EP4251595A1 - Energieeffizientes verfahren zur abtrennung von butenen aus c4-kohlenwasserstoffströmen - Google Patents

Energieeffizientes verfahren zur abtrennung von butenen aus c4-kohlenwasserstoffströmen

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Publication number
EP4251595A1
EP4251595A1 EP22701945.2A EP22701945A EP4251595A1 EP 4251595 A1 EP4251595 A1 EP 4251595A1 EP 22701945 A EP22701945 A EP 22701945A EP 4251595 A1 EP4251595 A1 EP 4251595A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solvent
desorber
stream
butenes
absorber
Prior art date
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Pending
Application number
EP22701945.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Philip Lutze
Stephan Peitz
Armin Matthias RIX
Tanita Valèrie Six
Moritz SCHRÖDER
Niklas Paul
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Operations GmbH filed Critical Evonik Operations GmbH
Publication of EP4251595A1 publication Critical patent/EP4251595A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/11—Purification; Separation; Use of additives by absorption, i.e. purification or separation of gaseous hydrocarbons with the aid of liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02—Alkenes
    • C07C11/08—Alkenes with four carbon atoms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/007—Energy recuperation; Heat pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/04—Purification; Separation; Use of additives by distillation
    • C07C7/05—Purification; Separation; Use of additives by distillation with the aid of auxiliary compounds
    • C07C7/08—Purification; Separation; Use of additives by distillation with the aid of auxiliary compounds by extractive distillation

Definitions

  • the present invention relates to a process for separating butenes from C4 hydrocarbon streams which also contain butanes in addition to the butenes, by extractive distillation using a suitable solvent.
  • the method according to the invention is characterized by heat integration, with which the heat of the solvent is used for heating and/or at least partial evaporation of various streams.
  • An aprotic solvent e.g. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or acetonitrile (ACN)
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • ACN acetonitrile
  • the absorber, the butenes are preferably dissolved in the solvent and the butanes are separated off as the top product.
  • the loaded solvent is then freed from the butenes in a stripping column, the desorber, at elevated temperature and/or reduced pressure, and the butenes are obtained as the top product in an enriched form.
  • the solvent freed from butenes is then returned to the extractive distillation.
  • Hot solvent accumulates in the bottom of the desorber, the energy content of which can be used in various ways.
  • US 2014/0124358 A1 presents a method for the selective extraction of olefins, which is intended to solve the problem of heat integration. It proposes using the energy content of the hot solvent to heat a side stream from the desorber, to heat the absorber bottoms that is sent to the desorber, to heat one or more side streams of the absorber, and to preheat the feed stream.
  • the object of the present invention was therefore to provide a method in which an improved, at best maximum, energy recovery is achieved and which is less complex in terms of plant technology.
  • the process according to the invention is a process for separating butenes from a C4 Hydrocarbon stream containing at least butenes and butanes by extractive distillation with a solvent, the process comprising the following steps: a.
  • At least partially evaporating the liquid C4 hydrocarbon stream in a feed vaporizer feeding the gaseous C4 hydrocarbon stream and feeding the liquid solvent, preferably NMP, above the C4 hydrocarbon stream to an absorber in which the C4 hydrocarbon stream and the solvent are brought into contact with one another , whereby predominantly butenes are transferred from the C4 hydrocarbon stream into the solvent, with the solvent laden in this way, preferably NMP, being collected in a liquid collector of the absorber, passed through an absorber evaporator and then passed below the liquid collector into the bottom of the absorber, whereby predominantly butanes are outgassed from the loaded solvent, preferably NMP, and wherein the loaded solvent, preferably NMP, is then conducted as a bottom stream to a desorber; b.
  • An advantage of the present method is the relatively simple design of the heat integration, which nevertheless enables efficient energy recovery.
  • additional side evaporators are not necessarily provided, which entail additional outlay in terms of plant engineering and thus higher costs.
  • step a the absorption of the butenes
  • step b the desorption of the solvent for absorption.
  • the solvent can be fed directly into the absorber.
  • the solvent is not yet at the right temperature despite the heat integration that is present. In such a case, after heat integration and before entering the absorber, the solvent can be passed through a residual cooler to be cooled to a suitable temperature.
  • Heat is a process variable.
  • the heat supplied or removed corresponds to the change in internal energy minus the work done.
  • the terms heat, heat transport and heat integration used in this invention are always based on this definition.
  • the present process relates to the separation of butenes from butene-containing C4 hydrocarbon streams.
  • these streams usually also contain alkanes (n-butane, isobutane).
  • alkanes n-butane, isobutane
  • butanes is understood to mean both n-butane and isobutane—unless otherwise specified.
  • the C4 hydrocarbon stream used consists essentially, i.e. more than 98% by weight, preferably more than 99% by weight, of butanes and butenes.
  • the corresponding streams can also contain small amounts of impurities or other hydrocarbons, such as 1,3-butadiene or C5 hydrocarbons.
  • a liquid solvent is used in which primarily the butenes of the gaseous C4 hydrocarbon stream used dissolve.
  • Suitable solvents are aprotic solvents, for example N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the process according to the invention is preferably carried out using NMP as the solvent.
  • the solvent contains water, in particular in the range from 1 to 10% by weight, preferably from 4 to 9% by weight, based in each case on the total amount of solvent.
  • packed columns which have at least two packed beds can serve as absorbers.
  • Such columns are known in principle to those skilled in the art.
  • a backwash zone with several theoretical plates is preferably located above the first packed bed in order to hold back the solvent entrained in the gas phase.
  • Above the backwash zone is the head of the absorber, where a stream accumulates that is enriched in butanes compared to the C4 hydrocarbon stream used.
  • the liquid collector according to the invention would be arranged under the last packed bed, under which the sump of the absorber is located. The exact structure of the absorber depends on various parameters and is variable in certain respects.
  • the liquid solvent is added to the absorber spatially upstream of the inlet for the C4 hydrocarbon stream.
  • the solvent is added to the absorber above the first packed bed and the C4 hydrocarbon stream is added to one or more packed beds below the first packed bed.
  • the liquid solvent will trickle down the absorber and contacted with the (rising) vaporous C4 hydrocarbon stream, causing a portion of the C4 hydrocarbon stream containing mostly butenes to pass into the solvent, resulting in a loaded solvent.
  • step a the C4 hydrocarbon stream and the solvent are brought into contact with one another, in particular in countercurrent.
  • that part of the C4 hydrocarbon stream which passes into the solvent comprises at least 70% by weight, particularly preferably at least 80% by weight, of butenes, based on the composition of the part of the C4 which has passed into the solvent -hydrocarbon stream.
  • the loaded solvent runs down the absorber and is collected in a suitable liquid collector, especially a chimney tray.
  • the temperature of the charged solvent occurring in the liquid collector is preferably between 40 and 90°C, particularly preferably between 45 and 65°C.
  • the loaded solvent is removed from the liquid collector, passed through an absorber evaporator and then conducted below the liquid collector into the sump of the absorber, whereby mainly butanes are outgassed from the loaded solvent.
  • the absorber evaporator is preferably a once-through evaporator, in which the loaded solvent is passed through the evaporator only once. This allows the lowest possible temperatures to be achieved, which can prevent fouling. In addition, the driving temperature difference is increased, which enables an even more efficient use of energy from the NMP stream.
  • the absorber evaporator can also be designed in several stages, i. H. there can be several heat exchangers or several evaporators that belong to the absorber evaporator.
  • the solvent which is predominantly laden with butenes, then remains in the bottom and is removed from there and fed to the desorber as a bottom stream.
  • the temperature in the bottom stream of the The temperature of the absorber, which is fed to the desorber, is preferably between 70 and 130.degree. C., particularly preferably between 85 and 120.degree.
  • a stream enriched in butanes compared to the C4 hydrocarbon stream used then occurs at the top of the absorber.
  • the top pressure in the absorber can be between 3 and 7 bar absolute, preferably between 4 and 6.5 bar absolute.
  • the butane-enriched stream may also contain water originating from the solvent. This water can be removed in a subsequent step.
  • the butane-enriched stream is taken off at the top of the absorber and subjected to a single-stage or multi-stage condensation, with a water-containing stream and a butane-containing product stream being condensed out.
  • These two streams can be separated from each other in a suitable device, for example an udder.
  • the water-containing stream separated from the butane-containing product stream can be conducted to the absorber or to the desorber and/or partially discharged from the process.
  • the butane-containing product stream obtained in this way from the condensation can still contain small amounts of water, in particular in an amount of up to 1500 ppm by weight, based on the total composition of the butane-containing product stream.
  • the butane-containing product stream obtained from the condensation can still contain residual butenes, the streams usually containing less than 20% by weight, preferably less than 15% by weight, particularly preferably less than 5% by weight, of butenes, based on the total composition of the butane-containing product stream.
  • the butane-containing product stream may be subjected to drying, preferably in a drying column, after the condensation, in order to separate off the water still present.
  • the butane-containing product stream preferably has a maximum amount of water of 50 ppm by weight, preferably 25 ppm by weight. The water produced during drying can be returned to the absorber for condensation.
