Prozess zur Gewinnung von Ethylen aus Methan

Die Erfindung betrifft einen Prozess zur Gewinnung von Ethylen aus Methan gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Die oxidative Kopplung von Methan ist in der Literatur beschrieben, beispielsweise bei J.D. Idol et al., "Natural Gas", in: JA Kent (Hrsg.), "Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology", Band 2, 12. Auflage, Springer, New York 2012.

Die oxidative Kopplung von Methan umfasst nach derzeitigem Kenntnisstand eine katalysierte Gasphasenreaktion von Methan mit Sauerstoff, bei der von zwei

Methanmolekülen jeweils ein Wasserstoffatom abgespalten wird. Die dabei entstehenden Methylradikale reagieren zunächst zu einem Ethanmolekül. Bei der Reaktion wird ferner ein Wassermolekül gebildet. Bei geeigneten Verhältnissen von Methan zu Sauerstoff, geeigneten Reaktionstemperaturen und der Wahl geeigneter Katalysebedingungen erfolgt anschließend eine Oxydehydrierung des Ethans zu Ethylen, einer Zielverbindung bei der oxidativen Kopplung von Methan. Hierbei wird ein weiteres Wassermolekül gebildet.

Die Reaktionsbedingungen bei der oxidativen Kopplung von Methan umfassen klassischerweise eine Temperatur von 500 bis 900 und einen Druck von 1 bis 10 bar sowie hohe Raumgeschwindigkeiten. Jüngere Entwicklungen gehen insbesondere auch in Richtung der Verwendung tieferer Temperaturen. Die Reaktion kann homogen- und heterogenkatalytisch im Festbett oder in der Wirbelschicht erfolgen. Bei der oxidativen Kopplung von Methan können auch höhere Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs oder acht Kohlenstoffatomen gebildet werden; der Schwerpunkt liegt jedoch auf Ethan bzw. Ethylen und ggf. noch Propan bzw. Propylen.

Insbesondere aufgrund der hohen Bindungsenergie zwischen Kohlenstoff und

Wasserstoff im Methanmolekül sind die Ausbeuten bei der oxidativen Kopplung von Methan vergleichsweise gering. Außerdem begünstigen die vergleichsweise harschen Reaktionsbedingungen und Temperaturen, die zur Spaltung dieser Bindungen erforderlich sind, auch die weitere Oxidation der Methylradikale und anderer

Intermediate zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Wenngleich den geringen Ausbeuten und der Bildung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid teilweise durch die Wahl optimierter Katalysatoren und angepasster Reaktionsbedingungen entgegengewirkt werden kann, enthält ein bei der oxidativen Kopplung von Methan gebildetes Gasgemisch neben den Zielverbindungen wie Ethylen und ggf. Propylen beträchtliche Mengen nicht umgesetzten Methans sowie Wasser, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Ein derartiges Gasgemisch wird nachfolgend auch als "Produktgemisch" der oxidativen Kopplung von Methan bezeichnet, obwohl es nicht nur die gewünschten Produkte, sondern auch nicht umgesetzte Edukte und Nebenprodukte enthält. Bei der oxidativen Kopplung von Methan können Reaktoren eingesetzt werden, in denen einer katalytischen Zone eine nichtkatalytische Zone nachgeschaltet ist. Das in der katalytischen Zone gebildete Produktgemisch wird in die nichtkatalytische Zone überführt, wo es zunächst noch auf den vergleichsweise hohen Temperaturen vorliegt, die in der katalytischen Zone eingesetzt werden. Insbesondere durch die Anwesenheit des bei der oxidativen Kopplung von Methan gebildeten Wassers ähneln die

Reaktionsbedingungen hier jenen herkömmlicher Dampfspaltverfahren (engl. Steam Cracking). Daher können hier Ethan und höhere Paraffine zu Olefinen umgesetzt werden. In die nichtkatalytische Zone können auch weitere Paraffine eingespeist werden, so dass die Restwärme der oxidativen Kopplung von Methan in besonders vorteilhafter Weise ausgenutzt werden kann. Ein derartiges Dampfspalten in einer der katalytischen Zone nachgeschalteten nichtkatalytischen Zone wird auch als "Post Bed Cracking" bezeichnet. Nachfolgend wird hierfür auch der Begriff "postkatalytisches Dampfspalten" verwendet. Bezüglich den beim Dampfspalten herrschenden Reaktionsbedingungen sei ebenfalls auf Fachliteratur wie den Artikel "Ethylene" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe, 15. April 2007, DOI 10.1002/14356007. a10_045.pub2, verwiesen. Das Dampfspalten wird beispielsweise zur Gewinnung von kurzkettigen Olefinen wie Ethylen und Propylen, Diolefinen wie Butadien oder von Aromaten eingesetzt, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Ist nachfolgend von einem "Reaktor, der zur oxidativen Kopplung von Methan eingerichtet ist", die Rede, soll hierunter ein Reaktor verstanden werden, der zumindest in einer Reaktorzone einen Katalysator aufweist (beispielsweise in Form eines

Festbett- oder Wirbelschichtkatalysators), welcher sich für die oxidative Kopplung von Methan eignet. Zumindest in dieser Reaktorzone können durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Brenner und vorgeschaltete Verdichter, Temperatur- und

Druckbedingungen geschaffen werden, die unter Einfluss des Katalysators zu einer oxidativen Kopplung von Methan führen, wie zuvor erläutert. Ein entsprechender Reaktor kann neben der erläuterten Reaktorzone weitere Reaktorzonen aufweisen, beispielsweise eine nichtkatalytische Zone, die zum oben erläuterten postkatalytischen Dampfspalten ("Post Bed Cracking") verwendet wird.

In entsprechender Weise soll, wenn nachfolgend davon die Rede ist, dass "unter Verwendung eines Verfahrens zur oxidativen Kopplung von Methan" ein

Produktgemisch gebildet wird, hierunter verstanden werden, dass hierbei ein Verfahren beteiligt ist, das die zuvor erläuterten Reaktionen umfasst, insbesondere die Bildung von Methylradikalen, deren Kopplung zu Ethan und die anschließende

Oxydehydrierung. Zusätzlich können jedoch weitere Verfahren bzw. Verfahrensschritte umfasst sein, insbesondere das oben erläuterte postkatalytische Dampfspalten ("Post Bed Cracking"). Diesem oder diesen weiteren Verfahren oder Verfahrensschritten können weitere Einsätze zugeführt werden, die zumindest teilweise zu Produkten umgesetzt werden, welche sich in dem Produktgemisch wiederfinden. Mit anderen Worten muss bei der Bildung des Produktgemischs, die "unter Verwendung" des Verfahrens zur oxidativen Kopplung von Methan erfolgt, nicht ausschließlich die oxidative Kopplung von Methan beteiligt sein.

