WO2013164086A1 - Verfahren zum kühlen eines ersten stoffstromes mittels eines zu erwärmenden zweiten stoffstromes in einer olefinanlage zur herstellung von olefinen - Google Patents

Verfahren zum kühlen eines ersten stoffstromes mittels eines zu erwärmenden zweiten stoffstromes in einer olefinanlage zur herstellung von olefinen Download PDF

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Thomas Hecht
Helmut Fritz
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Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a first stream by means of e nes to be heated second stream in an olefin plant for the production of olefins.
  • Olefin plant the hydrocarbons or olefins become by cleavage
  • hydrocarbon-containing feed streams produced in a cracking furnace are either in liquid or gaseous form and are e.g. cracked by thermal cleavage (steam) into shorter chain hydrocarbons.
  • the resulting mixture in this cleavage of predominantly shorter-chain olefins is referred to as cracking gas.
  • the cracking gas is usually first fed to a Olicasche, cooled in the gap gas and longer-chained
  • Hydrocarbons (coke particles and heavy oil components) are washed out of the cracked gas. Subsequently, the cracked gas is passed for further purification and cooling in a water wash and compacted the raw gas thus obtained in a crude gas compression. In the cleavage of a gaseous insert can be dispensed with the said Olicasche usually.
  • the raw gas is usually freed in a caustic washing of other impurities such as carbon dioxide and hydrogen sulfide, and dried.
  • Crude gas are separated into the individual olefin components.
  • a separation stage for example separation step in the form of a column
  • Carbon atoms are separated (front-end C 2 7C 3+ separation).
  • a separation stage fractionation stage
  • deethanizer first in a separation stage (demethanizer), a separation into hydrocarbons having one carbon atom and hydrocarbons having at least two carbon atoms (front-end CVC 2+ separation) or a separation in which olefins having at most 3 carbon atoms of olefins having at least 4
  • Carbon atoms are separated, carried out (front-end C 3 _ / C + separation in a separator called depropanizer).
  • the bottom product of the methane column which consists of a pure ethane / ethylene mixture is driven after partial evaporation in a C2 splitter, which separates the ethylene (end product) from the ethane.
  • the ethane can be recycled as feedstock to the cracking furnace to produce cracked gas.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for cooling a first stream by means of a second stream to be heated in an olefin plant for the production of olefins, which reduces the aforementioned disadvantages.
  • An olefin plant for the production of olefins comprising the steps of: introducing the (in particular liquid) second material stream into a first jacket space, defined by a first jacket, of a device of the olefin plant, in which a first
  • Plate heat exchanger is arranged so that the second stream in the first shell space forms a first plate heat exchanger bath and in the first plate heat exchanger (due to the thermosiphon effect) rises, introducing the (in particular gaseous) to be cooled first stream into the first plate heat exchanger, so that the first Material flow is conducted in countercurrent to the second stream in the first plate heat exchanger and enters indirect heat exchange with the second stream, and thereby cooling the first stream, in particular condensing the first stream and heating, in particular evaporation, the second stream. In particular, therefore, the cooling of the first stream and the heating of the second stream in the first plate heat exchanger.
  • Heat exchanger a reduced block volume by eliminating inactive
  • the first stream is a gaseous, ethylene-containing phase, which in particular originates from a final separation sequence of the olefin plant, wherein the ethylene in the first plate heat exchanger is condensed against the second stream, the C 3 H 6 , C 3 H 8 and / or NH 3 , and in particular by the indirect heat transfer from the first to the second
  • the ethylene product can be separated from traces of H 2 and CH 4 still present in the first material stream.
  • said device is designed as a condenser of a deethanizer, in which case the olefin system is preferably run with a gaseous insert (such as ethane, propane, butane, etc.).
  • the deethanizer is a column-type separation stage designed and intended to contain hydrocarbons of three or more than three
  • the deethanizer may in particular be connected downstream of a demethanizer.
  • the first stream consists of a C 2 fraction, in particular containing C 2 H and / or C 2 H 6 (and optionally C 2 H 2 ).
  • the second stream has C 3 H 6 , C 3 H 8 or NH 3 and is in the first plate heat exchanger in particular cross-countercurrent or countercurrent to the first stream upwards (thermosiphon effect), the first stream is cooled (condensed) and the second stream is heated (at least partially vaporized).
  • the first material flow after passing through the first
  • the first stream (C 2- fraction) after being withdrawn from the first plate heat exchanger is introduced into a second plate heat exchanger of the condenser, which is arranged in a limited by a second jacket second jacket space of the capacitor, wherein a third stream of olefin plant, the C 2 H and / or C 2 H 6 (and optionally C 2 H 2 ), is introduced into the second shell space so that the third stream in the second shell space forms a bath surrounding the second plate heat exchanger and rises in the second plate heat exchanger (due to the thermosiphon effect), the first stream to be cooled in countercurrent to the third stream in the led second plate heat exchanger and further cooled, in particular condensed.
  • the third stream is thereby heated, in particular evaporated.
  • After passing through the second plate heat exchanger at least a portion of the condensate of the first stream is returned to the deethanizer of the liquid cracker.
  • Plate heat exchanger or plate heat exchanger modules as described above are connected in series, the temperature of the second stream in the first plate heat exchanger preferably -30 ° C to -40 ° C, preferably -35 ° C, and the temperature of the third stream in the second plate heat exchanger preferably - 50 ° C to -60 ° C, preferably -55 ° C.
  • the said device is designed as a capacitor of a C2 splitter of the olefin plant, which is arranged and intended to separate C 2 H 4 from C 2 H 6 .
  • the cooled, C 2 H 4 having first material stream is withdrawn via a head of the C2 splitter, in the first plate heat exchanger of the device or the
  • the first stream is preferably returned to the C2 splitter.
  • the device is used either for precooling the cracked gas (or a hydrocarbon mixture) to a temperature of 15 ° C before drying the cracking gas, for pre-cooling the cracking gas to a temperature in the range of 15 ° C to -35 ° C, or
  • start-up cooler Pre-cooling the fission gas to a temperature in the range of 15 ° C to -35 ° C, and only when starting the olefin plant (so-called start-up cooler).
  • said device is designed as an evaporator of the olefin plant, is evaporated with the ethane contained in the second stream and in particular hereinafter used in a cracking furnace of Olefin is fed to generate therefrom cracked gas (Ethanrecycle), wherein in particular the second material flow is withdrawn in the first shell space of the formed as an evaporator means of a sump of a C2 splitter of the olefin prior to introduction, and wherein the first material stream preferably C 3 H 6 , C 3 H 8 , and / or NH 3 , or C 2 H 4 and / or C 2 H 6 (and optionally C 2 H 2 ).
  • Device is designed as an evaporator of olefin plant, in which as
  • Ethane / ethylene mixture (possibly also C 2 H 2 ) formed second stream, which is withdrawn prior to introduction into the first jacket space or evaporator, in particular from a sump of a methane column (demethanizer) is at least partially evaporated and in a C2 splitter of Olefinstrom is initiated, wherein the first stream, which is cooled against the second stream, preferably C 3 H 6 , C 3 H 8 , and / or NH 3 , or C 2 H 4 and / or C 2 H 6 (possibly also C 2 H 2 ), or fission gas, or a C 2. Fraction has.
  • said olefin plant means is a condenser of a low temperature part of the olefin plant (and indeed for all pressure stages), in which the first material stream eg fission gas, a C 2.
  • the first material stream eg fission gas, a C 2.
  • That device serves as a condenser of a demethanizer (methane column) of the olefin plant
  • C r fraction Hydrocarbons having one carbon atom and in particular hydrogen
  • C 2. Fraction Hydrocarbons having two or fewer carbon atoms
  • Plate heat exchanger against the first stream ascending second stream preferably has C 2 H 4 and / or C 2 H 6 (and optionally C 2 H 2 ).
  • the device is designed as an interreboiler of a C2 splitter of the olefin plant, which is designed and intended to separate C 2 H 4 from C 2 H 6 .
  • the second stream comprising C 2 H and / or C 2 H 6 (and optionally C 2 H 2 ) is withdrawn from the C2 splitter above a sump of the C2 splitter before being introduced into the first shell space of the interreboiler
  • the first jacket space of the device (Interreboiier)
  • rises there in the first plate heat exchanger and is heated against the first stream comprising C 3 H 6 , C 3 H 8 , and / or NH 3 or cracked gas, in particular one when ascending the second stream in the first plate heat exchanger resulting gaseous phase of the second stream is withdrawn from the first shell space and returned to the C2 splitter.