  • the solvent taken off at the bottom of the absorber and mainly laden with butenes is fed to the desorber.
  • the loaded solvent can be conveyed to the desorber by means of a pump, for example.
  • the temperature in the bottom of the desorber is higher and the pressure is preferably lower.
  • the temperature in the bottom of the desorber is preferably between 120 and 200.degree. C., more preferably between 130 and 195.degree.
  • the head pressure in the desorber can be between 1 and 6 bar absolute, preferably between 2 and 5 bar absolute. Due to the increased temperature compared to the absorber and the preferably lower pressure, the butenes and optionally the butanes that are still present are at least partially removed from the solvent.
  • the solvent which has been at least partially freed from butenes contains up to 5000 ppm by weight of butenes, particularly preferably from 100 to 900 ppm by weight of butenes.
  • the at least partially freed from butenes solvent runs down in the desorber and is collected in a liquid collector of the desorber. From there, the at least partially freed from butenes solvent is run through a desorber evaporator and then passed below the liquid collector, in particular a chimney tray, into the bottom of the desorber, whereby butenes still present in the solvent are outgassed.
  • the desorber evaporator is preferably a once-through evaporator, in which the solvent from which at least some butenes have been removed is passed through the evaporator only once. This allows the lowest possible temperatures to be achieved, which can prevent fouling.
  • the desorber evaporator can also be designed in multiple stages, ie there can be several heat exchangers that belong to the desorber evaporator. The solvent freed from butenes then remains in the bottom and is removed from there, conducted as a bottom stream to the absorber and used there again as a solvent for the absorption of butenes.
  • the solvent freed from butenes can be partially or completely regenerated before it is fed to the absorber, whereby impurities, for example those present in the C4 hydrocarbon stream used and/or by-products formed from the butenes at the temperatures in the desorber, such as oligomers or polymeric compounds , Are removed from the solvent, preferably the NMP.
  • the regeneration is preferably carried out in such a way that the solvent freed from butenes is fed into a container and evaporated at a pressure of less than 500 mbar absolute, more preferably less than 200 mbar absolute, and a temperature between 100 and 150.degree.
  • a column can be connected to the container. High boilers in particular are separated off by the regeneration. If only part of the solvent freed from butenes is subjected to regeneration, the regenerated part of the solvent is then combined with the non-regenerated solvent and returned to the absorber.
  • a stream enriched in butenes compared to the C4 hydrocarbon stream used is obtained.
  • This butene-enriched stream can also contain water originating from the solvent. This water can be removed in a subsequent step.
  • the butene-enriched stream is taken off at the top of the desorber and subjected to a single-stage or multi-stage condensation, in which an aqueous stream, which can also contain organic residues in addition to water, and a butene-containing product stream are condensed out.
  • These two streams can be separated from each other in a suitable device, for example an udder.
  • the water-containing stream separated from the butene-containing product stream can then be returned to the desorber.
  • the condensation of the butene-enriched stream taken off at the top of the desorber is configured in two stages, with a water-containing stream being condensed out in a first stage, which stream is then recycled to the desorber, and the butene-containing product stream being condensed out in the second stage becomes.
  • any water that is still present condenses out in the second stage. This remaining water can be separated off from the butene-containing product stream using a suitable device, for example an udder.
  • the butene-containing product stream obtained from the condensation preferably contains less than 20% by weight, more preferably less than 16% by weight, of butanes, based on the overall composition of the butene-containing product stream.
  • the butene-containing product stream obtained from the condensation preferably has a butene content of at least 70% by weight, more preferably at least 75% by weight, particularly preferably at least 86% by weight, based on the total composition of the butene-containing product stream.
  • a characterizing feature of the present invention is heat integration using the heat of the solvent on the way from the desorber to the absorber and the hot condensate which arises in the desorber evaporator.
  • the heat of the solvent removed as the bottom stream of the desorber preferably of the NMP, is used according to the invention for heat integration, in which the heat of the solvent is used in at least one heat exchanger for preheating the loaded solvent fed to the desorber for evaporation in the absorber evaporator and for evaporation of the liquid C4 - Hydrocarbon stream is used.
  • the preheating of the loaded solvent fed to the desorber is carried out in two stages, with a first heat transfer to the loaded solvent fed to the desorber in a heat exchanger, for example a tube bundle heat exchanger, and a second heat transfer to the loaded solvent fed to the desorber takes place in a kettle evaporator.
  • a heat exchanger for example a tube bundle heat exchanger
  • a second heat transfer to the loaded solvent fed to the desorber takes place in a kettle evaporator.
  • the at least partially freed from butenes solvent preferably NMP
  • the heat for evaporation in the desorber evaporator can be introduced into a heat exchanger by heat transfer from a suitable heat transfer medium.
  • the heat transfer medium can in particular be heating steam, which is used as medium or high-pressure steam.
  • Medium-pressure steam which has a temperature of 150 to 270° C., preferably 160 to 250° C., is preferred as the heating steam.
  • the medium-pressure steam preferably has a pressure of from 15 to 30 bar absolute, particularly preferably from 17 to 25 bar absolute. Steam with a pressure of >30 bar absolute can also be used as heating steam. Such heating steam can also be referred to as high-pressure steam.
  • the heating steam used for evaporation can at least partially condense in the heat exchanger, resulting in a hot condensate at a pressure of 10 to 20 bar absolute, preferably 12 to 17 bar absolute and a temperature of 150 to 210 °C, preferably 160 to 200 °C.
  • a condensate container is preferably arranged, in which the hot condensate can be separated from the steam.
  • the pressure in the condensate tank is preferably lower than in the heat exchanger on the heating steam side. Due to the lower pressure, part of the hot condensate can evaporate, causing all the steam, i. H.
  • low-pressure steam preferably has a pressure of more than 0 bar and less than 10 bar absolute.
  • the temperature of the low-pressure steam is preferably 100 to 180°C.
  • the heating steam used for the evaporation in the desorber evaporator can be made available by means of a preferably controllable steam jet (thermocompressor). The thermocompressor is then fed both with the heating steam used, which originates, for example, from a corresponding steam network, here in particular the medium-pressure steam that is preferably used, and with the low-pressure steam from the condensate tank, which results in a mixed steam, which is accordingly the heat transfer medium for the desorber evaporator.
  • the mixed steam is therefore the heating steam.
  • a steam jet is designed in such a way that it is operated with propellant steam and sucks in suction steam from a container by means of a negative pressure (back pressure in the steam jet). can, which then produces the mixed steam, which is used as a heat transfer medium.
  • the motive steam is the heating steam or the medium-pressure steam, with which the low-pressure steam is drawn in as suction steam from the condensate tank and mixed with the motive steam.
  • the advantage of such a configuration is obvious.
  • the energy of the low-pressure steam occurring in the condensate tank can be used, thus saving energy and costs.
  • Such a procedure can also be advantageous for another reason.
  • the steam jet used can be regulated in such a way that the amounts of medium or high pressure and low pressure steam can be adjusted, for example as a function of specific process parameters.
  • the amount of suction steam is set via the amount of motive steam.
  • the amounts of medium-pressure and low-pressure steam can be adjusted, for example, depending on the temperature in the desorber.
  • a further preferred embodiment can also exist when the desorber has a side evaporator.
  • the heat transfer medium used for the side evaporator can be the mixed steam from the steam jet, while medium-pressure steam is used as heating steam in the desorber evaporator.
  • the hot condensate from the desorber evaporator and the side evaporator are then routed to a condensate tank in accordance with the above.
  • the low-pressure steam produced there is then used in the steam ejector, the mixed steam of which is used in the side evaporator.
  • the advantage of this variant is that the hot condensate produced could be expanded further in order to be able to provide a larger quantity of low-pressure steam.
  • the process described here can be used in chemical composites which, in particular, include an oligomerization and optionally a hydroformylation. It is possible for the butenes to be removed by the process of the invention at various points in the network. It is also possible for the butenes to be separated off according to the invention at a number of points within a chemical compound. It is possible, for example, that the method described here is used at the beginning of such a network.
  • the C4 hydrocarbon stream used can then be, in particular, a cracked C4, a raffinate 1, a raffinate 2 or a mixture thereof.
  • a crack-C4 hydrogenation in which butadiene is selectively hydrogenated, or a butadiene separation, in which butadiene is removed extractively with a solvent such as NMP or nitriles, can be carried out before the separation process according to the invention. done to reduce the butadiene content.
  • a hydroisomerization can be arranged in order to facilitate the separation task in the process according to the invention, since 1-butene is converted into 2-butene, which is generally better absorbed by the solvent.
  • the product stream obtained can be fed to an MTBE synthesis and preferably then successively a 1-butene separation, an oligomerization and one or more hydroformylation(s) on the purified oligomers take place.
  • a hydroformylation can take place both with the product stream from the oligomerization, whereby, for example, from di-n-butenes after subsequent hydrogenation INA (isononanol) or from tributetenes ITDA (isotridecanal) can be produced, as well as with the unreacted butenes of the oligomerization, whereby after subsequent aldol condensation and subsequent hydrogenation 2-PH (2-propylheptanol) can be prepared.
