WO2022008095A1 - Verfahren und eine anlage zur auftrennung eines einsatzstroms - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a plant for separating a feed stream according to the preambles of the independent patent claims.
  • cryogenic separation methods are often used for such separations, in which a gaseous feed stream is cooled, with the feed stream being at least partially liquefied. Such partial condensations allow different components contained in the feed stream to be separated from one another according to their respective boiling points or vapor pressures at the prevailing pressures or temperatures.
  • C2 refrigerants are often used, which consist of hydrocarbon mixtures, which are essentially composed of compounds with two carbon atoms per molecule.
  • pure C2 refrigerants such as ethane or ethylene is also possible.
  • the condensates or liquid streams generated from the feed stream are separated from the remaining residual gas streams.
  • the cooling capacity is mainly provided by the heat of vaporization absorbed by the liquid raw material flow.
  • the process conditions in particular a positive pressure difference between the gaseous feed stream and the liquid raw material flow, cause a temperature difference and thus enable heat transfer and partial condensation of the feed stream or evaporation of the raw material flow.
  • the present invention therefore sets itself the task of specifying an improved separation process which, without C2 refrigerant, ensures a corresponding separation even in unfavorable situations with regard to the amount of heat removed by the evaporation of the raw material flow.
  • a “compressor” is a device configured to compress at least one gaseous stream from at least one inlet pressure (also referred to as suction pressure) at which it is fed to the compressor to at least one discharge pressure at which it is removed from the compressor.
  • a compressor forms a structural unit which, however, can have several “compressor stages” in the form of rows of pistons, screws and/or blades (thus axial or radial compressor stages). In particular, corresponding compressor stages are driven by a common drive, for example via a common shaft.
  • a compressor in the sense explained or a compressor stage of such a compressor carries out a "compression step" in the language of this disclosure.
  • a “chiller” is a device configured to cool a fluid stream (e.g., gaseous or liquid) from at least one inlet temperature at which it enters the chiller to at least one final temperature at which it leaves the chiller.
  • a cooler forms a structural unit which, however, can have several "cooling stages” in the form of heat exchangers (e.g. plate, tube, counterflow) and/or expanders (e.g. throttle valves or turbines). In particular, corresponding cooling stages can be implemented using a single heat exchanger.
  • a cooler in the sense explained or a cooling stage of such performs a "cooling step" in the language of this disclosure.
  • a “thermal separation” is characterized in that a gas mixture is separated in it with at least partial liquefaction, and that a suitable refrigerant is used in the process.
  • Known heat exchangers are used for this purpose.
  • the separation takes place by means of known phase separation devices, for example by means of gas separators.
  • So-called C3 and/or C2 refrigerants are used in particular in a thermal separation. These are guided between different pressure levels, with the compressors mentioned and, for example, known expansion turbines or expansion or throttle valves being used.
  • a stream or a mixture is “enriched” in relation to another stream or mixture at a or more components, this is to be understood in such a way that the concentration of these component(s) in the stream or mixture enriched in this way is at least by a factor of 1, 1, 1, 2, 1 .5, 2, 3, 5, 10, 30, 100, 300 or 1000 higher.
  • a "depleted" material flow is accordingly less concentrated than the reference flow and in particular has a component concentration that is lower than the reference flow, i.e. at most 90%, 80%, 50%, 30%, 10%, 3% , 1%, 0.3% or 0.1% of the concentration of the component in the reference current.
  • pressure level and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, which is intended to express the fact that corresponding pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values in order to to realize the inventive concept.
  • pressures and temperatures typically vary within certain ranges, for example 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% around an average value.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another. In particular, for example, pressure levels include unavoidable or expected pressure losses. The same applies to temperature levels.
  • a mixture contains at least one liquid phase
  • this is to be understood as meaning that the mixture can contain one or more liquid phases which are completely, partially or immiscibly miscible with one another.
  • a process for separating a feed stream containing at least hydrogen and one hydrocarbon having three carbon atoms per molecule is proposed.
  • the feed stream is partially liquefied in the compressed state using at least two coolers, which are operated at different temperature levels, via at least two cooling steps to obtain at least a first and a second condensate stream and at least a first and a second residual gas stream.
  • the residual gas flow from a cooling step is fed into the subsequent cooling step.
  • each condensate stream is enriched in the hydrocarbon and depleted in hydrogen compared to the feed stream
  • each residual gas stream is enriched in hydrogen and depleted in the hydrocarbon compared to the feed stream.
  • a liquid C3 product stream consisting predominantly of the hydrocarbon is formed from the condensate streams and a gaseous gas product stream consisting predominantly of the hydrogen is formed using at least one of the residue gas streams.
  • a portion of at least one of the condensate streams is combined with a portion of at least one of the residual gas streams and used with expansion as an internal refrigerant for at least one of the cooling steps (or cooler). The relaxation can take place before and/or after the combination.
  • a raw material stream is also supercooled in at least one of the coolers, combined with part of the gas product stream, expanded and used as a refrigerant for the cooler.
  • the advantage of the invention over the conventional method is that the feed stream can be separated regardless of the quantity, pressure and composition of the raw material stream, since the energy balance is achieved by compressing the feed stream upstream of the cooler and cooling it to a natural ambient temperature level can be closed.
  • the expanded internal refrigerant can advantageously—if necessary with further gaseous extraction streams—be returned to the feed stream before it is compressed.
  • the process can be controlled much more flexibly than conventional processes for example, be adapted to fluctuating amounts in terms of gaseous feed stream and / or liquid raw material stream and other fluctuating process conditions such as unfavorable pressure and / or temperature levels that complicate the heat exchange between condensing feed stream and evaporating raw material stream.
  • At least one first cooling step preferably takes place from a high initial temperature level (e.g. temperature of the natural atmosphere or environment, e.g. 10 °C to 50 °C) to a medium temperature level which is in a range from -40 °C to +10 °C, preferably from - 40 ⁇ to -10 O, and at least a second cooling step to a low temperature level, which is in a range from -130 ⁇ to -80 O, preferably from -1 10 ⁇ to -90 O, is.
  • a high initial temperature level e.g. temperature of the natural atmosphere or environment, e.g. 10 °C to 50 °C
  • a medium temperature level which is in a range from -40 °C to +10 °C, preferably from - 40 ⁇ to -10 O
  • a second cooling step to a low temperature level, which is in a range from -130 ⁇ to -80 O, preferably from -1 10 ⁇ to -90 O.
  • only substance streams formed from the liquid raw material stream are used to achieve the low temperature level.
  • an externally generated or externally supplied refrigerant can also be used.
