NO167361B - Fremgangsmaate for separering av en blanding av hydrokarboner. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for separering av blandinger av hydrokarboner i to fraksjoneringssoner. Oppfinnelsen gjelder spesielt en metode for forfraksjonering av strømmer tappet fra den første fraksjoneringssonen og tilført til den andre fraksjoneringssonen. Fremgangsmåten i oppfinnelsen kan anvendes for både normalt væskeformige og normalt gassformige hydrokarboner, og er særlig vel egnet til produksjon av C3-C4 flytende petroleumgass (LPG) i f.eks. separasjon av raffinerigasser og separasjon av flytende fraksjoner fra naturgass (NGL). Ved separasjon av normalt gassformige hydrokarboner kan start-gasstrømmen til prosessen i oppfinnelsen inneholde betydelige mengder karbondioksid eller nitrogen, som skriver seg fra injisering i brønnen av disse gassene for øke,t oljegjenvinning.

Ifølge oppfinnelsen introduseres en hydrokarbonblanding som alternativt inneholder ikke-hydrokarbongasser, til minst ett øvre matepunkt i en første fraksjoneringssone, hvorfra gjenvinnes en første overløpsdampstrøm såvel som en første underløpsvæskestrøm. Den første underløpsvæskestrømmen introduseres til et mellomliggende matepunkt i den andre fraksjoneringssonen, hvorfra en andre overløpsdampstrøm og en andre underløpvæskestrøm trekkes ut. En væskesidestrøm tas ut fra et mellomliggende tappepunkt i den første fraksjoneringssonen, kokes på nytt og reintroduseres til den første fraksjoneringssonen på et sted lavere enn det mellomliggende tappepunkt, mens en dampsidestrøm tas nedenfor det mellomliggende væsketappepunkt, fortrinnsvis under tilbakeløps-punktet til sidekoker, og introduseres til et øvre matepunkt i den andre fraksjoneringssonen. Uttaket av dampsidestrømmen tillater kontroll av underløptemperaturen i primærfraksjonatoren, slik at den korresponderer med varmetapet fra en tilgjengelig varmere kjølemiddelstrøm, f.eks. fra et ytre kjølesystem som anvendes for oppstrøms gasstørking og -kjøling. Anvendelse av den varmere kjølemiddelstrømmen til kokeren i primærfraksjonatoren ikke bare eliminerer dampbehovet til kokeren, men reduserer også behovet for kjølevann til det ytre kjølesystemet. I de fleste tilfeller reduseres også kokebehovet i den sekundære fraksjone-ringskolonnen. Det henvises forøvrig til krav 1. Fig. 1 viser et flytdiagram for fremgangsmåten i oppfinnelsen. Fig. 2 viser et oversiktsflytskjerna av en fremgangsmåte for separering av raffinerigasser med det primære formål å produsere LPG, og illustrerer anvendelse av oppfinnelsen i kolonnedelen for av-etanisering i et flytskjema for separering av raffinerigasser. I fig. 1 introduseres blandinger av hydrokarboner til en første fraksjoneringssone betegnet som destillasjonskolonne 36, som er utstyrt med en overløpsdampledning 37, underløpskokesystem 44 og sidekokesystem 45. Sidekokeren fordamper væske som er trukket fra mellomliggende trinn 46 og sender den resulterende dampen inn i kolonnen ved et punkt under det mellomliggende tappepunkt for væske. Når hydrokarbonblandingene kommer fra raffinerigasser for produksjon av flytende petroleumsgass, dvs. et C3/C4-produkt, vil den første fraksjoneringssonen ha et trykk typisk mellom 4 og 28 kg/cm<2>a,<1> og blandingen til den første fraksjoneringssonen vil i hovedsak være C2 og tyngre gasser med mindre mengder metan. Fortrinnsvis vil mateblandingen være forfraksjonert til bestemte porsjoner som i tegningen vises som strømmene 35, 19/22 og 23 med temperaturer henholdsvis på -65°C, -35'C og -4°C, og som mates inn i kolonnen ved et tilsvarende antall øvre matepunkter. Dersom oppstrømsprefraksjonering og kjølegjenvinning resulterer i nærmere gruppering av temperaturene på disse strømmene, kan de slås sammen og introduseres til kolonnen i et enkelt øvre matepunkt.

En første overløpsdampstrøm rik på etan tas ut fra kolonne 36. Fortrinnsvis vil det gjenvinnes kjøling fra denne kalde mellomtrykksstrømmen, før den leveres som gassformig produkt.

