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DE10221229A1 - Removal of hydrocarbons from natural gas prior to liquefaction comprises use of dual-flow heat exchangers in all heat-exchange processes - Google Patents

Removal of hydrocarbons from natural gas prior to liquefaction comprises use of dual-flow heat exchangers in all heat-exchange processes

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Publication number
DE10221229A1
DE10221229A1 DE2002121229 DE10221229A DE10221229A1 DE 10221229 A1 DE10221229 A1 DE 10221229A1 DE 2002121229 DE2002121229 DE 2002121229 DE 10221229 A DE10221229 A DE 10221229A DE 10221229 A1 DE10221229 A1 DE 10221229A1
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DE
Germany
Prior art keywords
fraction
hydrocarbons
rectification
hydrocarbon
heat exchanger
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Withdrawn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
DE2002121229
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German (de)
Inventor
Rainer Sapper
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 DE2002121229 priority Critical patent/DE10221229A1/en
Priority to NO20032117A priority patent/NO20032117L/en
Publication of DE10221229A1 publication Critical patent/DE10221229A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

In a process to remove C3+-hydrocarbons from natural gas prior to liquefaction, hot gas hydrocarbon-rich passes through a heat exchanger and surrenders heat to a coolant. All heat-exchange processes especially employ a dual-flow heat exchanger. Following surrender of heat to a coolant, the gas partly condenses and is separated into gaseous and liquid fractions. The liquid fraction is then rectified into a second fraction containing C3+-hydrocarbon and a third gaseous fraction consisting primarily of volatile components. The third gaseous fraction is subjected to adiabatic expansion, releasing C3+-hydrocarbon which is removed by a washer. The C2-hydrocarbon fraction is heated in a dual-flow heat exchanger which is coiled and/or bundled tube heat exchanger. The gas is fed at a pressure of above 60 bar and a flow rate of 250,000 Nm/hour. The washing process (T1) operates at a higher pressure than the rectification process (T2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem Kohlenwasserstoff-reichen Strom, insbesondere einem Erdgasstrom, wobei der Kohlenwasserstoff-reichen Strom abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt wird, die flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im Wesentlichen C3+-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Produktstrom und einen überwiegend leichter siedende Komponenten enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, die gasförmige Fraktion arbeitsleistend entspannt und in einer Wäsche aus dieser entspannten Fraktion C3+-Kohlenwasserstoffe abgetrennt und ebenfalls der Rektifikation zugeführt werden, während die aus der Wäsche austretende C2-- Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt wird. The invention relates to a process for separating C 3+ hydrocarbons from a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, the hydrocarbon-rich stream being cooled, partially condensed and separated into a liquid and a gaseous fraction, the liquid fraction by rectification is broken down into a product stream essentially containing C 3+ hydrocarbons and a residual gas stream containing predominantly lower-boiling components, the gaseous fraction is relieved of work and separated from this relaxed fraction C 3+ hydrocarbons in a wash and likewise fed to the rectification while the fraction containing C 2- hydrocarbons emerging from the wash is warmed against process streams to be cooled.

Erdgasanlagen, in denen das gattungsgemäße Verfahren, wie es beispielsweise aus der DE-A 34 45 961 bekannt ist, integriert werden kann, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Natural gas plants, in which the generic method, such as from DE-A 34 45 961 is known, can be integrated are the expert well known.

Bei gattungsgemäßen Verfahren kommen üblicherweise Mehrstromwärmetauscher, insbesondere Plattenwärmetauscher, zur Anwendung. Ist der Druck des zu behandelnden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes jedoch vergleichsweise hoch - gemeint sind hier Drücke von mehr als 60 bar - und/oder die Gasdurchsatzmenge vergleichsweise hoch, ist der Einsatz von Plattenwärmetauschern mit einer Vielzahl von Problemen verbunden. So steigt bspw. die Anzahl der parallelen Wärmetauscherblöcke stark an, was eine vergleichsweise komplizierte Verrohrung bedingt. Bei sehr hohen Drücken und/oder sehr großen Gasdurchsätzen ist der Einsatz von Plattenwärmetauschern unter Umständen nicht mehr realisierbar. In the case of processes of the generic type, multi-flow heat exchangers usually come especially plate heat exchangers, for use. Is the pressure of the too treating hydrocarbon-rich electricity, however, is comparatively high - what is meant here are pressures of more than 60 bar - and / or the gas throughput The use of plate heat exchangers with a large number is comparatively high associated with problems. For example, the number of parallel ones increases Heat exchanger blocks strongly, which is a comparatively complicated piping conditionally. Use at very high pressures and / or very high gas throughputs plate heat exchangers may no longer be possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet. The object of the present invention is a generic method specify that avoids the disadvantages described above.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass im Wesentlichen sämtliche Wärmetauschprozesse in Zweistromwärmetauschern durchgeführt werden. To solve this problem, it is proposed that essentially all Heat exchange processes are carried out in two-flow heat exchangers.

