Verfahren zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen aus einem Kohlenwasserstoffgemisch, welches ebenfalls Komponenten enthalten kann, die leichter sieden als Methan, wird der Rohgasstrom partiell kondensiert und in eine gasförmige und eine flüssige Fraktion getrennt.
Die flüssige Fraktion wird in eine Trennsäule geleitet, wo eine weitere Auftrennung stattfindet, und das am Kopf der Trennsäule anfallende Restgas wird in eine Rückwaschkolonne geleitet, in welcher unter Verwendung des Restgases als Rücklauf tiefsiedende Komponenten aus der abgetrennten, gasförmigen Fraktion ausgewaschen werden. Für die Deckung des Kältebedarfs dieses Verfahrens wird ein Teil des Restgases der Trennsäule, vor der Zufuhr zur Rückwaschkolonne, abgezweigt und kälteleistend entspannt. Nach Wärmetausch mit abzukühlenden Verfahrensströmen wird dieser Teilstrom dem Restgasstrom der Trennsäule wieder zugemischt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen aus einem leichte und schwere Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls leichter als Methan siedende Komponenten enthaltenden Gasstrom, bei dem der unter erhöhtem Druck stehende Gasstrom abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt wird und bei dem die flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im wesentlichen schwersiedende Komponenten enthaltenden Produktstrom und einen überwiegend leichter siedende Komponenten enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, und die nach der partiellen Kondensation abgetrennte gasförmige Fraktion einer Rückwaschkolonne zugeführt wird, in der mit bei der Rektifikation gewonnenem Restgas nach dessen teilweiser Kondensation schwersiedende Kohlenwasserstoffe aus der gasförmigen Fraktion ausgewaschen werden und die im Sumpf der Rückwaschkolonne anfallende flüssige Fraktion der Rektifikation zugeführt wird.

[0002] Derartige Verfahren dienen vor allem der Entfernung von Ethan und Propan aus Kohlenwasserstoffgasgemischen, wie Erdgas oder Raffinerieabgasen. Ebenso ist eine Eignung dieser Verfahren für die Abtrennung von analogen ungesättigten Kohlenwasserstoffen wie Ethylen und Propylen gegeben. Raffinerieabgase enthalten derartige Kohlenwasserstoffe, womit ihre Aufarbeitung aufgrund gestiegener Marktpreise für C₃/C₄-Kohlenwasserstoff­gemische interessant geworden ist.

[0003] In der DE-OS 35 11 636 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, das der Abtrennung von C₂₊- bzw. C₃₊-Kohlenwasserstoffen aus einem Gasgemisch dient. Eine Rohgasstrom wird dabei im Gegenstrom zu anzuwärmenden Verfahrensströmen partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion geschieden. Die flüssige Fraktion, die im wesentlichen aus den schwersiedenden Kohlenwasserstoffkomponenten C₂₊ bzw. C₃₊ besteht, wird in eine Rektifiziersäule weitergeleitet, in der die leichtsiedenden Komponenten aus dieser Fraktion entfernt werden. Dabei fällt am Kopf der Rektifiziersäule eine Restgasfraktion an, die nach ihrer partiellen Kondensation in eine Rückwaschsäule geleitet wird, um dort aus der gasförmigen Fraktion des Abscheiders schwersiedende Komponenten auszuwaschen. Die in der Rückwaschsäule hierbei anfallende Sumpffraktion wird ebenfalls in die Rektifiziersäule eingespeist.

[0004] Die Rückwaschung dient der Ausbeuteerhöhung des Verfahrens, da durch diese Maßnahme sowohl aus der gasförmigen Fraktion des Abscheiders wie aus dem Restgas der Rektifiziersäule sonst nicht gewinnbare C₂₊- bzw. C₃₊-Komponenten erhalten werden können.

[0005] Nachteilig ist bei obigem Verfahren, daß die benötigte Prozeßtemperatur mittels einer Kälteanlage, gegebenenfalls einer Kältekaskade erzeugt werden muß. Dafür ist die kälteleistende Entspannung wenigstens eines Teiles der Restgasströme vorgesehen.

