NO170007B - Fremgangsmaate for separasjon av hydrokarbonmateriale ved destillasjon - Google Patents

Description

Det er ønskelig å utføre destillasjons-prosesser ved mini-mum energi for å bevirke separering av fødestrømmen i en ønsket øvre produktstrøm og en bunnproduktstrøm i en destillasjonskolonne som har damp-væskekontaktinnretninger, slik som destilla-sjonstrau, pakkeanordninger eller en kombinasjon av disse. I en typisk destillasjonsprosess er den øvre produktstrøm i det minste delvis kondensert og en liten del resirkulert til toppen av destillasjonskolonnen, mens bunnproduktstrømmen blir tatt ut og kokt på nytt og i det minste resirkuleres en del til bunnen av kolonnen for å skaffe tilveie ønskelige kolonnedriftsbetingelser. Noen destillasjonskolonner arbeider under slike betingel-ser at for å oppnå den ønskede øvre produktstrøm med definerte spesifikasjoner anriket av en ønsket komponent, eller motsatt for å oppnå en bunnproduktstrøm med definerte spesifikasjoner anriket av en spesiell komponent, eller begge deler, slik som å oppnå rensede strømmer til videre separasjon eller gjenvinning, eller anvendelse i et kjemisk raffineri eller petrokjemisk prosess. I alle tilfelle bør en slik destillasjonsteknikk utføres ved de mest ønskelige kolonnedriftsbetingelser, hvor optimale energisparinger kan settes i verk.

Det er kjent at separasjonen av en fødestrøm i en destil-las jonskolonne, spesielt i en hydrokarbongass-fødestrøm inneholdende metan og en sur gasskomponent, slik som karbondioksyd, kan separeres effektivt ved bruk av et ikke-polart tilsetningsmiddel slik som et flytende tilsetningsmiddel; f.eks. et C3~Cg-alkan, spesielt butan-pluss, innført i øvre del av nevnte des-tillas jonskolonne i en mengde tilstrekkelig til å forhindre dannelsen av faste stoffer i den kryogene destillasjon av metan fra karbondioksyd, slik som f.eks. mer spesielt angitt i US-patent nr. 4 318 723, publisert 9. mars 1982 (herved innlemmet ved henvisning).

Det er også kjent at når det gjelder forhindringen av azeotropisk dannelse mellom etan og karbondiosyd og etylen og hydrogensulfid og andre komponenter, vil innføring av et ikke-polart tilsetningsmiddel, slik som et flytende hydrokarbontilsetningsmiddel, slik som et C^-C^-alkan, spesielt butan-pluss forhindre eller hemme dannelsen av azeotroper, og gjør separasjonen i stand til å tilveiebringe en øvre produktstrøm mer anriket på bunnproduktkomponent, gjennom forandringen av den azeotropiske dannelse, slik som f.eks. mer spesielt angitt i US-patent nr. 4 350 511, publisert 21. september 1982 (herved innlemmet ved henvisning).

Det er også kjent å forandre den relative flyktighet av sure gasskomponenter slik som karbondioksyd til hydrogensulfid ved bruk av et tilsetningsmiddel slik som et ikke-polart flytende tilsetningsmiddel, slik som et hydrokarbon; f.eks. et C^-Cg-alkan, spesielt butan-pluss, for å forandre den relative flyktighet av karbondioksydet og hydrogensulfidet, og derfor øke effektiviteten av separasjonen som angitt i US-patent nr.

4 293 322, publisert 6. oktober 1981.

US-patent nr. 4 383 842, publisert 17. mai 1983 (herved innlemmet ved henvisning) omtaler en forbedring i den effektive separasjon av metan fra karbondioksyd i en destillasjonskolonne, hvor den øvre del av kolonnen arbeider ved temperaturer over trippelpunktet for karbondioksyd; d.v.a. ved å

øke mengden av ikke-polart tilsetningsmiddel satt til tilbake-løpskjøleren for å holde tilbakeløpskjøleren og alle deler av kolonnen over trippelpunktstemperaturen.

I alle de tidligere bruksmåter inneholder bunnprodukt-strømmen, i tillegg til de vanlige bunnproduktstrømkomponenter, et flytende ikke-polart tilsetningsmiddel, spesielt det flytende hydrokarbontilsetningsmiddel tilsatt for å forandre arbeidsbetingelsene i kolonnen. Det flytende tilsetningsmiddel kan resirkuleres med bunnproduktstrømmen eller kan fraskilles og resirkuleres for bruk i en eller alle av de forannevnte anvendel-ser av et tilsetningsmiddel, spesielt hvor slike destillasjons-prosesser er anvendt i en-, to-, tre- eller multiple-kolonne-drift, for separasjon av en naturgasstrøm eller petrokjemisk strøm i de ønskede komponenter. Fødestrømmene anvendt i slike destillasjonsprosesser inkluderer de strømmer som har hovedmeng-der av en sur gasskomponent som ønskes fjernet og de strømmer som inneholder mindre mengder av eller til og med ingen sure gasskomponenter. Det ville være ønskelig i slike destillasjons-separasjoner eller en kombinasjon av slike separasjoner og andre destillasjoner hvor det ikke er brukt tilsetninger, å redusere energibehovene for slike destillasjonsteknikker.

