NO178168B

NO178168B - Process for separating higher hydrocarbons from a gas mixture

Info

Publication number: NO178168B
Application number: NO940449A
Authority: NO
Inventors: Heinz Bauer
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-10-23
Also published as: NO940449L; NO178168C; NO940449D0

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for separering av høyere hydrokarboner fra en gassblanding som inneholder disse og komponenter med lavere kokepunkt, ved rektifikasjon, ved hvilken gassblandingen ved indirekte varmeveksling med et kjølemiddel kondenseres delvis og tilføres en separeringskolonne ved hvis bunn en fraksjon som er rik på høyere hydrokarboner og ved hvis topp en fraksjon som er rik på laverekokende komponenter, fjernes, hvorved toppfraksjonen ved indirekte varmeveksling med et kjølemiddel kondenseres delvis og hvor kondensatet føres som tilbakeløp til toppen av separeringskolonnen. The invention relates to a method for separating higher hydrocarbons from a gas mixture containing these and components with a lower boiling point, by rectification, in which the gas mixture is partially condensed by indirect heat exchange with a refrigerant and fed to a separation column at the bottom of which a fraction rich in higher hydrocarbons and at the top of which a fraction rich in lower-boiling components is removed, whereby the top fraction by indirect heat exchange with a refrigerant is partially condensed and where the condensate is passed as reflux to the top of the separation column.

Slike fremgangsmåter er kjente fra EP-B-0318504 og fra EP-A-0153984. Den kulde som er nødvendig for kondensasjon av den innførte gass og av toppfraksjonen, fås ved de kjente fremgangsmåter dels fra ett eller flere kuldekretsløp og dels fra arbeidsytende avspenning av tilførsel- eller restgass. Kuldekretsløpene arbeider ved konstant fordampningstemperatur og forårsaker relativt høye temperaturforskjeller og dermed energitap ved varmeutveksling med kondenserende tilførsels-eller toppgassblanding. Turbinene som anvendes for å danne toppkulde, er ikke egnede for alle fremgangsmåter. Spesielt oppviser de høy slitasje ved temperaturvariasjoner for eksempel som følge av ikke-stasjonære prosessbetingelser. Den tidligere kjente fremgangsmåte arbeider derfor økonomisk ikke helt tilfredsstillende og er bare pålitelig under drift bare dersom visse randbetingelser iakttas. Such methods are known from EP-B-0318504 and from EP-A-0153984. The cold that is necessary for condensation of the introduced gas and of the top fraction is obtained by the known methods partly from one or more cooling circuits and partly from efficient relaxation of supply or residual gas. The cooling circuits work at a constant evaporation temperature and cause relatively high temperature differences and thus energy loss during heat exchange with the condensing supply or top gas mixture. The turbines used to form top cooling are not suitable for all processes. In particular, they exhibit high wear during temperature variations, for example as a result of non-stationary process conditions. The previously known method therefore does not work economically completely satisfactorily and is only reliable during operation if certain boundary conditions are observed.

I tillegg er anvendelse av flerkomponentkjølemidler for kondensasjon av hydrokarbonholdige prosesstrømmer kjent fra EP-A-0 132 984 og fra artikkelen "Die Verfliissigung von Erdgas" av W. Forg og V. Etzbach i Linde-Berichten aus Technik und Wissenschaft, nr. 28, juni 1970, sider 27 til 39. In addition, the use of multicomponent refrigerants for the condensation of hydrocarbon-containing process streams is known from EP-A-0 132 984 and from the article "Die Verfliissigung von Erdgas" by W. Forg and V. Etzbach in Linde-Berichten aus Technik und Wissenschaft, No. 28, June 1970, pages 27 to 39.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å til-veiebringe en fremgangsmåte av den ovennevnte type som arbeider økonomisk gunstigere og i forhold til randbetingelser kan anvendes mer fleksibelt og er spesielt egnet også for relativt sterkt varierende parametre for gassblandingen som skal separeres. The invention is based on the task of providing a method of the above-mentioned type which works more economically and can be used more flexibly in relation to boundary conditions and is also particularly suitable for relatively strongly varying parameters of the gas mixture to be separated.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at kondensasjonen av gassblandingen og kondensasjonen av toppfraksjonen bevirkes ved indirekte varmeveksling med et kjølemiddel som består av flere komponenter og føres i et eksternt krets-løp, og at fortettet kjølemiddel separeres i det eksterne kul-dekretsløp i en gassformig og en flytende fraksjon, og at den gassformige fraksjon avkjøles ved indirekte varmeveksling med andelen som ved kondensasjonen av toppfraksjonen forblir gassformig, og deretter kondenseres, og deretter ledes for indirekte "varmeveksling med toppfraksjonen. According to the invention, this task is solved by the condensation of the gas mixture and the condensation of the top fraction being effected by indirect heat exchange with a refrigerant consisting of several components and carried in an external circuit, and that the condensed refrigerant is separated in the external cooling circuit into a gaseous and a liquid fraction, and that the gaseous fraction is cooled by indirect heat exchange with the portion that remains gaseous during the condensation of the top fraction, and is then condensed, and then led for indirect heat exchange with the top fraction.