  • INA isononanol
  • tributetenes ITDA isotridecanal
  • a further oligomerization could optionally also be carried out instead of a hydroformylation.
  • the conditions of the individual process steps are familiar to those skilled in the art.
  • the individual process steps can contain further steps such as, for example, the removal of the products or the work-up of the resulting streams, but are not explicitly mentioned here.
  • the separation method according to the invention can also be inserted at any other point in such a composite.
  • the C4 hydrocarbon stream used in the separation process according to the invention is removed from an MTBE synthesis after MTBE has been separated off and the butene-containing product stream is then fed to a 1-butene separation, after which successive oligomerization and one or more hydroformylation(s) are carried out for the subsequent Production of 2-PH, ITDA and / or INA done.
  • the individual process steps can contain further steps such as, for example, the removal of the products or the work-up of the resulting streams, but are not explicitly mentioned here.
  • the C4 hydrocarbon stream used in the separation process according to the invention is removed from a 1-butene separation and the butene-containing product stream is then fed to an oligomerization, after which one or more hydroformylation(s) for the subsequent production of 2-PH, ITDA and/or INA take place.
  • the individual process steps can contain further steps such as, for example, the removal of the products or the work-up of the resulting streams, but are not explicitly mentioned here.
  • the C4 hydrocarbon stream used in the separation process according to the invention is removed from an oligomerization and the butene-containing product stream is then fed to a hydroformylation for the subsequent production of 2-PH.
  • the individual process steps can include further steps such as include, for example, the removal of the products or the processing of the resulting streams, but are not explicitly mentioned here.
  • the separation method according to the invention is used at the end of the composite.
  • the C4 hydrocarbon stream used is taken from a 2-PH production line which follows the hydroformylation.
  • the butene-containing product stream then obtained from the separation process according to the invention can be recycled and used at a suitable point in the network, for example for 1-butene separation, for oligomerization or one or more hydroformylation(s).
  • the efficiency of the entire assembly can be increased, since up to 20% by weight of butenes can still be present in the assembly even after the last process step has been carried out.
  • the butane-containing product stream can, independently of the point in the network at which the separation process according to the invention is arranged, for example an adiabatic oligomerization, a hydrogenation of the butenes still present or an n/iso-splitting of the butanes, in which n-butane and isobutane are separated from one another be supplied.
  • the n/iso splitting can also take place after an adiabatic oligomerization. It would also be possible to integrate the butane-containing product stream before the oligomerization in an above-described combination of MTBE synthesis, 1-butene removal, oligomerization and hydroformylation.
  • the energy required for the n/iso splitting can be provided at least in part by heat integration with the first stage of a two-stage condensation at the top of the desorber. This has the advantage that the energy that accumulates in the condensation is used and not simply given off to the environment as in the prior art.
  • the liquid C4 hydrocarbon stream is evaporated via a heat exchanger (4) and fed into the absorber (1). If necessary, the solvent is brought to the desired temperature via a residual cooler (3) and also fed into the absorber, with the inlet being viewed spatially above the inlet for the C4 hydrocarbon stream, in the present case above the first packed bed.
  • the butane-enriched stream accumulates and is removed. A possible condensation is not shown here, only the recirculation of a possible partial flow is indicated. This is done in the sump of the absorber (1).
  • loaded solvents collected which is indicated in the figure by the chimney tray. At least part of the loaded solvent is removed there and fed via an absorber evaporator (5) to the bottom of the absorber (1).
  • the loaded solvent is removed from the sump of the absorber (1) and transported via the heat exchanger by means of a pump (9).
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the present invention, in which the preheating of the loaded solvent fed to the desorber (2) is carried out in two stages. The first heat transfer takes place at the heat exchanger (6) and then the second heat transfer in the kettle evaporator (10). The functioning of a kettle evaporator is explained in the description of FIG. Everything else corresponds to the previous explanations for Fig. 1.
  • FIG. 3 shows a further preferred embodiment of the present invention, in which there is a steam jet (12) on the desorber evaporator (7).
  • This steam ejector is fed with the regular heating steam, for example the medium-pressure steam from the steam network, and the low-pressure steam that occurs in the condensate tank (11), resulting in a mixed steam that is then used as heating steam for the desorber evaporator (7).
  • the functioning of a steam jet is explained in the description of FIG. Everything else corresponds to the previous explanations for FIG. 1 .
  • FIGS. 4 shows the combination of the two embodiments in FIGS. is fed with low-pressure steam from the condensate tank (11), is supplied with mixed steam.
  • Fig. 5 shows the schematic structure of a kettle evaporator (10).
  • the liquid feed is fed into the evaporator via the feed nozzle (101) on the shell side.
  • the liquid feed will partially evaporated in the kettle evaporator and fed into the desorber via the gas nozzle (103) on the shell side.
  • the portion of the feed that is not evaporated runs off via a weir and via the product connection (102) on the shell side as a liquid product into the desorber (2).
  • the hot bottom product of the desorber (2) is used as the heating medium, which is fed through the pipes via the inlet connection (104) and exits again at the outlet connection (105).
  • Fig. 6 shows the schematic structure of a steam jet (12).
  • the motive steam (121) here is the heating steam, in particular the medium-pressure steam from the steam network.
  • the suction steam (123) is the low-pressure steam from the condensate tank. Both are mixed via the control unit (124) and fed to the desorber evaporator (7) via the outlet as mixed vapor (122).
  • the quantities of motive steam and suction steam can be adjusted via the control unit, whereby the pressure and temperature of the mixed steam and thus the possible heating output can be influenced.
  • the butane-butene separation shown in Figure 1 was simulated with Aspen Plus v10.
  • a modified NRTL parameter set was used to describe the interactions between the components.
  • 19 t/h of a hydrocarbon-containing feed were fed into a butane/butene separation (according to Figure 1). This contains a total of 45% by weight of butanes, 30% by weight of isobutene and 25% by weight of n-butene.
  • a total of 7 t/h of butane-containing top product are removed from the absorber.
  • the butane-containing top product of the absorber consists of 70% by weight of n-butane, 27% by weight of isobutane and 3% by weight of butenes.
  • the solvent laden with the butene-containing product stream is removed at the bottom.
  • the butene-containing product stream contains 14% by weight of n-butane, 47% by weight of isobutene and 39% by weight of n-butene. With the set solvent/feed ratio of 13, a 98% butene yield can therefore be achieved.
  • the large excess of solvent is then also used for heat integration.
  • Example 1 The calculations and simulations were carried out as indicated in Example 1, with a kettle evaporator (10) also being present.
  • the loading solvent In order to transfer the thermal energy in the heat exchanger (6) of 12 MW, the loading solvent must be in liquid form. To do this, the sump pump (9) of the absorber (1) must be able to generate the required amount of power. However, if the preheater is designed in several stages, with the second stage being a kettle evaporator (10), the pump (9) must generate a low pressure, which saves pumping power. In the event that the amount of thermal energy of 8.4 MW is divided equally between the two stages, i.e. the heat exchanger (6) and the kettle evaporator (10) each transfer 4.2 MW, the pump has to produce 33% less power. Overall, this procedure requires only 5.6 MW of external energy (see also Table 1).
  • Example 1 The calculations and simulations were carried out as indicated in Example 1, with a steam jet (12) also being present. External energy is only introduced at the desorber by the heating steam. According to example 1, that is a total of 6.9 MW. If a steam jet is used, about 10%, i.e. 0.69 MW, can be saved, which is then supplied by the residual heat utilization of the steam jet. Overall, this procedure requires only 4.8 MW of external energy (see also Table 1).
  • Table 1 Summary of various examples. Example 1 explained in more detail in the text.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus C4- Kohlenwasserstoffströmen, die neben den Butenen auch Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem geeigneten Lösemittel. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Wärmeintegration aus, mit der die Wärme des Lösemittels zur Erwärmung und/oder zumindest teilweiser Verdampfung verschiedener Ströme genutzt wird.

Description

Energieeffizientes Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus C4- Kohlenwasserstoffströmen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus C4- Kohlenwasserstoffströmen, die neben den Butenen auch Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem geeigneten Lösemittel. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Wärmeintegration aus, mit der die Wärme des Lösemittels zur Erwärmung und/oder zumindest teilweiser Verdampfung verschiedener Ströme genutzt wird.
Die Trennung von Butan-Buten-Gemischen mittels Extraktivdestillation ist an sich bekannt. Dabei wird ein aprotisches Lösemittel (z. B. N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) oder Acetonitril (ACN)) eingesetzt, um die relative Flüchtigkeit der Alkane gegenüber den Alkenen zu erhöhen. In einer Extraktivdestillationskolonne, dem Absorber, werden bevorzugt die Butene im Lösemittel gelöst, die Butane werden als Kopfprodukt abgetrennt. Das beladene Lösemittel wird anschließend in einer Stripkolonne, dem Desorber, bei erhöhter Temperatur und/oder reduziertem Druck von den Butenen befreit, die als Kopfprodukt in angereicherter Form gewonnen werden. Das von Butenen befreite Lösemittel wird dann zur Extraktivdestillation zurückgefahren.