Idet det henvises til de medfølgende krav - særlig krav

1 - angår oppfinnelsen en destillasjonsteknikk hvor en pro-duktstrøm er anvendt for å justere destillasjonskolonnens arbeidsbetingelser og å spare energi. Spesielt angår oppfinnelsen en destillasjonsteknikk hvor en liten del av bunnproduktstrømmen med definerte spesifikasjoner, typisk en C-^-Cg-strøm, resirkuleres til kondensator i en destillasjonskolonne, hvor den øvre

strøm ikke er betydelig forurenset av den resirkulerte bunnpro-duktstrøm, for å justere kolonnens arbeidsbetingelser og bevirke energisparing.

Det er funnet at resirkuleringen av en del av en kolonne-bunnproduktstrøm; f.eks. en mindre mengde, typisk slik som mindre enn 30%; f.eks. 20%, og mer typisk omtrent 1,0 til 10 mol av resirkulert produkt pr. 100 mol fødestrøm, og innføring av den resirkulerte bunnproduktstrøm i kondensatoren anvendt for den

øvre kolonnestrøm i den eller en annen kolonne, eller et fler-tall av destillasjonskolonner, tillater kolonnens arbeidsbetingelser å innstilles med betraktelig sparing av energi. Det er funnet at resirkuleringen av kolonnens bunnproduktstrøm til til-bakeløpskondensatoren i et destillasjonssystem tillater innstil-lingen av kolonnens arbeidsbetingelser, slik som økingen av

topptemperaturen i kolonnen, senkingen av bunntemperaturen i kolonnen, eller senkingen av trykket i kolonnen eller senkingen av varme og kjølemengder eller en kombinasjon derav, for å tillate sparing av energi.

For å bli effektiv i utførelsen av oppfinnelsen, bør inn-føringen av det flytende tilsetningsmiddel i kondensatoren utfø-res slik at det sørges for at tilsetningsmiddelet er jevnt blan-det med den øvre produktstrøm fra destillasjonskolonnen ved inn-føring i kondensatoren, og typisk å flyte side om side gjennom kondensatoren med den øvre strøm. Det ville være uten virkning

å innføre det flytende tilsetningsmiddel ved kondensatorutløpet

- og av betraktelig redusert effektivitet å innføre det flytende tilsetningsmiddel dårlig fordelt i kondensatorens innløp. Derfor bør det flytende tilsetningsmiddel innføres i og blandes med den innkommende øvre produktdampstrøm og flyte side om side med denne, slik at det flytende tilsetningsmiddel generelt er jevnt fordelt i det minste gjennom hoveddelen av varmevekslingsover-flaten eller arealet i kondensatoren. En metode til å innføre og blande, er å anvende en spreder nær innløpet av kondensatoren eller nær eller direkte i motstrøm av varmeveksleroverflaten til

kondensatoren. En annen passende metode til å innføre og blande består i å sprøyte det flytende tilsetningsmiddel side om side inn i den innkommende øvre dampproduktstrøm.

En metode ifølge oppfinnelsen er rettet mot de tilsetnings-gjenvinningsdestillasjonsteknikker som anvender destillasjonskolonner hvor teknikken er rettet mot hovedsakelig bunnprodukt-strøm-sluttspesifikasjoner, og hvor den øvre produktstrøm fjer-ner en eller flere forurensninger eller urenheter fra fødestrøm-men. Således der hvor innføringen av en bunnproduktstrøm; f.eks. en butan-plusstrøm, i en kondensator inneholdende en øvre produktstrøm ikke berører arbeidsbetingelsene til den spesielle destillasjonsteknikk, vil resirkuleringen av bunnproduktstrømmen til nevnte kondensator tillate den fordelaktige justering av arbeidsbetingelsene til kolonnen.

Oppfinnelsen er spesielt brukbar når et tilsetningsmiddel innføres i"kolonnen for å forhindre dannelsen av en faststoffsoneø til å forandre den relative flyktighet av spesielle komponenter, eller til å forhindre azeotropiske dannelser, slik som de destillasjonsteknikker som beskrevet tidligere på området som bakgrunn for oppfinnelsen. Bunnproduktstrømmen fra tilsetnings-middelgjenvinningskolonnen av slike operasjoner kan resirkuleres til den øvre kondensator av tilsetningsmiddelgjenvinningskolon-nen eller andre kolonner i systemet for å spare energi.

Metoden ifølge oppfinnelsen er også brukbar i fødestrøm-men inneholdende en hydrokarboninneholdende strøm, slik som en petroleums- eller natur- eller syntetisk gasstrøm som har høyt hydrokarboninnhold og som har en liten mengde surgasskomponent eller essensielt få surgasskomponenter. Oppfinnelsen er rettet mot de bunnproduktstrømmer hvor bunnproduktstrømmen typisk er anriket på høyere alkaner og spesielt C^-Cg-alkaner, f.eks. iC^, nC^, iC^, nC^ og tyngre hydrokarbonkomponenter. Resirkuleringen av de tyngre hydrokarbonkomponenter av C. direkte fra bunnpro-duktstrømmen til den øvre kondensator i destillasjonssysternet, sørger for at den øvre kondensator arbeider ved en høyere temperatur, eller alternativt kan destillasjonskolonnen arbeide ved et lavere trykk, hvor de tyngre komponentene er tilstede i det øvre produkt.

