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DE10140584A1 - Verfahren zum Abtrennen einer C2-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion mit gleichzeitiger C3+-, C4+- und/oder C5+-Gewinnung - Google Patents

Verfahren zum Abtrennen einer C2-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion mit gleichzeitiger C3+-, C4+- und/oder C5+-Gewinnung

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Publication number
DE10140584A1
DE10140584A1 DE2001140584 DE10140584A DE10140584A1 DE 10140584 A1 DE10140584 A1 DE 10140584A1 DE 2001140584 DE2001140584 DE 2001140584 DE 10140584 A DE10140584 A DE 10140584A DE 10140584 A1 DE10140584 A1 DE 10140584A1
Authority
DE
Germany
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rich fraction
demethanizer
head
deethanizer
fraction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2001140584
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to DE2001140584 priority Critical patent/DE10140584A1/de
Priority to NO20023887A priority patent/NO20023887L/no
Publication of DE10140584A1 publication Critical patent/DE10140584A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abtrennen einer C¶2¶-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion mit gleichzeitiger C¶3+¶-, C¶4+¶- und/oder C¶5+¶-Gewinnung, wobei die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion entspannt, mehrstufig partiell kondensiert und in wenigstens einem Demethanizer und wenigstens einem Deethanizer aufgetrennt wird, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden zeitweilig, insbesondere dann, wenn eine Abnahme der gewonnenen C¶2¶-reichen Fraktion nicht erfolgt, eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen a) bis d) und eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen e) bis g) durchgeführt: DOLLAR A a) Erhöhung der Temperatur des dem Demethanizer (M) aufgegebenen Rücklaufstromes (2, 3''') um bis zu 20 K, vorzugsweise um 10 bis 15 K DOLLAR A b) Verringerung oder Unterbrechung der Menge des dem Demethanizer (M) aufgegebenen Rücklaufstromes (2, 3''') DOLLAR A c) Erhöhung der Temperatur der der Entspannung (T) zugeführten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (3'') um bis zu 20 K, vorzugsweise um 10 bis 15 K DOLLAR A d) Erhöhung der Sumpftemperatur des Demethanizers (M) um bis zu 15 K, vorzugsweise um 5 bis 10 K DOLLAR A e) Erhöhung der Kopftemperatur des Deethanizers (E) um bis zu 30 K, vorzugsweise um 15 bis 25 K DOLLAR A f) Erhöhung der Sumpftemperatur des Deethanizers (E) um bis zu 15 K, vorzugsweise um 5 bis 10 K DOLLAR A g) zumindest teilweise Zuführung der am Kopf des Deethanizers (E) abgezogenen C¶2¶-reichen Fraktion (10'') zu der am Kopf des Demethanizers (M) abgezogenen C¶1¶-reichen Fraktion (11, 11').

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer C2-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion mit gleichzeitiger C3+-, C4+- und/oder C5+- Gewinnung, wobei die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion entspannt, mehrstufig partiell kondensiert und in wenigstens einem Demethanizer und wenigstens einem Deethanizer aufgetrennt wird.
  • Kommt es bei gattungsgemäßen Verfahren zum Abtrennen einer C2-reichen Fraktion zu einer Unterbrechung der Abnahme dieser C2-reichen Fraktion aus dem Prozess, kann der Betrieb der gleichzeitigen C3+-, C4+- und/oder C5+-Gewinnung nur dadurch aufrecht erhalten werden, indem die C2-reiche Fraktion wenigstens zu einem großen Teil abgefackelt und damit ungenutzt vernichtet wird.
  • Diese Situation tritt besonders häufig während der Inbetriebnahme von neuen Anlagen auf. Derartige Anlagen werden oftmals im Wesentlichen durch die vorgenannten höherwertigen C3+-, C4+- sowie C5+-Produkte amortisiert. Diese, als Flüssigkeiten anfallenden Produktströme können im Gegensatz zu der abgetrennten C2-reichen Fraktion kostengünstig in atmosphärischen gekühlten Tanks (zwischen)gelagert werden.
  • Kommt es daher zu einer Unterbrechung der Abnahme der gewonnenen C2-reichen Fraktion und soll gleichzeitig die Produktion bzw. Gewinnung der C3+- Kohlenwasserstoffe aufrecht erhalten werden, so muss die C2-reiche Fraktion - wie beschrieben - abgefackelt und damit vernichtet werden. Dies bedeutet zum einen einen Wertstoffverlust und stellt zum anderen eine Schädigung der Umwelt dar.