Aufgrund des hohen Lösemittel-zu-Feed-Verhältnisses kommt der Wärmeintegration eine hohe Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu. Im Sumpf des Desorbers fällt heißes Lösemittel an, dessen Energieinhalt auf verschiedene Weise genutzt werden kann. In der US 2014/0124358 A1 wird ein Verfahren zur selektiven Extraktion von Olefinen vorgestellt, welches die Aufgabe der Wärmeintegration lösen soll. Darin wird vorgeschlagen, den Energiegehalt des heißen Lösemittel zur Erwärmung eines Seitenstroms aus dem Desorber, zur Erwärmung des Sumpfprodukts des Absorbers, das zum Desorber geleitet wird, zur Erwärmung von einem oder mehreren Seitenströmen des Absorbers, und zur Vorwärmung des Feedstroms zu nutzen.
Die im Stand der Technik vorgeschlagene Lösung kann die Aufgabe einer möglichst vollständigen Rückgewinnung der im System vorhandenen Energieströme jedoch entweder nicht ganz oder nur durch relativ komplexe Aufbauten erfüllen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine verbesserte, bestenfalls maximale Energierückgewinnung erzielt wird und das anlagentechnisch weniger aufwändig ist.
Diese Aufgabe kann durch die in Anspruch 1 vorgeschlagene Ausführung des Verfahrens gelöst werden. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus einem C4- Kohlenwasserstoffstrom, der zumindest Butene und Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem Lösemittel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Zumindest teilweises Verdampfen des flüssigen C4-Kohlenwasserstoffstroms in einem Feedverdampfer, Zuführen des gasförmigen C4-Kohlenwasserstoffstroms und Zuführen des flüssigen Lösemittels, vorzugsweise NMP, oberhalb des C4-Kohlenwasserstoffstroms zu einem Absorber, in dem der C4-Kohlenwasserstoffstrom und das Lösemittel miteinander in Kontakt gebracht werden, wodurch überwiegend Butene aus dem C4-Kohlenwasserstoffstrom in das Lösemittel übergehen, wobei das so beladene Lösemittel, vorzugsweise NMP, in einem Flüssigkeitssammler des Absorbers gesammelt, durch einen Absorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Absorbers geleitet wird, wodurch überwiegend Butane aus dem beladenen Lösemittel, vorzugsweise NMP, ausgegast werden, und wobei das beladene Lösemittel, vorzugsweise NMP, anschließend als Sumpfstrom zu einem Desorber geführt wird; b. Zuführen des beladenen Lösemittels, vorzugsweise NMP, zu dem Desorber, in dessen Sumpf im Vergleich mit dem Sumpf des Absorber eine erhöhte Temperatur und bevorzugt ein geringerer Druck vorliegt und in dem die Butene vom Lösemittel, vorzugsweise NMP, getrennt werden, wodurch am Kopf des Desorbers ein an Butenen angereicherter Strom anfällt, wobei ein zumindest teilweise von Butenen befreites Lösemittel, vorzugsweise NMP, in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt, durch einen Desorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Desorbers geleitet wird, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden, und wobei das Lösemittel, vorzugsweise NMP, anschließend als Sumpfstrom zum Absorber zurückgeführt wird; wobei die Wärme des als Sumpfstrom des Desorbers abgenommen Lösemittels, vorzugsweise des NMPs, zumindest teilweise zur Wärmeintegration verwendet wird, in dem die Wärme des Lösemittels, vorzugsweise des NMPs, in jeweils mindestens einem Wärmetauscher für die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels, vorzugsweise NMP, zur Verdampfung im Absorberverdampfer und zur Verdampfung des flüssigen C4- Kohlenwasserstoffstroms eingesetzt wird.
Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist der relativ einfache Aufbau der Wärmeintegration, die dennoch eine effiziente Energierückgewinnung ermöglicht. In der einfachsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zudem nicht zwingend zusätzlichen Seitenverdampfer vorgesehen, die einen zusätzlichen anlagentechnischen Aufwand und damit höhere Kosten nach sich ziehen.
Durch die Wärmeintegration wird dem Lösemittel Wärme entzogen. Der Grund dafür ist nicht nur, dass damit andere Ströme oder Kolonnen geheizt werden sollen, sondern in erster Linie die Abkühlung des Lösemittels für die Absorption. Die Absorption der Butene (hier: Schritt a) findet meistens bei einer geringeren Temperatur statt als die Desorption (hier: Schritt b). Wird dem Lösemittel bei der Wärmeintegration ausreichend Wärme entzogen, weist also eine geeignete Temperatur auf, kann das Lösemittel direkt in den Absorber gefahren werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Lösemittel trotz der vorliegenden Wärmeintegration noch nicht die richtige Temperatur aufweist. In so einem Fall kann das Lösemittel nach der Wärmeintegration und vor dem Eintritt in den Absorber durch einen Restkühler geleitet werden, um auf eine geeignete Temperatur gekühlt zu werden.
Wärme ist eine Prozessgröße. Die zu- oder abgeführte Wärme entspricht der Änderung der Inneren Energie abzüglich der verrichteten Arbeit. Bei den in dieser Erfindung verwendeten Begriffe Wärme, Wärmetransport und Wärmeintegration wird diese Definition stets zu Grunde gelegt.
Das vorliegende Verfahren betrifft die Abtrennung von Butenen aus butenhaltigen C4- Kohlenwasserstoffströmen. Diese Ströme enthalten üblicherweise neben den Butenen auch Alkane (n-Butan, Isobutan). Der Begriff Butane wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei so verstanden, dass er - sofern nichts anderes bezeichnet ist - sowohl n-Butan als auch Isobutan meint. Im erfindungsgemäßen Verfahren können daher alle C4-Kohlenwasserstoffströme eingesetzt werden, die zumindest Butene und Butane enthalten, sofern die Mengen, in denen die Butene und/oder Butane vorhanden sind, eine wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens zulassen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom im Wesentlichen, d.h. zu mehr als 98 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 99 Gew.-% aus Butanen und Butenen. Die entsprechenden Ströme können auch Verunreinigungen oder andere Kohlenwasserstoffe, wie 1 ,3-Butadien oder C5- Kohlenwasserstoffe, in geringen Mengen enthalten.
In dem erfindungsgemäßen Extraktionsverfahren wird ein flüssiges Lösemittel eingesetzt, in dem sich vorrangig die Butene des eingesetzten, gasförmigen C4-Kohlenwasserstoffstroms lösen. Geeignete Lösemittel sind aprotische Lösemittel, beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP). Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit NMP als Lösemittel durchgeführt. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Lösemittel Wasser, insbesondere im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 4 bis 9 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Lösemittel.
Als Absorber können insbesondere Füllkörperkolonnen dienen, die mindestens zwei Füllkörperbetten aufweisen. Solche Kolonnen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Oberhalb des ersten Füllkörperbettes befindet sich vorzugsweise eine Rückwaschzone mit mehreren theoretischen Böden, um das in die Gasphase mitgerissene Lösemittel zurückzuhalten. Oberhalb der Rückwaschzone ist der Kopf des Absorbers, wo ein im Vergleich zum eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffstrom an Butanen angereicherter Strom anfällt. Unter dem letzten Füllkörperbett würde der erfindungsgemäße Flüssigkeitssammler angeordnet sein, worunter sich der Sumpf des Absorbers befindet. Der exakte Aufbau des Absorbers hängt von verschiedenen Parametern ab und ist in gewisser Hinsicht variabel.
Das flüssige Lösemittel wird räumlich betrachtet oberhalb des Einlasses für den C4- Kohlenwasserstoffstroms zu dem Absorber gegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Lösemittel oberhalb des ersten Füllkörperbettes und der C4-Kohlenwasserstoffstrom in ein oder mehrere Füllkörperbetten unterhalb des ersten Füllkörperbettes zum Absorber gegeben. Das flüssige Lösemittel wird im Absorber nach unten rieseln und mit dem (aufsteigenden) dampfförmigen C4-Kohlenwasserstoffstrom in Kontakt gebracht, wodurch ein Teil des C4- Kohlenwasserstoffstroms, der überwiegend Butene enthält, in das Lösemittel übergeht, wodurch ein beladenes Lösemittel entsteht. Der C4-Kohlenwasserstoffstrom und das Lösemittel werden in Schritt a insbesondere im Gegenstrom miteinander in Kontakt gebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Teil des C4-Kohlenwasserstoffstroms, der in das Lösemittel übergeht, mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-% Butene, bezogen auf die Zusammensetzung des in das Lösemittel übergegangenen Teils des C4-Kohlenwasserstoffstroms. Daraus ergibt sich insbesondere, dass mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90% der im eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffstrom enthaltenen Butene in das Lösemittel übergehen.