Produktgemische, die unter Verwendung eines Verfahrens zur oxidativen Kopplung von Methan gebildet werden, enthalten aus den oben erläuterten Gründen

insbesondere große Mengen an Methan, das vorteilhafterweise abgetrennt und in die oxidative Kopplung zurückgeführt werden sollte. Die trenntechnische Bearbeitung eines entsprechenden Produktgemischs stellt sich dabei aufgrund des hohen

Methananteils bei dem vergleichsweise geringem Gehalt an Zielprodukten als ausgesprochen aufwendig dar. Die vorliegende Erfindung will daher einen Prozess bereitstellen, bei dem

insbesondere die Bearbeitung eines entsprechenden Produktgemischs gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung einen Prozess zur

Gewinnung von Ethylen aus Methan mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch einige Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert. Gängige Verfahren zur Trennung von Produktströmen aus Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen wie der oxidativen Kopplung von Methan umfassen die Bildung einer Reihe von Fraktionen auf Grundlage der unterschiedlichen Siedepunkte der enthaltenen Komponenten. In der Fachwelt werden hierfür Kurzbezeichnungen verwendet, die die Kohlenstoffanzahl der jeweils überwiegend oder ausschließlich enthaltenen Kohlenwasserstoffe angeben. So ist eine "C1 -Fraktion" eine Fraktion, die überwiegend oder ausschließlich Methan (und konventionsgemäß unter Umständen auch niedriger als Methan siedende Verbindungen, dann auch "Cl minus-Fraktion" genannt) enthält. Eine "C2-Fraktion" enthält hingegen überwiegend oder ausschließlich Ethan, Ethylen und/oder Acetylen. Eine "C3-Fraktion" enthält überwiegend oder ausschließlich Propan, Propylen, Methylacetylen und/oder Propadien. Eine "C4-

Fraktion" enthält überwiegend oder ausschließlich Butan, Buten, Butadien und/oder Butin, wobei die jeweiligen Isomere je nach Quelle der C4-Fraktion in unterschiedlichen Anteilen enthalten sein können. Entsprechendes gilt für eine "C5-Fraktion" und die höheren Fraktionen. Mehrere Fraktionen können zusammengefasst werden.

Beispielsweise enthält eine "C2plus-Fraktion" überwiegend oder ausschließlich

Kohlenwasserstoffe mit zwei und mehr und eine "C2minus-Fraktion" überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen sowie Methan und ggf. niedriger als Methan siedende Verbindungen. Ist nachfolgend von, im Vergleich zu einer Verbindung, "höher siedenden" oder "tiefer siedenden" bzw. "niedriger siedenden" Verbindungen die Rede, handelt es sich hierbei um Verbindungen, die einen höheren bzw. niedrigeren Siedepunkt aufweisen als jene Verbindung, mit der diese Verbindungen verglichen werden. Beispielsweise sind Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Stickstoff und Argon Verbindungen, die niedriger sieden als Methan. Acetylen und Kohlenwasserstoffe mit drei und mehr Kohlenstoffatomen sind hingegen Verbindungen, die höher sieden als Ethan.

Entsprechende Fraktionen können auch als Kältemittel eingesetzt werden, so beispielsweise die C2- oder C3-Fraktionen oder Komponenten hiervon. Die durch entsprechende C2- oder C3-Kältemittel bereitstellbaren Temperaturniveaus werden landläufig auch als "C2-Kälte" oder "C3-Kälte" bezeichnet. Diese Kältemittel werden in Kältekreisläufen geführt, wo sie zuerst auf ein bestimmtes Enddruckniveau verdichtet und ausgehend von diesem anschließend Enddruckniveau auf unterschiedliche Druckniveaus zur Kälteerzeugung bei entsprechenden Temperaturniveaus entspannt werden. Mittels eines C3-Kältemittels (insbesondere Propan und Propylen) lassen sich auf diese Weise beispielsweise Kältemittelströme mit ca. -40 und +10 erzeugen.

Flüssige und gasförmige Gemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1 %, 0,1 % oder 0,01 % auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssige und gasförmige Gemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen, aus dem der flüssige oder gasförmige Strom erhalten wurde. Das flüssige oder gasförmige Gemisch ist "angereichert", wenn es zumindest den 1 ,1-fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen, 100-fachen oder 1.000-fachen Gehalt, "abgereichert", wenn es höchstens den 0,9-fachen, 0,5- fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthält. Ist vorliegend

beispielsweise von "Methan" oder "Wasserstoff" bzw. einem "Ethylenprodukt" die Rede, sei darunter auch ein Gemisch verstanden, das reich an der entsprechenden Komponente ist. Es kann sich jedoch auch um das jeweilige Reingas handeln. Ein flüssiges oder gasförmiges Gemisch ist von einem anderen flüssigen oder gasförmigen Gemisch (auch als Ausgangsgemisch bezeichnet) "abgeleitet" oder aus diesem Gemisch oder unter Verwendung dieses Gemischs "gebildet", wenn es zumindest einige in dem Ausgangsgemisch enthaltene oder aus diesem erhaltene Komponenten aufweist. Ein in diesem Sinne gebildetes Gemisch kann aus dem Ausgangsgemisch durch Abtrennen oder Abzweigen eines Teilstroms oder einer oder mehrerer Komponenten, Anreichern oder Abreichern bezüglich einer oder mehrerer Komponenten, chemisches oder physikalisches Umsetzen einer oder mehrerer Komponenten, Erwärmen, Abkühlen, Druckbeaufschlagen und dergleichen gebildet werden. Ein "Bilden", beispielsweise eines Einsatzgemischs für einen anschließenden Trennprozess, kann jedoch auch einfach das Führen eines entsprechenden Gemischs in einer geeigneten Leitung und ein Zuführen zu dem Trennprozess darstellen.

Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1 %, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen.

Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druck Verluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei dem hier in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.

Zur Auslegung und spezifischen Ausgestaltung von Destillationssäulen und

Absorptionskolonnen, wie sie auch im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können, sei auf einschlägige Lehrbücher verwiesen (siehe beispielsweise K. Sattler, "Thermische Trennverfahren: Grundlagen, Auslegung, Apparate", 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2001 ). Bei einer "Destillationssäule" handelt es sich im hier verwendeten Sprachgebrauch um eine Trenneinheit, die dafür eingerichtet ist, ein gasförmig oder flüssig oder in Form eines Zweiphasengemischs mit flüssigen und gasförmigen Anteilen, ggf. auch im überkritischen Zustand, bereitgestelltes Stoffgemisch (Trenneinsatz) zumindest teilweise aufzutrennen, also aus dem Stoffgemisch jeweils Reinstoffe oder

Stoffgemische zu erzeugen, die gegenüber dem Stoffgemisch bezüglich zumindest einer Komponente angereichert bzw. abgereichert im oben erläuterten Sinne sind. Destillationssäulen sind aus dem Bereich der Trenntechnik hinlänglich bekannt.

