DE68911179T2

DE68911179T2 - Membranverfahren zur Rückgewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen.

Info

Publication number: DE68911179T2
Application number: DE89104166T
Authority: DE
Inventors: Thomas Elard Cooley
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: Kvaerner Process Systems Corp
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2009-03-10
Also published as: JPH01274823A; EP0334114A2; NZ228075A; US4892564A; AU620852B2; AU3160089A; ES2046350T3; JP2773892B2; EP0334114B1; ATE98205T1; EP0334114A3; DE68911179D1

Description

Die Erfindung betrifft Gasabtrennung und insbesondere die Abtrennung von Gasen (hauptsächlich Wasserstoff und Methan) aus Flüssigkeiten (hauptsächlich C-3- und C-4-Kohlenwasserstoffe) in Einsatzgut, das diese Verbindungen enthält).

Zusammenfassung der Erfindung

Kurz gesagt bewirkt die vorliegende Erfindung Gasabtrennung mittels permeabler Membranen und Gas-Flüssigkeits-Trennung in vorbestimmter Reihenfolge und unter sorgfältig gesteuerten Bedingungen. Die Erfindung ist besonders wertvoll für Gas-Flüssigkeits-Trennungen von Einsatzgut, in welchem die Flüssigkeiten (C-3- und höhere Kohlenwasserstoffe) früher durch kryogenische Verfahren rückgewonnen wurden. Bis auf einen unbedeuteten Vorgang umfaßt die vorliegende Erfindung keine kryogenischen Verfahren.

Computer-Simulation

Das hier beschriebene und beanspruchte Verfahren wurde nicht in einer Anlage durchgeführt. Vielmehr ist dieses eine Computer- Simulation, die auf einer üblichen Anlage basiert, die leicht von den Lieferanten petrochemischer Apparate erhältlich ist. Gewisse Präferenzen können festgelegt werden, insbesondere hinsichtlich der Membranmodule. Für ein spezielles Einsatzgut und (spezielle) Betriebsvariablen sagt der Computer mit ziemlicher Genauigkeit die Zusammensetzung von verschiedenen in dem und aus dem Verfahren austretenden Strömen voraus. Eine Anzahl der wichtigeren dieser Ströme sind in den Tabellen I und II angegeben. Der Kern der Erfindung ist die Auswahl von Variablen und die Anordnung der Ströme.
Die Zeichnung ist ein schematisches Fließdiagramm einer bevorzugten Ausbildungsweise der Erfindung.

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dazu bestimmt, eine kryogenische Einheit zu ersetzen, die normalerweise in einem Oleflex genannten Verfahren angewandt wurde (Oleflex wurde von UOP entwickelt). Einer dieser Prozeßströme in dem Oleflex-Verfahren enthält hohe Konzentrationen an gasförmigen Kohlenwasserstoffen höheren Molekulargewichts vermischt mit Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen mit niedrigerem Molekulargewicht. Ein typischer Strom kann die folgende Zusammensetzung aufweisen: Mol-% Methan Ethan Ethylen Propan Propylen Iso-Butan Normalbutan Butylen
Der Zweck der kryogenischen oder Kälte erzeugenden Einheit in dem Oleflex-Verfahren besteht darin, das Propan und die höheren Kohlenwasserstoffe als eine Flüssigkeit zu kondensieren. Diese Kohlenwasserstoffe sind von höherem Wert als die leichteren Kohlenwasserstoffgase und werden meist rückgewonnen, um später verkauft oder angewandt zu werden. Wasserstoff und die leichteren Kohlenwasserstoffe können entweder in das Oleflex-Verfahren rezyklisiert werden oder als Brennstoff verbrannt werden.
Das Membranverfahren der vorliegenden Erfindung bietet gegenüber dem kryogenischen Verfahren mehrere Vorteile. Der erste und vielleicht bedeutendste Vorteil ist der, daß das vorliegende Membran-Verfahren die Notwendigkeit einer kryogenischen Einheit überflüssig macht, was zu wesentlichen Kapital- und Einrichtungseinsparungen führt. Zweitens wird bei dem vorliegenden Membran-Verfahren eine Vielzahl von Produktströmen erzeugt, die entweder rekombiniert werden können, um zwei Ströme zu bilden wie in dem kryogenischen Verfahren, oder als Einzelströme zur besten Anwendung je nach der speziellen Zusammensetzung dieses Stroms belassen werden können. Weitere hohe Teile umfassen:
(1) Das vorliegende Verfahren kann in Kohlenstoffstahlgefäßen durchgeführt werden. Das kryogenische Verfahren benötigt rostf reien Stahl/Aluminium
(2) Alle Kühlungserfordernisse können mit Kühlwasser durchgeführt werden.
(3) Die Membraneinheit ist kleiner und von geringerem Gewicht als die äquivalente kryogenische Einheit.
(4) Die Komplexität einer kryogenischen Einheit wird eliminiert. Membranen und Wärmeaustauscher haben keine beweglichen Teile. Dies verringert weitgehend Kosten für Wartung und Ausfallzeit.
(5) Membranen sind flexibel. Eine Anpassung an Änderungen und Ergänzungen zu den Systemen erfolgt leicht.
Das gesamte vorliegende Verfahren wird durchgeführt, ohne daß eine kryogenische Einheit erforderlich ist. Die niedrigste Temperatur, die in dem vorliegenden Verfahren benötigt wird, ist -34,4ºC (-30ºF), was durch ein übliches Kühlsystem bewirkt wird, um einen Gasstrom zu handhaben, der nur 8% des Volumens des ursprünglichen Einsatzstroms ausmacht.
Das vorliegende System ersetzt eine kryogenische Einheit, die für das volle Beschickungsvolumen bemessen sein und bei -129 bis -157ºC (-200 bis -250ºF) betrieben können werden muß. Der Rest der vorliegenden Membransysteme wird bei Temperaturen von 10ºC (50ºF) und darüber betrieben, wobei Standard-Wärmeaustauscher und Gas-Flüssigtrenneinrichtungen in Verbindung mit den Membranen verwendet werden. Es ist auch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß keine zusätzliche Kompression notwendig ist und daß der methanreiche Brennstoff-Gasstrom bei einem Gasdruck nahe dem der ursprünglichen Beschickung geliefert wird (was einige geringe Druckabfälle über jeder Membraneinheit zuläßt).

