Us 5979177

7/24/2019 Us 5979177

1/8

US005979177A

Ulllted

States Patent

[ 1 9 ] [ 1 1 ] P a t e n t N u m b e r : 5 , 9 7 9 , 1 7 7

Sumner

e t a l . [ 4 5 ] Date o f P a t e n t :

N o v .

9 ,

1999

[ 5 4 ] ETHYLENE

PL NT REFRIGERATION

5 , 4 5 2 , 5 8 1 9/1995 Dinh

e t

a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 / 9 3 5

SYSTEM 5 , 4 9 7 , 6 2 6 3/1996 Howard e t

a l .

62/23

5 502 972

4/1996

Howard e t

a l .

62/23

[ 7 5 ] I n v e n t o r s :

Charles

Sumner

L i v i n g s t o n ,

Nl; 5 , 6 1 1 , 2 1 6

3 / 1 9 9 7

Low

t

a l .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 2 / 6 1 2

V i t u s Tuan W e i , H o u s t o n , T e X . ; John

OTHER

PUBLICATIONS

J . Crawford, Coraopolis, Pa.; Stephen _ _ _ _ _ _

J _ S t a n l e y , M a t a w a n ; R i c h a r d J o h n K a i s e r ,

V . ,

S a l h 1 ,

O .

a n d P o c 1 n 1 , C . , A n a l y z e m i x e d r e f r i g

McNab R a n d o l p h

b o t h

o f N e r a n t c y c l e s , H y d r o c a r b o n P r o c e s s i n g , J u l . 1 9 7 8 , p p .

163166

[ 7 3 ] A s s i g n e e ; ABB Lummus G l o b a l I n c K a i s e r , V . ,

B e c d e l i e v r e , C .

a n d G i l b o u r n e , D . M . , M i x e d

B l o o m ? e l d , N _ J _ r e f r i g e r a n t f o r

e t h y l e n e ,

H y d r o c a r b o n P r o c e s s i n g , O c t .

1 9 7 6 , p p . 1 2 9 1 3 1 .

[ 2 1 ] A p p l - N O - I

0 9 / 0 0 3 , 4 3 2

P r i m a r y E x a m i n e r R o n a l d

C a p o s s e l a

[ 2 2 ] F i l e d :

J a n 6 1 9 9 8 A t t o r n e y , A g e n t ,

o r F t r m A l 1 X , Y a l e

i s t a s ,

LLP

57

ABSTRACT

[ 5 1 ] I n t .

C l . 6

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

F25J 1 / 0 0

[ T

[ 5 2 ]

US.

l .

. . . . . . . . . . . . . . . .

6 2 / 6 1 2 ; 6 2 / 6 1 9 ;

62/935

e f r i g e r a t i o n

system

f o r

an

e t h y l e n e

p l a n t

uses

a

low

[ 5 8 ]

F i e l d

o f

Search

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

6 2 / 6 1 2 ,

6 1 9 , 935 p r e s s u r e demethaniZer

and

a

b i n a r y

r e f r i g e r a n t comprising a

m i x t u r e

o f

methane a n d e t h y l e n e o r methane a n d e t h a n e .

[ 5 6 ]

R e f e r e n c e s

C i t e d T h e r e f r i g e r a t i o n c o m p o s i t i o n may b e

c o n s t a n t t h r o u g h o u t

t h e s y s t e m o r s e p a r a t o r s may

b e

u s e d t o d i v i d e t h e r e f r i g

U S

PATENTDOCUMENTS e r a n t

i n t o a

m e t h a n e - r i c h b i n a r y r e f r i g e r a n t and a n e t h y l e n e

5 , 2 5 3 , 4 7 9 10/1993 Di

C i n t o

e t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .

62/935

0r

ethane-rich binary r e f r i g e r a n t .

5 , 3 7 7 , 4 9 0 1 / 1 9 9 5 Howard e t a l ., 3 7 9 , 5 9 7 1 / 1 9 9 5 Howard e t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .

6 2 / 2 3

9

Claims 3

Drawing Sheets

7/24/2019 Us 5979177

2/8

U.S.

Patent

N o v .

9 , 1 9 9 9 S h e e t 1 o f 3 5 979 177

n o ?

0 :

N :

v s

7/24/2019 Us 5979177

3/8

U.S.

Patent

N o v .

9 , 1 9 9 9 S h e e t

2

o f 3 5 979 177

m m

g

2

0 :

N :

w e

m

m :

2 1 /

l l o m

l u m

w m

7/24/2019 Us 5979177

4/8

7/24/2019 Us 5979177

5/8

5 , 9 7 9 , 1 7 7

1

ETHYLENE PLANT

REFRIGERATION

SYSTEM

BACKGROUND OF THE INVENTION

The p r e s e n t i n v e n t i o n p e r t a i n s

t o

a r e f r i g e r a t i o n s y s t e m

t o

p r o v i d e t h e c o o l i n g r e q u i r e m e n t s o f

a n

e t h y l e n e

p l a n t .

More

p a r t i c u l a r l y , t h e i n v e n t i o n

i s

d i r e c t e d

t o

t h e

u s e o f a b i n a r y

r e f r i g e r a n t

c o m p r i s i n g a m i x t u r e o f

m e t h a n e

a n d e t h y l e n e

f o r c o o l i n g i n a n e t h y l e n e

p l a n t .

E t h y l e n e p l a n t s r e q u i r e r e f r i g e r a t i o n t o s e p a r a t e o u t

d e s i r e d p r o d u c t s

f r o m

t h e c r a c k i n g h e a t e r

e f f l u e n t .

T y p i c a l l y ,

a

C 3

r e f r i g e r a n t ,

u s u a l l y p r o p y l e n e , a n d

a

C 2

r e f r i g e r a n t ,

t y p i c a l l y

e t h y l e n e ,

a r e

u s e d . O f t e n ,

p a r t i c u l a r l y i n s y s t e m s

u s i n g l o W p r e s s u r e d e m e t h a n i Z e r s W h e r e l o W e r t e m p e r a t u r e s

a r e r e q u i r e d , a

s e p a r a t e

m e t h a n e

r e f r i g e r a t i o n s y s t e m i s a l s o

e m p l o y e d . T h u s t h r e e s e p a r a t e

r e f r i g e r a t i o n

s y s t e m s

a r e

r e q u i r e d ,

c a s c a d i n g

f r o m

l o W e s t t e m p e r a t u r e t o h i g h e s t .

T h r e e

c o m p r e s s o r a n d

d r i v e r

s y s t e m s

c o m p l e t e

W i t h

s u c t i o n

d r u m s , s e p a r a t e e x c h a n g e r s , p i p i n g ,

e t c .

a r e

r e q u i r e d . A l s o ,

a

m e t h a n e r e f r i g e r a t i o n c y c l e o f t e n r e q u i r e s r e c i p r o c a t i n g

c o m p r e s s o r s

Which

c a n

p a r t i a l l y

o f f s e t

a n y

c a p i t a l

c o s t

s a v i n g s r e s u l t i n g f r o m t h e u s e o f loW p r e s s u r e d e m e t h a n i Z

ers.

