V1843NO00 EP 246721 B1 Tittel: Fremgangsmåte for å rense prosesskondensat
1 [0001] Oppfinnelsen referer til en prosess for å rense et prosesskondensat fra en dampreformeringsprosess eller dampkrakkingsprosess. 1 [0002] I dampreformeringsprosesser, blir hydrokarbon inneholdende råstoff som naturgass, lett petroleum eller NAFTA blandet med damp og reagerer i dampreformere til syntesegass, en gassblanding sammensatt av hovedsakelig karbonmonoksid (CO) og hydrogen (H 2 ). Fra syntesegass ved rensing og fraksjonering i videre prosesstrinn, oppnås stoffer som CO, H 2 eller oksogass (en definert blanding av H 2 og CO) blir oppnådd og gitt som produkter. [0003] Hydrokarbonene kan reagere i en høy omsetningsgrad. Derfor utføres dampreformeringsprosessen vanligvis med et dampoverskudd. For å fjerne overskuddsvann, blir syntesegassen generert på denne måten avkjølt ned til under duggpunkt av vanndamp. Følgelig kondenseres dampen ut og det som kalles prosesskondensat som dannes, består hovedsakelig av vann og inneholder vanligvis urenheter som metanol, ammoniakk, karbondioksid, maursyre og eddiksyre. 30 [0004] I dampkrakkingsprosesser blir hydrokarboninneholdende råstoff som langkjedede hydrokarboner som nafta, men også butan, propan og etan eller gassoljer eller hydrovoks blandet med damp og termisk krakket til kort-kjedede hydrokarboner. Den resulterende rå-gassen inneholder hovedsakelig hydrogen (H 2 ), metan (CH 4 ), etylen (C 2 H 4 ) og propylen (C 3 H 6 ). Rå-gassen blir fraksjonert i en lavtemperatur fraksjoneringsprosess, der hovedsakelig etylen og propylen blir oppnådd som verdifulle produkter. [000] Dampkrakkingsprosessen utføres vanligvis med et dampoverskudd for å unngå agglomerering av krakkede kortkjedede hydrokarboner. Rå-gassen blir bråkjølt og tørket etter dampkrakkingsprosessen. Dermed oppnås et prosesskondensat som består hovedsakelig av vann og inneholder vanligvis en rekke urenheter som ikke-krakkede langkjedede hydrokarboner, aromater eller andre tunge hydrokarboner som inneholder biprodukter av krakkingsprosessen og noen kortkjedede hydrokarboner. 3 [0006] Innenfor rammen av foreliggende søknad blir et kondensat som består hovedsakelig av vann og som stammer fra en dampreformeringsprosess eller en dampkrakkingsprosess kalt prosesskondensat. [0007] Ifølge tidligere kjent teknikk blir prosesskondensatet blandet med demineralisert vann som vanligvis blir tilført prosessen fra utsiden. Det blandede vannet som dermed dannes blir senere avgasset og fordampet mot massestrømmer som
2 1 30 3 blir avkjølt i dampreformeren eller dampkrakkingsprosessen. Etter at dampen er overopphetet mot avkjølte avgasser, brukes en del av dampen (prosessdamp) internt i prosessen, mens den gjenværende delen (eksport damp) ikke benyttes i dampreformeren eller dampkrakkingsprosessen, men i en ekstern prosess. Generering av eksportdamp gjør det mulig å utnytte varme som kan benyttes i dampreformeringsprosessen eller dampkrakkingsprosessen og øke den økonomiske effektiviteten av dampreformeringen eller dampkrakkingsprosessen, men i en ekstern prosess. [0008] Ofte er forbrukerkravene om kvaliteten på eksportdampen så høye at de ikke kan bli møtt av en eksportdamp generert som beskrevet ovenfor. For eksempel, bør elektrisk ledningsevne av eksportdamp som skal benyttes i en kondenseringsturbin ikke overstige 0,3 µs/cm, en verdi som overskrides ofte pga. urenheter i prosesskondensatet. For å opprettholde produksjonen av eksportdamp, finnes prosesser som tilveiebringer rensing av prosesskondensatet før det er blandet med demineralisert vann. [0009] For rensing prosesskondensatet, er prosesser kjent der urenheter blir separert ut ved stripping i strippekolonner. Som strippegass av massestrømmer (for eksempel naturgass) brukes i slike tilfeller gass som inneholder luft eller hydrokarboner. [00] I andre prosesser blir prosesskondensatet ekspandert, og senere avgasset i en skrubbekolonne med lavtrykksdamp, luft eller nitrogen. Urenheter og strippeagenter blir utsluppet på utsiden av anlegget. For å møte kravene om høy renhet av eksportdamp generert, tilveiebringer disse prosessene et ytterligere rensetrinn ved ionebytting i korresponderende reaktorer. [0011] Bruk av elektrodeioniseringsprosesser for behandling av kondensat produsert i brenselceller er kjent fra tidligere kjent teknikk, for eksempel fra US patentsøknad US 03/009663 A1. [0012] En alternativ prosess for generering av damp i en dampreformeringsprosess er avdekket i DE060190. I henhold til fremgangsmåten og anordningen i DE060190 blir to dampstrømmer genert. Den første dampstrømmen (prosessdamp) brukes fortrinnsvis helt i dampreformeringsprosessen, mens den andre dampstrømmen (eksport damp) kan utnyttes eksternt. Eksportert damp genereres fortrinnsvis utelukkende av fordampning avgassing og demineralisert vann (høy renhetsgrads vann). Den avdekkede prosessen tillater generering av en meget ren og ren eksportdamp og derfor en god bruk av energien av dampreformeringsprosessen. Nødvendigheten av en andre dampdrum og en andre deaerator for det importerte demineraliserte vannet for generering av den andre, rene dampstrømmen er en ulempe i den avdekkede prosessen.