En slik prosessføring muliggjør en glidende tilpasning av kjølemiddeltemperaturen til de krav som er gitt av sammensetningen for tilført gass og produkter. Den muliggjør for eksempel såvel mindre apparatmessig innsats som mindre energitap sammenlignet med en kjølemiddelkaskade. Også toppkulde kan oppnås med forsvarlig innsats, slik at det for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan gis avkall på avspennings-turbiner. De ulemper som er forbundet med turbiner hva gjelder fleksibiliteten, blir unngått. Such processing enables a smooth adaptation of the coolant temperature to the requirements given by the composition of supplied gas and products. It enables, for example, both less equipment effort and less energy loss compared to a refrigerant cascade. Peak cold can also be achieved with proper effort, so that for the method according to the invention, relaxation turbines can be dispensed with. The disadvantages associated with turbines in terms of flexibility are avoided.

De energimessige fordeler ved den foreliggende fremgangsmåte er på overraskende måte så store at de ikke bare oppveier de merkostnader som forårsakes av flerkomponent-kjølemiddel-kretsløpet, men samlet gir en tydelig økning av fremgangsmåtens økonomi. I tillegg er anvendelsesmuligheter for fremgangsmåten usedvanlig fleksible. The energy-related advantages of the present method are surprisingly so great that they not only offset the additional costs caused by the multi-component refrigerant circuit, but overall provide a clear increase in the economy of the method. In addition, application possibilities for the method are exceptionally flexible.

Separeringskolonnen som anvendes for fremgangsmåten, blir som regel bare drevet som forsterkningskolonne, dvs. at den partielt kondenserte gassblanding innmates i kolonnens nedre område. The separation column used for the method is usually only operated as an amplification column, i.e. the partially condensed gas mixture is fed into the lower area of the column.

Ved varmevekslingen med toppfraksjonen som forblir gassformig, blir kjølemidlet fortrinnsvis ikke bare fullstendig kondensert, men i tillegg underkjølt for etter at det er blitt avspent å ha en høyest mulig andel disponibel i flytende tilstand. Kjølemidlet som forblir flytende etter komprimeringen, blir likeledes underkjølt så langt som mulig. During the heat exchange with the top fraction which remains gaseous, the coolant is preferably not only completely condensed, but additionally subcooled so that after it has been de-stressed, the highest possible proportion is available in liquid state. The coolant that remains liquid after compression is likewise subcooled as far as possible.

Nedstrøms i forhold til varmeveksleren kan den sam-lede kjølemiddel strøm igjen renses for tilbakeløpsdannelsesn. Kjølemidlet blir etter varmevekslingen med toppfraksjonen, som regel supplert med kjølemiddelfraksjonen som forblir flytesnde etter komprimeringen, bragt til varmeveksling med gassblandingen som skal separeres og forut for dette, dersom det er lagt opp til dette, i varmeveksling med mellomfraksjonen. Kjølemid-let som forblir gassformig etter komprimeringen, blir dermed utnyttet på spesielt gunstig måte for overføring av toppkulde til separeringskolonnens toppfraksjon. Energibalansen for fremgangsmåten blir derved ytterligere forbedret. Downstream in relation to the heat exchanger, the combined coolant flow can again be cleaned of reflux formation. After the heat exchange with the top fraction, the coolant is, as a rule, supplemented with the coolant fraction that remains liquid after the compression, brought to heat exchange with the gas mixture to be separated and prior to this, if there is provision for this, in heat exchange with the intermediate fraction. The refrigerant which remains gaseous after the compression is thus utilized in a particularly favorable way for the transfer of top cold to the top fraction of the separation column. The energy balance for the method is thereby further improved.

For ytterligere forbedring av separeringskolonnens rektifikasjonsvirkning er det gunstig når en mellomfraksjon tas fra- separeringskolonnen på et midtre sted og denne i det minste delvis kondenseres ved indirekte varmeveksling med kjølemidlet og tilbakeføres til separeringskolonnen. To further improve the rectification effect of the separation column, it is beneficial when an intermediate fraction is taken from the separation column at a central location and this is at least partially condensed by indirect heat exchange with the coolant and returned to the separation column.

Denne varmeveksling finner sted ved en temperatur som ligger mellom temperaturnivået ved kondensasjonen av tilfør-selsgassblandingen og temperaturnivået ved kondensasjonen av toppfraksjonen. Fortrinnsvis blir de tilsvarende varmevekslere seriekoblet på kjølemiddelsiden, slik at det fås en optimal utnyttelse av det glidende fordampningstemperaturforløp for flerkomponentkjølemidlet. Derved er fremgangsmåten energimes-sig spesielt gunstig å utføre. Selvfølgelig er det også mulig og i flere tilfeller også fordelaktig å ta ut flere slike mel-lomf raks joner på analog måte og tilføre disse for indirekte varmeveksling med kjølemidlet. This heat exchange takes place at a temperature that lies between the temperature level at the condensation of the feed gas mixture and the temperature level at the condensation of the top fraction. Preferably, the corresponding heat exchangers are connected in series on the refrigerant side, so that optimal utilization of the sliding evaporation temperature course for the multi-component refrigerant is obtained. Thereby, the method is especially advantageous in terms of energy to carry out. Of course, it is also possible and in several cases also advantageous to take out several such interspace fractions in an analogous way and add these for indirect heat exchange with the coolant.