  • Prinzipiell wäre es zwar möglich, derartige gattungsgemäße Verfahren auch für die alleinige Gewinnung einer C3+-reichen Fraktion auszulegen, jedoch erfordert dies ein grundlegend geändertes Anlagendesign, woraus wiederum erhebliche Mehrkosten resultieren würden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer C2-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion mit gleichzeitiger C3+-, C4+- und/oder C5+-Gewinnung anzugeben, das auch bei der Unterbrechung der Abnahme der gewonnen C2-reichen Fraktion wirtschaftlich arbeitet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zeitweilig, insbesondere dann, wenn eine Abnahme der gewonnenen C2+-reichen Fraktion nicht erfolgt, eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen a) bis d) und eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen e) bis g) durchgeführt werden:
    • a) Erhöhung der Temperatur des dem Demethanizer aufgegebenen Rücklaufstromes um bis zu 20 K, vorzugsweise um 10 bis 15 K
    • b) Verringerung oder Unterbrechung der Menge des dem Demethanizer aufgegebenen Rücklaufstromes
    • c) Erhöhung der Temperatur der der Entspannung zugeführten Kohlenwasserstoffreichen Fraktion um bis zu 20 K, vorzugsweise um 10 bis 15 K
    • d) Erhöhung der Sumpftemperatur des Demethanizers um bis zu 15 K, vorzugsweise um 5 bis 10 K
    • e) Erhöhung der Kopftemperatur des Deethanizers um bis zu 30 K, vorzugsweise um 15 bis 25 K
    • f) Erhöhung der Sumpftemperatur des Deethanizers um bis zu 15 K, vorzugsweise um 5 bis 10 K
    • g) Zumindest teilweise Zuführung der am Kopf des Deethanizers abgezogenen C2- reichen Fraktion zu der am Kopf des Demethanizers abgezogenen C1-reichen Fraktion.
  • Die Maßnahme a) lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass das Fremdkälteangebot für die Abkühlung der aufzutrennenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion - also des Rohgases - verringert wird; gleiches gilt für die Maßnahme c).
  • Wird wenigstens eine der Maßnahmen a) bis d) realisiert, so reduziert sich die C2+- Konzentration im Sumpf des Demethanizers auf etwa 70 bis 85% der Designmenge, was eine entsprechende Entlastung des dem Demethanizers nachgeschalteten Deethanizers zur Folge hat.
  • Die Maßnahme e) lässt sich beispielsweise durch eine Verringerung der Rücklaufmenge des Deethanizers auf etwa 25 bis 40% des Designwertes realisieren. Die Maßnahme f) kann durch eine Erhöhung der Heizleistung des Aufkochens erreicht werden; dadurch wird die C2+-Konzentration im Sumpf des Deethanizers im Wesentlichen konstant gehalten, so dass die nachfolgenden Fraktionierungsschritte ungestört weiterbetrieben werden können.
  • Bei der zumindest teilweisen Zuführung der am Kopf des Deethanizers abgezogenen C2-reichen Fraktion zu der am Kopf des Demethanizers abgezogenen C1-reichen Fraktion - Maßnahme g) - kommen eine oder mehrere Pumpen zum Einsatz. Vorzugsweise werden hierbei zwischen 60 und 80% der am Kopf des Deethanizers abgezogenen C2-reichen Fraktion der am Kopf des Demethanizers abgezogenen C1- reichen Fraktion zugeführt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Realisierung der vorgenannten Maßnahmen der Druck im Demethanizer konstant gehalten, während der Druck im Deethanizer angehoben werden kann.
  • Während bei normaler Verfahrensweise etwa 99,9% der C3-Kohlenwasserstoffe, die im Einsatz- bzw. Rohgas enthalten sind, gewonnen werden, werden im Falle der entsprechend der Erfindung veränderten Betriebsweise noch etwa 97,7% der C3- Kohlenwasserstoffe im Sumpf des Demethanizers gewonnen. Der Verlust an C3- Kohlenwasserstoffen beschränkt sich somit auf ca. 2% und ist daher nahezu vernachlässigbar. Allerdings werden auf Grund der höheren Temperatur im Deethanizer ca. 20 bis 50% des C3-Produktes mitkondensiert und gelangen dadurch in das sog. Sales- bzw. Verkaufsgas. Nunmehr kann jedoch die gesamte C2-reiche Fraktion in die C1-reiche Fraktion - dies ist das sog. Verkaufsgas - zurückgeführt werden, wodurch keine diesbezüglichen Verluste entstehen.
  • Zwar erhöht sich bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise der Kältemittelbedarf im Kondensator des Deethanizers um etwa 20 bis 50%, da jedoch die Kondensationstemperatur nicht ansteigt, wird kein größerer Kondensator benötigt. Allerdings ist es erforderlich, diesen Apparat hydraulisch für die bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise anfallende größere Kältemittelmenge auszulegen.