For eksempel i en fødestrøm som har lite surgasskomponenter eller inneholder essensielt ingen sure gasskomponenter, og hvor bunnproduktstrømmen er den ønskede strøm med definerte spesifikasjoner og den øvre produktstrøm er en strøm inneholdende uønskede forurensninger, tillater resirkulering av bunnpro-duktstrøm direkte fra bunnproduktstrømmen, uten separasjon i den øvre kondensator anvendt for den øvre produktstrøm, temperaturen i toppen av kolonnen og i kondensatoren å øke, f.eks. fra 5,6°C til 3 3°C; f.eks. 8, 3°C til 27,8°C, mens for å fremskaffe en reduksjon i temperaturen i bunnen av kolonnen: f.eks. fra 2,8°C til 27,8°C. Kolonnens arbeidstemperaturer kan opprettholdes og det totale kolonnetrykk reduseres, begge deler med effektive energisparinger, uten å berøre eller faktisk i noen tilfelle senke effektiviteten av separasjonen av bunnproduktstrømmen. Også mengden av bunnproduktstrøm resirkulert kan variere, for å fremskaffe en reduksjon i kolonnearbeidstrykk større enn 138 kPa; f.eks. 207 kPa slik som fra 207 kPa til 1034 kPa.

Metoden ifølge oppfinnelsen er fordelaktig hvor fødestrøm-men inneholder et butan-pluss-tilsetningsmiddel fra en tidligere separasjon, og hvor kondensatoren til destillasjonskolonnen er avkjølt med propan, ammoniakk eller "Freon" (et handelsmerke fra du Pont Co.), og bunnprodukttilsetningsmiddelet tilsettes i kondensatoren, for å øke kondensatortemperaturen. Økningen i temperaturen i kondensatoren tillater den øvre produktstrøm å avkjøles eller kondenseres under anvendelse av en høyere temperatur; f.eks. ved bruk av kjølevann eller ethvert ekvivalent billig varmeavløp, skaffer tilveie økende energieffektivi-tet til kolonnearbeid.

For eksempel, i en utførelse av metoden ifølge oppfinnelsen er det ønskelig å gjenvinne en bunnproduktstrøm inneholdende C^<+->hydrokarboner; det er, det ikke-polare flytende tilsetningsmiddelet fra en tidligere operasjon, og ikke adskille slike hydrokarboner, med hydrokarbonbunnene som har en hydrogensulfidkon-sentrasjon beholdt under et gitt nivå; f.eks. 10 deler pr. mil-lion, og med CU fjernet til under et gitt nivå; f.eks. 0,5 volumprosent, og deretter å bruke bunnproduktstrømmen som i det minste en del av en flytende tilsetningsstrøm i en kryogen separasjon i en annen kolonne. Det er funnet at den øvre strøm er ønsket kjølt mot vann eller et ekvivalent energivarmeavløp, ved å resirkulere endel av bunnproduktstrømmen gjennom den øvre kondensator, slik at den øvre kondensator vil arbeide ved en høyere temperatur eller, alternativt og fortrinnsvis, kan kolonnen arbeide ved et lavere trykk, hvis en tilstrekkelig mengde av de tyngre C4<+->hydrokarboner er i den øvre produktstrøm.

I en videre utførelse av oppfinnelsen, slik som i separasjonen av en i det vesentlige ren metanproduktstrøm fra en natur-gassfødestrøm inneholdende nitrogen, slik som fra omtrent 5% til 30% i volum eller mer nitrogen, gir metoden en restgasstrøm med lavt karbondioksyd- eller hydrogensulfid-innhold, en brennstoff-gasstrøm med lavt karbondioksyd-, hydrogensulfid-

og nitrogeninnhold og en sur kondensert petroleumgasstrøm med en høy etan-pluss-gjenvinning inneholdende hoveddelen av karbondioksydet og hydrogensulfidet.

I denne metoden innføres en naturgassfødestrøm inneholdende nitrogen i en avkjølt destillasjonskolonne, hvor et flytende tilsetningsstoff innføres gjennom kondensatoren for å opp-rettholde etylennivå-avkjølingstemperaturer, og for å vaske metanet nederst i kolonnen, med den øvre produktstrøm anriket på nitrogen. En tilleggs avkjølingsdestillasjonskolonne som anvender et flytende tilsetningsmiddel, slik som i US-patent nr. 4 318 723, publisert 9. mars 1982, anvendes for å tilveiebringe separasjonen av et metan og karbondioksyd, som karbondioksyd i bunnproduktstrømmen, sammen med det flytende tilsetningsmiddel av C4<+>/°9 metanet fjernet fra den øvre produktstrøm, dannelsen av en fast sone beskyttes av innføringen av det flytende tilsetningsmiddel i øvre del av kolonnen. En tredje kolonne for til-setningsgjenvinning anvendes deretter, hvor bunnproduktstrømmen, inneholdende det flytende tilsetningsmiddel, er anvendt som en avkjølt fødestrøm i den første og andre destillasjonskolonne.

I en videre utførelse er separasjonen av karbondioksyd og C2 fra C3<+> i en destillasjonskolonne funnet å bli endret betydelig, og betraktelige varmeenergier blir spart ved resirkulering av en mindre mengde av bunnproduktstrøm, slik som C^<+->bunnpro-duktstrømmen fra en tilsetningsgjenvinningskolonne til kondensatoren, eller til den øvre del av kolonnen som adskiller CO2 og C^. For å oppnå forøket gjenvinning av propan eller reduksjon av energi,, er det nødvendig at det ikke-polare flytende til-setningsbunnprodukt innføres i et tilstrekkelig antall av bunner over fødebunnen. Den resirkulerte C4,+ bunnstrøm kan tilsettes til den øvre kondensator; men noe C4<+->strøm vil fremstilles eller være tilstede i C02-C2 øvre strømmen. Hvis ønsket kan for å o redusere innholdet av C4 +-strøm i C02-C2 øvre strøm, noe eller all C4<+> resirkulert bunnstrøm innføres i den øvre bunnseksjon av destillasjonskolonnen, slik at bunnene over vil redusere C4<+->innholdet i den øvre strøm. Typisk, hvis den C4 resirkulerte bunnstrøm innføres i den øvre del av kolonnen, foregår slik inn-føring i de første øvre ti bunner av kolonnen eller mindre, slik som i de første fem øvre eller mindre bunner. Reduksjonen i varmefjerning skyldes den forbedrede relative flyktighet av CO-til C^ med den forøkede konsentrasjon av C4 resirkulert bunn-strøm i væsken i kolonnen. Disse innsparinger i varmeenergi foregår generelt uten betydelige forandringer i den øvre temperatur og kolonnearbeidstrykk, pg a forbedret flyktighetsforhold mellom komponentene.

