oben diskutiert ist, sind somit die Rate und der Anteil von Ethylen in dem ethylenreichen Sekundärproduktstrom (10) etwas geringer als aus Tabelle 2 vorhergesagt, enthalten aber noch den Wasserstoff, das Kohlenmonoxid und das Methan in dem Zufuhrgas vollständig, wie in Tabelle 8 gezeigt ist: Tabelle 8: Zusammensetzung des ethylenreichen Sekundärproduktstroms (10) für Beispiel 2
Der Sumpfproduktstrom des Entmethaners (15) wird zu einer C&sub2;-Spaltkolonne (19) geschickt, die mit einer ausreichenden Anzahl von Böden, Verdampferleistung und Kühlerleistung ausgerüstet: ist, um eine Fraktioniertrennung zwischen Ethylen und Ethan zu bewirken, bei der in dem Überkopfprodukt (20). praktisch das gesamte eingebrachte Ethylen und nur 500 mol ppm Ethan und praktisch kein Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Methan enthalten sind, die ursprünglich in dem Zufuhrgas vorhanden sind. Der Strom (20) stellt den ethylenreichen Primärproduktstrom dar, der sich derzeit in der Industrie als der Standard für den Markt durchgesetzt hat.
Wie aus diesen Beispielen ersichtlich ist, ist es einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung, dass es möglich ist, die gleichen Resultate mit einem wesentlich niedrigeren Finanzierungsbedarf zu erreichen.
Die Erfindung ist unter Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden. Vor dem Hintergrund dieser Beschreibung sind dem Fachmann Änderungen und Modifikationen klar, die gemacht werden können, jedoch nicht von dem Gegenstand der Erfindung abweichen, wie sie oben beschrieben und nachfolgend beansprucht ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines ethylenreichen Sekundärproduktstroms, bei dem

ein unter Druck stehendes Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, direkt von einem Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren in einen Hochtemperaturentmethanerfraktionierturm, der Teil einer Olefingewinnungs- und -abtrennungsgesamtanlage ist, eingebracht wird,

der Entmethaner unter Bedingungen betrieben wird, die wirksam sind, um einen Strom von verbliebenem Sumpfprodukt, der etwas Ethylen enthält, das in dem Zufuhrgas vorhanden ist, zu produzieren und schließlich einen ethylenreichen Primärproduktstrom aus dem Sumpfproduktstrom zu gewinnen, wobei die Bedingungen eine Kondensatortemperätur beinhalten, die ausreichend hoch ist, um das Erfordernis nach einem Kühlzug auszuschließen, und

aus dem Entmethaner ein Überkopfmaterial gewonnen wird, das einen ethylenreichen Sekundärproduktstrom enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Olefingewinnungs- und -abtrennungsgesamtanlage nicht-destillative Abtrennungs- oder Reaktionsumwandlungstechniken aufweist, um den Gehalt an Acetylenen, Dienen oder Komponenten mit einem niedrigeren Siedepunkt als Ethylen in jedem Strom, gegegenenfalls einschließlich dem ethylenreichen Sekuridärproduktstrom, zu modifizieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem: der ethylenreiche Sekundärproduktstrom hauptsächlich aus Ethylen und im Wesentlichen allen Komponenten des Einsatzmaterials für den Fraktionierturm besteht, die einen Siedepunkt mindestens so niedrig wie Ethylen haben, und der Sumpfproduktstrom aus Ethylen und Komponenten des Einsatzmaterials für den Fraktionierturm besteht, die einen Siedepunkt mindestens so hoch wie Ethylen haben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Bedingungen eine Kondensatortemperatur von nicht niedriger als -48ºC (-55ºF) beinhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die ethylenreichen Produktströme ohne Absorption durch Mageröl produziert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das unter Druck stehende Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, durch die Methanol-zu-Olefinen-Reaktion erhalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das unter Druck stehende Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält, durch Pyrolyse oder katalytisches Cracken von Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien erhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der gesamte ethylenreiche Sekundärproduktstrom oder ein Teil desselben oder der gesamte modifizierte ethylenreiche Sekundärproduktstrom oder ein Teil desselben schließlich zur Entsorgung oder zur Erzeugung von Nutzwärme verbrannt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der gesamte ethylenreiche Sekundärproduktstrom oder ein Teil desselben oder das gesamte modifizierte ethylenreiche Sekundärprodukt oder ein Teil desselben in ein weiteres Verfahren eingebracht wird, das dazu dient, die Olefine in dem Strom durch eine Reaktion in andere Produkte umzuwandeln.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Reaktion eine Hydroformylierung ist und die anderen Produkte Aldehyde und Alkohole sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das andere Verfahren die Herstellung von Essigsäure, linearen α-Olefinen, Acetaldehyd, Vinylacetatmonomer, Vinylchloridmonomer, Ethanol, Ethylbenzol oder Polyethylen ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines ethylenreichen Primärproduktstroms aus einem unter Druck stehenden Zufuhrgas, das gemischte Olefine enthält und aus einer Mischung von Olefinen, einschließlich Ethylen, Aliphaten, einschließlich Methan, und Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, durch Fraktionieren in einer Destillationskolonne, die mit mehreren Destillationsböden ausgerüstet ist, wobei während des Betriebs einem Verdampfer, der sich am Boden der Kolonne befindet, Wärme zugeführt wird und ein Teil des Abgasdampfs aus dem Überkopfmaterial der Kolonne, das Methan und Produkte, die niedriger als Methan sieden, enthält, gekühlt, verflüssigt und dem Kopf der Kolonne als Rückfluss wieder zugeführt wird, mit der Kombination der Stufen:

(a) Einbringen des Zufuhrgases bei einer Temperatur oberhalb von -48ºC (-55ºF) direkt aus einem Olefinerzeugungs-/Herstellungsverfahren in den Zufuhrboden eines Hochtemperaturentmethanerfraktionierturms, dessen Kondensatortemperatur oberhalb von -48ºC (-55ºF) liegt, unter Bedingungen, die ausreichen, um aus dem Überkopfmaterial der Kolonne einen Dampf zu produzieren, der Methan und Produkte enthält, die niedriger als Methan sieden,

(b) wobei das Überkopfmaterial einen ethylenreichen Sekundärproduktstrom enthält, der den Wasserstoff, das Kohlenmonoxid und das Methan des Zufuhrgases praktisch vollständig enthält, zusammen mit einer Ethylenmenge, die weniger als 50% und mehr als 1% des in dem Zufuhrgas enthaltenen Ethylens ausmacht, und ein Sumpfproduktstrom des Entmethaners den Rest des Materials aus dem Zufuhrgasstrom enthält und

(c) Einbringen des Sumpfproduktstroms des Entmethaners in einen Entethanerfraktionierturm, um einen Überkopfstrom des Entethaners, der Propylen und höhersiedende Materialien enthält, d. h. weniger als 50% von denjenigen höhersiedenden Materialien, die in dem Sumpfproduktstrom des Entmethaners enthalten sind, und einen Sumpfproduktstrom des Entethaners zu produzieren, der den Rest des Materials aus dem Sumpfproduktstrom des Entmethaners enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem in Stufe (c) ein ethylenreicher Primärproduktstrom direkt als der Überkopfstrom des Entethaners produziert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 mit einer weiteren Stufe (d), in der der Überkopfstrom des Entethaners aus Stufe (c) in einen C&sub2;-Spaltfraktionierturm eingebracht wird, um einen ethylenreichen Primärproduktstrom als das Überkopfmateriäl oder ein Seitenstrommaterial oberhalb des Zufuhrbodens, der über 50% des Ethylens in dem Überkopfstrom des Entethariers enthält, zusammen mit einer Menge von Ethan und anderen höhersiedenden Materialien, die weniger als 50% der höhersiedenden Materialien ausmacht, die in dem Zufuhrgas enthalten sind, und ein C&sub2;-Spaltstrom-Sumpfprodukt zu produzieren, das den Rest des Materials aus dem Überkopfstrom des Entethaners enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der gesamte ethylenreiche Sekundärproduktstrom in Stufe (b) oder ein Teil desselben in eine Membraneinheit eingebracht wird, die einen Strom produziert, der olefinreicher ist als der in Stufe (b) produzierte ethylenreiche Sekundärproduktstrom.

16. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Zufuhrgas, bevor es dem Zufuhrboden eines Hochtemperaturentmethanerfraktionierturms zugeführt wird, bei einer Temperatur von -48ºC (-55ºF) oder darüber in einen Entethanerfraktionierturm eingeführt wird, um einen Überkopfstrom des Entethaners, der über 50% des Ethans des Zufuhrgases enthält, zusammen mit einer Menge von Propylen und höhersiedenden Materialien, die in dem Zufuhrgas enthalten sind, und einen Sumpfproduktstrom des Entethaners zu produzieren, der das Restmaterial des Zufuhrgases enthält, und der Überkopfstrom des Entethaners dann dem Zufuhrboden des Hochtemperaturentmethanerfraktionierturms zugeführt wird, und bei dem Stufe (c) nicht länger stattfindet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der gesamte in Stufe (b) produzierte ethylenreiche Sekundärproduktstrom oder ein Teil desselben in eine Membranvorrichtung eingebracht wird, die einen Strom produziert, der olefinreicher ist als der in Stufe (b) produzierte ethylenreiche Sekundärproduktstrom.

18. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem Stufe (c) ausgelassen und der Sumpfproduktstrom des Entmethaners direkt in den C&sub2;-Spaltfraktionierturm eingebracht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der gesamte in Stufe (b) produzierte ethylenreiche Sekundärproduktstrom oder ein Teil desselben in eine Membraneinheit eingebracht wird, die einen Strom produziert, der olefinreicher ist als der in Stufe (b) produzierte ethylenreiche Sekundärproduktstrom.