DE4334256C2 - Verfahren zum Gewinnen einer C¶2¶H¶4¶-reichen Produktfraktion aus einer kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzfraktion - Google Patents
Verfahren zum Gewinnen einer C¶2¶H¶4¶-reichen Produktfraktion aus einer kohlenwasserstoffhaltigen EinsatzfraktionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen einer C2H4-reichen Produktfraktion
aus einer gereinigten und getrockneten, kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzfraktion,
wobei die kohlenwasserstoffhaltige Einsatzfraktion in einer Tieftemperatureinheit
mittels einer ein- oder mehrstufigen partiellen Kondensation in eine C1+-reiche sowie
H2-reiche Fraktion aufgetrennt wird.
Verfahren zum Zerlegen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischen, insbesondere
von Erdgas, sind seit längerem bekannt. Wie bei dem aus der DE-OS 34 41 307
bekannten Verfahren zur Abtrennung einer C2+-Kohlenwasserstofffraktion aus unter
erhöhtem Druck stehendem Erdgas mittels Rektifikation, wird das Erdgas nach einer
ersten partiellen Kondensation in eine Rektifizierkolonne geleitet, in der eine
Auftrennung in eine Methan-Fraktion und eine C2+-Kohlenwasserstofffraktion erfolgt.
Die für die Rektifikation erforderlichen Werte der Temperatur und des Drucks werden
durch Wärmeaustausch und zweistufige arbeitsleistende Entspannung erzielt. Oftmals
ist solch einer Erdgaszerlegungsanlage eine weitere Anlage zum Weiterverarbeiten der
C2+-Kohlenwasserstofffraktion nachgeschaltet. Handelt es sich dabei beispielsweise
um eine Anlage zur Gewinnung von Ethylen, so durchläuft die C2+-Kohlenwasserstoff
fraktion aus der Erdgaszerlegungsanlage zunächst eine C2/C3-Trennstufe.
Anschließend werden die C2-Kohlenwasserstoffe einer Crackung unterworfen und im
Anschluss daran wiederum mittels einer rektifikatorischen Tieftemperaturzerlegung
zunächst von H2 und CH4 befreit, bevor in einer C2H4/C2H6-Trennstufe eine C2H4-
Produktfraktion gewonnen werden kann. Diese Vorgehensweise benötigt jedoch
mindestens zwei Tieftemperaturanlagen sowie weitere, diesen nachgeschaltete
Trennstufen. Zur Bereitstellung der benötigten Kälte innerhalb dieser
Tieftemperaturanlagen sind entsprechend der DE-OS 34 41 307 mehrere
Entspannungsturbinen notwendig. In vielen Fällen wird zudem ein zusätzlicher Propan-
Kältekreislauf benötigt. Für die Kältebereitstellung innerhalb der Tieftemperaturzer
legung einer Ethylanlage findet ein Propan- oder ein Propylen- und ein Ethylen-
Kältekreislauf Verwendung.
Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der
Technik zu vermeiden, insbesondere ein Verfahren zum Gewinnen einer C2H4-
Produktfraktion anzugeben, das verringerte Investitions- und Betriebskosten mit sich
bringt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass
- a) die C1+-reiche Fraktion gemeinsam mit der H2/C2H4/C2H6-reichen Fraktion aus den Verfahrensschritten d) und e) in eine C1/C2-Trennstufe, in der C1- Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff rektifikatorisch entfernt werden, geführt,
- b) die C2+-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt a) in eine C2/C3-Trennstufe, in der C3+-Kohlenwasserstoffe entfernt werden, geführt,
- c) die C2-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt b) in eine C2H4/C2H6- Trennstufe, in der die C2H4-reiche Produktfraktion gewonnen wird, geführt,
- d) die C2H6-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt c) einem Crackprozess zugeführt,
- e) die H2/C2H4/C2H6-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt d) nach einer Wäsche, einer Hydrierung und einer Trocknung in der Tieftemperatureinheit, der die kohlenwasserstoffhaltige Einsatzfraktion zugeführt wird, einer ein- oder mehrstufigen partiellen Kondensation unterworfen und
- f) anschließend vor der Zuführung in die C1/C2-Trennstufe (Verfahrensschritt a) mit der C1+-reichen Fraktion vermischt wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren
besteht nun darin, dass das Gesamtverfahren nur einen Tieftemperaturanteil sowie die
daran anschließenden notwendigen C1/C2- bzw. C2/C3- und C2C4/C2C6-Trennstufen
aufweist. Dies bedeutet zum einen, dass sich der benötigte Platzbedarf für eine mit
diesem Verfahren arbeitende Anlage verringert und dass zum anderen auf Grund der
geringeren Zahl von Verdichtern, Kolonnen, Abschneidern und Wärmeaustauschern
die Investitionskosten sinken. Darüber hinaus verringern sich jedoch auch die
laufenden Betriebskosten, da innerhalb des Tieftemperaturbereiches nunmehr auf
Entspannungsturbinen verzichtet werden kann.
Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen davon seien anhand der Fig. 1 näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Über
Leitung 1 wird der Verdichtereinheit A Erdgas zugeführt, das zunächst von dem
Lieferdruck von etwa 10 bar auf etwa 30 bar verdichtet wird. Diese Verdichtung erfolgt
in der Regel mittels eines einstufigen Verdichters. Anschließend wird das verdichtete
Erdgas mittels Kühlluft abgekühlt und einer CO2-Abtrenneinheit B zugeführt. Die
Entfernung von CO2 aus dem verdichteten Erdgas kann auf vielfache, dem Fachmann
bekannte Art und Weise erfolgen. In der Regel wird dazu jedoch eine chemische
Wäsche eingesetzt. Mittels chemischer Wäschen lässt sich der CO2-Gehalt im Erdgas
bis auf etwa 50 ppm reduzieren. Daran anschließend wird das Erdgas über die Leitung
1" der Trocknereinheit C zugeführt. In der Trocknereinheit C wird das Erdgas zunächst
wiederum vorgekühlt, wobei die Vorkühltemperatur durch die Erdgaszusammensetzung
bestimmt wird. Anschließend wird das Erdgas adsorptiv von Wasser gereinigt. Dazu
bietet sich eine aus mindestens zwei Adsorbern bestehende
Druckwechseladsorptionsanlage an, wobei ein Adsorber auf Adsorption geschaltet ist,
während der zweite Adsorber regeneriert wird. Bei Verwendung eines entsprechenden
Adsorptionsmittels kann der größte Teil des noch im Erdgas verbliebenen CO2
ebenfalls adsorptiv entfernt werden. Das nunmehr gereinigte und getrocknete Erdgas
wird über Leitung 2 einer Tieftemperatureinheit D zugeführt. In dieser wird das Erdgas
mittels ein- oder mehrstufiger partieller Kondensation soweit zerlegt, bis nahezu die
gesamte Ethan- sowie schwerere Kohlenwasserstofffraktionen und ein Teil der Methan-
Fraktion kondensiert ist. Der Tieftemperatureinheit D wird zusätzlich über die Leitung 4
ein ebenfalls vorbehandeltes, wobei auf die einzelnen Vorbehandlungsschritte später
eingegangen wird, H2/C2H4/C2H6-reiches Spaltgas zugeführt. Dieses wird ebenfalls
einer ein- oder mehrstufigen partiellen Kondensation unterworfen bis nahezu die
gesamte Ethan- und Ethylen-Fraktion kondensiert ist. Die in den einzelnen
Kondensationsstufen gewonnenen gasförmigen Fraktionen bilden letztendlich eine H2-
reiche Gasfraktion, das sogenannte Fuelgas. Sämtliche in der Tieftemperatureinheit D
gewonnenen Kondensatfraktionen des Erdgases bzw. des Spaltgases werden der
C1/C2-Trennstufe E über Leitung 12 bzw. 11 zugeführt. Die C1/C2-Trennstufe E
besteht im wesentlichen aus einer Rektifizierkolonne, der die innerhalb der
Tieftemperatureinheit D anfallenden Kondensatströme an den entsprechenden Stellen
zugeführt werden. Am Kopf der Rektifizierkolonne wird eine gasförmige Fraktion,
bestehend im wesentlichen aus Methan über Leitung 6 abgeführt. Diese gasförmige
Fraktion bildet das sogenannte Salesgas. Die C2+-Kohlenwasserstofffraktion vom
Sumpf der Rektifizierkolonne wird über Leitung 13 der C2/C3-Trennstufe F zugeführt.