Mixed r e f r i g e r a n t s y s t e m s h a v e b e e n W e l l knoWn i n t h e

i n d u s t r y

f o r many

d e c a d e s . I n t h e s e s y s t e m s , m u l t i p l e com

p o n e n t s

a r e u t i l i Z e d i n a s i n g l e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m t o

p r o v i d e r e f r i g e r a t i o n a t a W i d e r r a n g e

o f

t e m p e r a t u r e s ,

e n a b l i n g

o n e

m i x e d

r e f r i g e r a t i o n s y s t e m

t o

r e p l a c e

m u l t i p l e

p u r e c o m p o n e n t c a s c a d e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m s . T h e s e m i x e d

r e f r i g e r a t i o n s y s t e m s h a v e

f o u n d

W i d e s p r e a d u s e i n b a s e

l o a d l i q u i d

n a t u r a l

g a s p l a n t s . A r t i c l e s

h a v e

a l s o b e e n W r i t t e n

o n t h e a p p l i c a t i o n o f

m i x e d

r e f r i g e r a t i o n s y s t e m s

t o e t h y l e n e

p l a n t d e s i g n b u t t h e y

a r e

c o m p l i c a t e d i n o p e r a t i o n

d u e

t o t h e

m u l t i p l i c i t y o f c o m p o n e n t s i n t h e r e f r i g e r a n t . A l s o

t h e y

a r e

l e s s

e f f i c i e n t

i n

t h e

p r o p y l e n e


c o m p r e s s o r

c y c l e

temperature

range a t 40

C . o r

Warmer.

SUMMARY OF THE INVENTION

I t i s a n

o b j e c t

o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , t h e r e f o r e , t o

p r o v i d e

a

s i m p l i ? e d r e f r i g e r a t i o n s y s t e m

f o r

a n

e t h y l e n e

p l a n t h a v i n g a loW

p r e s s u r e

d e m e t h a n i Z e r u t i l i Z i n g a m i x t u r e

o f m e t h a n e

a n d

e t h y l e n e ,

o r a l t e r n a t e l y m e t h a n e

a n d

e t h a n e ,

a s

a b i n a r y r e f r i g e r a n t c a s c a d i n g

a g a i n s t

a p r o p y l e n e , o r

a l t e r n a t e l y

p r o p a n e , r e f r i g e r a t i o n

s y s t e m . T h i s

s y s t e m

r e p l a c e s t h e s e p a r a t e m e t h a n e a n d e t h y l e n e r e f r i g e r a t i o n

s y s t e m s Which a r e u s e d i n c o n j u n c t i o n W i t h a p r o p y l e n e


i n c o n v e n t i o n a l p l a n t s

a n d

s a v e s o n e

c o m p r e s s o r s y s t e m .

T h e

r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n may b e

c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e s y s t e m o r s e p a r a t o r s may b e u s e d t o

p a r t i a l l y ? a s h a n d

d i v i d e t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t

i n t o a

m e t h

a n e

r i c h

s t r e a m and

a n

e t h y l e n e r i c h s t r e a m f o r s e p a r a t e

c i r c u l a t i o n i n

one

o r more h e a t e x c h a n g e r s . The

o b j e c t s ,

a r r a n g e m e n t

a n d a d v a n t a g e s o f t h e r e f r i g e r a t i o n

s y s t e m

o f

t h e

p r e se n t i n v e n t i o n

W i l l

b e

a p p a r e n t

f r o m

t h e d e s c r i p t i o n

Which

f o l l o W s .

BRIEF DESCRIPTION OFTHE DRAWINGS

F I G . 1 i s a s c h e m a t i c

?oW

diagram o f a p o r t i o n o f a n

e t h y l e n e p l a n t i l l u s t r a t i n g o n e e m b o d i m e n t o f

t h e

r e f r i g e r a

t i o n s y s t e m o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n .

F I G . 2 i s a s c h e m a t i c

?oW

diagram

s i m i l a r t o

F I G . 1

b u t

i l l u s t r a t i n g a n

a l t e r n a t e embodiment

o f t h e i n v e n t i o n .

F I G .

3 i s

a s c h e m a t i c ?oW diagram

i l l u s t r a t i n g

a v a r i a t i o n

o f

t h e F I G . 2 embodiment.

DESCRIPTION OFTHE

PREFERRED

EMBODIMENTS

The p r e se n t i n v e n t i o n

i n v o l v e s a n

e t h y l e n e p l a n t

W h e r e i n

a

p y r o l y s i s

g a s

i s ? r s t

p r o c e s s e d

t o

remove

methane

and

10

1 5

20

25

35

40

45

50

55

60

6 5

2

hydrogen a n d

t h e n p r o c e s s e d

i n a knoWn manner

t o

p r o d u c e

and s e p a r a t e e t h y l e n e a s W e l l a s

p r o p y l e n e

and some

o t h e r

b y - p r o d u c t s . T h e s e p a r a t i o n o f t h e

g a s e s

i n a n e t h y l e n e p l a n t

t h r o u g h

c o n d e n s a t i o n a n d

f r a c t i o n a t i o n a t

c r y o g e n i c t e m

p e r a t u r e s

r e q u i r e s r e f r i g e r a t i o n o v e r

a W i d e

t e m p e r a t u r e

r a n g e .

The

c a p i t a l

c o s t

i n v o l v e d

i n

t h e r e f r i ge r a t i o n

s y s t e m

o f

a n e t h y l e n e

p l a n t

c a n b e

a

s i g n i ? c a n t p a r t

o f t h e o v e r a l l

p l a n t c o s t .

T h e r e f o r e ,

c a p i t a l

s a v i n g s

f o r t h e r e f r i g e r a t i o n

s y s t e m

W i l l s i g n i ? c a n t l y a f f e c t

t h e

o ve r a l l p l a n t

c o s t .

E t h y l e n e p l a n t s W i t h

h i g h

p r e s s u r e d e m e t h a n i Z e r s o p e r a t e

a t p r e s s u r e s

h i g h e r t h a n 2 . 7 5 8 MPa ( 4 0 0 p s i ) a n d c a n

p r o d u c e o v e r h e a d r e ? u x

by c o n d e n s a t i o n a g a i n s t a

p u r e

c o m p o n e n t e t h y l e n e r e f r i g e r a t i o n . D e m e t h a n i Z e r

o v e r h e a d

t e m p e r a t u r e s o f

t h e s e s y s t e m s a r e t y p i c a l l y i n t h e

r a n g e o f

8 5

C .

t o

1 0 0 C .

E t h y l e n e

r e f r i g e r a t i o n a t a p p r o x i m a t e l y

1 0 1

C .

i s t y p i c a l l y u s e d f o r c h i l l i n g t h e o v e r h e a d

c o n

d e n s e r .

At p r e s s u r e s beloW 2 . 7 5 8

MPa

t h e o v e r h e a d tem

p e r a t u r e i s t y p i c a l l y t o o

loW

t o u s e

e t h y l e n e


u n l e s s

a vacuum s u c t i o n i s u s e d .

But

t h a t i s n o t

d e s i r a b l e

b e c a u s e o f

t h e

c a p i t a l c o s t i n c r e a s e a n d

t h e

s a f e t y c o n c e r n

d u e t o p o t e n t i a l

a i r

l e a k a g e

i n t o t h e s y s t e m .

The p r e s e n t i n v e n t i o n i n v o l v e s

t h e

use

o f

a loW p r e s s u r e

d e m e t h a n i Z e r

a n d

a b i n a r y

r e f r i g e r a n t s y s t e m .

F o r p u r p o s e s

o f t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n , a loW p r e s s u r e

d e m e t h a n i Z e r i s one

W h i c h o p e r a t e s b e l o W

a b o u t

2 . 4 1

MPa ( 3 5 0

p s i ) a n d g e n

e r a l l y i n t h e r a n g e o f 0 . 3 45 t o 1 . 0 3 4

MPa

( 5 0 t o

1 5 0

p s i ) a n d

W i t h o v e r h e a d t e m p e r a t u r e s i n

t h e

r a n g e o f

200 o

235

C .