Ifølge en videre utvikling av oppfinnelsesidéen blir fremgangsmåten utført med tidsvis foranderlig tilførsel og/eller tidsvis foranderlig sammensetning for gassblandingen som skal separeres. According to a further development of the invention idea, the method is carried out with a time-varying supply and/or time-varying composition for the gas mixture to be separated.

Selvfølgelig forekommer tidsvise svingninger for hver fremgangsmåte, for eksempel ved opp- og nedkjøringen av et anlegg. Her menes imidlertid endringer med vesentlig kortere perioder, generelt mindre enn én time, fortrinnsvis innen minuttområdet, som for eksempel oppviser temperaturvariasjoner på ca. 3 K/min og/eller 10% lastendring pr. minutt. Slike av-vik fra stasjonære forhold kan også være betinget av forut-gående fremgangsmåtetrinn, for eksempel når gassblandingen som skal separeres ved den foreliggende fremgangsmåte, stammer fra en periodisk drevet apparatur, så som omkoplingsbare reak-torer. Spesielt under slike forutsetninger ville en fremgangsmåte med dannelse av toppkulde ved hjelp av turbiner (f.eks. ifølge EP-B-0 318504) føre til meget høy slitasje på turbinene og dermed bety hyppig stillstand og høye kostnader for anlegg, spesielt ved produksjonsutfall. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan derimot tåle slike svingninger fordi det anvendte flerkomponentkjølemiddelkretsløp ikke er utsatt for slike slitasjeforekomster og til tross for dette på lignende måte som de tidligere kjente fremgangsmåter kan stille kulde til disposisjon på forskjellige temperaturn!våer. Of course, temporary fluctuations occur for each procedure, for example during the ramp-up and ramp-down of a plant. Here, however, is meant changes with significantly shorter periods, generally less than one hour, preferably within the minute range, which for example show temperature variations of approx. 3 K/min and/or 10% load change per minute. Such deviations from stationary conditions can also be conditioned by preceding method steps, for example when the gas mixture to be separated by the present method originates from a periodically operated apparatus, such as switchable reactors. Especially under such conditions, a method with the formation of top cold by means of turbines (e.g. according to EP-B-0 318504) would lead to very high wear on the turbines and thus mean frequent downtime and high costs for the plant, especially in the event of production failure. The method according to the invention, on the other hand, can withstand such fluctuations because the multi-component coolant circuit used is not exposed to such instances of wear and despite this, in a similar way to the previously known methods, can make cold available at different temperature levels.

I tilfellet av en slik ikke-stasjonær utførelse av fremgangsmåten med relativt korte perioder støter vanlige re-guleringsprosesser hyppig på sine grenser da de reagerer for tregt. Ifølge en videreutvikling av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tas det derfor sikte på at tilførselsmengden og/eller sammensetningen for gassblandingen som skal separeres, måles og at tilførselsmengden av kjølemiddel i de forskjellige konsentrasjonstrinn innstilles i avhengighet av denne måleverdi. In the case of such a non-stationary execution of the method with relatively short periods, ordinary regulation processes frequently encounter their limits as they react too slowly. According to a further development of the method according to the invention, it is therefore aimed that the supply quantity and/or composition of the gas mixture to be separated is measured and that the supply quantity of refrigerant in the different concentration stages is set in dependence on this measurement value.

De nødvendige tilpasninger til kuldehusholdningen blir følgelig ikke foretatt ved hjelp av en regulering, men ved hjelp av en styring. I den forbindelse må ved beregnelsen av innstillingsstørrelsene visse parametre tas med som bare delvis kan bestemmes på forhånd ved hjelp av teoretiske be-traktninger. I tillegg til dette er erfaringsverdier nød-vendige som må formidles av betjeningspersonalet ved den første igangsetting av et anlegg. Da variasjonene i tilført mengde og/eller sammensetning for gassblandingen som skal separeres, som regel er periodiske, kan slike verdier formidles ved hjelp av forsøk og deretter fast foreskrives. Også selv-lærende systemer er tenkbare som automatisk og også under den løpende drift optimerer slike parametre. The necessary adaptations to the cold household are consequently not made with the help of a regulation, but with the help of a control. In this connection, certain parameters must be included in the calculation of the setting values which can only be partially determined in advance using theoretical considerations. In addition to this, experience values are necessary which must be conveyed by the operating staff when a plant is first started up. As the variations in added quantity and/or composition for the gas mixture to be separated are usually periodic, such values can be communicated by means of experiments and then fixedly prescribed. Self-learning systems are also conceivable which optimize such parameters automatically and also during ongoing operation.

