PL25417B1 - Sposób wydzielania etylenu i propylenu z mieszanin weglowodorów gazowych. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy wydzie¬ lania z mieszanin weglowodorów skladni¬ ków gazowych, nalezacych do szeregu etylenu CnH2n. Sposób wedlug wynalazku nadaje sie do przeróbki mieszanin, otrzy¬ mywanych przy krakowaniu gazów, za¬ wartych w ropie, np. metanu, etanu, etyle¬ nu i propanu, lub tez przy krakowaniu cieklych ciezkich pozostalosci ropy. Otrzy¬ muje sie w tych warunkach mieszaniny skladajace sie z wodoru, metanu, etanu, propanu, butanu, propylenu, butylenu, a- mylenu oraz malej ilosci wyzszych weglo¬ wodorów szeregu metanu i etylenu. Mie¬ szanina moze równiez zawierac male ilosci azotu* Sposób wedlug wynalazku umozliwia rozdzielanie mieszanin weglowodorów ga¬ zowych na skladniki poszczególne, przy czym skladniki wartosciowe otrzymuje sie prawie chemicznie czyste. Wynalazek po¬ lega na tym, ze frakcje, które zawieraja mniejsza liczbe skladników niz mieszanina wyjsciowa, zostaja oddzielone od tej mie¬ szaniny i rozdzielone w odpowiednich u- rzadzeniach. Produkty otrzymane w tych urzadzeniach i zawierajace etylen dopro¬ wadza sie z powrotem do kolumny sluza¬ cej do rektyfikacji etylenu. Sposób we¬ dlug wynalazku nadaje sie do rozdzielania mieszaniny gazów o rozmaitym skladzie, zwlaszcza do wydzielania etylenu i propy-lenu z mieszanin zawierajacych równiez inne weglowodory gazowe, \ Temperatury ^rz^nia propylenu i ety- ' lenasA wyzsze od temperatur wrzenia naj¬ bardziej lotnych skladników, t. j. wodoru i metanu, i nizsze od temperatur wrzenia skladników latwiej sie skraplajacych, np. butanu, butylenu i ciezkich weglowodorów szeregu metanu i etylenu. Etan, a wiec skladnik niepozadany i znajdujacy sie w duzej ilosci, posiada temperature wrzenia — 88°C, lezaca pomiedzy temperatura wrzenia etylenu ( —103°C) i temperatura wrzenia propylenu (— 47°C).Glównym celem wynalazku jest wy¬ dzielenie dwóch pierwszych czlonów szere¬ gu etylenu, a mianowicie etylenu i propy¬ lenu w postaci prawie chemicznie czystej, oraz wyzszych czlonów, np. butylenu i a- mylenu, które sa zmieszane jedynie z ciez¬ kimi weglowodorami szeregu metanu, np. z butanem i pentanem.Na rysunku przedstawiono schema¬ tycznie przyklad urzadzenia sluzacego do wykonywania sposobu wedlug wynalazku.Z mieszaniny weglowodorów otrzymuje sie w sposób ciagly olefiny, zwlaszcza ety¬ len i propylen. Ponizej podane sa tempe¬ ratury wrzenia poszczególnych skladników mieszaniny przerabianej pod cisnieniem 1 kg/cm2.Sklad mieszaniny, przerabianej sposo¬ bem wedlug wynalazku, jest nastepujacy wodór metan etylen etan propylen propan izobutan izobutylen butylen normalny butan normalny /? - butylen — — — — — — ;— — — — + pentan trzeciorzedowy ¦+- pentan drugorzedowy pentan normalny + + 252.54°C 161.6°C 103.0°C 88.7°C 47.0°C 42.4°C 12.2°C 6.6°C 6.1°C 0.6°C 1.0°C 9.5°C 27.950C 36.06°C wodoru metanu &tytenu etanu propanu propylenu butylenu amylenu, pentanu, benzenu i toluenu H2 CHi CA Cfle C3H8 Cs#6 10% 30% 30% 6% 1% 14% 8% 1% Wydzielanie z takiej mieszaniny etyle¬ nu, propylenu i butylenu jest polaczone z wielkimi trudnosciami nie tylko z powodu zawartosci skladników o wyzszych i niz¬ szych temperaturach wrzenia, niz tempera¬ tury wrzenia wymienionych skladników, lecz równiez wskutek tego, ze mieszanina taka zawiera skladniki, których tempera¬ tury wrzenia sa posrednie pomiedzy tem¬ peraturami