[0006] Ist beabsichtigt, die anfallenden Restgasströme weiter zu verarbeiten müssen hohe Drücke beibehalten werden. Die Kälteerzeugung geschieht in diesem Fall mit in geschlossenen Kreisläufen geführten Arbeitsmedien. Diese Prozeßvariante hat jedoch den Nachteil, daß sie außerordentlich aufwendig ist.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu verbessern, wobei insbesondere eine aufwendige Kälteerzeugung vermieden werden soll unter gleichzeitiger Beibehaltung hoher Drücke der Restgasströme.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bei der Rektifikation gewonnene Restgas nach seiner teilweisen Kondensation und vor seiner Zufuhr zur Rückwaschkolonne in eine gasförmige und eine flüssige Fraktion getrennt wird, und die flüssige Fraktion mindestens teilsweise kälteleistend entspannt, gegen partiell kondensierendes Restgas der Rektifiziersäule angewärmt und dem Restgasstrom der Rektifikation wieder zugemischt wird, während der verbliebene Teil der flüssigen Fraktion der Rückwaschsäule zugeführt wird.

[0009] Durch die Abzweigung eines Teils des kondensierten Restgasstroms, dessen Verwendung als Kältemedium und erneute Zumischung zum Restgasstrom der Rektifikation, kann unter Beibehaltung der hohen Restgasdrücke eine aufwendige Kältekaskade vermieden werden.

[0010] Die erneute Zumischung des als Kältemedium verwendeten Teils der flüssigen Fraktion des Restgasstromes zum Kopfprodukt der Rektifiziersäule bewirkt, daß die umlaufende Gesamtmenge größer ist als die eigentliche Kopfproduktmenge. Auf diese Neise kann die Kälteleistung des abgezweigten Teils des kondensierten Restgasstroms der Abkühlung weiterer Prozeßströme dienen.

[0011] Um die Drücke der einzelnen Restgasströme hoch zuhalten, beispielsweise für nachfolgende Trennschritte dieser Ströme, werden die Rückwaschkolonne sowie die Rektifiziersäule unter erhöhtem Druck betrieben.

[0012] In Ausgestaltung der Erfindung wird dafür der Druck des Restgases, welches der Rückwaschsäule zugeführt wird, dem Druck der Rückwaschkolonne angeglichen.

[0013] Damit wird sichergestellt, daß der über Kopf der Rückwaschsäule anfallende Restgasstrom unter erhöhtem Druck gewonnen wird, dessen Bereich zweckmäßig bis zum Rohgasdruck reicht. Das erhaltene Kopfprodukt kann somit ohne Verluste weiterer Abtrennung zugeführt werden.

[0014] Im Falle einer Kombination von H₂/C₃₊-Abtrennung trägt das ethanreiche Kopfprodukt der Rückwaschsäule wesentlich zur Erzielung eines ausreichenden Joule-Thompson-Effekts in der nachgeschalteten H₂-Reinigung bei.

[0015] Die Erfindung sieht darüber hinaus vor, daß vor der Vermischung von kälteleistend entspannter Fraktion mit dem Restgas der Rektifikation eine Druckangleichung beider Ströme stattfindet und der Gemischstrom dem Druck der Rückwaschkolonne angeglichen wird.

[0016] Die Angleichung der Drücke beider Ströme kann einerseits dadurch geschehen, daß einer von beiden auf den Druck des anderen entspannt wird, oder im entgegengesetzten Fall eine Erhöhung des Druckes des einen Stromes stattfindet.

[0017] In beiden Fällen wird jedoch im Anschluß daran eine Angleichung des Druckes an den Druck der Rückwaschsäule vorgenommen. Dies geschieht in der Regel durch Komprimierung des Gemischstromes, da das Druckniveau der Rückwaschkolonne über dem der Rektifiziersäule liegt.

[0018] Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Mengenverhältnis des kälteleistend entspannten Teils der flüssigen Fraktion sich zu dem Teil, welcher der Rückwaschsäule zugeführt wird, wie 0.43 - 2.3 : 1 verhält.

[0019] Mit diesem Verhältnis wird einerseits weiterhin eine effiziente Rückwaschung in der Rückwaschkolonne sichergestellt und gleichzeitig genügend Kältemedium zur Verfügung gestellt.

[0020] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Kombination unterschiedlicher Trennschritte von H₂ und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasgemischen, welche mit hohen Eingangsdrücken arbeiten. So können beispielsweise beliebige Kombination zweier Trennschritte, bestehend aus C₅₊-, C₃₊-, C₂₊- und H₂-Abtrennung, in besonders energiesparender und effizienter Weise betrieben werden.