  • the device is designed as an interreboiler of a demethanizer, which is a separation stage of the olefin plant, which is designed to
  • a suction bottle is divided off from the jacket space, in particular by means of a weir, the second material flow being taken from that suction bottle and fed to a compressor, and a liquid phase of the second material flow collecting in the sump of the suction bottle a condensate jack is returned to the bath, wherein in particular the first stream C 2 H 4 and / or C 2 H 6 , and wherein
  • the second stream C 2 H 4 and / or C 2 H 6 has.
  • the first and second streams may alternatively contain components such as C 3 H 6 , C 3 H 8 or NH 3 .
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a heat exchanger arrangement with a standing jacket
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a heat exchanger arrangement with a horizontal jacket
  • Fig. 4 is a further schematic sectional view of a
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a heat exchanger arrangement with a suction bottle integrated in the jacket
  • Fig. 6 is a schematic sectional view of a heat exchanger assembly with a horizontal shell of non-circular cross-section
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of a heat exchanger arrangement in FIG.
  • FIG. 8 is a further schematic sectional view of a
  • FIG. 1 shows a basic scheme according to the invention
  • the two streams S, S ' can be the streams S, S' described above.
  • the second stream S ' is introduced into the first shell space M via an inlet 24a of a first shell 20 surrounding a first shell space M, so that it forms a bath 2 there, which at a designated 1, a first plate heat exchanger (also referred to as a plate heat exchanger) 10 arranged in the first jacket space M results, with a level P of the bath 2 resulting below a top side of the first plate heat exchanger 10.
  • the first plate heat exchanger 10 is preferably each of a plurality of stacked or juxtaposed, slats (also referred to as fins), which in this case extend in a vertical plane (based on a
  • the first plate heat exchanger 10 which are each bounded by flat (planar) partitions against each other and are firmly connected to each other, so that a heat exchanger block 10 is formed.
  • the lamellae and partitions thereby form a plurality of heat exchange passages for the material flows S, S 'to be brought into heat exchange with one another.
  • the slats are each covered by a cover plate.
  • Plate heat exchangers can be taken, for example, from the ALPEMA (Brazed Aluminum Plate - Fin Heat Exchanger Manufacturer's Association) standard.
  • the first plate heat exchanger 10 has first and second
  • Heat exchange passages wherein in the first heat exchange passages due to the thermosiphon effect refrigerant, in the form of the second stream S 'from the Bad 2 rises along the vertical Z from bottom to top, with a gaseous phase of the second stream S 'above the first
  • Plate heat exchanger 10 collects, which is withdrawn via an outlet 24b on the first shell 10 from the first shell space M.
  • the first stream S is passed in countercurrent to the second stream S ', so that this in indirect heat exchange with the
  • first stream S ascending refrigerant (second stream) S 'passes and is consequently cooled or liquefied.
  • the first stream S is fed via an inlet 25a in the first plate heat exchanger 10 and after passing through the first
  • the level P of the bath 2 (second stream S ') can be controlled by using a level sensor 61, the current level P is continuously queried and in case of any difference to a setpoint, an associated valve correspondingly (automatically) opened or
  • the pressure of the gaseous phase of the second material flow S 'above the first plate heat exchanger 10 in the first jacket space M can be regulated by continuously querying a prevailing instantaneous pressure there by means of a pressure sensor 62 and, in the case of a possible difference to a desired value, by means of a corresponding ( automatic) actuation of an associated valve 620, the amount of gaseous phase of the second stream S 'withdrawn per unit of time from the first shell space M is set so that the instantaneous pressure (asymptotically) equals the applicable setpoint.
  • a plurality of (first) Plattenkorauertragern 10 are arranged in a limited by a first jacket 20 first jacket space M, wherein they each in a by a refrigerant (in this case C 3 H 6 ) formed bath 2, which provided in the first shell space M. is.
  • a refrigerant in this case C 3 H 6
  • a stationary container or first jacket 20 can be used.
  • the first jacket 20 has a circular along the horizontal
  • a circumferential wall 21 goes off.
  • the bottom 22 and the first jacket 20 in this case has along the horizontal to a diameter D, which must be chosen so large that the
  • Plate heat exchanger 10 can be arranged side by side on the circular surface of the bottom 22.
  • the length of the first jacket 20 along the longitudinal axis L depends on the height H of the blocks (plate heat exchanger) 10 along the vertical Z.
  • such an arrangement is suitable for long slender apparatuses, i.e. in the case of relatively large temperature differences.
  • the length of the first jacket 20 along the longitudinal axis L is, for example, 5 m.
  • the spatial position of the modules 100 relative to one another is such that in each case two modules 100 lie opposite each other along a first direction R and in each case two modules 100 along a second direction R 'running perpendicularly thereto.
  • the two plate heat exchangers 10 of each module 100 are arranged side by side along the first direction R or connected to each other, so that the depth T of the modules 100 along the first direction R is twice as large as the width B of the modules 100 along the second direction R '.
  • FIG. 4 there is the alternative possibility of using a lying first jacket 20, in which the longitudinal axis (cylinder axis) L extends along the horizontal.
  • the bottom 22 of the first jacket 20 extends in this case along the vertical Z, wherein the individual plate heat exchanger 10 and modules 100 are now arranged one behind the other along the longitudinal axis L in the first shell space M and thereby extending on the circumferential, along the longitudinal axis L. Support wall 21.
  • the diameter D of the container or first jacket 20 depends on the height H and the width B or depth T of the plate heat exchangers 10.
  • Container length (shell length) is determined by the width B of
  • Plate heat exchanger 0 block width
  • blocks blocks
  • the diameter of the first shell 20 and the diameter of the bottom 22, for example, D 5 m and the length of the first shell 20 along the longitudinal axis L, for example, 8 m.
  • four modules 00 each with 2 plate heat exchangers (blocks) of square base BxB along the longitudinal axis L are juxtaposed in the first shell space M, wherein the two plate heat exchanger 10 of each module 100 transverse to
  • Plate heat exchangers 10 are in a bath 2, which is formed for example by introducing refrigerant in the form of C 3 H 6 in the first shell space M through a corresponding inlet 24 a of the first shell 20.
  • the plate heat exchanger 10 may be constructed in detail as described above.
  • the liquefied ethylene is withdrawn from the plate heat exchangers 10 via outlets 25b and introduced via lines 26 into a collecting tank 40, from the bottom of which the ethylene can be withdrawn by means of a pump 50 and fed to its further destination.
  • gaseous refrigerant can be withdrawn from the first jacket space M at the head of the first jacket 20 via outlets 24b and a corresponding line 27, and after being compressed again be supplied via the inlet 24a to the bath 2 in the first jacket space M.
  • Suction bottle of a compressor stage in the first jacket M is integrated.
  • a weir 23 can be arranged in the first shell space M, so from the first shell space M a suction bottle M 'is divided. It now dams up the bathroom 2 at the weir 23.
  • a gaseous phase of the refrigerant C 3 H 6 can then be withdrawn through a corresponding outlet 24c provided on the first jacket 20 and fed to a compressor.
  • Any refrigerant condensed out on the bottom of the suction bottle M ' can be supplied to the bath 2 in the first jacket space M via a condensate lifter 30.
  • Longitudinal axis L and the vertical Z are extended and arched, along the Longitudinal axis L extended portions 203, 204 of the wall 21, which are opposite to each other along the vertical Z, are connected together. In this way, the diameter or the width B 'of the first jacket can be reduced transversely to the longitudinal axis L and vertical Z.
  • the individual modules 100 may have the dimensions according to FIGS. 2 and 4.
  • the height H 'of the (lying) first jacket 20 along the vertical Z is, for example, 4.7 m
  • the width B' of the first jacket 20 transverse to the longitudinal axis L (along the horizontal) for example, 3.3 m.
  • Heat exchanger assembly 1 in a compact design.
  • the first jacket 20 further includes opposed (parallel) planar sections 201, 202 each extending along the longitudinal axis L and the vertical Z and interconnected by curved sections 203, 204 of the wall 21 which interconnect the first jacket 20 limit first jacket 20 downwards or upwards.