Hierbei kommen als Zweistromwärmetauscher vorzugsweise gewickelte Wärmetauscher und/oder Rohrbündel-Wärmetauscher zur Anwendung. In this case, wound two-stream heat exchangers are preferably used Heat exchangers and / or shell-and-tube heat exchangers for use.

Es ist nicht in allen Anwendungsfällen erforderlich, dass zwingend alle Wärmetauschprozesse in Zweistromwärmetauschern durchgeführt werden; es sollten jedoch zumindest die Wärmetauschprozesse, bei denen wenigstens einer der am Wärmetauschprozess beteiligten Verfahrensströme einen Druck von mehr als 60 bar und/oder einen Durchsatz von mehr als 250.000 Nm3/h aufweist, in Zweistromwärmetauschern realisiert werden. It is not necessary in all applications for all heat exchange processes to be carried out in two-flow heat exchangers; However, at least the heat exchange processes in which at least one of the process streams involved in the heat exchange process has a pressure of more than 60 bar and / or a throughput of more than 250,000 Nm 3 / h should be implemented in two-flow heat exchangers.

Die vorgenannten Zweistromwärmetauscher zeichnen sich insbesondere durch ihre Robustheit und die zur Verfügung stehenden Werkstoffe aus. Daher können ihnen sowohl hohe Drücke als auch thermischer Stress, der bspw. durch stark schwankende Rohgasdrücke verursacht wird, nichts anhaben. The aforementioned two-flow heat exchangers are characterized in particular by their Robustness and the available materials. Therefore, you can both high pressures and thermal stress, for example due to strongly fluctuating Raw gas pressures is caused, do not harm.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche. Further advantageous refinements of the method according to the invention are Objects of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem Kohlenwasserstoff-reichen Stromes sowie weitere Ausgestaltung desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The process according to the invention for the separation of C 3+ hydrocarbons from a hydrocarbon-rich stream and further embodiment thereof are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the figure.

Über Leitung 1 wird der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom, der unter einem Druck von 40 bis 150 bar vorliegt, einem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem gegen eine schwerere Kohlenwasserstoff enthaltende Flüssigfraktion in der Leitung 3', die aus dem Sumpf der noch zu beschreibenden Waschsäule T1 abgezogen wird, abgekühlt und partiell kondensiert. Via line 1 , the hydrocarbon-rich stream to be liquefied, which is under a pressure of 40 to 150 bar, is fed to a heat exchanger E1 and in this against a heavier hydrocarbon-containing liquid fraction in line 3 ', which from the bottom of the still to be described Washing column T1 is withdrawn, cooled and partially condensed.

Ein Teilstrom des zu behandelnden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes wird über Leitung 1' einem parallel zu dem Wärmetauscher E1 angeordneten Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem gegen eine am Kopf der Waschsäule T1 gewonnene C2-- Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion abgekühlt und partiell kondensiert. A partial stream of the hydrocarbon-rich stream to be treated is fed via line 1 'to a heat exchanger E2 arranged in parallel with the heat exchanger E1 and is cooled therein and partially condensed against a fraction containing C 2- hydrocarbons obtained at the top of the washing column T1.

Die beiden abgekühlten und partiell kondensierten Teilströme werden anschließend dem Abscheider D1 zugeführt und in diesem in eine gasförmige sowie in eine flüssige Fraktion aufgetrennt. The two cooled and partially condensed substreams are then the separator D1 and fed into a gaseous and a liquid Fraction separated.