Stand der Technik

Die Anwendung von Membranen zum Trennen von Gasen ist hinreichend bekannt. Eine Reihe von Patent- und Literatur-Hinweisen ist in US 4 130 403 (des Erfinders und von A.B. Coady) von 1978 angegeben. Dieses Patent ist in seiner Ganzheit hier durch Bezug inkorporiert.
US 4 659 343 von R.M. Kelly (1987) bringt die Literatur auf den neuesten Stand und ist hier in seiner Ganzheit durch Bezug inkorporiert. Beide Patente betreffen die Trennung von Kohlendioxid von Gasströmen. Die vorliegende Erfindung umfaßt nicht die Kohlendioxidabtrennung.
Die kanadische Patentschrift 1 107 659 (des Erfinders mit A.B. Coady), 1981, offenbart die Entfernung von Wasser von Kohlenwasserstoffen durch Dialayse durch eine Celluloseestermembran. Eine Broschüre "Grace Membrane Systems", veröffentlicht von W.R. Grace & Co, beschreibt ähnliche Membranmodule wie jene, die zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 178 172 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen aus einem Einsatzgut, das Wasserstoff und eine Mischung von C&sub1;- C&sub7;-Kohlenwasserstoffen enthält, und das aufeinanderfolgende Gas- Flüssigkeits-Trennung und Gas-Gas-Membran-Trennungen umfaßt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In dem speziellen Beispiel, das unten beschrieben wird, wird von einem Einsatzgut mit über 50 Mol% Wasserstoff ausgegangen, und es werden insgesamt 6 Ströme (vier in der Gasphase, zwei in der Flüssigkeitsphase) erzeugt. Die spezifische Zusammensetzung dieser Ströme gestattet es, daß sie mit bestem Vorteil in anderen Anwendungen eingesetzt werden, und dies wiederum gewährleistet erhöhte Wirtschaftlichkeit gegenüber dem kryogenischen Zweistromverfahren. Beispielsweise gibt es drei Ströme, die hohe Wasserstoffkonzentrationen aufweisen (98,5%, 90% und 84,8% H&sub2;). Diese Ströme können, wie sie sind, in verschiedenen anderen Prozessen eingesetzt werden oder weiter mit zusätzlichen Membranen gereinigt werden, um eine spezielle Reinheit zu erzielen. Ein vierter Gasstrom in dem vorliegenden Verfahren enthält einen hohen Gehalt an Methan (71%), das als Brennstoff verbrannt werden kann. Das vorliegende Verfahren erzeugt zwei Flüssigkeitsströme. Einer enthält Kohlenwasserstoffe mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 37,8 (reich an Methan, Propan und Propylen). Der andere Strom hat ein durchschnittliches Molekulargewicht von 47,7 (reich an Propan, Propylen, Isobutan und Butylen). Dieser letzte Strom kann weiter abgestreift werden, um zwei Ströme mehr zu erhalten, falls das so gewünscht ist, wobei Ethan und leichtere (Kohlenwasserstoffe) entfernt werden.
Was folgt ist eine Beschreibung, in welcher die Zeichnung und die Tabellen kombiniert werden. Die Bezugnahme auf den Apparat erfolgt auf numerierte Elemente in der Zeichnung, wogegen die Bezugnahme auf numerierte Ströme sich auf Ströme in den Tabellen bezieht.
