DE859627C - Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen Es ist bekannt, Gasgemische durch Teilverflüssigung zu zerlegen. Sind dabei die Unterschiede der Siedepunkte groß, so genügt es, das meist unter erhöhtem Druck stehende Gas fortschreitend zu kühlen, wobei sich die leichter zu verflüssigenden Komponenten praktisch rein nacheinander abscheiden. Liegen die Siedepunkte jedoch verhältnismäßig nahe zusammen, so enthalten die bei der Abkühlung sich bildenden Kondensate alle Komponenten des Gasgemisches, wenn auch, je nach Druck und Temperatur, in wechselndem Mengenverhältnis. Tedes abgeschiedene Gemisch wird einer Rektifikation unterworfen, wobei Endprodukte beliebiger Reinheit erzielt werden können. Bei Gasgemischen, die aus zahlreichen Komponenten bestehen, ergeben sich nach diesem Verfahren kostspielige und komplizierte Apparaturen.
• Das Verfahren nach der Erfindung bezweckt, eine möglichst weitgehende Reinigung der einzelnem Fraktionen schon gleichzeitig mit der Absoheidung zu erreichen, also Abscheidung und Rektifikation möglichst eng zu koppeln. Es ist zwar an sich bekannt, eine teilweise Rektifikationswirkung in Wärmeaustauschern, die zur Abkühlung und Abscheidung der verflüssigbaren Komponenten dienen, dadurch zu erreichen, daß das zu zerlegende Gas von unten in die z#,ustauscher eingerührt wird. Die sich bildenden Kondensate ftiet;@ n nach unten, und im Gegenstrom zwisch-n Gas und 1#lüssigkeit tritt eine Anreicherung der verYfüssigten 1iomponenten ein.
• Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß diese Anreicherung nicht ausreicht, um genügend reine Endprodukte zu erzielen. So können nach diesem Verfahren z. b. aus I@olcsolengas nur .P Taktionen mit einem Athylengehalt bis zu 3j11/9 erhalten werden, eine Konzentration, bei der eine chemische Weiterverarbeitung dieees Produktes noch nicht möglich ist.
• Es ist zwar möglich, die erhaltenen Produkte anschließend durch übliche Rektitikationsverfahren weiter zu reinigen. .Kür jede abzuscheidende Komponente ist dabei eine besondere l.@olonne nötig, die unten in pass-nd" r 1Veise geheizt und oben gekühlt werden muß. 4: ird die Xei,#tifikation dagegen erlindungsgeznälin die haszerzegung eingesctiattet, so kann zur Erzeugung des fur jede ltektiiikation nötigen @:'ärmet@usses die Tenzperaturditferenz zwischen den verschiedenen "1 eilen des BV ärmeaustauschers ausgenutzt :'erden. die Erfindung besteht also darin, daß zwischen je zwei bVärmeaustausciler einer Gaszvrlegungsanlage, die dazu dienen, aus dein Gasgeiniscn partiell die einzelnen Fraktionen ii@rauszui@ond.ensieren, eine Rektitikationskoionne eii@gesüialtet wird, über welcher ein zusätzlicher '*i- äi'zneaustaus@her oder ein Kondensator einbebaut ist. Das in letzterem gewonnene Kondensat dient als 4t aschfü?ssigkeit für die Kolonne. Die il aschküissigheit z?immt auch noch die 1teste der leichter koaclensierbaren Bestandteile aui, die sich noch iin Gasgemisch befinden. Durch diesen Einbau einer zusatzlichen kleinen Kolonne wird es möglich, bereits iin Verlauf der Gaszerlegung eine ai@geschiedene Fraktion zu konzentrieren, was vorher nur mit einer komplizierten Apparatur möglich war.
• Auch der Kraftbedarf für die gesamte Gaszerlegung und -Reinigung wird durch den Einbau einer Kolonne in die Gaszerlegung erheblich vermindert im Vergleich zu der bisher üblichen Rektifikation und Reinigung hinter Zerlegungsanlage.