The

a d v a n t a g e

o f

t h e loW

p r e s s u r e

d e m e t h a n i Z e r i s t h e

l o W e r

t o t a l

p l a n t p o W e r r e q u i r e m e n t a n d

l o W e r t o t a l

p l a n t c a p i t a l

c o s t W h i l e t h e d i s a d v a n t a g e i s t h e l o W e r r e f r i g e r a t i o n tem

p e r a t u r e

r e q u i r e d

a n d , t h e r e f o r e , t h e

n e e d

h e r e t o f o r e

o f a

s e p a r a t e m e t h a n e r e f r i g e r a t i o n

c o m p r e s s o r .

T h e b i n a r y r e f r i g e r a n t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n c o m p r i s e s

a

m i x t u r e o f

methane and

e t h y l e n e .

The

r a t i o

o f

methane

t o

e t h y l e n e W i l l v a r y

d e p e n d i n g

o n e t h y l e n e

p l a n t

c r a c k i n g

f e e d s t o c k ,

c r a c k i n g

s e v e r i t y ,

c h i l l i n g t r a i n

p r e s s u r e a n d t h e

n a t u r e o f t h e r e f r i g e r a n t among o t h e r

c o n s i d e r a t i o n s ,

b u t

W i l l n o r m a l l y

b e

i n

t h e

r a n g e o f

1 0 : 9 0

t o

5 0 : 5 0 and

more

l i k e l y

i n t h e r a n g e

o f 2 0 : 8 0

t o

4 0 : 6 0 . The

u s e o f t h e methane

a n d

e t h y l e n e

o r m e t h a n e a n d e t h a n e b i n a r y r e f r i g e r a n t , a l o n g

W i t h

a

p r o p y l e n e o r

p r o p a n e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m ,

p r o v i d e s

t h e r e f r i g e r a t i o n l o a d

a n d

t e m p e r a t u r e s r e q u i r e d

f o r

a n

e t h y l e n e p l a n t h a v i n g a l o W p r e s s u r e d e m e t h a n i Z e r W h i l e

o b v i a t i n g t h e n e e d f o r t h r e e

s e p a r a t e

r e f r i g e r a n t s

o f

m e t h a n e ,

e t h y l e n e a n d p r o p y l e n e .

A i n a r y


Would

n o t b e u s e d W i t h a h i g h

p r e s s u r e d e m e t h a n i Z e r b e c a u s e

t h e r e

i s no need t o p r o v i d e

t h a t l e v e l

o f

r e f r i g e r a t i o n .

There

i s no need

t o

u s e

a

b i n a r y

r e f r i g e r a t i o n system

a s

a s i m p l e s u b st i t u t e f o r a pure com

p o n e n t e t h y l e n e


s y s t e m . I t W o u l d

j u s t b e

m o r e

c o s t l y

a n d c o m p l e x . M i x e d r e f r i g e r a n t s y s t e m s t o r e p l a c e

b o t h t h e

e t h y l e n e a n d

p r o p y l e n e r e f r i g e r a t i o n

s y s t e m s h a v e

b e e n

p r o p o s e d

b u t t h e y r e q u i r e a t l e a s t

o n e c o m p o n e n t

l i g h t e r

t h a n

t h e

e t h y l e n e s u c h

a s

m e t h a n e . T h e r e f o r e , i t

i s

a t

l e a s t a t e r n a r y

s y s t e m . I t

i s

u s u a l l y

more economical o a l s o

u s e components h e a v i e r t h a n p r o p y l e n e , s u c h

a s

C4

c o m p o n e n t s , s o

t h a t

t h e

s y s t e m i s

u s u a l l y a t l e a s t

a

q u a t e r

n a r y r e f r i g e r a n t

s y s t e m .

The p u r p o s e o f

t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n i s

t o p r o v i d e t h e

n e c e s s a r y


f o r

t h e

c h a r g e g a s

p y r o l y s i s g a s )

i n

g e n e r a l t o s e p a r a t e

o u t

t h e

h y d r o g e n

a n d m e t h a n e a n d

p r o v i d e

a

f e e d

f o r t h e

d e m e t h a n i Z e r . R e f e r r i n g

t o

t h e

embodiment

o f

t h e

i n v e n t i o n shoWn

i n F I G .

1 ,

t h e c h a r g e

g a s f e e d

2 , Which

i s

t h e

p y r o l y s i s g a s

c o n d i t i o n e d a s

r e q u i r e d

a n d

c o o l e d ,

i s t y p i c a l l y

a t

a t e m p e r a t u r e o f

a b o u t

35

t o 3 7 C . a n d a

p r e s s u r e

o f a b o u t 3 . 45 MPa 5 0 0 p s i ) ,

a n d

i s t y p i c a l l y

a l r e a d y p a r t i a l l y

l i q u i ? e d .

7/24/2019 Us 5979177

6/8

5 , 9 7 9 , 1 7 7

3

T h e c h a r g e

g a s

2 i s p r o g r e s s i v e l y c o o l e d b y t h e r e f r i g

e r a t i o n

s y s t e m

o f t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n

i n t h e h e a t

e x c h a n g

e r s

4 , 6 , 8

a n d 1 0

a n d s e p a r a t e d t o p r o d u c e


f e e d s

a s W i l l

b e

e x p l a i n e d l a t e r . T h e h e a t e x c h a n g e r s

4 ,

6 , 8

a n d

1 0 a r e

t y p i c a l l y b r a Z e d aluminum

e x c h a n g e r s ,

a l s o

c a l l e d

p l a t e ? n

o r

c o r e e x c h a n g e r s ,

a n d c a n b e

p h y s i c a l l y

combined a s feWer u n i t s o r

expanded

i n t o

a

g r e a t e r number

o f

u n i t s . I n t h e


1 2 , t h e C 1 a n d l i g h t e r

c o m p o n e n t s ,

p r i m a r i l y m e t h a n e a n d h y d r o g e n , a r e s e p a r a t e d

f r o m t h e

C2

a n d

h e a v i e r

c o m p o n e n t s .

The n e t

o v e r h e a d

1 4

from t h e

demethaniZer 12

i s

used a s a

c o o l i n g s t r e a m

i n

t h e


a s

W i l l b e e x p l a i n e d

h e r e i n a f t e r .

The

bottoms 16

from

t h e

demethaniZer can

a l s o be used a s a

c o o l i n g s t r e a m i n a n o t h e r p o r t i on o f t h e


s y s t e m

a s W i l l a l s o b e

e x p l a i n e d h e r e i n a f t e r .

T u r n i n g noW o t h e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m p e r

s e ,

t h e b i n a r y

r e f r i g e r a n t a s i d e n t i ? e d

e a r l i e r

a s a

mixture

o f methane and

e t h y l e n e i s c o m p r e s s e d b y t h e r e f r i g e r a t i o n

c o m p r e s s o r

1 8

up

t o

a

p r e s s u r e

i n t h e

r a n g e o f a b o u t

3 . 0 t o 4 . 0 MPa. I n t h e

T a b l e

W h i c h

a p p e a r s

l a t e r ,

s p e c i ? c

p r e s s u r e s

a n d t e m p e r a

t u r e s f o r one s p e c i ? c example o f

t h e

i n v e n t i o n a r e

l i s t e d . The

c o m p r e s s e d b i n a r y r e f r i g e r a n t 2 0 i s

c o o l e d

a t 2 2

a n d

2 4

s u c h

a s

by c o o l i n g

W a t e r o r o t h e r

c o l d

s t r e a m and c o o l e d

s t i l l

f u r t h e r a t 2 6 such a s by

a

p r o p y l e n e


doWn

t o a

t e m p e r a t u r e i n

t h e

r a n g e o f a b o u t 30 t o 4 0 C . The

l i q u i d

b i n a r y c o o l a n t

i s c o l l e c t e d

i n t h e

r e c e i v e r o r

a c c u m u l a t o r

2 8 .