Die verschiedenen ersten Stufen in dem Fließdiagramm der Zeichnung befassen sich mit dem Aufnehmen des Einsatzguts von Strom 1 (dem sogenannten Oleflex-Einsatz) und bringen diesen zu einem Druck von 24,6 kg/cm² (etwa 350 psia) und einer Temperatur von 149ºC (etwa 300ºF), wie es in einem Beschickungsstrom (Nr. 4) zur Anwendung in den Verfahrensstufen der vorliegenden Erfindung erwünscht ist. Hierzu tritt Strom 1 in den Kompressor 1 ein, in welchem er von 1,46 kg/cm² (20,7 psia) auf 6,33 kg/cm² (90 psia) komprimiert wird. Die Kompression erhöht die Temperatur von 48,9ºC auf 173,4ºC (120ºF auf 333,5ºF), und der Strom muß vor weiterer Kompression gekühlt werden. Hierzu durchströmt er Gebläse 3, Wärmeaustauscher 5 (Kühlwasser), Druckausgleichsbehälter 7, und kommt mit 65,6ºC (105ºF) heraus. Er wird dann in Kompressor 9 von 6,33 auf 24,6 kg/cm² (90 bis 350 psia) komprimiert. Die Kompression erhöht erneut die Temperatur, hier auf 150,2ºC (301,5ºF), und wiederum ist Kühlung erforderlich vor dem ersten Gas-Flüssigkeits-Separator. Das Kühlen erfolgt mit Gebläsekühler 11 und Wasserkühler 13. Der Strom tritt nun in den Gas- Flüssigkeits-Separator 15 ein, wo er in oben befindliches Gas oder Kopfgas (Strom 5) und unten befindliche Flüssigkeit oder Bodenflüssigkeit (Strom 6) getrennt wird. Strom 6 hat einen hohen Gehalt an Propylen, Propan, Isobutan und n-Butan und wird zur weiteren Gas-Flüssigkeits-Separation, wie später beschrieben, mit anderen Flüssigkeitsströmen vereint. Der Gasstrom (Strom 5) aus 15 unterliegt einer Wärmeaustauschung im Wärmeaustauscher 17 mit einem anschließend beschriebenen Strom, und wird durch den gekühlten Abschrecker 19 geleitet, in welchem die Stromtemperatur auf 10ºC (50ºF) verringert wird. Der letztere Strom betritt den Gas-Flüssigkeits-Separator 21, in welchem er in einen Gasstrom (Strom 7) und einem Flüssigkeitsstrom (Strom 8), welcher sich mit Strom 6 verbindet, getrennt wird. Strom 7 wird durch den Wärmeaustauscher 17 geleitet und von 10ºC auf 48,9ºC (50ºF auf 120ºF) durch den oben erwähnten Strom 5 erwärmt. Dieser Strom verläßt den Wärmeaustauscher 17 als Strom 9, welcher die Beschickung zu einem ersten Membran-Separator 23 ist. An diesem Punkt ist festzustellen, daß dieser Strom einen hohen Gehalt an Wasserstoff (über 70 Mol%) und geringeren Mengen an Methan und höheren Kohlenwasserstoffen hat.
Die wie oben beschriebene vorherige Behandlung ist insbesondere dazu bestimmt, einen wasserstoffreichen Beschickungsstrom für den Membranmodul oder die Membranbaueinheit zu erzeugen, welche eine effiziente Separation und Gewinnung eines ersten Wasserstoffstroms bezweckt. Dies erfolgt in Membranmodul 23, der einen sehr wasserstoffreichen Permeatstrom (Strom 11) zur unmittelbaren Gewinnung oder Isolierung liefert. Wenn man nun mit dem Nichtpermeatrückstand (Strom 10) weitergeht, wird dieser Strom im Wasserkühler 25 von 53,1ºC (127,5ºF) auf 37,8ºC (100ºF) heruntergekühlt, und der Strom tritt jetzt in den Gasflüssigkeits-Separator 27 ein, wo er sich zu Gasstrom 12 und Flüssigkeitsstrom 13 trennt. Der Flüssigkeitsstrom 13 verbindet sich mit anderen Flüssigkeitsströmen. Der Gasstrom 12 wird identisch wie Strom 5 behandelt, d.h. er strömt durch einen Wärmeaustauscher 29, einen gekühlten Abschrecker (31), einen Gas-Flüssigkeits- Separator (33), wobei der Flüssigkeitsstrom 15 sich mit anderen