Typischerweise sind Destillationssäulen als zylindrische Metallbehälter ausgebildet, die mit Einbauten, beispielsweise Siebböden oder geordneten oder ungeordneten

Packungen, ausgerüstet sind. Eine Destillationssäule zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass sich in ihrem unteren Bereich, auch als Sumpf bezeichnet, eine flüssige Fraktion abscheidet. Diese flüssige Fraktion, auch als Sumpfprodukt bezeichnet, wird in einer Destillationssäule mittels eines Sumpfverdampfers erwärmt, so dass kontinuierlich ein Teil des Sumpfprodukts verdampft und in der

Destillationssäule gasförmig aufsteigt. Eine Destillationssäule ist ferner typischerweise mit einem sogenannten Kopfkondensator versehen, in den zumindest ein Teil eines sich in einem oberen Bereich der Destillationssäule anreichernden Gasgemischs oder ein entsprechendes Reingas, auch als Kopfprodukt bezeichnet, eingespeist, dort verflüssigt und als flüssiger Rücklauf am Kopf der Destillationssäule aufgegeben wird.

Im Gegensatz zu einer Destillationssäule verfügt eine "Absorptionskolonne" nicht über einen Sumpfverdampfer. Auch Absorptionskolonnen sind aus dem Bereich der Trenntechnik allgemein bekannt. Absorptionskolonnen werden zur Absorption im Phasengegenstrom verwendet und daher auch als Gegenstromkolonnen bezeichnet. Bei der Absorption im Gegenstrom strömt die abgebende Gasphase aufwärts durch eine Absorptionskolonne. Die aufnehmende Lösungsphase fließt, von oben aufgegeben und unten abgezogen, der Gasphase entgegen. In einer entsprechenden Absorptionskolonne sind ebenfalls typischerweise Einbauten vorgesehen, die für einen stufenweisen (Böden, Sprühzonen, rotierende Teller usw.) oder stetigen (regellose Schüttungen von Füllkörpern, Packungen usw.) Phasenkontakt sorgen.

Bei einer Absorption im Gegenstrom, wie er in einer Absorptionskolonne erfolgt, wird ein gasförmiger Strom einem insbesondere fein verteilten flüssigen Strom

entgegengeschickt. Der flüssige Strom nimmt dabei Komponenten aus dem gasförmigen Strom auf, die auf diese Weise aus dem gasförmigen Strom ausgewaschen werden. Die Auswaschung kann teilweise oder vollständig sein.

Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es besonders vorteilhaft ist, ein in einem Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan erzeugtes

Produktgemisch bzw. einen hieraus gebildeten Trenneinsatz, der bereits unter

Verwendung geeigneter Aufbereitungsschritte aufbereitet wurde, mittels einer absorptiven Demethanisierung zu bearbeiten, d.h. die enthaltenen Verbindungen, die höher sieden als Methan, insbesondere Ethan und Ethylen, aber auch

Kohlenwasserstoffe mit drei und ggf. mehr Kohlenstoffatomen, unter Verwendung einer Absorptionsflüssigkeit zumindest überwiegend aus diesem Trenneinsatz

auszuwaschen. Es verbleibt dabei ein Gasgemisch, das überwiegend Methan und niedriger als Methan siedende Verbindungen enthält, falls diese in dem

Produktgemisch bzw. Trenneinsatz enthalten waren. Dieses Gasgemisch kann aber auch nicht ausgewaschene Verbindungen und ggf. Teile der Absorptionsflüssigkeit, die in die Gasphase übergegangen sind, enthalten. Herkömmlichen Verfahren zur Demethanisierung, die nicht absorptiv sondern überwiegend oder ausschließlich destillativ arbeiten, ist gemeinsam, dass hierbei Temperaturen von -100 und weniger zur Abtrennung von Methan und ggf. niedriger als Methan siedenden Verbindungen zum Einsatz kommen müssen, was die

Verwendung von Ethylen als Kältemittel ("C2-Kälte") erfordert. Gegebenenfalls ist dabei der Einsatz von Turboexpandern zur Erzielung von Temperaturen von -130 und weniger erforderlich, insbesondere dann, wenn ein entsprechendes Gasgemisch einen höheren Anteil leichterer Verbindungen enthält, wie dies klassischerweise bei der Verwendung überwiegend oder ausschließlich gasförmiger bzw. ethanreicher Einsätze beim Dampfspalten der Fall ist. Dies erweist sich aufgrund der hierbei erforderlichen Materialien und Apparate als aufwendig und ausgesprochen kostenintensiv.

Insbesondere beim Einsatz von Turboexpandern erweist sich ein entsprechendes Verfahren außerdem als ausgesprochen wartungsanfällig.

Zur Vermeidung von entsprechend niedrigen Temperaturen wurden entsprechende absorptive Verfahren bereits zuvor in anderen Prozessen vorgeschlagen. Beispielsweise wird in der EP 0 675 094 A2 vorgeschlagen, ein Gasgemisch aus einem Dampfspaltverfahren zunächst in einen Absorber (Absorptionskolonne) einzuspeisen und die Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen mittels einer Absorptionsflüssigkeit unter Verbleib eines überwiegend oder ausschließlich Methan und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischs auszuwaschen. Hierbei gehen neben den Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen auch Anteile des Methans und des Wasserstoffs aus dem Ausgangsgemisch in die Absorptionsflüssigkeit über. Methan und Wasserstoff werden daher zunächst aus der beladenen Absorptionsflüssigkeit ausgetrieben, ehe aus diesem die Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen zurückgewonnen werden. Weitere teilweise absorptive Verfahren in unterschiedlicher Ausgestaltung sind beispielsweise auch aus der US 2 815 650 A, der US 5 710 357 A, der WO 2014/064172 A2 und der US 2 933 901 A1 bekannt.

Eine absorptive Demethanisierung hat vor allem den Vorteil, dass hierbei zur

Abtrennung von Methan und ggf. Wasserstoff deutlich höhere Temperaturen zum Einsatz kommen können als sie in überwiegend oder ausschließlich destillativen Verfahren möglich sind. Wie oben bezüglich Destillationssäulen erwähnt, muss dort ein gasförmiges Kopfprodukt, bei der Demethanisierung ein methanreiches Gasgemisch, auf entsprechend niedriger Temperatur kondensiert werden, damit es als Rücklauf auf die Destillationssäule dienen kann. Bei einer absorptiven Demethanisierung wird hingegen eine auf deutlich höherer Temperatur kondensierende Absorptionsflüssigkeit, verwendet, mittels derer die Verbindungen, die schwerer sind als Methan,

ausgewaschen werden. Methan muss daher hier nicht kondensiert werden. Bei der absorptiven Demethanisierung kann daher auf C2-Kältemittel verzichtet werden und es kann beispielsweise auf C3-Kälte zurückgegriffen werden.

