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Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen und unmittelbaren Gewinnen
reiner Kohlenwasserstoffe aus solche enthaltenden Gasen Bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen,
insbesondere von gasförmigen, aus solche enthaltenden Gasen, wie z. B. Hydriergas,
Synthesegas, Erdgas, Spaltgas, durch Absorption unter Verwendung von Waschmitteln,
besonders unter Druck, wurde bislang im wesentlichen so gearbeitet, daß das Waschmittel
nach Austritt aus dem Waschturm, gegebenenfalls unter Wärmezufuhr, entspannt wurde
und hierdurch die gelösten Gase aus dem Waschmittel entfernt wurden. Das abgetriebene
Waschmittel wurde dann dem Waschturm wieder zugeführt, dagegen mußten die gasförmig
gewonnenen Kohlenwasserstoffe erst wieder komprimiert werden, da ihre Zerlegung
in die einzelnen Bestandteile nur unter Druck möglich ist. Diese Arbeitsweise besitzt
insofern noch wesentliche Nachteile, als besonders bei der Waschung unter Druck
das Waschmittel nicht nur die erwünschten Bestandteile aus dem Gas herauswäscht,
sondern damit zugleich eine mehr oder weniger große Menge unerwünschter gasförmiger
Bestandteile, die die weitere Verarbeitung der aus dem Waschmittel ausgetriebenen
Stoffe wesentlich erschwert und teilweise bedeutende Verluste bei der Weiterverarbeitung
mit sich bringt.
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Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Abtrennen und unmittelbaren
Gewinnen verkaufsfähiger, insbesondere reiner Kohlenwasserstoffe aus solche enthaltenden
Gasen, insbesondere von bei gewöhnlicher Temperatur und Atmosphärendruck
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gasförmigen Kohlenwasserstoffen, durch Auswaschen unter Druck und Abtreiben des
mit den zu gewinnenden Kohlenwasserstoffen beladenen Waschmittels unter. Anwendung
eines Vorabtriebs des Waschmittels zwecks Entfernung der unerwünschten Bestandteile.
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. Bei der Destillation von Waschöl ist es bekannt, das Waschöl. zunächst
durch Vorwärmung von Gasen und leicht siedenden Bestandteilen zu befreien und alsdann
weiter zu erhitzen und abzutreiben. Hierbei findet die Entfernung der unerwünschten
Bestandteile durch Verdampfung der leichter siedenden Anteile im Gleichgewicht mit
der Restflüssigkeit statt.
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Nach der Erfindung wird der Vorabtrieb des beladenen Waschmittels
als Rektifikation desselben unter dem Druck der voraufgegangenen Gaswaschung durchgeführt,
und die hierauf abgetriebenen unerwünschten Gase. werden in die -Gas-@vaschung zurückgeleitet,
worauf das Abtreiben der wertvollen Kohlenwasserstoffe aus dem -- angereicherten
Waschmittel in nachgeschalteten Rektifizierkolonnen nacheinander durch weitere Wärme-
und/oder Gas- oder Dampfzufuhr unter ,Zuhilfenahme von Druckentspannung oder -erhöhung
erfolgt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Vorabtrieb unter
Zuhilfenahme eines sich nur wenig imWaschmittel lösendenBestandteils-des Restgases,
insbesondere eines Inertgases, gegebenenfalls nach vorheriger Erwärmung desselben,
durchgeführt.
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Es ist bekannt, einen Teil des Restgasgemisches aus der Hauptleitung
abzuzweigen und diesen Teil als Abtriebgas zu verwenden.. - Hierdurch besteht jedoch
der Nachteil, daß das Restgas stets Bestandteile enthält, die sich in dem zu regenerierenden
Waschmittel - lösen, beispielsweise Äthan. Aus diesem Grunde wird -bei dem -Verfahren
nach der Erfindung zwar auch ein im Restgas enthaltenes Gas zum Abtreiben. -verwendet,
jedoch ein solches, welches sich gar nicht oder nur schwer im.Waschmittel löst.
Enthält beispielsweise das zu waschende Gas außer Kohlenwasserstoffen noch Stickstoff.
und Wasserstoff, so kann als Inertgas Stickstoff und/oder Wasserstoff verwendet
werden.