Flüssigkeitsströmen verbindet, und der Gasstrom 14 zurückkehrt zum Wärmeaustauscher 29 und als Beschickungsstrom 16 in den zweiten Membranmodul 35. Der Membranmodul 35 trennt Strom 16 in ein wasserstoffreiches Permeat (Strom 18), das als solches isoliert werden kann. Der nicht-permeierte Rückstand oder Nicht- Permeatrückstand, Strom 17, wird im Kühler 37 gekühlt, dann im Wärmeaustauscher 39, im Abschreckkühler 41, Gasflüssigkeits- Separator 43, und wieder im Wärmeaustauscher 39 in einer Weise behandelt, die den vorhergehenden Operationen in den Einheiten 17/19/21 und 29/31/33 sehr ähnlich ist. Die abfließende Flüssigkeit (Strom 21) aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 43 verbindet sich mit anderen Flüssigkeitsströmen, und der Gasstrom 20 wird im Wärmeaustauscher 39 von 10ºC auf 48,9ºC (50ºF auf 120ºF) erwärmt, durch den Kühlwasserwärmeaustauscher 45 geleitet, um die Beschickung für den Membranmodul 47 zu liefern. Der letztere ergibt den wasserstoffreichen Permeatstrom, der als solcher gewonnen werden kann, plus den Nicht-Permeatstrom 23. Der letztere wird im Wasserkühler 49 gekühlt, erneut im Abschrecker 51 gekühlt, dann zu dem Gas-Flüssigkeits-Separator 53 gesandt, wo er den Gasstrom 25 und den Flüssigkeitsstrom 27 ergibt. Der letztere wird mit anderen Flüssigkeitsströmen zu dem Endabstreifer 57 geleitet.
Der Gasstrom 26 geht zu dem Gasflüssigkeits-Separator 55, wo er den Gasstrom 29, der als Brennstoff brauchbar ist, und den Flüssigkeitsstrom 30 mit einem größeren Gehalt an C-3-Kohlenwasserstoffen ergibt.
Die Flüssigkeitsströme 6, 8, 13, 15, 21 und 27 verbinden sich, um die Beschickung für den Abstreifer 57 zu bilden, wo die abschließende Gas-Flüssigkeits-Separation durchgeführt wird. Die aus dem Abstreifer 57 abgehende Flüssigkeit besteht hauptsächlich aus C-3- und höheren Kohlenwasserstoffen und hat ein durchschnittliches Molekulargewicht von 47,4.
Somit ergibt das Verfahren der Erfindung drei Ströme, die reich sind an Wasserstoff (Ströme 11, 18 und 24); einen methanreichen Strom (Strom 29), einen kleineren Flüssigkeitsstrom, der reich an C-3-Kohlenwasserstoffen ist (Strom 30), und einen größeren Flüssigkeitsstrom, der reich ist an C-3- und C-4-Kohlenwasserstoffen (Strom 28). Tabelle 1 Zusammenfassung der Ströme Strom Beschickung Bestandteil Mol Fr Druck kg/cm² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF) Strom Bestandteil Mol Fr Druck kg/cm² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF) Strom Bestandteil Mol Fr Druck kg/cm² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF) Strom Bestandteil Mol Fr Druck kg/cm² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF) Strom Bestandteil Mol Fr Druck kg/m² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF) Strom Bestandteil Mol Fr Druck kg/m² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF) Strom Bestandteil Mol Fr Druck kg/m² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF) Strom Bestandteil Mol Fr Druck kg/m² (psia) Strömung (kg Mol/Std) durchschnittliches Molgewicht Temperatur ºC (ºF)
Die Leistung der drei Membranen, 23, 35 und 47, wird unten angegeben.