Das beladene Lösemittel läuft im Absorber nach unten und wird in einem geeigneten Flüssigkeitssammler, insbesondere einem Kaminboden, gesammelt. Die Temperatur des im Flüssigkeitssammler anfallenden beladenen Lösemittels beträgt vorzugsweise zwischen 40 und 90°C, besonders bevorzugt zwischen 45 und 65 °C. Vom Flüssigkeitssammler wird das beladene Lösemittel abgenommen, durch einen Absorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Absorbers geleitet, wodurch überwiegend Butane aus dem beladenen Lösemittel ausgegast werden. Der Absorberverdampfer ist vorzugsweise ein Once- Through-Verdampfer, bei dem das beladene Lösemittel nur einmal durch den Verdampfer geleitet wird. Dadurch lassen sich möglichst niedrige Temperaturen realisieren, wodurch Fouling verhindert werden kann. Zudem wird die treibende Temperaturdifferenz vergrößert, was eine noch effizientere Energieausnutzung des NMP-Stroms ermöglicht. Der Absorberverdampfer kann auch mehrstufig ausgestaltet sein, d. h. es können mehrere Wärmetauscher bzw. mehrere Verdampfer vorhanden sein, die zum Absorberverdampfer gehören.
Im Sumpf verbleibt dann das vorwiegend mit Butenen beladene Lösemittel, welches von dort abgenommen und als Sumpfstrom zum Desorber geführt wird. Die Temperatur im Sumpfstrom des Absorbers, der zum Desorber geführt wird, beträgt dabei vorzugsweise zwischen 70 und 130 °C, besonders bevorzugt zwischen 85 und 120 °C.
Am Kopf des Absorbers fällt dann insbesondere ein im Vergleich zum eingesetzten C4- Kohlenwasserstoffstrom an Butanen angereicherter Strom an. Der Kopfdruck im Absorber kann dabei zwischen 3 und 7 bar absolut, vorzugsweise zwischen 4 und 6,5 bar absolut betragen. Der an Butanen angereicherte Strom kann zusätzlich Wasser enthalten, welches aus dem Lösemittel stammt. Dieses Wasser kann in einem nachfolgenden Schritt abgetrennt werden. Dabei wird der an Butanen angereicherte Strom am Kopf des Absorbers entnommen und einer ein- oder mehrstufigen Kondensation unterworfen, wobei ein wasserhaltiger Strom und ein butanhaltiger Produktstrom auskondensiert werden. Diese beiden Ströme können in einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem Euter, voneinander getrennt werden. Der vom butanhaltigen Produktstrom abgetrennte wasserhaltige Strom kann je nach seiner Zusammensetzung zum Absorber oder zum Desorber geführt und/oder teilweise aus dem Verfahren ausgeschleust werden.
Der so aus der Kondensation erhaltene butanhaltige Produktstrom kann noch geringe Mengen an Wasser enthalten, insbesondere in einer Menge von bis zu 1500 Gew. -ppm, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des butanhaltigen Produktstroms. Außerdem kann der aus der Kondensation erhaltene butanhaltige Produktstrom noch Restbutene enthalten, wobei die Ströme üblicherweise weniger als 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 15 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-% an Butenen, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des butanhaltigen Produktstroms, enthalten.
Je nach den Anforderungen an den erhaltenen butanhaltigen Produktstrom kann es erforderlich sein, dass der butanhaltige Produktstrom nach der Kondensation einer Trocknung, vorzugsweise in einer Trocknungskolonne, unterworfen wird, um das noch enthaltene Wasser abzutrennen. Vorzugsweise weist der butanhaltige Produktstrom nach der Trocknung eine maximale Menge an Wasser von 50 Gew. -ppm, vorzugsweise von 25 Gew.-ppm auf. Das bei der Trocknung anfallende Wasser kann zur Kondensation am Absorber zurückgeführt werden.
Das im Sumpf des Absorbers abgenommene und vorwiegend mit Butenen beladenen Lösemittel wird dem Desorber zugeführt. Das beladene Lösemittel kann dazu beispielsweise mittels einer Pumpe zum Desorber geführt werden. Im Sumpf des Desorbers liegt im Vergleich zum Sumpf des Absorbers eine erhöhte Temperatur und bevorzugt ein geringerer Druck vor. Die Temperatur im Sumpf des Desorbers beträgt vorzugsweise zwischen 120 und 200 °C, weiterhin bevorzugt zwischen 130 und 195 °C. Der Kopfdruck im Desorber kann zwischen 1 und 6 bar absolut, vorzugsweise zwischen 2 und 5 bar absolut betragen. Durch die gegenüber dem Absorber erhöhte Temperatur und den vorzugsweise geringeren Druck werden die Butene und optional noch enthaltenen Butane zumindest teilweise aus dem Lösemittel entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel bis zu 5000 Gew. -ppm an Butenen, besonders bevorzugt 100 bis 900 Gew. -ppm an Butenen. Das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel läuft im Desorber nach unten und wird in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt. Von dort wird das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel durch einen Desorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers, insbesondere einem Kaminboden, in den Sumpf des Desorbers geleitet, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden. Der Desorberverdampfer ist vorzugsweise ein Once-Through-Verdampfer, bei dem das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel nur einmal durch den Verdampfer geleitet wird. Dadurch lassen sich möglichst niedrige Temperaturen realisieren, wodurch Fouling verhindert werden kann. Der Desorberverdampfer kann auch mehrstufig ausgestaltet sein, d. h. es können mehrere Wärmetauscher vorhanden sein, die zum Desorberverdampfer gehören. Im Sumpf verbleibt dann das von Butenen befreite Lösemittel, welches von dort abgenommen, als Sumpfstrom zum Absorber geführt und dort wieder als Lösemittel für die Absorption von Butenen eingesetzt wird.
Das von Butenen befreite Lösemittel kann bevor es zum Absorber geführt wird teilweise oder vollständig einer Regeneration unterworfen werden, wodurch Verunreinigungen, beispielsweise die vorgenannt im eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffstrom vorhandenen und/oder bei den Temperaturen im Desorber aus den Butenen gebildeten Nebenprodukte wie Oligomere oder polymere Verbindungen, aus dem Lösemittel, vorzugsweise dem NMP, entfernt werden. Die Regeneration wird vorzugsweise so durchgeführt, dass das von Butenen befreite Lösemittel in einen Behälter gefahren und bei einem Druck von weniger als 500 mbar absolut, weiterhin bevorzugt von weniger als 200 mbar absolut und einer Temperatur zwischen 100 und 150 °C verdampft wird. An den Behälter kann eine Kolonne angeschlossen sein. Durch die Regeneration werden insbesondere Schwersieder abgetrennt. Wird nur ein Teil des von Butenen befreiten Lösemittels einer Regeneration unterworfen, wird der regenerierte Teil des Lösemittels anschließend mit dem nicht regenerierten Lösemittel vereint und zum Absorber zurückgeführt.
Am Kopf des Desorbers fällt dann insbesondere ein im Vergleich zu dem eingesetzten C4- Kohlenwasserstoffstrom an Butenen angereicherte Strom an. Dieser an Butenen angereicherte Strom kann zusätzlich Wasser enthalten, welches aus dem Lösemittel stammt. Dieses Wasser kann in einem nachfolgenden Schritt abgetrennt werden. Dabei wird der an Butenen angereichte Strom am Kopf des Desorbers entnommen und einer ein- oder mehrstufigen Kondensation unterworfen, wobei ein wasserhaltiger Strom, der neben Wasser auch noch Reste an Organik enthalten kann, und ein butenhaltiger Produktstrom auskondensiert werden. Diese beiden Ströme können in einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem Euter, voneinander getrennt werden. Der vom butenhaltigen Produktstrom abgetrennte wasserhaltige Strom kann anschließend zurück zum Desorber geführt werden. Möglich ist auch eine Ausschleusung des ganzen oder von Teilen des wasserhaltigen Stroms, um die Organik zu entfernen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kondensation des am Kopf des Desorbers abgenommenen an Butenen angereicherten Stroms zweistufig ausgestaltet, wobei in einer ersten Stufe ein wasserhaltiger Strom auskondensiert wird, das dann zum Desorber zurückgeführt wird, und in der zweiten Stufe der butenhaltige Produktstrom auskondensiert wird. Es kann jedoch auch sein, dass in der zweiten Stufe auch noch vorhandenes Wasser auskondensiert. Dieses restliche Wasser kann über eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise einen Euter, vom butenhaltigen Produktstrom abgetrennt werden.
Der aus der Kondensation erhaltene butenhaltige Produktstrom enthält vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, weiterhin bevorzugt weniger als 16 Gew.-% an Butanen bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des butenhaltigen Produktstroms. Der aus der Kondensation erhaltene butenhaltige Produktstrom weist stattdessen vorzugsweise einen Butengehalt von mindestens 70 Gew.-%, weiterhin bevorzugt von mindestens 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 86 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des butenhaltigen Produktstroms auf.