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Mit dem Verfahren der Erfindung gelingt es, das beladene Waschmittel
durch geringfügigen Wärmeaufwand unter-dem Druck-der Waschung von allen unerwünschten
Bestandteilen- zu -befreien. -Diese Maßnahme-hat wesentliche Vorteile, die besonders
darin bestehen,@:daß bei Verwendung eines geeigneten Waschmittels es nunmehr möglich
ist, in der nachgeschalteten--Abtreibekoloune ein- sofort .verkaufsfähiges Produkt,
z. B: Reinpropan oder Reinbutan, herzustellen, ohne daß: die Ausbeute durch Anfall
von nicht .verflüssigbaren Bestandteilen. in der nachgeschalteten Abtreibeanlage
vermindert wird: Es- fällt daher durch diese Arbeitsweise die bei der früheren-Arbeitsweise
insbesondere -durch die mitgelösten unerwünschten Kohlenwasserstoffe bedingte- Kompression
der aus dem Waschmittel abgetriebenen Gase fort. Das Verfahren und die Vorrichtung
-der-Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel in der beifolgenden Abbildung im
Schema erläutert. Das zu waschende Gas tritt durch die Leitung i in den mit Glockenböden,
Raschigringen od. dgl. ausgerüsteten Waschturm z oberhalb einiger Böden auf einen
Blindboden 7 ein und verläßt nach der Waschung diesen Turm am Kopf durch die Leitung
3. Dem Waschturm wird aus dem Vorratsbehälter 4. durch die Pumpe 5 und Leitung 6
das Waschmittel zugeführt, das entgegen dem zu waschenden Gas die Kolonne a durchströmt.
Im Unterteil der Kolonne :2 befinden sich noch mehrere, durch den Blindboden 7 von
dem Oberteil der Waschkolonne :2 getrennte Glockenböden oder Vorrichtungen ähnlicher
Wirkung, Das angereicherte Waschmittel fließt aus dem Raum oberhalb des Blindbodens
7 durch die Umgangsleitung 8 mit Flüssigkeitsverschluß dem obersten Boden des Unterteils
der Kolonne zu und wird durch die Leitung 9 vom untersten Boden dieses Kolonnenteils
dem Aufkocher io zugeführt. Die hierbei entstehenden Dämpfe und Restflüssigkeit
gehen durch die Leitung i i in das Unterteil der Kolonne :2 zurück. Da auf dem untersten
Glockenboden eine sehr starke Flüssigkeitsmenge aus den Dämpfen kondensiert wird,
müssen bei dem Verfahren nach der Erfindung dieAbläufe 9 zwischen dem untersten
Glockenboden und dem Aufkocher io gegenüber den übrigen Abläufen stark vergrößert
werden.
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Die Dämpfe steigen in dem Unterteil der Kolonnen auf, strömen durch
-die Leitung 1a dem Kondensator 13 zu, der mit Kühlwasser, Kältemitteln od. dgl.
indirekt gekühlt wird und gelangen durch die Leitung 14 in den- Raum oberhalb des
Blindbodens 7.
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. Das im Kondensator 13 anfallende Kondensat wird durch die Leitung
14 mit Flüssigkeitsverschluß wieder über die Böden des Unterteils der Kolonne a
zugeführt.
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An Stelle des Blindbodens 7 und der Anwendung des Kondensators 13
außerhalb der Kolonne kann der letztere auch innerhalb der Kolonne unter Wegfall
des Blindbodens angeordnet sein. Wesentliche .Aufgabe des Kondensators 13 ist, die
hierbei zugeführte Wärme wieder wegzunehmen.
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Durch die Leitung 15 kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
ein Gas, gegebenenfalls nach entsprechender Vorwärmung desselben, zur Herabsetzung
des- Partialdrucks der Dämpfe in das Unterteil der Kolonne geleitet werden. N-Iit
diesem Gas findet ferner der Vorabtrieb statt. Als Abtreibegas wird zweckmäßig ein
Gasbestandteil des Restgases verwendet, der sich wenig oder gar nicht in. der Waschflüssigkeit
löst. Hierfür kann z. B. bei Hydrieranlagen Wasserstoff verwendet werden.