Membran 23

Gesamtfläche - 11291,506 m² (121.540,808 ft²)
Permeatdruck - 3,87 kg/cm² (55,000 psia)
Druckabfall - 0,70 kg/cm² (10,000 psia) Komponente Prozent Gewinnung Permeat-Molfraktion Permeationsrate

Membran 35

Gesamtfläche - 9930,703 m² (106.893,241 ft²)
Permeatdruck -4,57 kg/cm² (65,000 psia)
Druckabfall - 0,70 kg/cm² (10,000 psia) Komponente Prozent Gewinnung Permeat-Molfraktion Permeationsrate

Membran 47

Gesamtfläche - 1195,806 m² (12.871,551 ft²)
Permeatdruck - 1,05 kg/cm² (15 psia)
Druckabfall - 0,70 kg/cm² (10,000 psia) Komponente Prozent Gewinnung Permeat-Molfraktion Permeationsrate
In der bevorzugten Ausbildungsweise wird eine Celluloseestermembran verwendet, die ein Gemisch von Celluloseacetaten darstellt und die in einem Modul spiralisch gewunden ist. Die Membran und der Modul werden von Grace Membrane Systems, Houston, TX hergestellt. Diese Membranen zeigen eine Permeabilitätskonstante für Kohlenstoffidoxid und Wasserstoff von mindestens 4 scf/ft²/hr/100 psi (6,2 x 10&supmin;&sup5;cm³/cm²/sec/cm Hg).
Diese Spiral-Hüllen-Module bestehen aus einem Zylinder innerhalb einer Zylinderanordnung, wobei die Membran vor dem Einsetzen in den Außenzylinder oder das Gehäuse um den inneren Zylinder gewickelt oder gewunden wird. Der innere Zylinder ist aus einem Polymermaterial hergestellt, das eine Reihe von Längsperforationen aufweist, an welches ein Ende der Membran befestigt ist. Der übrige Teil oder Rest der Membran wird um den inneren stützenden Zylinder gewickelt und dieser mit der Membran umhüllte innere Zylinder wird innerhalb des größeren Gehäusezylinders angeordnet. Der Gehäusezylinder wird an beiden Enden durch abschließende Köpfe geschlossen.
An einem Ende befinden sich zwei Öffnungen. Durch eine Öffnung wird das Beschickungsgas eingebracht und, wenn das Beschickungsgas über die Membran läuft, gehen die permeableren Bestandteile des Gasgemisches durch die Membran und in und durch die Längsperforationen des inneren Zylinders mit einer höheren Geschwindigkeit als die anderen Komponenten des Gemisches. Dieses Permeatgas strömt dann durch den inneren Zylinder in einer Gegenstromrichtung zu der des Beschickungsgases. Das Permeatgas wird durch denselben abschließenden Kopf abgezogen, durch den die Beschickung eintritt; jedoch wird der Permeatstrom durch die Öffnung abgezogen, welche den inneren Zylinder mit der Öffnung des einschließenden Kopfes verbindet. Jener Teil des Beschikkungsstroms, der nicht durch und in den inneren Zylinder permeiert, passiert über die Membran und aus der gegenüberliegenden Seite des Moduls durch eine Öffnung in dem anderen abschließenden Kopf.
Als eine Alternative zu den oben beschriebenen Modulen können auch Membransysteme in der Form von Hohlfasern in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zahlreiche geometrische Variationen sind bei Anwendung jedes Modulsystems möglich.
Allgemein gesprochen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trennen von Komponenten eines Beschickungsgutes in einen oder mehrere Gasströme, die hauptsächlich Wasserstoff oder Methan enthalten, und in einen oder mehrere Flüssigkeitsströme, die hauptsächlich C-3- (Propylen und Propan) und höhere Kohlenwasserstoffe enthalten, wobei man
(a) dieses Beschickungsgut einer oder mehreren Gas-Flüssigkeits- Trennungen unterwirft, bei welchen das abströmende Gas die Beschickung für die nächste Trennung ist;
(b) das aus (a) abströmende Gas einer oder mehrerer Gas-Gas- Membran-Trennungen unterwirft, in welchen das Rückstandsgas von der Membran eine Beschickung für eine nachfolgende Gas- Flüssigkeitstrennung ist;
(c) einen Hauptteil der abströmenden Flüssigkeiten von (a) und (b) oben kombiniert; und
(d) diese kombinierten abgehenden Ströme einer Abstreifoperation unterwirft, um ein flüssiges Endprodukt zu erhalten.
In einem engeren Sinn umfaßt die Erfindung ein Verfahren, wobei man
(1) das oben beschriebene Beschickungsgut einer Gas-Flüssigkeits-Trennung bei etwa 24,6 kg/cm² (350 Psia) und etwa 37,8ºC (100ºF) unterwirft, um einen Gasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu erhalten;
(2) den Gasstrom aus (1) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung bei etwa 24,6 kg/cm² (350 Psia) und etwa 10,0ºC (50ºF) unterwirft, um einen Ausgangsgasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu erhalten;
(3) den Ausgangsgasstrom von (2) einer ersten Gas-Gas-Membran- Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas und ein Rückstandsgas zu erhalten;
(4) das Rückstandsgas aus (3) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Ausgangsgasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu erhalten;
(5) den Ausgangsgasstrom aus (4) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um ein abströmendes Gas und einen Flüssigkeitsstrom zu erhalten;
(6) das abströmende Gas aus (5) einer zweiten Gas-Gas-Membran- Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas und ein Rückstandsgas zu erhalten;
(7) das Rückstandsgas aus (6) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um ein abströmendes Gas und eine abströmende Flüssigkeit zu erhalten;
(8) das abströmende Gas aus (7) einer dritten Gas-Gas-Membran- Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas und ein Rückstandsgas zu erhalten;
(9) das Rückstandsgas aus (8) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Ausgangsgasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu erhalten;
(10) den Ausgangsgasstrom aus (9) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen methanreichen Gasstrom und einen Flüssigkeitsstrom mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 37,8 zu erhalten;