The c o o l a n t

30 from t h e r e c e i v e r 2 8

c a n

be f u r t h e r c o o l e d

a t

3 2

by h e a t

e x c h a n g e

W i t h t h e b o t t o m s 1 6

f r o m

t h e

d e m e t h a n i Z e r 1 2 ,

o r o t h e r

c o l d s t r e a m b e i n g h e a t e d , Which

W i l l l o W e r

t h e

t e m p e r a t u r e .

The d e m e t h a n i Z e r

b o t t o m s

e x i t

i n g

from

t h e h e a t

e x c h a n g e r

32 a t

3 4 a r e s e n t

t o

t h e

d e e t h a n i Z e r

f o r t h e c o n v e n t i o n a l p r o d u c t i o n a n d s e p a r a t i o n

o f t h e

e t h y l e n e , p r o p y l e n e

a n d

o t h e r

b y - p r o d u c t s .

T h e b i n a r y

r e f r i g e r a n t 3 6 f r o m t h e h e a t e x c h a n g e r 3 2 i s

t h e n

p a s s e d t o t h e ? r s t o f t h e s e r i e s o f t h e h e a t e x c h a n g e r s

4 ,

6 , 8 ,

1 0 a n d

1 1 . The h e a t e x c h a n g e r s

4 t o 1 0 a r e

t h e h e a t

e x c h a n g e r s

W h i c h p r o v i d e t h e

c o o l i n g

o f t h e c h a r g e g a s f r o m

t h e p y r o l y Z e r . H e a t e x c h a n g e r 1 1 p r o v i d e s r e ? u x t o t h e

d e m e t h a n i Z e r .

R e f e r r i n g ? r s t t o h e a t

e x c h a n g e r 4 ,

t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t

3 6

i s

p a s s e d t h r o u g h

t h e h e a t e x c h a n g e

c o i l

4 6

a n d c o o l e d .

A o r t i o n

o f

t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t i s t h e n W i t h d r a W n a t 4 8

a n d

t h e t e m p e r a t u r e

i s

d r o p p e d

b y

l o W e r i n g

t h e

p r e s s u r e

t h r o u g h

t h e e x p a n s i o n v a l v e 5 0 .

T h is c o o l e d

b i n a r y

r e f r i g

e r a n t

p o r t i o n

i s t h e n p a s s e d b a c k

t h r o u g h

t h e

h e a t e x c h a n g e

c o i l 5 2 . The e x p a n s i o n

v a l v e

50

s c o n t r o l l e d i n r e s p o n s e t o

t h e

t e m p e r a t u r e o f

t h e

c h a r g e g a s

s t r e a m

54

c o o l e d

i n

t h e

h e a t e x c h a n g e r 4

t h e r e b y c o n t r o l l i n g

t h e


o f t h e

r e f r i g e r a n t i n t h e h e a t e x c h a n g e c o i l

5 2 .

T h e

b i n a r y

r e f r i g

e r a n t

i n

h e a t e x c h a n g e c o i l 5 2

a b s o r b s

h e a t a n d i s v a p o r i Z e d

and s u p e r h e a t e d up

t o a t e m p e r a t u r e

r a n g e

o f 1 t o 5 C .

l o W e r

t h a n

i n c o m i n g s t r e a m 36.

T h e

v a p o r i Z e d

b i n a r y

r e f r i g

e r a n t

56 from t h e

c o i l 52

p a s s e s t o t h e

s u c t i o n drum 58 from

Which t h e r e f r i g e r a n t v a p o r s t r e a m 6 0 i s

f e d t o

t h e

b i n a r y

r e f r i g e r a t i o n compressor 1 8 .

The s u c t i o n

drum 5 8 ,

a s

W e l l

a s

t h e

o t h e r s u c t i o n drums 8 4 ,

1 0 2 a n d 1 3 0

r e f e r r e d t o

l a t e r , i s

p r e s e n t o n l y

t o s e p a r a t e o u t

a n y

l i q u i d t h a t may

b e p r e s e n t

i n

a n

u p s e t c o n d i t i o n t o

p r e v e n t p o t e n t i a l

c o m p r e s s o r

dam

a g e .

I t i s

n o t

n e e d e d f o r

t h e

n o r m a l

o p e r a t i o n

o f t h e s y s t e m .

T h e r e a s o n t h a t

t h e

b i n a r y r e f r i g e r a n t i s ? r s t p a s s e d

t h r o u g h

t h e

h e a t

e x c h a n g e r 4

f o r

c o o l i n g

b e f o r e

? a s h i n g

a t

50

i s

t o d e c r e a s e t h e p e r c e n t a g e o f

vapor

?ashed a t

a

?xed

? a s h p r e s s u r e .

T h u s ,

t h e ? a s h e d l i q u i d W i l l

b e c o l d e r

a n d

c a n

p r o v i d e

more

r e f r i g e r a t i o n a t

c o l d e r t e m p e r a t u r e s . F o r

a p u r e

c o m p o n e n t

r e f r i g e r a n t , t h e

? a s h e d

l i q u i d

t e m p e r a t u r e i s

? x e d

f o r a n y

g i v e n

? a s h e d

l i q u i d p r e s s u r e

a n d

t h e r e

would

10

1 5

25

35

45

55

6 5

4

b e n o

n e t

g a i n

from

c o o l i n g b e f o r e ? a s h i n g . T h i s

same

p r i n c i p a l a p p l i e s t o t h e o t h e r

h e a t

e x c h a n g e r s 6 , 8 , 1 0 a n d

1 1 .

A d d i t i o n a l c o o l i n g i n t h e h e a t

e x c h a n g e r 4

a s W e l l a s i n

t h e

o t h e r

h e a t

e x c h a n g e r s 6 ,

8 a n d

1 0

i s

p r o v i d e d b y

t h e

s t r e a m s

6 2 , 64

and 66

Which

a r e

loW

t e m p e r a t u r e s t r e a m s o f

h y d r o g e n ,

l o W

p r e s s u r e

m e t h a n e a n d

h i g h

p r e s s u r e

m e t h a n e

r e s p e c t i v e l y . T h e s e l o W t e m p e r a t u r e s t r e a m s

6 2 ,

6 4

a n d

6 6

come

f r o m t h e

c r y o g e n i c h y d r o g e n / m e t h a n e s e p a r a t i o n s y s

tem 6 8

a n d

t h e

o v e r h e a d 14 from

t h e


1 2 . The

n e t o v e r h e a d s t r e a m 6 6 a l s o p r o v i d e s c h i l l i n g f o r

h e a t

exchanger 11 Which serves

a s a demethaniZer

re?ux

con

d e n s e r .

The c o o l e d c h a r g e g a s 54 may b e f u r t h e r c o o l e d a t 70 a n d

f e d

t o t h e n e x t h e a t e x c h a n g e r 6 .

The c o o l i n g

a t e x c h a n g e r

70 c a n b e r e b o i l i n g a n d i n t e r b o i l i n g

o f


1 2 .