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Das auf diese. Weise vorbehandelte Waschmittel fließt 'durch
-die Leitung 16 dem Unterteil einer Abtreibe-- und Rektifizierkolonne 17
zu, aus der durch die Leitung 18 am Top ein reines, verkaufsfähiges- Produkt abgezogen
werden kann. Der Rückstand .wird-durch-die Leitung °z9 einer zweiten Abtreibekolonne-ao
zugeführt; .bei der durch die
Leitung 22 ein verkaufsfähiges Produkt
abgezogen wird. Das abgetriebene Waschmittel verläßt die Kolonne 2o durch die Leitung
21 und wird im Wärmeaustausch und nötigenfalls in besonderen Kühlern (auch Tiefkühlern)
wieder heruntergekühlt, um nach Speicherung - im Vorratsbehälter .4 dem Waschprozeß
wieder im Kreislauf zugeführt zu «erden.
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Für die Gewinnung von Reinpropan und Reinbutan aus dem Waschmittel
sind die beiden Abtreibekolonnen 17 und 2o notwendig, sofern lediglich diese beiden
Kohlenwasserstoffe aus dem Gas gewonnen werden sollen. In dem anliegenden Schema
sind die Abtreibekolonnen ohne die an sich notwendigen Leitungen und Apparate für
Wärmezu- und -abfuhr bzw. Wärmeaustausch usw. gezeichnet.
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Einige Anwendungsbeispiele für das Verfahren der Erfindung seien des
weiteren bekanntgegeben 1. Beispiel Aus einem Spaltgas, das in einer Voranlage bereits
von C4 und höheren Kohlenwasserstoffen befreit worden ist, sollen Propan, Äthan
und Äthylen mit möglichst hoher Ausbeute gewonnen werden. Das Spaltgas hat danach
folgende ZusammensetzunZ
| Molprozent Mol/11 |
| Cl -1- Inerte . . . . . . . . 62,0 53,8 |
| Äthylen ...... 11,9 10,3 |
| Äthan . . . . . 11,1 9,7 |
| Propan ....... 15,0 13,0 |
Bei der Waschung unter einem Druck von .t8 atü und bei einer Temperatur von 25°'C
unter Verwendung eines Waschbenzins mit dem Siedebereich von
70 bis 15o°
C werden in diesem Waschbenzin folgende Bestandteile gelöst:
| Mol/h |
| Cl 4- Inerte . .. . . . . .. . . 14,5 |
| Äthylen .......... 9,8 |
| Äthan ........... 9,6 |
| Propan .......... 13,10 |
Es werden demnach 95 % des vorhandenen Äthylens aus dem Gas herausgewaschen. Gleichzeitig
werden jedoch 14,5 MOI/h, also wesentlich mehr Methan -I- Inerte als Äthylen, aus
dem Gas ausgewaschen. Die obige Menge entspricht 325 Nms/h. Diese hohe Äthanmenge
behindert die Weiterverarbeitung des Äthylens, Äthans usw. zu reinen Kohlenwasserstoffen
wesentlich, da bei Anwendung der üblichen bisherigen Arbeitsweise ein hoher Kompressionsdruck
nach Abtrieb der gelösten Stoffe aus dem Waschmittel erforderlich ist und wesentliche
Kreislauf-Gasmengen auch an wertvollen Produkten hierdurch entstehen. Bei Anwendung
des Verfahrens der Erfindung gelingt es, durch Wärmezufuhr im unteren Teil des Waschturms
gund Wärmeabfuhr 2 unter gleichzeitiger den niedrigst Rektifizierwirkun siedenden
Anteil (Cl -I- Inerte) bis auf einen unbedeutenden Rest aus dem Waschbenzin vorab
zu entfernen. wie nachstehende Analyse zeigt:
| _ Mol%h |
| Cl --Inerte . :. . .. . . . . . 1,5 |
| Äthylen .......... 9,8 |
| . Äthan ........... 9,6 |
| Propan .... .... 13,0 |
Es wurde hierbei eine Temperatur von 12o° C am Fuß des Waschturms 2 eingehalten.
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Infolge dieser nur noch geringen Lösung an C1 -1- Inerte wird in der
nachfolgenden ersten Abtreibeko1om12 17, die unter Druckentspannung bei 3z atü und
bei -2o° C Toptemperatur arbeitet, sofort ein Reinäthy len hergestellt, wobei nur
geringfügige Topgasmengen in den Prozeß zurückzuleiten sind. Es ist also nicht mehr
notwendig, die gelösten Stoffe aus dem Waschbenzin zuerst abzutreiben und dann erst
zu komprimieren und in die einzelnen Bestandteile zu- zerlegen. Man kann vielmehr
direkt aus dem Gemisch Waschbenzin -f- gelöste Stoffe die einzelnen, technisch reinen
Kohlenwasserstoffe nacheinander gewinnen. Hierzu sind insgesamt drei Kolonnen notwendig,
wobei die erste Kolonne ein praktisch reines Äthylen, die zweite ein technisch reines
Äthan und die dritte ein technisch reines Propan als Kopfprodukt herstellt. Es fällt
daher die sonst übliche Abtreibekolonne und die nachfolgende Gaskompression gänzlich
weg.