  • any existing process cooling can be advantageously integrated and the energy balance can be closed in a simple manner without requiring refrigerant at the low temperature level.
  • the first and the second cooling step take place by countercurrent heat exchange, in particular of the condensing feed stream and the evaporating raw material stream.
  • the energy balance can largely be closed within the process.
  • the second residual gas stream of the second cooling step is preferably subjected to at least one expansion while retaining further condensate and residual gas streams.
  • energy can be extracted from the process and used in the form of mechanical energy, for example to drive pumps or compressors.
  • the internal refrigerant is preferably formed from a portion of the second condensate stream and a portion of the tail gas stream that has been expanded.
  • the internal refrigerant formed has particularly advantageous process conditions in terms of temperature and composition and can be optimally used for supporting cooling of the second condensate stream.
  • condensate streams are combined to form a collective stream, and the collective stream is subjected to gas separation to form a flash gas and the C3 product stream.
  • the C3 product stream, the gas product stream and the flash gas are heated to a temperature level which corresponds to the temperature level of the feed stream.
  • no cold is lost, which is particularly favorable in terms of energy.
  • the gas product stream is preferably used at least partially to provide the input stream, in particular by the gas product stream being at least partially mixed into the raw material stream.
  • This is particularly advantageous if hydrogen is required as the dilution medium for generating the input stream from the raw material stream in the course of the dehydrogenation process.
  • This hydrogen does not have to be supplied from a separate source, but can be provided from the gas product that is produced anyway.
  • the feedstock stream can be used more efficiently for cooling the feedstock stream.
  • a plant according to the invention for separating a feed stream containing at least hydrogen and one hydrocarbon having three carbon atoms per molecule has at least two heat exchangers, of which at least one can be operated at a medium and at least one at a low temperature level, and which are set up to cool the feed stream according to the countercurrent principle.
  • it comprises at least two phase separation devices, each of which is set up to split a partially liquefied stream into a condensate stream and a residual gas stream, as well as means that are set up to combine a portion of at least one of the condensate streams with a portion of at least one of the residual gas streams to form an internal refrigerant to unite and supply the internal refrigerant after expansion at least one of the heat exchangers.
  • the relaxation takes place before or after the merging or combination of the respective condensate and residual gas stream.
  • the system is thus essentially set up to carry out a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an advantageous embodiment of a system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a plant 100 set up for carrying out a method according to the invention.
  • the system 100 has, inter alia, a warm heat exchanger 120, a cold heat exchanger 130 and a plurality of gas separators 142, 144, 146, 148.
  • the plant 100 in the example shown comprises a supply unit 110 which is set up to generate a feed stream 1 which contains at least hydrogen and a hydrocarbon with three or four carbon atoms per molecule (here and below this is used as an example with reference to three carbon atoms per Molecule also referred to as C3) contains.
  • the carbon is propene.
  • the supply unit 110 can be designed, for example, as a reactor that is set up to carry out a propane dehydrogenation reaction.
  • the reactor 110 is equipped with a catalyst equipped and is charged with one or more raw material streams 18, 19, which supply at least propane to the reactor.
  • the dehydrogenation reaction typically occurs in the supply unit 110 at low pressure, such as 50 kPa to -500 kPa.
  • the input stream 1 is compressed upstream of the heat exchanger 120 to a final pressure of 1 MPa to 1.8 MPa using a compressor which can be part of the supply system 110 . If necessary, some fine cleaning steps of the gas, such as the removal of H2S, water and chlorine, are also carried out.
  • the feed stream 1 containing at least hydrogen and C3 is fed to the warm heat exchanger 120 and cooled in it against other streams of material.
  • the feed stream 1 is fed into the warm heat exchanger 120 at a high temperature level, which essentially corresponds to a natural ambient temperature of, for example, between 10 O and 40 O, in particular between 15 °C and 25 ⁇ , and this at a medium temperature level in a range of -10 0 to -40 O, for example at an average temperature level of -15 O, -25 O or -35 O, as cooled feed stream 2 removed.
  • the cooled feed stream is a mixture of at least one liquid and one gas.
  • the cooled insert 2 is fed to a gas separator 142 and separated there into a first residual gas stream 3 and a first condensate stream 7 . Due to the different vapor pressures of hydrogen and C3, the first residual gas stream 3 is enriched in hydrogen compared to the feed stream 1 and depleted in C3, while the first condensate stream 7 behaves exactly the other way round.
  • the first residual gas stream 3 is fed to the cold heat exchanger 130 and cooled there from the medium temperature level to a low temperature level (also referred to as low temperature level within the scope of the disclosure), which is in a range from ⁇ 80° C. to ⁇ 140° C., for example.
  • a supercooled residual gas stream 4 which contains at least one liquid phase and one gas phase, is thus removed from the cold heat exchanger 130.
  • the supercooled residual gas stream 4 is separated in a second gas separator 144 into a second residual gas stream 5 and a second condensate stream 8 .
  • the second residual gas stream 5 is enriched in hydrogen and depleted in C3 compared to the first residual gas stream 3, while the second condensate stream 8 is depleted in hydrogen and enriched in C3 compared to the first residual gas stream 3.
  • the second residual gas stream 5 is fed to an expander or a turbine, designed here as a turbine 150, for example.
  • An expanded residual gas stream 6 is removed from the turbine 150 and is in turn partially liquefied due to the energy released in the turbine 150 .
  • the expanded residual gas stream 6 is in turn separated in a third gas separator 146 into a third residual gas stream 11 and a third condensate stream 9 .
  • the third condensate stream 9 is in turn depleted in hydrogen and enriched in C3 compared to the second residual gas stream 5, the third residual gas stream 11 is correspondingly enriched in hydrogen and depleted in C3 compared to the second residual gas stream 5.
  • the use of the expander is optional.
  • turbine 150, gas separator 146 and condensate stream 9 are omitted.
  • residual gas streams 5 and 11 would be identical.
  • the expander 150 could only be designed as a throttle valve.
  • a liquid product stream 10 consisting essentially of C3 is removed and conveyed at least through the warm heat exchanger 120 via a pump 149 .
  • a portion of the product gas 20 may be recycled to the delivery unit, particularly for purge purposes, such as during catalyst regeneration.
  • Another part 14 of the third residual gas stream 11 is combined with a part 13 of the second condensate stream 8 Relaxation of both streams back-mixed, heated as internal refrigerant 15 via the cold heat exchanger 130 / evaporated and upstream of the warm heat exchanger 120 back-mixed with the flash gas 12 and as a mixed stream 17 in the warm heat exchanger 120 further heated.
  • Mixed stream 17 is preferably recycled to feed stream 1 to increase the overall yield of C3 in liquid product stream 10.