  • four plate heat exchangers 10 are arranged adjacent to one another along the longitudinal axis L, wherein those plate heat exchangers 10 continue to abut against an associated planar section 201 of the wall 21.
  • four other plate heat exchangers 10 at the other flat portion 202 of Wall 21 arranged adjacent, so that those four plate heat exchanger 10 are spaced from the other four plate heat exchangers transverse to the longitudinal axis L.
  • the bath 2 of the refrigerant provided in the first jacket space M can thus wet the plate heat exchangers 10 from below as well as from the mutually facing sides 10 a of the plate heat exchangers 10.
  • the first jacket 20 may be delimited by curved bottoms 22 (dashed lines) or by planar bottoms 22 resting against two plate heat exchangers 10 each.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen, insbesondere Kondensieren, eines ersten Stoffstromes (S) mittels zumindest eines zu erwärmenden, insbesondere zu verdampfenden, zweiten Stoffstromes (S') in einer Olefinanlage zur Herstellung von Olefinen, aufweisend die Schritte: Einleiten des zweiten Stoffstromes (S') in einen durch einen ersten Mantel (20) begrenzten ersten Mantelraum (M) einer Einrichtung der Olefinanlage, in dem ein erster Plattenwärmeübertrager (10) angeordnet ist, so dass der zweite Stoffstrom (S') im ersten Mantelraum (M) ein den ersten Plattenwärmetauscher (10) umgebendes Bad (2) ausbildet und im ersten Plattenwärmetauscher (10) aufsteigt, Einleiten des abzukühlenden ersten Stoffstromes (S) in den ersten Plattenwärmetauscher (10), so dass jener erste Stoffstrom (10) im Gegenstrom zum zweiten Stoffstrom (S') in dem ersten Plattenwärmetauscher (10) geführt wird und in indirekten Wärmeaustausch mit dem zweiten Stoffstrom tritt (S'), und hierdurch Abkühlen des ersten Stoffstromes (S), insbesondere Kondensieren des ersten Stoffstromes (S) sowie Erwärmen, insbesondere Verdampfen, des zweiten Stoffstromes (S').

Description

Beschreibung
Verfahren zum Kühlen eines ersten Stoffstromes mittels eines zu erwärmenden zweiten Stoffstromes in einer Olefinanlage zur Herstellung von Olefinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines ersten Stoffstromes mittels e nes zu erwärmenden zweiten Stoffstromes in einer Olefinanlage zur Herstellung von Olefinen.
In einer Anlage zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen, einer sogenannten
Olefinanlage, werden die Kohlenwasserstoffe oder Olefine durch Spaltung
kohlenwasserstoffhaltiger Einsatzströme in einem Spaltofen erzeugt. Diese liegen dabei entweder flüssiger oder gasförmiger Form vor und werden z.B. mittels thermischer Spaltung (Dampf) in kürzerkettige Kohlenwasserstoffe gecrackt. Das bei dieser Spaltung entstehende Gemisch aus vorwiegend kürzerkettigen Olefinen wird als Spaltgas bezeichnet.
Bei der Spaltung von flüssigen Einsätzen wird das Spaltgas regelmäßig zunächst einer Olwäsche zugeführt, in der das Spaltgas abgekühlt und längerkettige
Kohlenwasserstoffe (Kokspartikel und schwere Ölkomponenten) aus dem Spaltgas herausgewaschen werden. Anschließend wird das Spaltgas zur weiteren Reinigung und Abkühlung in eine Wasserwäsche geführt und das so gewonnene Rohgas in einer Rohgasverdichtung verdichtet. Bei der Spaltung eines gasförmigen Einsatzes kann in der Regel die besagte Olwäsche verzichtet werden.
Anschließend wird das Rohgas für gewöhnlich in einer Laugenwäsche von weiteren Verunreinigungen, wie Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff, befreit und getrocknet.
Um nun die im Rohgas enthaltenen Olefine verwerten zu können, muss das
Rohgas in die einzelnen Olefinbestandteile getrennt werden. Hierbei kann zunächst in einer Trennstufe (z.B. Trennstufe in Form einer Kolonne) Olefine mit höchstens 2 Kohlenstoffatomen von Olefinen mit mindestens 3
Kohlenstoffatomen getrennt werden (Front-End C27C3+-Trennung). Eine derartige Trennstufe (Fraktionierstufe) wird auch als Deethanisierer bezeichnet. Alternativ hierzu kann zuerst in einer Trennstufe (Demethanisierer) eine Trennung in Kohlenwasserstoffe mit einem Kohlenstoffatom und Kohlenwasserstoffe mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen (Front-End CVC2+-Trennung) oder eine Trennung, in der Olefine mit höchstens 3 Kohlenstoffatomen von Olefinen mit mindestens 4
Kohlenstoffatomen getrennt werden, erfolgen (Front-End C3_/C +-Trennung in einer als Depropanisierer bezeichneten Trennstufe).
Beginnt die Trennsequenz mit einer Front-End C2VC3+-T rennung wird die entstehende Olefinfraktion mit höchstens 2 Kohlenstoffatomen (C2.-Fraktion) nach einer
katalytischen Hydrierung zur Umsetzung von Azetylen zu einem
Tieftemperaturzerlegungsteil geleitet, in dem sie in ihren einzelnen Fraktionen zerlegt wird. Die C2.-Fraktion wird dabei in einem Demethanisierer (Kolonne) von Methan (d- Fraktion) und Wasserstoff getrennt.
Das Sumpfprodukt der Methankolonne, das aus einem reinem Ethan/Ethylengemisch besteht, wird nach partieller Verdampfung in einen C2-Splitter gefahren, der das Ethylen (Endprodukt) vom Ethan trennt. Das Ethan kann als Einsatzstoff in den Spaltofen zur Erzeugung von Spaltgas zurückgeführt werden.
In Anlagen der vorgenannten Art werden bisher zur Abkühlung bzw. Kondensation von Prozessströmen (z.B. mittels Reinstoffkältemitteln wie z.B. C3H6 oder C2H4) externe Umlaufverdampfer mit einem separaten Vorlagebehälter verwendet. Bei großen Umsätzen führen derartige Lösungen allerdings zu einer kostenintensiven Verrohrung und Stahlkonstruktion.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen eines ersten Stoffstromes mittels eines zu erwärmenden zweiten Stoffstromes in einer Olefinanlage zur Herstellung von Olefinen zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile mindert.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen, insbesondere
Kondensieren, eines ersten Stoffstromes mittels zumindest eines zu erwärmenden (insbesondere zu verdampfenden) zweiten Stoffstromes (Kältemittel) in einer
Olefinanlage zur Herstellung von Olefinen, die Schritte vor: Einleiten des (insbesondere flüssigen) zweiten Stoffstromes in einen durch einen ersten Mantel begrenzten ersten Mantelraum einer Einrichtung der Olefinanlage, in dem ein erster
Plattenwärmeübertrager angeordnet ist, so dass der zweite Stoffstrom im ersten Mantelraum ein den ersten Plattenwärmetauscher umgebendes Bad ausbildet und im ersten Plattenwärmetauscher (aufgrund des Thermosiphon-Effektes) aufsteigt, Einleiten des (insbesondere gasförmigen) abzukühlenden ersten Stoffstromes in den ersten Plattenwärmetauscher, so dass jener erste Stoffstrom im Gegenstrom zum zweiten Stoffstrom in dem ersten Plattenwärmetauscher geführt wird und in indirekten Wärmeaustausch mit dem zweiten Stoffstrom tritt, und hierdurch Abkühlen des ersten Stoffstromes, insbesondere Kondensieren des ersten Stoffstromes sowie Erwärmen, insbesondere Verdampfen, des zweiten Stoffstromes. Insbesondere erfolgen also das Abkühlen des ersten Stoffstromes sowie das Erwärmen des zweiten Stoffstromes im ersten Plattenwärmetauscher.