Die im Kopf des Abscheiders D1 über Leitung 2 abgezogene gasförmige Fraktion wird in der Entspannungsturbine X1 arbeitsleistend entspannt und über Leitung 2' anschließend der vorerwähnten Waschsäule T1, auf die im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, zugeführt. The gaseous fraction drawn off in the head of the separator D1 via line 2 is expanded in the expansion turbine X1 in a work-performing manner and then fed via line 2 'to the above-mentioned washing column T1, which will be discussed in more detail below.

Die aus dem Sumpf des Abscheiders D1 über Leitung 5 abgezogene Flüssigfraktion wird zunächst im Ventil a entspannt und sodann der Rektifiziersäule T2 zugeführt. The liquid fraction drawn off from the bottom of the separator D1 via line 5 is first expanded in the valve a and then fed to the rectification column T2.

In der Rektifiziersäule T2 wird eine im Wesentlichen C3+-Kohlenwasserstoffe enthaltende Produktfraktion gewonnen und über Leitung 6 abgegeben. Ein Teilstrom dieser Fraktion wird über Leitung 6' abgezogen, im Wärmetauscher E6 gegen Fremdwärme angewärmt und der Rektifiziersäule T2 als Reboilerstrom zugeführt. A product fraction essentially containing C 3+ hydrocarbons is obtained in the rectification column T2 and released via line 6 . A partial stream of this fraction is drawn off via line 6 ', warmed against external heat in the heat exchanger E6 and fed to the rectification column T2 as a reboiler stream.

Die Rektifiziersäule T2 weist ferner einen "Zwischenabzug" 12 auf, wobei die über diesen abgezogene Fraktion vor der Wiedereinspeisung in die Rektifiziersäule T2 gegen die über Leitung 6 abgezogene Produktfraktion im Wärmetauscher E7 partiell verdampft wird. The rectification column T2 also has an "intermediate draw" 12 , the fraction drawn off via this being partially evaporated in the heat exchanger E7 before being fed back into the rectification column T2 against the product fraction drawn off via line 6 .

Der über Leitung 6 aus der Rektifiziersäule T2 abgezogene Produktstrom kann ggf. einer Nachbehandlung, insbesondere einer Zerlegung, zugeführt werden. Eine derartige Zerlegung ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102 05 366 beschrieben. The product stream drawn off from the rectification column T2 via line 6 can, if appropriate, be fed to a post-treatment, in particular a disassembly. Such a decomposition is described for example in the unpublished German patent application 102 05 366.

Die im Abscheider D1 gewonnene gasförmige Fraktion, die der Waschsäule T1 über Leitung 2' zugeführt wird, wird in der Waschsäule T1 in eine gasförmige, C2-- Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion sowie eine schwerere Kohlenwasserstoff enthaltende Flüssigfraktion aufgetrennt. The gaseous fraction obtained in the separator D1, which is fed to the wash column T1 via line 2 ', is separated in the wash column T1 into a gaseous fraction containing C 2- hydrocarbons and a heavier hydrocarbon-containing liquid fraction.

Diese Flüssigfraktion wird aus dem Sumpf der Waschsäule T1 über Leitung 3 abgezogen, im Ventil b entspannt, im Wärmetauscher E5 angewärmt und partiell verdampf, über Leitung 3' dem bereits beschriebenen Wärmetauscher E1 und anschließend über Leitung 3" ebenfalls der Rektifiziersäule T2 zugeführt. This liquid fraction is withdrawn from the bottom of the washing column T1 via line 3 , expanded in valve b, heated in the heat exchanger E5 and partially evaporated, via line 3 'to the already described heat exchanger E1 and then also via line 3 "to the rectification column T2.

Die in der Waschsäule T1 gewonnene C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion wird am Kopf der Waschsäule T1 über Leitung 4 abgezogen und dem Wärmetauscher E3 zugeführt; in diesem erfolgt eine Anwärmung gegen die am Kopf der Rektifiziersäule T2 abgezogene Gasfraktion in der Leitung T. Die C2-- Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion wird sodann über Leitung 4' dem bereits beschriebenen Wärmetauscher E2 und anschließend über Leitung 4" dem Expanderangetriebenen Verdichter C1 zugeführt. In diesem wird die C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion auf einen Druck zwischen 40 und 70 bar verdichtet. Die verdichtete Fraktion wird anschließend über Leitung 4''' einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten Verdichtung und/oder einem weiteren, in der Figur nicht dargestellten Prozess bzw. Prozessschritt zugeführt. The fraction containing C 2 hydrocarbons obtained in the washing column T1 is drawn off at the top of the washing column T1 via line 4 and fed to the heat exchanger E3; in this there is heating against the gas fraction drawn off at the top of the rectification column T2 in line T. The fraction containing C 2- hydrocarbons is then fed via line 4 'to the already described heat exchanger E2 and then via line 4 "to the expander-driven compressor C1. In this, the fraction containing C 2 hydrocarbons is compressed to a pressure between 40 and 70 bar, and the compressed fraction is then passed via line 4 ″ ″ to a further compression, not shown in the figure, and / or another, in the figure Process or process step not shown supplied.