Ved relativt kortvarige svingninger i sammensetnin-gene for tilførsels-, mellomprodukt-, og produktstrømmene, som oppstår enten indirekte på grunn av forskjellig høye tilfør-selsmengder eller direkte på grunn av tilsvarende dannet til-før selsgass, fås et ytterligere problem ved de hittil kjente beslektede fremgangsmåter. Aluminiumplatevarmevekslerne som er vanlig anvendt, tåler nemlig som regel i bare kort tid de re-sulterende hyppige og kortvarige temperaturvariasjoner og de derved induserte mekaniske spenninger. Også viklede varmsivek-slere med aluminiumrør hvis oppbygning er bedre egnet for kom-pensasjon av termiske lengdeendringer, kan med tiden bli utette. In the case of relatively short-term fluctuations in the composition of the feed, intermediate and product streams, which occur either indirectly due to different high feed quantities or directly due to correspondingly formed feed gas, a further problem arises with the hitherto known related methods. The aluminum plate heat exchangers that are commonly used can, as a rule, withstand the resulting frequent and short-term temperature variations and the thereby induced mechanical stresses for only a short time. Even coiled heat exchangers with aluminum tubes, whose structure is better suited for compensation of thermal length changes, can become leaky over time.

Ifølge et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen blir derfor fortrinnsvis varmevekslere anvendt for den indirekte varmeveksling mellom toppfraksjonen og kjølemidlet, hvilke er fremstilt av et materiale med høy langtidsstabilitet overfor mekaniske spenninger. Edelstål blir derved fortrinnsvis anvendt. En utførelse av varmeveksleren med viklet byggemåte, dvs. med rør som er anordnet skrueformig på konsentriske sylinderflater, er gunstig. According to a further aspect of the invention, heat exchangers are therefore preferably used for the indirect heat exchange between the top fraction and the coolant, which are made of a material with high long-term stability against mechanical stresses. Stainless steel is thereby preferably used. A design of the heat exchanger with a coiled construction, i.e. with tubes arranged helically on concentric cylinder surfaces, is advantageous.

På lignende måte er det fordelaktig hver gang å an-vende en varmeveksler som er fremstilt av et materiale som har høy langtidsstabilitet mot mekaniske spenninger, for den indirekte varmeveksling mellom andelen som forblir gassformig ved kondensasjonen av toppfraksjonen, og kjølemidlets gassformige fraksjon og/eller for den indirekte varmeveksling (7) mellom gassblandingen (6) som skal separeres, og kjølemiddel og/eller for den indirekte varmeveksling (24) mellom mellomfraksjonen (28) og kjølemidlet. In a similar way, it is always advantageous to use a heat exchanger made of a material that has high long-term stability against mechanical stresses, for the indirect heat exchange between the portion that remains gaseous during the condensation of the top fraction, and the gaseous fraction of the refrigerant and/or for the indirect heat exchange (7) between the gas mixture (6) to be separated and refrigerant and/or for the indirect heat exchange (24) between the intermediate fraction (28) and the refrigerant.

I henhold til en variant av oppfinnelsen kan en platevarmeveksler, spesielt en aluminiumplatevarmeveksler, anvendes for den indirekte varmeveksling (7 *) mellom gassblanding (6) som skal separeres, og kjølemiddel. According to a variant of the invention, a plate heat exchanger, in particular an aluminum plate heat exchanger, can be used for the indirect heat exchange (7*) between gas mixture (6) to be separated, and coolant.

Oppfinnelsen såvel som ytterligere enkeltheter ved oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart i tilknytning til to utførelseseksempler som på tegningene er illustrert som pro-sesskjemaer. De angår anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen hvor dens fortrinn gjør seg spesielt sterkt gjel-dende, nemlig for opparbeidelse av en produktgass fra en C3-eller C4-dehydrering. En slik gass inneholder foruten de høyere hydrokarboner lettere flyktige andeler, fremfor alt hydrogen, men også mindre andeler av vann, karbonmonoksid, karbondiok-sid, nitrogen, C2-hydrokarboner osv. Fremgangsmåtetrinnene i henhold til oppfinnelsen tjener for fraskillelse åv de uønskede lettere komponenter, hvilket er forutsetning for den videre opparbeidelse av C3- henholdsvis C4-bestanddelene. The invention as well as further details of the invention will now be explained in more detail in connection with two exemplary embodiments which are illustrated as process diagrams in the drawings. They relate to the use of the method according to the invention where its advantages are particularly strong, namely for processing a product gas from a C3 or C4 dehydration. Such a gas contains, in addition to the higher hydrocarbons, lighter volatile proportions, above all hydrogen, but also smaller proportions of water, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, C2 hydrocarbons, etc. The process steps according to the invention serve to separate the unwanted lighter components, which is a prerequisite for the further processing of the C3 and C4 components.

Dehydreringsproduktgassen blir ved fremgangsmåten ifølge Figur 1 ført frem via en ledning 1 og først utsatt for en forbehandling. Etter avkjøling ved hjelp av et eksternt kjøleanlegg i en varmeveksler 2 og en påfølgende faseseparering i en separator 3 blir den gassformig gjenværende andel befridd for klorspor i en HCl-reaktor 4 og tørket (5). Den på forhånd rensede gass representerer nå i en ledning 6 gassblandingen som skal separeres ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og blir her også betegnet som tilførselsgass. Den inneholder for eksempel 30 til 70% lettere flyktige bestanddeler som skal fraskilles. (Prosentangivelsene baserer seg her og i det følgende prinsipielt på de molare andeler.) In the method according to Figure 1, the dehydration product gas is led forward via a line 1 and first subjected to a pre-treatment. After cooling by means of an external cooling system in a heat exchanger 2 and a subsequent phase separation in a separator 3, the gaseous remaining portion is freed of traces of chlorine in an HCl reactor 4 and dried (5). The pre-purified gas now represents in a line 6 the gas mixture to be separated by the method according to the invention and is here also referred to as supply gas. It contains, for example, 30 to 70% lighter volatile components that must be separated. (The percentages here and in what follows are principally based on the molar proportions.)

