DE69824519T2 - Destillationsverfahren zum Trennen von Mischungen aus drei oder mehr Komponenten - Google Patents

Destillationsverfahren zum Trennen von Mischungen aus drei oder mehr Komponenten Download PDF

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Description

  • Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung effizienter Destillationsschemata zur Trennung von drei oder mehr Komponenten enthaltenden Beschickungsgemischen in Produktströme, die jeweils mit einer der Komponenten angereichert sind. Im Allgemeinen ist es Aufgabe eines ein Destillationsschema entwerfenden Verfahrensingenieurs, dieses effizienter zu gestalten, indem der Wärmebedarf der Destillationskolonnen innerhalb des Destillationsschemas verringert wird. Jedoch ist bekannt, dass in einer ternären oder Drei-Komponenten-Trennung Versuche zur Verringerung des Wärmebedarfs dazu führen, dass mehr Wärmeleistung bei einer höheren Temperatur erforderlich ist, d. h. dass durch die Wärmequelle mehr Wärme mit höherer Temperatur zugeführt werden muss. Bei einer Destillation über der Umgebungstemperatur könnte das bedeuten, dass nur dann Wärme eingespart werden kann, wenn mehr Dampf mit höherer Temperatur verwendet wird. Dampf höherer Temperatur ist jedoch teurer. Deshalb besteht Bedarf an Destillationsschemata, mit denen der Wärmebedarf gesenkt werden kann, ohne dass zusätzliche Wärmeleistung bei höherer Temperatur erforderlich ist, oder die Temperaturen, bei denen Wärme den Destillationskolonnen zugeführt wird, flexibler eingestellt werden können. Die Erfindung erfüllt diese schon lange bestehenden Nachfrage nach einer Verbesserung der Effizienz der Multikomponentendestillation, ohne dass der Bedarf an teurerer Leistung steigt.
  • SU-A-1 214 721 (veröffentlicht am 28. Februar 1986) offenbart die Trennung von Kohlenwasserstoffen, bei der sowohl die schwerere Fraktion als auch eine leichtere Fraktion von einer ersten Destillationskolonne in eine zweite Destillationskolonne eingespeist wird. Die leichtere Fraktion wird vorerwärmt und an einer Stelle unterhalb der schwereren Fraktion in the zweite Kolonne eingespeist. Gegebenenfalls kann ein Teil der schwereren Fraktion dem leichteren Anteil vor dem Vorerwärmen zugesetzt werden.
  • In den Begleitzeichnungen zeigen
  • 1 bis 7 verschiedene Destillationsverfahren des Standes der Technik zur Trennung von drei oder mehr Komponenten enthaltenden Gemischen und
  • 8 bis 13 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Destillationsverfahrens zur Trennung von drei oder mehr Komponenten enthaltenden Gemischen.
  • Betrachten wir die Trennung eines ternären Gemischs ABC in drei Produktströme, die jeweils mit einer der Komponenten angereichert sind. A ist die am leichtesten flüchtige Komponente und C die am wenigsten flüchtige Komponente. Um ein ternäres Gemisch ABC in nahezu reine Komponenten zu trennen, muss ein Destillationsschema zwei Destillationskolonnen verwenden. Solche Destillationsschemata sind in der Technik bekannt. Es gibt fünf solche bekannte Schemata: die direkte Sequenz, die indirekte Sequenz, die Seitenrektifizierkolonne, der Seitenstripper und thermisch gekoppelte Kolonnen. Jedes dieser Schemata wird jetzt im einzelnen beschrieben.
  • 1 zeigt ein direktes Sequenzschema. Ein die Komponenten A, B und C enthaltendes Gemisch (Strom 10) wird in die erste Kolonne (Col. 1) eingespeist, die einen Kondensator (Con. A) und ein Reboiler (Reb. BC) aufweist. Dort wird es destilliert, um von oben ein mit A angereichertes Produkt (Strom 70) zu erzeugen. Die Flüssigkeit vom Boden dieser Kolonne (Strom 20) ist hauptsächlich ein binäres Gemisch, das aus den Komponenten B und C zusammengesetzt ist. Dieser flüssige BC-Strom wird in zwei Ströme geteilt. Ein erster Teil (Strom 22) wird in die zweite Kolonne (Col. 2) eingespeist. Der zweite Teil (Strom 24) wird zum Sieden gebracht und als Strom 26 in den Boden der ersten Kolonne (Col. 1) eingespeist. Mit B angereichertes Produkt (Strom 80) und mit C angereichertes Produkt (Strom 90) werden aus der zweiten Kolonne (Col. 2) erzeugt, die einen Kondensator (Con. B) und ein Reboiler (Reb. C) aufweist. Ein Teil der mit C angereicherten Bodenflüssigkeit wird zum Sieden gebracht (Strom 92) und wieder zur Kolonne (Col. 2) zurückgeleitet, um Dampf zur Verfügung zu stellen.
  • 2 zeigt ein indirektes Sequenzschema. Die Destillation des Beschickungsgemischs (Strom 10) in der ersten Kolonne (Col. 1) mit einem Kondensator (Con. AB) und einem Reboiler (Reb. C) erzeugt ein mit C angereicherten Produkt (Strom 90) vom Boden und ein überwiegend binäres Dampfgemisch AB (Strom 30) von der Spitze. Ein Teil dieses gesättigten Dampfstroms (Strom 32) wird in die zweite Kolonne (Col. 2) eingespeist. Ein anderer Teil (Strom 34) wird kondensiert und als Rückflussstrom (Strom 36) in die erste Kolonne (Col. 1) zurückgeleitet. Ein mit A angereicherten Produkt und ein mit B angereicherten Produkt (Strom 70 bzw. 80) werden aus der zweiten Kolonne (Col. 2) mit einem Kondensator (Con. A) und einem Reboiler (Reb. B) erzeugt.
  • 3 zeigt ein Schema einer Seitenrektifizierkolonne, in dem das Beschickungsgemisch ABC (Strom 10) in der ersten Kolonne (Col. 1) mit einem Kondensator (Con. A) und einem Reboiler (Reb. C) destilliert wird, um ein mit A angereichertes Produkt (Strom 70) von der Spitze und ein mit C angereichertes Produkt (Strom 90) vom Boden zu erzeugen. Ein Teil der mit C angereicherten Bodenflüssigkeit wird zum Sieden gebracht (Strom 92) und wieder in die Kolonne (Col. 1) zurückgeleitet, um dort Dampf zur Verfügung zu stellen. Die Komponente mittlerer Flüchtigkeit, B (Strom 80), wird an der Spitze der mit einem Kondensator (Con. B) ausgestatteten zweiten Kolonne (Col. 2) gesammelt (die auch als Seitenrektifizierkolonne bekannt ist). Zu beachten ist, dass die zweite Kolonne (Col. 2) keinen Reboiler am Boden aufweist, sondern statt dessen von einem Dampfstrom (Strom 50) gespeist wird, der von einer Stelle unterhalb der Beschickung der ersten Kolonne (Col. 1) abgezogen wird. Dieser Dampfstrom ist hauptsächlich ein binäres Gemisch, das aus den Komponenten B und C besteht. Der flüssige Strom (Strom 52) vom Boden der zweiten Kolonne (Col. 2) wird an der gleichen Stelle, wo der Dampf (Strom 50) aus der ersten Kolonne (Col. 1) abgezogen wurde, in die erste Kolonne (Col. 1) geleitet. Diese thermische Kopplung zwischen den beiden Kolonnen verringert die Anzahl der Reboiler. Im Vergleich zu den Schemata von 1 und 2 verringert sich die Anzahl der Reboiler um einen, und die Gesamtzahl an eingesetzten Reboilern und Kondensatoren ist drei gegenüber vier.