• .,Nach der Erfindung lassen sich sehr gute Reinheitsgrade und @"@usbeutLn ei-zielen. So konnte beispielsweise bei Verarbeitung eines Gases mit nur 11,3 bis 11,3 010 C2 11.1 ohne :vtitere Reinigung eine Fraktion mit etwa @o"@`o C2 H4 bei über g50/11 Ausbeute abgezogen werden. Am Kolcsofengas konnte eine t:thylenfr'a.1ztion mit einczn t@thylengehalt von 55 bis 65°l0 ge:;onnen werden, eine Konzentration, die bereits eine tinmitteibare chemische Weiterverarlreituz?g erlaubt. Diehonzentration derrektifizierten Flüssigkeit ist se:bstverständlich abhängig von der Zusainmensetzuizg des in die Rektifikationskolonne unten eintretenden Gasgemischs.
• Die Erfindung ist in zwei Ausführungsformen in den Fig. i und 2 der Zeichnung dargestellt. In der folgenden Erläuterung sei der besseren '#,erständ-1ichlctit wegen i_nmer auf die Gewinnung von .itllvlen alt b:'-' derKoksgaszerlegun-Bezug genonunezi. Jedoch ist das Verfahren auch auf andere Gasgemische, beispielsweise auf die Gewinnung der schweren Edelgase Krypten und Kenon aus der Luft, anwendbar.
• In denrBeispiel nach Fig. i tritt das zu zerlegende Gasgeiniscn getrocknet und bereits auf etwa -S11° gekühlt bei A in den Wärmeaustauscher B ein, in ?welchem seine Temperatur im Kälteaustausch mit zurückströmenden Zerlegungsprodukten, die .durch Leitungen I und L austreten, auf etwa -12o3 ges.nkt wird. Die durch L strömende Menge wird durch das Ventil S geregelt. Durch die Leitung C tritt das Gemisch in die Rektifikationskolonne D und dann in den zusätzlichen Wärmeaustauscher E ein, der von einem oder mehreren rückströmenden Zerlegungsprodukten durchflossen wird. An den Rohren dieses Wärmeaustauschers scheiden sich Kondensate ab, die neben Methan hauptsächlich Äthan, Äthylen sowie höhere Kohlenwasserstofe enthalten. Diese Kondensate rieseln auf die Kolonne D als Waschflüssigkeit und treten in intensiven Stoffaustausch mit dem aufsteigenden Gas. Dabei :wird das Methan aus der Flüssigkeit ausgetrieben, während das Äthylen, Äthan und die gesamten höheren Kohlenwasserstofie aus,dem Gas ausgewaschen werden, also mit der Flüssigkeit nach unten abströmen. Die Flüssigkeit sammelt sich im Sumpf der Kolonne D, wird durch Ventil H entspannt und dient im 4A°"ärmeaustauscher B mit zur Kühlung des eintretenden Koksofengases.
• Der nicht verflüssigte Teil des Gasgemisches tritt durch die Leitung G in einem Wärmeaustau°scher R ein, in dein er weiter gekühlt und dann einer zweiten Kolonne zugeführt wird. Als Kältequelle für den Prozeß kann in bekannter Weise z. b. die Entspannung von hochkompromiertem Stickstoff oder irgendeines anderen geeigneten Gases entweder mit oder ohne Arbeitsleistung dienen.
• Um die für -die Äthylenabscheidung günstigste Temperatur im @Z'ärmeaustauscher E einstellen zu können, sind die Parallelleitungen mit den Umgehungsventilen P und O vorgesehen. Wird das Ventil D geöffnet, so treten kältere rückströmende Zerlegungsprodukte -durch die Leitung F in die Rohrschlange des Wärmeaustauschers E als die Zerlegangsprodukte, die den Wärmeaustauscher R passiert haben, so daß die Temperatur am obersten finde des Austauschers E erniedrigt und die Ausbeute an Kondensaten erhöht wird. Gleichzeitig wird der Äthylengehalt, allerdings auch der Methangehalt der sich im Kolonnensumpf ansammelnden flüssigen Fraktion erhöht. Wird das Umgehungsventil P geöffnet, so strömt kälteres Gas durch die Leitung K, wodurch die Temperatur im kalten unteren Ende des Wärmeaustauschers B gesenkt wird und sich auch die Temperatur es in der Leitung C strömenden Koksofengases erniedrigt. Damit kann also die Temperatur am unteren Ende der Kolonne D auf der für diei-Ihschei.dung des Äthylens günstigsten Höhe gehalten werden.
• <l£zi Stelle dieser Regelung der Temperatur durch die Umgehungsventile, die immer Verluste bringen, ist es zwecl:mäßijer, die Temperaturregelung in ebenso bekannter "reise dadurch vorzunehmen, daß die :Mengen der durch die Austauscher zurückströmenden Zerlegungsprodukte geändert werden.