En sidestrøm av hydrokarbondamper som består hovedsakelig av C3- og C4~gasser tas ut nedenfor det mellomliggende tappepunktet for væske på kolonne 36, og introduseres via ledning 47 til en andre fraksjoneringssone betegnet som kolonne 48. På samme måte gjenvinnes fra kolonne 36 en første underløpsvæskestrøm som består hovedsakelig av C3+-væsker, og introduseres via ledning 49 til et mellomliggende punkt i den andre fraksjoneringssonen under matepunktet for damp i ledning 47. En væskestrøm rik på C5+-hydrokarboner tatt ut fra den opprinnelige raffinerigassen vil typisk også introduseres til den andre fraksjoneringssonen

<1> a = absolutt via ledning 50 for å separere C4-komponenten fra denne, for gjenvinning sammen med LPG-produktet i ledning 51.

For optimal produksjon av LPG vil den andre fraksjoneringssonen ha en overløpsdamptemperatur mellom 20 og 50"C som kan oppnås ved å kjøre kolonne 48 på et trykk mellom 3 og 14 kg/cm<2>a og ekspandere matestrømmene 47, 49 og 50 gjennom ventil 52. Kjølingen som oppnås derved kommer i tillegg til kjølingen fra tilbakeløpet og produktkjøler 53, som kjøler den andre overløp-dampstrømmen 54 gjenvunnet fra den andre fraksjoneringssonen. Varmebehovet for drift av kolonne 48 dekkes fra underløps-kokesystem 55, og et lett bensinprodukt gjenvinnes gjennom den andre underløpvæskestrømmen 56.

Koking av underløpsvæskene i kolonne 36 og kolonne 48 representerer en dårlig virkningsgrad i prosessen når man anvender damp. Ved fremgangsmåten i oppfinnelsen reduseres dog energibehovet til underløpskokeren i kolonne 48 ved å tappe av en del av føden til kolonne 48 som en dampsidestrøm fra kolonne 36, istedenfor å tappe av hele føden som væske fra underløp-fraksjonene i kolonne 36 i samsvar med kjent praksis. Som tidligere beskrevet vil den resulterende kontrollerbare underløpstemperaturen i kolonne 3 6 tillate bruk av varmt kjølemiddel som varmekilde i kokerne 44 og 45 istedenfor dyrere vanndamp.

I fig. 2, hvor tallreferansene er de samme som i fig. 1, introduseres en tørket raffinerigasstrøm i det vesentlige fri for sur gass og C5+-hydrokarbonkomponenter, til LPG-separasjonssyste-met gjennom ledning 1 ved et trykk på 12 kg/cm<2>a. En typisk sammensetning på strømmen er:

Denne høytrykks gasstrømmen kjøles til -29"C i varmeveksler 2 og ekspanderes i separator 4. Dampstrømmen fra separator 4 kjøles videre ned til -55'C i varmeveksler 7 og ekspanderes i separator 9, hvorfra dampdelen kjøles videre i varmeveksler 25 til -68°C og ekspanderes i separator 26 for å gi en høytrykks gasstrøm som inneholder i det vesentlige hele det opprinnelige hydrogen- og nitrogeninnholdet, mesteparten av metanet, og ca. halvparten av C2-komponentene. Denne metanrike strømmen ekspanderes over turbin 28, som gjenvinner arbeid for kompressor 32, og avgis ved en temperatur på -92 °C og trykk på 4 kg/cm<2>a til separator 30, hvor mer av C2+-komponentene separeres ut som væske. Kjøling gjenvinnes fra den gjenværende metanrike damp i ledning 31 gjennom en serie varmevekslere, hvorav bare varmeveksler 25 er vist, og den resulterende produktgassen rekomprimeres i kompressor 32 til et leveringstrykk på 5 kg/cm<2>a i ledning 41.

Den kalde væskestrømmen 11 fra separator 9 ekspanderes over ventil 12 til et trykk på 7 kg/cm<2>a og leverer kjøling til dampstrøm 5 som går til varmeveksler 7. Om ønskelig kan en del av denne strømmen ekspanderes og fremføres i prosessen gjennom ledning 14. Etter gjenvinning av kjølingen kombineres strøm 13 med den kalde strøm 16 som kommer fra ekspansjonen av væsken fra separator 4, og den>resulterende blandede mellomtrykkstrømmen i ledning 17 ekspanderes i separator 18. Den resulterende væske-strøm 20 som inneholder mesteparten av C3+-komponentene i den opprinnelige gass i ledning 1, gir et kjøletilskudd for startergassen i varmeveksler 2, hvorfra den gjenvinnes som strøm 23 ved en temperatur på -4°C og introduseres i av-etaniseringskolonne 36.

Resten av strøm 20 som ikke er nødvendig i varmeveksler 2 sendes frem gjennom ledning 22 og kombineres med damp fra separator 18 før den går til kolonne 36. Da strøm 23 er varmere enn de kombinerte strømmene 19 og 22, er det åpenbart at strøm 17 er blitt forfraksjonert til separate fraksjoner før innføringen i kolonne 36, og således reduserer separasjonsbehovet i kolonnen.