  • 4 zeigt ein Seitenstripperschema, das 3 ähnlich ist (entsprechende Ströme und Anlagen verwenden die gleiche Identifikationszahl) mit dem Unterschied, dass die Beschickung der zweiten Kolonne (Col. 2; jetzt als Seitenstripper bekannt) eine Flüssigkeit (Strom 60) ist, der Produktstrom B (Strom 80) am Boden der zweiten Kolonne (Col. 2) und nicht an der Spitze gesammelt wird und die zweite Kolonne (Col. 2) einen Reboiler (Reb. B), aber keinen Kondensator aufweist. Der flüssige Strom wird an einer Stelle aus der ersten Kolonne (Col. 1) abgezogen, die über der Einspeisungsstelle in die ersten Kolonne (Col. 1) liegt und ist hauptsächlich ein binäres, aus den Komponenten A und B zusammengesetztes Gemisch, das an der Spitze der zweiten Kolonne (Col. 2) eingespeist wird. Der Dampf (62) von der Spitze der zweiten Kolonne (Col. 2) wird zur ersten Kolonne (Col. 1) zurückgeleitet, was zu einer thermischen Kopplung zwischen den beiden Kolonnen führt. Zu beachten ist, dass im Vergleich zum Schema von 2 in 4 ein Kondensator weniger verwendet wird.
  • 5 zeigt ein Schema thermisch gekoppelter Kolonnen, das zwei thermische Kopplungen zwischen der ersten und der zweiten Kolonne verwendet, so dass sowohl der Reboiler als auch der Kondensator in der zweiten Kolonne (Col. 2) überflüssig werden. Die thermische Kopplung am Boden der zweiten Kolonne (Col. 2) ist die gleiche wie in 3, und die an der Spitze ist die gleiche wie in 4 (entsprechende Ströme und Anlagen verwenden die gleiche Identifikationszahl). Mi5 B angereichertes Produkt (Strom 80) wird an einer dazwischen liegenden Stelle der zweiten Kolonne (Col. 2) gesammelt. Zu beachten ist, dass aufgrund der zweifachen thermischen Kopplung die Gesamtzahl der Reboiler und Kondensatoren um zwei verringert wird.
  • Inzwischen ist bekannt, dass die Schemata mit thermischer Kopplung (in 3 bis 5 zu sehen) weniger Wärmezufuhr brauchen als diejenigen ohne thermische Kopplung (1 und 2) ("Minimum Energy Requirements of Thermally Coupled Distillation Systems", Z. T. Fidowski und L. Królikowski, AlChE Journal, Seite 643 bis 653, Band 33, 1987). Der Wärmebedarf im Reboiler (Reb. C) der Seitenrektifizierkolonne in 3 ist geringer als der gesamte Wärmebedarf in beiden Reboilern (Reb. BC und Reb. C) von 1. Ähnlich ist die gesamte Wärmezufuhr in den Reboilern (Reb. B und Reb. C) für die Seitenstripperkonfiguration in 4 geringer als die gesamte Wärmezufuhr in den Reboilern (Reb. B und Reb. C) mit indirekter Sequenz in 2. Von den fünf Schemata benötigt die thermisch gekoppelte Konfiguration in 5 die geringste Wärmezufuhr in ihren Reboiler.
  • Zwar sinkt der Wärmebedarf bei der thermischen Kopplung, doch dies geschieht auf Kosten teurerer Leistungen. Beispielsweise erfordert das thermisch gekoppelte Schema in 5, dass die gesamte Wärmeleistung bei der höchsten Temperatur und die gesamte Kälteleistung bei der niedrigsten Temperatur zur Verfügung steht. In einem Schema mit direkter Sequenz (1) wird dem BC-Reboiler (Reb. BC) und dem Reboiler C (Reb. C) jeweils etwas Wärme zugegeben. Die Temperatur des Reboilers BC (Reb. BC) ist niedriger als die des Reboilers C (Reb. C), was darauf hinweist, dass die Wärmequelle für den Reboiler BC (Reb. BC) eine geringere Temperatur haben kann als die Wärmequelle für den Reboiler C (Reb. C). Andererseits geht die gesamte zugeführte Wärme für die thermisch gekoppelte Kolonne (5) in den Reboiler C (Reb. C), und die gesamte Wärmequelle muss eine höhere Temperatur haben. Ähnlich wird im Schema mit der direkten Sequenz (1) etwas Wärme im Kondensator B (Con. B) entfernt, der wärmer ist als der Kondensator A (Con. A). Dies deutet darauf hin, dass eine für den Kondensator B (Con. B) verwendete Kälteleistung wärmer (und daher preiswerter) sein kann als die für den Kondensator A (Con. A) verwendete Kälteleistung. Andererseits muss in thermisch gekoppelten Kolonnen die gesamte Wärme durch die teurere Kälteleistung im Kondensator A (Con. A) entfernt werden. Dieser Effekt teurerer Leistungen ist auch zu beobachten, wenn im Vergleich zu den Schemata in 1 und 2 Konfigurationen mit Seitenrektifizierkolonnen (3) und Seitenstripper ( 4) verwendet werden. Dies-veranlasste Hohmann et al. zu der Aussage, dass "thermische Integration durch direkte Dampfkopplung die Wärmelast eines Netzes verringert, während sie die relativen Temperaturen der Quellen (heiße Leistung) und Kühlvorrichtungen (kalte Leistungen) erhöht" (E. C. Hohmann, M. T. Sander und H. Dunford; "A New Approach to the Synthesis of Multicomponent Separation Schemes", Chem. Eng. Commun., Band 17, Seite 273 bis 284, 1982). Daher besteht die größte Herausforderung darin, den gesamten Wärmebedarf zu senken, ohne dass dies zu stark auf Kosten der Temperaturen der Leistungen geht.
  • Für Schemata der in 1 und 2 dargestellten Art wurde in der Literatur vorgeschlagen, den Bedarf an teurerer Leistung dadurch zu senken, dass man einen Teil dieses Bedarfs gegen eine preiswertere Leistung austauscht (siehe z. B. "Two-Feed Distillation: Same Composition Feeds with Different Enthalpies" (Destillation von zwei Beschickungen: Beschickungen der gleichen Zusammensetzung mit unterschiedlicher Eigenwärme) von P. C. Wankat und D. P. Kessler in Ind. Eng. Chem. Res., Band 32, S. 3061–3067, 1993). Dieser Vorschlag lautet, dass dann, wenn ein flüssiger (dampfförmiger) Strom, der zwei oder mehr Komponenten enthält, in einem Reboiler (Kondensator) zum Sieden gebracht (kondensiert) wird, beide Ströme in die nächsten Kolonnen eingespeist werden sollten, anstatt nur einen, d. h. die gesättigte flüssige oder die gesättigte Dampfbeschickung, in die nächste Kolonne einzuspeisen. Ein Beispiel für die Konfiguration der direkten Sequenz von 1 ist in 6 zu sehen. (Entsprechende Ströme und Anlagen in 1 und 6 verwenden die gleiche Identifikationszahl.) Jetzt wird ein Teil des aus dem Reboiler (Reb. BC) austretenden gesättigten Dampfes als zweiter Beschickungsstrom (Strom 28) in die zweite Kolonne (Co. 2) geleitet. Die Gesamtmenge der Beschickung für die zweite Kolonne (Col. 2) in 6 ist identisch mit der in 1. Allerdings wird durch Verschieben eines Teils der Beschickung als Dampf in die zweite Kolonne (Col. 2) der Wärmebedarf für den Reboiler C (Reb. C) gesenkt, während der Wärmeeintrag in den Reboiler BC (Reb. BC) im gleichen Umfang ansteigt. Daher bleibt der gesamte Wärmeeintrag unverändert, doch es kann jetzt dadurch, dass eine Wärmequelle niedrigerer Temperatur verwendet wird, mehr davon zur Verfügung gestellt werden. Die entsprechende Lösung für 2 ist in 7 zu sehen. (Entsprechende Ströme und Anlagen in 2 und 7 verwenden die gleiche Identifikationszahl.) Jetzt wird ein Teil des kondensierten Stroms aus dem Kondensator AB (Con. AB) als zweiter Beschickungsstrom (Strom 38) in die zweite Kolonne (Col. 2) eingespeist. Dadurch, dass ein Teil der Beschickung für die zweite Kolonne (Col. 2) als gesättigte Flüssigkeit vorliegt, sinkt der Bedarf an Kondensierleistung im kalten Kondensator (Con A), doch der Bedarf an Kondensierleistung im wärmeren Kondensator (Con AB) nimmt im gleichen Ausmaß zu. Erneut kann mehr von der Kälteleistung bei wärmerer Temperatur verwendet werden, aber der Gesamtbedarf an Kälteleistung bleibt unverändert. Daher besteht eindeutig eine Nachfrage nach alternativen Lösungen, die den gesamten Wärmebedarf senken können, aber genügend Flexibilität bieten, um den Bedarf an wärmerer Wärmeleistung und/oder kälterer Kälteleistung zu senken.