Die Verwendung einer absorptiven Demethanisierung erscheint allerdings zunächst aufgrund des hohen Methangehalts des Produktgemischs aus dem Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan problematisch. Erfindungsgemäß konnte jedoch, erkannt werden, dass bei einer entsprechenden Wahl der verwendeten

Aufbereitungsschritte, darunter einer geeigneten Abreicherung des Produktgemischs an Methan mittels eines adsorptiven Verfahrens, sich die absorptive Demethanisierung mit besonderem Vorteil einsetzen lässt. Insgesamt sieht die vorliegende Erfindung einen Prozess zur Gewinnung von Ethylen aus Methan vor, bei dem unter Verwendung eines Verfahrens zur oxidativen Kopplung von Methan ein Produktgemisch bereitgestellt wird. Wie oben erläutert, kann die Bereitstellung "unter Verwendung" des Verfahrens zur oxidativen Kopplung von Methan auch weitere Verfahren oder Verfahrensschritte, darunter auch eine

Aufbereitung eines entsprechenden Gasgemischs, umfassen. Das Produktgemisch enthält zumindest Ethylen, Ethan und Methan sowie niedriger als Methan und höher als Ethan siedende Verbindungen. Bei Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan üblicherweise erhaltene Produktgemische enthalten, wie erwähnt, typischerweise außerdem Wasser, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Ferner können Wasserstoff und beispielsweise inerte Gase, die bei dem Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan nicht umgesetzt wurden, enthalten sein.

Erfindungsgemäß werden aus dem Produktgemisch zunächst mittels eines adsorptiven Verfahrens, insbesondere mittels Druckwechseladsorption und/oder mittels

Temperaturwechseladsorption, 60 bis 90 Molprozent, insbesondere 70 bis 85

Molprozent, des Methans und zumindest ein Teil der niedriger als Methan siedenden Komponenten entfernt. Hierbei handelt es sich um eine "unscharfe", trenntechnisch und energetisch aber besonders unaufwendige, Entfernung des Methans, bei der das Produktgemisch vorteilhafterweise auf einen Methangehalt von nur noch 45 bis 60 Molprozent abgereichert wird. Das enthaltene Methan wird also nicht vollständig aus dem Produktgemisch entfernt. Anschließend an die Druckwechseladsorption wird das Produktgemisch einem oder mehreren weiteren Aufbereitungsschritten unterworfen und danach unter Erhalt eines an Ethylen reichen Produkts trenntechnisch bearbeitet. Das an Ethylen reiche Produkt kann aus dem Prozess ausgeführt werden. Wie erwähnt, gestaltet sich die trenntechnische Bearbeitung durch die teilweise Entfernung des Methans deutlich einfacher.

Die trenntechnische Bearbeitung des Produktgemischs umfasst erfindungsgemäß eine Demethanisierung, der zumindest ein Teil des Produktgemischs als Trenneinsatz unterworfen wird, und in der zunächst ein Teil des Methans sowie der überwiegende Teil des Ethans und des Ethylens und der höher als Ethan siedenden Verbindungen mittels einer Absorptionsflüssigkeit aus dem Trenneinsatz ausgewaschen werden. Die Auswaschung des Teils des Methans sowie des überwiegenden Teils des Ethans und des Ethylens und der höher als Ethan siedenden Verbindungen mittels der Absorptionsflüssigkeit aus dem Produktgemisch wird nachfolgend auch als "absorptive Demethanisierung" bezeichnet.

Die verwendete Absorptionsflüssigkeit enthält dabei Kohlenwasserstoffe mit zumindest drei oder vier Kohlenstoffatomen, beispielsweise Kohlenwasserstoffe mit drei und/oder Kohlenwasserstoffe mit vier und/oder Kohlenwasserstoffe mit fünf und/oder

Kohlenwasserstoffe mit sechs Kohlenstoffatomen. Insbesondere kann es sich um Butan handeln. Verfahren zur absorptiven Demethanisierung, die auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind, sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der EP 0 675 094 A2. Jedoch wurde ihr Einsatz bei der Bearbeitung von

Produktgemischen aus der oxidativen Kopplung von Methan aus den oben erwähnten Gründen bisher nicht in Erwägung gezogen.

Insbesondere in Kombination mit der erfindungsgemäß vorgesehen Abreicherung an Methan durch das adsorptive Verfahren bietet der Einsatz eines absorptiven

Verfahrens der Demethanisierung Vorteile. Bei einer absorptiven Demethanisierung wäre zur Bearbeitung des zu demethanisierenden Produktgemischs ohne eine

Abreicherung an Methan mehr als das Zehnfache an Waschflüssigkeit, beispielsweise Butan, erforderlich. Würde ein mittels oxidativer Kopplung von Methan gewonnenes Produktgemisch daher unmittelbar mit in einem absorptiven Demethanizer behandelt, wären daher sehr große Mengen an Waschflüssigkeit erforderlich. Durch die

Abreicherung mittels des adsorptiven Verfahrens im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann diese Menge deutlich verringert werden, beispielsweise auf das Drei- bis Vierfache des zu demethanisierenden Produktgemischs.

Vorteilhafterweise werden bei der Demethanisierung im Rahmen des

erfindungsgemäßen Prozesses eine erste Fraktion und eine zweite Fraktion gebildet, wobei die erste Fraktion zumindest den überwiegenden Teil des Methans und der niedriger als Methan siedenden Verbindungen aus dem der Demethanisierung unterworfenen Trenneinsatz enthält und die zweite Fraktion zumindest den

überwiegenden Teil des Ethans und des Ethylens sowie der höher als Ethan siedenden Verbindungen aus dem der Demethanisierung unterworfenen Trenneinsatz enthält. Die Zusammensetzung der bei dieser Demethanisierung gebildeten Fraktionen (der ersten und der zweiten Fraktion) ergibt sich daraus, dass der Trenneinsatz die höher als Ethan siedenden Verbindungen enthält. Mit anderen Worten handelt es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung also um ein "Demethanizer First" -Verfahren. In einem "Deethanizer First" -Verfahren könnte die zweite Fraktion zwar den

überwiegenden Teil des Ethans und des Ethylens, aber nicht den überwiegenden Teil der höher als Ethan siedenden Verbindungen des Trenneinsatzes enthalten. Diese wären zuvor bereits abgetrennt worden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Prozesses kommt vorteilhafterweise eine angepasste absorptive Demethanisierung zum Einsatz, wie sie auch unter

Bezugnahme auf die beigefügte Figur 2 erläutert ist. Hierbei wird durch das

Auswaschen mittels der Absorptionsflüssigkeit eine flüssige Fraktion gebildet, die das teilweise ausgewaschene Methan, das überwiegend ausgewaschene Ethan, das überwiegend ausgewaschene Ethylen, die überwiegend ausgewaschenen, höher als Ethan siedenden Verbindungen und zumindest den überwiegenden Teil der

Kohlenwasserstoffe mit zumindest drei oder vier Kohlenstoffatomen aus der

Absorptionsflüssigkeit enthält. Die erste Fraktion bleibt hierbei gasförmig zurück und kann anschließend weiter bearbeitet werden.