Denne -oppfinnelse vil bli beskrevet for illustrasjonsfor-mål bare i sammenheng med visse spesielle utførelser; men det skal forstås at fagfolk kan gjøre forskjellige forandringer eller modifikasjoner til slike utførelser, alle uten å fjerne seg fra ånden og rekkevidden av oppfinnelsen.

FIG. 1 er en skjematisk illustrasjon av en anvendelse av

oppfinnelsen med tilsetningsmiddel-gjenvinning;

FIG. 2 er en skjematisk illustrasjon av en anvendelse på

en nitrogenseparasjonsmetode som anvender oppfinnelsen; og FIG. 3 er en skjematisk illustrasjon av en anvendelse av C02~propanseparasjon som anvender oppfinnelsen. Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av en destillasjons-separasjonsmetode som anvender den foreliggende oppfinnelse på en ikke-polar flytende tilsetningsmiddel-gjenvinningsanvendelse,

hvor fødestrømmen er avledet fra en eller flere tidligere sepa-rasjonsprosesser, og hvor fødestrømmen omfatter hydrogensulfid, karbondioksyd og C2<+->hydrokarboner innført gjennom ledning 12 til en destillasjonskolonne 14 med damp-væske-kontaktutstyr inne i, slik som destillasjonsbunner, og med en strøm fjernet øverst gjennom ledning 16 innført i en tilbakeløpskondensator 18 og en kondensert del av den øvre strøm resirkulert til toppen av kolonnen gjennom ledning 22, mens en anriket karbondioksyd øvre

produktstrøm fjernes øverst gjennom ledning 20. I driften av kolonnen, innføres et flytende tilsetningsmiddel, slik som en alkanblanding; f. eks. C-^-Cg, omfattende en hovedmengde butan-pluss, i øvre del av kolonne 14 gjennom ledning 24, for å forhindre eller modifisere azeotropisk dannelse i kolonne 14. En kolonne-bunnstrøm fjernes gjennom ledning 26 og innføres i en koker 28, og en del blir resirkulert gjennom ledning 30 til bunnen av kolonnen, mens bunnproduktstrømmen, inneholdende C2<+> og C^-Cg tilsetningsmiddelet og hydrogensulfid, fjernes gjennom ledning 32, kjøles i en varmeveksler 34 og innføres deretter gjennom ledning 36 som en fødestrøm til en tilleggs-gjenvinnings-destillasjonskolonne 38 inneholdende destillasjonsbunner.

En øvre produktstrøm fjernes gjennom ledning 40 i kolonne 38 og innføres i en kondensator 42, og en del av den kondenserte

øvre strøm resirkuleres til toppen av kolonnen gjennom ledning 46, mens en øvre produktstrøm inneholdende C2 > C3 og kanskje noen små mengder og forurensninger, slik som hydrogensulfid, fjernes. En bunnproduktstrøm inneholdende C^-Cg-tilsetningsmiddelet, fjernes gjennom ledning 48 inn i en gjenkoker 50, hvor en del resirkuleres gjennom ledning 52 til bunnen av kolonnen, mens den annen del fjernes gjennom ledning 60 til ledning 56 gjennom kjøler 62 og resirkuleres og innføres side om side direkte ved ledning 58 og ledning 40 til innløpet av den øvre tilbakeløpskon-densator 42 i kolonne 38, for å øke arbeidstemperaturen i tilba-keløpskondensator 42. Den gjenværende del av den definerte bunnproduktstrøm inneholdende fjernes gjennom ledning 54. Eventuelt som illustrert fjernes en videre del av bunnstrømmen . gjennom ledning 24 fra ledning 56 og innføres alt sammen eller delvis som tilsetningsmiddel innført i kolonne 14. Med hensyn

til sammensetningen er det ikke ønsket å separere C^-Cg-bunn-strøm, slik som C^-bunnstrømmen eller tyngre komponenter, og denne strømmen kan resirkuleres til bruk som en tilleggsstrøm i en eller flere kolonner eller heller gjenvinnes. Bunnprodukt-gjenvinningsstrømmen i den definerte metode er en spesifisert strøm som har en hydrogensulfid-konsentrasjon holdt under et definert spesifisert nivå; f.eks. omtrent 10 ppm eller mindre H2S, og med C3 fjernet til under et gitt spesifisert nivå; f.eks. omtrent 0,5 volumprosent eller mindre. Hvis drift av kolonnen er ønsket med den samme øvre kondensasjonstemperatur, kan drifts-

trykket til kolonnen senkes.