Dieses Konzept hat insbesondere die Vorteile, wonach eine Verrohrung auf der Kältemittelseite der Wärmeübertrager vollständig entfällt und des Weiteren die
Wärmeübertrager ein verringertes Blockvolumen durch den Wegfall inaktiver
Verteilzonen auf der Kältemittelseite aufweisen können. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Lösung die Möglichkeit von Druckverlusten auf der Kältemittelseite an Ein- und Austrittsleitungen minimiert, was eine größere effektive
Temperaturdifferenz ermöglicht. Entsprechend fällt die notwendige Heizfläche geringer aus. Durch die Reduktion der Anzahl der üblicherweise notwendigen Umlaufbehälter auf einen Behälter (Mantel) verringert sich entsprechend auch der Aufwand für die Verrohrung und die Armaturen der Umlaufbehälter, die Regelung des Pegels der flüssigen Phase in den Behältern sowie der Aufwand für den Stahlbau und die
Fundamente der verwendeten Komponenten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Stoffstrom eine gasförmige, ethylenhaltige Phase, die insbesondere aus einer abschließenden Trennsequenz der Olefinanlage stammt, wobei das Ethylen im ersten Plattenwärmetauscher gegen den zweiten Stoffstrom kondensiert wird, der C3H6, C3H8 und/oder NH3 aufweist, und insbesondere durch die indirekte Wärmübertragung vom ersten zum zweiten
Stoffström zumindest teilweise verdampft wird.
Hierdurch kann insbesondere das Ethylenprodukt von noch im ersten Stoffstrom enthaltenen Spuren von H2 und CH4 getrennt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jene Einrichtung als ein Kondensator eines Deethanisierers ausgebildet ist, wobei hier die Olefinanlage vorzugsweise mit einem gasförmigen Einsatz (wie z.B. Ethan, Propan, Butan etc.) gefahren wird. Der Deethanisierer ist eine Trennstufe in Form einer Kolonne, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, Kohlenwasserstoffe mit drei oder mehr als drei
Kohlenstoffatomen (C3+-Fraktion) von Kohlenwasserstoffen mit zwei oder weniger als zwei Kohlenstoffatomen (C2.-Fraktion) zu trennen, wobei jener abzukühlende erste Stoffstrom vor dem Einleiten in den ersten Plattenwärmetauscher der Einrichtung (Kondensator) 'über Kopf des Deethanisierers abgezogen wird und
Kohlenwasserstoffe mit zwei oder weniger Kohlenstoffatomen aufweist (C2.-Fraktion). Der Deethanisierer kann insbesondere einem Demethanisierer nachgeschaltet sein. In diesem Fall besteht der erste Stoffstrom aus einer C2-Fraktion, insbesondere enthaltend C2H und/oder C2H6 (und ggf. C2H2). Der zweite Stoffstrom weist demgegenüber C3H6, C3H8 oder NH3 auf und wird im ersten Plattenwärmetauscher insbesondere im Kreuzgegenstrom oder im Gegenstrom zum ersten Stoffstrom nach oben geführt (Thermosiphon-Effekt), wobei der erste Stoffstrom abgekühlt (kondensiert wird) und der zweite Stoffstrom erwärmt (zumindest teilweise verdampft) wird.
Vorzugsweise wird der erste Stoffstrom nach einem Durchlaufen des ersten
Plattenwärmetauschers in die Trennstufe zurückgegeben. Alternativ hierzu - insbesondere für den Fall, dass ein flüssiger Einsatz in den Spaltofen der Olefinanlage zur Erzeugung des Spaltgases eingespeist wird - wird der erste Stoffstrom (C2-- Fraktion) nach dem Abziehen aus dem ersten Plattenwärmetauscher in einen zweiten Plattenwärmetauscher des Kondensators eingeleitet, der in einem durch einen zweiten Mantel begrenzten zweiten Mantelraum des Kondensators angeordnet ist, wobei ein dritter Stoffstrom der Olefinanlage, der C2H und/oder C2H6 (und ggf. C2H2) aufweist, in den zweiten Mantelraum eingeleitet wird, so dass der dritte Stoffstrom im zweiten Mantelraum ein den zweiten Plattenwärmetauscher umgebendes Bad ausbildet und im zweiten Plattenwärmetauscher (aufgrund des Thermosiphon-Effektes) aufsteigt, wobei der abzukühlende erste Stoffstrom im Gegenstrom zum dritten Stoffstrom in dem zweiten Plattenwärmetauscher geführt und weiter abgekühlt, insbesondere kondensiert wird. Der dritte Stoffstrom wird hierdurch erwärmt, insbesondere verdampft. Nach einem Durchlaufen des zweiten Plattenwärmetauschers wird zumindest ein Teil des Kondensats des ersten Stoffstromes in den Deethanisierer des Flüssigcrackers zurückgegeben. Für den Fall, dass bei einem Kondensators eines Deethanisierers bei einer Olefinanlage mit flüssigem Einsatz zur Erzeugung des Spaltgases zwei
Plattenwärmetauscher bzw. Plattenwärmetauschermodule wie vorstehend beschrieben in Serie geschaltet werden, beträgt die Temperatur des zweiten Stoffstromes im ersten Plattenwärmetauscher vorzugsweise -30°C bis -40°C, bevorzugt -35°C, und die Temperatur des dritten Stoffstromes im zweiten Plattenwärmetauscher vorzugsweise - 50°C bis -60°C, bevorzugt -55°C.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die besagte Einrichtung als ein Kondensator eines C2-Splitters der Olefinanlage ausgebildet ist, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, C2H4 von C2H6 zu trennen. Hierbei wird der abzukühlende, C2H4 aufweisende erste Stoffstrom über einen Kopf des C2-Splitters abgezogen, in den ersten Plattenwärmetauscher der Einrichtung bzw. des
Kondensators gegeben und dort gegen den zweiten Stoffstrom, der C3H6, C3H8 und/oder NH3 enthält, kondensiert. Nach einem Durchlaufen des ersten
Plattenwärmetauschers wird der erste Stoffstrom vorzugsweise in den C2-Splitter zurückgegeben.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die besagte Einrichtung zum Vorkühlen eines in der Olefinanlage in einem Spaltofen erzeugten Spaltgases, das den ersten Stöffstrom bildet, ausgebildet ist, wobei der zweite
Stöffstrom C3H6, C3H8, NH3, und/oder C2H6 (aus dem C2-Splitter) enthält. Dabei dient die Einrichtung entweder zum Vorkühlen des Spaltgases (oder eines KW-Gemisches) auf eine Temperatur von 15°C vor einer Trocknung des Spaltgases, zum Vorkühlen des Spaltgases auf eine Temperatur im Bereich von 15°C bis -35°C, oder zum
Vorkühlen des Spaltgases auf eine Temperatur im Bereich von 15°C bis -35°C, und zwar lediglich beim Anfahren der Olefinanlage (sogenannter Start-Up-Cooler).
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die besagte Einrichtung als ein Verdampfer der Olefinanlage ausgebildet, mit dem im zweiten Stoffstrom enthaltenes Ethan verdampft wird und insbesondere hiernach als Einsatz in einen Spaltofen der Olefinanlage eingespeist wird, um daraus Spaltgas zu erzeugen (Ethanrecycle), wobei insbesondere der zweite Stoffstrom vor einem Einleiten in den ersten Mantelraum der als Verdampfer ausgebildeten Einrichtung aus einem Sumpf eines C2-Splitters der Olefinanlage abgezogen wird, und wobei der erste Stoffstrom vorzugsweise C3H6, C3H8, und/oder NH3, oder C2H4 und/oder C2H6 (sowie ggf. C2H2) aufweist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Einrichtung als ein Verdampfer der Olefinanlage ausgebildet ist, in dem der als
Ethan/Ethylengemisch (ggf. auch C2H2) ausgebildete zweite Stoffstrom, der vor dem Einleiten in den ersten Mantelraum bzw. Verdampfer insbesondere aus einem Sumpf einer Methankolonne (Demethanisierer) abgezogen wird, zumindest teilweise verdampft wird und in einen C2-Splitter der Olefinanlage eingeleitet wird, wobei der erste Stoffstrom, der gegen den zweiten Stoffstrom abgekühlt wird, vorzugsweise C3H6, C3H8, und/oder NH3, oder C2H4 und/oder C2H6 (ggf. auch C2H2), oder Spaltgas, oder eine C2.-Fraktion aufweist.