  • Die gleiche Herausforderung liegt vor, wenn mehr als drei Komponenten enthaltende Gemische destilliert werden, um Produktströme herzustellen, die jeweils mit einer der Komponenten angereichert sind. Der Grund dafür ist, dass die zum Destillieren von Gemischen mit mehr als drei Komponenten verwendeten Destillationsschemata aus den in 1 bis 7 dargestellten ternären Unterschemata bestehen. Daher pflanzen sich Mängel der ternären Unterschemata auch in die Destillation von Gemischen fort, die eine größere Anzahl an Komponenten enthalten. Einige bekannte Beispiele von Vier- und Fünf-Komponenten-Destillationsschemata sind in einem Artikel von Agrawal ("Synthesis of Distillation Column Configurations for a Multicomponent Separation"), Ind. Eng. Chem. Res., Band 35, S. 1059 bis 1071, 1996) zu finden.
  • Für die Destillation binärer Gemische ist die Verwendung eines dazwischengeschalteten Reboilers oder Zwischenkondensators bekannt, um die Effizienz der Destillation zu verbessern (siehe z. B. einen Artikel von Z. T. Fidowski und R. Agrawal, "Utilization of Waste Heat Stream in Distillation", Ind. Eng. Chem. Res., Band 34, S. 1287 bis 1293, 1995). Es ist jedoch auch bekannt, dass die Verwendung eines dazwischengeschalteten Reboilers den gesamten Wärmebedarf für eine binäre Destillation nicht senkt, aber den Wärmeeintrag in den Bodenreboiler um die Menge der dem dazwischengeschalteten Reboiler zugeführten Wärme verringert.
  • Bei der Erfindung handelt es sich um eine Technik zur Verringerung des Wärmebedarfs herkömmlicher Destillationsverfahren, mit denen drei oder mehr Komponenten enthaltende Beschickungsgemische getrennt werden. Die Technik ermöglicht große Flexibilität bei der Einstellung der Temperaturen der erforderlichen Leistungen einschließlich eines Szenarios, bei dem der Wärmebedarf verringert wird, ohne dass eine zusätzliche (und teurere) Wärmeleistung bei höherer Temperatur erforderlich ist. Wenn bei dieser Technik ein flüssiger Bodenstrom (oder ein gasförmiger Destillatstrom), der zwei oder mehr Komponenten enthält, von einer vorderen Kolonne zu einer hinteren Kolonne geleitet wird, wird ein Rückführungsstrom (dampfförmig oder flüssig) zwischen den gleichen Stellen in den bei den Kolonnen implementiert.
  • Die Erfindung bietet auch die Möglichkeit, ohne die Veränderung der Temperatur irgendeiner Leistung den gesamten Wärmebedarf zu senken, während der Bedarf für die Wärmeleistung bei der höchsten Temperatur und der Kälteleistung bei der kältesten Temperatur auf den Mindestwerten gehalten wird.
  • Die Destillation eines Beschickungsstroms im Allgemeinen und die Destillation eines ternären Beschickungsstroms im Besonderen umfasst mindestens die beiden folgenden allgemeinen Schritte:
    • (a) Einspeisen des Speisstroms in eine erste Destillationskolonne;
    • (b) Entnahme eines flüssigen (gasförmigen) Stroms, angereichert hinsichtlich der schwereren bzw. leichteren Komponenten des Speisstroms, aus der ersten Kolonne an einer Stelle unterhalb bzw. oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms [im Allgemeinen am Boden (an der Spitze) der ersten Kolonne], Einspeisen eines ersten Teils in eine zweite Kolonne, zumindest teilweises Verdampfen (Kondensieren) eines zweiten Teils davon und Zurückleiten des zumindest teilweise verdampften (kondensierten) zweiten Teils in die erste Kolonne als Siedestrom (Rückfluss).
  • Bei der Erfindung handelt es sich um eine Technik, den Wärmebedarf des vorstehenden Verfahrens zu verringern, soweit es um eine Beschickung mit drei oder mehr Komponenten geht. Diese Technik umfasst die Entfernung eines gasförmi gen (flüssigen) Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des flüssigen (gasförmigen) Stroms und sein Einspeisen in die erste Kolonne an der Stelle, wo der flüssige (gasförmige) Strom entfernt wurde. Die Wärme (Kühlung), die vorher durch eine zumindest teilweise Verdampfung (Kondensation) des zweiten Teils der Flüssigkeit (des Gases) in Schritt (b) der ersten Kolonne zugeführt wurde, wird jetzt der zweiten Kolonne effizienter zugeführt, und zwar durch eine zumindest teilweise Verdampfung (Kondensation) eines Teils des flüssigen (dampfförmigen) Stroms vor der Einspeisung in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe [im Allgemeinen einige Stufen] unterhalb (oberhalb) der Einspeisstelle des Restes des flüssigen (gasförmigen) Stroms.
  • Somit wird gemäß dem wichtigsten Verfahrensaspekt der Erfindung ein Verfahren zur Destillation eines drei oder mehr Komponenten enthaltenden Beschickungsstroms in Produktströme, die hinsichtlich der jeweiligen Komponenten angereichert sind, zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren umfasst:
    • (a) Einspeisen des Speisstroms in eine erste Destillationskolonne;
    • (b) Entnahme eines flüssigen (gasförmigen) Stroms, der hinsichtlich der schwereren (leichteren) Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle unterhalb (oberhalb) der Einspeisstelle des Speisstroms, und Zufuhr eines ersten Teils des flüssigen (gasförmigen) Stroms in eine zweite Kolonne, teilweises Verdampfen (Kondensieren) eines zweiten Teils des flüssigen (gasförmigen) Stroms und anschließendes Einspeisen des mindestens teilweise verdampften (kondensierten) zweiten Teils in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe unterhalb (oberhalb) der Einspeisstelle des ersten Teils;
    • (c) Entnahme eines gasförmigen (flüssigen) Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des flüssigen (gasförmigen) Stroms und Einspeisen des gasförmigen (flüssigen) Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des flüssigen (gasförmigen) Stroms.