The

r e m a i n i n g

c o o l e d b i n a r y r e f r i g e r a n t 7 2 f r o m t h e h e a t

e x c h a n g e r

4 i s a l s o

f e d t o

t h e

n e x t h e a t

e x c h a n g e r 6 . T h i s

h e a t exchanger 6 i s o p e r a t e d i n t h e same manner a s t h e h e a t

e x c h a n g e r 4

e x c e p t

t h a t a l l

o f

t h e

r e l e v a n t t e m p e r a t u r e s

a r e

noW l o W e r i n c l u d i n g t h e t e m p e r a t u r e s o f t h e

i n c o m i n g

b i n a r y r e f r i g e r a n t s t r e a m 7 2 ,

t h e

e x i t b i n a r y r e f r i g e r a n t

s t r e a m 7 4 ,

t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t s t r e a m 7 6 a f t e r t h e e x p a n

s i o n v a l v e 7 8 ,

t h e v a p o r i Z e d

b i n a r y r e f r i g e r a n t

s t r e a m 8 0

from t h e o i l 81 a n d t h e e x i t c h a r ge g a s s t r e a m 8 2 . The

v a p o r i Z e d b i n a r y

r e f r i g e r a n t 8 0 i s

f e d t o

t h e s u c t i o n

drum 8 4

a n d

t h e n f e d a t

8 6

t o

t h e

b i n a r y

r e f r i g e r a t i o n c o m p r e s s o r 1 8 .

The c h a r ge g a s s t r e a m

82

i s f e d t o t h e s e p a r a t o r 8 8 i n

Which t h e c o o l e d

c h a r g e g a s

i s

s e p a r a t e d i n t o a

l e s s

v o l a t i l e

demethaniZer f e e d stream 90

and a

more v o l a t i l e

overhead

stream 92 Which i s noW

ore

c o n c e n t r a t e d i n

methane

and

h y d r o g e n . T h e

o v e r h e a d 9 2 a n d t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t

7 4

p a s s t o

t h e

n e x t h e a t

e x c h a n g e r

8

W h e r e i n t h e

c o o l i n g

p r o c e s s c o n t i n u e s

i n

t h e

same manner

producing

t h e f u r t h e r

c o o l e d c h a r g e g a s 9 4 a n d b i n a r y r e f r i g e r a n t 9 6 . O n c e a g a i n ,

a

p o r t i o n o f t h e b i n a r y


p a s s e s t h r o u g h t h e

e x p a n

s i o n

v a l v e 9 8 a n d

t h e c o i l

100

t o t h e s u c t i o n drum 1 0 2 . The

v a p o r 104 i s t h e n f e d t o t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t c o m p r e s s o r

1 8 .

The h e a t e x c h a n g e r 8 may

l s o

b e f u r t h e r c o o l e d b y t h e

v a p o r i Z e d b i n a r y r e f r i g e r a n t s t r e a m

1 0 6

f r o m t h e h e a t

e x c h a n g e r 1 0 .

The

c h a r g e

g a s

9 4

f r o m t h e

h e a t

e x c h a n g e r

8

i s f e d t o t h e

s e p a r a t o r

108 Where t h e

more

v o l a t i l e

components

a r e

removed o v e r h e a d a t 1 1 0 a n d

f e d

t o t h e h e a t e x c h a n g e r 1 0 .

T h i s overhead s

no

ven f u r t h e r

c o n c e n t r a t e d

i n hydrogen

and

m e t h a n e .

The bottoms from t h e s e p a r a t o r 108 a r e

f e d

a t

1 1 2

t o t h e


1 2 .

T h e

c o o l i n g p r o c e s s c o n t i n u e s

i n

t h e

h e a t

e x c h a n g e r 1 0

b y

t h e

e x p a n s i o n

o f a n a d d i t i o n a l p o r t i o n o f t h e

b i n a r y

r e f r i g

e r a n t t h r o u g h t h e e x p a n s i o n v a l v e 1 1 4 a n d t h e v a p o r i Z a t i o n

i n

c o i l 1 1 6 t o p r o d u c e

t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t

s t r e a m 1 0 6

p r e v i o u s l y m e n t i o n e d . The e x i t c h a r g e g a s

1 1 8

i s f e d

t o

t h e

s e p a r a t o r 1 2 0

W i t h

t h e o v e r h e a d

1 2 2

noW

b e i n g p r i m a r i l y

h y d r o g e n a n d m e t h a n e . The o v e r h e a d 1 2 2 i s

f e d

t o

t h e

h y d r o g e n / m e t h a n e s e p a r a t i o n s y s t e m 6 8 W h e r e t h e h y d r o g e n

a n d m e t h a n e a r e

c r y o g e n i c a l l y s e p a r a t e d

t o p r o d u c e

t h e

hydrogen

s t r e a m 6 2 a n d t h e

loW

p r e s s u r e methane s t r e a m

6 4 . The bottoms from t h e s e p a r a t o r 120 a r e f e d

a t

124 t o

t h e


1 2 .

T h e

noW

r e m a i n i n g b i n a r y


s t r e a m

1 2 6

i s f u r t h e r c o o l e d i n t h e h e a t e x c h a n g e r 1 1 by t h e

d e m e t h a n i Z e r n e t o v e r h e a d 66. The

b i n a r y

r e f r i g e r a n t s t r e a m

1 2 6 i s e x p a n d e d

a t

1 3 3 a n d

p a s s e d

b a c k

t h r o u g h

t h e

c o i l

1 3 5

i n

h e a t

e x c h a n g e r 1 1 t o

b e mixed W i t h t h e

r e f r i g e r a n t f r o m

v a l v e 1 1 4 .

The g r o s s overhead

s t r e a m

14 from t h e d e m e t h a n i Z e r

1 2

g o e s

t o t h e h e a t


Where

i t

i s

p a r t i a l l y c o n

d e n s e d . T h i s p a r t i a l l y condensed s t r e a m 127 ?oWs t o

t h e

7/24/2019 Us 5979177

7/8

5 , 9 7 9 , 1 7 7

5

s e p a r a t o r 1 2 8 .

L i q u i d 1 2 9

f r o m t h e s e p a r a t o r

1 2 8 ?oWs

b a c k

t o t h e

demethaniZer 12

a s

r e ? u x .

The

overhead 66 from

s e p a r a t o r 128 i s noW h e n e t demethaniZer overhead com

p r i s i n g p r i m a r i l y m e t h a n e W h i c h i s r e h e a t e d b y p a s s i n g b a c k

t h r o u g h t h e h e a t e x c h a n g e r s

1 1 ,

1 0 , 8 , 6 a n d

4 .

T h e d e m e t h a

n i Z e r

column

1 2 h a s

t h e t y p i c a l r e b o i l e r

a n d

i n t e r r e b o i l e r s

betWeen s t a g e s

Which

h a v e

n o t

been

shoWn.

The

b o t t o m s

1 6

o f t h e

d e m e t h a n i Z e r i s

C2

a n d

h e a v i e r c o m p o n e n t s . R e b o i l

i n g

a n d i n t e r r e b o i l i n g a r e t y p i c a l l y p r o v i d e d

b y c o o l i n g

o f

t h e c h a r g e g a s s u c h a s b y t h e h e a t e x c h a n g e r 7 0 .

Stream 106

goes

t o s u c t i o n

drum

130

and t h e n a t

132

t o

t h e

b i n a r y

r e f r i g e r a n t c o m p r e s s o r 1 8 . A l t h o u g h

F I G .

