DE3907570A1

DE3907570A1 - METHOD FOR SEPARATING HYDROGEN FROM A MOST OLEFINE-BASED APPLICATION CURRENT

Info

Publication number: DE3907570A1
Application number: DE3907570A
Authority: DE
Inventors: Walter Schramm
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-09-13
Also published as: AU5182990A; WO1990010685A1; ZA901799B

Abstract

In the production of olefines by the thermal splitting of saturated hydrocarbons a hydrogen-containing hydrocarbon mixture is obtained which is broken down into individual fractions in several cleaning stages. At least part of the hydrogen is separated from the ethylene-containing fraction at a suitable stage in its cooling by means of a diaphragm. This produces a drop in the hydrogen partial pressure in the cooling inflow of ethylene to be separated which makes it possible to raise the temperatures in the subsequent condensation stages.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem überwiegend olefinhaltigen Einsatz strom, welcher durch Abkühlung, partielle Kondensation, Fraktionierung und stufenweise Rektifikation in Teil ströme seiner Einzelkomponenten zerlegt wird.The invention relates to a process for the separation of Hydrogen from a predominantly olefin-containing use stream, which by cooling, partial condensation, Fractionation and stepwise rectification in part streams of its individual components is decomposed.

Die Herstellung von Olefinen erfolgt wie bekannt durch thermische Spaltung, d.h. Pyrolyse gesättigter Kohlen wasserstoffe. Aus dem entstehenden Kohlenwasserstoff, gemisch werden in mehreren Reinigungsstufen schwersie dende Fraktionen von leichtersiedenden abgetrennt, was jeweils mit einer stufenweisen Temperaturerniedrigung einhergeht. Die in letzter Stufe anfallende ethylenhal tige Fraktion erfordert dabei den größten Energieaufwand, da neben Methan und Ethan auch Wasserstoff darin vorhan den ist. Zur Abtrennung des Wasserstoffs wird dieser überwiegend Wasserstoff, Methan und Ethylen enthaltende Einsatzstrom soweit abgekühlt, daß Ethylen weitestgehend auskondensiert und der Wasserstoff mit Teilen von Methan als gasförmige Fraktion abgezogen werden kann. Dabei kann je nach eingesetzter Kälteleistung die Wasserstofffrak tion als Heizgas (kleiner 70 Mol% H₂) oder als Produkt (z.B. 95 Mol% H₂) abgegeben werden. The production of olefins is carried out as known by thermal cracking, ie pyrolysis of saturated hydrocarbons. From the resulting hydrocarbon mixture in several purification stages heavier dende fractions are separated from lower-boiling, which is accompanied by a gradual decrease in temperature. The resulting in the last stage ethylenhal term fraction requires the most energy, since in addition to methane and ethane and hydrogen is IN ANY the. In order to separate off the hydrogen, this predominantly hydrogen, methane and ethylene-containing feed stream is cooled to the extent that ethylene condenses as much as possible and the hydrogen can be withdrawn with parts of methane as a gaseous fraction. Depending on the cooling capacity used, the hydrogen fraction can be delivered as heating gas (less than 70 mol% H ₂ ) or as product (for example 95 mol% H ₂ ).

Aufgrund des hohen Wasserstoff-Partialdruckes im Olefin einsatzstrom sind aber für die Kohlenwasserstoffabtren nung tiefe Temperaturen erforderlich. Diese können nur durch energieaufwendige Leistung erzielt werden, will man sowohl Wasserstoff wie Ethylen in reiner Form und hoher Ausbeute gewinnen.Due to the high hydrogen partial pressure in the olefin but starting power are for the hydrocarbons low temperatures required. These can only be achieved by energy-consuming performance, wants Both hydrogen and ethylene in pure form and win high yield.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik derart abzuwandeln, daß bei gleichbleibender Pro duktqualität ein geringerer Energieaufwand notwendig ist.Object of the present invention is to provide the state of Technique to modify such that at constant Pro a lower energy consumption is necessary.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß an einer geeigenten Stelle der Abkühlung des zu zer legenden Einsatzstromes wenigstens ein Teil des Wasser stoffs mittels Membran abgetrennt wird.The solution according to the invention of this task is that at a suitable point the cooling of the zer legend, at least part of the water substance is separated by means of membrane.