  • In einem Vorrichtungsaspekt stellt die Erfindung auch einen Apparat zur Destillation eines drei oder mehr Komponenten enthaltenden Beschickungsstroms in mit den jeweiligen Komponenten angereicherte Produktströme durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verfügung, wobei der Apparat umfasst:
    eine erste Destillationskolonne;
    eine zweite Destillationskolonne;
    Leitungen zum Einspeisen des Einspeisstroms in die erste Destillationskolonne;
    Leitungen zur Entnahme eines flüssigen Stroms, der hinsichtlich der schwereren Komponenten des Einspeisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle unterhalb der Einspeisstelle des Speisstroms;
    Leitungen für die Zufuhr eines ersten Teil des flüssigen Stroms in die zweite Ko lonne;
    Wärmeaustauscheinrichtungen zur teilweisen Verdampfung eines zweiten Teils des flüssigen Stroms,
    Leitungen für die Zufuhr des zumindest teilweise verdampften zweiten Teils aus der Wärmeaustauscheinrichtung in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe unterhalb der Einspeisstelle des ersten Teils und
    Leitungen zur Entnahme eines gasförmigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des flüssigen Stroms und Einspeisen des gasförmigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des flüssigen Stroms.
  • In einem weiteren Vorrichtungsaspekt stellt die Erfindung außerdem einen Apparat zur Destillation eines drei oder mehr Komponenten enthaltenden Beschickungsstroms in mit den jeweiligen Komponenten angereicherte Produktströme durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verfügung, wobei der Apparat umfasst:
    eine erste Destillationskolonne;
    eine zweite Destillationskolonne;
    Leitungen zum Einspeisen des Einspeisstroms in die erste Destillationskolonne;
    Leitungen zur Entnahme eines gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Einspeisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms;
    Leitungen für die Zufuhr eines ersten Teil des gasförmigen Stroms in die zweite Kolonne;
    Wärmeaustauscheinrichtungen zur teilweisen Kondensation eines zweiten Teils des gasförmigen Stroms,
    Leitungen für die Zufuhr des zumindest teilweise kondensierten zweiten Teils aus der Wärmeaustauscheinrichtung in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils und
    Leitungen zur Entnahme eines flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des gasförmigen Stroms und Einspeisen des flüssigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des flüssigen Stroms.
  • Vorzugsweise wird der zumindest teilweise verdampfte (kondensierte) zweite Teil in Schritt b an einer Stelle in die zweite Kolonne eingespeist, wo die Zusammensetzung der dampfförmigen (flüssigen) Phase zur Zusammensetzung der dampfförmigen (flüssigen) Phase der zweiten Kolonne passt.
  • In einer Verfahrensausführung der Erfindung umfasst das Verfahren:
    • (a) Einspeisen des Beschickungsstroms in eine erste Destillationskolonne;
    • (b) Entnahme eines flüssigen Stroms, der hinsichtlich der schwereren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle unterhalb der Einspeisstelle des Speisstroms, Zufuhr eines ersten Teils des flüssigen Stroms zu einer zweiten Kolonne, teilweises Verdampfen eines zweiten Teils der flüssigen Stroms und anschließendes Einspeisen des zumindest teilweise verdampften zweiten Teils in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe unterhalb der Einspeisstelle des ersten Teils und
    • (c) Entnahme eines gasförmigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des flüssigen Stroms und Einspeisen des gasförmigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des flüssigen Stroms.
  • Außerdem kann das Verfahren umfassen:
    • (d) Entnahme eines zweiten gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Beschickungsstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Einspeisen eines ersten Teils des zweiten gasförmigen Stroms in die zweite Kolonne, teilweises Kondensieren eines zweiten Teils des zweiten gasförmigen Stroms und anschließendes Einspeisen des zumindest teilweise kondensierten zweiten Teils in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils und
    • (e) Entnahme eines zweiten flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des zweiten gasförmigen Stroms und Einspeisen des zweiten flüssigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des zweiten gasförmigen Stroms.
  • Alternativ kann das Verfahren außerdem umfassen:
    • (d) Entnahme eines zweiten gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Beschickungsstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Einspeisen des gesamten zweiten gasförmigen Stroms in die zweite Kolonne ohne zwischengeschalteten Kondensationsschritt und Entnahme von Wärme aus der zweiten Kolonne zwischen der Einspeisungsstelle des zweiten gasförmigen Stroms und der Spitze der zweiten Kolonne und
    • (e) Entnahme eines zweiten flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des gesamten zweiten gasförmigen Stroms und Einspeisen des zweiten flüssigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des zweiten gasförmigen Stroms.
  • In einer anderen Verfahrensausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren:
    • (a) Einspeisen des Speisstroms in eine erste Destillationskolonne;
    • (b) Entnahme eines gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms, Zufuhr eines ersten Teils des gasförmigen Stroms in eine zweite Kolonne, teilweises Kondensieren eines zweiten Teils des gasförmigen Stroms und anschließendes Einspeisen des mindestens teilweise kondensierten zweiten Teils in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils; und
    • (c) Entnahme eines flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des gasförmigen Stroms und Einspeisen des flüssigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des gasförmigen Stroms.
  • Die Erfindung ist besonders gut anwendbar auf die Destillation eines Beschickungsgases, bei dem es sich um ein Gemisch handelt, ausgewählt aus
    einem Gemisch, das Benzol, Toluol und Xylol umfasst;
    einem Gemisch, das Stickstoff, Kohlenmonoxid und Methan umfasst;
    einem Gemisch, das Stickstoff, Sauerstoff und Argon umfasst;
    einem Gemisch, das drei oder mehr aus C1-C15-Alkoholen ausgewählte Komponenten umfasst, und
    einem Gemisch das drei oder mehr aus C1-C5-Alkoholen ausgewählte Komponenten umfasst.
  • Die Erfindung lässt sich am besten anhand spezifischer Ausführungsformen der in 8 bis 13 dargestellten Art erläutern. 8 zeigt eine auf 1 angewendete Ausführungsform, die den Transfer einer mit den schwereren Komponenten des Speis- bzw. Beschickungsstroms angereicherten Flüssigkeit zeigt. (Entsprechende Ströme und Anlagen in 1 und 8 verwenden die gleiche Identifikationszahl.) Der mit den schwereren Komponenten angereicherte flüssige Strom 20 ist die Bodenflüssigkeit aus der ersten Kolonne (Col. 1). Dieser Strom besteht hauptsächlich aus den schwereren Komponenten B und C, und ein Teil davon (Strom 22) wird in die zweite Kolonne (Col. 2) eingespeist. Ein Dampf (Strom 27) wird an der gleichen Stelle aus der zweite Kolonne (Col. 2) abgezogen, an der der Strom 22 eingespeist wird, und wird in den Boden der ersten Kolonne (Col. 1) eingespeist. Nur ein Teil der an den schwereren Komponenten angereicherten Flüssigkeit wird in die zweite Kolonne (Col. 2) geleitet, der verbleibende Teil (Strom 24) wird in einem Reboiler (Reb. BC) zumindest teilweise verdampft (vorzugsweise vollständig verdampft). Der resultierende Strom 25 wird mindestens eine Trennstufe (im Allgemeinen ein paar Stufen) unterhalb des Einspeispunkts des Stroms 22 eingespeist. Die bevorzugte Einspeisstelle für den Strom 25 ist derart, dass die Zusammensetzung der Dampfphase zu der Zusammensetzung der Dampfphase in der Kolonne passt.