1

i l l u s t r a t e s

f o u r h e a t

e x c h a n g e r s 4 ,

6 ,

8

a n d 1 0 , t h e

n u m b e r

o f t h e s e h e a t e x c h a n g e r s c a n v a r y d e p e n d i n g o n

t h e

p a r t i c u

l a r

n e e d s

f o r a n y p a r t i c u l a r e t h y l e n e p r o c e s s a n d i n p a r t i c u

l a r o n t h e p a r t i c u l a r c h a r g e g a s . The f o l l o W i n g T a b l e l i s t s

t e m p e r a t u r e s

a n d

some p r e s s u r e s f o r

t h e


a n d f o r t h e c h a r g e g a s

( p r o c e s s g a s ) i n c l u d i n g

t h e d e m e t h a

n i Z e r s y s t e m a t v a r i o u s

l o c a t i o n s i n

t h e

p r o c e s s

How

scheme

o f

F I G .

1 f o r

o n e

s p e c i ? c

e x a m p l e :

Location T

C.

Pressure MPa

B i n a r y R e f r i g e r a n t 2 8 3 7 4 . 5

58

48

1 . 6

84 65

0 . 8

102 75 0 . 5

130

106

0 . 0 2

P r o c e s s

Gas

6 6

133

0 . 6

2 37 3 . 5

62 135

92 72

110

91

122 132

Some

o f

t h e a d v a n t a g e s

o f t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t

s y s t e m

o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n h a v e

b e e n p r e v i o u s l y m e n t i o n e d a n d

i n c l u d e

a

r e d u c t i o n

i n t h e

number

o f compressor s y s t e m s

and t h e a b i l i t y t o u s e a l l c e n t r i f u g a l o r a x i a l compressors

i n s t e a d

o f

a

methane r e c i p r o c a t i n g

c o m p r e s s o r .

A u r t h e r

a d v a n t a g e

i s t h a t t h e b i n a r y


c o m p o s i t i o n i s e a s i e r

t o m a i n t a i n t h a n a more

c o m p l i c a t e d

mixed r e f r i g e r a n t

c o n t a i n i n g

t h r e e o r more

components.

T h i s i s most

e v i d e n t

i n

t h e

e v e n t o f a s y s t e m t r i p

o r

u p s e t

Which

r e s u l t s i n t h e

v e n t i n g o f

r e f r i g e r a n t .

T h e v e n t i n g p r o c e s s

r e s u l t s

i n t h e l o s s

o f more o f t h e l i g h t e r c o m p o n e n t s o f t h e r e f r i g e r a n t t h a n o f

t h e h e a v i e r

c o m p o n e n t s .

T h i s

c h a n g e s

t h e

r a t i o

o f t h e

components

Which

must be

c o r r e c t e d

upon e s t a r t . The more

c o m p l i c a t e d

t h e r e f r i g e r a n t

c o m p o s i t i o n ,

t h e

m o r e

d i f ? c u l t

i t

i s

t o c o r r e c t t h e r a t i o .

I n t h e

p r o c e s s o f

t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n d e p i c t e d i n F I G . 1

t h e

c o m p o s i t i o n

o f t h e r e f r i g e r a n t

r e m a i n s c o n s t a n t t h r o u g h

o u t t h e p r o c e s s . HoWever i n

t h e

a l t e r n a t e embodiment o f t h e

i n v e n t i o n

d e p i c t e d

i n F I G . 2 , t h e r e i s a s e p a r a t i o n o f t h e

b i n a r y

r e f r i g e r a n t i n t o a

b i n a r y

m e t h a n e - r i c h s t r e a m

a n d

a

b i n a r y

e t h y l e n e - r i c h

s t r e a m .

I n

F I G . 2 ,

W h i c h g e n e r a l l y

s h o W s o n l y

t h e p o r t i o n

o f F I G .

1 Which

s

m o d i ? e d ,

a n

e x p a n s i o n v a l v e 136

s l o c a t e d

i n t h e

l i n e 3 6 . The

p r e s s u r e o f t h e


d r o p s

a n d a

p o r t i o n i s v a p o r i Z e d . T h e l i q u i ? e d p o r t i o n

a n d t h e v a p o r

p o r t i o n

a r e

s e p a r a t e d

i n t h e ? a s h t a n k 1 3 8

Whereby

t h e v a p o r

p o r t i o n 1 4 0

W i l l

b e

r i c h

i n

m e t h a n e

a n d t h e

l i q u i d p o r t i o n

142

W i l l

b e

r i c h

i n

e t h y l e n e o r

e t h a n e . I n

t h i s

F I G .

2

e m b o d i m e n t , t h e m e t h a n e - r i c h st r e a m 1 4 0 p a s s e s t h r o u g h a l l

o f t h e h e a t

e x c h a n g e r s

4 , 6 , 8 a n d 1 0 a n d

a

p o r t i o n

i s

t h e n

e x p a n d e d

a t

1 4 4 a n d

p a s s e d b a c k a s s t r e a m

1 4 6 t h r o u g h

a l l

o f t h e h e a t e x c h a n g e r s 1 0 , 8 , 6 a n d 4 .

A n o t h e r

p o r t i o n 1 2 6

o f s t r e a m 1 4 0 l e a v i n g

e x c h a n g e r 1 0 ,

i s c o o l e d

i n e x c h a n g e r

10

1 5

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

6

1 1 ,

e x p a n d e d a t 1 3 3

a n d p a s s e d

b a c k

t h r o u g h


a n d

j o i n s

s t r e a m

1 4 6

a t t h e

i n l e t

o f

e x c h a n g e r

1 0 . The e x i t

m e t h a n e - r i c h b i n a r y r e f r i g e r a n t s t r e a m 1 4 6 Would t h e n

b e

p a s s e d

b a c k

t o

t h e ? r s t

s t a g e o f

t h e c o m p r e s s o r 1 8 .

The

e t h y l e n e - r i c h

s t r e a m

142

i s

h a n d l e d someWhat l i k e

t h e

b i n a r y


s t r e a m

i n

F I G . 2

i n

t h a t

a

p o r t i o n

i s

WithdraWn

a f t e r

e a c h

o f

t h e

? r s t

t h r e e

h e a t

e x c h a n g e r s a t

1 4 8 , 1 5 0

a n d 1 5 2 a n d e x p a n d e d

a t 1 5 4 ,

1 5 6 a n d

1 5 8 . The

expanded p o r t i o n s a r e t h e n p a s s e d back t h r o u g h o n e

o r more

o f t h e h e a t e x c h a n g e r s t o p r o d u c e t h e e x i t e t h y l e n e -

o r

e t h a n e - r i c h b i n a r y r e f r i g e r a n t s t r e a m 1 6 0 ,

1 6 2

a n d

1 6 4

Which a r e f e d

back

t o t h e

a p p r o p r i a t e

c o m p r e s s o r s t a g e s .

The a d v a n t a g e o f t h e F I G .

2

scheme

W h e r e t h e b i n a r y

r e f r i g e r a n t i s s e p a r a t e d i s

t h a t

i t e n a b l e s

a

h i g h e r p r e s s u r e a t

t h e c o m p r e s s o r

s u c t i o n

f o r a n y

g i v e n


c o m p o s i t i o n a t t h e c o m p r e s s o r o u t l e t . The s u c t i o n p r e s s u r e

i s h i g h e r b e c a u s e t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i s r i c h e r i n

m e t h a n e a n d , t h e r e f o r e , f o r a ? x e d


t e m p e r a t u r e ,

t h e

p r e s s u r e

W i l l

b e h i g h e r .