  • Um das erfindungsgemäße Verfahren bei Neuanlagen oder bereits existierenden Anlagen realisieren zu können, ist als einziges zusätzlichen Equipment lediglich eine sog. C2-Injektionspumpe vorzusehen, um - wie bereits erläutert - die überschüssige C2-reiche Fraktion in das Verkaufsgas zu fördern bzw. zurückzuführen. Wenn allerdings höhere C3+-Ausbeuten für diesen Fall gefordert sind, kann der Druck des Deethanizers angehoben werden; gleichzeitig muss die Auslegung des Deethanizer- Kopfkondensators sowie -Aufkochers angepasst werden.
  • Die erforderlichen (zusätzlichen) Investitionskosten halten sich somit in engen Grenzen. Des Weiteren ist anzumerken, dass bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise etwa 20 bis 50% weniger Kältemittel, als dies im Designfall erforderlich ist, auf der Niederdruckstufe des Kältemittelkreislaufes benötigt werden. Zudem erhöht die dem Verkaufsgas zugemischte C2-reiche Fraktion den Heizwert des Verkaufsgases, weshalb dieses teurer verkauft werden kann und sich somit ein geldwerter Vorteil einstellt.
  • Da in einigen Staaten aufgrund entsprechend strenger Umweltrichtlinien ein Abfackeln der C2- oder C2+-reichen Fraktion nicht erlaubt ist und bei einer Unterbrechung der Abnahme dieser Fraktion die gesamte Anlage stillgelegt werden müsste, wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überhaupt erst ein Weiterbetrieb der Anlage auch bei einer Unterbrechung der Abnahme des C2-Produktes ermöglicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche sind, seien im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Über Leitung 1 wird die zu zerlegende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion - das sog. Rohgas - dem Prozess zugeführt und in dem Wärmetauscher E1 gegen anzuwärmende Verfahrensströme, auf die im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, sowie ggf. gegen einen oder mehrere, in der Figur der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Kältemittel und/oder Zwischenheizungen des Demethanizers M abgekühlt, partiell kondensiert, in Flüssig- und Gasphase getrennt (Ströme 2 bzw. 3) und - eventuell nach einer kälteleistenden Entspannung bzw. mit oder ohne weitere Abkühlung im Wärmetauscher E1 - dem Demethanizer M zugeführt. In der Figur nicht dargestellt sind die in den Leitungen 2 und/oder 3' ggf. vorzusehenden Entspannungsventile.
  • Über Leitung 12 wird dem Demethanizer M ein Rücklaufstrom, der im Wärmetauscher E1 ab- bzw. unterkühlt wird, zugeführt.
  • Am Kopf des Demethanizers M wird eine C1-reiche Fraktion - das sog. Verkaufsgas - gewonnen und über Leitung 11 abgezogen. Diese Fraktion wird im Wärmetauscher E1 gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und über Leitung 11' beispielsweise einer ein- oder mehrstufigen, in der Figur nicht dargestellten Verdichtung und anschließend einer Pipeline zugeführt.
  • Die Sumpfheizung des Demethanizers M sei durch die Leitung 4 sowie den darin angeordneten Wärmetauscher E2 dargestellt.
  • Aus dem Sumpf des Demethanizers M wird über Leitung 5 eine C2+-reiche Flüssigfraktion abgezogen und nach einer Entspannung, die der Übersichtlichkeit halber ebenfalls in der Figur nicht dargestellt ist, dem Kopf des Deethanizers E zugeführt.
  • Auch der Deethanizer E weist eine Sumpfheizung auf, die durch die Leitung 6 sowie den darin angeordneten Wärmetauscher E3 dargestellt ist.
  • Aus dem Sumpf des Deethanizers E wird über Leitung 7 eine C5+-reiche Flüssigfraktion abgezogen und ggf. einer Nachbehandlung, wie beispielsweise einer weiteren ein- oder mehrstufigen Zerlegung, zugeführt.
  • Am Kopf des Deethanizers E wird über Leitung 8 eine C2-reiche Gasfraktion abgezogen, im Wärmetauscher E4 partiell kondensiert und dem Abscheider D2 zugeführt.
  • Am Kopf des Abscheiders D2 wird eine C2-reiche Produktfraktion über Leitung 9 abgezogen und - ggf. nach einer Anwärmung, CO2-Entfemung mit Einstellung des Wassertaupunktes - einer Ethylenanlage als Rohstoff zugeführt.