Allgemein ist nach einer Variante der Erfindung denkbar, dass es sich bei der besagten Einrichtung der Olefinanlage um einen Kondensator eines Tieftemperaturteils der Olefinanlage handelt (und zwar für alle Druckstufen), in dem der erste Stoffstrom z.B. Spaltgas, eine C2.-Fraktion (Kohlenwasserstoffe mit zwei oder weniger
Kohlenstoffatomen), und/oder eine C5.-Fraktion (Kohlenwasserstoffe mit fünf oder weniger Kohlenstoffatomen) enthält und gegen den zweiten Stoffstrom kondensiert wird, der bevorzugt C2H und/oder C2H6 (ggf. auch C2H2) und/oder eine CVFraktion (Kohlenwasserstoffe mit einem Kohlenstoffatom) enthält und entsprechend erwärmt bzw. verdampft wird.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass jene Einrichtung als ein Kondensator eines Demethanisierers (Methankolonne) der Olefinanlage
ausgebildet ist, wobei jene Trennstufe dazu eingerichtet und vorgesehen ist,
Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen (C2-Fraktion) von Kohlenwasserstoffen mit einem Kohlenstoffatom (C Fraktion) zu trennen, und wobei jener abzukühlende erste Stoffstrom vor dem Einleiten in den ersten Plattenwärmetauscher des besagten Kondensators über Kopf des Demethanisierers abgezogen wird und
Kohlenwasserstoffe mit einem Kohlenstoff atom sowie insbesondere Wasserstoff (Cr Fraktion) oder mit zwei oder weniger Kohlenstoffatomen (C2.-Fraktion) aufweist. Nach dem Durchlaufen des ersten Stoffstromes durch den ersten Plattenwärmetauscher wird dieser bevorzugt in die Trennstufe zurückgegeben. Der im ersten
Plattenwärmetauscher gegen den ersten Stoffstrom aufsteigende zweite Stoffstrom weist bevorzugt C2H4 und/oder C2H6 (sowie ggf. C2H2) auf.
Weiterhin ist gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass die Einrichtung als ein Interreboiier (Zwischenumlaufverdampfer) eines C2-Splitters der Olefinanlage ausgebildet ist, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, C2H4 von C2H6 zu trennen. Dabei wird der zweite Stoffstrom enthaltend C2H und/oder C2H6 (sowie ggf. C2H2) vor dem Einleiten in den ersten Mantelraum des Interreboilers oberhalb eines Sumpfes des C2-Splitters aus dem C2-Splitter abgezogen, wird in den ersten Mantelraum der Einrichtung (Interreboiier) gegeben, steigt dort im ersten Plattenwärmetauscher auf und wird gegen den ersten Stoffstrom aufweisend C3H6, C3H8, und/oder NH3 oder Spaltgas erwärmt, wobei insbesondere eine beim Aufsteigen des zweiten Stoffstromes im ersten Plattenwärmetauscher entstehende gasförmige Phase des zweiten Stoffstromes aus dem ersten Mantelraum abgezogen und in den C2-Splitter zurückgegeben wird.
Weiterhin kann nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass. die Einrichtung als ein Interreboiier eines Demethanisierers ausgebildet ist, bei dem es sich um eine Trennstufe der Olefinanlage handelt, die dazu ausgebildet ist,
Kohlenwasserstoffe mit einem Kohlenstoffatom von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen zu trennen, wobei der zweite Stoffstrom enthaltend eine
C2.-Fraktion, insbesondere C2H4 und/oder C2H6 (sowie ggf. C2H2) vor dem Einleiten in den Mantelraum der Einrichtung (Interreboiier) oberhalb eines Sumpfes der Trennstufe aus der Trennstufe abgezogen wird, und wobei der erste Stoffstrom C3H6,
C3H8, und/oder NH3 oder C2H4 und/oder C2H6 (insbesondere auch C2H2) oder Spaltgas aufweist, und wobei insbesondere eine beim Aufsteigen des zweiten Stoffstromes im ersten Plattenwärmetauscher entstehende gasförmige Phase des zweiten Stoffstromes aus dem ersten Mantelraum abgezogen und in die Trennstufe zurückgeführt wird.
Schließlich ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass vom Mantelraum insbesondere mittels eines Wehrs eine Saugflasche abgeteilt ist, wobei der zweite Stoffstrom aus jener Saugflasche abgezogen und einem Verdichter zugeführt wird, und wobei eine sich im Sumpf der Saugflasche sammelnde flüssige Phase des zweiten Stoffstromes über einen Kondensatheber in das Bad zurückgegeben wird, wobei insbesondere der erste Stoffstrom C2H4 und/oder C2H6 aufweist, und wobei
insbesondere der zweite Stoffstrom C2H4 und/oder C2H6 aufweist. Des Weiteren können der erste und der zweite Stoffstrom alternativ auch Komponenten wie C3H6, C3H8 oder NH3 enthalten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen "Block-in-Shell"-
Prinzips, bei dem ein Wärmetauscher ("Block") in einem Bad steht, das sich in einem von einem Mantel ("Shell") umgebenden Mantelraum befindet;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Wärmeübertrageranordnung mit einem stehenden Mantel; Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Wärmeübertrageranordnung mit einem liegenden Mantel;
Fig. 4 eine weitere schematische Schnittansicht einer
Wärmeübertrageranordnung mit einem liegenden Mantel;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Wärmeübertrageranordnung mit in den Mantel integrierter Saugflasche ;
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer Wärmeübertrageranordnung mit einem liegenden Mantel mit nicht-kreisförmigem Querschnitt;
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer Wärmeübertrageranordnung in
Kompaktbauweise; und Fig. 8 eine weitere schematische Schnittansicht einer
Wärmeübertrageranordnung gemäß Figur 7.
Figur 1 zeigt ein grundsätzliches Schema erfindungsgemäßen
Wärmeübertrageranordnung 1 bzw. eines Verfahrens zum Kühlen eines ersten Stoffstromes S mittels eines zweiten Stoffstromes S' in einer Olefinanlage. Bei den beiden Stoffströmen S, S' kann es sich im Einzelnen um die oben beschriebenen Stoffströme S, S' handeln. Nach der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der zweite Stoffstrom S' Über einen Einlass 24a eines ersten Mantels 20, der einen ersten Mantelraum M umgibt, in den ersten Mantelraum M eingeleitet wird, so dass er dort ein Bad 2 ausbildet, das bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Einrichtung gemäß Figur 1 einen im ersten Mantelraum M angeordneten ersten Plattenwärmetauscher (auch. Plattenwärmeübertrager) 10 umgibt, wobei sich ein Pegel P des Bades 2 ergibt, der unterhalb einer Oberseite des ersten Plattenwärmetauschers 10 liegt.
Der erste Plattenwärmeübertrager 10 besteht vorzugsweise jeweils aus mehreren übereinander bzw. nebeneinander gestapelten, Lamellen (auch als Fins bezeichnet), die sich vorliegend in einer vertikalen Ebene erstrecken (bezogen auf einen
bestimmungsgemäß angeordneten Zustand des ersten Plattenwärmetauschers 10), die jeweils durch ebene (flächige) Trennwände gegeneinander begrenzt sind und fest miteinander verbunden werden, so dass ein Wärmetauscherblock 10 entsteht. Die Lamellen und Trennwände bilden dabei eine Vielzahl von Wärmeaustauschpassagen für die miteinander in Wärmeaustausch zu bringenden Stoffströme S, S'. Nach außen hin werden die Lamellen jeweils durch eine Deckplatte abgedeckt.
Ein möglicher detaillierter Grundaufbau eines derartigen ersten
Plattenwärmeübertrager kann zum Beispiel dem ALPEMA (Brazed Aluminium Plate- Fin Heat Exchanger Manufacturer's Association)- Standard entnommen werden.
Andere Aufbauten sind ebenfalls denkbar.
Vorliegend weist der erste Plattenwärmeübertrager 10 erste und zweite
Wärmetauschpassagen auf, wobei in den ersten Wärmeaustauschpassagen aufgrund des Thermosiphoneffektes Kältemittel, in Form des zweiten Stoffstromes S' aus dem Bad 2 entlang der Vertikalen Z von unten nach oben aufsteigt, wobei sich eine gasförmige Phase des zweiten Stoffstromes S' oberhalb des ersten
Plattenwärmetauschers 10 sammelt, die über einen Auslass 24b am ersten Mantel 10 aus dem ersten Mantelraum M abgezogen wird. Demgegenüber wird in den zweiten Wärmeaustauschpassagen der erste Stoffstrom S im Gegenstrom zum zweiten Stoffstrom S' geführt, so dass dieser in indirekten Wärmeaustausch mit dem
aufsteigenden Kältemittel (zweiter Stoffstrom) S' gelangt und infolgedessen abgekühlt bzw. verflüssigt wird. Der erste Stoffstrom S wird über einen Einlass 25a in den ersten Plattenwärmetauscher 10 eingespeist und nach einem Durchlaufen des ersten
Plattenwärmetauschers 10 (in kondensierter Form) über einen Auslass 25b
aus dem ersten Plattenwärmetauscher 10 abgezogen.