T h i s means h a t t h e

c o m p r e s s i o n

r a t i o

o f

t h e

compressor

i s

loWer and

t h i s

can

r e s u l t i n a

decreased

compressor

c o s t .

A v a r i a t i o n

o f

F I G .

2 h a s

no v a l v e 136 i n

l i n e

3 6 . R a t h e r ,

t h e p r e s s u r e

i n

l i n e 36 i s loWered

s u c h

t h a t t h e

s t r e a m

i s n o t

c o m p l e t e l y l i q u i ? e d

a n d a v a p o r

p o r t i o n r e m a i n s .

S e p a r a t o r

1 3 8

s e p a r a t e s t h e

c o n d e n s e d

l i q u i d p o r t i o n

f r o m

t h e

m e t h a n e - e n r i c h e d v a p o r p o r t i o n .

T h i s

v a r i a t i o n

a l l o W s

com

p r e s s o r 1 8 t o h a v e

a l o W e r

d i s c h a r g e p r e s s u r e

f o r

a n y g i v e n

m e t h a n e - e t h y l e n e o r m e t h a n e - e t h a n e ) c o m p o s i t i o n f o r

s t r e a m

3 6 . The o v e r a l l

c o m p r e s s i o n r a t i o

f o r

c o m p r e s s o r

1 8

i s l o W e r e d .

The How

a t e o f s t r e a m 36 i n c r e a s e s t o compen

s a t e f o r a n y g i ve n s t r e a m 3 6 c o m p o s i t i o n . C o m p r e s s o r

c o s t s

c a n hoWever

d e c r e a s e .

T h i s

scheme

s p a r t i c u l a r l y o f i n t e r e s t

f o r

s m a l l e r

e t h y l e n e p l a n t s W h e r e t h e a c t u a l c o m p r e s s o r

volume a t

t h e

d i s c h a r g e

o f

c o m p r e s s o r 1 8 a p p r o a c h e s

t h e

l o W e r l i m i t

a l l o W a b l e b y

c e n t r i f u g a l

c o m p r e s s o r d e s i g n .

F I G . 3 i s a s t i l l f u r t h e r modi?cation o f t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n s i m i l a r

t o

t h e embodiment shoWn i n F I G . 2 b u t

W i t h

a n a d d i t i o n a l s e p a r a t i o n

s t e p f o r

t h e b i n a r y r e f r i g e r a n t .

As

s h o W n , t h e r e i s t h e ? r s t

s e p a r a t i o n

a t 1 3 8 j u s t a s

i n

t h e

F I G . 2

e m b o d i m e n t . T h e

m e t h a n e - r i c h b in a r y


v a p o r

s t r e a m 1 4 0

i s

p a s s e d t h r o u gh

t h e h e a t e x c h a n g e r

4 ,

p a r t i a l l y l i q u i ? e d , a n d t h e n p a s s e s t h r o u g h

t h e

l i n e

1 6 6 t o

t h e

a d d i t i o n a l

r e f r i g e r a n t s e p a r a t o r

1 7 0

W h e r e t h e r e f r i g e r a n t i s

a g a i n s e p a r a t e d

i n t o a s e c o n d m e t h a n e - r i c h v a p o r s t r e a m

172 and a second

e t h y l e n e -

o r e t h a n e - r i c h l i q u i d

s t r e a m

1 7 4 .

The

m e t h a n e - r i c h s t r e a m

172 W i l l b e r i c h e r i n

methane

t h a n

s t r e a m 174 and s t r e a m 1 4 0 .

The

e t h y l e n e - o r e t h a n e - r i c h

s t r e a m

1 4 2

p a s s e s

t h r o u g h

t h e h e a t

e x c h a n g e r s

j u s t a s

i n

t h e

F I G .

2

e m b o d i m e n t . L i k e W i s e ,

t h e s e c o n d m e t h a n e - r i c h

s t r e a m

1 7 2

i s p a s s e d t h r o u g h t h e s e c o n d

h e a t

e x c h a n g e r 6 ,

a n d t h e n ?oWs t o

l o W e r t e m p e r a t u r e

h e a t

e x c h a n g e r s

a s i n

t h e o t h e r e m b o d i m e n t s W h e r e

i t i s

e x p a n d e d

a n d p a s s e d b a c k

t h r o u g h

t h e

h e a t e x c h a n g e r s .

The

s e c o n d e t h y l e n e - o r

e t h a n e - r i c h

s t r e a m

1 7 4 i s p a s s e d t h r o u g h t h e s e c o n d h e a t

e x c h a n g e r , e x p a n d e d

a t 1 7 8

a n d

p a s s e d

b a c k

t h r o u g h t h e

h e a t

e x c h a n g e r .

T h i s

F I G .

3

i l l u s t r a t e s

o n l y t W o h e a t

e x c h a n g e r s

f o r s i m p l i c i t y b u t

t h e r e

c o u l d

b e

a d d i t i o n a l

h e a t

e x c h a n g e r s a n d a d d i t i o n a l s e p a r a t o r s s i m i l a r t o s e p a r a t o r

1 7 0 .

The

a d v a n t a g e

o f t h i s

F I G . 3

p r o c e s s

v a r i a t i o n i s t h a t

b i n a r y


p r e s s u r e s

a r e

h i g h e r

a t

a n y g i v e n

r e f r i g

e r a t i o n


l e v e l .

T h i s

d e c r e a s e s

c o m p r e s s i o n

r a t i o s

i n t h e b i n a r y

r e f r i g e r a n t c o m p r e s s o r

a n d c a n r e d u c e com

p r e s s o r c a p i t a l c o s t .

We

l a i m :

1 . I n a p r o c e s s f o r t h e

p r o d u c t i o n

o f e t h y l e n e from a

c h a r g e g a s c o n t a i n i n g

h y d r o g e n ,

m e t h a n e , e t h y l e n e a n d

7/24/2019 Us 5979177

8/8

5 , 9 7 9 , 1 7 7

7

o t h e r

C2 a n d h e a v i e r h y d r o c a r b o n s w h e r e i n

s a i d

p r o c e s s

i n c l u d e s a

loW

p r e s s u r e

d e r n e t h a n i Z e r o p e r a t i n g a t

a p r e s s u r e

b e l o w 2 . 4 1

MPa ( 3 5 0

p s i ) a n d W h e r e i n s a i d c h a r g e g a s i s

c o o l e d by

a


s y s t e m ,

a

method

f o r

c o o l i n g s a i d

c h a r g e

g a s

b y t h e

u s e

o f

a b i n a r y r e f r i g e r a n t

i n

s a i d

r e f r i g

e r a t i o n

s y s t e m

c o m p r i s i n g

t h e

s t e p s

o f c o r n p r e s s i n g

a

mix

t u r e o f methane and

e t h y l e n e

o r methane and e t h a n e t o

p r o d u c e a

b i n a r y

r e f r i g e r a n t , p r o g r e s s i v e l y e x p a n d i n g

a n d

c o o l i n g

s a i d


t h r o u g h

a s e r i e s

o f

h e a t


p r o g r e s s i v e l y

b r i n g i n g

s a i d p r o g r e s s i v e l y

c o o l e d b i n a r y

r e f r i g e r a n t a n d

s a i d c h a r g e g a s

i n t o h e a t

e x c h a n g e c o n t a c t i n

s a i d

h e a t e x c h a n g e r s t o c o o l a n d t h e r e b y

s e p a r a t e

s a i d

h y d r o g e n a n d

a p o r t i o n o f s a i d m e t h a n e

a n d

p r o d u c e l i q u i d d e r n e t h a n i Z e r f e e d s t r e a r n s c o n c e n t r a t e d i n