I metoden beskrevet i fig. 1 vil den øvre tilbakeløpskon-densator 42 i tilsetning-gjenvinningskolonne 38 arbeide ved en høyere temperatur, eller alternativt vil destillasjonskolonnen 3 8 arbeide ved et lavere trykk, mens det opprettholdes den samme øvre tilbakeløps-kondensasjonstemperatur. I driften av kolonne 38, er spesifikasjonene rettet mot gjenvinning av tilsetningsmiddelet i bunnen, slik at resirkuleringen av tilsetnings-bunn-strøm til tilbakeløpskondensatoren i kolonnen ikke forurenser den øvre produktstrøm. Jo høyere temperatur den øvre produkt-strømkondensator tillates anvendt, jo mindre kostbart kjølemid-del, slik som kjølevann, luft eller en mer moderat avkjølings-kilde.

Et antall av computer-simuleringer av metoden ble utført, ved å anvende et plate-til-plate-kolonne-kalkulatorprogram, for å simulere kolonnebetingelser og drift. Software computerpro-gram-simulering anvendt var Process SM Simulation Program of Simulation Sciences, Inc., Fullerton, California, Version 0881. Sammensetningen av innføringen bunn, øvre og resirkulerte til-setningsmiddelstrømmer i en representativ computer-simulering av driften av en tilsetnings-gjenvinningskolonne, med resirkulering- til kondensatoren av tilsetnings-gjenvinningskolonnen, slik som kolonne 38 i fig. 1, er satt opp i tabell I for 690 kPa-drift.

Driften av tilsetning-gjenvinningskolonne ved 69 0 kPa, uten noen resirkulering av tilsetningsmiddelet til reflux-kondensator 42 i kolonne 38, er illustrert ved data i tabell II.

Bunnene vist i tabell II er teoretiske eller ekvivalente, perfekte likevektsbunner, med tilbakeløpskondensator 42 som trinn 1, gjenkokeren 50 som trinn 15 og fødestrømmen innført ved bunn 7.

Driften av tilsetning-gjenvinningskolonnen ved det samme trykk, men med resirkulering av den flytende tilsetningsstrømmen til tilbakeløpskondensatoren i samsvar med oppfinnelsen er illustrert ved data i tabell III.

Effekten av å resirkulere 227 kg-mol/time av C4<+->tilsetningsmiddelet fra gjenkokeren til tilbakeløpskonden-satoren i gjenvinningskolonnen sørger for en økning av reflux-kondensator-teitiperaturen fra 34,1'C uten tilsetning til 42,8°C med tilsetningsmiddel, og en senkning i gjenkoker-temperaturen fra 113,8"C til 111,6°C. Denne justeringen av tilbakeløpskondensatoren tillater den øvre produktstrøm å bli avkjølt ved å bruke kjølevann eller et ekvivalent, billig varmeavløp, mens det resirkulerte tilsetningsmiddel ikke forurenser den øvre strøm, siden den ønskede spesifiserte strøm fra kolonnen er C4+-bunnproduktstrømmen. Hvis ønsket kan destillasjonen utføres ved et lavere trykk på 483 kPa, hvis tilbakeløpskondensatoren ønskes opprettholdt ved samme temperatur som uten tilsetningsmiddel. Således illustrerer dataene den betydelige fordelen med hensyn til å spare energi ved resirkulering av C4+ flytende tilsetningsmiddelstrømmen fra gjenkokeren til tilbakeløpskondensatoren i den illustrerte metode i

fig. 1.

Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av en annen destillasjonsseparasjon som anvender foreliggende oppfinnelse, hvor en C-j-Cg-bunnproduktstrøm resirkuleres til den øverste delen av en kolonne annen enn kolonnen fra hvilken bunnproduktstrømmen er fjernet. I denne utførelsen består en fødestrøm typisk av en naturgasstrøm med en hovedmengde av metan, noe C2<+>, nitrogen;

f.eks. 9% - 25% nitrogen, og C02, innføres ved ledning 126 til en destillasjonskolonne 128, og en øvre produktstrøm fjernes gjennom ledning 130 og innføres i en kondensator 132, og en del av den flytende kondenserte strøm resirkuleres gjennom ledning 134 til toppen av kolonne 128, mens en blanding av vesentlig

all nitrogen og en del av metanet fjernes som en øvre strøm gjennom ledning 136. En bunnproduktstrøm fjernes gjennom ledning 13 8 og innføres i en gjenkoker 140, og en del resirkuleres gjennom ledning 66 til bunnen av kolonnen 128. Bunnprodukt-strømmen, bestående av deler av metanet og praktisk talt all C2<+> og karbondioksyd, flyter gjennom ledning 68 til en varmeveksler 70, for å avkjøle strømmen, hvilken avkjølte strøm innfø-res gjennom ledning 72 til fødestrømmen inn i den neste destil-las jonskolonne 74.

En øvre produktstrøm fjernes gjennom ledning 76 og innfø-res i en kondensator 78, og en kondensert del resirkuleres til toppen av kolonne 74 gjennom ledning 80, mens den øvre produkt-strøm av anriket vesentlig ren metan, fjernes gjennom ledning 82. I driften av kolonnen blir et flytende tilsetningsmiddel

C^-Cg-alkan tilsatt i toppen av kolonnen gjennom ledning 84, for å forhindre dannelsen av en karbondioksyd-faststoffsone, som i US-patent nr. 4 318 723. En bunnproduktstrøm fjernes gjennom ledning 86 og innføres i en gjenkoker 88, og en del resirkuleres gjennom ledning 90 til bunnen av kolonne 74, og bunn-produktstrømmen fra gjenkokeren omfattende karbondioksyd og C2<+>

(med tilsetningsmiddelet), fjernes gjennom linje 100 og føres

gjennom varmeveksler 102 for å avkjøle strømmen, og innføres som en fødestrøm gjennom ledning 104 til en tilsetnings-gjen-vinningsdestillasjonskolonne 106. Denne kolonnen arbeider som i fig. 1, for å skaffe tilveie et spesifisert bunnprodukt av essensielt det flytende tilsetningsmiddel og for å fjerne karbondioksydet som en urenhet i den øvre produktstrøm.