wrzenia dwóch z wymienionych skladników. Skladnikiem takim jest zwla¬ szcza etan.Przy próbach wydzielania z wymienio¬ nej mieszaniny w sposób ciagly weglowo¬ dorów olefinowych powstawaly trudnosci zwiazane ze skraplaniem, parowaniem i oczyszczaniem skladników mieszaniny, po¬ niewaz duza liczba skladników uniemozli¬ wiala w przyblizeniu zupelne wydzielanie pewnego skladnika przez skraplanie cze¬ sciowe.Stwierdzono, ze przez czesciowe skra¬ planie oraz wstepne oczyszczanie pod du¬ zym cisnieniem mozna rozdzielic mieszani¬ ne na dwie czesci, z których jedna nie za¬ wiera etylenu, a druga — propylenu. Aby osiagnac pozadany wynik, stosowano skraplacz o szczególnym wykonaniu, po¬ laczony z urzadzeniem do oczyszczania, pracujacym pod duzym cisnieniem. Ta czesc urzadzenia jest przedstawiona na ry¬ sunku.Aby spowodowac skraplanie sie po- — 2 —szczególnych skladników mieszaniny przed ich oczyszczaniem, nalezy zastosowac od¬ powiednie chlodzenie. W tym celu wedlug wynalazku zastosowano rozprezanie skro* plónych pozostalosci wodoru i metanu, przy czym wytworzona ciecz nie odplywa¬ la przez otwór odplywowy. W ten sposób z rozprezonej mieszaniny wydziela sie cal¬ kowita ilosc etylenu.Wedlug sposobu niniejszego wydziela¬ nie jest przeprowadzane w ciagu wiekszej liczby okresów przeróbki. W pierwszym okresie przeróbki mieszanina zostaje po¬ dzielona na dwie czesci o rozmaitej tem¬ peraturze wrzenia. Kazda z tych czesci poddaje sie z kolei oddzielnej przeróbce w celu rozdzielenia na skladniki. W pierw¬ szym okresie przeróbki, podczas doplywu sprezonej mieszaniny wydzielone zostaja wszelkie skladniki o temperaturze wrzenia wyzszej f niz temperatura wrzenia propy¬ lenu, np. butan, butylen, propan, propylen.W drugim okresie przeróbki mieszaniny z reszty, zawierajacej jeszcze nieznaczne ilosci propylenu, wydziela sie te jej czesc, która zawiera reszte propylenu i duze ilo¬ sci etylenu. Frakcje te doprowadza sie do urzadzenia do oczyszczania, a mianowicie na poziomie, znajdujacym sie w przybli¬ zeniu na polowie wysokosci urzadzenia, w którym ciecz splywa w dól przez koryta znanej budowy. Reszta mieszaniny, która znajduje sie w postaci pary i na która dziala cisnienie poczatkowe, zawiera znacz* ne ilosci etylenu i w przyblizeniu calkowi¬ ta ilosc metanu i wodoru. Reszte te przez selektywne skraplanie rozdziela sie na dwie czesci, z których czesc ciekla sklada sie z pozostalego etylenu i duzej ilosci metanu. Czesc nieskroplona, na która dzia¬ la cisnienie poczatkowe i która zawiera glównie metan i wodór, zostaje doprowa¬ dzona do wymiennika ciepla, w którym przez skraplanie wydzielona zostaje resz¬ ta etylenu wraz z mala iloscia metanu.Pozostala pare doprowadza sie do rozpre- zarki, w której preznosc pary zmniejsz* sie w przyblizeniu do 1 kg/cm2. W odpo¬ wiednim urzadzeniu do oczyszczania cie¬ kla mieszanine etylenu i metanu rozklada sie na czysty metan i ciecz, zawierajaca duza ilosc etylenu, która doprowadza sie do glównego urzadzenia do oczyszczania.Frakcje skladajaca sie z propylenu i skladników o wyzszych temperaturach wrzenia poddaje sie przeróbce w oddziel¬ nym urzadzeniu.Urzadzenie przedstawione na rysunku sluzy do rozdzielania mieszaniny o wymie¬ nionym skladzie, przy czym jest rzecza jasna, iz opisane okresy przeróbki moga ulec pewnym zmianom, poniewaz sklad mieszaniny moze byc rozmaity, zaleznie od rodzaju skladników, ich liczby, pochodze¬ nia mieszaniny