(11) die flüssigen abgehenden Ströme aus (1), (2), (4), (5), (7), (9) und (10) kombiniert; und
(12) die kombinierten Ströme aus (11) einer Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, wodurch man einen Brennstoff-Gasstrom und eine abströmende Flüssigkeit mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 47 und einem Gehalt an C-3- und höheren Kohlenwasserstoffen enthält.
Gemäß einer sehr speziellen Ausbildungsweise startet die Erfindung mit einem Einsatzgut, das im wesentlichen aus Strom 4 unten besteht, wobei man
(1) dieses Einsatzgut einer ersten Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Strom, der im wesentlichen aus Gasstrom 5 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 6 unten besteht, zu erhalten;
(2) Strom 5 aus (1) einer zweiten Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Ausgangsgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 7 unten besteht und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 8 unten besteht, zu erhalten;
(3) Strom 7 aus (2) einer ersten Gas-Gas-Membran-Trennung unterwirft, um einen Permeatgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 11 unten besteht, und einen Rückstandsgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 10 unten besteht, zu erhalten;
(4) Strom 10 aus (3) einer dritten Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Ausgangsgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 12 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 13 unten besteht, zu erhalten;
(5) Strom 12 aus (4) einer vierten Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um ein abströmendes Gas, das im wesentlichen aus Strom 14 unten besteht, und eine abströmende Flüssigkeit, die im wesentlichen aus Strom 15 unten besteht, zu erhalten;
(6) Strom 14 aus (5) einer zweiten Gas-Gas-Membran-Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas, das im wesentlichen aus Strom 18 unten besteht, und ein Rückstandsgas, das im wesentlichen aus Strom 17 unten besteht, zu erhalten;
(7) Strom 17 (6) einer fünften Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um ein abströmendes Gas, das im wesentlichen aus Strom 20 unten besteht, und eine abströmende Flüssigkeit, die im wesentlichen aus Strom 21 unten besteht, zu erhalten;
(8) Strom 20 aus (7) einer dritten Gas-Gas-Membran-Trennung unterwirft, um ein Permeatgas, das im wesentlichen aus Strom 24 unten besteht, und ein Rückstandsgas, das im wesentlichen aus Strom 23 unten besteht, zu erhalten;
(9) Strom 23 aus (8) einer sechsten Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Ausgangsgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 26 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 25 unten besteht, zu erhalten;
(10) Strom 26 aus (9) einer siebten Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Gasstrom, der im wesentlichen aus Strom 27 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 30 unten besteht, zu erhalten;
(11) die abgehenden Flüssigkeitsströme 6, 8, 13, 15, 21, 25 und 30 kombiniert;
(12) die kombinierten Ströme aus (11) einer achten Gas-Flüssig keits-Trennung unterwirft, um einen Brennstoff-Gasstrom und eine abströmende Flüssigkeit, die im wesentlichen aus Strom 28 besteht, zu erhalten.
Die oben identifizierten numerierten Ströme sind die gleichen wie jene in der Tabelle, abgerundet auf drei signifikante Zahlen, nämlich: Strom-Nummer Mol-Fraktion
Die Erfindung umfaßt auch eine neue Apparateanordnung zur Durchführung der beschriebenen Trennungen, nämlich: In Kombination einen Gas-Flüssigkeits-Separator mit Rohrleitung, um abströmendes Gas zu einem zweiten Gas-Flüssigkeits-Separator zu leiten, welch letzterer eine Leitung hat, um abströmendes Gas zu einem ersten Gas-Gas-Membran-Separator zu leiten, wobei der erste Membran-Separator Ausgangs leitungen für Permeat- und Rückstandsgase hat; wobei die letzere Rückstandsgasleitung zu einem dritten Gas-Flüssigkeits-Separator führt, der Gas- und Flüssigkeitsausgangsleitungen aufweist; wobei die Gasausgangsleitung zu einem vierten Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gas- und Flüssigkeitsausgangsleitungen führt; wobei die Gasausgangsleitung zu einem zweiten Gas-Gas-Membran-Separator mit Ausgangsleitungen für Permeat- und Rückstandsgase führt; wobei die Rückstandsgasleitung zu einem fünften Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gas- und Flüssigkeitsleitungen führt; wobei die Gasausgangsleitung zu einem dritten Gas-Gas-Membran-Separator führt, der Ausgangsleitungen für Permeat- und Rückstandsgase aufweist; wobei die Gasleitung zu einein sechsten Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gas- und Flüssigkeitsausgangsleitungen führt, wobei die Gasausgangsleitung zu einem siebten Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gas- und Flüssigkeitsausgangsleitungen führt; wobei die Flüssigkeitsausgangsleitungen in den ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Gas-Flüssigkeits-Separatoren zu einer Leitung verbunden sind, welche einen siebten Gas-Flüssigkeits-Separator oder Abstreifer beschickt, der Gas- und Flüssigkeitsausgangsöffnungen aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Trennen der Komponenten eines über 50 Mol% Wasserstoff enthaltenden Einsatzguts in einen oder mehrere überwiegend Wasserstoff oder Methan enthaltende Gasströme, und in einen oder mehrere überwiegend C-3- und höhere Kohlenwasserstoffe enthaltende Flüssig(keits)ströme, wobei man:

(a) das Einsatzgut einer oder mehreren Gas-Flüssig- Trennungen unterwirft, bei welchen das abströmende Gas die Beschickung für die nächste Trennung ist;

(b) das von (a) abströmende Gas einer oder mehreren Gas-Gasmembran-Trennungen unterwirft, bei welchen das Rückstandsgas von der Membran eine Beschickung für eine nachfolgende Gas-Flüssig-Trennung ist;

(c) eine größere Menge der Abflüsse (abströmenden Flüssigkeiten) von (a) und (b) kombiniert;

(d) diese kombinierten Abflüsse einem Abstreifprozeß unterwirft, um ein flüssiges Endprodukt zu schaffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man:

(1) das Einsatzgut der Gas-Flüssig-Trennung bei etwa 24,6 kg/cm² (350 Psia) und etwa 37,8ºC (100ºF) unterwirft, um einen Gasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu schaffen;

(2) den Gasstrom aus (1) einer Gas-Flüssig-Trennung bei etwa 24,6 kg/cm² (350 Psia) und etwa 10ºC (50ºF) unterwirft, um einen Austrittsgasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu schaffen;

(4) das Rückstandgas aus (3) einer Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um einen Austrittsgasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu schaffen;

(5) den Austrittsgasstrom oder abgehenden Gasstrom aus (4) einer Gas-Flüssig-Trennung unterwirft, um ein abgehendes Gas und einen Flüssigkeitsstrom zu schaffen;

(6) das abgehende Gas aus (5) einer zweiten Gas-Gas- Membran-Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas und ein Rückstandsgas zu schaffen;

(7) das Rückstandsgas

(3) den Austrittsgasstrom aus (2) einer ersten Gas- Gasmembran-Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas und ein Rückstandgas zu schaffen; das Rückstandsgas (6) einer Gas-Flüssig-Trennung unterwirft, um ein abströmendes Gas und eine abströmende Flüssigkeit zu schaffen;

(8) das abströmende Gas aus (7) einer dritten Gas-Gas- Membran-Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas und ein Rückstandsgas zu schaffen;

(9) das Rückstandsgas aus (8) einer Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um einen Austrittsgasstrom und einen Flüssigkeitsstrom zu schaffen;

(10) den Austrittsgasstrom aus (9) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen methanreichen Gasstrom und einen Flüssigkeitsstrom mit durchschnittlichem Molekulargewicht von etwa 37,8 zu schaffen;

(11) die aus (1), (2), (3), (4), (5), (7), (9) und (10) abgehenden Flüssigkeitsströme kombiniert; und

(12) die kombinierten Ströme von (11) einer Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um hierdurch einen gasförmigen Brennstoffstrom und eine abströmende Flüssigkeit mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 47 und einem Gehalt an C-3- und höheren Kohlenwasserstoffen zu schaffen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei man ein Einsatzgut, das im wesentlichen aus Strom 4 unten besteht,