En øvre produktstrøm, omfattende karbondioksyd, C2 og C^ fjernes fra toppen av kolonnen gjennom ledning 108 og innføres i en tilbakeløpskondensator 110, og en kondensert del resirkuleres gjennom ledningen 112 til toppen av kolonnen, mens karbondioksyd, C2 og Co fjernes som en øvre strøm fra ledning 114. En bunnproduktstrøm, omfattende primært C^<+>, fjernes fra bunnen av kolonnen gjennom ledning 116 og innføres i en gjenkoker 118, og en del resirkuleres gjennom ledning 120 til bunnen av kolonnen 106. En spesifisert bunnproduktstrøm, med definerte spesifikasjoner som i fig. 1, fjernes gjennom ledning 122, mens en

del derav; f.eks. 0,5% til 20% eller mer; f.eks. 1,0% til 5% i mol relativt til kolonnetilførsel, resirkuleres kontinuerlig gjennom ledning 124 og kjøler 142 og innføres i kondensator 132 i destillasjonskolonne 128, og en del kan eventuelt innføres via ledning 124 eller 126 som vist, i kondensator 78 (illustrert ved stiplede linjer), for å øke arbeidstemperaturen i kondensa-torene 132 og 78, og på denne måte tillate en reduksjon i ar-beidstrykket til kolonne 128 og 74 eller en sparing i varmeenergi. Denne drift tillater gjenvinning av essensielt all C2, mens C02~fjerning før N2/CH^ separasjon er ikke nødvendig. I prosessen kan den øvre temperaturen til destillasjonskolonne 12 8 økes uavhengig av det øvre N2/CH4~innhold. Tilbakeløpskon-

densator 132 temperaturen kan kontrolleres og justeres ved has-tigheten av den resirkulerte tilsetning tilsatt kondensatoren. I lys av det veldig lave kokepunkt til nitrogen fjernet i den øvre strømmen i kolonne 128, kan den resirkulerte tilsetnings-hastigheten settes slik at det kreves bare et etylenavkjølings-system drevet ved omtrent -87°C.

I et computer-simulert eksempel av driften av destillasjonskolonne 128 ved 3944 kPa i separasjonen av N2 og CH4, er sammensetningene av strømmene vist i tabell IV, mens kolonne-drif tsbetingelser er vist i tabell V.

Tilsetningen av 246 kg-mol/time av det flytende bunnprodukt fra gjenkoker 118 til tilbakeløpskondensator 132 i separasjonen av N2 og CH4 fra fødestrømmen, skaffet tilveie gjenvinningen av 355 kg-mol/time av CH4 med bunnstrømmen fra kolonne 128, hvilken CH4 er gjenvunnet som essensielt rent CH4 øvre strøm i kolonne 74. Den øvre produktstrømmen fra kolonne 128 er essensielt over 99% en blanding av N2 og CH4. Uten innføringen av den resirkulerte C4<+->bunntilsetningsstrøm, ville tilbakeløps-kondensasjonstemperaturen være under grensen ca.-101"C av et etylenavkjølingssystem, mens med resirkulering av bunnstrømmen er den øvre temperaturen-87 °C, noe som bevirker en sparing på varmeenergi i driften av kolonnen.

Fig. 3 er en skjematisk illustrasjon av en prosess ifølge oppfinnelsen hvor separasjonen av C02 og etan fra propan ved en destillasjonsteknikk ble oppdaget og forandret betydelig ved

innføringen av små mengder av et flytende C4<+->tilsetningsmiddel resirkulert bunnstrøm til kondensatoren eller til den øvre bunnseksjon i destillasjonsseparasjonskolonnen. Innføringen av små mengder; f.eks. 1-8 mol av en C4<+->bunnstrøm fra tilsetnings-gjenvinnings- eller andre destillasjonskolonner pr. 100 mol av fødestrøm forbedrer den relative flyktighet av CO- til propanet med økede C4 +-deler, og reduserer betraktelig varmeforbruket i tilbakeløpskondensatoren og gjenkokeren med over 60%.

I utførelsen vist i fig. 3, innføres en fødestrøm bestående essensielt av C02, etan og C3 , ved ledning 152 i en des-tillas jonskolonne 150 som inneholder mange destillasjonsbunner, og en øvre dampstrøm fjernes ved ledning 154 og innføres i en tilbakeløpskondensator 156, og en del av den flytende kondenserte strøm resirkuleres gjennom ledning 158 til toppen av kolonne 150. En blanding sammensatt hovedsakelig av C02 og etan fjernes som en øvre produktstrøm ved ledning 160. En bunnpro-duktstrøm fjernes ved ledning 162 til en gjenkoker 164, og en del resirkuleres gjennom ledning 166 til bunnen av kolonne 1,50. Bunnproduktstrømmen bestående hovedsakelig av propan sammen med noe resirkulert flytende tilsetningsmiddel innføres i kondensatoren eller øvre del av kolonne 150, fjernes ved ledning 168 som en bunnproduktstrøm og innføres i varmeveksler 170 til å avkjøle bunnproduktstrømmen.