Zur Regelung des vorstehend beschriebenen Verfahrens bzw. der vorstehend beschriebenen Wärmeübertrageranordnung ("Block-in-Shell") 1 kann der Pegels P des Bades 2 (zweiter Stoffstrom S') geregelt werden, indem mit einem Pegelsensor 61 der momentane Pegel P laufend abgefragt wird und bei einer etwaigen Differenz zu einem Sollwert ein zugeordnetes Ventil entsprechend (automatisch) geöffnet oder
geschlossen wird, um die Menge des pro Zeiteinheit in das Bad 2 zugebenen zweiten Stoffstromes S' so einzustellen, so dass sich der momentane Pegel P dem geltenden Sollwert (asymptotisch) angleicht.
Ergänzend hierzu kann der Druck der gasförmigen Phase des zweiten Stoffstromes S' oberhalb des ersten Plattenwärmetauschers 10 im ersten Mantelraum M geregelt werden, indem ein dort herrschender momentaner Druck mittels eines Drucksensors 62 laufend abgefragt wird und bei einer etwaigen Differenz zu einem Sollwert mittels einer entsprechenden (automatischen) Betätigung eines zugeordneten Ventils 620 die pro Zeiteinheit aus dem ersten Mantelraum M abgezogene Menge der gasförmigen Phase des zweiten Stoffstromes S' so eingestellt wird, dass sich der momentane Druck (asymptotisch) dem geltenden Sollwert angleicht.
In den Figuren 2 bis 8 sind unterschiedliche Abwandlungen einer
Wärmeübertrageranordnung 1 nach dem Prinzip der Figur 1 gezeigt, die in einer Olefinanlage eingesetzt werden können. Dabei sind jeweils eine Mehrzahl an (ersten) Plattenwärmeübertragern 10 in einem durch einen ersten Mantel 20 begrenzten ersten Mantelraum M angeordnet, wobei sie jeweils in einem durch ein Kältemittel (vorliegend C3H6) gebildeten Bad 2 stehen, das im ersten Mantelraum M vorgesehen ist.
Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten die Plattenwärmeübertrager 10 in einen solchen Behälter bzw. ersten Mantel 20 unterzubringen:
Gemäß Figur 2 kann ein stehender Behälter bzw. erster Mantel 20 verwendet werden. Der erste Mantel 20 weist dabei einen kreisrunden entlang der Horizontalen
erstreckten Boden 22 auf, von dem entlang der Längsachse (Zylinderachse) des ersten Mantels 20, die parallel zur Vertikalen Z verläuft, eine umlaufende Wandung 21 abgeht. Der Boden 22 bzw. der erste Mantel 20 weist dabei entlang der Horizontalen einen Durchmesser D auf, der so groß gewählt werden muss, dass die
Plattenwärmeübertrager 10 nebeneinander auf der Kreisfläche des Bodens 22 angeordnet werden können. Die Länge des ersten Mantels 20 entlang der Längsachse L richtet sich dabei nach der Bauhöhe H der Blöcke (Plattenwärmeübertrager) 10 entlang der Vertikalen Z. Insbesondere eignet sich eine derartige Anordnung bei langen schlanken Apparaten, d.h., im Falle von relativ großen Temperaturdifferenzen.
In einer Variante beträgt der besagte Durchmesser beispielsweise D=5,8 m, wobei die Länge des ersten Mantels 20 entlang der Längsachse L beispielsweise 5 m beträgt. Die einzelnen Plattenwärmeübertrager 10, die jeweils eine quadratische Grundfläche BxB aufweisen, sind dabei jeweils paarweise zu einem Modul 100 zusammengefasst, wobei jene Module 00 beispielsweise eine Breite von B=1 ,2 m, eine Tiefe von
T=2xB=2,4 m und eine Höhe H entlang der Vertikalen Z von H=3,3 m aufweisen.
Die Raumlage der Module 100 zueinander ist dabei dergestalt, dass sich je zwei Module 100 entlang einer ersten Richtung R und je zwei Module 100 entlang einer -senkrecht dazu verlaufenden zweiten Richtung R' einander gegenüberliegen. Dabei sind die beiden Plattenwärmeübertrager 10 eines jeden Moduls 100 jeweils entlang der ersten Richtung R nebeneinander angeordnet bzw. miteinander verbunden, so dass die Tiefe T der Module 100 entlang der ersten Richtung R entsprechend doppelt so groß ist wie die Breite B der Module 100 entlang der zweiten Richtung R'. Weiterhin besteht gemäß Figur 4 die alternative Möglichkeit, einen liegenden ersten Mantel 20 zu verwenden, bei dem sich die Längsachse (Zylinderachse) L entlang der Horizontalen erstreckt. Der Boden 22 des ersten Mantels 20 erstreckt sich in diesem Falle entlang der Vertikalen Z, wobei die einzelnen Plattenwärmeübertrager 10 bzw. Module 100 nunmehr hintereinander entlang der Längsachse L im ersten Mantelraum M angeordnet sind und sich dabei an der umlaufenden, entlang der Längsachse L erstreckten Wandung 21 abstützen.
Der Durchmesser D des Behälters bzw. ersten Mantels 20 hängt in diesem Fall von der Höhe H und der Breite B bzw. Tiefe T der Plattenwärmeübertrager 10 ab. Die
Behälterlänge (Mantellänge) bestimmt sich aus der Breite B der
Plattenwärmeübertrager 0 (Blockbreite) und der Anzahl der Plattenwärmeübertrager (Blöcke) 10. Diese Anordnung ist bei relativ kleinen Temperaturdifferenzen und damit kurzen Blöcken vorteilhaft.
Gemäß Figur 4 kann der Durchmesser des ersten Mantels 20 bzw. der Durchmesser des Bodens 22 beispielsweise D=5 m betragen und die Länge des ersten Mantels 20 entlang der Längsachse L beispielsweise 8 m. Vorzugsweise sind wiederum vier Module 00 mit je 2 Plattenwärmeübertrager(blöcken) von quadratischer Grundfläche BxB entlang der Längsachse L nebeneinander im ersten Mantelraum M aufgereiht, wobei die beiden Plattenwärmeübertrager 10 eines jeden Moduls 100 quer zur
Längsachse L nebeneinander angeordnet sind, so dass die Module 100 entlang der Längsachse L eine Breite von B=1 ,2 m und quer zur Längsachse eine Tiefe von T=2xB=2,4 m aufweisen. Die Höhe H der Module 100 entlang der Vertikalen Z beträgt beispielsweise H=3,3 m, so dass der Abstand A der oberen, entlang der Längsachse L erstreckten Kanten 00a der Module 100 zur Innenseite 2 b der Wandung 21 des ersten Mantels 20 beispielsweise A=0,75 m beträgt. Die Stärke D' des ersten Mantels 20 liegt bevorzugt im Bereich von D'=0, 1 m. Die im ersten Mantelraum M gemäß Figuren 2 und 4 angeordneten
Plattenwärmeübertrager 10 stehen in einem Bad 2, das z.B. durch Einleiten von Kältemittel in Form von C3H6 in den ersten Mantelraum M durch einen entsprechenden Einlass 24a des ersten Mantels 20 gebildet wird. Die Plattenwärmeübertrager 10 können im Einzelnen wie eingangs beschrieben aufgebaut sein. Dabei wird bei den Anordnungen gemäß Figuren 2 bis 8 vorzugsweise ein Kältemittel (zweiter Stoffstrom S') in Form von C3H6 verwendet, das aus dem Bad 2 entlang der Vertikalen Z von unten nach oben aufsteigt, wohingegen im Gegenstrom dazu vorzugsweise ein Ethylen enthaltender erster Stoffstrom (C2H4) S geführt wird, so dass dieser in indirekten Wärmeaustausch mit dem aufsteigenden Kältemittel S' gelangt und infolgedessen verflüssigt wird. Das verflüssigte Ethylen wird aus den Plattenwärmetauschern 10 über Auslässe 25b abgezogen und über Leitungen 26 in einen Sammelbehälter 40 eingeleitet, aus dessen Sumpf das Ethylen mittels einer Pumpe 50 abgezogen und seiner weiteren Bestimmung zugeleitet werden kann. Der Sammelbehälter 40 kann entlang der Vertikalen Z eine Höhe bzw. einen Durchmesser von H"=3,4 m aufweisen.