i jej ewentualnej poprzed¬ niej przeróbki.Mieszanine gazów posiadajaca odpo¬ wiednia preznosc, np. 10.5 kg/cm2, dopro¬ wadza sie przewodem 5 do wymiennika ciepla 6, w którym mieszanina ochladza sie wymieniajac cieplo z odplywajacymi produktami rozdzielania. Mieszanina o- chlodzona i ewentualnie czesciowo skro¬ plona doplywa przewodem 7 do dolnej czesci 8 kolumny oczyszczaj ace|j 9, lW czesci kolumny umieszczono pólki 10 za¬ opatrzone w klosze 11. Ciecz splywa w dól w przeciwpradzie do par, które wy¬ dzielaja sie i plyna w góre wraz z miesza¬ nina gazów doprowadzana przewodem 7.Mieszanina gazów i par poprzez pólki 10 dostaje sie do rur 12 skraplacza, który jest otoczony produktami cieklymi otrzy¬ mywanymi przy przeróbce. Ciecz i pary w czesci 8 kolumny zostaja czesciowo skroplone i oczyszczone, przy czym mie¬ szanina wyjsciowa rozdziela sie na dwie frakcje. Frakcja ciekla, zbierajaca sie na dnie kolumny 8, sklada sie przewaznie z propylenu* skladników o wysokiej tempe¬ raturze wrzenia oraz malych ilosci etanu zawartego w mieszaninie wyjsciowe}. Ciecz — 3 —ta zostaje ogrzana srodkiem ogrzewaja¬ cym, doprowadzanym do wezownicy 13 i posiadajacym temperature pokojowa, któ¬ ry przez ogrzanie ulatwia wydzielanie skladników, wrzacych w temperaturze niz¬ szej niz temperatura wrzenia propylenu.Frakcja parowa plynie przez czesc 8 ko¬ lumny w góre i ulatwia oczyszczanie cie¬ czy plynacej w dól. Z dna czesci 8 ciecz odprowadza sie przewodem 14 do dalszej przeróbki.Czesc cieczy skroplonej w rurach 12 i skladajacej sie w przyblizeniu z 70% ety¬ lenu oraz przewaznie etanu i metanu na¬ gromadza sie w korycie 15 na górnym kon¬ cu czesci 8 kolumny i odprowadza sie przewodem 16 do dalszej przeróbki. W pierwszym okresie przeróbki mieszaniny otrzymuje sie wiec dwie frakcje ciekle i jedna frakcje parowa o zupelnie odmien¬ nych skladach. Jedna z frakcji cieklych zawiera calkowita ilosc propylenu zawar¬ tego w mieszaninie wyjsciowej, podczas gdy w drugiej frakcji cieklej i frakcji pa¬ rowej zawarta jest calkowita ilosc etylenu.Nieskroplone pary z rur 12 doprowa¬ dza sie przewodem 17 do rur 18 skrapla¬ cza, który jest umieszczony wewnatrz ko¬ lumny 9 i otoczony ciecza zawierajaca przewaznie etylen. Produktem skraplania jest ciecz skladajaca sie z etylenu, etanu i metanu i odprowadzana przewodem 19 do dalszej przeróbki. Pozostalosci nie¬ skroplone, zawierajace przewaznie wodór i metan oraz male ilosci etylenu, doprowa¬ dza sie przewodem 20 do wymiennika cie¬ pla 21, w którym pary te ochladza sie z jednej strony przez poddanie mieszaniny wodoru i metanu rozprezaniu za pomoca rozprezarki 27, z drugiej zas za pomoca cieczy odplywajacej z kolumny 34. W ten sposób w wymienniku 21 skrapla sie etylen wraz z metanem i odplywa przewodem 22, podczas gdy reszta pozostalosci doplywa przewodem 23 do narzadu 24 Urzadzenia 21, w którym temperatura tej pozostalosci podnosi sie i z którego przeplywa ona przewodem 25, zaopatrzonym w zawór 26, do rozprezarki 27. Produkt rozprezony doprowadza sie przewodem 28 do narzadu 29 wymiennika 21, w którym produkt ten pewna czesc ciepla oddaje gazom znajdu¬ jacym sie w przewodzie 2la. Pozostalosci skladajace sie z wodoru i metanu odpro¬ wadza sie przewodem 30 do dalszej prze¬ róbki.Ciecz zawarta w korycie 15 plynie przewodem 16 do wymiennika ciepla 31, a z niego — przewodem 32, zaopatrzonym w zawór 33, do dolnej czesci kolumny 34 zaopatrzonej w pólki 35 i klosze 36, ula¬ twia j ace oczyszczanie przeplywaj acych cieczy i par. Ciecz znajdujaca sie w rurach 18 doprowadza sie przewodem 19, zaopa¬ trzonym w zawór 37, do srodkowej czesci kolumny 34, do której doplywa równiez przewodem 22, zaopatrzonym w zawór 38, ciecz z wymiennika 27.