Tilførselsgassen i ledningen 6 avkjøles i en varmeveksler 7 og kondenseres partielt (til 5 til 40%, fortrinnsvis 10 til 30%) og blir via en ledning 8 over bunnen innmatet i en separeringskolonne 9. Ved bunnen av separeringskolonnen fås de ønskede høyere hydrokarboner som bunnprodukt, og de fjernes via en ledning 27 og oppvarmes i en varmeveksler 23. Sammen med de tyngrekokende komponenter fra separatoren 3 som allerede er blitt kondensert ut ved forbehandlingen, blir de via en ledning 32 tilført for den videre behandling, f.eks. til en propanfjerner. The supply gas in line 6 is cooled in a heat exchanger 7 and partially condensed (to 5 to 40%, preferably 10 to 30%) and is fed via a line 8 above the bottom into a separation column 9. At the bottom of the separation column, the desired higher hydrocarbons are obtained as bottom product , and they are removed via a line 27 and heated in a heat exchanger 23. Together with the heavy-boiling components from the separator 3 which have already been condensed out during the pre-treatment, they are supplied via a line 32 for the further treatment, e.g. to a propane remover.

En ledning 10 fører toppfraksjonen fra separeringskolonnen til en varmeveksler 11 i hvilken fraksjonen blir partielt kondensert. To-faseblandingen blir via en ledning 12 innført i en separator 13 som er integrert i separeringskolonnen. Den kunne imidlertid like godt ha blitt anvendt som fase-separeringsinnretning utført som egen byggedel. Væsken fra separatoren strømmer som tilbakeløp til separeringskolonnen. Den gassformig gjenværende andel av toppfraksjonen blir ført bort via en restgassledning 14 og i en varmeveksler 15 oppvarmet tilnærmet til omgivelsestemperatur. Denne gass kan helt eller delvis via en ledning 17 tilføres en kompressorenhet og deretter en ytterligere opparbeidelse, lignende som ved en trykkvekslingsadsorpsjon. Alternativt eller parallelt til dette blir restgass fjernet via en ledning 16 og for eksempel anvendt som brenselgass eller for regenerering av tørkeren 5. A line 10 leads the top fraction from the separation column to a heat exchanger 11 in which the fraction is partially condensed. The two-phase mixture is introduced via a line 12 into a separator 13 which is integrated into the separation column. However, it could just as easily have been used as a phase-separation device carried out as a separate component. The liquid from the separator flows as reflux to the separation column. The gaseous remaining portion of the top fraction is led away via a residual gas line 14 and heated approximately to ambient temperature in a heat exchanger 15. This gas can be supplied in whole or in part via a line 17 to a compressor unit and then a further processing, similar to a pressure exchange adsorption. Alternatively or parallel to this, residual gas is removed via a line 16 and, for example, used as fuel gas or for regeneration of the dryer 5.

Ifølge oppfinnelsen blir den kulde som er nødvendig for kondensasjonen av tilførselsgass (varmeveksler 7) og toppfraksjon (varmeveksler 11), dannet ved hjelp av et fler-komponentkjølemiddelkretsløp 18 i hvilket et kjølemiddel fortettes og delvis flytendegjøres på kjent måte. Kjølemidlet inneholder for eksempel C2H4, C2H6, iso-C4H10 og noe CH4. Den nøy-aktige sammensetning fastlegges i avhengighet av forløpet til de angjeldende fordampningskurver. En nøyaktig tilpasning til tilførsels- og mellomproduktstrømmers fordampningsegenskaper med deres til enhver tid spesielle sammensetning er her mulig. According to the invention, the cold necessary for the condensation of feed gas (heat exchanger 7) and top fraction (heat exchanger 11) is formed by means of a multi-component refrigerant circuit 18 in which a refrigerant is condensed and partially liquefied in a known manner. The coolant contains, for example, C2H4, C2H6, iso-C4H10 and some CH4. The exact composition is determined depending on the progress of the relevant evaporation curves. An exact adaptation to the evaporation properties of feed and intermediate product streams with their particular composition at any given time is possible here.

Fortettet kjølemiddel blir ledet inn i en kjølemid-delseparator 19 i form av en to-faseblanding. Den gassformige andel (ledning 20) blir i indirekte varmeveksling 15 kondensert- med den gassformige gjenværende andel 14 av toppfraksjonen og underkjølt for tilbakevinning av toppkulde. Kjølemiddelstrømmens temperatur bør mest mulig være så lav at alt kjølemiddel holder seg flytende også ved den påfølgende avspenning i en strupeventil 25. Ved påfølgende varmeveksling 11 med toppf raks j onen 10 kan derved et maksimalt bidrag med latent varme omsettes. Condensed refrigerant is led into a refrigerant separator 19 in the form of a two-phase mixture. The gaseous portion (line 20) is condensed in indirect heat exchange 15 with the gaseous remaining portion 14 of the top fraction and subcooled for recovery of top cold. The temperature of the coolant flow should, as much as possible, be so low that all the coolant remains liquid even during the subsequent relaxation in a throttle valve 25. During the subsequent heat exchange 11 with the top fraction 10, a maximum contribution of latent heat can thereby be converted.

