DE953700C - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von acetylenfreiem AEthylen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von acetylenfreiem Athylen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum winnen acetylenfreien ethylens aus Gasgemischen, die neben Acetylen und Äthylen weitere niedere aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Methan, Äthan, Propan und Propylen enthalten. Solche Gasgemische sind z. B. Koksofengas, Crackgas oder Rohäthylen. Es ist bekannt, diese Gasgtmische zu verdichten, im Gegenstrom mit kalten Zerlegungsprodukten zu kühlen und zumindest teilweise zu verflüssigen, um anschließend die verflüssigten Anteile durch Rektifikation zu zerlegen. In einer ersten Zerlegungsstufe werden die Kohlenwasserstoffe mit drei und mehr C-Atomen und in. einer zweiten Stufe das Methan und weitere, schwer erflüssigbare Bestandteile wie Wasserstoff und Stickstoff abgeschieden. In einer dritten Stufe muß dann die acetylenhaltige Äthyl en-Äthan-M i schung getrennt werden; diese Mischung enthält je nach Herkunft des Ausgangsgases einige Zehntel bis etwa zwei Prozent Acetylen. Da Acetylen sowohl mit Äthylen als auch mit Äthan azeotrop siedende Lösungen bildet, läßt sich aretylenfreies Äthylen lediglich durch Rektifizieren nicht gewinnen.
• Es wurde bereits vorgeschlagen, Acetylen aus Koksofengas und ähnlichen Gasgemischen mittels Aceton oder einem anderen selektiven Lösungsmittel für Acetylen mit niedrigem Gefrierpunkt, beispielsweise Ammoniak oder Schwefeldioxyd bei Temperaturen zwischen -60 und 900 aui;zuwaschen, ehe das Gasgemisch dem eigentlichen Zerlegungsprozeß unterworfen will. Bei d.iesemVerfahren kann zwar acetylenfreies Äthylen gewonnen werden; es muß jedoch das gesamte Gasgemisch gewaschen werden. Die erforderliche Lösungsmittelmenge ist daher verhältnismäßig groß und je; Wascheinrichtung umständlich. Die Lösungsmitteldämpfe, die vom Gasgemisch aus der Wascheinrichtung fortgeschieppt werden, stören die Zerlegungsvorgänge in den folgenden Stufen, wenn sie nicht mittels besonderer Einrichtungen unmittelbar nach der Wäsche entfernt werden (vgl. die deutsche Patentschrift 692 I69). Ferner ist bekannt, aus Lichtbogenacetylen alle Kohlenwasserstoffverbiridungen gemeinsam bei tiefer Temperatur auszuwaschen und die beladene Waschflüssigkeit zu rektifizieren. Wiederum wird also in nachteiliger Weise das gesamte Gasgemisch gewaschen.
• Da bei diesen bekannten Verfahren neben Acetylen auch andere Gasbestandteile entsprechend ihren Partialdrucken mit ausgewaschen werden, ist die Regenerierung des Waschmittels umständlich (vgl. die französische Patentschrift 7in390). Auch wurde bereits empfohlen, Acetylen aus seinem Gemisch mit Äthylen chemisch zu absorbieren oder das Acetylen zu hydrieren, um sehr reines Äthylen erzeugen zu können (vgl. die USA.-Patentschrift 2497 296).
• Im Gegensatz dazu kann bei dem Verfahren nach der Erfindung äußerst reines Äthylen auf rein physikalischem Wege mit einer Mindestmenge an Lösungsmittel gewonnen werden. Nach der Erfindung wird das Acetylen aus der im Zuge des Zerlegungsverfahrens anfallenden gasförmigen Acety len-Äthylen-Äthan-Mischung bei oder nahe ob erhalb deren Verflüssigungstemperatur ausgewaschen, worauf die erhaltene Athylen-Athan-Mischung rektifiziert wird. Äthylen bildet mit Äthan keine azeotrop siedende Lösung; beide Stoffe lassen sich ohne Sunstgriff trennen. In Abwandlung des Erfindungsgedankens wird zunächst das Äthan aus der Acetylen-Äthylen-Äthan-Mischung durch Rektifikation abgetrennt, worauf das Acetylen aus der erhaltenen Acetylen-Äthylen-Mischung bei oder nahe oberhalb deren Verflüssigungstemperatur ausgewaschen wird.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann äußerst reines äthylen hergestellt werden, das nur noch wenige Teile Acetylen pro Million Teile Äthylen enthält; Acetylenspuren, die bei der Weiterverarbeitung des Äthylens stören könnten, sind nicht mehr enthalten, was für die chemische Weiterverarbeitung sehr wertvoll ist. Das Verfahren fügt sich zwanglos in den Zerlegungsgang des Gasgemisches ein, da der Waschvorgang in etwa demselben Temperaturgebiet vor sich geht, in dem auch rektifiziert wird. Daher fallen auch die für die Wäsche erforderlichen Zusatzeinrichtungen und der Energieaufwand kaum ins Gewicht. Bei oder nahe oberhalb der Verflüssigungstemperatur der Äcetylen-Äthylen-Äfflan-M ischung bzw. der Aoetylen-Äthylen-Mischung besitzt das Verhältnis der löslichkeiten von Acetylen in Aceton und Äthylen in Aceton einen für den Wascbvorgang besonders günstigen Wert Daher kann dort mit einem Minimum an Waschmittelmenge und entsprechend kleinen Verlusten an Äthylen gewaschen werden. Ähnliches gilt auch für andere an sich bekannte, für Acetylen selektive Lösungsmittel.