Der olefinhaltige, gasförmige Einsatzstrom wird dabei mit einer für Wasserstoff bevorzugt durchlässigen olefinbe ständigen Membran in Kontakt gebracht, wodurch eine weit gehende Abtrennung dieser Komponenten aus dem übrigen Kohlenwasserstoffgemisch erfolgt. Dieses erfindungsgemäße Vorgehen bewirkt eine Absenkung des Wasserstoffpartial druckes im zu zerlegenden Einsatzstrom. Dadurch ist es möglich, die Kühltemperaturen der nachfolgenden Konden sationsstufen anzuheben, was zu einer Verringerung der erforderlichen Kälteleistung und damit zu einer Energie einsparung führt.The olefin-containing, gaseous feed stream is thereby with an olefinic preferably permeable to hydrogen permanent membrane brought into contact, creating a far going separation of these components from the rest Hydrocarbon mixture takes place. This invention Procedure causes a lowering of the hydrogen partial pressure in the stream to be broken. That's it possible, the cooling temperatures of the following condensations tion levels, resulting in a reduction in required cooling capacity and thus to an energy saving leads.

Mit besonderem Vorteil läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung des Wasserstoffs aus dem ethylenhaltigen Kopfprodukt der C₂/C₃-Kolonne einer Olefinanlage anwenden.With particular advantage, the inventive method for the separation of the hydrogen from the ethylene-containing top product of the C ₂ / C ₃ column of an olefin plant can be applied.

Vorzugsweise werden mindesten 75% des im Einsatzstrom vorhandenen Wasserstoffs durch Membran abgetrennt. Preferably, at least 75% of the feed stream existing hydrogen separated by membrane.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Wasserstoff in zwei Membrantrennstufen abgetrennt.In an embodiment of the invention, the hydrogen is in separated two membrane separation stages.

Diese günstige Verfahrensweise ermöglicht es, sowohl den Wasserstoff in hoher Reinheit wie die Kohlenwasserstoff fraktion in hoher Ausbeute zu gewinnen.This favorable procedure allows both the High purity hydrogen such as the hydrocarbon fraction in high yield.

Besonders effizient arbeitet das Verfahren, wenn erfin dungsgemäß in der ersten Membrantrennstufe eine größere Stoffaustauschfläche verwendet wird als in der zweiten Stufe. So wird in der ersten Membrantrannstufe aufgrund des großen Mengenstromes eine große Membranfläche einge setzt, damit möglichst der gesamte Wasserstoff abgetrennt werden kann. Dies bewirkt einerseits, daß im nachfolgen den Tieftemperaturteil der Olefinanlage die energieauf wendige Wasserstoffabtrennung entfällt, und ermöglicht andererseits, die Ausbeute an Produktwasserstoff zu steigern. Das sich in erster Stufe bildende Permeat, eine unreine Wasserstofffraktion, wird in der zweiten Membrantrennstufe unter Verwendung einer relativ kleinen Membran separiert, wodurch reiner Produktwasserstoff gewonnen werden kann. Das nach der zweiten Membrantrenn stufe zurückbleibende Restgas wird zur Ausbeutesteigerung in den zu zerlegenden olefinhaltigen Einsatzstrom zurück geführt.The process works particularly efficiently when invented According to the invention in the first membrane separation stage a larger Mass transfer area is used as in the second Step. This is due to in the first Membrantrannstufe the large flow of a large membrane area sets, so that as far as possible the entire hydrogen is separated can be. This causes on the one hand, that in the following the low temperature part of the olefin plant the energieauf agile hydrogen separation is eliminated, and allows on the other hand, the yield of product hydrogen too increase. The first-stage permeate, An impure hydrogen fraction will be in the second Membrane separation stage using a relatively small Membrane separated, creating pure product hydrogen can be won. That after the second membrane separation stage remaining residual gas is used to increase the yield back to the olefin-containing feed stream to be separated guided.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet somit die Mög lichkeit, einen Großteil des störenden Wasserstoffs aus dem zu zerlegenden olefinhaltigen Einsatzstrom zu gewin nen, wobei der Wasserstoff in einer Reinheit erzeugt werden kann, die seine Abgabe als Frodukt ermöglicht.The method according to the invention thus offers the possibility a large part of the interfering hydrogen to win the olefin-containing feed stream to be separated nen, wherein the hydrogen produced in a purity which allows its release as a product.

Der nicht abgetrennte Wasserstoffanteil des olefinhalti gen Einsatzstromes wird wie bekannt rektifikatorisch abgetrennt und kann als Heizgas dienen.The non-separated hydrogen content of olefinhalti gen input stream is rectified as known separated and can serve as a heating gas.

Im folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Figur beschrieben. Es handelt sich dabei um eine zweistufige Membrantrennung unter Gewinnung einer Wasser stoffproduktfraktion.In the following, the method according to the invention is based on the figure described. It is one two-stage membrane separation to obtain a water material product fraction.