Die C2/C3-Trennstufe F besteht wiederum im wesentlichen aus einer
Rektifizierkolonne, die im Gegensatz zu der Rektifizierkolonne der C1/C2-Trennstufe E,
die bei etwa 26 bar arbeitet, bei etwa 24 bar arbeitet. Am Sumpf der Kolonne fällt ein
C3+-Kohlenwasserstofffraktion an, die über Leitung 14 abgeführt wird. Diese C3+-
Kohlenwasserstofffraktion kann in weiteren Trennstufen in C3-, C4- bzw. C5+-
Kohlenwasserstofffraktionen zerlegt werden. Ein Teil der gewonnenen C3-Fraktion
deckt die mechanischen Verluste des C3-Kältekreislaufs. Der Hauptanteil dieser
Propanreichen Fraktion kann der Crack- und Quencheinheit H zur Olefinerzeugung
zugeführt werden. Die am Kopf der Rektifizierkolonne der C2/C3-Trennstufe F
anfallende C2-Kohlenwasserstofffraktion wird über Leitung 15 der C2H4/C2H6-
Trennstufe G zugeführt. Die C2H4/C2H6-Trennstufe G besteht wiederum im
wesentlichen aus einer Rektifizierkolonne, die bei etwa 19 bar arbeitet. Am Kopf dieser
Rektifizierkolonne fällt die C2H4-Produktfraktion an und wird über Leitung 7
abgezogen. Die am Sumpf der Rektifizierkolonne anfallende C2H6-Fraktion wird über
Leitung 3 einer Crack- und Quencheinheit H zugeführt. Zwischen den Einheiten G und
H wird in der Regel ein C2H6-Puffer vorgesehen, der im Falle einer kurzfristigen
Verringerung der Erdgasmenge ein Abschalten der Crack- und Quencheinheit
verhindert. Zudem kann mittels des in ihm gespeicherten C2H6 das Wiederanfahren
der Anlage schneller von statten gehen. Der Hauptbestandteil dieser Crack- und
Quencheinheit H sind Pyrolyseöfen, die zum thermischen Spalten (Cracken) von
Kohlenwasserstoffen dienen. Pyrolyseöfen zum Spalten von Kohlenwasserstoffen sind
z. B. in der DE-OS 41 28 521 bzw. in der LINDE-Fachzeitschrift "BERICHTE AUS
TECHNIK UND WISSENSCHAFT", Heft 66, 1991, Seite 9 bis 15 beschrieben. Das die
Crack- und Quencheinheit H verlassende Spaltgas wird über Leitung 3' einer Wasser-
Abtrenneinheit K zugeführt. In dieser wird das Spaltgas bis unter den Taupunkt des
Wassers abgekühlt, so daß zusammen mit dem Wasser Koksteile, Teer und schwerere
Kohlenwasserstoffdestillate aus dem Spaltgas entfernt werden. Bevor das gereinigte
Spaltgas nun über Leitung 3" der Hydriereinheit L zugeführt wird, wird es mehrstufig,
vorzugsweise fünfstufig, auf etwa 37 bar verdichtet. Nach jeder der Verdichterstufen
wird das Spaltgas vor dem Zuleiten in die nächste Verdichterstufe abgekühlt und die
dabei gewonnen Kondensate entfernt. Diese Kondensate bestehen im wesentlichen
aus Wasser und schwereren Kohlenwasserstoffen. Die Kohlenwasserstoffe können
selbstverständlich ebenfalls den bereits erwähnten Trennstufen für die C3+-
Kohlenwasserstofffraktionen zugeführt werden. In der Hydriereinheit L findet eine
katalytische Hydrierung des Spaltgases statt um im Spaltgas vorhandenes Acetylen
selektiv zu Ethylen umzuwandeln. Die Hydriereinheit L besteht dabei im wesentlichen
aus einem isothermisch arbeitenden Röhrenreaktor. Der Katalysator befindet sich in
der Regel im Inneren der Reaktorrohre. Die Kühlung der Reaktorröhre erfolgt mittels
verdampfenden Methanols, wobei das Methanol wiederum nach Abtrennung des