Ein kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Wärmeintegration unter Verwendung der Wärme des Lösemittels auf dem Weg vom Desorber zum Absorber und des Heißkondensats, welches im Desorberverdampfer anfällt. Die Wärme des als Sumpfstrom des Desorbers abgenommen Lösemittels, vorzugsweise des NMPs, wird erfindungsgemäß zur Wärmeintegration verwendet, in dem die Wärme des Lösemittels in jeweils mindestens einem Wärmetauscher für die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels zur Verdampfung im Absorberverdampfer und zur Verdampfung des flüssigen C4- Kohlenwasserstoffstroms eingesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels zweistufig durchgeführt, wobei eine erste eine Wärmeübertragung auf das zum Desorber geführten beladenen Lösemittel in einem Wärmetauscher, beispielsweise einen Rohrbündelwärmetauscher, und eine zweite Wärmeübertragung auf das zum Desorber geführten beladenen Lösemittel in einem Kettleverdampfer erfolgt. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei der vorgenannten bevorzugten Ausgestaltung die Wärme, die in beiden Stufen, d. h. im Wärmetauscher und im Kettleverdampfer auf das beladene Lösemittel übertragen wird, aus dem als Sumpfstrom des Desorbers abgenommen Lösemittel als Wärmeträgermedium stammt. Die Verwendung eines Kettleverdampfers hätte auch den Vorteil, dass in der Leitung zum Desorber ein geringerer Vordruck herrschen könnte. Normalerweise ist ein hoher Vordruck notwendig, um das Verdampfen in der Rohrleitung zu verhindern, was zu Problemen bis zum Bersten der Rohrleitung führen könnte. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Temperaturbelastung begrenzt und dadurch sichergestellt wird, dass die Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung ausreichend groß ist bzw. bleibt. Erfindungsgemäß wird das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel, vorzugsweise NMP, in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt und durch einen Desorberverdampfer gefahren, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden können. Die Wärme zur Verdampfung im Desorberverdampfer kann dabei in einem Wärmetauscher durch Wärmeübertragung von einem geeigneten Wärmeträgermedium eingetragen werden. Das Wärmeträgermedium kann insbesondere Heizdampf sein, der als Mitteloder Hochdruckdampf eingesetzt wird. Als Heizdampf ist ein Mitteldruckdampf bevorzugt, welcher eine Temperatur von 150 bis 270 °C, vorzugsweise von 160 bis 250 °C aufweist. Der Mitteldruckdampf weist vorzugsweise einen Druck von 15 bis 30 bar absolut, besonders bevorzugt von 17 bis 25 bar absolut auf. Als Heizdampf kann auch ein Dampf mit einem Druck von > 30 bar absolut eingesetzt werden. Ein solcher Heizdampf kann auch als Hochdruckdampf bezeichnet werden.
Der zur Verdampfung eingesetzte Heizdampf kann im Wärmetauscher zumindest teilweise kondensieren, wodurch ein Heißkondensat bei einem Druck von 10 bis 20 bar absolut, vorzugsweise 12 bis 17 bar absolut und einer Temperatur von 150 bis 210 °C, vorzugsweise 160 bis 200 °C anfällt. Nach dem Wärmetauscher ist vorzugsweise ein Kondensatbehälter angeordnet, in dem das Heißkondensat vom Dampf getrennt werden kann. In dem Kondensatbehälter liegt vorzugsweise ein geringerer Druck vor als im Wärmetauscher auf der Heizdampfseite. Aufgrund des geringeren Drucks kann ein Teil des Heißkondensats verdampfen, wodurch der gesamte Dampf, d. h. der nicht kondensierte Anteil des Heizdampfes und das im Kondensatbehälter durch Druckentspannung verdampfte Heißkondensat, im Kondensatbehälter als Niederdruckdampf anfällt. Niederdruckdampf weist vorliegend vorzugsweise einen Druck von mehr als 0 bar und weniger als 10 bar absolut auf. Die Temperatur des Niederdruckdampfs beträgt vorzugsweise 100 bis 180 °C.
Der dort anfallende Niederdruckdampf enthält noch Energie, die in keinem bekannten Verfahren ausgenutzt wird. Aus energetischer und wirtschaftlicher Sicht ist das jedoch nicht sinnvoll. Diese Energie kann jedoch in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Dazu kann der zur Verdampfung im Desorberverdampfer eingesetzte Heizdampf mittels eines, vorzugsweise regelbaren Dampfstrahlers (Thermokompressors) zur Verfügung gestellt werden. Der Thermokompressor wird dann sowohl mit dem eingesetzten Heizdampf, der beispielsweise aus einem entsprechenden Dampfnetz stammt, hier insbesondere der bevorzugt eingesetzte Mitteldruckdampf, als auch mit dem Niederdruckdampf aus dem Kondensatbehälter gespeist, wodurch ein Mischdampf entsteht, der dementsprechend das Wärmeträgermedium für den Desorberverdampfer ist. Der Mischdampf ist in dieser Ausgestaltung demnach der Heizdampf. Ein solcher Dampfstrahler ist so ausgestaltet, dass er mit einem Treibdampf betrieben wird und durch einen Unterdrück (Staudruck im Dampfstrahler) Saugdampf aus einem Behälter ansaugen kann, wodurch dann der Mischdampf entsteht, der als Wärmeträgermedium eingesetzt wird. Der Treibdampf ist im vorliegenden Fall der Heizdampf bzw. der Mitteldruckdampf, mit dem der Niederdruckdampf als Saugdampf aus dem Kondensatbehälter angesaugt und mit dem Treibdampf vermischt wird.
Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist offensichtlich. Die Energie des im Kondensatbehälter anfallenden Niederdruckdampfes kann genutzt und damit Energie und Kosten gespart werden. Eine solche Verfahrensweise kann auch aus einem anderen Grund vorteilhaft sein. Der eingesetzte Dampfstrahler kann dahingehend regelbar sein, dass die Mengen von Mittel- bzw. Hochdruck- und Niederdruckdampf, beispielsweise in Abhängigkeit von bestimmten Prozessparametern, eingestellt werden können. Die Saugdampfmenge stellt sich dabei über die Treibdampfmenge ein. Die Mengen von Mitteldruck- und Niederdruckdampf können beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur im Desorber eingestellt werden.
Eine weiterhin bevorzugte Ausgestaltung kann auch dann vorliegen, wenn der Desorber einen Seitenverdampfer aufweist. In einem solchen Fall kann das Wärmeträgermedium, welches für den Seitenverdampfer eingesetzt wird, der Mischdampf aus dem Dampfstrahler sein, während im Desorberverdampfer Mitteldruckdampf als Heizdampf eingesetzt wird. Das Heißkondensat aus dem Desorberverdampfer und dem Seitenverdampferwerden dann entsprechend den obigen Ausführungen zu einem Kondensatbehälter geleitet. Der dort anfallende Niederdruckdampf wird dann im Dampfstrahler verwendet, dessen Mischdampf im Seitenverdampfer eingesetzt wird. Der Vorteil dieser Variante ist, dass das anfallende Heißkondensat weiter entspannt werden könnte, um eine größere Niederdruckdampfmenge bereitstellen zu können.
Das vorliegend beschriebene Verfahren kann in chemischen Verbünden, die insbesondere eine Oligomerisierung und optional eine Hydroformylierung umfassen, eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, dass die Abtrennung von Butenen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an verschiedenen Stellen im Verbund eingesetzt wird. Es ist auch möglich, wenn die erfindungsgemäße Abtrennung von Butenen an mehreren Stellen innerhalb eines chemischen Verbundes vorhanden ist. Möglich ist beispielsweise, dass das hier beschriebene Verfahren zu Beginn eines solchen Verbunds eingesetzt wird. Der eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom kann dann insbesondere ein Crack-C4, ein Raffinat 1 , ein Raffinat 2 oder eine Mischung daraus sein. Sofern Crack-C4 und/oder das Raffinat 2 eingesetzt werden, kann vor dem erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eine Crack-C4-Hydrierung, in der Butadien selektiv hydriert wird, oder eine Butadienabtrennung, bei der Butadien extraktiv mit einem Lösemittel wie NMP oder Nitrilen entfernt wird, erfolgen, um den Gehalt an Butadien zu reduzieren. Nach einer extraktiven Butadienabtrennung und vor der erfindungsgemäßen Abtrennung kann eine Hydroisomerisierung angeordnet sein, um die Trennaufgabe beim erfindungsgemäßen Verfahren zu erleichtern, da 1- Buten in 2-Buten umgewandelt wird, was vom Lösemittel in der Regel besser aufgenommen wird. Wird das Abtrennverfahren zu Beginn des Verbunds eingesetzt, kann der erhaltene Produktstrom einer MTBE-Synthese zugeführt werden und vorzugsweise anschließend sukzessive eine 1- Butenabtrennung, eine Oligomerisierung und eine oder mehrere Hydroformylierung(en) auf die aufgereinigten Oligomere erfolgen. Eine Hydroformylierung kann sowohl mit dem Produktstrom aus der Oligomerisierung erfolgen, wodurch zum Beispiel aus Di-n-butenen nach anschließender Hydrierung INA (Isononanol) oder aus Tributenen ITDA (Isotridecanal) hergestellt werden kann, als auch mit den nicht umgesetzten Butenen der Oligomerisierung, wodurch nach anschließender Aldolkondensation und nachfolgender Hydrierung 2-PH (2-Propylheptanol) hergestellt werden kann. Mit den nicht umgesetzten Butenen aus der Oligomerisierung könnte ggf. auch anstatt einer Hydroformylierung eine weitere Oligomerisierung betrieben werden. Die Bedingungen der einzelnen Verfahrensschritte sind dem Fachmann geläufig. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt. Das erfindungsgemäße Abtrennverfahren kann aber auch an jeder anderen Stelle eines solchen Verbunds eingefügt werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der beim erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom einer MTBE-Synthese nach der Abtrennung von MTBE entnommen und der butenhaltige Produktstrom anschließend einer 1- Butenabtrennung zugeführt, wonach sukzessive eine Oligomerisierung und eine oder mehrere Hydroformylierung(en) zur anschließenden Herstellung von 2-PH, ITDA und/oder INA erfolgen. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt.
In einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der beim erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom einer 1 -Butenabtrennung entnommen und der butenhaltige Produktstrom anschließend einer Oligomerisierung zugeführt, wonach eine oder mehrere Hydroformylierung(en) zur anschließenden Herstellung von 2-PH, ITDA und/oder INA erfolgen. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt.
In einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der beim erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom einer Oligomerisierung entnommen und der butenhaltige Produktstrom anschließend einer Hydroformylierung zur anschließenden Herstellung von 2-PH zugeführt. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt.
In einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Abtrennverfahren am Ende des Verbunds eingesetzt. In dem Fall wird der eingesetzte C4- Kohlenwasserstoffstrom einer der Hydroformylierung sich anschließenden 2-PH-Herstellung entnommen. Der aus dem erfindungsgemäßen Abtrennverfahren sodann erhaltene butenhaltige Produktstrom kann in diesem Fall zurückgeführt werden und an einer geeigneten Stelle im Verbund, beispielsweise zur 1-Butenabtrennung, zur Oligomerisierung oder einer oder mehrere Hydroformylierung(en) eingesetzt werden. Dadurch kann die Effizienz des gesamten Verbunds gesteigert werden, da selbst nach Durchlaufen des letzten Verfahrensschrittes im Verbund noch bis zu 20 Gew.-% Butene vorhanden sein können.
Der butanhaltige Produktstrom kann unabhängig von der Stelle im Verbund, in der das erfindungsgemäße Abtrennverfahren angeordnet ist, beispielsweise einer adiabaten Oligomerisierung, einer Hydrierung der noch vorhandenen Butene oder einer n/-iso-Splittung der Butane, bei der n-Butan und Isobutan voneinander getrennt werden, zugeführt werden. Die n/iso- Splittung kann auch nach einer adiabaten Oligomerisierung erfolgen. Möglich wäre auch eine Einbindung des butanhaltigen Produktstroms vor der Oligomerisierung in einem oben beschriebenen Verbund aus MTBE-Synthese, 1-Butenabtrennung, Oligomerisierung und einer Hydroformylierung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zur n/iso- Splittung erforderliche Energie zumindest teilweise durch Wärmeintegration mit der ersten Stufe einer zweistufigen Kondensation am Kopf des Desorbers erfolgen. Das hat den Vorteil, dass die Energie, die in der Kondensation anfällt, genutzt wird und nicht wie im Stand der Technik einfach an die Umgebung abgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen erläutert. Die Abbildungen dienen der Veranschaulichung, sind aber nicht einschränkend zu verstehen.
Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Der flüssige C4- Kohlenwasserstoffstrom wird über einen Wärmetauscher (4) verdampft und in den Absorber (1) geleitet. Das Lösemittel wird über einen Restkühler (3) - wenn notwendig - auf die gewünschte Temperatur gebracht und ebenfalls in den Absorber geleitet, wobei der Einlass räumlich gesehen oberhalb des Einlasses für den C4-Kohlenwasserstoffstrom ist, im vorliegenden Fall oberhalb des ersten Füllkörperbettes. Am Kopf des Absorbers (1) fällt der an Butanen angereicherte Strom an, der abgenommen wird. Eine mögliche Kondensation ist hier nicht gezeigt, lediglich die Rückführung eines möglichen Teilstroms ist angedeutet. Im Sumpf des Absorbers (1) wird das beladene Lösemittel gesammelt, was in der Abbildung durch den Kaminboden angedeutet ist. Dort wird zumindest ein Teil des beladenen Lösemittels abgenommen und über einen Absorberverdampfer (5) zum Sumpf des Absorbers (1) geführt. Aus dem Sumpf des Absorbers (1) wird das beladene Lösemittel abgenommen und mittels einer Pumpe (9) über den Wärmetauscher
(6) zur Vorwärmung des beladenen Lösemittels zum Desorber (2) geleitet, wo die im Lösemittel vorhandenen Butene vom Lösemittel getrennt werden. Am Kopf des Desorbers fällt der an Butenen angereicherte Strom an. Dieser Strom kann einer ein- oder mehrstufigen Kondensation unterworfen werden, was in der Abbildung nicht gezeigt ist. Lediglich ein möglicher Rückführstrom ist angedeutet. Im Sumpf des Desorbers (2) wird das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel gesammelt, was in der Abbildung durch den Kaminboden angedeutet ist. Dort wird zumindest ein Teil des beladenen Lösemittels abgenommen und über einen Desorberverdampfer
(7) zum Sumpf des Desorbers geführt. Aus dem Sumpf des Desorbers (2) wird dann das von Butenen befreite Lösemittel abgenommen und mittels einer Pumpe (8) über den Wärmetauscher (6) zur Vorwärmung des beladenen Lösemittels, den Absorberverdampfer (5), den Wärmetauscher (4) zur Verdampfung des C4-Kohlenwasserstoffstroms und den Restkühler (3) zum Absorber zurückgeführt.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Vorwärmung des zum Desorber (2) geführten beladenen Lösemittels zweistufig durchgeführt wird. Dabei findet die erste Wärmeübertragung am Wärmetauscher (6) und anschließend die zweite Wärmeübertragung im Kettleverdampfer (10) statt. Die Funktionsweise eines Kettleverdampfers wird bei der Beschreibung von Fig. 5 erläutert. Alles weitere entspricht den vorherigen Ausführungen zu Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der am Desorberverdampfer (7) ein Dampfstrahler (12) vorhanden ist. Dieser Dampfstrahler wird mit dem regulären Heizdampf, also beispielsweise dem Mitteldruckdampf aus dem Dampfnetz, und dem Niederdruckdampf, der im Kondensatbehälter (11) anfällt, gespeist, wodurch ein Mischdampf entsteht, der dann als Heizdampf zum Desorberverdampfer (7) verwendet wird. Die Funktionsweise eines Dampfstrahlers wird bei der Beschreibung von Fig. 6 erläutert. Alles weitere entspricht den vorherigen Ausführungen zu Fig. 1 .
Fig. 4 zeigt die Kombination der beiden Ausführungsformen in den Fig. 2 und 3, bei dem das beladene Lösemittel zusätzlich durch einen Kettleverdampfer (10) gefahren wird und der Desorberverdampfer über einen Dampfstrahler (12), der u. a. aus dem Kondensatbehälter (11) mit Niederdruckdampf gespeist wird, mit Mischdampf versorgt wird.
Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau eines Kettleverdampfers (10). Über den Feedstutzen (101) auf der Mantelseite wird der flüssige Feed in den Verdampfer gefahren. Der flüssige Feed wird teilweise im Kettleverdampfer verdampft und über den Gasstutzen (103) auf der Mantelseite in den Desorber gefahren. Der Anteil des Feeds, der nicht verdampft wird, läuft über ein Wehr ab und über den Produktstutzen (102) auf der Mantelseite als flüssiges Produkt in den Desorber (2). Auf der Rohrseite wird das heiße Sumpfprodukt des Desorbers (2) als Heizmedium verwendet, das über den Eintrittsstutzen (104) durch die Rohre gefahren wird und am Austrittsstutzen (105) wieder austritt.
Fig. 6 zeigt den schematischen Aufbau eines Dampfstrahlers (12). Der Treibdampf (121) ist hier der Heizdampf, insbesondere der Mitteldruckdampf aus dem Dampfnetz. Der Saugdampf (123) ist der Niederdruckdampf aus dem Kondensatbehälter. Beide werden über die Regeleinheit (124) vermischt und über den Ausgang als Mischdampf (122) zum Desorberverdampfer (7) geführt. Über die Regeleinheit können die Mengen von Treibdampf und Saugdampf eingestellt werden, wodurch Druck und Temperatur des Mischdampfes und damit die mögliche Heizleistung beeinflusst werden können.
Beispiele
Beispiel 1 - Ausführungsform gemäß Abbildung 1
Die in Abbildung 1 dargestellte Butan-Buten-Trennung wurde mit Aspen Plus v10 simuliert. Es wurde ein modifizierter NRTL-Parametersatz verwendet, um die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten zu beschreiben. In der Simulation wurden 19 t/h eines kohlenwasserstoffhaltigen Feeds in eine Butan/Buten-Trennung (gemäß Abbildung 1) gefahren. Dieser enthält insgesamt 45 Gew.-% Butane, 30 Gew.-% iso-Buten, 25 Gew.-% n-Buten besteht.