Der nächste Schritt ist nun der, die Kohlenwasserstoffe mit zumindest drei oder vier Kohlenstoffatomen der Absorptionsflüssigkeit zurückzugewinnen, so dass die

Absorptionsflüssigkeit auf diese Weise regeneriert werden kann. Daher werden aus der flüssigen Fraktion zunächst die Kohlenwasserstoffe mit zumindest drei oder vier Kohlenstoffatomen der Absorptionsflüssigkeit abgetrennt. Der verbleibende Rest, der im Wesentlichen noch die genannten ausgewaschenen Verbindungen enthält, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung anschließend vorteilhafterweise in die zweite Fraktion (siehe oben) sowie eine weitere Fraktion, die das ausgewaschene Methan und einen weiteren, geringeren Teil des Ethans und des Ethylens aus dem

Trenneinsatz enthält, aufgetrennt. Diese Auftrennung ist "unscharf" (ein Teil des Ethans und des Ethylens gehen nicht ausschließlich in die zweite, sondern auch in die weitere Fraktion über). Dies ermöglicht es jedoch, auf C2-Kältemittel zu verzichten. Die zweite Fraktion, also jene, die zumindest den überwiegenden Teil des Ethans und des Ethylens sowie der höher als Ethan siedenden Verbindungen aus dem Trenneinsatz enthält, ist jedoch frei oder nahezu frei von niedriger siedenden Verbindungen wie Methan und Wasserstoff. Sie kann daher in einen nachgeschalteten Trennschritt überführt werden. Die weitere Fraktion, die das ausgewaschene Methan und einen weiteren Teil des Ethans und des Ethylens aus dem Trenneinsatz enthält, kann hingegen zurückgeführt und zu dem Trenneinsatz zugegeben werden. Sie wird der Absorption mit der Absorptionsflüssigkeit erneut unterworfen. Auf diese Weise gehen hier enthaltene schwerere Verbindungen in dem Prozess nicht verloren. Vorteilhafterweise umfasst die trenntechnische Bearbeitung eine (kombinierte) Deethanisierung und Ethan-/Ethylentrennung, der zumindest ein Teil der zweiten Fraktion (siehe oben) unterworfen wird, und in der das an Ethylen reiche Produkt des Prozesses insgesamt, eine an Ethan reiche sowie eine an den höher als Ethan siedenden Verbindungen reiche Fraktion gebildet werden. Die kombinierte

Deethanisierung und Ethan-/Ethylentrennung kann vorteilhafterweise in einem einzigen trenntechnischen Apparat vorgenommen werden, wie unter Bezugnahme auf die Figur 2 gezeigt, insbesondere einer Trennwandkolonne. Dies ist möglich, weil die in einem Produktgemisch eines Verfahrens zur oxidativen Kopplung von Methan

vergleichsweise geringe Mengen an höher als Ethan siedenden Verbindungen enthalten sind. Die in der kombinierten Deethanisierung und Ethan-/Ethylentrennung erhaltene, an Ethan reiche Fraktion kann insbesondere in das Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan zurückgeführt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere die absorptive

Demethanisierung dazu führen, dass erste Fraktion zusätzlich zu dem (nicht ausgewaschenen) Methan und den niedriger als Methan siedenden Verbindungen noch einen geringen Teil der höher als Ethan siedenden Verbindungen aus dem Trenneinsatz und in die Gasphase übergegangene Verbindungen aus der verwendeten Absorptionsflüssigkeit enthält. In diesem Fall umfasst die trenntechnische Bearbeitung vorteilhafterweise eine weitere Druckwechseladsorption, der zumindest ein Teil der ersten Fraktion unterworfen wird, und in der die höher als Ethan siedenden

Verbindungen (aus dem Trenneinsatz und der Absorptionsflüssigkeit) zumindest überwiegend abgetrennt werden. Hier rückgewonnene Verbindungen können jeweils an geeigneter Stelle dem Prozess erneut zugeführt werden.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Gasgemisch vor der Durchführung des adsorptiven Verfahrens zur teilweisen Entfernung von Methan einer ersten Verdichtung von einem ersten auf ein zweites Druckniveau und nach der der Durchführung des adsorptiven Verfahrens zur teilweisen Entfernung von Methan einer zweiten

Verdichtung von einem dritten auf ein viertes Druckniveau unterworfen wird. Die zweite Verdichtung erfolgt vorteilhafterweise vor den weiteren Aufbereitungsschritten und insbesondere vor der trenntechnischen Bearbeitung. Durch die Verdichtung von dem ersten auf das zweite Druckniveau kann die Druckwechseladsorption effektiver durchgeführt werden, bzw. wird für denselben Abreicherungsgrad an Methan eine kleiner dimensionierte Druckwechseladsorptionsanlage benötigt.

Die vorliegende Erfindung löst durch die vorgeschlagenen Maßnahmen das Problem, das sich aus der Tatsache ergibt, dass bei der oxidativen Kopplung von Methan vergleichsweise große Mengen an Methan in einem entsprechenden Produktgemisch verbleiben, die herkömmlicherweise nicht ohne weiteres einem Trennteil einer entsprechenden Anlage zugeführt werden können. Aufgrund der großen

Methanmengen müssten zur direkten Bearbeitung eines entsprechenden

Produktgemischs die Dimensionen der verwendeten Verdichter, Säulen und dergleichen gegenüber bekannten Prozessen deutlich erweitert werden.