flüssigen Methanols gegen Kühlluft kondensiert wird. Das aus der Hydriereinheit
austretende H2/C2H4/C2H6-reiche Spaltgas wird nach einer Vorkühlung (nicht
dargestellt) und einer adsorptiven Trocknung (nicht dargestellt) über Leitung 4, wie
bereits beschrieben, der Tieftemperaturtrenneinheit D zugeführt. Die für die Gewinnung
der C2H4-Produktfraktion in den C1/C2-, C2/C3- bzw. C2H4/C2H6-Trennstufen E, F
bzw. G sowie der Tieftemperatureinheit D bereitgestellten Propan- oder Propylen- und
Ethylenkältekreisläufe ermöglichen es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, auf die
ansonsten benötigten Entspannungsturbinen zu verzichten, da diese Kältekreisläufe
auch für die Zerlegung des Erdgases noch genügend Kälte bereitstellen.
Claims (3)
1. Verfahren zum Gewinnen einer C2H4-reichen Produktfraktion aus einer gereinigten
und getrockneten, kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzfraktion, wobei die
kohlenwasserstoffhaltige Einsatzfraktion in einer Tieftemperatureinheit mittels
einer ein- oder mehrstufigen partiellen Kondensation in eine C1+-reiche sowie H2-
reiche Fraktion aufgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- a) die C1+-reiche Fraktion gemeinsam mit der H2/C2H4/C2H6-reichen Fraktion aus den Verfahrensschritten d) und e) in eine C1/C2-Trennstufe, in der C1- Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff rektifikatorisch entfernt werden, geführt,
- b) die C2+-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt a) in eine C2/C3-Trennstufe, in der C3+-Kohlenwasserstoffe entfernt werden, geführt,
- c) die C2-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt b) in eine C2H4/C2H6- Trennstufe, in der die C2H4-reiche Produktfraktion gewonnen wird, geführt,
- d) die C2H6-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt c) einem Crackprozess zugeführt,
- e) die H2/C2H4/C2H6-reiche Fraktion aus dem Verfahrensschritt d) nach einer Wäsche, einer Hydrierung und einer Trocknung in der Tieftemperatureinheit, der die kohlenwasserstoffhaltige Einsatzfraktion zugeführt wird, einer ein- oder mehrstufigen partiellen Kondensation unterworfen und
- f) anschließend vor der Zuführung in die C1/C2-Trennstufe (Verfahrensschritt a) mit der C1+-reichen Fraktion vermischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der C2H6-Gehalt der
kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzfraktion mindestens 10 Mol-%, vorzugsweise 20 Mol-%,
insbesondere 30 Mol-% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im
Verfahrensschritt b) anfallenden C3+-Kohlenwasserstoffe rektifikatorisch in schwere
Kohlenwasserstoffkomponenten zerlegt und diese zumindest teilweise ebenfalls
dem Crackprozess zugeführt werden.
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DE4128521A1 (de) * | 1991-08-28 | 1993-03-04 | Selas Kirchner Gmbh | Pyrolyseofen zum thermischen spalten von kohlenwasserstoffen |
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- 1994-10-06 RU RU94039276/04A patent/RU2130448C1/ru not_active IP Right Cessation
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RU94039276A (ru) | 1996-09-10 |
RU2130448C1 (ru) | 1999-05-20 |
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