• Wird nun reines Aceton oder ein anderes Lösungsmittel zur zu waschenden Mischung gegeben, so erwärmt sich das Lösungsmittel, da es sich mit den einzelnen Bestandteilen der Mischung, also insbesondere mit Äthylen bzw. Äthylen und Äthan sättigt. Die durch die Lösungswärme hervorgerufene Temperaturerhöhung stört den Waschvorgang.
• Nach der Erfindung wird daher das Acetylen mittels einer Lösung aus flüssigem Äthylen und einem Lösungsmittel für Acetylen, insbesondere Aceton, ausgewaschen.
• Eine Vorrichtung für das Verfahren, bei welchem das Acetylen aus der Acetylen-Ätbylen-Äthan-Mischung ausgewaschen wird, worauf die erhaltene Äthylen-Äthan-Mi schung rektifiziert wird, besteht in ihren Hauptteilen aus einerWaschsäule, in der Acetylen aus der Acetylen-Äthylen-Äthan-Mischung ausgewaschen wird und einer Rektifikationssäule, in der Äthylen und Äthan getrennt werden, sowie einer Regeneriersäule für das mit Acetylen beladene Waschmittel. Eine Vorrichtung für die Abart des Verfahrens nach der Erfindung, bei welcher Äthan aus der Acetylen-Äthylen-Athan-Mischung durch Rektifikation abgetrennt wird, worauf das Acetylen aus der erhaltenen Acetylen-Äthylen-Mischung ausgewaschen wird, ist gekennzeichnet durch die Kombination einer Rektifikationssäule, in der Äthan aus der Acetylen-Äthylen-Äthan-Mischung abgetrennt wird, und einer Waschsäule, in der Acetylen aus der verbliebenen AcetylenÄtbylen-M i schung ausgewaschen wird, sowie einer Regeneriersäule für das mit Acetylen beladene Waschmittel. Im Kopf der Waschsäule kann ein Verdampfer einer Kältemaschine angeordnet sein, auf dem sich Äthylen bzw. Äthylen-Äthan-Gemisch verflüssigt, das zusammen mit Aceton die Waschflüssigkeit bildet.
• An Hand der Fig. I und 2 sei dasjenige Verfahren nach der Erfindung erläutert, bei welchem zunächst das Äthan aus der Acetylen-Äthylen-Athan-Mischung durch Rektifikation abgetrennt wird, worauf das Acetylen aus der erhaltenen Acetylen Athylen-Mischung bei oder nahe oberhalb deren Verflüssigungstemperatur mit einerAceton-Athylen-Lösung ausgewaschen wird.
• Fig. I betrifft eine Arbeitsweise, bei der flüssiges Äthylen auf den Kopf einer Waschsäule gegeben wird. Bei der Arbeitsweise nach Fig. 2 wird Äthylen mit Hilfe einer fremden Kältequelle aus. dem gewaschenen Gasgemisch im Kopf der Waschsäule selbst verflüssigt.
• In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleizehen Ziffern bezeichnet.