Bei der Druckwechseladsorption werden, wie erwähnt, 60 bis 90 Molprozent, insbesondere 70 bis 85 Molprozent, des Methans, aber auch zumindest ein Teil der niedriger als Methan siedenden Komponenten entfernt. Diese niedriger als Methan siedenden Komponenten umfassen insbesondere Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Dieses Gasgemisch kann daher vorteilhafterweise einer Methanisierung zugeführt werden, bei der Kohlenmonoxid mit Wasserstoff zu Methan umgesetzt werden kann. Dieses zusätzlich gebildete Methan kann mit dem abgetrennten Methan dem Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan erneut zugeführt werden. Auf diese Weise lässt sich die Gesamteffizienz des Verfahrens verbessern. Falls der Gehalt an Wasserstoff gegenüber Kohlenmonoxid überstöchiometrisch ist, kann der Methanisierung auch Kohlendioxid, das bei den weiteren Aufbereitungsschritten aus dem Produktgemisch abgetrennt wird, zugeführt werden. Die erste Verdichtung ist im Zusammenhang mit einer derartigen Methanisierung besonders vorteilhaft, weil durch diese die genannten, niedriger als Methan siedenden Komponenten direkt, d.h. ohne weitere Verdichtung, auf dem zweiten Druckniveau der Methanisierung zugeführt werden können.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt vorteilhafterweise das erste Druckniveau bei 4 bis 10 bar, insbesondere bei 6 bis 8 bar, und/oder das zweite Druckniveau bei 13 bis 19 bar, insbesondere bei 15 bis 17 bar, und/oder das dritte Druckniveau bei 1 bis 3 bar, insbesondere bei 1 ,2 bis 2 bar und/oder das vierte Druckniveau bei 20 bis 40 bar, insbesondere bei 25 bis 35 bar. Bei einer Druckwechseladsorption wird bekanntermaßen ein Gasgemisch auf einem definierten Druckniveau, hier dem zweiten Druckniveau, in einen oder mehrere Behälter eingeleitet, der oder die ein geeignetes Adsorptionsmaterial aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wo die Abreicherung an Methan der Hauptzweck ist, wird als Adsorptionsmaterial

vorteilhafterweise Molekularsieb verwendet. An dieses adsorbieren überwiegend schwerer als Methan siedende Verbindungen. Die übrigen Verbindungen passieren hingegen den oder die Behälter während der Adsorptionsphase auf dem zweiten Druckniveau. Zu Desorption der adsorbierten Komponenten erfolgt in einer

Druckwechseladsorption eine Druckabsenkung, hier auf das dritte Druckniveau.

In dem erfindungsgemäßen Prozess kann das Produktgemisch insbesondere

Kohlendioxid enthalten. Der oder die weiteren Aufbereitungsschritte umfassen daher insbesondere eine Sauergasentfernung. Vorteilhafterweise wird das Gasgemisch dabei im Zuge der zweiten Verdichtung der Sauergasentfernung unterworfen.

Sauergasentfernungsschritte, die insbesondere zur Abtrennung von Kohlendioxid und ggf. anderer Verbindungen wie Schwefelwasserstoff dienen, sind beispielsweise aus dem Bereich der Dampfspaltverfahren bekannt. Eine Sauergasentfernung kann dabei deswegen "im Zuge" der zweiten Verdichtung vorgenommen werden, weil hierbei typischerweise ein entsprechendes Gasgemisch einem Verdichter zugeführt, auf einer Zwischenstufe entnommen, anschließend in ein Gaswäscheverfahren eingeleitet und schließlich der Verdichtung auf der Zwischenstufe erneut zugeführt wird. Die

Sauergasentfernung erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung also im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise auf einem Zwischendruckniveau zwischen dem dritten und den vierten Druckniveau.

Eine Sauergasentfernung, wie sie auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, kann insbesondere eine Aminwäsche und eine Laugenwäsche umfassen. Bei einer derartigen Aminwäsche wird ein entsprechendes Gasgemisch mit einer aminhaltigen Waschlösung (Waschlauge) in Kontakt gebracht, mittels derer insbesondere Kohlendioxid und andere Sauergase aus dem Gasgemisch

ausgewaschen werden. Eine Sauergasentfernung stromab der zweiten Verdichtung und damit auch stromab der Druckwechseladsorption ist besonders vorteilhaft, weil im Rahmen der Abreicherung an Methan das Volumen des Gasgemischs beträchtlich reduziert wurde und daher die benötigten Vorrichtungen kleiner dimensioniert werden können. Bei der Sauergasentfernung abgetrenntes Kohlendioxid kann, wie oben erwähnt, teilweise oder vollständig bei einer Methanisierung eingesetzt werden.

In dem erfindungsgemäßen Prozess kann, wie erwähnt, das Produktgemisch insbesondere Wasser enthalten. In diesem Fall umfassen der oder die weiteren Aufbereitungsschritte insbesondere eine Trocknung des Produktgemischs.

Vorteilhafterweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Produktgemisch nach der zweiten Verdichtung und insbesondere nach der Sauergasentfernung einer derartigen Trocknung unterworfen.

In dem erfindungsgemäßen Prozess können die die höher als Ethan siedenden Verbindungen in dem Produktgemisch Acetylene und/oder Diolefine umfassen. Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn der oder die weiteren Aufbereitungsschritte eine Hydrierung der Acetylene und/oder der Diolefine zu den entsprechenden (Mono-) Olefinen umfassen. Eine derartige Hydrierung ist von besonderem Vorteil, weil entsprechende Verbindungen in nachgeschalteten Schritten wie der erläuterten Demethanisierung keine negativen Effekte mehr haben können. Beispielsweise neigt das Diolefin Butadien bei den in der nachgeschalteten trenntechnischen Bearbeitung verwendeten Trennbedingungen, insbesondere Destillationssäulen, die bei höheren Temperaturen betrieben werden, zur Polymerisierung und trägt damit zum

sogenannten Fouling bei. Dies wird durch die Hydrierung verhindert.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vorteilhafterweise vor, stromauf der

Druckwechseladsorption und stromauf der oben erwähnten ersten Verdichtung eine Wasserwäsche vorzunehmen. Die Bereitstellung des Produktgemischs umfasst daher vorteilhafterweise eine derartige Wasserwäsche. Eine derartige Wasserwäsche dient insbesondere zur Entfernung schwerer Kohlenwasserstoffe bzw. ölartiger

Komponenten, wie sie auch der oxidativen Kopplung von Methan als Nebenprodukte gebildet werden können. Entsprechende Wasserwäscheverfahren sind aus dem Bereich der Dampfspaltverfahren bekannt. Eine Wasserwäsche wird im Englischen auch als "Scrubbing" bezeichnet. Eine Wasserwäsche stromauf der ersten Verdichtung und der Druckwechseladsorption ist besonders vorteilhaft, weil auf diese Weise entsprechende Komponenten in der Druckwechseladsorption nicht stören können. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Anlage, die zur Durchführung eines Prozesses eingerichtet ist, wie er zuvor erläutert wurde. Eine derartige Anlage weist sämtliche Mittel auf, die sie zur Durchführung eines solchen Prozesses befähigen. Auf die entsprechenden Erläuterungen und Vorteile sei daher ausdrücklich verwiesen.

Die Erfindung wird in bevorzugten Ausgestaltungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 veranschaulicht einen Prozess gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans.

Figur 2 veranschaulicht eine Demethanisierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

In Figur 1 ist ein Prozess gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet.

Der Prozess 100 umfasst ein Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan, das hier insgesamt mit 1 bezeichnet ist. Wie erwähnt, kann ein entsprechendes Verfahren in einem geeigneten Reaktor durchgeführt werden, der insbesondere auch zusätzlich zum postkatalytischen Dampfspalten ("Post Bed Cracking") eingerichtet sein kann. Zu Details sei auf einschlägige Fachliteratur verwiesen.