Den flytende gjenværende andel 21 av kjølemiddel fra kjølemiddelseparatoren 19 blir likeledes underkjølt, og nærmere bestemt i en varmeveksler 22 mot kjølemiddel som står under lavt trykk, og i varmeveksler 23 mot C3+-/C4+-produkt-strømmen 27 fra separeringskolonnenes 9 bunn, og igjen mot lavtrykkskjølemiddel. En første del av den underkjølte væske avspennes i en strupeventil 26a, forenes med kjølemiddel-andelen som forblir gassformig i separatoren 19, oppvarmes i varmevekslerne 24, 7 og 22 og fortettes på ny. En annen del blir avspent i 26b, oppvarmet i varmevekslerens 23 nedre del og deretter forenet med det øvrige lavtrykkskjølemiddel opp-strøms for varmeveksleren 7. The liquid remaining portion 21 of coolant from the coolant separator 19 is likewise subcooled, and more specifically in a heat exchanger 22 against coolant that is under low pressure, and in heat exchanger 23 against the C3+/C4+ product stream 27 from the bottom of the separation columns 9, and again against low-pressure refrigerant. A first part of the subcooled liquid is de-stressed in a throttle valve 26a, combined with the refrigerant part which remains gaseous in the separator 19, heated in the heat exchangers 24, 7 and 22 and condensed again. Another part is decompressed in 26b, heated in the lower part of the heat exchanger 23 and then combined with the other low-pressure coolant upstream of the heat exchanger 7.

For ytterligere å forbedre energibalansen for fremgangsmåten blir i henhold til utførelseseksemplet en mellomfraksjon 28 ført ut fra separatorkolonnen 9, delvis kondensert ved varmeveksling 24 med kjølemiddel og tilbakematet til separeringskolonnen 9 via en ledning 29. Analogt kan også flere slike mellomfraksjoner tas ut på forskjellige steder for par-tiell kondensasjon. Dette må i det enkelte tilfelle avgjøres på bakgrunn av avveiningen mellom høyere apparativmessig innsats på den ene side og nedsatte energitap på den annen side. In order to further improve the energy balance of the method, according to the design example, an intermediate fraction 28 is taken out from the separator column 9, partially condensed by heat exchange 24 with refrigerant and fed back to the separation column 9 via a line 29. Analogously, several such intermediate fractions can also be taken out at different places for partial condensation. This must be decided in the individual case on the basis of the trade-off between higher equipment effort on the one hand and reduced energy losses on the other.

Varmevekslerne som er nødvendige i henhold til utfør-elseseksemplet, tilveiebringes fortrinnsvis som viklede The heat exchangers which are necessary according to the design example are preferably provided as wound

apparater med rør av edelstål. appliances with stainless steel pipes.

Ifølge et aspekt ved oppfinnelsen arbeider fremgangsmåten med en styreanordning istedenfor en ellers vanlig reguleringsinnretning. For dette formål blir gjennomstrømnin-gen i ledningen 6 av gassblanding som skal separeres, målt (30). Fra denne måleverdi blir skalverdier for kjølebehovet formidlet i en styreenhet 31 ved hjelp av ytterligere parametre som dels er blitt teoretisk utregnet og dels er basert på erfaringer, og deretter blir gjennomstrømningen i kjølemid-delledningene innstilt. Denne manipulasjon finner sted ved styring av avspenningsventilene 25, 26a, 26b. According to one aspect of the invention, the method works with a control device instead of an otherwise usual regulation device. For this purpose, the flow through the line 6 of the gas mixture to be separated is measured (30). From this measured value, target values for the cooling demand are communicated in a control unit 31 using additional parameters which have been partly theoretically calculated and partly based on experience, and then the flow in the refrigerant sub-lines is set. This manipulation takes place by controlling the release valves 25, 26a, 26b.

Det følgende talleksempel gjelder separering av C4-hydrokarboner fra produktgassen fra en C4-dehydrering. På grunn av den diskontinuerlige drift av dehydreringsreaktoren varierer gjennomstrømning og sammensetning for produktgassen med en periode på ca. 4 minutter. For hver størrelse er to verdier angitt: til venstre for fasen med maksimal gjennom-strømning av gassblanding som skal separeres (610 mol/s gjen-nom ledningen 6) og den dermed forbundne lavere relative, men høyere absolutte hydrogenandel (ca. 55%, svarende 334 mol/s); til høyre for minimal gjennomstrømning (423 mol/s) og høyere relativt, men lavere absolutt hydrogeninnhold (ca. 64%, svarende til 275 mol/s). The following numerical example concerns the separation of C4 hydrocarbons from the product gas from a C4 dehydration. Due to the discontinuous operation of the dehydration reactor, the throughput and composition of the product gas varies with a period of approx. 4 minutes. For each size, two values are indicated: to the left of the phase with maximum flow of gas mixture to be separated (610 mol/s through line 6) and the associated lower relative, but higher absolute hydrogen proportion (approx. 55%, corresponding to 334 mol/s); on the right for minimal throughput (423 mol/s) and higher relative, but lower absolute hydrogen content (approx. 64%, corresponding to 275 mol/s).