Den avkjølte bunnproduktstrømmen innføres ved ledning 172 til -tilsetning-gjenvinningskolonne 174. En øvre produkt-strøm fjernes ved ledning 176 og innføres i en kondensator 178, og en del fra kondensatoren resirkuleres ved ledning 180 til toppen av kolonne 174. Den øvre produktstrømmen, bestående hovedsakelig av propan, bør fjernes ved ledning 182. En bunnpro-duktstrøm bestående av C4<+->tilsetningsmiddel fjerens ved ledning 184 inn i gjenkoker 186, hvor endel resirkuleres til bunnen av kolonne 174 ved ledning 188, og C4<+->tilsetningsfraksjonen gjenvinnes ved ledning 192 til resirkulering, gjenvinning og til an-net bruk. En liten del av den gjenvundne tilsetningsbunnpro-duktstrøm fra kolonne 174; f.eks. 1-5 molprosent av fødestrøm-men til separasjonskolonne 150, fjernes fra gjenkoker 186 ved ledning 190 og resirkuleres gjennom kjøler 196 til kondensatoren 156 i separasjonskolonne 150, og eventuelt, hvis ønsket, kan den flytende C4<+->tilsetnings-bunnproduktstrøm også innføres i den øvre bunnseksjon av kolonnen 150 ved ledning 194 vist som en stiplet linje.

I driften av separasjonskolonnen 150 viser tabell VI en computer-simulert data av sammensetningen av kolonnefødestrøm bestående av en hovedmengde av CC^ / etan og propan. Den resirkulerte tilsetnings-gjenvinningskolonne-bunntilsetningsstrømmen fra kolonne 174, bestående primært av C^-Cg-alkan flytende tilsetningsmiddel, innføres i en liten mengde (mindre enn omtrent 4%; f.eks. 3 molprosent relativt til fødestrømmen) ved ledning 190 til kondensator 156 (bunn 1), mens fødestrømmen innføres ved ledning 152 til bunn 7 i kolonne 150. Den øvre strøm fjer-ner vesentlig alt CC^r C-^ og av fødestrømmen, mens bunnpro-duktstrømmen er rik på C-.+-komponenter; det er den separerte C; og den resirkulerte C4 +-tilsetningsbunnstrøm.

Tabell VII er den samme som tabell VI, unntatt i å vise føde-øvre og bunnstrømsammensetninger, hvor den resirkulerte tilsetningsbunnstrøm ikke er anvendt i separasjonskolonne 150.

Tabellene VIII og IX illustrerer driften av CO^+C^/C^ se-paras jonskolonne 150 veci 3447 kPa, begge med og uten anvendelse av en illustrerende mer spesielt forandringen i varmeutbytte av gjenkoker og kondensator ved tilsetning av C. resirkulert bunn-tilsetningsstrøm til kondensatoren.

Som vist, reduserer en liten mengde av resirkulert C^<+->tilsetningsbunnstrøm markert varmetilsetningen på kondensator og gjenkoker, mens betydelig forandring i separasjonen av CC^ fra C^ resulterer ikke bare i forandret separasjonseffektivitet ved en forandring i relativ flyktighet, men er fulgt av sparing av energi i kolonnedriften.

Fordelen ved resirkulering av høyere alkan-bunnprodukt-strøm med definerte spesifikasjoner og i en øvre kondensator, hvor bunnproduktstrømmen ikke består eller virker som en foru-rensning for den øvre produktstrømmen sørger for energisparing.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for destillasjons-separasjon av en hydro-karbonholdig fødestrøm, omfattende: a) å innføre fødestrømmen (36, 126, 152) i en fraksjonator som omfatter minst én destillasjonskolonne (38, 128, 150) ; b) å fjerne en øvre produktstrøm (44, 136, 160); c) å kondensere minst det øvre produkt i en kjøler (42, 132, 156) og resirkulere (ved 46, 134, 158) det kondenserte øvre produkt fra kjøleren til toppdelen av en destillasjonskolonne ; d) å tappe ut en bunnproduktstrøm (54, 122, 192); e) å gjenkoke bunnproduktet (ved 50, 118, 186) og resirkulere (ved 52, 120, 188) det gjenkokte bunnprodukt til en lavere del av destillasjonskolonnen; f) å resirkulere 1-30 mol (f.eks. 1-10 mol) pr. 100 mol fødestrøm (36, 12 6, 152) av en flytende bunnproduktstrøm (58, 124, 190) omfattende f.eks. C3-C6- eller C3-C7-alkaner til kjøleren (42, 132, 156) eller til den øvre del av destillasjonskolonnen, karakterisert ved at kolonnedriftsbetingelsene varieres ved i) å øke temperaturen i kjøleren (42, 132, 156) med minst 5,6°C; eller ii) å senke temperaturen i den nedre del av kolonnen med minst 2, 8' C; eller iii) å redusere kolonnens driftstrykk med minst 138 kPa, eller kombinasjoner derav.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å øke temperaturen i kjøleren med fra 5,6°C til 33 °C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å redusere driftstrykket i kolonnen med fra 207 til 1034 kPa.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å senke temperaturen i den nedre kolonnedel med fra 2,8 til 27,8°C.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det flytende bunnprodukt for resirkulering oppnås fra bunnproduktstrømmen som tappes ut av den samme kolonne (38).