- Oczyszczanie w kolumnie 34 zostaje uzupelnione dziala¬ niem metanu doprowadzanego do górnej czesci kolumny. W tym celu oraz w celu chlodzenia uzupelniajacego doprowadza sie czesc produktu, odplywajacego przewo¬ dami 39 i 40, do wymiennika ciepla 41, a z niego przewodem 42 i przez wymiennik ciepla 43 — do sprezarki 44, w której prez¬ nosc tego produktu zostaje stosunkowo znacznie zwiekszona, np. w przyblizeniu do 35 kg/cm2. Gaz sprezony doplywa prze¬ wodem 45 z powrotem do wymiennika ciepla 43, a nastepnie przewodem 46 — do wezownicy chlodzacej 47, która jest zanurzona w cieczy otaczajacej rury 18 i z której gaz przewodem 48 doprowadza sie przez wymiennik ciepla 41 i zawór 49 do górnego konca kolumny 34. Ciecz otrzy¬ mywana w ten sposób wymywa etylen i etan z gazów plynacych w kolumnie w góre, dzieki czemu gazy odplywajace przewodem 39 zawieraja przewaznie metan. Czesc produktu, która nie zostala doprowadzo^ na z powrotem do obiegu w sposób opisac -— 4 —ny i plynie przez zawór 50 do wymiennika 21, sluzy równiez do wytwarzania cieczy w przewodzie 21a, po czym odplywa prze¬ wodem 30.Przez opisane oczyszczanie otrzymuje sie ciecz, która sklada sie w przewaznej czesci z etylenu i etanu i doplywa przewo¬ dem 51 do kolumny 9 w przyblizeniu na poziomie rur 18, nagromadza sie naokolo tych rur i paruje dzieki wymianie ciepla z gazami znajdujacymi sie wewnatrz rur 18.Aby otrzymac w przyblizeniu czysty e- tylen, gazy z kolumny 9 doprowadza sie przewodem 52 do wymiennika ciepla 53, z niego przewodem 54 — do wymiennika 55, dalej przewodem 56 — do wymiennika ciepla 57, nastepnie przewodem 58 — do wymiennika ciepla 59 i wreszcie przewo¬ dem 60 do sprezarki 61, w której preznosc czesci tych gazów zwieksza sie stosunko¬ wo znacznie, np. do 11,25 — 70,30 kg/cm2.Czesc etylenu stanowiacego jeden z poza¬ danych produktów rozdzielania odprowa¬ dza sie z urzadzenia przewodem 62 zaopa¬ trzonym w zawór 63. Gazy sprezone plyna przewodem 64 do wymiennika ciepla 59 i przewodem 65 do wezownicy 66 umieszczo¬ nej na dnie kolumny 67, w której gazy te ochladzaja sie i z której odprowadza sie je przewodem 68 przez wymiennik ciepla 57 i przewód 69 do wezownicy chlodzacej 70 zanurzonej w cieczy otaczajacej rury 12. Otrzymana ciecz plynie przewodem 71 do wymiennika 53, a nastepnie przewodem 72, zaopatrzonym w zawór 73, do górnej czesci kolumny 9. Produkt ten, skladajacy sie z czystego etylenu, plynie poprzez pól¬ ki 74 i klosze 75 w dól i z par plynacych w góre wydziela sie etan, dzieki czemu ciecz nagromadzajaca sie naokolo rur 12 sklada sie z etylenu i etanu, przy czym przewaza etan. Czysty etylen doprowa¬ dza sie, jako jeden z pozadanych produk¬ tów nie zawierajacych w przyblizeniu za¬ nieczyszczen, przewodem 62.Jak wymieniono powyzej, propylen zo¬ staje wydzielony w pierwszym okresie skraplania i odprowadzony wraz ze sklad¬ nikami o wysokiej temperaturze wrzenia przewodem 14 do wymiennika ciepla 76, a nastepnie — przewodem 77, zaopatrzo* nym w zawór 78, do srodkowej czesci ko¬ lumny rektyfikacyjnej 67. Kolumna ta jest zaopatrzona w pólki 79 z kloszami BO.Ciecz plynaca w dól