Insgesamt werden an dem Absorber 7 t/h an butanhaltiges Kopfprodukt entnommen. Das butanhaltige Kopfprodukt des Absorbers besteht aus 70 Gew.-% n-Butan, 27 Gew.-% iso-Butan und 3 Gew.-% Butene. Im Sumpf wird das mit dem butenhaltigen Produktstrom beladene Lösemittel entnommen. Der butenhaltige Produktstrom, enthält 14 Gew.-% n-Butan, 47 Gew.-% iso-Buten und 39 Gew.-% n-Buten. Mit dem eingestellten Lösemittel/Feed-Verhältnis von 13 kann demnach eine 98%ige Buten-Ausbeute erzielt werden. Der große Überschuss an Lösemittel wird dann auch für die Wärmeintegration verwendet.
Nur am Desorber (2) wird Energie von außerhalb der Anlage eingetragen, nämlich über den Heizdampf für den Desorberverdampfer (7). Es werden 6,9 MW an dem Desorberverdampfer (7) übertragen. Ansonsten wird in diesem Beispiel durchweg eine Wärmeintegration mit dem Lösemittel durchgeführt, sodass keine weitere externe Energie benötigt wird. Das heiße Sumpfprodukt des Desorbers (2) wird über den Wärmetauscher zur Vorwärmung (6) des Desorbers gefahren. Hier werden 8,4 MW übertragen. Nach der Vorwärmung des Desorbers (6) wird das Lösemittel zum Sumpfs des Absorbers (1) gefahren, wo 7,8 MW übertragen über den dortigen Wärmetauscher (5) übertragen werden. Zur Verdampfung des C4-Feedstroms werden vom Lösemittel weitere 1 ,8 MW über den Wärmetauscher (4) zur Feedverdampfung auf den Feed übertragen. In einem Restkühler (3) wird das Lösemittel mit Kühlwasser auf die optimale Extraktionstemperatur gebracht. Für dieses Beispiel wurden 40 °C angenommen. Dem Lösemittel müssen daher weitere 2,5 MW entzogen werden, um diese Temperatur zu erreichen. Durch diese Verschaltung kann der externe Wärmeeintrag reduziert und die interne Wärme optimal ausgenutzt werden. Wäre nämlich zumindest einer der Wärmetauscher (4), (5) und (6) nicht vorhanden, müssten die nicht übertragene Energie im Restkühler (3) entzogen und damit vernichtet werden. Außerdem müsste die dann nicht übertragene Energie extern zugeführt werden. Insgesamt werden bei dieser Verfahrensweise nur 6,9 MW externer Energie benötigt (s. a. Tabelle 1).
Beispiel 2 - Ausführungsform gemäß Abbildung 2 / Kettleverdampfer
Die Berechnungen und Simulationen wurden wie in Beispiel 1 angegeben durchgeführt, wobei zusätzlich ein Kettleverdampfer (10) vorhanden war. Zur Übertragung der Wärmeenergie im Wärmetauscher (6) von 12 MW muss das beladende Lösemittel flüssig vorliegen. Dafür muss die Sumpfpumpe (9) des Absorbers (1) eine entsprechende Leistung aufbringen. Wird der Vorwärmer aber mehrstufig ausgeführt, wobei die zweite Stufe ein Kettleverdampfer (10) ist, so muss die Pumpe (9) einen geringen Druck erzeugen, wodurch Pumpleistung eingespart wird. Für den Fall, dass die Wärmeenergiemenge von 8,4 MW auf beide Stufen gleich aufgeteilt wird, der Wärmetauscher (6) und der Kettleverdampfer (10) also jeweils 4,2 MW übertragen, muss die Pumpe 33% weniger Leistung aufbringen. Insgesamt werden bei dieser Verfahrensweise nur 5,6 MW externer Energie benötigt (s. a. Tabelle 1).
Beispiel 3 - Ausführungsform gemäß Abbildung 3 / Dampfstrahler
Die Berechnungen und Simulationen wurden wie in Beispiel 1 angegeben durchgeführt, wobei zusätzlich ein Dampfstrahler (12) vorhanden war. Nur an dem Desorber wird externe Energie durch den Heizdampf eingetragen. Das sind nach Beispiel 1 insgesamt 6,9 MW. Setzt man einen Dampfstrahler ein, können etwa 10%, also 0,69 MW eingespart werden, die dann durch die Restwärmeausnutzung des Dampfstrahlers zugeführt werden. Insgesamt werden bei dieser Verfahrensweise nur 4,8 MW externer Energie benötigt (s. a. Tabelle 1).
Tabelle 1 : Zusammenfassung verschiedener Beispiele. Beispiel 1 im Text näher erläutert.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus einem C4-Kohlenwasserstoffstrom, der zumindest Butene und Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem Lösemittel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Zumindest teilweises Verdampfen des flüssigen C4-Kohlenwasserstoffstroms in einem Feedverdampfer, Zuführen des gasförmigen C4-Kohlenwasserstoffstroms und Zuführen des flüssigen Lösemittels oberhalb des C4-Kohlenwasserstoffstroms zu einem Absorber, in dem der C4-Kohlenwasserstoffstrom und das Lösemittel miteinander in Kontakt gebracht werden, wodurch überwiegend Butene aus dem C4- Kohlenwasserstoffstrom in das Lösemittel übergehen, wobei das so beladene Lösemittel in einem Flüssigkeitssammler des Absorbers gesammelt und durch einen Absorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Absorbers geleitet wird, wodurch überwiegend Butane aus dem beladenen Lösemittel ausgegast werden, und wobei das beladene Lösemittel anschließend als Sumpfstrom zu einem Desorber geführt wird; b. Zuführen des beladenen Lösemittels zu dem Desorber, in dessen Sumpf im Vergleich mit dem Sumpf des Absorber eine erhöhte Temperatur und bevorzugt ein geringerer Druck vorliegt und in dem die Butene vom Lösemittel getrennt werden, wodurch am Kopf des Desorbers ein an Butenen angereicherter Strom anfällt, wobei ein zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt und durch einen Desorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Desorbers geleitet wird, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden, und wobei das Lösemittel anschließend als Sumpfstrom zum Absorber zurückgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme des als Sumpfstrom des Desorbers abgenommen Lösemittels zumindest teilweises zur Wärmeintegration verwendet wird, in dem die Wärme des Lösemittels in jeweils mindestens einem Wärmetauscher für die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels, zur Verdampfung im Absorberverdampfer und zur Verdampfung des flüssigen C4- Kohlenwasserstoffstroms eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das eingesetzte Lösemittel NMP ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lösemittel bzw. das NMP Wasser enthält und der Wassergehalt zwischen 1 und 10 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 4 und 9 Gew.-% liegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Kopf des Absorbers ein im Vergleich zum eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffstrom an Butanen angereicherter Strom anfällt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der an Butenen angereicherte Strom, der am Kopf des Desorbers anfällt, zusätzlich Wasser enthält, welches aus dem Lösemittel stammt. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der an Butenen angereichter Strom am Kopf des Desorbers entnommen und einer Kondensation unterworfen wird, wobei ein wasserhaltiger Strom und ein butenhaltiger Produktstrom auskondensiert und voneinander getrennt werden. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der aus der Kondensation erhaltene butenhaltige Produktstrom einen Butengehalt von mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 75 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 86 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des butenhaltigen Produktstroms, aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur im Sumpfstrom des Absorbers, der zum Desorber geführt wird, 70 und 130 °C, vorzugsweise 85 bis 120 °C beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur im Sumpf des Desorbers zwischen 120 und 200 °C, vorzugsweise 130 und 195 °C beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopfdruck im Desorber zwischen 1 und 6 bar absolut, vorzugsweise 2 bis 5 bar absolut beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels zweistufig durchgeführt wird, wobei eine erste eine Wärmeübertragung auf das Lösemittel in einem Wärmetauscher und eine zweite Wärmeübertragung auf das Lösemittel in einem Kettleverdampfer erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärme zur Verdampfung im Desorberverdampfer durch Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher mit einem geeigneten Wärmeträgermedium, insbesondere Heizdampf, eingetragen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eingesetzte Heizdampf im Wärmetauscher zumindest teilweise kondensiert und dadurch ein Heißkondensat bei einem 18
Druck von 10 bis 20 bar absolut, vorzugsweise 12 bis 17 bar absolut und einer Temperatur von 150 bis 210 °C, vorzugsweise 160 bis 200 °C anfällt, das zu einem Kondensatbehälter geleitet wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei im Kondensatbehälter ein geringerer Druck vorliegt als im Wärmetauscher auf der Heizdampfseite und dadurch ein Teil des Heißkondensats wieder verdampft, wodurch der gesamte Dampf als Niederdruckdampf anfällt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Heizdampf für den Desorberverdampfer mittels eines Dampfstrahlers, der mit Hochdruck- oder Mitteldruckdampf und dem im Kondensatbehälter anfallenden Niederdruckdampf gespeist wird, zur Verfügung gestellt wird.
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