Ein olefinhaltiger Einsatzstrom 1 der ZusammensetzungAn olefin-containing feed stream 1 of the composition

H₂ H ₂ 19,2 Mol%19.2 mol% CH₄ CH ₄ 36,5 Mol%36.5 mol% C₂H₄ C ₂ H ₄ 37,4 Mol%37.4 mol% C₂H₆ C ₂ H ₆ 6,2 Mol%,6.2 mol%,

welcher einer C₂/C₃-Rektifikationsstufe einer Olefin anlage entstammt, wird unter einem Druck von ca. 33 bar einer ersten Membrantrennstufe M 1 zugeführt. In dieser Membrantrennstufe erfolgt an der Stoffaustauschfläche Fl eine weitgehende Abtrennung des Wasserstoffes von den übrigen Kohlenwasserstoffen. Der Einsatzstrom wird dabei in einen von Wasserstoff weitgehend befreiten Kohlen wasserstoffstrom 2 und eine unreine Wasserstofffraktion 3 getrennt. Der Kohlenwasserstoffstrom 2 der Zusammen setzungwhich comes from a C ₂ / C ₃ -Rektifikationsstufe an olefin plant is fed under a pressure of about 33 bar a first membrane separation stage M 1 . In this membrane separation stage carried out at the mass transfer area Fl a substantial separation of the hydrogen from the other hydrocarbons. The feed stream is separated into a hydrogen largely freed from coals hydrogen stream 2 and an impure hydrogen fraction 3 . The hydrocarbon stream 2 of the composition

H₂ H ₂ 3 Mol %3 mol% CH₄ CH ₄ 43 Mol %43 mol% C₂H₄ C ₂ H ₄ 45 Mol%45 mol% C₂H₆ C ₂ H ₆ 9 Mol %9 mol%

wird, wie hier nicht näher dargestellt, in bekannter Weise abgekühlt, partiell kondensiert und in stufenweiser Rektifikation in Ströme seiner Einzelkomponenten zerlegt. Das Permeat aus der ersten Stufe ist eine unreine Wasser stofffraktion 3, welche noch beträchtliche Anteile Methan, Ethylen und Ethan enthält. Sie wird mittels Kom pressor X auf einen Druck von ca. 32 bar verdichtet und einer zweiten Membrantrennstufe M 2 zugeleitet. Darin wird die unreine Wasserstofffraktion in eine Wasserstoff produktfraktion 4 und ein die Kohlenwasserstoffe und geringe Mengen Wasserstoff enthaltendes Restgas 5 ge trennt. Dieses Restgas wird zur Ausbeutesteigerung dem Einsatzstrom 1 wieder zugemischt. Bei bevorzugter Verwen dung unterschiedlich großer Membrantrennflächen F 1 und F 2 wird in vorliegendem Fall ein Flächenverhältnis F 1 : F 2 wie 15 : 1 eingesetzt und die Wasserstoffproduktfraktion in einer Reinheit von ca. 97% und einer Ausbeute von ca. 85% gewonnen.is, as not shown here, cooled in a known manner, partially condensed and divided into gradual rectification into streams of its individual components. The permeate from the first stage is an impure water fraction 3 , which still contains considerable amounts of methane, ethylene and ethane. It is compressed by Com pressor X to a pressure of about 32 bar and fed to a second membrane separation stage M 2 . Therein, the impure hydrogen fraction is separated into a hydrogen product fraction 4 and a residual gas 5 containing the hydrocarbons and small amounts of hydrogen. This residual gas is added to the feed stream 1 again to increase the yield. In preferred Verwen training differently sized membrane separation surfaces F 1 and F 2 in the present case, an area ratio F 1 : F 2 as 15: 1 used and recovered the hydrogen product fraction in a purity of about 97% and a yield of about 85%.

Claims

1. A process for the separation of hydrogen from a predominantly olefin-containing feed stream, which is decomposed by cooling, partial condensation, fractionation and stepwise rectification into partial streams of its individual components, characterized in that at a suitable point of cooling the feed stream to be separated at least a portion of the hydrogen is separated by membrane.

2. The method according to claim 1, characterized that at least 75% of the existing in the feed stream Hydrogen is separated by membrane.

3. Process according to claims 1 or 2, characterized characterized in that the separation of the hydrogen is carried out in two membrane separation stages.

4. The method according to claim 3, characterized that the first membrane separation stage a larger Mass transfer surface possesses as the second stage.

5. Process according to claims 3 or 4, characterized characterized in that in the first membrane separation stage an impure hydrogen fraction is recovered which in the second membrane separation stage in a pure Hydrogen product and a residual gas is decomposed, after which the residual gas in the to be decomposed olefin-containing feed stream is recycled.