  • Betrachten wir jetzt Ausführungsformen der Erfindung, die den Transfer eines mit den leichteren Komponenten des Beschickungsstroms angereicherten Gases beinhaltet. 9 zeigt eine solche Ausführungsform, die auf 2 angewendet wird. (Entsprechende Ströme und Anlagen in 2 und 9 verwenden die gleiche Identifikationszahl.) Der mit den leichteren Komponenten angereicherte Dampfstrom ist der Destillatstrom 30 aus der ersten Kolonne (Col. 1). Dieser Strom besteht hauptsächlich aus den leichteren Komponenten A und B. Ein Teil des mit den leichteren Komponenten angereicherten Dampfstroms 30 wird als Strom 32 in die zweite Kolonne (Col. 2) eingespeist. Ein flüssiger Strom 37 wird an der gleichen Stelle aus der zweiten Kolonne (Col. 2) abgezogen, wo der Strom 32 eingespeist wird, und in die Spitze der ersten Kolonne (Col. 1) eingespeist. In dieser speziellen Ausführungsform, wo nur ein Teil des mit den leichteren Komponenten angereicherten Dampfas in die zweite Kolonne (Col. 2) geleitet wird, wird der verbleibende Teil (Strom 34) zumindest teilweise (und vorzugsweise vollständig) im Kondensator Con. AB kondensiert und der resultierende Strom 35 wird mindestens eine Trennstufe (im Allgemeinen ein paar Trennstufen) oberhalb des Einspeispunktes des Stroms 32 eingespeist. Die bevorzugte Beschickungsstelle für den Strom 35 ist derart, dass die Zusammenfassung der flüssigen Phase zu der Zusammensetzung der flüssigen Phase in der Kolonne passt.
  • Die Ausführungsform von 10 ist insofern eine Kombination aus 8 und 9 (wobei die entsprechenden Ströme und Anlagen die gleiche Identifikationszahl verwenden), als sowohl der mit den schwereren Komponente angereicherte flüssige Strom und die mit den leichteren Komponenten angereicherten Dampfströme von der ersten Kolonne (Col. 1) in die zweite Kolonne (Col. 2) geleitet werden. Die erste Kolonne (Col. 1) erzeugt den mit den leichteren Komponenten angereicherten Dampfstrom von der Spitze, und dieser ganze Strom wird schließlich wie in 9 gezeigt in die zweite Kolonne-I (Col. 2) eingespeist. Die erste Kolonne (Col. 1) erzeugt auch den mit den schwereren Komponenten angereicherten flüssigen Strom 20, und dieser Strom wird dann wie in 8 gezeigt in die zweite Kolonne-II (Col. 2) eingespeist. Wie 10 zeigt, kann das Produkt B entweder als Dampf (Strom 80a) oder flüssiger Strom (Strom 80b) entnommen werden. Der Reboiler Reb. B und der Kondensator Con. B zwischen den beiden zweiten Kolonnen (Col. 2) werden nur bei Bedarf verwendet.
  • Die für die Destillation ternärer Gemische gelehrten Konzepte können leicht auf Gemische ausgedehnt werden, die mehr als drei Komponenten enthalten. Sie wer den jetzt für die Destillation von Vier-Komponenten-Gemischen veranschaulicht. 11 bis 13 zeigen ein herkömmliches Schema auf der linken Seite und das entsprechende erfindungsgemäß verbesserte Schema auf der rechten Seite.
  • 11a zeigt ein direktes Sequenzschema zur Trennung eines Vier-Komponenten-Beschickungsgemischs ABCD (Strom 10) in vier Produktströme, die jeweils mit einer der Komponenten angereichert sind. In diesem Gemisch folgt die relative Flüchtigkeit der alphabetischen Reihenfolge, d. h. A ist die am leichtesten flüchtige und D die am schwersten flüchtige Substanz. Die erste Kolonne (Col. 1) trennt das Beschickungsgemisch in das Produkt A (Strom 70) und einen flüssigen Strom 20 am Boden, der mit den schwereren Komponenten angereichert ist. Der Strom 20 besteht überwiegend aus B, C und D: Ein Teil dieses Stroms (Strom 22) wird in die zweite Kolonne (Col. 2) geleitet und ein anderer Teil (Strom 24) wird zum Sieden gebracht und als Strom 26 in den Boden der ersten Kolonne (Col. 1) eingespeist. Die zweite Kolonne (Col. 2) trennt den mit den schwereren Komponenten angereicherten Strom 22 aus der ersten Kolonne (Col. 1) in das Produkt B (Strom 280) und den an schwereren Komponenten noch reicheren flüssigen Strom 220 am Boden. Der an schwereren Komponenten noch reichere flüssige Strom besteht überwiegend aus den Komponenten C und D. Ein Teil des Stroms 220 wird als Beschickungsstrom (Strom 222) in die dritte Kolonne (Col. 3) geleitet, und ein anderer Strom (Strom 224) wird zum Sieden gebracht und als Strom 226 in die zweite Kolonne (Col. 2) eingespeist. Der dritte Kolonne (Col. 3) trennt den an schwereren Komponenten noch reicheren flüssigen Strom 222 von der zweiten Kolonne (Col. 2) in das Produkt C (Strom 390) und das Produkt D (Strom 395).
  • Die Betrachtung von 11a zeigt, dass die Erfindung an zwei Stellen angewendet werden kann. Beide zeigen sich, wenn der mit den schwereren Komponenten angereicherte Strom von einer früheren Kolonne zur nächsten Kolonne geleitet wird. So wird in 11b der Teil des mit schwereren Komponenten angereicherten flüssigen Stroms 20, der zum Sieden gebracht wird (Strom 24), nicht in den Boden der ersten Kolonne (Col. 1) geleitet, sondern an eine dazwischengeschaltete Stelle der zweiten Kolonne (Col. 2) als Strom 25. Die siedende Beschickung für die erste Kolonne (Col. 1) wird durch einen Dampfstrom 227 zur Verfügung gestellt, der von der gleichen Stelle der zweiten Kolonne (Col. 2) abgezogen wird, wo der an schwereren Komponenten reiche flüssige Strom 22 eingespeist wird. Ähnliche Modifikationen werden für den an schwereren Komponenten noch reicheren flüssigen Strom vorgenommen. Somit wird der zum Sieden gebrachte Strom 225 in die dritte Kolonne (Col. 3) geleitet, und die siedende Beschickung der zweiten Kolonne (Col. 2) wird durch den Strom 327 zur Verfügung gestellt, der von der gleichen Stelle der dritten Kolonne (Col. 3) abgezogen wird, wo der an leichteren Komponenten reiche Dampfstrom 222 eingespeist wird.
  • 12a zeigt ein weiteres Schema zur Trennung eines Vier-Komponenten-Gemischs ABCD (Strom 10) in vier Ströme, die jeweils einer der Komponenten angereichert sind. Wie in 11 trennt auch hier die erste Kolonne (Col. 1) das Beschickungsgemisch in das Produkt A (Strom 70) und einen mit den schwereren Komponenten angereicherten flüssigen Strom 20, von dem ein Teil (Strom 22) in die zweite Kolonne (Col. 2) und in anderer Teil (Strom 24) zum Sieden gebracht und als Strom 26 in den Boden der ersten Kolonne (Col. 1) geleitet wird. Die zweite Kolonne (Col. 2) erzeügt das Produkt D (Strom 295) am Boden und einen mit den leichteren Komponenten angereicherten Dampfstrom (Strom 230) and der Spitze. Von diesem wird ein Teil (Strom 234) kondensiert und als Rückfluss an die Spitze der Kolonne als Strom 236 zurückgeleitet und ein anderer Teil (Strom 232) wird in die dritte Kolonne (Col. 3) geleitet. Die dritte Kolonne (Col. 3) trennt den mit den leichteren Komponenten angereicherten Dampfstrom 230 aus der zweiten Kolonne (Col. 2) in das Produkt B (Strom 380) und das Produkt C (Strom 390).