Dem Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan 1 werden ein sauerstoffreicher Strom a und ein methanreicher Strom b zugeführt. Der methanreiche Strom b kann unter Verwendung eines extern bereitgestellten Methanstroms c und eines oder mehrerer rückgeführter Methanströme d gebildet werden. Der extern bereitgestellte Methanstrom c kann insbesondere auch bestimmte Mengen anderer Komponenten außer Methan, die beispielsweise in Erdgas oder aufgereinigten Erdgasfraktionen üblich sind enthalten Die Rückführung eines Methanstroms wird unten erläutert. Ein ebenfalls rückgeführter, ethanreicher Strom f kann beispielsweise in einen

postkatalytischen Dampfspaltschritt geführt werden.

Unter Verwendung des Verfahrens zur oxidativen Kopplung von Methan 1 wird ein Gasgemisch ("Produktgemisch") gebildet, das zumindest Methan, Ethan und Ethylen, niedriger als Methan und höher als Ethan siedende Verbindungen enthält,

insbesondere auch Wasser und Kohlendioxid. Dieses Produktgemisch kann als Strom g einer Wasserwäsche 2 zugeführt werden. In der Wasserwäsche 2 können unter Einsatz von Waschwasser schwere Komponenten aus dem Produktgemisch des Stroms g ausgewaschen und in Form eines Stroms h abgezogen werden. Ein hierbei ebenfalls anfallender Wasserstrom ist mit i bezeichnet.

Das entsprechend von schweren Komponenten befreite Produktgemisch kann in Form eines Stroms k einer ersten Verdichtung 3 zugeführt werden, wo es im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einem ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird. Das verdichtete Produktgemisch kann, wie hier in Form eines Stroms I veranschaulicht, anschließend einer Druckwechseladsorption 4 zugeführt werden. In der Druckwechseladsorption 4 kann das Produktgemisch des Stroms I an Methan und an niedriger als Methan siedenden Verbindungen abgereichert werden. Ein hierbei erhaltenes Gasgemisch, das beispielsweise Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Inertgase enthalten kann, kann in Form eines Stroms y einer

Aufbereitung geeigneter Art, im dargestellten Beispiel einer Methanisierung 13, unterworfen werden. Bei Bedarf kann ein entsprechendes Gasgemisch dabei in geeigneter weise, beispielsweise durch Entfernung oder Zugabe von Komponenten, konditioniert werden, so dass es sich für die Rückführung in das Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan 1 und/oder die Methanisierung 13 eignet. Im dargestellten Beispiel wird der Strom y mit einem unten erläuterten Strom w vereinigt. Der Strom y und der Strom w können getrennt oder gemeinsam aufbereitet werden. Auch nur einer der Ströme y und w kann einer Methanisierung 13 zugeführt werden. In der Methanisierung 13 oder einem anderen und/oder weiteren Aufbereitungsschritt kann der erwähnte methanreiche Strom d erhalten werden, der in das Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan zurückgeführt werden kann.

In der Methanisierung 13 kann Kohlenmonoxid in den Strömen y und w mit ebenfalls enthaltenem Wasserstoff zu Methan umgesetzt werden kann. Dieses zusätzlich gebildete Methan kann mit dem ursprünglich mittels der Druckwechseladsorption abgetrennten Methan dem Verfahren zur oxidativen Kopplung von Methan in Form des Stroms d erneut zugeführt werden. Auf diese Weise lässt sich die Gesamteffizienz des Verfahrens verbessern. Falls der Gehalt an Wasserstoff gegenüber Kohlenmonoxid in den Strömen y und/oder w überstöchiometrisch ist und daher bei der Methanisierung 13 nicht vollständig verbraucht würde, kann der Methanisierung 13 auch Kohlendioxid, das bei weiteren Aufbereitungsschritten aus dem Produktgemisch abgetrennt wird, zugeführt werden (siehe unten zu Strom x). Die erste Verdichtung 3 ist im

Zusammenhang mit einer derartigen Methanisierung 13 besonders vorteilhaft, weil durch diese die genannten, niedriger als Methan siedenden Komponenten direkt, d.h. ohne weitere Verdichtung des abgetrennten Gasgemischs des Stroms y, der

Methanisierung 13 zugeführt werden können. Auf diese Weise spart man sich einen zusätzlichen Verdichtungsschritt bzw. Verdichter. Ein auf diese Weise an Methan abgereichertes Produktgemisch kann in Form eines Stroms m einer zweiten Verdichtung 5 unterworfen werden. Im Zuge oder nach dieser zweiten Verdichtung kann eine Sauergasentfernung 6 erfolgen, indem ein

entsprechendes Produktgemisch auf einer Zwischenstufe der Verdichtung 5 entzogen, einem Waschschritt in der Sauergasentfernung 6 unterworfen, und anschließend der zweiten Verdichtung 5 auf der Zwischenstufe erneut zugeführt wird. Wie erwähnt, können zur Sauergasentfernung bekannte Gaswäscheverfahren, insbesondere Aminwäschen und Laugenwäschen, zum Einsatz kommen. In der Sauergasentfernung gebildetes Kohlendioxid kann in Form eines Stroms n abgezogen und beispielsweise in Form des oben erwähnten Stroms x teilweise einer Methanisierung 13 zugegeben werden, wie eingangs erläutert.

Das verdichtete und an Sauergasen befreite Produktgemisch kann in Form eines Stroms o einer Trocknung und Vorkühlung 7 unterworfen werden, in der Wasser, beispielsweise adsorptiv, aus dem Produktgemisch des Stroms o abgetrennt werden kann. Auf diese Weise kann das Produktgemisch anschließend in Form eines Stroms p in im Wesentlichen wasserfreiem Zustand einem kalten Trennteil zugeführt werden, ohne dass Wasser ausfrieren kann.

Ein Hydrierungsschritt 8 kann vorgesehen sein, in dem in dem Produktgemisch des Stroms p enthaltene Acetylene und/oder Diolefine zu den entsprechenden Olefinen hydriert werden können. Stromab der Hydrierung kann das Produktgemisch in Form eines Stroms q einer Demethanisierung 9 zugeführt werden, in der eine erste (leichte) Fraktion und eine zweite (schwere) Fraktion gebildet werden. Die Demethanisierung 9 wird im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung absorptiv durchgeführt, d.h. Kohlenwasserstoffe, die höher sieden als Methan, werden unter Verwendung einer Absorptionsflüssigkeit, die hier in Form eines Stroms r bereitgestellt wird, überwiegend aus dem Produktgemisch des Stroms q ausgewaschen. Ein Teil des in dem

Produktgemisch des Stroms q enthaltenen Methans und ggf. andere, niedriger als Methan siedende Verbindungen werden dabei aus dem Produktgemisch ebenfalls zum Teil ausgewaschen. Die beim Auswaschen verbleibende gasförmige erste (leichte) Fraktion enthält daher Methan und niedriger als Methan siedende Verbindungen, aber auch einen Rest an höher siedenden Verbindungen (u.a. Kohlenwasserstoffe mit mindestens drei Kohlenstoffatomen). Sie wird im dargestellten Beispiel in Form eines Stroms e abgezogen und wie unten erläutert behandelt.