De forskjellige strømmer som dataer er angitt for i The various streams for which data are entered

tabellen, er kjennetegnet med store bokstaver fra A til G. Enkeltvis betyr de: A Tilførselsgass før den partielle kondensasjon (ledning 6) the table, are characterized by capital letters from A to G. Individually, they mean: A Supply gas before the partial condensation (line 6)

B Tilførselsgass etter den partielle kondensasjon (ledning 8) B Supply gas after the partial condensation (line 8)

C Bunnprodukt (ledning 27) C Bottom product (line 27)

D Toppfraksjon før den partielle kondensasjon (ledning D Peak fraction before the partial condensation (conduct

10) 10)

E Toppfraksjon etter den partielle kondensasjon (ledning 12) E Peak fraction after the partial condensation (line 12)

F Mellomfraksjon før den partielle kondensasjon (ledning 28) F Intermediate fraction before the partial condensation (line 28)

G Mellomfraksjon etter den partielle kondensasjon (ledning 29) G Intermediate fraction after the partial condensation (wire 29)

Kjølemidlet oppviser for denne spesielle anvendelse den følgende molare sammensetning: For this particular application, the coolant has the following molar composition:

CH4 2% CH4 2%

C2H4 20% C2H4 20%

C2H6 251 C2H6 251

Iso-C4H10 53% Iso-C4H10 53%

Skjemaet ifølge Figur 2 viser et ytterligere utførel-seseksempel på fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen hvilket likeledes fortrinnsvis anvendes for opparbeidelse av en produktgass fra en C3- eller C4-dehydrering. Fremgangsmåtetrinn og anordninger som svarer til hverandre, har de samme henvis-ningstall på begge tegninger. The form according to Figure 2 shows a further embodiment of the method according to the invention which is also preferably used for processing a product gas from a C3 or C4 dehydration. Method steps and devices that correspond to each other have the same reference numbers in both drawings.

Dehydreringsproduktgass blir tilført via en ledning 1 og underkastet en lignende forbehandling som ved fremgangsmåten ifølge Figur 1 (avkjøling ved hjelp av ekstern kulde i varmeveksleren 2, faseseparering i separatoren 3, fjerning av klor i HCl-reaktoren 4, tørking 5). Tilførselsgas-sen i ledningen 6 blir avkjølt i en varmeveksler 7' og delvis kondensert. Tofaseblandingen blir tilført over separeringskolonnens 9 bunn via en ledning 8. Ved bunnen av separeringskolonnen fås de ønskede høyere hydrokarboner som bunnprodukt, og disse fjernes via en ledning 27 og varmes opp i varmeveksleren 7'. De blir her ført bort fra separatoren 3 adskilt fra de tyngrekokende komponenter som allerede er blitt utkon-densert ved forbehandlingen. Dehydration product gas is supplied via a line 1 and subjected to a similar pretreatment as in the method according to Figure 1 (cooling by means of external cold in the heat exchanger 2, phase separation in the separator 3, removal of chlorine in the HCl reactor 4, drying 5). The supply gas in the line 6 is cooled in a heat exchanger 7' and partially condensed. The two-phase mixture is supplied over the bottom of the separation column 9 via a line 8. At the bottom of the separation column, the desired higher hydrocarbons are obtained as bottom product, and these are removed via a line 27 and heated in the heat exchanger 7'. They are here led away from the separator 3 separated from the heavy-boiling components which have already been condensed out during the pre-treatment.

En ledning 10 fører toppfraksjonen fra separeringskolonnen til en varmeveksler 11 i hvilken fraksjonen blir delvis kondensert. Tofaseblandingen blir via en ledning 12 inn-ført i en separator 13 anordnet i separeringskolonnens øvre område. Den gassformig gjenværende andel av toppfraksjonen blir ført bort via en restgassledning 14 og i en varmeveksler 15 varmet opp til ca. omgivelsestemperatur. Denne gass kan fjernes via en ledning 16 (for eksempel for regenerering av tørkeren 5) og/eller via en ledning 17. A line 10 leads the top fraction from the separation column to a heat exchanger 11 in which the fraction is partially condensed. The two-phase mixture is introduced via a line 12 into a separator 13 arranged in the upper area of the separating column. The gaseous remaining portion of the top fraction is led away via a residual gas line 14 and in a heat exchanger 15 heated to approx. ambient temperature. This gas can be removed via a line 16 (for example for regeneration of the dryer 5) and/or via a line 17.

I henhold til oppfinnelsen blir kulden som er nødven-dig for kondensasjonen av tilførselsgass (varmeveksler 7') og toppfraksjon (varmeveksler 11), på lignende måte som ved fremgangsmåten ifølge Figur 1 dannet ved hjelp av et flerkom-ponentkjølemiddelkretsløp 18. According to the invention, the cold that is necessary for the condensation of feed gas (heat exchanger 7') and top fraction (heat exchanger 11) is formed in a similar way as in the method according to Figure 1 by means of a multi-component refrigerant circuit 18.