  • Wenn man die Erfindung auf die beiden Ströme 22 und 232 in 12a anwendet, erhält man 12b. Der mit den schwereren Komponenten angereicherte flüssige Strom 20 vom Boden der ersten Kolonne (Col. 1) setzt sich hauptsächlich aus den Komponenten B, C und D zusammen. Ein Teil davon wird direkt in die zweite Kolonne (Col. 2) geleitet (Strom 22); ein anderer Teil wird zum Sieden gebracht. Der zum Sieden gebrachte Strom 25 wird nicht als Siedestrom in die erste Kolonne (Col. 1) geleitet, sondern an eine zwischengeschaltete Stelle der zweiten Kolonne (Col. 2). Der Siedestrom für die erste Kolonne (Col. 1) wird durch den Dampfstrom 227 zur Verfügung gestellt, der an der gleichen Stelle aus der zweiten Kolonne (Col. 2) abgezogen wird, wo der mit den schwereren Komponenten angereicherte Strom 22 eingespeist wird. Der mit den leichteren Komponenten angereicherte Dampfstrom 230 von der Spitze der zweiten Kolonne (Col. 2) besteht überwiegend aus den Komponenten B und C. Ein Teil davon (Strom 232) wird direkt in die dritte Kolonne (Col. 3) geleitet, und ein anderer Teil wird kondensiert. Der kondensierte Strom 235 wird nicht als Rückfluss in die zweite Kolonne (Col. 2), sondern an eine zwischengeschaltete Stelle der dritten Kolonne (Col. 3) geleitet. Der Rückfluss für die zweite Kolonne (Col. 2) wird durch einen flüssigen Strom 337 zur Verfügung gestellt, der an der gleichen Stelle aus der dritten Kolonne (Col. 3) abgezogen wird, wo der mit leichteren Komponenten angereicherte Dampfstrom 232 eingespeist wird.
  • 13a zeigt ein Schema, in dem die erste Kolonne (Col. 1) keinen direkten Produktstrom aus dem Beschickungsgemisch ABCD (Strom 10) erzeugt. Statt dessen erzeugt die erste Kolonne (Col. 1) sowohl den mit den leichteren Komponenten angereicherten Dampfstrom 30 (der hauptsächlich aus A und B besteht) an der Spitze und den mit den schwereren Komponenten angereicherten flüssigen Strom 20 (der hauptsächlich aus C und D besteht) am Boden. Ein Teil des Dampfstroms 30 (Strom 34) wird kondensiert und als Rückfluss (Strom 36) zurückgeführt, wäh rend ein anderer Teil (Strom 32) in die zweite Kolonne (Col. 2) eingespeist wird. Dort wird er in das Produkt A (Strom 270) an der Spitze und das Produkt B (Strom 280) am Boden getrennt. Ähnlich wird ein Teil des flüssigen Stroms 20 (Strom 24) kondensiert und als Siedestrom (Strom 26) zurückgeleitet, während ein anderer Teil (Strom 22) in die dritte Kolonne (Col. 3) eingespeist wird, wo er in das Produkt C (Strom 390) an der Spitze und das Produkt D (Strom 395) am Boden getrennt wird.
  • Wenn man die Erfindung auf die beiden Ströme 22 und 32 in 13a anwendet, erhält man 13b. Der kondensierte Strom 36 wird nicht als Rückfluss in die erste Kolonne (Col. 1) geleitet, sondern als Strom 35 zu einer dazwischengeschalteten Stelle an der zweiten Kolonne (Col. 2). Der Rückfluss für die ersten Kolonne (Col. 1) wird durch den flüssigen Strom 237 zur Verfügung gestellt, der an der gleichen Stelle aus der zweiten Kolonne (Col. 2) abgezogen wird, wo der mit den leichteren Komponenten angereicherte Dampfstrom 32 eingespeist wird. Ähnlich wird der zum Sieden gebrachte Strom 26 nicht als Siedestrom zur ersten Kolonne (Col. 1) geleitet, sondern als Strom 25 zu einer dazwischengeschalteten Stelle der dritten Kolonne (Col. 3) geleitet. Der Siedestrom für die erste Kolonne (Col. 1) wird durch den Dampfstrom 327 zur Verfügung gestellt, der an der gleichen Stelle aus der dritten Kolonne (Col. 3) abgezogen wird, wo der mit den schwereren Komponenten angereicherte flüssige Strom eingespeist wird.
  • Aus der vorstehenden Erörterung geht die Anwendung der Erfindung auf die Trennung von mehr als vier Komponenten enthaltenden Gemischen klar hervor.
  • Einige Beispiele für Beschickungsströme, auf die die Erfindung angewendet werden kann, umfassen Stickstoff/Sauerstoff/Argon-Gemische, Benzol/Toluol/Xylol-Gemische, Stickstoff/Kohlenmonoxid/Methan-Gemische, beliebige Kombinationen von drei oder mehr Komponenten von C1-C5-Alkoholen oder beliebige Kombinationen aus drei oder mehr Komponenten von C1-C5-Kohlenwasserstoffen.
  • Wie bereits ausgeführt, ist laut der herrschenden Meinung in der Literatur über chemische Technik mehr Wärme bei höheren Temperaturen erforderlich, wenn man den Wärmebedarf eines Destillationssystems senken will. Einige Beispiele solcher Konfigurationen sind in 1, 3 und 5 zu sehen. Die Konfigurationen in 3 und 5 benötigen weniger Wärme als die Konfiguration in 1; allerdings muss dort die gesamte Wärme bei einer hohen Temperatur im Reboiler C zugeführt werden. Dies bedeutet, dass eine teurere Wärmequelle erforderlich wäre, um die Destillation in 3 und 5 zu erreichen. Einige andere Lösungen wie die von 6 verändern den Gesamtbedarf an Wärme nicht, aber verschieben mehr Wärme von der höheren zur niedrigeren Temperatur. Somit ist der gesamte Wärmebedarf für die Konfigurationen von 1 und 6 gleich, aber in 6 wird im Reboiler Reb. C weniger und im Reboiler Reb. BC mehr Wärme zugeführt.
  • Die Erfindung stellt einen Bruch des herrschenden Paradigmas dar, weil nicht nur der gesamte Wärmebedarf gesenkt wird, sondern auch weil sie große Flexibilität bei den Temperaturen, bei denen Wärme zur Verfügung gestellt wird, bietet. Wie das folgende Beispiel zeigt, erfordert die spezielle erfindungsgemäße Ausführungsform von 8 weniger Gesamtwärme als 1 und 6 des Standes der Technik, wobei nur geringfügig mehr Wärme bei höherer Temperatur des Reboilers Reb. C benötigt wird.
  • Das folgende Beispiel soll die Wirksamkeit der Erfindung zeigen.