  • Aus dem Sumpf des Abscheiders D2 wird über Leitung 10 eine C2-reiche Fraktion abgezogen und im Normalbetrieb über Leitung 10' mittels der Pumpe P1 als Rücklauf auf den Kopf des Deethanizers E zurückgegeben.
  • Im Falle der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nunmehr zumindest ein Teilstrom der aus dem Sumpf des Abscheiders D2 über Leitung 10 abgezogenen C2-reiche Fraktion über die Leitung 10" sowie die darin angeordnete Pumpe P2 der aus dem Kopf des Demethanizer M über Leitung 11 abgezogenen C1-reichen Gasfraktion zugeführt.
  • Die Zuführung der C2-reichen Fraktion über Leitung 10" zu dem Verkaufsgas erfolgt hierbei an einer von der Temperatur geeigneten Stelle während der Anwärmung der über Leitung 11 am Kopf des Demethanizers M abgezogenen Verkaufsgasfraktion. Dadurch wird die Kältenutzung der zugeführten C2-reichen Flüssigfraktion maximiert und gleichzeitig der Fremdkältebedarf auf der Niederdruckseite verringert. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die im Regelfall vorzusehende Verdichtung des Verkaufsgases geringfügig höher belastet werden kann.
  • Alternativ dazu kann die C2-reiche Flüssigfraktion dem Verkaufsgas auch erst nach dessen Verdichtung und vor dem der Verdichtung nachgeschalteten Kühler zugeführt werden, woraus jedoch eine wesentlich höhere Wellenleistung der Pumpe P2 resultieren würde. Diese Verfahrensführung hätte den Vorteil, dass der Kühlmittelbedarf des Verkaufsgaskühlers verringert wird und der Verkaufsgasverdichter keine höhere Belastung erfährt. Denkbar wäre zudem eine Kombination aus den beiden vorbeschriebenen Verfahrensvarianten.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abtrennen einer C2-reichen Fraktion aus einer Kohlenwasserstoffreichen Fraktion mit gleichzeitiger C3+-, C4+- und/oder C5+-Gewinnung, wobei die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion entspannt, mehrstufig partiell kondensiert und in wenigstens einem Demethanizer und wenigstens einem Deethanizer aufgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zeitweilig, insbesondere dann, wenn eine Abnahme der gewonnenen C2-reichen Fraktion nicht erfolgt, eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen a) bis d) und eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen e) bis g) durchgeführt werden:
a) Erhöhung der Temperatur des dem Demethanizer (M) aufgegebenen Rücklaufstromes (2, 3''') um bis zu 20 K, vorzugsweise um 10 bis 15 K
b) Verringerung oder Unterbrechung der Menge des dem Demethanizer (M) aufgegebenen Rücklaufstromes (2, 3''')
c) Erhöhung der Temperatur der der Entspannung (T) zugeführten Kohlenwasserstoffreichen Fraktion (3") um bis zu 20 K, vorzugsweise um 10 bis 15 K
d) Erhöhung der Sumpftemperatur des Demethanizers (M) um bis zu 15 K, vorzugsweise um 5 bis 10 K
e) Erhöhung der Kopftemperatur des Deethanizers (E) um bis zu 30 K, vorzugsweise um 15 bis 25 K
f) Erhöhung der Sumpftemperatur des Deethanizers (E) um bis zu 15 K, vorzugsweise um 5 bis 10 K
g) Zumindest teilweise Zuführung der am Kopf des Deethanizers (E) abgezogenen C2-reichen Fraktion (10") zu der am Kopf des Demethanizers (M) abgezogenen C1-reichen Fraktion (11, 11').
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass mehrere der unter a) bis d) oder e) bis g) genannten Maßnahmen durchgeführt werden, diese zeitgleich oder zumindest zeitweilig überlappend durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise Zuführung der am Kopf des Deethanizers (E) abgezogenen C2-reichen Fraktion (10") zu der am Kopf des Demethanizers (M) abgezogenen C1-reichen Fraktion (11, 11') (Maßnahme g)) mittels Einsatzes einer oder mehrerer Pumpen (P2) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Realisierung der Maßnahme g) zwischen 60 und 80% der am Kopf des Deethanizers (E) abgezogenen C2-reichen Fraktion (10") der am Kopf des Demethanizers (M) abgezogenen C1-reichen Fraktion (11, 11') zugeführt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Demethanizer (M) unverändert bleibt, während der Druck im Deethanizer (E) ebenfalls unverändert bleibt oder angehoben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der am Kopf des Deethanizers (E) abgezogenen C2-reichen Fraktion (10") zu der am Kopf des Demethanizers (M) abgezogenen C1-reichen Fraktion (11, 11') vor und/oder nach einer möglichen Verdichtung der C1-reichen Fraktion erfolgt.
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