s a i d e t h y l e n e

a n d

o t h e r C 2

a n d

h e a v i e r h y d r o c a r b o n s , f e e d

i n g s a i d l i q u i d d e r n e t h a n i Z e r f e e d s t r e a m s t o s a i d loW

p r e s s u r e d e r n e t h a n i Z e r and p r o d u c i n g a g r o s s d e r n e t h a n i Z e r

o v e r h e a d

s t r e a r n c o n s i s t i n g e s s e n t i a l l y

o f m e t h a n e , c o n t a c t

i n g

s a i d

g r o s s d e r n e t h a n i Z e r o v e r h e a d s t r e a m w i t h

s a i d


c o o l e d

b i n a r y


a n d

s e p a r a t i n g o u t

a

d e r n e t h a n i Z e r re?ux stream and a n e t d e r n e t h a n i Z e r overhead

s t r e a m

and

r e t u r n i n g

s a i d d e r n e t h a n i Z e r re?ux

s t r e a m t o

s a i d

d e r n e t h a n i Z e r .

2 . I n a process a s r e c i t e d

i n

claim 1 Wherein s a i d n e t

d e r n e t h a n i Z e r o v e r h e a d

s t r e a m i s b r o u g h t i n t o

h e a t

e x c h a n g e

c o n t a c t W i t h s a i d

c h a r g e g a s i n

s a i d


3 .

I n a

p r o c e s s a s r e c i t e d i n c l a i m

1

Wherein s a i d hydrogen

a n d s a i d p o r t i o n o f s a i d r n e t h a n e s e p a r a t e d

f r o m s a i d

c h a r g e

g a s

b y c o o l i n g

i n

s a i d h e a t e x c h a n g e r s a r e s u b j e c t e d

t o

c r y o g e n i c

s e p a r a t i o n t o

p r o d u c e

a

h y d r o g e n s t r e a m a n d

a

r n e t h a n e

s t r e a m

a n d

W h e r e i n s a i d

h y d r o g e n a n d

methane

s t r e a m s

a r e

e a c h b r o u g h t

i n t o

h e a t exchange c o n t a c t W i t h

s a i d c h a r g e

g a s i n

s a i d h e a t e x c h a n g e r s .

4 .

I n

a

p r o c e s s

a s r e c i t e d

i n

c l a i m

1

Wherein

s t e p

o f

p r o g r e s s i v e l y e x p a n d i n g a n d

c o o l i n g

s a i d b i n a r y


t h r o u g h

a s e r i e s

o f h e a t e x c h a n g e r s c o mp r i s e s

t h e

s t e p s o f

p a s s i n g

s a i d

b i n a r y r e f r i g e r a n t t h r o u g h o n e o f s a i d h e a t


e x p a n d i n g

a p o r t i o n o f

s a i d


a f t e r p a s s a g e t h r o u gh

s a i d

o n e

h e a t e x c h a n g e r , p a s s i n g s a i d

10

1 5

25

35

8

e x p a n d e d

p o r t i o n

b a c k t h r o u g h s a i d o n e h e a t e x c h a n g e r a n d

p a s s i n g

t h e r e m a i n i n g p o r t i o n

o f

s a i d

b i n a r y

r e f r i g e r a n t t o

a n d t h r o u g h

t h e

n e x t o n e o f

s a i d

h e a t

e x c h a n g e r s

a n d

r e p e a t i n g s a i d s t e p o f e x p a n d i n g

a f u r t h e r

p o r t i o n a n d

p a s s i n g s a i d f u r t h e r p o r t i o n b a c k t h r o u g h s a i d h e a t

e x c h a n g e r .

5 . I n a p r o c e s s a s r e c i t e d i n c l a i m 4 Wherein s a i d p o r t i o n s

o f s a i d b i n a r y r e f r i g e r a n t a f t e r p a s s i n g b a c k

t h r o u g h

s a i d

h e a t

e x c h a n g e r s a r e p a s s e d

b a c k t o t h e s t e p o f

c o r n p r e s s i n g

s a i d

b i n a r y r e f r i g e r a n t .

6 . I n a p r o c e s s a s r e c i t e d

i n c l a i m

1 Wherein s a i d d e r n e t h a

n i Z e r f e e d s t r e a r n s

s e p a r a t e d

b y

e a c h o f

s a i d

h e a t e x c h a n g e r s

a r e

each

f e d t o

d i f f e r e n t

s t a g e s

o f

s a i d

d e r n e t h a n i Z e r .

7 . I n a

p r o c e s s

a s r e c i t e d i n c l a i m 1 and f u r t h e r i n c l u d i n g

t h e s t e p

o f s e p a r a t i n g s a i d


i n t o

a

r n e t h a n e

r i c h b i n a r y r e f r i g e r a n t

a n d

a n e t h y l e n e - o r e t h a n e - r i ch b i n a r y

r e f r i g e r a n t a n d W h e r e i n

s a i d s t e p

o f

p r o gr e s s iv e l y c o n t a c t i n g

s a i d


c o o l e d b i n a r y

r e f r i g e r a n t W i t h

s a i d

c h a n g e

g a s c o m p r i s e s

t h e

s t e p

o f c o n t a c t i n g

s a i d

c h a n g e

g a s

W i t h

s e p a r a t e

s t r e a m s o f s a i d r n e t h a n e - r i c h b i n a r y


a n d

s a i d e t h y l e n e - o r e t h a n e - r ic h b i n a r y r e f r i g e r a n t

i n

s a i d


8 . I n

a

p r o c e s s a s r e c i t e d

i n

c l a i m 7 and f u r t h e r i n c l u d i n g

t h e

s t e p o f

s e p a r a t i n g

s a i d r n e t h a n e - r i c h b i n a r y


i n t o

a

s e c o n d r n e t h a n e - r i c h

b i n a r y

r e f r i g e r a n t a n d

a

s e c o n d

e t h y l e n e -

o r e t h a n e -

r i c h

b i n a r y r e f r i g e r a n t a n d W h e r e i n s a i d

s t e p o f c o n t a c t i n g

s a i d

c h a r g e g a s

c o m p r i s e s

t h e

s t e p

o f

a l s o

c o n t a c t i n g s a i d

c h a r g e g a s

W i t h s e p a r a t e s t r e a m s

o f

s a i d

s e c o n d

r n e t h a n e - r i c h b i n a r y

r e f r i g e r a n t a n d s a i d s e c o n d

e t h y l e n e - o r e t h a n e - r i c h b i n a r y r e f r i g e r a n t .

9 . I n a

p r o c e s s

a s

r e c i t e d i n c l a i m

7 Wherein s a i d s t e p

o f

c o r n p r e s s i n g

s a i d

m i x t u r e

o f

m e t h a n e a n d e t h y l e n e

o r

r n e t h

a n e

a n d

e t h a n e

c o m p r i s e s

t h e s t e p

o f c o r n p r e s s i n g

t o

form

a

l i q u i d - v a p o r

m i x t u r e

a n d W h e r e i n

s a i d

l i q u i d - v a p o r

m i x t u r e

i s s e p a r a t e d

t o

f o r m

s a i d r n e t h a n e - r i c h b i n a r y r e f r i g e r a n t

a n d

s a i d

e t h y l e n e -

o r

e t h a n e - r i c h

b i n a r y

r e f r i g e r a n t .

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