  • the reactor 110 requires a raw material stream 19 which contains propane.
  • this raw material flow is initially provided as a liquid raw material flow 18 .
  • the liquid raw material flow 18 is supercooled in the warm heat exchanger 120 and optionally also in the cold heat exchanger 130 and mixed with a third part 16 of the third residual gas flow 11 before it is heated again as a mixed raw material flow 19 via the warm 120 or both heat exchangers 130 and 120 and fed to the reactor 110.
  • the liquid raw material stream 18 is expanded after supercooling in the warm heat exchanger 120 and/or the cold heat exchanger 130, for example via one or more throttle valves.
  • the supercooled liquid raw material flow 18 By expanding the supercooled liquid raw material flow 18 and adding residual gas flow (16) at a low temperature, thermal energy from the liquid raw material flow 18 is converted into volumetric work, so that the mixed raw material flow 19 is at a temperature level before it is heated in the respective heat exchanger 120, 130 is substantially lower than that of the corresponding supercooled liquid raw material stream 18.
  • the heat of vaporization of the liquid raw material stream 18 is used as the main cold source for the partial condensation of the feed stream 1 and the first residual gas stream 3.
  • the additional coldness of the internal refrigerant 15 is decisive for the cold heat exchanger 130 , but heat of vaporization can also be extracted here by the supercooled liquid raw material flow 18 .
  • the liquid stream of raw materials can be provided, for example, at a pressure level in a range from 1.5 MPa to 2.5 MPa. Downstream of the heat exchanger(s), the gaseous raw material flow 19 has, for example, a pressure level in the range from 200 kPa to 500 kPa. Downstream of the reactor and upstream of the compressor of the supply unit 110, the feed stream 1 is, for example, at a pressure level in the range of approx.
  • All flows basically have a correspondingly higher pressure upstream of valves due to pressure losses across the respective valve than the respective flows downstream of the respective valve.
  • an explicitly described drop in pressure or a drop in pressure resulting from the different pressure levels of streams that are transferred into one another is realized by the respective valve.
  • the cold heat exchanger 130 manages without externally cooled refrigerant.
  • the cooling capacity required here is thus provided via the pressure difference between the input stream 1 (or the residual gas stream 3 remaining therefrom) on the one hand and the mixed raw material stream 19 and the internal refrigerant 15 on the other side.
  • one or more compressors can be provided upstream of the warm heat exchanger 120 ().
  • an external refrigerant 21 can be used at the medium temperature level. As a result, variable quantities and/or temperatures of the input stream 1 or of the liquid raw material stream 18 can be compensated.
  • the plant 100 can also be used to separate a feed stream which contains at least hydrogen and a hydrocarbon (C4) containing four carbon atoms per molecule, in particular 1-butene, 2-butene, 1,3-butadiene and/or butane, be used.
  • C4 hydrocarbon
  • the previously described features and advantages of the plant 100 for the separation of a feed stream 1 comprising C3 apply accordingly to C4.
  • the temperature levels set for this can differ.
  • the method is not limited to the two cooling steps explained here. i.e. one, two or more intermediate temperature levels (for example at approx. -50 ⁇ to -90 O) and one, two or more further heat exchangers and corresponding separating devices can also be used.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anlage (100) zur Auftrennung eines Einsatzstromes (1), der zumindest Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoff mit drei oder vier Kohlenstoffatomen pro Molekül, insbesondere Propan, Propen, Propadien, Butan, 1- Buten, 2-Buten und/oder 1,3-Butadien, enthält, vorgeschlagen. Dabei wird der verdichtete Einsatzstrom (1) über mehrere Kühlschritte in zumindest zwei Wärmetauschern (120, 130) gekühlt und nach jedem Kühlschritt in einen Kondensat- (7, 8, 9) und einen Restgasstrom (3, 5, 11) aufgeteilt. Die zumindest zwei Wärmetauscher (120, 130) werden dabei auf zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben, wobei ein warmer Wärmetauscher (120) auf einem mittleren Temperaturniveau und ein kalter Wärmetauscher (130) auf einem niedrigen Temperaturniveau betrieben wird. Für die Abführung eines Teils der Wärme aus dem kalten Wärmetauscher (130) wird ein internes Kältemittel (15), das aus einem Teil (13) eines der Kondensatströme (7, 8, 9) und einem Teil (14) eines der Restgasströme (3, 5, 11) gebildet wird, verwendet.

Description

Beschreibung
Verfahren und eine Anlage zur Auftrennung eines Einsatzstroms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Auftrennung eines Einsatzstroms gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Bei der industriellen Herstellung und Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen und anderen organochemischen Verbindungen ist es häufig erforderlich, Produktströme eines Verfahrensschrittes in verschiedene Komponenten aufzutrennen, bevor weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden können, beispielsweise um solche Komponenten abzutrennen, die in den folgenden Verfahrensschritten stören, oder um ein Produkt mit einer geforderten Reinheit abzugeben.
Für derartige Trennungen werden häufig sogenannte kryogene Trennverfahren eingesetzt, in denen ein gasförmiger Einsatzstrom gekühlt wird, wobei sich der Einsatzstrom zumindest teilweise verflüssigt. Durch solche Teilkondensationen können verschiedene in dem Einsatzstrom enthaltene Komponenten gemäß ihren jeweiligen Siedepunkten bzw. Dampfdrücken bei den jeweils herrschenden Drücken bzw. Temperaturen voneinander getrennt werden. Dazu werden häufig sogenannte C2- Kältemittel eingesetzt, die aus Kohlenwasserstoffgemischen, die sich im Wesentlichen aus Verbindungen mit zwei Kohlenstoffatomen pro Molekül zusammensetzen, bestehen. Auch die Verwendung reiner C2-Kältemittel wie Ethan oder Ethylen ist möglich.
Ferner sind Trennverfahren bekannt, die ohne C2-Kältemittel auskommen. Ein derartiges kryogenes Trennverfahren ist beispielsweise aus der US 6,333,445 B1 bekannt. Dort wird ein gasförmiger Einsatzstrom, der aus einem Alkan- Dehydrierprozess stammt und daher Wasserstoff sowie das nicht umgesetzte Alkan und ein daraus erzeugtes Alken enthält, zunächst verdichtet und dann unter Verwendung zweier Wärmetauscher gekühlt und teilweise kondensiert. Als Kühlmittel wird dabei ein flüssiger Rohstoffstrom, der das für den Dehydrierprozess benötigte Alkan enthält, verdampft und erwärmt. Unter einem "Einsatzstrom" wird nachfolgend ein gasförmiger Stoffstrom verstanden, der einem Trennverfahren zugeführt wird. Dieser stammt aus einem organochemischen Umsetzungsverfahren, dem im nachfolgend verwendeten Sprachgebrauch seinerseits ein "Rohstoffstrom" zugeführt wird. Der Rohstoffstrom wird in dem erläuterten Beispiel also dem Alkan- Dehydrierprozess zugeführt und in diesem in den Einsatzstrom des Trennprozesses umgewandelt.