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at det flytende bunnprodukt for resirkulering oppnås fra en bunnproduktstrøm som tappes ut av en annen kolonne (106, 174).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det anvendes en til-førselsstrøm (36) som er en kjølig tilførselsstrøm av H2S og C2+-alkaner og er i det vesentlige fri for karbondioksyd, og den øvre strømmen (44) er anriket på H2S, C2 og C3 og bunn-produktstrømmen (54) er anriket på C4+-alkaner.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en fødestrøm som omfatter C02, H2S og C2-C6-alkaner, og bunnproduktstrømmen omfatter hovedsakelig C4-Cg-alkaner.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en fødestrøm som i det vesentlige er fri for sure gasskomponenter.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre produktstrøm som tappes ut av kolonnen omfatter karbondioksyd og C2 og bunnproduktstrømmen som tappes ut av kolonnen omfatter C3+.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at det anvendes resirkulert flytende bunnprodukt som omfatter C4+ og som resirkuleres inn i minst én av de øverste 10 bunner i kolonnen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at tilførselsstrømmen (126) til den minst ene kolonne (128) omfatter CH4 og N2 og det flytende bunnprodukt for resirkulering oppnås fra en C4+-bunnproduktstrøm fra den annen type kolonne (106) i hvilken den øvre produktstrøm omfatter C02» C2 og C3.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at tilførselsstrømmen (152) til den minst ene kolonne (150) omfatter karbondioksyd og etan for separering fra propan; C02 og C2 separeres som en øvre produktstrøm fra nevnte kolonne (150) og C3+ som en bunnprodukt-strøm (ved 168); og nevnte flytende bunnprodukt for resirkulering oppnås fra en C4+-bunnproduktstrøm fra den annen type kolonne {174) i hvilken tilførselsstrømmen tilveiebringes av C3+-bunnproduktstrømmen fra den førstnevnte kolonne og den øvre produktstrøm omfatter C3.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den flytende bunnprodukt-strøm resirkuleres til kjøleren som holdes ved en temperatur på ca. -87°C.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1, til destillasjonsseparasjon av karbondioksyd fra en hydrokarbon-tilførselsstrøm inneholdende karbondioksyd, karakterisert ved at forut for minst én destillasjonskolonne (38) er det en første destillasjonskolonne (14) og a) tilførselsstrømmen innføres i den første kolonne; b) et ikke-polart flytende G3-C6-alkan-tilsetningsmiddel innføres (ved 24) i en øvre del av den første kolonne (14) over tilførselsstrømmen; c) en første øvre produktstrøm fjernes fra den første kolonne anriket på karbondioksyd; d) en første bunnproduktstrøm fjernes fra den første kolonne inneholdende det flytende tilsetningsmiddel; e) den første bunnproduktstrøm innføres i den annen destillasjonskolonne (38) som tilførselsstrømmen (36) for den annen kolonne; f) den øvre produktstrøm fra den annen kolonne omfatter hovedsakelig C2- og C3-alkaner; og g) bunnproduktstrømmen som tas ut fra den annen kolonne omfatter hovedsakelig C4+-alkaner, og tilveiebringer det flytende bunnprodukt som resirkuleres til kjøleren (42) i den annen kolonne samstrøms med det resirkulerte øvre produkt.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at det flytende tilsetningsmiddel som innføres i den første kolonne (14) oppnås ved minst delvis å resirkulere gjenkokt bunnprodukt fra den annen kolonne (38) .

17. Fremgangsmåte ifølge krav 6 for destillasjonsseparasjon av nitrogen og metan fra en tilførselsstrøm (126) omfattende nitrogen, metan, karbondioksyd og C2+-alkaner, karakterisert ved at den minst ene destillasjonskolonne (128) etterfølges av en annen (74) og tredje (106) destillasjonskolonne, og a) tilførselsstrømmen innføres i den første destillasjonskolonne (128) ; b) den øvre produktstrøm tatt ut fra den første kolonne (128) anrikes på nitrogen; c) bunnproduktstrømmen (68) tatt ut fra den første kolonne inneholder CH4, C02 og C2+; d) bunnproduktstrømmen (68) innføres som en annen tilførsels-strøm i den annen kolonne (74); e) en annen øvre produktstrøm anriket på metan tas ut fra den annen kolonne (74); f) en annen bunnproduktstrøm som inneholder C02 og C2+ tas ut fra den annen kolonne; g) et ikke-polart flytende C3-C6-alkan-tilsetningsmiddel innføres (ved 84) i den annen kolonne (74) over tilførsel-en; h) en del av den annen øvre produktstrøm kondenseres i en annen kjøler (78) og en del av den kondenserte annen øvre strøm resirkuleres til en øvre del av den annen kolonne; i) den annen bunnproduktstrøm innføres som en tredje til-førselsstrøm (104) inn i den tredje kolonne (106); j) en tredje øvre produktstrøm som inneholder C02 , C2 og C3 tas ut fra den tredje kolonne; og k) en tredje bunnproduktstrøm som omfatter hovedsakelig C4+-alkaner tas ut fra den tredje kolonne (106) og tilveiebringer det flytende bunnprodukt resirkulert til kjøleren (132) i den første kolonne samstrøms med det resirkulerte øvre produkt for å blande jevnt bunnproduktet og det øvre produkt i kjøleren (132).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at det flytende tilsetningsmiddel innført i den annen kolonne (74) oppnås idet minste delvis ved resirkulering av gjenkokt bunnprodukt fra den tredje kolonne (106).

19. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-13, karakterisert ved at det anvendes en hoveddel av tilførselsstrømmmen i form av C02.