nagromadza sie na dnie kolumny i ogrzewa sie etylenem, przeplywajacym w wezownicy 66, do wrze¬ nia. Skladniki wrzace w niskich/tempera- turach plynia w góre i odplywaja z górnego konca kolumny, podjczas gdy pozostala ciecz splywa przez zawór 81 oraz przewód 82 do kolumny 83, która jest równiez za¬ opatrzona w pólki 84 z kloszami 85, a w dolnej czesci — w wezownice zasilana od¬ powiednim srodkiem ogrzewajacym. Wy¬ twarzana para plynie przewodem 87 z po¬ wrotem do kolumny 67, podczas gdy pozo¬ stala ciecz przez zawór 88 i przewód 89 odprowadza sie do wymiennika ciepla 6, a nastepnie usuwa sie z urzadzenia. Frakcja ta sklada sie z butylenu, butanu i innych skladników o temperaturze wrzenia wyz¬ szej niz temperatura wrzenia butylenu.Czesc pary, plynacej w kolumnie 67 w góre, doprowadza sie do kolumny rektyfi¬ kacyjnej 90 i rur skraplacza 92, naokolo których z przewodu 30 plynie ochlodzona mieszanina wodoru i metanu, wskutek cze¬ go skraplaja sie wyzej wrzace skladniki pary. Mieszanina chlodzaca odplywa prze¬ wodem 93 do wymiennika ciepla 76, a z niego przewodem 94 do wymiennika cie¬ pla 6, z którego odprowadza sie ja jako mieszanine wodoru i metanu do dalszego zuzytkowania. Propylen odprowadza sie z kolumny 90 przez przewód 95, zawór 96, wymiennik ciepla 76 oraz przewód 97 do wymiennika ciepla 6, a z niego, jako czysty propylen, do dalszego zuzytkowa¬ nia.Pozostala para plynaca przez kolumne — 5 —67 w góre dostaje sie do rur skraplacza 98 otoczonych para lub ciecza i para, które doprowadza sie z kolumny 9 przewodami 99 i 100 oraz przez zawory 101 i 102. Sro¬ dek chlodzacy przeplywa przez przewód 103 i zawór 104 do przewodu 105 i miesza sie z produktem doplywajacym z kolumny 67 przez zawór 107 i przewód 106. Skra¬ placz 98 jest zaopatrzony w zawór 104a sluzacy do oprózniania rur. Z przewodu 105 mieszanina par plynie do wymiennika ciepla 76, a nastepnie — w przewodzie 108 miesza sie ona z zanieczyszczonymi parami propanu odplywajacymi ze srodko¬ wej czesci kolumny 83. Mieszanine te od¬ prowadza sie nastepnie z wymiennika 6 ja¬ ko mieszanine propanu i etanu.Mieszanine wyjsciowa rozdziela sie wiec poczatkowo na dwie frakcje. Jedna frakcja zawiera w przyblizeniu calkowita ilosc propylenu a druga — w przyblizeniu calkowita ilosc etylenu. Przy nastepnej przeróbce z frakcji tych wydzielone zosta¬ ja pozadane skladniki mieszaniny wyjscio¬ wej. Skladniki te otrzymuja sie w stanie w przyblizeniu czystym. Metan i wodór odprowadza sie wspólnie, jak równiez propan i etan, butan i butylen wrar ze skladnikami wrzacymi w wysokich tempe¬ raturach. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe. Sposób wydzielania etylenu i propyle¬ nu z mieszanin weglowodorów gazowych, zawierajacych skladniki powyzsze oraz metan, etan, propan i t. d., znamienny tym, ze sprezona mieszanine rozdziela sie przez frakcjonowane skraplanie pod cisnieniem poczatkowym na dwie frakcje ciekle, z których jedna zawiera w przyblizeniu cal¬ kowita ilosc propylenu, a druga — prze¬ wazna ilosc etylenu, po czym frakcje te rektyfikuje sie w celu wydzielenia skladni¬ ków pozadanych, przy czym ochladzanie, konieczne) do wydzielenia tych skladników, osiaga sie przez ponowne sprezanie i roz¬ prezanie skladników wydzielonych. Air Reduction Company, Incorporated. Zastepca: Inz. H. Sokal, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 2541?. Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL