DE3780215T2

DE3780215T2 - Geaenderte fluessigkeitsbeseitigung.

Info

Publication number: DE3780215T2
Application number: DE8787304340T
Authority: DE
Inventors: Henry Z Kister; James F Litchfield
Original assignee: CF Braun and Co
Current assignee: CF Braun and Co
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2007-05-16
Also published as: AU7297387A; EP0246826A3; CA1274550A; DE3780215D1; JPH0620507B2; AU587157B2; EP0246826A2; ATE77968T1; JPS6322035A; US4735704A; EP0246826B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Abspaltung einer freien Flüssigkeit von einem zu einem Trockner strömenden kohlenwasserstoffreichen Gasstrom. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zur Abspaltung freier Flüssigkeit, hauptsächlich Wasser und schwereren flüssigen Kohlenwasserstoffen mit Siedepunkten, die im wesentlichen über demjenigen von Äthylen liegen, von gekühlten, kohlenwasserstoffreichen Gasströmen, die zu einem Äthylenanlagen-Primärtrockner fließen.

Beschreibung des Standes der Technik

Das Trocknen von gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Strömen ist ein üblicher Vorgang in Kohlenwasserstoff-Verarbeitungsanlagen, wie Äthylenanlagen, in welchen ein gasförmiges Kohlenwasserstoffgemisch in mehrere Produkt- und Nebenproduktströme bei Temperaturen, die häufig so niedrig wie -101 ºC (-150 ºF) sind, gespalten wird; in Erdgasanlagen, in welchen schwere Komponenten und manchmal inerte Komponenten, wie Stickstoff, bei Temperaturen, die manchmal niedriger als -129 ºC (-200 ºF) sind, gespalten werden; in Gasbehandlungsanlagen, in welchen Erdgas getrocknet werden muß, um Pipeline-Feuchtigkeitsspezifikationen zu erfüllen; und in Ammoniakanlagen, in welchen ein gasförmiges Kohlenwasserstoffgemisch getrocknet wird, bevor es einer Tieftemperaturbehandlung unterworfen wird.
Das Trocknen von gasförmigen, kohlenwasserstoffreichen Strömen wird gewöhnlich durch Absorptionsverfahren, z.B. Gasabsorptionsverfahren, die ein hygroskopisches Lösungsmittel, wie Äthylenglykol, verwenden, oder durch Adsorptionsverfahren, bei welchen der vom Gas zu entfernende Wasserdampf an der Oberfläche eines festen Adsorbens oder Trockenstoffs, wie einem Molekularsieb, Aluminiumoxid, Kieselgel od. dgl., die eine hohe Affinität zu Wasser und Flüssigkeiten haben, adsorbiert wird, ausgeführt.
In typischen Absorptionssystemen kommt ein trockenes, in einem Absorber abwärts fließendes Lösungsmittel mit einem aufströmenden Prozeßgas, das Wasserdampf enthält, in Berührung. Das trockene Lösungsmittel absorbiert Wasser aus dem Gas, wodurch ein trockener Gasstrom und ein wasserreicher Lösungsmittelstrom gebildet werden. Der wasserreiche Lösungsmittelstrom wird dann zu einem Regenerator geleitet und erhitzt, um absorbiertes Wasser vom Lösungsmittel zu trennen. Das regenerierte Lösungsmittel wird nach einem Abkühlen zum Absorber zurückgeführt.
In einem typischen Adsorptionssystem fließt Prozeßgas enthaltender Wasserdampf durch ein festes Bett von Trockenstoffpartikeln, die den Zustand des Adsorbierens von Wasser beibehalten, bis die Bettoberfläche gesättigt wird. Wenn das geschieht, wird der Prozeßgasstrom zu einem anderen Trockenstoffbett umgeschaltet und das mit Wasser gesättigte Trokkenstoffbett durch Strömen von trockenem, erhitzten Gas durch dieses, um adsorbiertes Wasser zu entfernen, regeneriert.
Wie gut sowohl Absorptions- und Adsorptionstrockner arbeiten, hängt primär von der im zu trocknenden Prozeßgas enthaltenen Wassermenge ab. Im typischen Absorptionssystem vergrößert ein Anstieg im Wassergehalt des Prozeßgasstroms einen Lösungsmittel-Umwälzstrom, die Lösungsmittel- und Regenerierungskosten und kann eine Vergrößerung in der Anlagengröße erforderlich machen. In ähnlicher Weise verringert in dem typischen Adsorptionssystem ein Anstieg im Wassergehalt des Prozeßgasstroms die Länge des Adsorptionskreislaufs und erhöht folglich die Häufigkeit einer Regeneration. Das vermindert wiederum die Betriebslebensdauer des Sikkativs und erhöht die Kosten einer Wiederaufbereitung.
Kohlenwasserstoff-Prozeßgase können Wasser in zwei Formen enthalten - nämlich als Wasserdampf und als "freies Wasser". Freies Wasser ist Wasser in flüssigem Zustand, üblicherweise in Form von Flüssigkeitströpfchen. Keine der beiden Formen ist am Trocknereinlaß erwünscht und beide werden üblicherweise im weitest durchführbaren Ausmaß minimiert, bevor die Prozeßgase in einen Trockner eintreten. Ein Weg, um Wasserdampf in Kohlenwasserstoff-Prozeßgas zu minimieren, ist, das Gas auf eine Temperatur so niedrig wie möglich knapp vor derjenigen, bei welcher Hydrate gebildet werden, zu kühlen. Hydrate sind lockere, feste chemische Zusammensetzungen von Kohlenwasserstoffen und Wasser, die, wenn sie in Betriebsanlagen, wie Pipelines, Wärmetauschern und Fraktionierkolonnen, gebildet werden, sich wie Eis verhalten, wobei Anlagenblockierungen hervorgerufen und die wirksame Anlagenleistung reduziert werden. In den meisten Fällen wird diese niedrige Temperatur in typischer Weise zwischen etwa 7,2 ºC (45 ºF) und etwa 24 ºC (75 ºF) liegen. Wenn die Temperatur abgesenkt wird, wird aus dem Gas Wasserdampf kondensiert und in freies Wasser umgewandelt. Das kondensiertes, freies Wasser enthaltende Prozeßgas strömt dann zu einem Flüssigkeits-Dampf-Separator, üblicherweise einer mit einer Nebelabsonderungseinrichtung ausgestatteten Ausdrücktrommel, in welcher freies Wasser und andere kondensierte Flüssigkeiten in Form einer zusammenhängenden Flüssigkeit oder großer Tropfen einer Flüssigkeit (d.h. Tröpfchen, die imstande sind, durch Standardsiebkissen ausgedrückt zu werden) vom Prozeßgas abgeschieden werden.
In vielen Fällen ist die Menge an als feine Tropfen vorhandenem freien Wasser erheblich, und es besteht ein Anreiz, diese feinen Tropfen vor einem Trocknen des Gases zu entfernen. Zwei Techniken sind für diesen Zweck angewendet worden: entweder wird eine feine Siebmascheneinlage in die Ausdrücktrommel eingebaut oder es wird eine Filterkoaleszenzeinrichtung in die Prozeßgasleitung, die von der Ausdrücktrommel zum Trockner führt, eingesetzt. Feine Siebmascheneinlagen sind jedoch empfindlich gegenüber irgendwelchen Feststoffen oder zähflüssigen Flüssigkeiten, die durch das Prozeßgas übergeleitet werden. Ferner wird sich mit einem Fortschreiten eines Verstopfens der Druckabfall über die Mascheneinlage erhöhen, manchmal kräftig erhöhen. 0bwohl Filterkoaleszenzeinrichtungen feinere Flüssigkeitstropfen entfernen können, als das feine Siebmascheneinlagen können, so sind sie auch empfindlich gegen ein Verstopfen und einen Druckaufbau. Aus diesem Grund werden Filterkoaleszenzeinheiten häufig parallel zueinander installiert, so daß die eine gereinigt werden kann, während die andere 0n-line verbleibt.
Das Lösen des Verstopfens auf diese Weise wirft jedoch andere Umstände auf: erhebliche zusätzliche Investitionsaufwendungen sind erforderlich, und ein bedeutsamer Druckabfall wird dem System zusätzlich vermittelt. Dieser Druckabfall erhöht wiederum die Anforderungen an die Verdichterleistung und letztlich die Betriebskosten.
In Kohlenwasserstoff-Verarbeitungsanlagen, in welchen weder eine feine Siebmascheneinlage noch eine Filterkoaleszenzeinrichtung installiert ist, besteht kein bedeutsames Problem, solange als wenig freies Wasser in der Form von feinen Tröpfchen im kohlenwasserstoffreichen Gasstrom, der zum Trockner fließt, vorhanden ist. Ernsthafte Probleme werden jedoch hervorgerufen, wenn nennenswerte Mengen an freiem Wasser den Trockner erreichen. Absorptionskreisläufe und die Trockenstofflebensdauer können erheblich reduziert werden, wodurch bedeutsame Anstiege in den Betriebskosten für die Anschaffung von neuem Trockenstoff und für häufigere Regenerationsvorgänge hervorgerufen werden.
Demzufolge bestehen immer Anreize, um die in kohlenwasserstoffreichen, zu einem Trockner fließenden Prozeßgasen enthaltene Wassermenge zu minimieren. Ein Verfahren mit niedrigen Kosten, um feine Flüssigkeitströpfchen von einem kohlenwasserstoffreichen Prozeßgasstrom zu entfernen, bevor dieser Strom den Trockner erreicht, kann wesentlich die Investitionskosten in irgendeiner neu zu bauenden Anlage, in welcher derartige Ströme getrocknet werden, absenken und würde auch die Probleme mit ihren begleitenden Kosten, die in neuen oder bestehenden Anlagen auftreten, wann immer freies Wasser am Trockner ankommt, eliminieren.
Insofern ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Beseitigung freier Flüssigkeit von einem kohlenwasserstoffreichen, zu einem Trockner fließenden Gasstrom anzugeben.
Es ist auch ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren, um freie Flüssigkeit, hauptsächlich Wasser und schwerere flüssige Kohlenwasserstoffe, die Siedepunkte im wesentlichen über demjenigen von Äthylen haben, von kohlenwasserstoffreichen Gasströmen abzuspalten, die zu einem Äthylenanlagen-Primärtrockner fließen, zu schaffen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, um freie Flüssigkeit von einem kohlenwasserstoffreichen Gasstrom, der durch einen Kühlapparat zu einem Flüssigkeits-Dampf-Separator und letzlich zu einem Trockner strömt, abzuspalten, bei welchem die Notwendigkeit zum Einbau von feinen Siebmascheneinlagen oder Filterkoaleszenzeinrichtungen, um Wasser zu entfernen, bevor der Gasstrom den Trockner erreicht, beseitigt wird.
Diese und andere Ziele wie auch das Wesen, der Rahmen und die Nützlichkeit der Erfindung werden ohne Schwierigkeiten den einschlägigen Fachleuten aus der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und den beigefügten Patentansprüchen klar werden.

Abriß der Erfindung

Das Verfahren dieser Erfindung, wie es im Patentanspruch 1 bestimmt ist, bewirkt die Abspaltung von freier Flüssigkeit von einem kohlenstoffreichen, zu einem Trockner fließenden Strom ohne die Verwendung von feinen Siebmascheneinlagen oder Filterkoaleszenzeinrichtungen, indem Flüssigkeit in den Gasstrom stromauf vom Kühlapparat und stromab von irgendeinem Anlagenteil, das den Wassergehalt des Gasstroms beeinflussen kann, wie Kompressoren, Kolonnen, zusätzlichen Ausdrücktrommeln, Wärmetauschern od. dgl., injiziert wird. Ein Arbeiten in dieser Art steigert den Wärme- und Stoffübergang in einer Weise, die sowohl die Bildung von kleinen Tröpfchen minimiert als auch das Zusammenfließen von kleinen Tröpfchen in dem Kühlapparat begünstigt. Als Ergebnis dessen werden kleine Tröpfchen, die normalerweise durch eine Ausdrücktrommel sowie eine Standard-Nebelabsonderungseinrichtung hindurchtreten würden, in ihrer Abmessung vor ihrem Anlangen an einem Flüssigkeits-Dampf-Separator zu größeren Tropfen vergrößert, die ohne Schwierigkeiten durch den Flüssigkeits-Dampf-Separator mit einer Standard- Nebelabsonderungseinrichtung entfernt werden.
Flüssigkeitstropfen werden in einem freie Flüssigkeit enthaltenden, kohlenwasserstoffreichen Prozeßgasstrom, der einem Kühlapparat zugeführt wird, durch einen oder beide von zwei Mechanismen gebildet:
1) Flüssigkeitskondensation an den Wänden, z.B. Rohrwänden, des Kühlapparats, woran sich die Scherwirkung des Gases anschließt, welches Flüssigkeitströpfchen von der Oberfläche der Flüssigkeit "losreißt", und
2) Kondensation einer Flüssigkeit in der Masse des Gases , die durch "Kälte" hervorgerufen wird, welche rascher als der Dampffluß von der Menge des Gases zu der Chillerwand übertragen wird.
Beide Mechanismen und insbesondere der letztere sind geeignet, die Bildung von kleinen Tröpfchen hervorzurufen, wenn mit Prozessen nach dem Stand der Technik gearbeitet wird. Eine Tropfenvereinigung findet auf dem Weg zum Flüssigkeits- Dampf-Separator statt, jedoch kann das Ausmaß der Koaleszenz relativ klein sein, wenn die Größe der Tröpfchen und die Menge der in dem Kühlapparat zu kondensierenden Flüssigkeit klein sind, und wenn wenig Flüssigkeit für einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den Chilleroberflächen, z.B. der Oberfläche der Chillerrohre, und dem Gas vorhanden ist. Bei Anlangen am Flüssigkeits-Dampf-Separator werden die meisten der anfangs gebildeten kleinen Tröpfchen noch als kleine Tröpfchen vorhanden sein, die der Separator und die Nebelabsonderungseinrichtung nicht entfernen können.
Eine Flüssigkeitsinjektion stromauf vom Kühlapparat, wie es durch diese Erfindung gelehrt wird, steigert die Entwicklung von größeren Flüssigkeitstropfen, indem eine ausreichende Menge an Flüssigkeit für einen Flüssigkeitsaustausch in den Kühlapparat zwischen dessen Kühlflächen, z.B. den Flächen der Chillerrohre, und dem Gasstrom vorgesehen wird. Dieser Austausch wird Oberflächen in der Form von großen Tropfen, an denen Dampf kondensieren kann, erzeugen und die Koaleszenz der feineren Tröpfchen steigern. Bei diesem Austausch werden Flüssigkeitströpfchen kontinuierlich vom Gas zu der Flüssigkeit an den Oberflächen der Chillerrohre und von der Flüssigkeit an den Flächen der Chillerrohre zum Gas übertragen. Die Tröpfchen werden an der Flüssigkeitsfläche durch das Gas erzeugt, welches die Flüssigkeitswellen, welche längs der Flächen der Rohre fließen, abschert oder losreißt. Eine maximale stabile Tröpfchengröße kann unter Verwendung der kritischen Weber-Zahl für die injizierte Flüssigkeit abgeschätzt werden. Beispielsweise ist die kritische Weber-Zahl gleich:
(We)krit = 1,5 x 10&supmin;³ (pV²)g d/
Hierin ist (pV)² die Geschwindigkeitsdruckhöhe des Gasstroms, kg/m (1b/ft sec²), d ist der maximale stabile Tröpchendurchmesser, um, und ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, Dyn/cm. In einem typischen Äthylenchiller sind die kritische Weber-Zahl und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit beide etwa 44,6 (30) und ist die Geschwindigkeitsdruckhöhe des Gases etwa 2976 (2000). Deshalb ist der maximale stabile Tröpfchendurchmesser etwa 300 um.
Diese Erfindung geht das Problem der Abspaltung einer freien Flüssigkeit von einem kohlenwasserstoffreichen, zu einem Trockner fließenden Gasstrom unter Anwendung einer völlig unterschiedlichen Konzeption, als solche, die durch den Stand der Technik nahegelegt werden, an. Die vorerwähnten Techniken nach dem Stand der Technik streben an, das Problem stromab von der Nebelabsonderungseinrichtung zu lösen; diese Erfindung arbeitet stromauf von der Nebelabsonderungseinrichtung. Auch streben die Techniken nach dem Stand der Technik an, freies Wasser durch sein Zusammenfließen an festen Flächen zu entfernen; diese Erfindung kontrolliert die Verteilung der Tröpfchengröße, um den Wirkungsgrad des Flüssigkeits-Dampf-Separators und des Systems der Nebelabsonderungseinrichtung zu maximieren. Letztlich ist das erfindungsgemäße Verfahren billig und führt nicht die Nachteile eines Verstopfens und der daraus rührenden übermäßigen Druckabfälle längs des Weges zu dem Trockner, die den Techniken nach dem oben beschriebenen Stand der Technik anhaften, ein.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein vereinfachter, schematischer Flußplan einer Äthylenanlage zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Äthylenanlage kann 0,454 Billionen Kilogramm (1,0 billion pounds) pro Jahr an Äthylen erzeugen. Wie dem einschlägigen Fachmann augenscheinlich sein wird, ist jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf ihre Anwendung auf irgendeine besondere Auslegung einer Athylenanlage beschränkt. Obwohl die Erfindung insbesondere zur Anwendung in Äthylenanlagen gut geeignet ist, so kann sie ferner auch bei anderen Anlagen Anwendung finden, wie Gasverarbeitungs- und Ammoniakanlagen, in welchen ein kohlenwasserstoffreicher Strom, der Wasserdampf enthält, gekühlt wird, durch einen Flüssigkeits-Dampf-Separator fließt und dann getrocknet wird.
Gemäß Fig. 1 wird ein Aufgabegut 100, das bezüglich seiner Zusammensetzung erheblich variieren kann, von einer (nicht dargestellten) Quelle zugeführt und mit einem verdampften Rezirkulationsstrom 101 zusammengebracht, der in der Hauptsache Äthan, Propan oder beide enthält, und von einer Quelle (die nicht dargestellt ist, obwohl der von der Fraktioniersektion 18 der Anlage austretende Äthanstrom 120 für diesen Zweck verwendet werden könnte) zugeführt wird, um einen Zufluß 102 zu bilden, der in einen Pyrolyseofen 10 geleitet wird. Eine Äthylenanlage besitzt im allgemeinen mehrere Pyrolyseöfen, die parallel zueinander arbeiten. Um vorteilhafte Krackbedingungen zu gewährleisten und ein übermäßiges Verkoken in den Ofenrohren zu vermeiden, wird Dampf 103 von einer (nicht dargestellten) Quelle in den Zufluß 102 injiziert, um ein Kohlenwasserstoff-Dampfgemisch 104 zu bilden, dessen Kohlenwasserstoffkomponenten im Pyrolyseofen gekrackt werden, um ein gekracktes Kohlenwasserstoff-Dampfgemisch 105 zu erzeugen. Dieses Gemisch wird dann gekühlt, indem es zu einem Kühlsystem 11 geführt wird.
Ein gasförmiger, nasser Kohlenwasserstoffstrom 106 und ein Kondensatstrom 107 treten aus dem Kühlsystem 11 aus. Der Kondensatstrom 107 enthält den größten Teil des kondensierten Dampfes, der in den Ofen 10 injiziert wurde, sowie einige der schweren Kohlenwasserstoffe und wird vom System abgeführt. Der gasförmige, nasse Kohlenwasserstoffstrom wird mit Wasserdampf sowie mit schweren Kohlenwasserstoffen gesättigt und fließt zur Saugseite der niedrigen Stufen einer Krackgas-Kompressionsanlage 12, die den nassen Gasstrom mittels einer Folge von Verdichtungsschritten komprimiert, wobei sich an jeden Verdichtungsschritt ein Kühlschritt und ein Flüssigkeits-Dampf-Trennungsschritt anschließen.
Die Flüssigkeits-Dampf-Trennungsschritte sind notwendig, weil, wenn sich der Druck des komprimierten Gases erhöht, die Mengen an Wasser und schwereren Kohlenwasserstoffen, die das Gas sättigen, abnehmen, und das Wasser sowie die schwereren Kohlenwasserstoffe, die im Überschuß zur Sättigungsmenge vorhanden sind, werden kondensiert und vom System abgeführt. Die niedrigen Stufen der Krackgasverdichtung erzeugen somit einen nassen Gasstrom 109, der mit Wasserdampf sowie schwereren Kohlenwasserstoffen gesättigt ist und die Krackgas-Kompressionsanlage 12 verläßt, und einen Kondensflüssigkeitsstrom 108, der vom System abgeführt wird.
Der Naßgasstrom 109 ist in typischer Weise auf einem Druck, der von 5,9 bis 38 bar (85 bis 550 psia) reicht, sowie einer Temperatur zwischen 21 ºC und 66 ºC (70 ºF und 150 ºF), und er fließt von der Kompressionsanlage 12 zu einem Säuregas- Abtrennsystem 13, das Säuregas-Verunreinigungen, wie Hydrogensulfid und Kohlendioxid, durch einen Kontakt zuerst mit einer wässrigen Aminlösung und dann mit einer wässrigen alkalischen Lauge absorbiert, um einen von Naßsäuregas freien Strom 110 zu bilden, der aus dem Säuregas-Abtrennsystem 13 austritt.In vielen Anlagen wird lediglich eine wässrige alkalische Lauge verwendet, um das Säuregas zu entfernen. Der von Säuregas freie Gasstrom 110, der das Säuregas-Abtrennsystem 13 verläßt, ist auf einem Druck, der von 5,5 bis 37,6 bar (80 bis 545 psia) reicht, und auf einer Temperatur zwischen 21 ºC und 66 ºC (70 ºF und 150 ºF), er ist mit Wasserdampf gesättigt und nahe einer Sättigung mit schwereren Kohlenwasserstoffen.
Der von Naßsäuregas freie Gasstrom 110 wird mit einem Flüssigkeit-Einspritzstrom 200 vereinigt, um einen Gas-Flüssigkeitsstrom 201 zu bilden. Der Flüssigkeit-Einspritzstrom 200 kann ein Rezirkulationsstrom sein, der von einer Pumpe 20 von einem Dampf-Flüssigkeit-Separator 15 abgepumpt wird, oder er kann ein Flüssigkeitsstrom sein, der irgendwo seinen Ursprung hat, und insofern kann er aus Wasser, einem Kohlenwasserstoff- und Wassergemisch oder einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit bestehen.
Eine Flüssigkeitsinjektion stromauf vom Kühlapparat 14 kann durch entweder eine Vorrichtung, die speziell zum Einsprühen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom ausgestaltet ist, wie einer Sprühdüse, geschehen oder indem man lediglich einen Strom einer Flüssigkeit in die Rohrleitung einführt und sich auf die Gasturbulenz sowie kinetische Energie in der stromabwärtigen Leitung sowie Austauschvorgänge, um die Flüssigkeit aufzubrechen und zu dispergieren, verläßt. Die Menge an verwendeter Flüssigkeit ist diejenige Flüssigkeitsmenge, welche benötigt wird, um zu gewährleisten, daß eine ausreichende Flüssigkeitsmenge am Einlaß zu jedem der Chillerrohre im Kühlapparat 14 dispergiert wird, um eine ausreichende Flüssigkeitsmenge im Gasstrom für einen Flüssigkeitaustausch zwischen den Chillerflächen des Kühlapparats 14 und dem mit einer Flüssigkeit injizierten Gasstrom zur Verfügung zu stellen. Um die Menge an frischer, in das System injizierter Flüssigkeit zu minimieren, kann durch den Dampf- Flüssigkeit-Separator 15 gesammelte Flüssigkeit zurückgeführt und als die Injektionsflüssigkeit verwendet werden. Üblicherweise wird diese Menge im Bereich von etwa 0,089 bis 1,79 kg/h (0,5 bis etwa 10,0 lb/hr) an Flüssigkeit pro umlaufendem cm (inch) eines Kühlrohrs liegen, und liegt vorzugsweise näher bei etwa 0,179 (1,0), um die zusätzliche Energie zu minimieren, die für eine Rezirkulation der Flüssigkeit und zur Führung der Flüssigkeit durch das Kühlsystem notwendig ist.
Im Anschluß an das Einführen des Flüssigkeit-Einspritzstroms 200, fließt dann der Gas-Flüssigkeitsstrom 201 in den Kühlapparat 14, in dem er durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmittelstrom gekühlt wird, um einen gekühlten Strom 215 zu bilden, der den Kühlapparat mit einer Temperatur verläßt, die von 4,4 bis 15,6 ºC (40 ºF bis 60ºF) reicht. Der Kühlapparat 14 kann ein einzelner Wärmetauscher oder eine Mehrzahl von Wärmetauschern sein. Der gekühlte, den Kühlapparat 14 verlassende Strom 215 besteht aus Naßdampf, der mit Wasser und schwereren Kohlenwasserstoffen bei der Kühltemperatur und dem Druck gesättigt ist, wie auch der kondensierten und injizierten Kohlenwasserstoff- und Wasserflüssigkeit, die in hohem Maß in Form von großen Tropfen vorhanden ist. Der gekühlte Strom 215 fließt zu einem Dampf-Flüssigkeit-Separator 15, der mit einer Nebelabsonderungseinrichtung 16 versehen ist. Der Dampf-Flüssigkeit-Separator 15 trennt den gekühlten Strom 215 in einen gekühlten Flüssigkeitsstrom 216 und einen gekühlten Gasstrom 217. Der gekühlte Flüssigkeitsstrom 216 wird in einen Flüssigkeit-Rezirkulationsstrom 203 und einen Flüssigkeit-Abziehstrom 202 aufgespalten. Dieser Flüssigkeit-Abziehstrom 202 wird aus dem System entfernt. Der Flüssigkeit-Rezirkulationsstrom 203 wird von einer Pumpe 20 abgepumpt, um zum Flüssigkeit-Einspritzstrom 200 zu werden, der stromauf vom Kühlapparat 14 injiziert wird. Wenn der Flüssigkeit-Einspritzstrom kein Rezirkulationsstrom ist, sondern irgendwo seinen Ursprung hat, können der Flüssigkeitsstrom 203 und die Pumpe 20 weggelassen werden. Der gekühlte Gasstrom 217 ist mit Wasser und schwereren Kohlenwasserstoffen gesättigt, er enthält jedoch wenig oder kein freies Wasser.
Der gekühlte Gasstrom 217 fließt in einen Trockner 17, der in dem gekühlten Gasstrom enthaltenen Wasserdampf entfernt, um einen Trockengasstrom 118 zu bilden, der aus dem Trockner 17 austritt. Üblicherweise enthält der Trockner 17 ein Molekularsieb, Aluminiumoxid- oder Kieselgel-Trockenstoffe und entfernt den Wasserdampf durch Adsorption, jedoch können auch ein Gasabsorptionstrockner oder Trockner verwendet werden. Um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, wenn Adsorptionstrockner zum Einsatz kommen, werden zwei oder mehr Trockner 17 parallel zueinander installiert, um eine Wiederaufbereitung des Trockenstoffs zu ermöglichen, der mit Wasser gesättigt wurde. Ein typischer Trockenstoff- Adsorptionskreislauf umfaßt 1 - 3 Tage für Molekularsieb- Trockenstoffe, und eine typische Sikkativ-Lebensdauer beträgt 5 - 10 Jahre. Eine Trockenstoff-Wiederaufbereitung wird üblicherweise bewerkstelligt, indem der mit Wasser gesättigte Trockenstofftrockner 17 aus der Leitung genommen und Heißgas durch diesen geführt wird.
Der den Trockner verlassende Trockengasstrom 118 fließt zu den hohen Kompressionsstufen einer Krackgaskompressions- und -fraktioniersektion 18 der Anlage. In vielen Anlagen komprimieren die niedrigen Verdichterstufen ihrer Krackgaskompressoren das Gas auf einen ausreichend hohen Druck, und hohe Kompressionsstufen sind nicht erforderlich. In anderen Anlagen werden die hohen Kompressionsstufen in die Fraktioniersektionen integriert. In der Fraktioniersektion wird der Trockengasstrom 118 in eine Mehrzahl von Produkt-und Nebenproduktströme aufgeteilt, die immer einen Äthylenproduktstrom 119, einen Äthanstrom 120, welcher im allgemeinen als Aufgabegut zu den Öfen zurückgeführt wird, und eine Vielzahl von anderen Produkt- und Beiproduktströmen, z.B. 121 - 125, enthalten.
Damit Fachleute der einschlägigen Technik diese Erfindung besser verstehen, wird das folgende Beispiel erläutert. Dieses Beispiel wird allein zu Erläuterungszwecken gegeben und soll nicht als Beschränkungen ausdrückend angesehen werden, falls das nicht in den beigefügten Patentansprüchen so festgesetzt ist.

Beispiel I

In diesem Beispiel wird eine Äthylenanlage in einer Auslegung zur Verwendung von herkömmlicher Technologie mit einer solchen in einer Auslegung, die diese Erfindung anwendet, verglichen. Jede dieser Auslegungen repräsentiert eine Anlage, die 0,454 Billionen Kilogramm/Jahr (1 Billion lb/yr) an Äthylen aus einem Äthan-Aufgabegut produziert. Die Tabelle 1 bestimmt die Verfahrensbedingungen längs des Weges vom Säuregas-Abtrennsystem 13 zum Trockner 17 (siehe Fig.1) in der die herkömmliche Technologie anwendenden Anlage. In diesem Fall ist der von Naßsäuregas freie Gasstrom 110, der das Säuregas-Abtrennsystem verläßt, auf einem Druck von 13,8 bar (200 psia) und einer Temperatur von 37,8 ºC (100 ºF). Dieser Strom wird unmittelbar, d.h. ohne Injektion eines Flüssigkeit-Einspritzstroms 200, einem Kühlapparat zugeführt, in welchem der Strom durch Wärmetausch mit einem Kühlmittelstrom gekühlt wird, um einen gekühlten Strom 215 zu bilden, der den Kühlapparat 14 mit einer Temperatur von 12,8 ºC (55 ºF) und einem Druck von 13,4 bar (195 psia) verläßt. Der gekühlte Strom 215 besteht aus mit Wasser und schwereren Kohlenwasserstoffen gesättigtem Naßdampf, der eine Temperatur von 12,8 ºC (55 ºF) und einen Druck von 13,4 bar (195 psia) hat, wie auch aus einer kondensierten Kohlenwasserstoff- und Wasserflüssigkeit, die in hohem Maß in Form von Tropfen vorhanden ist. Der gekühlte Strom 215 fließt zu einem Dampf-Flüssigkeit-Separator 15, der mit einer Nebelabsonderungseinrichtung 16 ausgestattet ist. Der gekühlte Strom wird in einen gekühlten Flüssigkeitsstrom 216, der vom System abgeführt wird, und einen gekühlten Gasstrom 217, der auch die durch den Dampf-Flüssigkeit-Separator 15 oder die Nebelabsonderungseinrichtung 16 nicht entfernten Flüssigkeitströpfchen enthält und in den Trockner 17 fließt, aufgespalten. Tabelle 1 Strom Nr. Beschreibung nasser, von Säuregas freier Strom gekühlter Strom gekühlter Flüssigkeitsstrom gekühlter Gasstrom Strom-Zusammensetzung (Mol-%) wasserfrie Basis Durchsatzmenge kg/h (lb/hr) gesamt Temp. ºC (ºF) Druck bar (psia) Wasser kg/h (lb/hr) gesamt freies Wasser (lb/hr)
Die Tabelle 2 definiert die Prozeßbedingungen längs des Weges vom Säuregas-Abtrennsystem 13 zum Trockner 17 unter Anwendung dieser Erfindung. In diesem Fall verläßt der von Naßsäuregas freie Strom 110 das Säuregas-Abtrennsystem mit einem Druck von 13,8 bar (200 psia) und einer Temperatur von 37,8 ºC (100 ºF), und er wird mit einem Flüssigkeit- Einspritzstrom 200 mit einer Temperatur von 12,8 ºC (55 ºF) vereinigt, um einen Gas-Flüssigkeitsstrom zu bilden, der dann in den Kühlapparat 14 fließt, in welchem er durch Wärmetausch mit einem Kühlmittelstrom gekühlt wird, um einen gekühlten Strom 215 zu bilden, der den Kühlapparat mit einem Druck von 13,4 bar (195 psia) und einer Temperatur von 12,8 ºC (55 ºF) verläßt. Dieser gekühlte Strom 215 besteht aus mit Wasser und schwereren Kohlenwasserstoffen gesättigtem Naßgas mit einer Temperatur von 12,8 ºC (55 ºF) und einem Druck von 13,4 bar (195 psia) wie auch der kondensierten und injizierten Kohlenwasserstoff- und Wasserflüssigkeit, die in hohem Maß in Form von großen Tropfen anwesend ist. Der gekühlte Strom 215 fließt zu einem Dampf-Flüssigkeit- Separator 15, der mit einer Nebelabsonderungseinrichtung 16 ausgestattet ist, in welchem der gekühlte Strom in einen gekühlten Flüssigkeitsstrom und einen gekühlten Gasstrom 217 getrennt wird. Der gekühlte Flüssigkeitsstrom 216 wird in einen Flüssigkeit-Rezirkulationsstrom 203 und einen Flüssigkeit-Abziehstrom 202 aufgespalten. Der Flüssigkeit-Abziehstrom 202 wird aus dem System entfernt, während der flüssige Rezirkulationsstrom durch eine Pumpe 20 umgepumpt wird, um zum Flüssigkeit-Einspritzstrom 200 zu werden, der stromauf vom Kühlapparat 14 injiziert wird. Der gekühlte Gasstrom 217 ist mit Wasser und schwereren Kohlenwasserstoffen gesättigt, er enthält jedoch wenig oder kein freies Wasser. Tabelle 2 Strom Nr. Beschreibung nasser, von Säuregas freier Strom Flüssigkeit-Injektionsstrom flüssiger Rezirkul.-Strom gekühlter Strom gekühlter Flüssigkeitsstrom gekühlter Abziehstrom gekühlter Gasstrom Strom-Zusammensetzung Mol-% (wasserfreie Basis) Durchsatzmenge kg/h (lb/hr) gesamt Temp. ºC (ºF) Druck bar (psia) Wasser kg/h (lb/hr) gesamt freies Wasser kg/h (lb/hr)
Der unter Anwendung dieser Erfindung durchgeführte Prozeß vermindert den Wassergehalt des gekühlten, in den Trockner eintretenden Gasstroms um etwa 50 Prozent, was auf die Beseitigung des freien Wassers zurückzuführen ist, wie durch einen Vergleich der in der Tabelle 1 angegebenen Resultate mit denen der Tabelle 2 zu erkennen ist.
Somit wird eine Flüssigkeitseinspritzung stromauf des Kühlapparats die Bildung von großen Flüssigkeittröpfchen steigern durch:
1) wesentliche Vergrößerung des Anteils der Flüssigkeitsoberfläche, an welcher Dampf in der Masse des Gases kondensieren kann, wodurch die Bildung von kleinen Tropfen unterdrückt wird;
2) Steigerung des Wärme- und Stoffübergangsaustausches der Flüssigkeit zwischen den Gas- und Kühlflächen (z.B. den Wänden der Chillerrohre), wodurch kleine Tropfen in größere um gewandelt werden; und
3) Erzeugen einer Flüssigkeitstropfenfläche, um feine Tropfen in größere Tropfen zu vereinigen.
Ferner kann diese Erfindung in neue oder bestehende Anlagen mit vergleichsweise geringen Kosten eingegliedert werden, da man, um ein Verfahren, das die herkömmliche Technologie anwendet, in ein solches, das vön den Vorteilen dieser Erfindung Gebrauch macht, umzuwandeln, lediglich eine Einspritzleitung und möglicherweise eine Pumpe (und, wenn gewünscht, eine Sprühvorrichtung zum Ausbreiten der injizierten Flüssigkeit in den Gasstrom) der herkömmlicherweise ausgelegten Anlage zuzufügen braucht. Bei diesem Vorgehen sind lediglich zusätzliche Betriebskosten diejenigen zum Betrieb der Pumpe, die niedrig sind.
Die obige Erörterung dieser Erfindung ist primär auf bevorzugte Ausführungsformen und Praktiken dieser ausgerichtet. Weitere Abwandlungen sind auch möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Insofern kann beispielsweise jeglicher kohlenwasserstoffreicher Strom, der Wasserdampf enthält, von dem im wesentlichen das gesamte oder wenigstens ein überwiegender Anteil von Wasser abgeschieden werden soll, gemäß dieser Erfindung behandelt werden, bevor der Strom zu einem Kühlapparat geführt wird.

Claims

1 . Ein Verfahren zum Abspalten einer freien Flüssigkeit in Form van Wassertröpfchen, Kohlenwasserstoffen oder Mischungen daraus von einem kohlenwasserstoffreichen Gasstsrom, das die Schritte umfaßt:

- Einspritzen einer Flüssigkeit in der Form von Wasser, Kohlenwasserstoffen oder Mischungen daraus in den Gasstrom, um einen mit Flüssigkeit injizierten Gasstrom zu bilden;

- Kühlen des mit Flüssigkeit injizierten Gasstroms in einem Kühlapparat, um einen gekühlten Gas-Flüssigkeitsstrom zu bilden;

- Trennen des gekühlten Gas-Flüssigkeitsgemisches in einem Dampf-Flüssigkeit-Separator in einen gekühlten Flüssigkeitsstrom sowie einen gekühlten Gasstrom; und

- Verwenden des gekühlten Gasstroms als einen Zufluß zu einem Trockner.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der kohlenwasserstoffreiche Gasstrom mit schwereren Kohlenwasserstoffen und Wasser gesättigt ist.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem der Trockner einen Absorptionsprozeß anwendet, um Wasser zu entfernen.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem der Trockner einen Adsorptionsprozeß anwendet, um Wasser zu entfernen.

5. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem der kohlenwasserstoffreiche Gasstrom von einem Wäßrigsäuregas-Abtrennsystem zu der Stelle stromauf des Kühlapparats, an welcher die Flüssigkeit eingespritzt wird, strömt.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, in welchem der nach dem Trocknen den Trockner verlassende Gasstrom in Produkt- und Nebenproduktströme getrennt wird. 10

7. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem der kohlenwasserstoffreiche Gasstrom ein kohlenwasserstoffreicher, säuregasfreier, wasserdampfgesättigter Gasstrom ist, der von einer Säuregas-Abtrenneinheit erhalten wird, in welcher ein Zufluß behandelt worden ist, der in einem Pyrolyseofen in einem Prozeß zur Erzeugung von Äthylen gekrackt worden ist, wobei der Strom vom Trockner dann behandelt wird, um eine Mehrzahl von Produkt- und Nebenproduktströmen zu bilden.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, in welchem die Säuregas-Abtrenneinheit eine alkalische Lauge oder Aminlösung verwendet.

9. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem der Trockner Molekularsiebsikkativ enthält.

10. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem der Dampf-FIüssigkeit-Separator eine Nebelabsonderungseinrichtung enthält.

11. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem die stromauf von dem Kühlapparat eingespritzte Flüssigkeit vom Dampf-Flüssigkeit-Separator rezirkuliert wird.

12. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in welchem die stromauf von dem Kühlapparat eingespritzte Flüssigkeit von einer irgendwo in der Anlage oder außerhalb der Anlage gelegenen Quelle zugeführt wird.

13. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem die Einspritzflüssigkeitsmenge so gewählt wird, um eine ausreichende Flüssigkeitsdispersion überall im Kühlapparat zu gewährleisten, um einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den Flächen des Kühlapparats und dem mit Flüssigkeit injizierten Gasstrom zu bewirken.

14. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch in welchem die besagte Flüssigkeit in den Gasstrom mit einer Menge von 0,089 bis 1,79 kg (0,05 bis 10 lb) an Flüssigkeit pro Stunde pro Umfangszentimeter (-inch) des Kühlapparat-Rohrmaterials eingespritzt wird.