Væske fra separator 2 6 ekspanderes over en ventil, kombineres med strømmen i ledning 35 og mates inn gjennom et øvre matepunkt på kolonne 36. Da denne strømmen er vesentlig kaldere enn de to lavere fødestrømmene, representerer den en ytterligere forfraksjonering av startergassen. Toppgassen fra av-etaniseringskolonne 36 er vesentlig C2-komponenter fra startergassen, og kjøles til -54'C og ekspanderes i separator 39. Kjøling gjenvinnes fra den resulterende dampstrøm 40, som er hovedsakelig C2-hydrokarboner og metan, og den resulterende varmere strømmen kombineres så med produktgass fra kompressor 32.

Da separator 39 har et trykk som er mer enn 1 kg/cm<2> høyere enn separator 30, kan ytterligere kjøling gjenvinnes ved å ekspandere væskestrøm 42 inn i separator 30, som drives ved leveringstrykket for turbin 28. Den resulterende meget kalde væske 33 fra separator 30 heves til kolonnetrykk av pumpe 34, og kjøling gjenvinnes fra strømmen i varmeveksler 25. Den resulterende relativt varmere strøm 35 kombineres så med underløpet fra separator 2 6 og mates inn i av-etaniseringskolonnen.

Virkemåten til av-etaniseringskolonne 36 er naturligvis å fjerne C2 og lettere fødestrømmer fra det som skal bli det ønskede LPG-produkt som tappes fra kolonnebunnen. Da bunnstrømmen 49 også inneholder en mindre mengde C5+-materiale, blir den videre fraksjonert i av-butaniseringskolonne 48, som har som hovedfunksjon å separere C3/C4-komponenter fra en tidligere separert lett bensinstrøm innmatet gjennom ledning 50. Under vanlig drift kokes underløpet fra kolonne 36 i varmeveksler 44, og underløpet fra kolonne 48 kokes gjennom varmeveksler 55, mens overløpet fra kolonne 48 kjøles og kondenseres gjennom varmeveksler 53. Sluttseparasjonen som utføres i kolonne 48 resulterer i gjenvinning av en LPG-produktstrøm gjennom ledning 51 og en lett bensinstrøm gjennom ledning 56.

Med denne to kolonners operasjonen er det åpenbart at underløpsvæskene fra kolonne 36 avtappet gjennom ledning 49, må fordampes igjen i kolonne 48 av koker 55. For å redusere dette fordampningsbehovet, fjerner man en lettere flytende sidestrøm fra et mellomliggende trinn 46 i kolonne 36, fordamper den i koker 45 og sender den tilbake i kolonnen under det mellomliggende trinnet, og en dampsidestrøm trekkes av fra et annet mellomliggende punkt i kolonne 36 og føres inn i kolonne 48 gjennom ledning 47. Det skulle være unødvendig å si at koker 45 erstatter det energibehov som ellers ville kreves i koker 44.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for separering av en blanding av hydrokarboner i en første fraksjoneringssone som har en underløps-koker, og en andre fraksjoneringssone som har en underløpskoker, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: a) innføring av en blanding av hydrokarboner til i det minste et første øvre matepunkt i den første fraksjoneringssonen, og gjenvinning derfra av en første overløpsdampstrøm og en første underløpsvæskestrøm; b) innføring av den første underløpsvæskestrøm til et mellomliggende matepunkt i den andre fraksjoneringssonen; c) koking av en flytende hydrokarbon-sidestrøm fra et mellomliggende tappepunkt for væske i den første fraksjoneringssonen, og innføring igjen av den resulterende kokte hydrokarbonside-strømmen i den første fraksjoneringssonen ved et punkt under det mellomliggende tappepunkt for væske; d) fjerning av en sidestrøm av hydrokarbondamp fra under det mellomliggende tappepunkt for væske i den første fraksjoneringssonen ; e) innføring av sidestrømmen av hydrokarbondamp til et øvre matepunkt i den andre fraksjoneringssonen; og f) gjenvinning av en andre overløpsdampstrøm og en andre underløpsvæskestrøm fra den andre fraksjoneringssonen.

2.. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingen av hydrokarboner inneholder etan.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den første fraksjoneringssonen opererer ved et trykk mellom 4 og 28 kg/cm<2> absolutt, den andre fraksjoneringssonen opererer ved et trykk mellom 3 og 14 kg/cm<2> absolutt, og den første underløpsvæskestrømmen og side-strømmen av hydrokarbondamp ekspanderes inn i den andre fraksjoneringssonen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingen av hydrokarboner inneholder C2-til C4-hydrokarboner, at hydrokarbonblandingen forfraksjoneres til separate fraksjoner, og at disse separate fraksjoner introduseres til et tilsvarende antall øvre matepunkter i den første fraksjoneringssonen.