3 [0013] Målet med denne oppfinnelsen er en alternativ prosess for å rense et prosesskondensat som kan brukes for å rense av et prosesskondensat med opprinnelse enten fra en dampreformeringsprosess eller en dampkrakkingsprosess. 1 [0014] Målet oppnås ved å føde prosesskondensat til en elektrodeionisering prosess, der prosesskondensatet mates til en omvendt osmoseprosess før elektrodeioniseringsprosessen, og hvor rent prosesskondensat oppnådd i elektrodeioniseringsprosessen brukes som ren damp utenfor dampreformerings- eller dampkrakkingsprosessen, fortrinnsvis i dampnettverk innbefattende co-genereringsenheter og dampturbiner. [001] Ifølge oppfinnelsen brukes en helt annen prosess for å rense prosesskondensatet avledet fra dampreforming eller en dampkrakkingsprosess. En elektrodeioniseringsprosess er en elektrokjemisk membranbasert prosess for rensing av vann. Dermed fjernes ioniserbare urenheter fra væsker med bruk av elektrisk aktive media og et elektrisk potensial til å påvirke ionetransport. På grunn av elektrodeioniseringsprosessen genereres en renset vannfase og en væskefase som inneholder ioniserte urenheter. [0016] Det oppnådde rene vannet kan brukes til produksjon av ren damp på kjent måten. Ifølge oppfinnelsen å rense prosesskondensatet ved å bruke en elektrodeioniseringsprosess kan en ren damp oppnås med en teoretisk ledningsevne på 0,06 µs/cm. Dette er langt under kravene til ren damp for en kondenseringsturbin. I henhold til gjentatte testmålinger med bruk av en elektrodeioniseringsprosess ifølge den oppfinneriske ideen oppnås en ledningsevne under 0,3 µs/cm. Denne ledningsevnen er tilstrekkelig for kravene i ren damp. [0017] Derfor er den oppfinneriske fremgangsmåten er en utmerket metode for produksjon av ren damp fra et prosesskondensat fra en dampreformer- eller dampkrakkingsprosess. 30 3 [0018] I tillegg er kostnadene for apparaturen som trengs for den oppfinneriske fremgangsmåten mye lavere sammenlignet med tidligere kjent teknikk. Kostnadene for en strippekolonne eller etablering av en andre dampgenereringssyklus er mye høyere enn enkelt elektrodeioniseringsutstyr. [0019] I en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen oppstår prosesskondensatet i tørkeprosedyren av en prosessgass som følge av en dampreformeringsprosess, i en tørking prosedyre en prosessgass som følge av en dampreformeringsprosess etterfulgt av en vanngass-skiftreaksjonsprosess eller en tørkeprosedyre en prosessgass som følge
4 1 30 av en dampkrakkingsprosess. Prosessgassen etter dampreformeringsovnen blir avkjølt. Dermed dannes en blandet fasestrøm. Denne blandede fasestrømmen blir separert i minst en separator i en gassfase som inneholder reaksjonsproduktene av dampreformeringsprosessen og en vandig fase, prosesskondensatet. Dette prosesskondensatet fra bunnen av separatorene behandles med elektrodeioniseringsprosessen i denne utførelsesformen av oppfinnelsen. Hvis dampreformeringsprosessen er utformet for å produsere så mye som mulig hydrogen så mates prosessgassen fra dampreformeringsovnen til en mellomliggende vanngass-skift reaksjonsprosess. Karbonmonoksid i prosessgassen reagerer med vann og karbondioksid (CO 2 ) og hydrogen (H 2 ) i en vanngass-skiftreaksjonsprosess. Resulterende prosessgass blir avkjølt som beskrevet ovenfor der et tilsvarende prosesskondensat unntatt noen forskjeller vedrørende metanol- og etanolinnhold er gitt. Resulterende prosesskondensatet blir matet til en elektrodeioniseringsprosess i denne utførelsesformen av oppfinnelsen. [00] I den mest foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen blir prosesskondensatet matet til et forfilter, en varmeveksler, en mekanisk renseprosess, en kjemisk og katalytisk forbehandling før elektrodeioniseringsprosessen. Ifølge