Es ist selbstverständlich nicht zwingend erforderlich, dass die gesamte, am Kopf der Waschsäule T1 abgezogene C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion einem weiteren Prozess bzw. Prozessschritt zugeführt wird. Of course, it is not absolutely necessary that the entire fraction containing C 2 -hydrocarbons drawn off at the top of the washing column T1 is fed to a further process or process step.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wäsche T1 bei einem höheren Druck als die Rektifikation T2 durchgeführt. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the Wash T1 performed at a pressure higher than rectification T2.

Ebenso wird die Wäsche T1 vorzugsweise mit einer flüssigen Waschmittelfraktion, die durch partielle Kondensation des in der Rektifikation T2 anfallenden Restgasstromes 7 gewonnen wird, durchgeführt. Likewise, the laundry T1 is preferably carried out with a liquid detergent fraction, which is obtained by partial condensation of the residual gas stream 7 occurring in the rectification T2.

Dieser am Kopf der Rektifiziersäule T2 über Leitung 7 abgezogene Restgasstrom wird in den Wärmetauschern E4 und E3 abgekühlt, partiell kondensiert und über Leitung 7" einem Abscheider D2 zugeführt. Die in dem Abscheider D2 gewonnene Flüssigfraktion wird über Leitung 8, in der eine Pumpe P1 angeordnet ist, dem Kopf der Rektifiziersäule T2 zugeführt. This residual gas stream drawn off at the head of the rectification column T2 via line 7 is cooled in the heat exchangers E4 and E3, partially condensed and fed via line 7 "to a separator D2. The liquid fraction obtained in the separator D2 is arranged via line 8 , in which a pump P1 is arranged is fed to the head of the rectification column T2.

Die im Abscheider D2 anfallende gasförmige Fraktion wird über Leitung 9 abgezogen, im Wärmetauscher E5 abgekühlt, partiell kondensiert und anschließend einem Abscheider D3 zugeführt. The gaseous fraction obtained in the separator D2 is drawn off via line 9 , cooled in the heat exchanger E5, partially condensed and then fed to a separator D3.

Aus diesem wird über Leitung 10 eine Flüssigfraktion, die die eigentliche Waschmittelfraktion bildet, abgezogen und mittels der Pumpe P2 auf den Druck der Waschsäule T1 gepumpt und dieser am Kopf als Waschmittel zugeführt. From this a liquid fraction, which forms the actual detergent fraction, is drawn off via line 10 and pumped to the pressure of the washing column T1 by means of the pump P2 and fed to the head as a detergent.

Die bei der letzten partiellen Kondensation im Abscheider D3 anfallende gasförmige Fraktion wird aus diesem über Leitung 11 abgezogen, im Wärmetauscher E4 angewärmt, im Verdichter C2 auf den Druck der C2--Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktion in der Leitung 4''' verdichtet und dieser sodann beigemischt. The gaseous fraction obtained in the last partial condensation in the separator D3 is withdrawn from this via line 11 , warmed in the heat exchanger E4, compressed in the compressor C2 to the pressure of the fraction containing C 2- hydrocarbons in line 4 '''and this is then compressed added.

Denkbar ist jedoch auch, die über Leitung 11 aus dem Abscheider D3 abgezogene Fraktion als Fuelgas abzugeben bzw. innerhalb des Prozesses zu verwenden. Denkbar ist ferner, einen Teil dieser Fraktion weiteren Prozessschritten zu unterwerfen und einen anderen Teil als Fuelgas zu verwenden. Beide Möglichkeiten sind in der Figur nicht dargestellt. However, it is also conceivable to deliver the fraction withdrawn from the separator D3 via line 11 as fuel gas or to use it within the process. It is also conceivable to subject a part of this fraction to further process steps and to use a part other than fuel gas. Both possibilities are not shown in the figure.