(1) einer ersten Gas-Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Strom, der im wesentlichen aus Gasstrom 5 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 6 unten besteht, zu schaffen;

(2) Strom 5 aus (1) einer zweiten Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um einen Austrittsgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 7 besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 8 unten besteht, zu schaffen;

(3) Strom 7 aus (2) einer ersten Gas-Gas-Membran-Trennung unterwirft, um einen Permeatgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 11 unten besteht, und einen Rückstandsgasstrom, der im wesentlichen aus Strom 10 unten besteht, zu schaffen;

(4) Strom 10 aus (3) einer dritten Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um einen Austrittsstrom, der im wesentlichen aus Strom 12 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 13 unten besteht, zu schaffen;

(5) Strom 12 aus (4) einer vierten Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um ein abströmendes Gas, das im wesentlichen aus Strom 14 unten besteht, und eine abströmende Flüssigkeit, die im wesentlichen aus Strom 15 unten besteht, zu schaffen;

(6) Strom 14 aus (5) einer zweiten Gas-Gas-Membran- Trennung unterwirft, um ein wasserstoffreiches Permeatgas, das im wesentlichen aus Strom 18 unten besteht, und ein Restgas, das im wesentlichen aus Strom 17 unten besteht, zu schaffen;

(7) Strom 17 aus (6) einer fünften Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um ein abströmendes Gas, das im wesentlichen aus Strom 20 unten besteht, und eine abströmende Flüssigkeit, die im wesentlichen aus Strom 21 besteht, zu schaffen;

(8) Strom 20 aus (7) einer dritten Gas-Gas-Membran- Trennung unterwirft, um ein Permeatgas, das im wesentlichen aus Strom 24 unten besteht, und ein Rückstandsgas, das im wesentlichen aus Strom 23 unten besteht, zu schaffen;

(9) Strom 23 aus (8) einer sechsten Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um einen Austrittsgasstrom, der im wesentlichen aus Strom Strom 26 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 25 unten besteht, zu schaffen;

(10) Strom 26 aus (9) einer siebten Gas-Flüssigkeits- Trennung unterwirft, um einen Gasstrom, der im wesentlichen aus Strom 29 unten besteht, und einen Flüssigkeitsstrom, der im wesentlichen aus Strom 30 unten besteht, zu schaffen;

(11) die abgehenden flüssigen Ströme 6, 8, 13, 15, 21, 25 und 30 kombiniert;

(12) die kombinierten Ströme aus (11) einer achten Gas- Flüssigkeits-Trennung unterwirft, um einen Brennstoffgasstrom und eine abfließende Flüssigkeit zu schaffen, die im wesentlichen aus Strom 28 besteht;

wobei die oben gekennzeichneten Ströme sind: Stromnummer Mol-Fraktion

4. Apparat enthaltend in Kombination einen Gas-Flüssigkeits- Separator mit Rohrführung, um abströmendes Gas zu einem zweiten Gas-Flüssigkeits-Separator zu führen, welch letzterer eine Rohrführung aufweist, um abströmendes Gas zu einem ersten Gas-Gas-Membran-Separator zu führen, wobei der erste Membran-Separator Austrittsrohre für Permeat- und Rückstandsgase hat; wobei die letztere Rückstandsgasleitung zu einem dritten Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gas- und Flüssigkeitsaustrittsleitungen führt; wobei die Gasaustrittsleitung zu einem vierten Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gasund Flüssigkeitsaustrittsleitungen führt; wobei die Gasaustrittsleitung zu einem zweiten Gas-Gas-Membran-Separator mit Austrittsleitungen für Permeat- und Rückstandsgasen führt; wobei die Rückstandsgasrohrleitung zu einem fünften Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gas- und Flüssigkeitsaustrittsleitungen führt; wobei die Flüssigkeitsaustrittsleitung zu einem dritten Gas-Gas-Membran-SeParator mit Austrittsleitungen für Permeat- und Rückstandsgasen führt; wobei die Austrittsgasleitung zu einem sechsten Gas-Flüssigkeits-Separator mit Gas- und Flüssigkeitsaustrittsleitungen führt; wobei die Gasaustrittsleitung zu einem siebten Gas-Flüssigkeits- Separator mit Gas- und Flüssigkeitsaustrittsleitungen führt; wobei die Flüssigkeitsaustrittsleitungen des ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Gas-Flüssigkeits-Separators zu einer Leitung verbunden werden, die einen siebten Gas-Flüssigkeits-Separator oder Abstreifer mit Gas- und Flüssigkeitsaustrittsöffnungen beschickt.