DE102009038456B4

DE102009038456B4 - Trennsequenz für Kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE102009038456B4
Application number: DE102009038456.1A
Authority: DE
Inventors: Tuat Pham Duc
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2029-08-22
Also published as: DE102009038456A1; CN101993322B; CN101993322A

Abstract

Verfahren zur Trennung von Kohlenwasserstoffen in einer Anlage zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz mittels thermischer oder katalytischer Spaltung mit oder ohne Dampf, wobei das als Rohgas (2) entstehende gasförmige Kohlenwasserstoffe enthaltende Produktgas der Spaltung (1) verdichtet und getrocknet wird, und als Einsatzstoff in eine Trennstufe (Front-End C₃/C₄-Trennung) geführt wird, in welcher das Rohgas (2) in eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal 3 Kohlenstoffatomen (C3-) und eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen (C4+) getrennt wird, und wobei die Front-End C₃/C₄-Trennung aus einem C4-Absorber (9) und einer Kolonne (Depropanizer) (10) besteht, in der Kohlenwasserstoffe mit mindestens vier Kohlenstoffatomen (C4+) als Sumpfprodukt abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal 3 Kohlenstoffatomen (C3-) in eine Trennstufe geführt wird, welche aus einer ersten Kolonne (12) und einer zweiten Kolonne (13) besteht, wobei die zweite Kolonne (13) zwei getrennte Abschnitte (13a, 13b) aufweist, wobei in der ersten Kolonne (12) eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal 2 Kohlenstoffatomen (C2-) als Kopfprodukt abgezogen wird und zu einer Tiefkühlung (14) geführt wird, in der vorwiegend aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen bestehende Kondensate (19, 20) gewonnen werden, wobei die Kondensate (19, 20) dem oberen Abschnitt (13a) der zweiten Kolonne (13) aufgegeben werden, wobei das Sumpfprodukt (C2/C3) der ersten Kolonne (12) dem unteren Abschnitt (13b) der zweiten Kolonne(13) aufgegeben wird, und wobei in den Kondensaten (19, 20) enthaltene Verunreinigungen von Methan und Wasserstoff im oberen Abschnitt (13a) der zweiten Kolonne (13) mit einem Gasprodukt aus dem unteren Abschnitt (13b) der zweiten Kolonne (13) ausgestrippt werden und wobei als Rücklauf für den unteren Abschnitt (13b) der zweiten Kolonne (13) ein Teil eines flüssigen Produkts aus dem oberen Abschnitt (13a) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Kohlenwasserstoffen in einer Anlage zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz mittels Spaltung, wobei das als Rohgas entstehende, gasförmige Kohlenwasserstoffe enthaltende, Produktgas der Spaltung verdichtet und getrocknet wird, und als Einsatzstoff in eine Trennstufe (Front-End C₃/C₄-Trennung) geführt wird, in welcher das Rohgas in einer Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit . maximal 3 Kohlenstoffatomen und einer Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen getrennt wird, und wobei die Front-End C₃/C₄-Trennung aus einem C₄-Absober und einer Kolonne (Depropanizer) besteht, in der Kohlenwasserstoffe mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen als Sumpfprodukt abgezogen werden.
In einer Anlage zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen, einer sogenannten Olefinanlage, werden die Kohlenwasserstoffe oder Olefine durch Spaltung kohlenwasserstoffhaltiger Einsätze erzeugt. Die kohlenwasserstoffhaltigen Einsätze liegen dabei entweder in der flüssigen oder gasförmigen Phase vor und werden mittels thermischer oder katalytischer Spaltung mit oder ohne Dampf in kürzerkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Das bei der Spaltung entstehende Gemisch aus vorwiegend kürzerkettigen Olefinen wird als Spaltgas oder Rohgas bezeichnet. Bei der Spaltung eines flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzes wird das Rohgas zumeist als Einsatz in eine Ölwäsche geführt. In der Ölwäsche wird das Rohgas abgekühlt und verbliebene längerkettige Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Kokspartikel und schwere Ölkomponenten, aus dem Rohgas heraus gewaschen. Anschließend wird das Rohgas zur weiteren Reinigung und Abkühlung in eine Wasserwäsche geführt und in der Rohgasverdichtung verdichtet. Bei der Spaltung eines gasförmigen kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzes kann zumeist auf die Ölwäsche verzichtet werden. Anschließend wird das Rohgas nach dem Stand der Technik in einer Laugenwäsche von weiteren Verunreinigungen, wie Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff, befreit und getrocknet.
Das gereinigte und getrocknete Rohgas besteht nunmehr aus einem Gemisch der gewünschten Olefinprodukte und Beiprodukte. Um die gewünschten Olefinprodukte verwerten zu können, muss das Gemisch in die einzelnen Olefinbestandteile getrennt werden.
Eine derartiges Verfahren zur Trennung von Kohlenwasserstoffen beginnt nach dem Stand der Technik entweder mit einer Trennstufe, in der Olefine mit höchstens 2 Kohlenstoffatomen von Olefinen mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen getrennt werden (Front-End C₂/C₃-Trennung), oder einer Trennstufe, in der Olefinen mit höchstens 3 Kohlenstoffatomen von Olefinen mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen (Front-End C₃/ C₄-Trennung) getrennt werden.
Beginnt die Trennsequenz mit einer Front-End C₂/C₃-Trennung wird die entstehende Olefinfraktion mit höchstens 2 Kohlenstoffatomen (C₂-Fraktion) nach einer katalytischen Hydrierung zur Entfernung von Azetylen zu einem Tieftemperaturzerlegungsteil geleitet, wo sie in ihren einzelnen Fraktionen zerlegt wird. Die C₂-Fraktion wird dabei von der Methan- und Wasserstofffraktion getrennt. Die verbleibende Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen (C₃₊-Fraktion) wird in eine Trennstufe geführt (Depropanizer), in der als Sumpfprodukt eine Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen (C₄₊-Fraktion) gewonnen wird. Über Kopf, wird im Depropanizer eine Olefinfraktion aus Kohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen (C₃-Fraktion) gewonnen. Die C₃-Fraktion wird anschließend ebenfalls vor ihrer Weiterverarbeitung katalytisch hydriert.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird eine Kohlenwasserstofffraktion, die aus Kohlenwasserstoffen besteht, die n Kohlenstoffatome aufweisen, als C_n-Fraktion bezeichnet. Besteht diese Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen, die mindestens n Kohlenstoffatome aufweisen, wird die Kohlenwasserstofffraktion als C_n+-Fraktion bezeichnet. Eine Fraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal n Kohlenstoffatomen wird als C_n--Fraktion bezeichnet. Dabei steht n für die natürlichen Zahlen 1, 2, 3, 4...
Eine Trennstufe, bei der Kohlenwasserstoffe mit 2 oder mehr Kohlenstoffatomen von Kohlenwasserstoffen mit 1 Kohlenstoffatom getrennt werden, wird im Rahmen dieser Anmeldung als Demethanizer bezeichnet. Eine Trennstufe mit einer C₃₊-Fraktion als Sumpfprodukt wird als Deethanizer bezeichnet. Entsprechend wird eine Trennstufe mit einer C₄₊-Sumpffraktion als Depropanizer bezeichnet.
Bei einer Trennsequenz nach dem Stand der Technik, die mit einer Front-End C₃/C₄-Trennung beginnt, erhält man bei dem Druck des verdichteten Rohgases eine C_3--Fraktion und eine C₃₊-Fraktion. Bei dem herrschenden vollen Rohgasdruck ist eine scharfe Trennung in eine C_3--Fraktion und eine C₄₊-Fraktion nach dem Stand der Technik nicht möglich, da die Sumpftemperatur so hoch wäre , dass verstärkt Polymerbildung und somit eine ungewünschte Belagsbildung auftreten würde. In der weiteren Trennsequenz nach dem Stand der Technik wird die C_3--Fraktion nach einer katalytischen Hydrierung zu einer C₂/C₃-Trennung geführt. Die C_3--Fraktion wird in eine C₃-Fraktion und eine C_2--Fraktion getrennt. Die C₄₊-Fraktion wird zu einer C3/C4 Trennung geleitet, wo sie in eine C₃-Fraktion sowie eine C₄₊-Fraktion getrennt und die entstandene C₃-Fraktion muss anschließend katalytisch hydriert werden.
Somit sind nach dem Stand der Technik sowohl bei einer Trennsequenz mit einer Front-End C₂/C₃-Trennung als auch bei einer Trennsequenz mit einer Front-End C₃/ C₄-Trennung 2 unabhängige katalytische Hydrierungsstufen mit dem entsprechenden Rohr-und Festbettreaktor notwendig.
In DE 10 2006 010 519 A1 wird ein alternatives Verfahren zur Trennung von Olefinen vorgeschlagen. DE 10 2006 010 519 A1 offenbart eine Trennsequenz mit einem bei vollem Rohgasdruck arbeitenden C₄-Absorber und einen Depropanizer, der bei einem Druck von 8 - 12 bar betrieben wird. Durch die Kombination aus C₄-Absorber und Depropanizer werden die Olefine in eine C_3--Fraktion und eine C₄₊-Fraktion getrennt. Die C_3--Fraktion wird dann vollständig verdichtet und zur katalytischen Hydrierung geführt, während die C₄₊-Fraktion zur Weiterverarbeitung ausgeführt wird. Die C_3--Fraktion wird nach der katalytischen Hydrierung einer C₂/C₃-Trennung unterzogen und in eine C_2--Fraktion und eine C₃-Fraktion getrennt. Die C_2--Fraktion wird als Einsatz in den Tieftemperaturtrennungsteil weitergeleitet, während die C₃-Fraktion zur Weiterverarbeitung geführt wird.
In US 6 077 985 A wird ein Verfahren zur Abtrennung und Gewinnung von Olefinen aus Pyrolyseöfen mit einer Integration von Deethanizer und Ethylenabtrennung in einer gemeinsamen Kolonne vorgeschlagen, wobei der unter Teil den Deethanizer darstellt und im oberen Teil die Ethylenabtrennung erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass der energetische und apparative Aufwand zur Trennung von Kohlenwasserstoffen minimiert wird.
Die gestellte Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird die Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal 3 Kohlenstoffatomen in eine Trennstufe geführt, welche aus einer ersten Kolonne, einer C₁/C₃-Trennung, und einer zweiten Kolonne, einer C₁/C₂/C₃-Trennung, besteht, wobei die zweite Kolonne zwei getrennte Abschnitte aufweist, wobei in der ersten Kolonne eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal zwei Kohlenstoffatomen als Kopfprodukt abgezogen und dem oberen Abschnitt der zweiten Kolonne aufgegeben wird und das Sumpfprodukt der ersten Kolonne, bestehend nur aus Kohlenwasserstoffen mit 2 und 3 Kohlenstoffatomen, dem unteren Abschnitt der zweiten Kolonne aufgegeben wird.
Erfindungsgemäß wird die C_3--Fraktion der ersten Kolonne aufgegeben. In dieser ersten Kolonne wird als Kopfprodukt eine C_2--Fraktion abgezogen. Das heißt die Kopffraktion der ersten Kolonne ist frei von Kohlenwasserstoffen mit drei Kohlenstoffatomen. Entsprechend entsteht in der ersten Kolonne eine Sumpffraktion, die kein Methan mehr enthält. Das heißt als Sumpffraktion wird eine C₂₊-Fraktion gewonnen, die aus Kohlenwasserstoffen mit zwei oder drei Kohlenstoffatomen besteht. Somit verteilen sich die Kohlenwasserstoffe mit 2 Kohlenstoffatomen auf das Kopf- und das Sumpfprodukt der ersten Kolonne. Das Kopfprodukt der ersten Kolonne wird . erfindungsgemäß dem oberen Abschnitt der zweiten Kolonne aufgegeben, während das Sumpfprodukt der ersten Kolonne erfindungsgemäß dem unteren Abschnitt der zweiten Kolonne aufgegeben wird. In der erfindungsgemäßen zweiten Kolonne wird als Sumpfprodukt des oberen Abschnitts die Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen und als Sumpfprodukt des unteren Abschnitts die Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen gewonnen. Dabei kann in der zweiten Kolonne das Kopfprodukt des unteren Abschnitts als Strippgas für den oberen Abschnitt verwendet werden, während ein Teil des flüssigen Sumpfprodukts des oberen Abschnitts als Rücklauf für den unteren Kolonnenabschnitt verwendet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Vereinigung von zwei Kolonnen in der zweiten Kolonne können somit Apparate, wie Kopfkondensatoren und Aufkocher, sowie ihre entsprechenden Verrohrungen gespart werden.
Bevorzugt wird der C₄-Absorber bei einem Druck zwischen 11 und 20 bar und Depropanizer bei einem Druck zwischen 8 und 12 bar betrieben, und das Kopfprodukt des C₄-Absorbers einer weiteren Verdichtungsstufe zugeführt. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird das Rohgas aus der 3. oder 4. Stufe der Rohgasverdichtung bei einem Druck zwischen 11 und 20 bar dem C4-Absorber aufgegeben. Der Depropanizer, wird bevorzugt bei einem Druck zwischen 8 und 12 bar betrieben, wodurch als Sumpfprodukt C₄₊-Fraktion gewonnen werden kann. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Front-End C₃/C₄₊-Trennung bevorzugt nach der 3. oder 4. Stufe der vier- oder fünfstufigen Rohgasverdichtung angeordnet. Bei einer Anordnung der Front-End C₃/C₄-Trennung nach der 3. oder 4. statt der letzten Stufe der Rohgasverdichtung ist der Energieverbrauch günstiger. Dabei wird das Rohgas nach der 3. oder 4. Stufe vorteilhafter Weise auf ca. 15 °C gegen Kühlwasser und Kältemittel abgekühlt. Dass sich dabei bildende Kondensat wird von der Gasphase getrennt. Kondensat und Gasphase werden dann in den Kondensat- und Gastrockner von Wasser befreit. Die Gasphase wird weiter gegen Kopfgas- und Sumpfprodukt des C₄-Absorbers abgekühlt, bevor sie in den Sumpf des C₄-Absorbers geführt wird. Das Kondensat wird nach dem Kondensattrockner direkt in den Depropanizer geführt. In den C₄-Absorber wird das Rohgas von Kohlenwasserstoffen mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen getrennt. Die so als Kopfprodukt entstandene C₃-Fraktion wird nach optionaler Anwärmung zur 5. Stufe der Verdichtung zur Weiterverdichtung geführt. Somit muss nicht das gesamte Rohgas sondern nur die C₃-Fraktion vollständig verdichtet werden. Das Sumpfprodukt des C₄-Absorbers wird in den Depropanizer entspannt. Der C₄-Absorber erhält vorteilhafter Weise den erforderlichen Rücklauf aus dem Kopfprodukt des Depropanizers. Im Depropanizer werden Kohlenwasserstoffe mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen von Kohlenwasserstoffen mit maximal 3 Kohlenstoffatomen getrennt. Die C₄₊-Fraktion wird als Sumpfprodukt gewonnen und in eine weitere Trennung geführt. Die C₃-Fraktion wird im Kopfkondensator des Depropanizers kondensiert und zurück zum C₄-Absorber geführt. Auf diese Weise wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung in der Front-End C₃/C₄-Trennung auch bei den genannten hohen Drücken eine saubere Trennung in eine C_3--Fraktion und eine C₄₊-Fraktion erreicht.
Bevorzugt wird das Kopfprodukt des C₄-Absorbers über eine Hydrierungsstufe für Kohlenwasserstoffe mit maximal 3 Kohlenstoffatomen in die erste Kolonne geführt. In der Hydrierungsstufe werden die, in der Kohlenwasserstofffraktion mit maximal 3 Kohlenstoffatomen enthaltenen, Acetylene und besonders Methylacetylen sowie Propadien in einem Schritt in einem isothermen Reaktor hydriert. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die vorteilhafte Hydrierung direkt nach der letzten Stufe der Verdichtung durchzuführen. Unmittelbar nach der Verdichtung ist die Temperatur der C₃-Fraktion geeignet für die nachgeschaltete Hydrierung, so dass, in dieser Ausgestaltung der Erfindung keine Gegenströmer zur Erwärmung der C_3--Fraktion und zur Abküklung der hydrierten C_3--Fraktion erforderlich sind.
Vorteilhafter Weise wird der obere Abschnitt der zweiten Kolonne als Demethanizer und der untere Abschnitt der zweiten Kolonne als Deethanizer betrieben. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die zweite Kolonne bevorzugt bei einem Druck zwischen 9 und 13 bar, besonders bevorzugt bei 9,5 bar, betrieben. Vorteilhafter Weise wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung der untere Abschnitt der zweiten Kolonne als Deethanizer betrieben, so dass die gemischte Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen und Kohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen aus dem Sumpf der ersten Kolonne in eine C₂-Fraktion und eine C₃-Fraktion zerlegt wird. Im unteren Abschnitt der zweiten Kolonne entsteht somit eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen, die kein Kohlenwasserstoffe mit 3 Kohlenstoffatomen enthält, und eine Kohlenwasserstofffraktion mit 3 Kohlenstoffatomen, die keine Kohlenwasserstoffe mit 2 Kohlenstoffatomen enthält. Ein Teil der C₂-Fraktion aus dem unteren Abschnitt der zweiten Kolonne wird dabei als Strippgas im oberen Abschnitt der zweiten Kolonne verwendet. Der Überschuss wird als gasfömiges C₂-Produkt aus dem Sumpf des oberen Abschnitts der zweiten Kolonne abgezogen. Als Rücklauf für den unteren Abschnitt der zweiten Kolonne kann ein Teil des flüssigen Produktes aus dem oberen Abschnitt verwendet werden. Der Überschuss wird als flüssiges C₂-Produkt aus dem Sumpf des oberen Abschnitts der zweiten Kolonne abgezogen.
Bevorzugt wird das Kopfprodukt der ersten Kolonne zu einer Tiefkühlung geführt, wobei in der Tiefkühlung eine Fraktion gewonnen wird, die zu über 90% aus Methan besteht, und eine Fraktion gewonnen wird, die überwiegend und bis zu 95% Wasserstoff besteht, und wobei die in der Tiefkühlung gewonnenen Kondensate dem oberen Abschnitt der zweiten Kolonne aufgegeben werden. In der Tiefkühlung werden bevorzugt Methan und Wasserstoff aus dem Kopfprodukt der ersten Kolonne herausgetrennt. Die gesammelten Kondensate der Tiefkühlung bestehen somit vorwiegend aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen, die noch leicht mit Methan und Wasserstoff verunreinigt sind. Diese Verunreinigungen von Methan und Wasserstoff werden aus der Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen im oberen Abschnitt der zweiten Kolonne ausgestrippt. Als Strippgas dient dabei vorteilhafter Weise das Gasprodukt aus dem unteren Abschnitt der zweiten Kolonne. Somit kann als Sumpfprodukt des oberen Abschnitts der zweiten Kolonne vorteilhafter Weise eine Kohlenwasserstofffraktion gewonnen werden, die Kohlenwasserstoffe nur mit 2 Kohlenwasserstoffatomen (Ethylen und Ethan) enthält und frei von Methan, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen ist.
Bevorzugt wird das Kopfprodukt des oberen Abschnitts der zweiten Kolonne in die Tiefkühlung zurückgeführt. Im Kopfprodukt des oberen Abschnitts der zweiten Kolonne befinden sich hauptsächlich Methan und Wasserstoff. Dieses Kopfprodukt wird zur Abkühlung der C_2--Fraktion in der Tiefkühlung und zur Abkühlung der C₃-Fraktion in der Vorkühlung angewärmt und dann als Heizgas verwendet.
Vorteilhafter Weise werden die Sumpfprodukte des oberen Abschnitts der zweiten Kolonne, bestehend neben einem kleinen Anteil an Ethan aus dem eigentlich zu gewinnendem Wertprodukt Ethylen, in eine dritte Kolonne (C₂-Splitter) geführt, in der Ethylen als Kopfprodukt und Ethan als Sumpfprodukt gewonnen wird, welches wieder als Einsatzstoff für die weitere Spaltung zurückgeführt wird.
Bevorzugt wird vom Sumpf des unteren Abschnittes der zweiten Kolonne eine Kohlenwasserstofffraktion mit 3 Kohlenstoffatomen abgezogen und als Einsatzstoff in eine vierte Kolonne (C₃-Splitter) geführt, in der Propylen als Kopfprodukt und Propan als Sumpfprodukt gewonnen.
Zusätzlich zu Ethylen lässt sich auch Propylen als Wertprodukt verwerten. Daher wird die C₃-Fraktion in den C₃-Splitter in Propylen und Propan getrennt. Das neben dem Wertprodukt Propylen gewonnene Propan wird ebenfalls wieder als Einsatzstoff für die weitere Spaltung zurückgeführt.
Bevorzugt wird die in der Tiefkühlung benötigte Kälte mit Ethylenkältemittel und Rückführgas, bestehend aus Methan und Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen, oder mit einem gemischten Kältemittel bestehend aus Kohlenwasserstoffen mit ein, mit zwei und mit drei Kohlenstoffatomen erzeugt.
Das vorliegende erfindungsgemäße Trennverfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch den Einsatz eines Kolonnensystems, bestehend aus einer ersten C₁/C₃-Kolonne und einer zweiten C₁/C₂/C₃-Kolonne bei einem Verfahren mit Front-End C₃/C₄ Trennung können zahlreiche apparative Einsparungen erzielt werden. Zum Einen vereinigt das erfindungsgemäße Verfahren zwei Trennschritte in der zweiten C₁/C₂/C₃-Kolonne, die bei niedrigem Druck betrieben wird. Dadurch entfallen die Aufkocher und Kondensatoren für eine Kolonne. Zum anderen wird nur eine Hydrierung für die gesamte C_3--Fraktion benötigt. Zusätzlich entfällt die Strippung der C₃-Fraktion, da das Sumpfprodukt aus dem unteren Abschnitt der zweiten Kolonne direkt in einen C₃-Splitter geführt werden kann.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Es zeigen

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung von Kohlenwasserstoffen
2 die zweite Kolonne des Ausführungsbeispieles aus 1

1 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung von Kohlenwasserstoffen in einer Anlage zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz mittels Spaltung. 2 zeigt die zweite Kolonne der Ausgestaltung aus 1. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird ein flüssiger kohlenwasserstoffhaltige Einsatz im Spaltofen 1 in Gemisch aus vorwiegend kürzerkettigen Kohlenwasserstoffen gespalten. Das als Spaltprodukt entstehende Rohgas 2 wird als Einsatz in eine Ölwäsche 3 geführt. In der Ölwäsche 3 wird das Rohgas 2 abgekühlt und verbliebene längerkettige Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Kokspartikel und schwere Ölkomponenten, aus dem Rohgas heraus getrennt. Anschließend wird das Rohgas zur weiteren Reinigung und Abkühlung in eine Wasserwäsche 4 geführt und in der anschließenden 4-stufigen Rohgasverdichtung 5a auf einen Druck von ca. 20 bar verdichtet. Nach der 4-stufigen Verdichtung 5a wird das Rohgas 2 in eine Laugenwäsche 6 geführt und von Bestandteilen wie Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff befreit. Anschließend wird das Rohgas in der Vorkühlung 7 vorgekühlt und in den beiden Trockner 8a und 8b getrocknet. Anschließend beginnt die eigentliche Trennsequenz des Rohgases 2.
Der gasförmige Anteil des Rohgases 2 aus der Vorkühlung 7 wird weiter gegen Kopfgas- und Sumpfprodukt des C₄-Absorbers 9 abgekühlt (nicht dargestellt), und anschließend in den Sumpf des C₄-Absorbers 9 geführt, während das Kondensat aus der Vorkühlung 7 über den Kondensattrockner 8b dem Depropanizer zugeführt wird. Im C₄-Absorber wird das Rohgas von der C₄₊-Fraktion getrennt, so dass als Kopfprodukt eine C_3--Fraktion C3- entsteht. Diese wird nach Anwärmung der 5. Stufe und letzten Stufe des Rohgasverdichters 5b zugeführt. Das Sumpfprodukt des C₄-Absorbers 9 wird in den Depropanizer 10 entspannt. Der C₄-Absorber 9 erhält den erforderlichen Rücklauf aus dem Kopfprodukt des Depropanizers 10.
Der Depropanizer trennt die C₄₊-Fraktion C4+ von der C_3--Fraktion C3-. Die C₄₊-Fraktion C4+ wird weiter in der C₄/C₅-Trennung in Fraktionen getrennt. Die C_3--Fraktion C3- wird im Kopfkondensator des Depropanizers kondensiert und zurück zu dem C₄-Absorber geschickt. Dabei wird der C₄-Absorber 9 bei einem Druck von ca. 20 bar und der Depropanizer 10 bei einem Druck zwischen 8 und 12 bar betrieben.
Nach der vollständigen Verdichtung in der 5.Stufe des Rohgasverdichters 5b wird die C_3--Fraktion C3- in eine katalytische Hydrierung 11 geführt. In der katalytischen Hydrierung 11 wird in der C_3--Fraktion C3- vorhandenes Azetylen,Methylazetylen und Propadien hydriert und aus der C_3--Fraktion C3- entfernt. Unmittelbar nach der 5. Stufe der Rohgasverdichtung 5b ist die Temperatur der C_3--Fraktion C3- im geeigneten Temperaturbereich für die Hydrierung 11. Daher können teure Gegenströmer oder Wärmetauscher zur Anwärmung und Kälterückgewinnung der C_3--Fraktion C3-entfallen.
Die hydrierte C_3--Fraktion C3- wird als Einsatz der ersten Kolonne 12 aufgegeben, wobei als Kopfprodukt eine C_2--Fraktion C2- gewonnen und der Tiefkühlung zugeführt wird. Das Sumpfprodukt C2/C3 der ersten Kolonne 12 besteht aus einem Gemisch aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen und Kohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen und wird in den unteren Abschnitt 13b der zweiten Kolonne 13 geführt. Die Kohlenwasserstoffe mit 2 Kohlenstoffatomen verteilen sich damit in der ersten Kolonne 12 im Kopf und im Sumpf der Kolonne. Die Kopffraktion C2- der ersten Kolonne 12 ist frei von Kohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen, während die Sumpffraktion C2/C3 kein Methan mehr enthält.
Die Sumpffraktion C2/C3 aus der ersten Kolonne 12 wird direkt in den unteren Abschnitt 13b der zweiten Kolonne 13 entspannt (siehe auch 2). Die Kopffraktion C2- der ersten Kolonne 12 wird weiter in der Tiefkühlung 14 stufenweise gegen kalte Produkte und Kältemittel so weit abgekühlt, dass nur eine Gasfraktion H2 mit bis zu 95% Wasserstoff übrig bleibt. Zusätzlich wird in der Tiefkühlung eine Fraktion CH4 gewonnen, die zu über 90% aus Methan besteht. Die in der Tiefkühlung 14 entstehenden Kondensate 19, 20, C_2--Fraktionen, werden dem oberen Abschnitt 13a der zweiten Kolonne 13 zugeführt. Als Rücklauf für den oberen Abschnitt 13a wird ein Teil der flüssigen Methanfraktion aus der Tiefkühlung verwendet. Der Sumpf des unteren Abschnitts 13b wird entweder mit Rohgas oder mit warmem Kältemittel aufgekocht.
Die zweite Kolonne 13, siehe auch 2, besteht aus zwei Abschnitten 13a, 13b und stellt somit eine Kombination aus der konventionellen C₁/C₂-Trennung (dem Demethanizer) 13a und der C₂/C₃-Trennung (dem Deethanizer) 13b dar und arbeitet bei einem Duck von 9.5 bar.
In dem oberen Abschnitt 13a der zweiten Kolonne werden gelöstes Methan und gelöster Wasserstoff aus den in der Tiefkühlung 14 gesammelten Kondensaten ausgestrippt. Als Strippgas dient das C₃-freie Gasprodukt aus dem unteren Abschnitt 13b. Der untere Abschnitt 13b ist im Prinzip ein Deethanizer, in dem die Sumpffraktion C2/C3 aus der ersten Kolonne in zwei Fraktionen zerlegt wird. Dabei entstehen eine Fraktion mit Kohlenwasserstoffen mit höchstens 2 Kohlenstoffatomen und eine Fraktion mit Kohlenwasserstoffen mit 3 Kohlenstoffatomen C3. Die C₃-Fraktion C3 wird dabei als Sumpfprodukt aus dem unteren Abschnitt 13b der zweiten Kolonne gewonnen. Als Rücklauf für diesen Abschnitt dient ein Teil der flüssigen C₂-Fraktion 17 aus dem oberen Abschnitts 13a. Der Sumpf der Kolonne wird entweder mit Rohgas oder mit warmem C₃-Kältemittel oder mit warmem Gemischkältemittel aufgekocht.
Die C₂-Fraktionen aus der zweiten Kolonne, welche als Gas- 16 und flüssiges Produkt 17 seitlich aus dem Sumpf des oberen Abschnitts 13a der zweiten Kolonne 13 abgezogen werden, werden einer dritten Kolonne 15 (C₂-Splitter) aufgegeben. Dort wird Ethylen als Kopfprodukt C2H4 gewonnen. Das Sumpfprodukt C2H6 der dritten Kolonne 15 besteht überwiegend aus Ethan und wird als Einsatzstoff für weitere Spaltung zurückgeführt. Das Kopfprodukt 18 des oberen Abschnittes 13a besteht im Wesentlichen aus Methan und wird zur Tiefkühlung 14 zurückgeführt.

Claims

Verfahren zur Trennung von Kohlenwasserstoffen in einer Anlage zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz mittels thermischer oder katalytischer Spaltung mit oder ohne Dampf, wobei das als Rohgas (2) entstehende gasförmige Kohlenwasserstoffe enthaltende Produktgas der Spaltung (1) verdichtet und getrocknet wird, und als Einsatzstoff in eine Trennstufe (Front-End C₃/C₄-Trennung) geführt wird, in welcher das Rohgas (2) in eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal 3 Kohlenstoffatomen (C3-) und eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen (C4+) getrennt wird, und wobei die Front-End C₃/C₄-Trennung aus einem C4-Absorber (9) und einer Kolonne (Depropanizer) (10) besteht, in der Kohlenwasserstoffe mit mindestens vier Kohlenstoffatomen (C4+) als Sumpfprodukt abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal 3 Kohlenstoffatomen (C3-) in eine Trennstufe geführt wird, welche aus einer ersten Kolonne (12) und einer zweiten Kolonne (13) besteht, wobei die zweite Kolonne (13) zwei getrennte Abschnitte (13a, 13b) aufweist, wobei in der ersten Kolonne (12) eine Kohlenwasserstofffraktion aus Kohlenwasserstoffen mit maximal 2 Kohlenstoffatomen (C2-) als Kopfprodukt abgezogen wird und zu einer Tiefkühlung (14) geführt wird, in der vorwiegend aus Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen bestehende Kondensate (19, 20) gewonnen werden, wobei die Kondensate (19, 20) dem oberen Abschnitt (13a) der zweiten Kolonne (13) aufgegeben werden, wobei das Sumpfprodukt (C2/C3) der ersten Kolonne (12) dem unteren Abschnitt (13b) der zweiten Kolonne(13) aufgegeben wird, und wobei in den Kondensaten (19, 20) enthaltene Verunreinigungen von Methan und Wasserstoff im oberen Abschnitt (13a) der zweiten Kolonne (13) mit einem Gasprodukt aus dem unteren Abschnitt (13b) der zweiten Kolonne (13) ausgestrippt werden und wobei als Rücklauf für den unteren Abschnitt (13b) der zweiten Kolonne (13) ein Teil eines flüssigen Produkts aus dem oberen Abschnitt (13a) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der C4-Absorber (9) bei einem Druck zwischen 11 und 20 bar und der Depropanizer (10) bei einem Druck zwischen 8 und 12 bar betrieben wird und das Kopfprodukt (C3-) des C₄-Absorbers (9) einer weiteren Verdichtungsstufe (5b) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfprodukt (C3-) des C₄-Absorbers (9) erst nach der vollständigen Verdichtung in der Rohgasverdichtung (5b) über eine Hydrierungsstufe (11) für Kohlenwasserstoffe mit maximal 3 Kohlenstoffatomen in die erste Kolonne (12) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Abschnitt (13a) der zweiten Kolonne (13) als Demethanizer und der untere Abschnitt (13b) der zweiten Kolonne (13) als Deethanizer betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kolonne (13) bei einem Druck zwischen 9 und 13 bar, bevorzugt bei einem Druck von 9.5 bar, betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Tiefkühlung (14) eine Fraktion (CH4) gewonnen wird, die zu über 90% aus Methan besteht, und eine Fraktion (H2) gewonnen wird, die bis zu 95% Wasserstoff besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfprodukt (18) des oberen Abschnitts (13a) der zweiten Kolonne (13) in die Tiefkühlung (14) zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sumpfprodukte (16, 17) des oberen Abschnitts (13a) der zweiten Kolonne (13) als Einsatzstoff in eine dritte Kolonne (C₂-Splitter) (15) geführt werden, in der Ethylen als Kopfprodukt (C2H4) und Ethan als Sumpfprodukt (C2H6) gewonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vom Sumpf des unteren Abschnittes (13b) der zweiten Kolonne (13) eine Kohlenwasserstofffraktion mit 3 Kohlenstoffatomen (C3) abgezogen und als Einsatzstoff in eine vierte Kolonne (C₃-Splitter) geführt wird, in der Propylen als Kopfprodukt und Propan als Sumpfprodukt gewonnen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die, in der Tiefkühlung (14) benötigte, Kälte mit Ethylenkältemittel und mit einem Rückführgas, bestehend aus Methan und Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlemwasserstoffatomen oder mit einem gemischten Kältemittel bestehend Kohlenwasserstoffen mit einem, zwei und drei Kohlenstoffatomen erzeugt wird.