[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren sei weiterhin beispielhaft anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1:

[0022] Ein unter erhöhtem Druck stehender Rohgasstrom wird über Leitung 1 herangeführt, durch indirekten Wärmetausch in Wärmetauscher E1 partiell kondensiert und in Abscheider D1 in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt. Die flüssige Fraktion wird über Leitung 3 abgezogen und nach Anwärmung in Wärmetauscher E1 in einen mittleren Bereich der Rektifikationssäule T entspannt. Die gasförmige Fraktion des Abscheiders wird mittels Leitung 2 und nach weiterer Abkühlung in Wärmetauscher E2 in den unteren Bereich der Rückwaschkolonne R eingespeist, in der weitere Komponenten durch Auswaschung aus der gasförmigen Fraktion gewonnen werden. Am Sumpf der Rückwaschkolonne wird über die Leitungen 7 und 8 die anfallende flüssige Fraktion abgezogen. Der Teil in Leitung 7 wird direkt in den oberen Bereich der Rektifikationssäule T entspannt, während der Teil des Sumpfprodukts in Leitung 8 zunächst in den Wärmetauschern E2 und E1 angewärmt wird, bevor er in einen mittleren Bereich der Rektifiziersäule entspannt wird. Im Sumpf der Rektifiziersäule fällt eine Produktfraktion an, welche über Leitung 10 abgezogen wird. Über Stichleitung 11 wird davon ein Teil abgezweigt, in Wärmetauscher E3 erwärmt und als Aufkochstrom in den Sumpf der Rektifiziersäule T zurückgeleitet. Am Kopf der Kolonne T fällt ein Restgasstrom an, welcher noch erwünschte schwere Komponenten enthält. Mittels Leitung 12 wird dieser Strom abgezogen in den Wärmetauschern E1 und E2 partiell kondensiert und in Abscheider D3 in eine gasförmige und eine flüssige Fraktion geschieden. Über Leitung 14 wird die flüssige Fraktion nach Kompression in Pumpe P zur Rückwaschung dem oberen Bereich der Rückwaschsäule R zugeführt. Vor der Kompression wird der Fraktion der Leitung 14 über Stichleitung 15 ein Teil abgezweigt kälteleistend entspannt, in den Wärmetauschern E2 und E1 gegen abzukühlende Ströme der Leitungen 1 (Rohgas) und 12 (Restgasstrom der Rektifiziersäule) erwärmt und nach Verdichtung in den Kompressoren C1 und C2 und erneuter Anwärmung in den Wärmetauschern E4 und E5 dem Kopfrestgasstrom der Rektifiziersäule T wieder zugemischt Das am Kopf der Rückwaschsäule R anfallende Restgas, bestehend aus leichtersiedenden Komponenten, wird nach Abzug mittels Leitung 4 mindestens teilweise in Wärmetauscher E6 partiell kondensiert. In Abscheider D2 erfolgt daraufhin eine Trennung in gasförmige und veflüssigte Anteile. Die gasförmig gebliebenen Anteile werden in Leitung 6 abgezogen, während die verflüssigten Anteile über Leitung 5, zusammen mit der gasförmigen Fraktion des Abscheiders D3 aus Leitung 13, aus dem System abgezogen werden. Die Ströme 9 des Wärmetauschers E1 sind Hilfskreisläufe für die Kälteerzeugung.

Figur 2:

[0023] Ein unter erhöhtem Druck stehender Rohgasstrom wird mittels Leitung 1, nach Abkühlung und partieller Kondensation durch indirekten Wärmetausch in Wärmetauscher E1, zum Abscheider D geleitet und dort in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt. Die flüssige Fraktion wird über Leitung 3 abgezogen, entspannt und nach Anwärmung in Wärmetauscher E1 in einen mittleren Bereich der Rektifiziersäule T geleitet. Die gasförmige Fraktion des Abscheiders wird mittels Leitung 2, nach weiterer Abkühlung in Wärmetausch E2 in den unteren Bereich der Rückwaschkolonne R eingespeist. Vom Sumpf der Rückwaschkolonne wird über die Leitungen 5 und 6 die anfallende flüssige Fraktion abgezogen. Die flüssige Fraktion der Leitung 5 wird entspannt, in Wärmetauscher E2 angewärmt und einem mittleren Bereich der Rektifiziersäule T aufgegeben, während der Anteil in Leitung 6 direkt in einen oberen Bereich der Rektifiziersäule entspannt wird. Die im Sumpf der Rektifiziersäule anfallende flüssige Fraktion wird über Leitung 7 entfernt. Ein Teil wird nach Anwärmung in Wärmetauscher E3 als Aufkochstrom in den Sumpf der Rektifiziersäule zurückgeleitet, der übrige Strom wird komprimiert P und nach Erwärmung in E1 abgegeben.