Die aus dem Einsatzstrom erzeugten Kondensate bzw. Flüssigströme werden von den verbleibenden Restgasströmen getrennt. Die Kühlleistung wird hauptsächlich durch die von dem flüssigen Rohstoffstrom aufgenommene Verdampfungswärme aufgebracht. Die Prozessbedingungen, insbesondere ein positiver Druckunterschied zwischen dem gasförmigen Einsatzstrom und dem flüssigen Rohstoffstrom, bewirken eine Temperaturdifferenz und ermöglichen so den Wärmeübergang sowie die Teilkondensation des Einsatzstroms bzw. Verdampfung des Rohstoffstroms.
Je nach Ausgestaltung des Alkan-Dehydrierprozesses kann sich dadurch eine Situation ergeben, in der die Wärmemenge, die durch die Verdampfung des Rohstoffstroms entzogen wird, nicht ausreicht, um die Auftrennung bzw. Teilkondensation des Einsatzstromes zu erreichen.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein verbessertes Trennverfahren anzugeben, das ohne C2-Kältemittel eine entsprechende Auftrennung auch in ungünstigen Situationen in Bezug auf die durch die Verdampfung des Rohstoffstroms entzogene Wärmemenge gewährleistet.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch Verfahren und Anlagen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche und aus der nachfolgenden Beschreibung.
Bevor die Merkmale und Vorteile der Erfindung aufgezeigt werden, werden deren Grundlagen und im Rahmen der Offenbarung verwendete Begriffe erläutert. Ein "Verdichter" ist eine Vorrichtung, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem Eingangsdruck (auch als Saugdruck bezeichnet), bei dem dieser dem Verdichter zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser dem Verdichter entnommen wird, eingerichtet ist. Ein Verdichter bildet eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere "Verdichterstufen" in Form von Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelreihen (also Axial- oder Radialverdichterstufen) aufweisen kann. Insbesondere werden entsprechende Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, angetrieben. Ein Verdichter im erläuterten Sinn oder eine Verdichterstufe eines solchen Verdichters führt im Sprachgebrauch dieser Offenbarung einen "Verdichtungsschritt" durch.
Ein "Kühler" ist eine Vorrichtung, die zum Kühlen eines (beispielsweise gasförmigen oder flüssigen) Fluidstromes von wenigstens einer Eingangstemperatur, bei der dieser dem Kühler zugeführt wird, auf wenigstens eine Endtemperatur, bei der dieser dem Kühler entnommen wird, eingerichtet ist. Ein Kühler bildet eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere "Kühlstufen" in Form von (z.B. Platten-, Rohr-, Gegenstrom-) Wärmetauschern und/oder Expandern (beispielsweise Drosselventile oder Turbinen) aufweisen kann. Insbesondere können entsprechende Kühlstufen unter Verwendung eines einzigen Wärmetauschers realisiert sein. Ein Kühler im erläuterten Sinn oder eine Kühlstufe eines solchen führt im Sprachgebrauch dieser Offenbarung einen "Kühlschritt" durch.
Eine "thermische Trennung" zeichnet sich im Sprachgebrauch dieser Offenbarung dadurch aus, dass in ihr ein Gasgemisch unter zumindest teilweiser Verflüssigung aufgetrennt wird, und dass dabei ein geeignetes Kältemittel eingesetzt wird. Hierzu kommen an sich bekannte Wärmetauscher zum Einsatz. Die Trennung erfolgt mittels bekannter Phasentrennvorrichtungen, beispielsweise mittels Gasabscheidern. In einer thermischen Trennung werden insbesondere sogenannte C3- und/oder C2- Kältemittel eingesetzt. Diese werden zwischen unterschiedlichen Druckniveaus geführt, wobei die erwähnten Verdichter sowie beispielsweise bekannte Entspannungsturbinen oder Entspannungs- bzw. Drosselventile zum Einsatz kommen.
Ist in dieser Offenbarung davon die Rede, dass ein Stoffstrom oder ein Gemisch in Bezug auf einen anderen Stoffstrom bzw. ein anderes Gemisch "angereichert" an einer oder mehreren Komponenten ist, so ist dies so zu verstehen, dass die Konzentration dieser Komponente(n) in dem derart angereicherten Strom oder Gemisch im Vergleich zu dem Bezugsstrom bzw. -gemisch mindestens um einen Faktor von 1 ,1 , 1 ,2, 1 ,5, 2, 3, 5, 10, 30, 100, 300 oder 1000 höher liegt. Ein "abgereicherter" Stoffstrom ist dementsprechend niedriger konzentriert als der Bezugsstrom und weist insbesondere eine Konzentration an der Komponente auf, die im Vergleich zu dem Bezugsstrom niedriger ist, also höchstens 90 %, 80 %, 50 %, 30 %, 10 %, 3 %, 1 %, 0,3 % oder 0,1 % der Konzentration der Komponente in dem Bezugsstrom entspricht.
Die vorliegende Offenbarung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise 1 %, 5 %,10 %, 20 % oder sogar 50 % um einen Mittelwert herum liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus.
Ist in dieser Beschreibung davon die Rede, dass ein Gemisch zumindest eine Flüssigphase enthält, so ist dies so zu verstehen, dass das Gemisch eine oder mehrere Flüssigphasen enthalten kann, die vollständig, teilweise oder nicht miteinander mischbar sind.