denne utførelsesformen blir prosesskondensatet forbehandlet oppstrøms elektrodeioniseringsprosessen. Prosesskondensatet blir matet til en pre-renseprosess bestående av de individuelle nødvendige pre-rensetrinnene. Et forfilter og/eller en mekanisk renseprosess er nyttige for fjerning av partikler, agglomerater eller andre faste stoffer i prosesskondensatet. Med en varmeveksler kan temperaturen på prosesskondensatet fordelaktig tilpasses optimal driftstemperatur på elektrodeioniseringsprosessen. I tilfellet der prosesskondensatet resulterer fra en vanngass-skiftreaksjon er også valgfri bruk av en kjemisk og katalytisk forbehandling fordelaktig for å konvertere alkoholer i prosesskondensatet til organiske syrer som lett dissosierer i prosesskondensatet og kan derfor behandles med elektrodeioniseringsprosessen. Bruk av alle eller minst en av de ovennevnte beskrevne forbehandlingsprosesser oppstrøms den oppfinneriske elektrodeioniseringsprosessen er fordelaktig. 3 [0021] Det rensede prosesskondensatet oppnådd i elektrodeioniseringsprosessen brukes til ren damp utenfor dampreformer- eller dampkrakkingsprosessen. Rent prosesskondensatet mates til dampdrummen der varmen av dampreformeringsovnen brukes for generering av damp. Vanligvis tilføres en bestemt mengde demineralisert vann for å kompensere grunnet av dampreformeringen eller dampkrakkingsreaksjon. Rent prosesskondensat oppnådd fra den oppfinneriske prosessen inneholder ingen urenheter og oppfyller kravene til ren damp. Derfor produseres ren damp i dampdrummen og kan brukes utenfor dampreformeringen eller dampkrakkingsprosessen for eksempel i en
kondenserende turbin. Produsert ren damp kan også fordelaktig brukes utenfor dampnettverk innbefattende co-genereringsenheter, dampturbiner som mottrykkturbiner eller kondenserende turbiner. Slike prosessdampnettverk krever vanligvis en viss grad av dampkvalitet for å sikre at en viss dampkvalitet for å sikre pålitelighet av et stort dampsystem og unngå driftsmessige forstyrrelser. 1 [0022] Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen resirkulerer rent prosesskondensatet oppnådd i elektrodeioniseringsprosessen som en del av fødestrømmen til dampreformeringen eller dampkrakkingsprosessen. Avhengig av behovene til prosessene utenfor dampreformeringen eller dampkrakkingsprosessen kan en del av det rene prosesskondensatet brukes som damp for dampreformering eller dampkrakkingsprosessen. Mengden av resirkulert prosesskondensat i denne utførelsesformen av oppfinnelsen avhenger av behovet for ren damp utenfor dampreformering eller dampkrakkingsprosessen. [0023] Foreliggende oppfinnelse omfatter en rekke fordeler. Denne oppfinnelsen tilveiebringer produksjonen av en svært ren damp av prosesskondensatet fra en dampreformering av dampkrakkingsprosess. Investeringskostnader for anordningen nødvendig for produksjon av ren damp fra slik et prosesskondensat er drastisk redusert i forhold til tidligere kjent teknikk. Den nødvendige anordningen for en elektrodeioniseringsprosess er mye enklere og billigere enn en strippekolonne eller en andre dampdrum med respektiv fødesyklus. 30 3 [0024] Ytterligere illustrasjon av oppfinnelsen er en utførelsesform vist i figurene beskrevet i detalj. Figur 1 viser en utførelsesform av oppfinnelsen for å rense et prosesskondensat fra en dampreformeringsprosess. Figur 2 viser en utførelsesform av den valgfrie forbehandlingen av elektrodeioniseringsprosessen i detalj. [00] Figur 1 viser en prosess for å rense et prosesskondensat fra en dampreformeringsprosess. Den hydrokarboninneholdende føde 2 sendes gjennom varmevekslere til forvarmingsseksjonen 11 av en dampreformeringsovn 11. Den hydrokarboninneholdende føde blir blandet med prosessdamp 14 i forvarmingsdelen 11 av en dampreformeringsovn. Dampfødeblandingen sendes gjennom rør 1 inn i reformerdelen 11 b av dampreformeringsovnen 11. Prosessgassen sendes gjennom noen tanker 16 og en rekke varmevekslere inn i separatoren 9. Prosessgassen blir kontinuerlig avkjølt av varmevekslere og dermed genereres en tofaseblanding. Tofaseblandingen separeres i separatoren 9 i et gassprodukt som blir sendt til videre behandling og en vandig fase