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Selbst wenn man jedoch in der bisher üblichen Weise zuerst das Benzin
in einer Abtreibeanlage von den darin gelösten Stoffen befreite, wäre die dann zu
komprimierende Gasmenge nicht nur wesentlich niedriger, sondern man hätte nur einen
wesentlich niedrigeren Kompressionsdruck für die Weiterzerlegung in die einzelnen
Kohlenwasserstoffe benötigt. z. Beispiel Aus einem Hydriergäs soll unter einem Druck
von 8 atü unter Verwendung von Kälte das Propan und Butan möglichst restlos und
praktisch rein gewonnen werden. Das Rohgas hat folgende ZusammenseUung
| Molprozent Mol/h |
| H2 ................ 52,0 32,0 |
| Methan . . . . . . . . . . 915 5,8 |
| Äthan ........... 2,0 1,2 |
| Propan .......... 9,5 6,o |
| Butan ........... 27,0 17,3 |
Durch Waschung mit einem Waschbenzin zwischen too bis 18o°' C siedend wurden in
dem Waschbenzin gelöst:
| MOI/h |
| H. ................... o,56 |
| Methan ............. 0,28 |
| Äthan .............. o.26 |
| Propan ............. 5,.4 |
| Butan .............. 17,3 |
Bei der Erzeugung von Reinpropan in der nachfolgenden Abtreibeanlage hätte der Gehalt
von insgesamt
i,io Molih unerwünschte Gase, etwa 20 % des C3 Gehaltes,
sehr gestört, da Reinpropan nur unter wesentlichem Verlust an Propan zusammen mit
den abzublasenden Gasen hätte hergestellt werden können.
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Durch Behandlung nach dem Verfahren der Erfindung bei Anwendung einer
Temperatur von 8d" C am Fuße des Waschturmes wurde H2 und Cl bis auf Spuren aus
dem Waschbenzin entfernt, so daß die Kohlenwasserstoffe im Waschbenzin mit folgenden
Anteilen gelöst waren:
| Mol/h |
| H2 + C1............... 0,03 |
| Athan .............. 0,12, |
| Propan ............. 5,4 |
| Butan .............. I73 |
Es waren also nur noch 0,i5 Mol/h unerwünschte Bestandteile, entsprechend etwa 3
°/o bezogen auf Propan im Waschbenzin, vorhanden, wodurch es gelingt, in der ersten
Abtreibekolonne am Top ein verkaufsfähiges Propan von über 97 0/0a Reinheit herzustellen,
indem der Druck des Waschmittels auf 18 atü gesteigert und am Kopf der Kolonne 17
eine Temperatur von -I- 30@" gehalten wird. An Stelle oder neben der indirekten
Wärmezufuhr durch den Aufkocher io kann in diesem Falle auch der Vorabtrieb durch
Zufuhr von Wasserstoff durch Leitung 15 ganz oder teilweise erfolgen, wobei der
Wasserstoff zweckmäßig etwas vorgewärmt wird.
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Das für die Gewinnung der Kohlenwasserstoffe notwendige Waschmittel
wird besonders unter dem Gesichtspunkt gewählt, daß einerseits der Verlust an Waschmittel
im gewaschenen Gas tragbar ist, andererseits das Waschmittel jedoch eine solche
Zusammensetzung hat, daß es in der nachfolgenden Abtreibeapparatur bei gleichzeitiger
Erzeugung von reinen Produkten durch die vorhandenen Betriebsmittel, wie Heizdampf,
vollständig abgetrieben werden kann, d. h. also die Siedetemperatur des Waschmittels
muß in der nachfolgenden Abtreibeapparatur bei dem durch die Herstellung der reinen
verkaufsfähigen Produkte benötigten Druck durch den vorhandenen Heizdampf noch erreicht
werden können.