• Die Temperaturregelung ist besonders dann notwendig, wenn die Zusammensetzung des zu verarbeitenden Gasgemisches wechselt, wodurch sich auch die Mengen der einzelnen Fraktionen ändern. Dabei wird in den einzelnen Austauschern das Verhältnis der benötigten zu der verfügbaren Kälteleistung verschoben, so daß sich auch die Temperaturen ändern, falls .dies nicht durch die erwähnte Regelung verhindert wird.
• In Fig. 2 ist ein anderes Anwendungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben.,Im Gegensatz zu Fig. !i wird bei dem Verfahren nach Fig. 2 die Temperatur auch im Austauscher B so tief gehalten, daß hier eine teilweise Kondensation des Koksgases eintritt. Die Kondensate sammeln sich dabei im untersten Teil 1l ,des Wärmeäustauschers B und werden durch die Leitung N und das Ventil O in die Kolonne R eingeleitet. Da diese Kondensate im wesentlichen aus den am leichtesten zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffen bestehen, ist es zweckmäßig, sie nicht am Kopf .der Kolonne, sondern tiefer einzuführen, nämlich an einer Stelle, an der die in den Austauscher E niedergeschlagene Flüssigkeit im Austausch mit dem Gasgemisch eine Konzentration erreicht hat, die etwa der der Kondensate im Austauscher B entspricht. Auch bei dieser Anordnung ist es zweckmäßig, Ventile vorzusehen, durch die die Temperaturen in den verschiedenen Teilen der Apparatur auf die günstigste Höhe eingestellt werden können.
• Besondere Vorteile ergeben sich bei der Amvendung dieses Verfahrens auf die Gewinnung von Äthylen als Nebenprodukt bei der Zerlegung von Koksgas, Krackgas und ähnlichen Gasen, die Äthylen in einer Konzentration von weniger als 2%, daneben aber auch Acetylen in geringen Mengen enthalten. Da Acetylen schon bei -&i° fest wird, müßte es, um Verstopfungen der Wärmeaustauscher zu vermeiden, in großen Druckwasserwäschen zusammen mit der Kohlensäure weitgehend ausgewaschen werden. Dies erfordert nicht nur einen erheblichen zusätzlichen Kraftbedarf, sondern in der Wäsche tritt auch ein Verlust von etwa 2o % des im Gas enthaltenen Äthylens auf. Die Verstopfungen in den Wärmeaustauschern treten nicht mehr ein, wenn nach dem Verfahren der Erfindung gearbeitet wird. Die Wasserwäsche läßt sich dann z. B. durch eine wesentlich kleinere Ammoniakwasserwäsche ersetzen, in der keine merklichen Verluste von C, H, eintreten.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen durch aufeinanderfolgende Kondensation der Bestandteile in hintereinandergeschalteten Wärmeaustauschern im Gegenstrom zu dem Restgasgemisch oder den gewonnenen Zerlegungsprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei Wärmeaustauschern eine Rektifizierkolonne geschaltet ist, der das im ersten Wärmeaustauscher gekühlte Gasgemisch von unten zugeführt wird, während als Waschflüssigkeit die Kondensationsprodukte dienen, die in einem weiteren über der Kolonne angeordneten zusätzlichen Wärmeaustauscher oder Kondensator entstehen.
2. 2. Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Wärmeaustauscher durch Kondensation erhaltenen flüssigen Kondensationsprodukte in einen mittleren Teil der nachfolgenden Rektifizierkolonne als Waschflüssigkeit eingeführt werden.
3. 3. Verfahren zur Zerlegung von Gasgemischen nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Boden der Kolonne sich sammelnde flüssige Fraktion auf einen niedrigeren Druck entspannt und zur Kühlung des Gasgemisches im vorhergehenden Wärmeaustauscher benutzt wird. q.. Verfahren zur Gewinnung einer äthylenreichen Fraktion aus Koksofen- oder Krackgas oder sonstigen Gasgemischen unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch eine derartige Einstellung der Temperaturen, daß im ersten Wärmeaustauscher im wesentlichen C3 und teilweise die C2 Kohlenwasserstoffe und im zusätzlichen Wärmeaustauscher und Kondensator über der Rektifizierkolonne der Rest der C2 Kohlenwasserstoffe und ein Teil -des Methans ausgeschieden werden.