6 1 17 samles fra bunnen av separatoren 9. Den vandige fasen 17 er prosesskondensatet som skal renses. Prosesskondensatet 17 sendes til en elektrodeioniseringsprosess 7. Som et produkt av elektrodeionisering avledes et rent prosesskondensat 18. Det rene prosesskondensatet 18 mates med en viss mengde demineralisert vann 1 for å kompensere tap som følge av dampreformeringsprosessen til deaerator 8. Den deaererte rene vannfasen 19 fra deaerator 8 sendes via varmeveksler til dampdrummen 12 som genererer ren damp for eksport 6 av varmeveksler i forvarmingsdelen 11a av dampreformeringsovnen 11. Dampreformeringsovnen 11 blir oppvarmet ved forbrenning av et hydrokarboninneholdende drivstoff 4 med luft 3. Avgass sendes via skorstein 13 til atmosfæren. [0026] Figur 2 viser en utførelsesform av elektrodeioniseringsenheten 7 med valgfri forbehandling. Prosesskondensatet 17 sendes gjennom et forfilter, en varmeveksler 21, en mekanisk rensing 22, en kjemisk/katalytisk behandling 23 og en omvendt osmoseprosess 24 inn i elektrodeioniseringen 7. Forfilter brukes til å fjerne faste partikler og større urenheter fra prosesskondensatet 17. Temperaturen i prosesskondensatet 17 justeres til den optimale ytelsestemperatur til elektrodeioniseringen i varmeveksler 21. På grunn av mekanisk rensing 22 blir urenheter som sot og støv fjernet. I kjemisk/katalytisk forbehandling 23 blir urenheter som alkoholer konvertert til organiske syrer som dissosierer og kan derfor behandles av etterfølgende elektrodeioniseringsprosess. Den omvendte osmoseprosessen 24 produserer en demineralisert og avsaltet vannfase. Prosesskondensatet 17 er endelig renset til kravene for ren damp av elektrodeioniseringsprosessen 7, der de gjenværende urenheter som dissosierte organiske syrer eller karbonationer er fjernet. Fra elektrodeioniseringsprosessen 7 sendes rent prosesskondensatet 18 til deaerator 8.
7 P a t e n t k r a v 1 1. Fremgangsmåte for å rense et prosesskondensat (17) fra en dampreformeringsprosess eller dampkrakkingsprosess, der prosesskondensatet fødes til en elektrodeioniseringsprosess (7), karakterisert ved at prosesskondensatet (17) blir matet til en omvendt osmoseprosess (24) før elektrodeioniseringsprosessen (7), og hvor rent prosesskondensatet(18) oppnådd i elektrodeioniseringsprosessen (7) brukes som ren damp (6) utenfor dampreformeringen eller dampkrakkingsprosessen, fortrinnsvis i dampnettverk innbefattende co-genereringsenheter og dampturbiner. 2. Fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at prosesskondensatet(17) oppstår i en tørkingsprosedyre av en prosessgass som resultat av en dampreformeringsprosess, i en tørkeprosedyre av en prosessgass som resultat av en dampreformeringsprosess etterfulgt av en vanngass-skiftreaksjonsprosess eller i en tørkeprosedyre av en prosessgass resulterende fra en dampkrakkingsprosess. 3. Fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at prosesskondensatet (17) blir matet til et forfilter(), en varmeveksler (21), en mekanisk renseprosess (22) og/eller en kjemisk og katalytisk forbehandling (23) før elektrodeioniseringsprosessen (7). 4. Fremgangsmåten ifølge et av krav 1 til 3, karakterisert ved at rent prosesskondensatet(18) oppnådd i elektrodeioniseringsprosessen (7) blir resirkulert som en del av prosessdampen (14) av dampreformerings- eller dampkrakkingsprosessen.
8
9