Des Weiteren kann gasförmiges Kältemittel am Kopf des ersten Mantels 20 über Auslässe 24b und eine entsprechende Leitung 27 aus dem ersten Mantelraum M abgezogen und nach einem Verdichten erneut über den Einlass 24a dem Bad 2 im ersten Mantelraum M zugeführt werden.
Eine weitere Bauraumersparnis kann erzielt werden, indem gemäß Figur 5 die
Saugflasche einer Verdichterstufe in den ersten Mantel M integriert wird. Hierzu kann im ersten Mantelraum M ein Wehr 23 angeordnet werden, so vom ersten Mantelraum M eine Saugflasche M' abgeteilt wird. Dabei staut sich nunmehr das Bad 2 am Wehr 23 auf. Über die Saugflasche M' kann dann durch einen entsprechenden, am ersten Mantel 20 vorgesehenen Auslass 24c eine gasförmige Phase des Kältemittels C3H6 abgezogen werden und einem Verdichter zugeführt werden. Etwaiges am Boden der Saugflasche M' auskondensiertes Kältemittel kann über einen Kondensatheber 30 dem Bad 2 im ersten Mantelraum M zugeführt werden.
Des Weiteren ist gemäß Figur 6 eine Manteloptimierung durch Verwendung nicht kreisförmiger Mantelquerschnitte denkbar, und zwar speziell bei
Niederdruckanwendungen, bei denen von einem kreisförmigen Mantelquerschnitt abgesehen werden kann. Danach weist der liegende erste Mantel 20, dessen
Längsachse L sich entlang der Horizontalen erstreckt, einander gegenüberliegende parallele ebene Abschnitte 201 , 202 seiner Wandung 21 auf, die entlang der
Längsachse L sowie der Vertikalen Z erstreckt sind und über gewölbte, entlang der Längsachse L erstreckte Abschnitte 203, 204 der Wandung 21 , die einander entlang der Vertikalen Z gegenüberliegen, miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann der Durchmesser bzw. die Breite B' des ersten Mantels quer zur Längsachse L und Vertikalen Z herabgesetzt werden.
Hierbei können die einzelnen Module 100 die Abmessungen gemäß Figuren 2und 4 aufweisen. Die Höhe H' des (liegenden) ersten Mantels 20 entlang der Vertikalen Z beträgt dabei beispielswiese 4,7 m, die Breite B' des ersten Mantels 20 quer zur Längsachse L (entlang der Horizontalen) beispielsweise 3,3 m.
Ferner ist auch eine Anordnung von Plattenwärmeübertragern übereinander in einem stehenden ersten Mantel denkbar (sogenannte Stockwerkbauweise).
Schließlich zeigen die Figuren 7 und 8 eine erfindungsgemäße
Wärmeübertrageranordnung 1 in einer Kompaktbauweise. Hierbei können die einzelnen Plattenwärmetauscher 10 die oben genannten Abmessungen aufweisen, d.h., eine Grundfläche von BxB=1 ,2 m x 1 ,2 m bei einer Höhe entlang der Vertikalen Z von beispielsweise H=3,3 m. Der erste Mantel 20 erstreckt sich gemäß Figuren 7 und 8 liegend entlang einer horizontalen Längsachse L und weist entlang der Vertikalen Z eine Höhe H' von beispielsweise H'=6,5 m, eine Tiefe T entlang der Längsachse L von beispielsweise 4,8 m sowie eine horizontale Breite B' quer zur Längsachse L von beispielsweise 3,2 m auf.
Entsprechend Figur 6 weist der erste Mantel 20 weiterhin einander gegenüberliegende (parallele), ebene Abschnitte 201 , 202 auf, die sich jeweils entlang der Längsachse L und der Vertikalen Z erstrecken und über gewölbte Abschnitte 203, 204 der Wandung 21 miteinander verbunden sind, die den ersten Mantel 20 nach unten bzw. nach oben hin begrenzen.
Dabei sind vier Plattenwärmetauscher 10 entlang der Längsachse L aneinander anliegend angeordnet, wobei jene Plattenwärmeübertrager 10 weiterhin an einem zugeordneten ebenen Abschnitt 201 der Wandung 21 anliegen. In der gleichen Weise sind vier weitere Plattenwärmetauscher 10 am anderen ebenen Abschnitt 202 der Wandung 21 anliegend angeordnet, so dass jene vier Plattenwärmeübertrager 10 von den anderen vier Plattenwärmeübertragern quer zur Längsachse L beabstandet sind. Das im ersten Mantelraum M vorgesehen Bad 2 des Kältemittels kann somit die Plattenwärmeübertrager 10 von unten sowie von den einander zugewandten Seiten 10a der Plattenwärmeübertrager 10 her benetzen.
Entlang der Längsachse L kann der erste Mantel 20 durch gewölbte Böden 22 (gestrichelte Linien) oder durch ebene, an je zwei Plattenwärmeübertragern 10 anliegende Böden 22 begrenzt sein.
Bezugszeichenliste
1 Wärmeübertrageranordnung
2 Bad
10 Plattenwärmeübertrager
10a Seite
11 , 12 Deckplatte
20 Erster Mantel
21 Wandung
21 b Innenseite
22 Boden
23 Wehr
24a, 25a Einlass
24b, 24c, 25b Auslass
26, 27 Leitung ^
30 Kondensatheber
40 Sammelbehälter
50 Pumpe
61 Pegelsensor
62 Drucksensor
100 Modul
100a Kante
201 , 202 Ebene Abschnitte
203, 204 Gewölbte Abschnitte
610, 620 Ventil
A Abstand
B, B' Breite
D Durchmesser
D' Dicke
H, Η', H" Höhe
Τ,Τ' Tiefe
M Erster Mantelraum
M' Saugflasche
L Längsachse
S Erster Stoffstrom
S' Zweiter Stoffstrom z Vertikale

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Kühlen, insbesondere Kondensieren, eines ersten Stoffstromes (S) mittels zumindest eines zu erwärmenden, insbesondere zu verdampfenden, zweiten Stoffstromes (S') in einer Olefinanlage zur Herstellung von Olefinen, aufweisend die Schritte:
- Einleiten des zweiten Stoffstromes (S') in einen durch einen ersten Mantel (20) begrenzten ersten Mantelraum (M) einer Einrichtung der Olefinanlage, in dem ein erster Plattenwärmeübertrager (10) angeordnet ist, so dass der zweite Stoffstrom (S') im ersten Mantelraum (M) ein den ersten Plattenwärmetauscher (10) umgebendes Bad (2) ausbildet und im ersten Plattenwärmetauscher (10) aufsteigt,
- Einleiten des abzukühlenden ersten Stoffstromes (S) in den ersten
Plattenwärmetauscher (10), so dass jener erste Stoffstrom (10) im Gegenstrom oder im Kreuzgegenstrom zum zweiten Stoffstrom (S1) in dem ersten
Plattenwärmetauscher (10) geführt wird und in indirekten Wärmeaustausch mit dem zweiten Stoffstrom tritt (S'), wobei
- der erste Stoffstrom (S) abgekühlt wird, insbesondere kondensiert wird, und wobei der zweite Stoffstrom (S') erwärmt wird, insbesondere verdampft wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stoffstrom (S) eine gasförmige, ethylenhaltige Phase ist, insbesondere aus einer
abschließenden Trennsequenz der Olefinanlage, wobei C2H4 kondensiert wird, und wobei der zweite Stoffstrom (S1) der Olefinanlage zumindest einen der folgenden Stoffe aufweist: C3H6, C3H8, NH3.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jene Einrichtung als ein Kondensator einer Trennstufe der Olefinanlage ausgebildet ist, wobei jene Trennstufe dazu eingerichtet und vorgesehen ist, Kohlenwasserstoffe mit drei oder mehr als drei Kohlenstoffatomen von Kohlenwasserstoffen mit zwei oder weniger als zwei Kohlenstoffatomen zu trennen, wobei jener abzukühlende erste Stoffstrom (S) vor dem Einleiten in den ersten Plattenwärmetauscher (10) über Kopf der. Trennstufe abgezogen wird und Kohlenwasserstoffe mit zwei oder weniger Kohlenstoffatomen aufweist, und wobei insbesondere der erste Stoffstrom ('S) nach einem Durchlaufen des ersten Plattenwärmetauschers (10) in die Trennstufe zurückgegen wird, und wobei der zweite Stoffstrom (S') zumindest einen der folgenden Stoffe aufweist: C3H6, C3H8, NH3.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stoffstrom (S) aus dem ersten Plattenwärmetauscher (10) abgezogen wird und in einen zweiten Plattenwärmetauscher (10) eingeleitet wird, der in einem durch einen zweiten Mantel begrenzten zweiten Mantelraum des Kondensators angeordnet ist, wobei ein dritter Stoffstrom der Olefinanlage, der C2H4 und/oder C2H6 und insbesondere auch C2H2 aufweist, in den zweiten Mantelraum eingeleitet wird, so dass der dritte Stoffstrom im zweiten Mantelraum ein den zweiten