  • Beispiel
  • Es ging um die Trennung eines Drei-Komponenten-Gemischs, das 33,3% A, 33,3% B und 33,4% C enthielt, in reine Komponenten. Es wurde angenommen, dass die relative Flüchtigkeit von A bezogen auf C 10 und von B bezogen auf C 5 betrug. Bei allen drei Komponenten ging man davon aus, dass sie die gleiche verborgene Wärme aufweisen. Für jedes Schema wurden Berechnungen vorgenommen, um die Trennung mit dem geringstmöglichen Dampffluss zu erreichen. In anderen Worden war der Gesamtbedarf an Siedestrom minimal. Dies erreicht man dadurch, dass man die Kolonnen an den Einspeisungsstellen verengt. Dadurch wurde ein gerechter Vergleich von Wärmeleistungen zwischen verschiedenen Schemata ermöglicht. Der Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Berechnungsbasis in dieser Tabelle ist ein Beschickungsfluss von 1 Mol. x ist die Molfraktion in der flüssigen Phase und y ist die Molfraktion in der Dampfphase; die tiefgesetzten Indizes geben die Molfraktion der betreffenden Komponente an. SL bedeutet gesättigte Flüssigkeit (saturated liquid), während SV für gesättigten Dampf (saturated vapour) steht.
  • Zuerst wurden die Berechnungen für das in 6 gezeigte Fließschema vorgenommen. Die erforderliche Wärmeleistung im Reboiler BC soll 1,353 Mol des 50% D enthaltenden Gemischs (Strom 24) verdampfen. Die im Reboiler C zum Sie den gebrachte Menge Flüssigkeit beträgt 0,167 Mol (Strom 92). Der gesamte erzeugte Dampf beträgt 1,52 Mol. Dann wurden die erfindungsgemäßen Berechnungen für das Fließschema in 8 vorgenommen. Die im Reboiler Reb. BC verdampfte Menge Flüssigkeit wird jetzt auf 1,103 Mol gesenkt (Ströme 24 und 25), und die im Reboiler Reb. C verdampfte Menge Flüssigkeit ist auf 0,359 Mol gestiegen (Strom 92). Im Vergleich zum Fließschema des Standes der Technik ist in 6 der gesamte Siedestrom um nahezu 4% von 1,520 auf 1,462 gesunken.
  • Es wurden auch Berechnungen für die in 3 gezeigten Verfahren des Standes der Technik angestellt. Zu beobachten ist, dass der gesamte Siedestrom für dieses Verfahren in einem Reboiler, nämlich Reb C, zur Verfügung gestellt wird. Die gesamte Fließgeschwindigkeit des Dampfes für dieses Verfahren ist die gleiche wie für die Erfindung in 8. Jedoch ist die Temperatur des Reboilers Reb. C wärmer als die des Reboilers Reb. BC. Das Gemisch BC enthält eine große Fraktion von B, und die Komponente B ist leichter flüchtig als C; dadurch verdampft das Gemisch BC bei einer viel niedrigeren Temperatur als die Komponente C. Im Ergebnis kann die Wärmeleistung für den Reboiler BC durch eine Wärmequelle zugeführt werden, die eine niedrigere Temperatur hat als die Wärmequelle für den Reboiler C. Bei einer niedrigeren Temperatur ist die Wärmequelle billiger als die Wärmequelle mit höherer Temperatur. Daher besteht der Nutzen der erfindungsgemäßen Ausführungsform von 8 im Vergleich zum Schema in 3 darin, dass eine große Fraktion (etwa 75%) der gesamten Wärme, durch eine billigere Wärmequelle mit niedrigerer Temperatur zur Verfügung gestellt wird.
  • Wenn das Verfahren in 8 mit dem herkömmlichen Verfahren von 5 verglichen wird, ist zu beobachten, dass zwar jetzt eine Wärmequelle niedrigerer Temperatur für den Reboiler Reb. BC verwendet werden kann (der Strom 24 hat eine höherer Molfraktion von B in 8), doch dass mehr Wärme im Reboiler Reb. C erforderlich ist. Das bedeutet. dass zwar der gesamte Wärmebedarf gesunken ist, jedoch ein Tausch der Wärmequelle stattgefunden hat. Es wird etwas Wärme bei noch niedrigeren Temperatur (im Reboiler Reb. BC) und mehr Wärme bei einer höheren Temperatur (im Reboiler Reb. C) benötigt.
  • Tabelle 1
    Figure 00190001

Claims (14)

  1. Verfahren zur Destillation eines Speisstroms, enthaltend drei oder mehr Komponenten, zu Produktströmen, die hinsichtlich der jeweiligen Komponenten angereichert sind, das Verfahren umfassend: (a) Einspeisen des Speisstroms in eine erste Destillationskolonne; (b) Entfernen eines flüssigen oder gasförmigen Stromes, angereichert hinsichtlich der schwereren bzw. leichteren Komponenten des Speisstroms, aus der ersten Kolonne an einer Stelle unterhalb bzw. oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms und entweder. dann, wenn der flüssige oder gasförmige Strom ein flüssiger Strom ist, der hinsichtlich der schwereren Komponenten angereichert ist und an einer Stelle unterhalb der Einspeisstelle des Speisstroms entnommen wird, Einspeisen eines ersten Teils des flüssigen Stroms in eine zweite Kolonne, teilweises Verdampfen eines zweiten Teils des flüssigen Stroms und anschließendes Einspeisen des mindestens teilweise verdampften zweiten Stroms in die zweite Kolonne, mindestens eine Trennstufe unterhalb der Einspeisstelle des ersten Teils, Entfernen eines gasförmigen Stroms aus der zweiten Kolonne bei der Einspeisstelle des ersten Teils des flüssigen Stroms und Zufuhr des Gasstroms zu der ersten Kolonne an der Entnahmestelle des flüssigen Stroms, oder dann, wenn der flüssige oder gasförmige Strom ein gasförmiger Strom ist, der hinsichtlich der leichteren Komponenten angereichert ist und aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms entnommen wird, Einspeisen eines ersten Teils des gasförmigen Stroms in eine zweite Kolonne, teilweises Kondensieren eines zweiten Teils des gasförmigen Stroms und anschließend Einspeisen des mindestens teilweise kondensierten zweiten Teils in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils, Entnahme eines flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des gasförmigen Stroms und Einspeisen des flüssigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des gasförmigen Stroms.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der mindestens teilweise verdampfte oder mindestens teilweise kondensierte zweite Teil in die zweite Kolonne an einer Stelle eingespeist wird, an der die Zusammensetzung des Dampfes bzw. der flüssigen Phase der Zusammensetzung der Dampf- bzw. flüssigen Phase der zweiten Kolonne entspricht.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das Verfahren umfassend: (a) Einspeisen des Einspeisstroms in eine erste Destillationskolonne; (b) Entnahme eines flüssigen Stroms, der hinsichtlich der schwereren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle unterhalb der Einspeisstelle des Speisstroms, Zufuhr eines ersten Teils des flüssigen Stroms zu einer zweiten Kolonne, teilweises Verdampfen eines zweiten Teils des flüssigen Stroms und anschließendes Einspeisen des mindestens teilweise verdampften zweiten Teils in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe unterhalb der Einspeisstelle des ersten Teils; und (c) Entnahme eines gasförmigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des flüssigen Stroms und Zufuhr des gasförmigen Stroms an die erste Kolonne an der Entnahmestelle des flüssigen Stroms.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das Verfahren umfassend: (a) Einspeisen des Speisstroms in eine erste Destillationskolonne; (b) Entnahme eines gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Zufuhr eines ersten Teils des gasförmigen Stroms zu einer zweiten Kolonne, teilweises Kondensieren eines zweiten Teils des gasförmigen Stroms und anschließendes Einspeisen des mindestens teilweise kondensierten zweiten Teils in die zweite Kolonne mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils; und (c) Entnahme eines flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des gasförmigen Stroms und Zufuhr des flüssigen Stroms zur ersten Kolonne an der Entnahmestelle des gasförmigen Stroms.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 3, das zusätzlich umfasst: (d) Entnahme eines zweiten gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Zufuhr eines ersten Teils des gasförmigen Stromes zur zweiten Kolonne, teilweises Kondensieren eines zweiten Teils des zweiten gasförmigen Stroms und anschließendes Einspeisen des mindestens teilweise kondensierten zweiten Teils zu der zweiten Kolonne mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils; und (e) Entnahme eines zweiten flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des ersten Teils des zweiten gasförmigen Stroms und Zufuhr des zweiten flüssigen Stroms zur ersten Kolonne an der Entnahmestelle des zweiten gasförmigen Stroms.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 3, das zusätzlich umfasst: (d) Entnahme eines zweiten gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Zufuhr des gesamten zweiten gasförmigen Stroms zur zweiten Kolonne ohne zwischengeschalteten Kondensationsschritt und Entnahme von Wärme aus der zweiten Kolonne zwischen der Einspeisstelle des zweiten gasförmigen Stroms und der Spitze der zweiten Kolonne; und (e) Entnahme eines zweiten flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne an der Einspeisstelle des gesamten zweiten gasförmigen Stroms und Einspeisen des zweiten flüssigen Stroms in die erste Kolonne an der Entnahmestelle des zweiten gasförmigen Stroms.