[0024] Das Kopfprodukt der Rektifiziersäule T, mittels Leitung 8 abgezogen, wird zunächst in E1 angewärmt, entspannt und mit dem komprimierten und erwärmten Strom der Leitung 9 vermischt, wonach in Leitung 10 das Gemisch weiter verdichtet wird in Kompressor C2, und eine Anwärmung im Wärmetauscher ES erfolgt. Nach Abkühlung und partieller Kondensation in den Wärmetauschern E1 und E2 wird der Strom der Leitung 10 in den Abscheideraum der Rückwasch­ kolonne R entspannt. Der Abscheideraum ist im oberen Bereich der Rückwaschkolonne R angeordnet und vom eigentlichen Rückwaschraum durch einen Kaminboden getrennt. Am Kopf des Abscheideraumes wird über Leitung 4 eine gasförmige Fraktion abgegeben und nach Anwärmung in E2 und E1 abgezogen. Die am Kaminboden anfallende flüssige Fraktion wird mittels Leitung 9 abgezogen und teilweis als Rücklauf auf den oberen Bereich des Rückwaschraumes aufgegeben. Der übrige Anteil wird, nach Entspannung und Anwärmung in E2 und E1, durch Kompressor C1 verdichtet, im Wärmetauscher E4 weiter erwärmt und mit dem entspannten Kopfprodukt der Rektifiziersäule T vermischt. Die Ströme 11 des Wärmetauschers E1 sind Hilfskreisläufe für die Kälteerzeugung.

[0025] Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines zahlenmäßigen Beispiels unter Einbeziehung der Numerierung der Figur 2 dargestellt.

	1	4	7	8	10
molarer Anteil (Rohgas)
H₂	0.35	0.5	-	0.01	0.01
N₂	0.03	0.04	-	0.01	0.0
CO	0.0	0.0	-	0.0	0.0
CH₄	0.31	0.44	-	0.68	0.68
C₂	0.2	0.01	0.65	0.3	0.31
C3+	0.11	-	0.35	-	-
p/bar	13.3	12.3	6.7	6.5	13.3
T/K	311	142	234	183	311

Ansprüche

1. Verfahren zur Abtrennung von Kohlenwasserstoffen aus einem leichte und schwere Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls leichter als Methan siedende Komponenten enthaltenden Gasstrom, bei dem der unter erhöhtem Druck stehende Gasstrom abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt wird und bei dem die flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im wesentlichen schwersiedende Komponenten enthaltenden Produktstrom und einen überwiegend leichtersiedende Komponenten enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, und die nach der partiellen Kondensation abgetrennte gasförmige Fraktion einer Rückwaschkolonne zugeführt wird, in der mit bei der Rektifikation gewonnenem Restgas nach dessen teilweiser Kondensation schwersiedende Kohlenwasserstoffe aus der gasförmigen Fraktion ausgewaschen werden und die im Sumpf der Rückwaschkolonne anfallende flüssige Fraktion der Rektifikation zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Rektifikation gewonnene Restgas nach seiner teilweisen Kondensation und vor seiner Zufuhr zur Rückwaschkolonne in eine gasförmige und eine flüssige Fraktion getrennt wird, und die flüssige Fraktion mindestens teilweise kälteleistend entspannt, gegen partiell kondensierendes Restgas der Rektifiziersäule angewärmt und dem Restgasstrom der Rektifikation wieder zugemischt wird, während der verbliebene Teil der flüssigen Fraktion der Rückwaschsäule zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Restgases, welches der Rückwaschsäule zugeführt wird, dem Druck der Rückwaschkolonne angeglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vermischung von kälteleistend entspannter, flüssiger Fraktion mit dem Restgas der Rektifikation eine Druckangleichung beider Ströme stattfindet und der Gemischstrom dem Druck der Rückwaschkolonne angeglichen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis des kälteleistend entspannten Teils der flüssigen Fraktion sich zu dem Teil, welcher der Rückwaschsäule zugeführt wird, wie 0.43 - 2.3 : 1 verhält.

Zeichnung