Vorteile der Erfindung
Im Folgenden werden Merkmale und Vorteile der Erfindung hauptsächlich in Bezug auf das erwähnte Verfahren erläutert. Die entsprechenden Ausführungen gelten sinngemäß ebenso für erfindungsgemäße Anlagen und deren vorteilhafte Ausgestaltungen, die von den Vorteilen entsprechend profitieren. Beispielsweise kann davon die Rede sein, dass ein Strom einem Verfahrensschritt unterworfen wird. Dies ist in Bezug auf eine entsprechende Anlage so zu verstehen, dass Bauteile, die zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrensschrittes eingerichtet sind, vorgesehen sind und Mittel, beispielsweise Rohrleitungen, Ventile und dergleichen, zur Einspeisung des jeweiligen Stromes in das Bauteil bereitgestellt sind. Erläuterungen bezüglich einer Anlage gelten dementsprechend umgekehrt auch für ein entsprechendes Verfahren.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Auftrennung eines zumindest Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoff mit drei Kohlenstoffatomen pro Molekül enthaltenden Einsatzstromes vorgeschlagen. Der Einsatzstrom wird in verdichtetem Zustand unter Verwendung zumindest zweier Kühler, die auf zueinander unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben werden, über zumindest zwei Kühlschritte unter Erhalt zumindest eines ersten und eines zweiten Kondensatstroms und zumindest eines ersten und eines zweiten Restgasstroms teilweise verflüssigt. Der Restgasstrom eines Kühlschrittes wird jeweils in den darauffolgenden Kühlschritt eingespeist. Jeder Kondensatstrom wird bei der teilweisen Verflüssigung gegenüber dem Einsatzstrom an Wasserstoff abgereichert an dem Kohlenwasserstoff angereichert und jeder Restgasstrom wird gegenüber dem Einsatzstrom an Wasserstoff angereichert und an dem Kohlenwasserstoff abgereichert. Ein flüssiger, überwiegend aus dem Kohlenwasserstoff bestehender C3-Produktstrom wird aus den Kondensatströmen gebildet und ein gasförmiger, überwiegend aus dem Wasserstoff bestehender Gasproduktstrom wird unter Verwendung zumindest eines der Restgasströme gebildet. Ein Teil zumindest eines der Kondensatströme wird mit einem Teil zumindest eines der Restgasströme zusammengeführt und unter Entspannung als internes Kältemittel für zumindest einen der Kühlschritte (bzw. Kühler) verwendet. Die Entspannung kann dabei vor und/oder nach der Zusammenführung erfolgen.
Analog dem eingangs geschilderten Verfahren, wird auch in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Rohstoffstrom in zumindest einem der Kühler unterkühlt, mit einem Teil des Gasproduktstromes vereinigt, entspannt und als Kältemittel für den Kühler verwendet. Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren besteht darin, dass unabhängig von der Menge, des Druckes und der Zusammensetzung des Rohstoffstroms die Trennung des Einsatzstromes durchgeführt werden kann, da die Energiebilanz über eine Verdichtung des Einsatzstromes stromauf des Kühlers und eine Abkühlung auf ein natürliches Umgebungstemperaturniveau geschlossen werden kann. Das entspannte interne Kältemittel kann vorteilhafterweise - gegebenenfalls mit weiteren gasförmigen Entnahmeströmen - wieder in den Einsatzstrom zurückgeführt werden, bevor dieser verdichtet wird. Dadurch ist das Verfahren deutlich flexibler steuerbar als herkömmliche Verfahren und kann beispielsweise auf schwankende Mengen hinsichtlich gasförmigem Einsatzstrom und/oder flüssigem Rohstoffstrom sowie andere schwankende Prozessbedingungen wie z.B. ungünstige Druck- und/oder Temperaturniveaus, die den Wärmeaustausch zwischen kondensierendem Einsatzstrom und verdampfendem Rohstoffstrom erschweren, angepasst werden.
Bevorzugt erfolgen zumindest ein erster Kühlschritt von einem hohen Eingangstemperaturniveau (beispielsweise Temperatur der natürlichen Atmosphäre bzw. Umgebung, z.B. 10 Ό bis 50 O) auf ein mittle res Temperaturniveau, das in einem Bereich von -40 G bis +10 O, vorzugsweise v on -40 Ό bis -10 O, liegt und zumindest ein zweiter Kühlschritt auf ein niedriges Temperaturniveau, das in einem Bereich von -130 Ό bis -80 O, vorzugsweise von -1 10 Ό bis -90 O, liegt. Dies ermöglicht eine weitgehende Abtrennung des Kohlenwasserstoffs von dem Wasserstoff bereits auf dem mittleren Temperaturniveau, beispielsweise im ersten Kondensatstrom.
In einigen Ausgestaltungen der Erfindung werden zur Erreichung des niedrigen Temperaturniveaus nur Stoffströme, die aus dem flüssigen Rohstoffstrom gebildet werden, verwendet. Zur Erreichung des mittleren Temperaturniveaus kann zusätzlich ein extern erzeugtes bzw. von extern zugeführtes Kältemittel verwendet werden. Dadurch kann gegebenenfalls vorhandene Prozesskälte vorteilhaft integriert werden und die Energiebilanz auf einfache Weise geschlossen werden, ohne Kältemittel auf dem niedrigen Temperaturniveau zu benötigen.
Vorteilhafterweise erfolgen der erste und der zweite Kühlschritt durch Gegenstromwärmetausch, insbesondere des kondensierenden Einsatzstroms und des verdampfenden Rohstoffstroms. Dadurch kann die Energiebilanz weitgehend verfahrensintern geschlossen werden.
Bevorzugt wird der zweite Restgasstrom des zweiten Kühlschrittes unter Erhalt weiterer Kondensat- und Restgasströme zumindest einer Expansion unterworfen. Dadurch kann dem Verfahren Energie entzogen und diese in Form von mechanischer Energie genutzt werden, beispielsweise um Pumpen oder Verdichter anzutreiben. Das interne Kältemittel wird bevorzugt aus einem Teil des zweiten Kondensatstroms und einem Teil des Restgasstroms, der expandiert wurde, gebildet. Dadurch weist das gebildete interne Kältemittel besonders vorteilhafte Prozessbedingungen hinsichtlich Temperatur und Zusammensetzung auf und kann optimal für die unterstützende Kühlung des zweiten Kondensatstroms verwendet werden.
Vorteilhafterweise werden mehrere oder alle Kondensatströme zu einem Sammelstrom zusammengefasst, und der Sammelstrom unter Bildung eines Flash-Gases und des C3-Produktstromes einer Gasabscheidung unterworfen. Dadurch ergeben sich Synergieeffekte und Einsparpotentiale in Bezug auf benötigte Rohrleitungen, Isolierungen und dergleichen.
Insbesondere werden der C3-Produktstrom, der Gasproduktstrom und das Flash-Gas auf ein Temperaturniveau erwärmt, das dem Temperaturniveau des Einsatzstromes entspricht. Dadurch geht keine Kälte verloren, was energetisch besonders günstig ist.
Da es sowohl für das Flash-Gas als auch für das interne Kältemittel gewünscht ist, das Fluid wieder in den Einsatzstrom zurückzuführen, um die Ausbeute des Verfahrens zu erhöhen, können diese beiden Ströme an geeigneter Stelle zusammengeführt werden und gemeinsam zum Einsatzstrom zurückgeführt werden, bevor dieser verdichtet wird.