  7. Verfahren, wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, worin das Speisgas eine Mischung ist, ausgewählt unter einer Mischung, umfassend Benzol, Toluol und Xylol; einer Mischung, umfassend drei oder mehr Komponenten, ausgewählt unter C1- bis C5-Alkoholen; und einer Mischung, umfassend drei oder mehr Komponenten, ausgewählt unter C1- bis C5-Kohlenwasserstoffen.
  8. Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, worin das Speisgas eine Mischung, umfassend Stickstoff, Kohlenmonoxid und Methan, oder eine Mischung, umfassend Stickstoff, Sauerstoff und Argon, ist.
  9. Vorrichtung zur Destillation eines Speisstroms, enthaltend drei oder mehr Komponenten, zu Produktströmen, die hinsichtlich der jeweiligen Komponenten angereichert sind; über ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, die Vorrichtung umfassend: eine erste Destillationskolonne (Col. 1); eine zweite Destillationskolonne (Col. 2); Leitungen (10) zum Einspeisen des Speisstroms in die erste Destillationskolonne (Col. 1); Leitungen (20) zur Entnahme eines flüssigen Stroms, der hinsichtlich der schwereren Komponente des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne (Col. 1) an einer Stelle unterhalb der Einspeisstelle des Speisstroms, Leitungen (24) zum Einspeisen eines ersten Teils des flüssigen Stroms zur zweiten Kolonne (Col. 2); Mittel zum Wärmeaustausch (Reb. BC) zum teilweisen Verdampfen eines zweiten Teils des flüssigen Stroms; Leitungen (25) zum Zuführen des mindestens teilweise verdampften zweiten Teils aus dem Wärmeaustauschmittel (Reb. BC) in die zweite Kolonne (Col. 2) mindestens eine Trennstufe unterhalb der Einspeisstelle des ersten Teils; und Leitungen (27) zur Entnahme eines gasförmigen Stroms aus der zweiten Kolonne (Col. 2) an der Einspeisstelle des ersten Teils des flüssigen Stroms und zum Zuführen des gasförmigen Stroms zur ersten Kolonne (Col. 1) an der Entnahmestelle des flüssigen Stroms.
  10. Vorrichtung zur Destillation eines Speisstroms, enthaltend drei oder mehr Komponenten, zu Produktströmen, die hinsichtlich der jeweiligen Komponenten angereichert sind, über ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert, die Vorrichtung umfassend: eine erste Destillationskolonne (Col. 1); eine zweite Destillationskolonne (Col. 2); Leitungen (10) zum Einspeisen des Einspeisstroms in die erste Destillationskolonne (Col. 1); Leitungen (30) zur Entnahme eines gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne (Col. 1) an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Leitungen (34) für die Zufuhr eines ersten Teils des gasförmigen Stroms zur zweiten Kolonne (Col. 2); Wärmeaustauscheinrichtung (Con. AB) zum teilweise Kondensieren eines zweiten Teils des gasförmigen Stroms; Leitungen (35) für die Zufuhr des mindestens teilweise kondensierten zweiten Teils aus der Wärmeaustauscheinrichtung (Con. AB) in die zweite Kolonne (Col. 2) mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils; und Leitungen (37) für die Entnahme eines flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne (Col. 2) an der Einspeisstelle des ersten Teils des gasförmigen Stroms und zum Zuführen des flüssigen Stroms zur ersten Kolonne (Col. 1) an der Entnahmestelle des gasförmigen Stroms.
  11. Verwendung einer Vorrichtung, wie in Anspruch 9 beansprucht, worin der mindestens teilweise verdampfte zweite Teil zur zweiten Kolonne an einer Stelle zugeführt wird, an der bei Betrieb die Zusammensetzung der Dampfphase der Zusammensetzung der Dampf/Flüssigphase der zweiten Kolonne entspricht.
  12. Verwendung einer Vorrichtung, wie in Anspruch 10 beansprucht, worin der mindestens teilweise kondensierte zweite Teil zur zweiten Kolonne an einer Stelle zu geführt wird, an der bei Betrieb die Zusammensetzung der flüssigen Phase der Zusammensetzung der flüssigen Phase der zweiten Kolonne entspricht.
  13. Vorrichtung, wie in Anspruch 9 beansprucht, die zusätzlich umfasst: Leitungen (30) zur Entnahme eines zweiten gasförmigen Stroms, der hinsichtlich der leichteren Komponenten des Speisstroms angereichert ist, aus der ersten Kolonne (Col. 1) an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Leitungen (34) für die Zufuhr eines ersten Teils des zweiten gasförmigen Stroms zur zweiten Kolonne (Col. 2); Wärmeaustauscheinrichtung (Con. AB) zum teilweisen Kondensieren eines zweiten Teils des zweiten gasförmigen Stroms; Leitungen (35) für die Zufuhr des mindestens teilweise kondensierten zweiten Teils zur zweiten Kolonne (Col. 2) mindestens eine Trennstufe oberhalb der Einspeisstelle des ersten Teils; und Leitungen (37) zur Entnahme eines zweiten flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne (Col. 2) an der Einspeisstelle des ersten Teils des zweiten gasförmigen Stroms und Zufuhr des zweiten flüssigen Stroms zur ersten Kolonne (Col. 1) an der Entnahmestelle des zweiten gasförmigen Stromes.
  14. Vorrichtung, wie in Anspruch 9 beansprucht, die zusätzlich umfasst: Leitungen zur Entnahme eines zweiten gasförmigen Stroms, angereichert hinsichtlich der leichteren Komponenten des Speisstroms, aus der ersten Kolonne (Col. 1) an einer Stelle oberhalb der Einspeisstelle des Speisstroms; Leitungen für die Zufuhr des gesamten zweiten gasförmigen Stroms zur zweiten Kolonne (Col. 2) ohne zwischengeschalteten Kondensationsschritt; Mittel zur Entnahme von Wärme aus der zweiten Kolonne (Col. 2) zwischen der Einspeisstelle des zweiten gasförmigen Stroms und der Spitze der zweiten Kolonne; und Leitungen zur Entnahme eines zweiten flüssigen Stroms aus der zweiten Kolonne (Col. 2) an der Einspeisstelle des gesamten zweiten gasförmigen Stroms und zum Zuführen des zweiten flüssigen Stroms zur ersten Kolonne (Col. 1) an der Entnahmestelle des zweiten gasförmigen Stroms.
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