• Aus einem Rohäthylen mit beispielsweise 40 0/( Methan 52 O/o Äthan, Äthylen, Acetylen und 8 0/o Propan, Propylen und höheren Kohlenwasserstoffen werden in an sich bekannter Weise nach Verdichtung des Gemisches und Kühlung im Gegenstrom mit seinen Zerlegungsprndukten in einer ersten Stufe das Propan und Propylen und die höheren Kohlenwasserstoffe abgeschieden. In einer zweiten Stufe wird das Methan abgetrennt. Die übrig bleibende Acetylen-Äthylen-Äfflan-Mischung tritt mit einer nahe oberhalb ihrer Verflüssigungstemperatur liegenden Temperatur durch Leitung I in die Trenusäule 2, in der die Mischung in eine gasförmige, durch Leitung 3 anziehende Acetylen-Äthylen-Mischung und flüssiges Äthan, welches durch Leitung 4 abfließt, zerlegt wird. Auf den Kopf der Treun änle 2 wird bei 5 flüssiges Äthylen als Rieselflüssigkeit aufgegeben, das als Zerlegungsprodukt der Leitung 6 entnommen, in Verdichter 7 verdichtet, in Wärmleaustauscher 8 im Gegenstrom mit sich selbst gekühlt, in Wärmeaustauschers im Sumpf der Trenusäule 2 verflüssigt und in Ventil 10 entspannt worden ist. Die durch Leitung 3 abziehende gasförmigeAcetylen-Äthylen-Mischung strömt bei 11 in die Waschsäule I2.
• Bei der Arbeitsweise gemäß Fig. I tritt bei I3, einige Böden unterhalb des obersten Bodens auf die Waschtemperatur vorgekühltes Aceton in die Waschsäule 12 und löst sich in flüssigem, in Ventil I4 entspanntem und bei 15 auf den Kopf der Waschsäule 12 aufgegebenem Äthylen. Die Waschlösung wird in der Waschsäule bei I3 gebildet. Die dabei frei werdende Mischungsvärme ist unbedeutend; sie wird dadurch kompensiert, daß eine geringe Menge Äthylen verdampft. Durch die Mischungswärme wird also der auf den Böden unterhalb I3 stattfindende Waschvorgang nicht gestört. Das Temperaturgefälle kann dort selbständig den für den Waschvorgang günstigsten Verlauf annehmen.
• Das Acetylen wird bei der durch den Waschsäulendruck bedingten Verflüssigungstemperatur der Acetylen-Athylten-Mischung ausgewaschen. Auf den oberhalb I3 liegenden Böden wird gasförmiges, vom Äthylen mitgetragenes Aceton ausgewaschen und nach unten in die eigentliche Waschsäule gefördert. Das gereinigte Äthylen verläßt durch Leitung 6 die Waschsäule I2 und wird über Kälteaustauscher in an sich bekannter Weise dem Zerlegungs apparat als fertiges Produkt entnommen.
• Bei der Arbeitsweise gemäß Fig. 2 wird im Kopf der Waschsäule I2 flüssiges Äthylen auf Verdampfes 17 aus dem gewaschenen Gas gebildet.
• Verdampfer 17 gehört zu einem mit Äthylen betriebenen Kompressionskältekreislauf, der selbstverständlich auch mit anderen Kältemitteln betrieben werden kann. Das Kältemittel Äthylen wird der Leitung 6 entnommen, durch welche is produzierte Rein-Äthylen die Waschsäule 12 verläßt. Das Kältemittel strömt im Gegenstrom mit sich selbst durch die beiden Wärmeaustauscher 18 und I9, wird in Verdichter 20 verdichtet, mittels eines Verdampfers 22 zusätzlich gekühlt, der im Kreislauf einer nicht dargestellten, z. B. mit Ammoniak betriebenen Kältemaschine liegt, und wird in Ventil 21 in den Verdampfer I7 hinein entspannt. Das aus dem gewaschenen Gas verflüssigte Äthylen fließt über die obersten Böden der Waschsäule I2, hierbei die vom gewaschenen Gas mitgetragenen Acetondämpfe auswaschend, und vermischt sich an der Acetoneintrittsstelle I6 mit Aceton. Mit dieser Lösung von Aceton und flüssigem Äthylen wird dann auf den Böden unterhalb der Eintrittsstelle I6 in der Waschsäule I2 das Acetylen aus der Acetylen Äthylen-Mi schung ausgewascheol. Der Waschvorgang stellt eine extraktive Rektifikation dar. Beim Auflösen des Acetylen in der Waschlösung entsteht Wärme, die dadurch kompensiert wird, daß eine entsprechende Menge Äthylen aus der Lösung verdampft.