Der Gasproduktstrom wird bevorzugt zumindest teilweise für die Bereitstellung des Einsatzstromes verwendet, insbesondere indem der Gasproduktstrom zumindest teilweise in den Rohstoffstrom gemischt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn für die Erzeugung des Einsatzstroms aus dem Rohstoffstrom im Zuge des Dehydrierprozesses Wasserstoff als Verdünnungsmedium benötigt wird. Dieser Wasserstoff muss nicht aus einer separaten Quelle zugeführt werden, sondern kann aus dem ohnehin anfallenden Gasprodukt bereitgestellt werden. Durch das Einmischen eines Teils des Gasproduktstroms in den Rohstoffstrom auf dem niedrigsten Temperaturniveau (nach Unterkühlung des Rohstoffstroms) kann der Rohstoffstrom im Übrigen effizienter für die Kühlung des Einsatzstromes verwendet werden.
Eine erfindungsgemäße Anlage zur Auftrennung eines zumindest Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoff mit drei Kohlenstoffatomen pro Molekül enthaltenden Einsatzstromes weist zumindest zwei Wärmetauscher auf, von denen zumindest einer auf einem mittleren und zumindest einer auf einem niedrigen Temperaturniveau betreibbar ist, und die dazu eingerichtet sind, den Einsatzstrom nach dem Gegenstromprinzip zu kühlen. Zudem umfasst sie zumindest zwei Phasentrennvorrichtungen, die jeweils dazu eingerichtet sind, einen teilweise verflüssigten Strom in einen Kondensatstrom und einen Restgasstrom aufzuspalten, sowie Mittel, die dazu eingerichtet sind, einen Teil zumindest eines der Kondensatströme mit einem Teil zumindest eines der Restgasströme zu einem internen Kältemittel zu vereinigen und das interne Kältemittel nach Entspannung zumindest einem der Wärmetauscher zuzuführen. Die Entspannung erfolgt vor oder nach der Zusammenführung bzw. Vereinigung von jeweiligem Kondensat- und Restgasstrom. Damit ist die Anlage im Wesentlichen dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen sowie weitere Aspekte der Erfindung und deren Vorteile mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage. Ausgestaltungen der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Anlage 100, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, schematisch dargestellt. Die Anlage 100 weist unter anderem einen warmen Wärmetauscher 120, einen kalten Wärmetauscher 130 sowie mehrere Gasabscheider 142, 144, 146, 148 auf.
Ferner umfasst die Anlage 100 in dem dargestellten Beispiel eine Bereitstellungseinheit 110, die dazu eingerichtet ist, einen Einsatzstrom 1 zu erzeugen, der zumindest Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoff mit drei oder vier Kohlenstoffatomen pro Molekül (hier und nachfolgend wird dieser beispielhaft in Bezug auf drei Kohlenstoffatome pro Molekül auch als C3 bezeichnet) enthält. Insbesondere handelt es sich bei dem Kohlenstoff um Propen. Die Bereitstellungseinheit 110 kann beispielsweise als Reaktor ausgeführt sein, der zur Durchführung einer Propan- Dehydrierungsreaktion eingerichtet ist. Dazu ist der Reaktor 110 mit einem Katalysator bestückt und wird mit einem oder mehreren Rohstoffströmen 18, 19, die dem Reaktor zumindest Propan zuführen, beschickt.
Die Dehydrierungsreaktion erfolgt in der Bereitstellungseinheit 110 typischerweise bei geringem Druck wie z.B. 50 kPa bis -500 kPa. Der Einsatzstrom 1 wird stromauf des Wärmetauschers 120 mit einem Verdichter, der Teil der Bereitstellungsanlage 110 sein kann, auf einen Enddruck von 1 MPa bis 1 ,8 MPa verdichtet. Es erfolgen ggf. außerdem einige Feinreinigungsschritte des Gases, wie zum Beispiel die Entfernung von H2S, Wasser und Chlor.
Unabhängig von dessen Ursprung wird der zumindest Wasserstoff und C3 enthaltende Einsatzstrom 1 dem warmen Wärmetauscher 120 zugeführt und in diesem gegen andere Stoffströme gekühlt. Beispielsweise wird der Einsatzstrom 1 auf einem hohen Temperaturniveau, das im Wesentlichen einer natürlichen Umgebungstemperatur von beispielsweise zwischen 10 O und 40 O, insbesonde re zwischen 15 °C und 25 Ό, entspricht, in den warmen Wärmetauscher 120 eingespeist und diesem bei einem mittleren Temperaturniveau in einem Bereich von -10 0 bis -40 O, beispielsweise bei einem mittleren Temperaturniveau von -15 O, -25 O oder -35 O, als gekühlter Einsatzstrom 2 entnommen. Durch die Abkühlung in dem Wärmetauscher 120 kondensiert ein Teil der Komponenten des Einsatzstromes 1 , so dass der gekühlte Einsatzstrom ein Gemisch aus zumindest einer Flüssigkeit und einem Gas ist. Der gekühlte Einsatz 2 wird einem Gasabscheider 142 zugeführt und dort in einen ersten Restgasstrom 3 und einen ersten Kondensatstrom 7 getrennt. Der erste Restgasstrom 3 ist aufgrund der unterschiedlichen Dampfdrücke von Wasserstoff und C3 gegenüber dem Einsatzstrom 1 an Wasserstoff angereichert und an C3 abgereichert, während es sich bei dem ersten Kondensatstrom 7 genau anders herum verhält. Der erste Restgasstrom 3 wird dem kalten Wärmetauscher 130 zugeführt und dort von dem mittleren Temperaturniveau auf ein Tieftemperaturniveau (im Rahmen der Offenbarung auch als niedriges Temperaturniveau bezeichnet), das beispielsweise in einem Bereich von -80 °C bis -140 O liegt, abgekühlt. Dabei wird wiederum ein Teil der Komponenten des ersten Restgasstromes 3 kondensiert und dem kalten Wärmetauscher 130 somit ein unterkühlter Restgasstrom 4 entnommen, der zumindest eine Flüssigphase und eine Gasphase enthält. Der unterkühlte Restgasstrom 4 wird in einem zweiten Gasabscheider 144 in einen zweiten Restgasstrom 5 und einen zweiten Kondensatstrom 8 aufgetrennt. Der zweite Restgasstrom 5 ist gegenüber dem ersten Restgasstrom 3 an Wasserstoff angereichert und an C3 abgereichert, während der zweite Kondensatstrom 8 gegenüber dem ersten Restgasstrom 3 an Wasserstoff abgereichert und an C3 angereichert ist.