Plattenwärmetauscher umgebendes Bad ausbildet und im zweiten
Plattenwärmetauscher aufsteigt, wobei der abzukühlende erste Stoffstrom (S) im Gegenstrom zum dritten Stoffstrom in dem zweiten Plattenwärmetauscher geführt wird und in indirekten Wärmeaustausch mit dem dritten Stoffstrom tritt, und hierdurch der erste Stoffstrom (S) weiter abgekühlt wird, insbesondere kondensiert wird, und der dritte Stoffstrom erwärmt, insbesondere verdampft wird, und wobei insbesondere zumindest ein Teil der erste Stoffstrom (S) nach einem Durchlaufen des zweiten Plattenwärmetauschers in die Trennstufe zurückgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ein Kondensator eines C2_-Splitters der Olefinanlage ausgebildet ist, wobei der C2- Splitter dazu eingerichtet und vorgesehen ist, C2H4 von C2H6 zu trennen, wobei jener abzukühlende erste Stoffstrom (S) über Kopf des C2-Splitters abgezogen wird und C2H4 aufweist, wobei der zweite Stoffstrom (S1) der Olefinanlage zumindest einen der folgenden Stoffe aufweist: C3H6, C3H8, NH3, und wobei insbesondere der erste Stoffstrom (S) nach einem Durchlaufen des ersten
Plattenwärmetauschers (10) in den C2-Splitter zurückgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Vorkühlen eines in einem Spaltofen der Olefinanlage erzeugten Spaltgases, das den ersten Stoffstrom (S) bildet, ausgebildet ist, wobei derzweite Stoffstrom (S') der Olefinanlage zumindest einen der folgenden Stoffe aufweist: C3H6, C3H8, NH3, und wobei die Einrichtung insbesondere - zum Vorkühlen des Spaltgases auf eine Temperatur von 15°C vor einer Trocknung des Spaltgases,
- zum Vorkühlen des Spaltgases auf eine Temperatur im Bereich von 15°C bis -35°C, oder
- zum Vorkühlen des Spaltgases auf eine Temperatur im Bereich von 15°C bis
-35°C lediglich beim Anlaufen der Olefinanlage
ausgebildet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ein Verdampfer der Olefinanlage ausgebildet ist, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im zweiten Stoffstrom (S') enthaltenes C2H6 zu verdampfen und hiernach insbesondere in einen Spaltofen der Olefinanlage zurückzuführen, wobei insbesondere der zweite Stoffstrom (S') vor einem Einleiten in den ersten
Mantelraum (M) aus einem Sumpf eines C2-Splitters der Olefinanlage abgezogen wird, und wobei der erste Stoffstrom (S) zumindest einen der folgenden Stoffe aufweist: C3H6, C3H8, NH3, C2H4, C2H6, C2H2.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ein Verdampfer ausgebildet ist, in dem der C2H4 und/oder C2H6 und insbesondere auch C2H2 enthaltende zweite Stoffstrom (S') zumindest teilweise verdampft wird und in einen C2-Splitter der Olefinanlage eingeleitet wird, wobei der erste
Stoffstrom (S) zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: C3H6, C3H8, NH3, C2H4, C2H6, C2H2, Spaltgas, C2_-Fraktion. 9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ein Kondensator eines Tieftemperaturteils der Olefinanlage ausgebildet ist, wobei der erste Stoffstrom (S) zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: Spaltgas, C2.-Fraktion, C5--Fraktion, und wobei der erste Stoffstrom (S) kondensiert oder teilkondensiert wird, und wobei der zweite Stoffstrom (S') zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: C2H4, C2H6, C2H2, C Fraktion.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jene Einrichtung als ein Kondensator einer Trennstufe der Olefinanlage ausgebildet ist, wobei jene Trennstufe dazu eingerichtet und vorgesehen ist, Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen von Kohlenwasserstoffen mit einem Kohlenstoffatom zu trennen, wobei jener abzukühlende erste Stoffstrom (S) vor dem Einleiten in den ersten Plattenwärmetauscher (10) über Kopf der Trennstufe abgezogen wird und Kohlenwasserstoffe mit einem Kohlenstoffatom sowie insbesondere auch CH4 und/oder H2 oder Kohlenwasserstoffe mit zwei oder weniger Kohlenstoffatomen aufweist, und wobei der zweite Stoffstrom (S') C2H4 und/oder C2H6 und
insbesondere auch C2H2 aufweist, und wobei insbesondere der erste Stoffstrom (S) nach einem Durchlaufen des ersten Plattenwärmetauschers (10) in die Trennstufe zurückgegeben wird. 1 1. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ein Interreboiler eines C2-Splitters der Olefinanlage ausgebildet ist, wobei der C2- Splitter dazu eingerichtet und vorgesehen ist, C2H4 von C2H6 zu trennen, und wobei der zweite Stoffstrom (S') enthaltend C2H4 und/oder C2H6 und insbesondere auch C2H2, vor dem Einleiten in den ersten Mantelraum (M) oberhalb eines Sumpfes des C2-Splitters aus dem C2-Splitter abgezogen wird, und wobei der erste Stoffstrom (S) zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: C3H6, C3H8, NH3, Spaltgas, und wobei insbesondere eine beim Aufsteigen des zweiten Stoffstromes (S') im ersten Plattenwärmetauscher (10) entstehende gasförmige Phase des zweiten Stoffstromes (S') aus dem ersten Mantelraum (M) abgezogen und in den C2-Splitter zurückgegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ein Interreboiler einer Trennstufe der Olefinanlage ausgebildet ist, wobei jene Trennstufe dazu ausgebildet ist, Kohlenwasserstoffe mit einem Kohlenstoffatom von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen zu trennen, wobei der zweite
Stoffstrom (S') enthaltend eine C2.-Fraktion oder enthaltend G2H und/oder C2H6, vor dem Einleiten in den Mantelraum (M) oberhalb eines Sumpfes der Trennstufe aus der Trennstufe abgezogen wird, und wobei der erste Stoffstrom (S) zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: C2H4, C2H6, C2H2,, C3H6, C3H8, NH3, Spaltgas, und wobei insbesondere eine beim Aufsteigen des zweiten Stoffstromes
(S1) im ersten Plattenwärmetauscher (10) entstehende gasförmige Phase des zweiten Stoffstromes (S') aus dem ersten Mantelraum (M) abgezogen und in die Trennstufe zurückgegen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vom ersten
Mantelraum (M) insbesondere mittels eines Wehrs (23) eine Saugflasche (Μ') abgeteilt ist, wobei der zweite Stoffstrom (S') aus jener Saugflasche (Μ') abgezogen und einem Verdichter zugeführt wird, und wobei eine sich im Sumpf der Saugflasche (Μ') sammelnde flüssige Phase des zweiten Stoffstromes (S1) über einen Kondensatheber in das Bad (2) zurückgegeben wird, wobei insbesondere der erste Stoffstrom (S) zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: C2H4, C2H6, C2H2, C3H6, C3H8, NH3, CH4 aufweist, und wobei
insbesondere der zweite Stoffstrom (S') eine der folgenden Komponenten aufweist: C2H4, C2H6 C2H2, C3H6, C3H8, NH3, CH4.
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