• Den beiden in den Fig. I und 2 dargestellten Arbeitsweisen gemeinsam ist die Art, in der die kalte und mit Äthylen beladene, sich am Fuß der Waschsäule 12 sammelnde und durch Leitung 23 abfließende Waschlösung regeneriert wird. Diese Lö, sung strömt im Gegenstrom zu warmem, regen riertem Aceton durch den Wärmeaustauscher 24, wo das in ihr gelöste Äthylen bis auf den bei der Austrittstemp,eratur noch löslichen Teil frei wird und durch Leitung 25 wieder in den Fuß der Waschsäule zurücktritt. Das nur noch mit Acetylen und wenig Äthylen beladene Aceton gelangt durch Leitung 26 in die Regenenersäule 27. Dort wird das gelöste Acetylen und das restliche Äthylen ausgetrieben und verläßt die Säule 27 durch Leitung 28, nachdem Acetondämpfe mit Hilfe des Verdampfers 29, der zu einem nicht gezeichneten besonderen Kältekrei slauf gehört, auskonidensiert worden sind. Das sich am Fuß der Regeneriersäule 27 sammelnde regenerierte Aceton wird mittels der Umlaufpumpe 30 durch den Wärmeaustauscher 24, wo es gekühlt wird, in die Waschsäule 12 gefördert, in die es bei I3 bzw. I6 hineinfließt.
• Die Temperatur, unter der die bei II in die Waschsäule I2 eintretende Gasmischung gewaschen wird, richtet sich nach dem Druck, unter dem die Waschung vorgenommen wird und nach der Zusammensetzung des Gases. Immer soll jedoch gemäß der Erfindung bei oder nahe oberhalb der Verflüssigungstemperatur der Mischung gewaschen werden. Zum Beispiel soll ein Gasgemisch mit 1 °/o Acetylen, 390/o Äthan, 6o 0/o Äthylen durch Waschen mit Aceton von Acetylen befreit werden. Das Gas hat an der Stege des Zerlegungsprozesses, an der die Waschung vorgenommen werden soll, einen Druck von I,5 ata. Die Verflüssigungstemperatur des Gemisches beträgt 880. Der Waschvorgang wird bei dieser oder einige, z. B. 5 Grade oberhalb der Vefflüssigungstemperatur durchgeführt. Ein anderes Gemisch hat beispielsweise die Zusammensetzung I °/o Acetylen und 99 °/o Äthylen. Der Waschprozeß soll bei 5 ata durchgeführt werden.
• Die Verflüssigungstemperatur dieses letzten G& misches liegt bei 72O. Als Waschtemperatur wird in diesem Falle -670 gewählt. Die genannten Waschtemperaturen sind mittlere Temperaturen. In der Waschsäule herrscht ein durch den WaschvsPrgang erzwungenes Temperaturgefälle. Die Temperatur im Säulenkopf liegt der Verflüssigungstempe- ratur des zu waschenden Gasgemisches näher als die Temperatur im Säulenfuß.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Gewinnung von acetylenfreiem Äthylen aus einem niedere aliphatische Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasgemisch, wobei das Gasgemisch verdichtet, im Gegenstrom mit Zerlegungsprodukten gekühl,t, zumindest teilweise verflüssigt und rektifiziert wird und wobei Acetylen bei tiefer Temperatur mittels eines Lösungsmittels, insbesondere Aceton ausgewaschen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Acetylen aus. der im Zuge des Zerlegungsverfahrens anfallenden gasförmigen Acetylen Athylen-Äthan-Mischung bei oder nahe oberhalb deren Verflüs s igungstemperatur ausgewaschen wird, worauf die erhaltene Äthylen Äthan-Mischung rektifiziert wird.
2. 2. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Äthan aus der Äcetylen-Äthylen-Äthan-Mischung durch Rektifikation abgetrennt wird, worauf das Acetylen aus der erhaltenen Acetylen-itthyl!en-Mischung bei oder nahe oberhalb deren Verfiüssigungstemperatur ausgewaschen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Acetylen mittels einer Lösung aus flüssigem Äthylen und einem Lösungsmittel für Acetylen, insbesondere Aceton ausgewaschen wird.
4. 4. Vorrichtung für das Verfahren nach Anspruch I und 3, gekennzeichnet durch die Kombination einer Waschsäule, in der Acetylen aus der Acetylen-Äthylen-Äthan-Mischung ausgewaschen wird, und einer Rektifikationssäule, in der Äthylen und Äthan getrennt werden, sowie einer Regeneriersäule, für das mit Acetylen beladene Waschmittel.
5. 5. Vorrichtung für das Verfahren nach Anspruch 2 und 3, gekelmzeichnet durch die Komhination einer Rektifikationssäule, in der Äthan aus der Acetylen-Äthylen Äthan-Mischung abgetrennt wird, und einer Waschsäule, in der Acetylen aus der veibliebenenÄcetylen-Äthylen-Mischung ausgewaschen wird, sowie einer Regeneriersäule für das mit Acetylen beladene Waschmittel.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopf der Waschsäule ein Verdampfer einer Kältemaschine angeordnet ist, auf dem sich Äthylen bzw. Äthylen-Äthan-Gemisch verflüssigt, das zusammen mit Aceton die Waschflüssigkeit bildet.