Den gassformige andel av det fortettede kjølemiddel som ledes inn i (ledningen 20) kjølemiddelseparatoren 19, blir for gjenvinning av toppkulde kondensert i indirekte varmeveksling 15 med en gassformig gjenværende andel 14 av toppfraksjonen og underkjølt, deretter avspent i en strupeventil 25 og bragt i indirekte varmeveksling 11 med toppfraksjonen 10 The gaseous portion of the condensed refrigerant which is led into (the line 20) the refrigerant separator 19 is condensed in indirect heat exchange 15 with a gaseous remaining portion 14 of the overhead fraction and subcooled, then decompressed in a throttle valve 25 and brought into indirect heat exchange for the recovery of top cold 11 with the top fraction 10

fra separeringskolonnen 9. from the separation column 9.

Den flytendegjorte andel 21 av kjølemiddel fra kjøle-middelutskilleren 19 underkjøles i varmeveksleren 7'. Den underkjølte væske blir avspent i strupeventilen 26, forenet med kjølemiddelandelen som forblir gassformig i utskilleren 19, varmet opp i varmeveksleren 7' og fullstendig fordampet og deretter på ny fortettet. The liquefied portion 21 of coolant from the coolant separator 19 is subcooled in the heat exchanger 7'. The subcooled liquid is depressurized in the throttle valve 26, combined with the refrigerant portion that remains gaseous in the separator 19, heated in the heat exchanger 7' and completely vaporized and then condensed again.

For å redusere investeringsomkostningene for anlegget ble det~ved fremgangsmåten ifølge Figur 2 gitt avkall på mel-lomkjøletrinnene vist på Figur. 1. Varmeveksleren 7' er i henhold til denne variant utført som platevarmeveksler. Den for-ener funksjonene til varmevekslerne 7, 22 og 23 ifølge Figur 1. In order to reduce the investment costs for the plant, the intermediate cooling steps shown in Figure were dispensed with in the method according to Figure 2. 1. According to this variant, the heat exchanger 7' is designed as a plate heat exchanger. It combines the functions of the heat exchangers 7, 22 and 23 according to Figure 1.

Styringen ved fremgangsmåten ifølge Figur 2 forløper på lignende måte som beskrevet ovenfor i forbindelse med Figur 1. For dette er måleanordninger for gjennomstrømningen i ledningen 6 av gassblanding (30) som skal separeres, og for kjølemidlets (33) trykk i ledningen 20 anordnet. Måleverdiene blir i en styreenhet 31 omvandlet til skalverdier for kulde-behovet. Derpå blir gjennomstrømningen i kjølemiddel ledningene (avspenningsventiler 25, 26) innstilt. The control of the method according to Figure 2 proceeds in a similar way as described above in connection with Figure 1. For this, measuring devices for the flow through the line 6 of the gas mixture (30) to be separated, and for the pressure of the coolant (33) in the line 20 are arranged. The measured values are converted in a control unit 31 into target values for the cooling demand. The flow in the coolant lines (relief valves 25, 26) is then adjusted.

Talleksemplene fra den ovenstående tabell gjelder også for varianten ifølge Figur 2. Avkallet på mellomkjølingen (varmeveksler 24 ifølge Figur 1) forårsaker bare små endringer i parameterne for de øvrige strømmer. The numerical examples from the above table also apply to the variant according to Figure 2. The waiver of intercooling (heat exchanger 24 according to Figure 1) causes only small changes in the parameters for the other streams.

Claims

1. Process for separating higher hydrocarbons from a gas mixture containing these and lower-boiling components, by rectification, in which the gas mixture (6) is partially condensed (7;7') by indirect heat exchange with a refrigerant and fed to a separation column (9) by a bottom fraction (27) rich in higher hydrocarbons and at the top a fraction (10) rich in lower boiling components are removed, whereby the top fraction (10) by indirect heat exchange with a refrigerant is partially condensed (11) and where the condensate is fed as reflux to the top of the separation column (9), characterized in that the condensation (7;7') of the gas mixture (6) and the condensation (11 ) of the top fraction (10) is caused by indirect heat exchange with a coolant that consists of several components and is carried in an external circuit (18), and that the condensed coolant is separated (19) in the external cooling circuit (18) in a gaseous (20) and a liquid (21) fraction, and that the gaseous fraction (20) is cooled in indirect heat exchange with the portion (14) which remains gaseous during the condensation of the top fraction, and is thereby condensed, and then led for indirect heat exchange (11) with the top fraction (10) .

2. Method according to claim 1, characterized in that an intermediate fraction (28) is taken out from the separation column (9) at a central location and that this is at least partially condensed in indirect heat exchange (24) with the coolant and led back (29) to the separation column (9).

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the method is carried out with a time-varying supply and/or time-varying composition for the gas mixture (6) to be separated.

4. Method according to claim 3, characterized in that the supply and/or composition of the gas mixture (6) to be separated is measured (30) and that the supply of refrigerant in the various condensation stages (7; 7', 11, 24) is set (25, 26; 26a, 26b) depending on this measured value.

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plate heat exchanger is used for the indirect heat exchange (7') between the gas mixture (6) to be separated and coolant.

6. Method according to claim 5, characterized in that an aluminum plate heat exchanger is used for the indirect heat exchange (7') between the gas mixture (6) to be separated and coolant.