In dem gezeigten Beispiel wird der zweite Restgasstrom 5 einem Expander bzw. einer Turbine zugeführt, hier beispielsweise als Turbine 150 ausgeführt. Der Turbine 150 wird ein entspannter Restgasstrom 6 entnommen, der aufgrund der in der Turbine 150 abgegebenen Energie wiederum teilweise verflüssigt ist. Der entspannte Restgasstrom 6 wird in einem dritten Gasabscheider 146 wiederum in einen dritten Restgasstrom 11 und einen dritten Kondensatstrom 9 aufgetrennt. Der dritte Kondensatstrom 9 ist wiederum gegenüber dem zweiten Restgasstrom 5 an Wasserstoff abgereichert und an C3 angereichert, der dritte Restgasstrom 11 ist dementsprechend gegenüber dem zweiten Restgasstrom 5 an Wasserstoff angereichert und an C3 abgereichert. Im Sinne der Erfindung ist der Einsatz des Expanders jedoch optional. Alternativ entfallen Turbine 150, Gasabscheider 146 und Kondensatstrom 9. Entsprechend wären Restgasstrom 5 und 11 identisch. Als weitere Alternative könnte der Expander 150 lediglich als Drosselventil ausgeführt werden.
Die drei verschiedenen Kondensatströme 7, 8 und 9 werden, gegebenenfalls unter Erwärmung in dem kalten Wärmetauscher 130 auf das mittlere Temperaturniveau zusammen in einen vierten Gasabscheider 148 geführt, in dem ein bei den eingestellten Bedingungen verdampfender vierter Restgasstrom, der hier als Flash- Gas Strom 12 bezeichnet wird, abgetrennt wird. Auf Seite der Flüssigphase wird ein Flüssigproduktstrom 10, der im Wesentlichen aus C3 besteht, entnommen und über eine Pumpe 149 zumindest durch den warmen Wärmetauscher 120 befördert.
Ein Teil des dritten Restgasstromes 11 , der hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, wird durch den kalten und warmen Wärmetauscher 130, 120 erwärmt und als Gasprodukt 20 entnommen. In einigen Ausgestaltungen kann ein Teil des Gasprodukts 20 zu der Bereitstellungseinheit zurückgeführt werden, insbesondere für Spülzwecke, beispielsweise während einer Katalysatorregeneration. Ein weiterer Teil 14 des dritten Restgasstromes 11 wird mit einem Teil 13 des zweiten Kondensatstromes 8 unter Entspannung beider Ströme rückvermischt, als internes Kältemittel 15 über den kalten Wärmetauscher 130 erwärmt/verdampft und stromauf des warmen Wärmetauschers 120 mit dem Flash-Gas 12 rückvermischt und als Mischstrom 17 in dem warmen Wärmetauscher 120 weiter erwärmt. Der Mischstrom 17 wird vorzugsweise in den Einsatzstrom 1 zurückgeführt, um die Ausbeute an C3 im Flüssigproduktstrom 10 insgesamt zu erhöhen.
Der Reaktor 110 benötigt, wie bereits erwähnt einen Rohstoffstrom 19, der Propan enthält. Dieser Rohstoffstrom wird in dem gezeigten Beispiel zunächst als flüssiger Rohstoffstrom 18 bereitgestellt. Der flüssige Rohstoffstrom 18 wird in dem warmen Wärmetauscher 120 und optional auch in dem kalten Wärmetauscher 130 unterkühlt und mit einem dritten Teil 16 des dritten Restgasstromes 11 vermischt, bevor er als gemischter Rohstoffstrom 19 wieder über den warmen 120 bzw. beide Wärmetauscher 130 und 120 erwärmt und in den Reaktor 110 eingespeist wird. Insbesondere wird der flüssige Rohstoffstrom 18 dabei nach der Unterkühlung in dem warmen Wärmetauscher 120 und/oder dem kalten Wärmetauscher 130 entspannt, beispielsweise über ein oder mehrere Drosselventile. Durch die Entspannung des unterkühlten flüssigen Rohstoffstroms 18 sowie die Hinzumischung von Restgasstrom (16) bei niedriger Temperatur wird thermische Energie aus dem flüssigen Rohstoffstrom 18 in Volumenarbeit umgesetzt, so dass der gemischte Rohstoffstrom 19 vor der Erwärmung in dem jeweiligen Wärmetauscher 120, 130 auf einem Temperaturniveau liegt, das wesentlich niedriger ist als das des entsprechenden unterkühlten flüssigen Rohstoffstroms 18. Somit wird die Verdampfungswärme des flüssigen Rohstoffstroms 18 als Hauptkältequelle für die Teilkondensation des Einsatzstroms 1 sowie des ersten Restgasstromes 3 genutzt. Für den kalten Wärmetauscher 130 ist die zusätzliche Nutzkälte des internen Kältemittels 15 entscheidend, jedoch kann auch hier Verdampfungswärme durch den unterkühlten flüssigen Rohstoffstrom 18 entzogen werden.
Der flüssige Rohstoffstrom kann beispielsweise bei einem Druckniveau in einem Bereich von 1 ,5 MPa bis 2,5 MPa bereitgestellt werden. Stromab des bzw. der Wärmetauscher(s) weist der gasförmige Rohstoffstrom 19 beispielsweise ein Druckniveau im Bereich von 200 kPa bis 500 kPa auf. Stromab des Reaktors und stromauf des Verdichters der Bereitstellungseinheit 110 liegt der Einsatzstrom 1 beispielsweise auf einem Druckniveau im Bereich von ca.
100 kPa bis 200 kPa, stromab des Verdichters und stromauf des warmen Wärmetauschers 120 auf einem Druckniveau im Bereich von beispielsweise 1 MPa bis 1 ,8 MPa vor.
Alle Ströme weisen grundsätzlich stromauf von Ventilen aufgrund von Druckverlusten über das jeweilige Ventil einen entsprechend höheren Druck auf, als die jeweiligen Ströme stromab des jeweiligen Ventils. Insbesondere wird ein explizit beschriebener Druckabfall bzw. ein sich aus den unterschiedlichen Druckniveaus von ineinander übergeleiteten Strömen ergebender Druckabfall durch das jeweilige Ventil realisiert.
Insgesamt kommt zumindest der kalte Wärmetauscher 130 ohne extern gekühltes Kältemittel aus. Die hier benötigte Kühlleistung wird somit über den Druckunterschied zwischen dem Einsatzstrom 1 (bzw. der daraus übrigbleibende Restgasstrom 3) auf der einen Seite und dem gemischten Rohstoffstrom 19 sowie dem internen Kältemittel 15 auf der anderen Seite bereitgestellt. Zur Druckerhöhung von Einsatzstrom 1 können ein oder mehrere Verdichter stromauf des warmen Wärmetauschers 120 vorgesehen sein ().