Claims (7)

1. Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem Kohlenwasserstoff-reichen Strom, insbesondere einem Erdgasstrom, wobei der Kohlenwasserstoff-reichen Strom abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt wird, die flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im Wesentlichen C3+-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Produktstrom und einen überwiegend leichter siedende Komponenten enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, die gasförmige Fraktion arbeitsleistend entspannt und in einer Wäsche aus dieser entspannten Fraktion C3+- Kohlenwasserstoffe abgetrennt und ebenfalls der Rektifikation zugeführt werden, während die aus der Wäsche austretende C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen sämtliche Wärmetauschprozesse in Zweistromwärmetauschern durchgeführt werden. 1. Process for the separation of C 3+ hydrocarbons from a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, the hydrocarbon-rich stream being cooled, partially condensed and separated into a liquid and a gaseous fraction, the liquid fraction by rectification in one essentially C 3+ hydrocarbon-containing product stream and a residual gas stream containing predominantly lower-boiling components is decomposed, the gaseous fraction is relieved of work and separated in a wash from this relaxed fraction C 3+ - hydrocarbons and also fed to the rectification, while the from the Laundry-containing C 2- hydrocarbons containing fraction is warmed against process streams to be cooled, characterized in that essentially all heat exchange processes are carried out in two-flow heat exchangers. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zweistromwärmetauscher gewickelte Wärmetauscher und/oder Rohrbündel- Wärmetauscher zur Anwendung kommen. 2. The method according to claim 1, characterized in that as Two-flow heat exchanger wound heat exchanger and / or tube bundle Heat exchangers are used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Wärmetauschprozesse, bei denen wenigstens einer der am Wärmetauschprozess beteiligten Verfahrensströme einen Druck von mehr als 60 bar und/oder einen Durchsatz von mehr als 250.000 Nm3/h aufweist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least the heat exchange processes in which at least one of the process flows involved in the heat exchange process has a pressure of more than 60 bar and / or a throughput of more than 250,000 Nm 3 / h. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wäsche (T1) bei einem höheren Druck als die Rektifikation (T2) durchgeführt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims 1 to 3, characterized characterized that the laundry (T1) at a higher pressure than that Rectification (T2) is performed. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wäsche (T1) mit einer flüssigen Waschmittelfraktion (10), die durch partielle Kondensation (D3) des in der Rektifikation (T2) anfallenden Restgasstromes (7) gewonnen wird, durchgeführt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the laundry (T1) with a liquid detergent fraction ( 10 ), which is obtained by partial condensation (D3) of the residual gas stream ( 7 ) obtained in the rectification (T2) , is carried out. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der partiellen Kondensation (D3) des in der Rektifikation (T2) anfallenden Restgasstromes (7) gewonnene Gasfraktion (11, 11') auf den Druck der dem nachfolgenden Prozessschritt zugeführten C2--Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktion (4, 4', 4", 4''') verdichtet (C2) und dieser zugemischt oder als Fuelgas-Fraktion abgegeben wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the gas fraction ( 11 , 11 ') obtained in the partial condensation (D3) of the residual gas stream ( 7 ) obtained in the rectification (T2) to the pressure of the C 2- supplied to the subsequent process step -Carbon-containing fraction ( 4 , 4 ', 4 ", 4 ''') compressed (C2) and this is added or released as a fuel gas fraction. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der partiellen Kondensation (D3) des in der Rektifikation (T2) anfallenden Restgasstromes (7) gewonnene Gasfraktion (11, 11') teilweise auf den Druck der dem nachfolgenden Prozessschritt zugeführten C2--Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktion (4, 4', 4", 4''') verdichtet (C2) und dieser zugemischt und teilweise als Fuelgas-Fraktion abgegeben wird. 7. The method according to claim 5, characterized in that the gas fraction ( 11 , 11 ') obtained in the partial condensation (D3) of the residual gas stream ( 7 ) occurring in the rectification (T2) is partly based on the pressure of the C 2 fed to the subsequent process step - Compression containing hydrocarbons ( 4 , 4 ', 4 ", 4 ''') compressed (C2) and this is mixed and partially released as a fuel gas fraction.
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