Auf dem mittleren Temperaturniveau kann bei Bedarf ein externes Kältemittel 21 verwendet werden. Dadurch können variable Mengen und/oder Temperaturen des Einsatzstromes 1 bzw. des flüssigen Rohstoffstroms 18 kompensiert werden.
Wie bereits erwähnt, kann die Anlage 100 auch zur Auftrennung eines Einsatzstromes, der zumindest Wasserstoff und einen vier Kohlenstoffatome pro Molekül enthaltenden Kohlenwasserstoff (C4), insbesondere 1 -Buten, 2-Buten, 1 ,3-Butadien und/oder Butan, enthält, verwendet werden. Die zuvor geschilderten Merkmale und Vorteile der Anlage 100, die zur Auftrennung eines C3 umfassenden Einsatzstromes 1 gelten für C4 entsprechend. Die dazu eingestellten Temperaturniveaus können sich dabei jedoch unterscheiden.
Es ist zu erwähnen, dass bei jedem Kühlschritt auch, je nach Energiebilanz und - bedarf, mehrere Tauscher eingesetzt werden können, d.h., dass die jeweiligen abzukühlenden und anzuwärmenden Ströme auch auf 2, 3, 4 oder mehr Tauscher verteilt werden können.
Ferner ist anzumerken, dass das Verfahren nicht auf die hier erläuterten zwei Kühlschritte beschränkt ist. d.h., es können auch zusätzlich dazu noch ein, zwei oder mehr Zwischentemperaturniveaus (beispielsweise bei ca. -50 Ό bis -90 O) und ein, zwei oder mehr weitere Wärmetauscher und entsprechende Abscheidevorrichtungen zum Einsatz kommen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Auftrennung eines zumindest Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoff mit drei bis vier Kohlenstoffatomen pro Molekül enthaltenden Einsatzstromes (1), der aus einem Rohstoffstrom (18) gebildet wird, wobei der Einsatzstrom (1) in verdichtetem Zustand unter Verwendung zumindest zweier Kühler (120, 130), die auf zueinander unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben werden, über zumindest zwei Kühlschritte unter Erhalt zumindest zweier Kondensatströme (7, 8, 9) und zumindest zweier Restgasströme (3, 5, 11) teilweise verflüssigt wird, wobei der Restgasstrom (3, 5) eines Kühlschrittes jeweils in den darauffolgenden Kühlschritt eingespeist wird, und wobei jeder Kondensatstrom (7, 8, 9) gegenüber dem Einsatzstrom (1) an Wasserstoff abgereichert und an dem Kohlenwasserstoff angereichert wird und jeder Restgasstrom (3, 5, 11) gegenüber dem Einsatzstrom (1) an Wasserstoff angereichert und an dem Kohlenwasserstoff abgereichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (13) zumindest eines der Kondensatströme (7, 8, 9) mit einem Teil (14) zumindest eines der Restgasströme (11) unter Entspannung zusammengeführt und als internes Kältemittel (15) für zumindest einen der Kühlschritte bzw. Kühler (120, 130) verwendet und zumindest teilweise zu dem Einsatzstrom (1) zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zumindest ein erster Kühlschritt auf ein mittleres Temperaturniveau, das in einem Bereich von -40 °C bis +10 O, vorzugsweise von -40 Ό bis -10 O, liegt und zumin dest ein zweiter Kühlschritt auf ein niedriges Temperaturniveau, das in einem Bereich von -130 Ό bis -
80 Ό, vorzugsweise von -110 Ό bis -90 Ό, liegt, erfolgen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zur Erreichung zumindest des niedrigen Temperaturniveaus nur aus dem Rohstoffstrom (18) gebildete Stoffströme (11 , 13, 14, 15, 16, 18), verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 wobei zur Erreichung des mittleren Temperaturniveaus ein nicht verfahrensintern bereitgestelltes Kältemittel (21) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste und der zweite Kühlschritt durch Gegenstromwärmetausch erfolgen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Restgasstrom (5) des zweiten Kühlschrittes unter Erhalt weiterer Kondensat- (9) und Restgasströme (11) zumindest einer Expansion unterworfen wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das interne Kältemittel (15) aus einem Teil (13) zumindest eines der Kondensatströme (8) und einem Teil (14) zumindest eines der Restgasströme (11) gebildet wird, wobei der Kondensatstrom (8) in einem Verfahrensschritt gebildet wird, der stromauf des Verfahrensschrittes erfolgt, in dem der Restgasstrom (11) gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrere oder alle Kondensatströme (7, 8, 9) jeweils zumindest teilweise zu einem Sammelstrom zusammengefasst werden, und der Sammelstrom unter Bildung eines Flash- Gases (12) und eines Flüssigproduktstromes (10) einer Gasabscheidung unterworfen wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Flüssigproduktstrom (10), ein überwiegend Wasserstoff enthaltender Gasproduktstrom (20), der aus einem Teil zumindest eines der Restgasströme gebildet wird, und das Flash-Gas (12) auf ein Temperaturniveau erwärmt werden, das dem Temperaturniveau des Einsatzstromes (1) entspricht.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Flash-Gas (12) zumindest teilweise in den Einsatzstrom (1) zurückgeführt wird. 11. Anlage (100) zur Auftrennung eines zumindest Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoff mit drei bis vier Kohlenstoffatomen pro Molekül enthaltenden Einsatzstromes (1) mit zumindest zwei Wärmetauschern (120, 130), von denen zumindest einer (120) auf einem mittleren und zumindest einer (130) auf einem niedrigen Temperaturniveau betreibbar ist, und die dazu eingerichtet sind, den Einsatzstrom (1) nach dem Gegenstromprinzip zu kühlen, und mit zumindest zwei Phasentrennvorrichtungen (142, 144, 146, 148), die jeweils dazu eingerichtet sind, einen teilweise verflüssigten Strom (2, 4, 6) in einen Kondensatstrom (7, 8, 9) und einen Restgasstrom (3, 5, 11) aufzuspalten, gekennzeichnet durch
Mittel, die dazu eingerichtet sind, einen Teil (13) zumindest eines der Kondensatströme (7, 8, 9) mit einem Teil (14) zumindest eines der Restgasströme (5,
11 , zu einem internen Kältemittel (15) unter Entspannung zu vereinigen und das interne Kältemittel (15) zumindest einem der Wärmetauscher (120, 130) zuzuführen.
12. Anlage (100) nach Anspruch 11 , die ferner Mittel aufweist, die die Anlage (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ertüchtigen.
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