Die Auswaschung in der absorptiven Demethanisierung 9 wird ausführlich unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert. Wie dort gezeigt, enthält die zweite (schwere) Fraktion der absorptiven Demethanisierung 9 die Kohlenwasserstoffe, die höher als Methan sieden. Weil eine Hydrierung 8 stattgefunden hat, handelt es sich hierbei um Paraffine und Monoolefine, darunter Ethan, Ethylen und Kohlenwasserstoffe mit mindestens drei Kohlenstoffatomen. Diese zweite (schwere) Fraktion wird in Form des Stroms s einer kombinierten Deethanisierung und Ethan-/Ethylentrennung 10 zugeführt, die ebenfalls in Figur 2 im Detail veranschaulicht ist. In der kombinierten Deethanisierung und Ethan-/Ethylentrennung 10 wird eine Fraktion gebildet, die reich an Kohlenwasserstoffen mit drei und ggf. mehr Kohlenstoffatomen ist. Diese wird in Form eines Strom t ausgeführt. Ihre Behandlung ist nicht näher veranschaulicht und erfolgt in bekannter Weise. In der kombinierten Deethanisierung und Ethan-/Ethylentrennung 10 werden ferner eine Ethanfraktion, die in Form des erwähnten Stroms f zur oxidativen Kopplung von Methan zurückgeführt wird, und ein ethylenreiches Produkt in Form des Stroms u gebildet.

Die erste (leichte) Fraktion aus der (absorptiven) Demethanisierung 9 wird in Form des Stroms e im dargestellten Beispiel einer weiteren Druckwechseladsorption 1 1 zugeführt. In der weiteren Druckwechseladsorption 1 1 werden insbesondere in der ersten (leichten) Fraktion noch enthaltene, höher Methan siedende Verbindungen abgetrennt. Diese können in Form des Stroms v in den Prozess zurückgeführt werden, beispielsweise stromauf der zweiten Verdichtung 5. In der weiteren

Druckwechseladsorption 1 1 nicht adsorbierte Verbindungen (Methan und niedriger siedende Verbindungen) können in Form des Stroms w mit dem Strom y vereinigt und wie bereits oben zu diesem Strom y erläutert behandelt werden.

Aufgrund der Verwendung der absorptiven Demethanisierung 9 ist zur Deckung des Kältebedarfs des in Figur 1 gezeigten Verfahrens 100 bzw. einer entsprechenden Anlage lediglich ein C3-Kältemittelkreislauf erforderlich. Ein derartiger C3- Kältemittelkreislauf ist stark vereinfacht als Block 12 gezeigt.

In Figur 2 ist eine Demethanisierung 9 und eine kombinierte Deethanisierung und Ethan-/Ethylentrennung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines vereinfachten Prozessflussdiagramms veranschaulicht. Diese kann beispielsweise in Figur 1 gezeigten Prozess 100 zum Einsatz kommen. Zur Verdeutlichung der

Einbindung in einen derartigen Prozess 100 sei auf die auch in Figur 1 gezeigten Ströme e, f sowie q bis w verwiesen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zur Demethanisierung ist gemäß der in Figur 2 veranschaulichten Ausführungsform durch Verwendung einer Absorptionsflüssigkeit in Form eines Stroms G, wie erläutert, ein Verzicht auf sehr tiefe Temperaturen, wie sie nur mittels C2-Kältemitteln bereitgestellt werden können, möglich. In Figur 2 ist ferner die weitere Druckwechseladsorption 1 1 gezeigt, die auch in Figur 1 dargestellt ist. In der in Figur 2 gezeigten Demethanisierung 9 wird das Gasgemisch des Stroms q, das, insbesondere durch die zweite Verdichtung 5, auf einem Druckniveau von beispielsweise ca. 25 bis 30 bar vorliegt, in einem Wärmetauscher 101 abgekühlt und anschließend in den unteren Teil einer Absorptionskolonne 102 überführt. Der Wärmetauscher 101 kann dabei beispielsweise mit einem Kältemittel bei ca. -38 betrieben werden und kühlt dabei den Strom q auf ca. -35 ab. In den unteren Teil der Absorptionskolonne 102 wird ferner ein Strom A eingespeist, dessen Bereitstellung und Zusammensetzung unten erläutert wird.

Am Kopf des oberen Teils der zweiteiligen Absorptionskolonne 102 wird die

Absorptionsflüssigkeit in Form eines Stroms G über ein nicht separat gekennzeichnetes Ventil aufgegeben. Durch diese Absorptionsflüssigkeit werden Kohlenwasserstoffe, die höher sieden als Methan, überwiegend ausgewaschen. Es verbleibt jedoch ein nicht ausgewaschener Rest. Ferner wird auch ein Teil des

Methans und niedriger als Methan siedender Verbindungen aus dem eingespeisten Fluid der Ströme q und A ausgewaschen. Auf einem Zwischenboden 103 der

Absorptionskolonne 102 fällt daher eine flüssige Fraktion an, die neben den

Kohlenwasserstoffen der Absorptionsflüssigkeit des Stroms G auch den

überwiegenden Teil der höher als Methan siedenden Kohlenwasserstoffe aus den Strömen q und A, aber auch einen Teil des ausgewaschenen Methans und niedriger als Methan siedender Verbindungen aus den Strömen q und A enthalten kann.

Aufgrund der Lösungswärme bei der Aufnahme der ausgewaschenen Verbindungen liegt die erläuterte flüssige Fraktion bei einer deutlich höheren Temperatur vor als die in die Absorptionskolonne eingespeisten Ströme, beispielsweise bei ca. -10 bis -5 . Daher ist es vorteilhaft, die flüssige Fraktion zu kühlen, um die Umlaufmenge der

Absorptionsflüssigkeit zu minimieren. Hierzu kann die flüssige Fraktion in Form eines Stroms B abgezogen und in einem Wärmetauscher 104 abgekühlt werden,

beispielsweise mittels Niederdruck-C3-Kältemittel. Anschließend wird der Strom B in den unteren Teil der Absorptionskolonne 102 eingespeist.

Am Kopf des oberen Teils der Absorptionskolonne 102 kann eine überwiegend Methan und niedriger als Methan siedende Verbindungen enthaltende "erste" Fraktion in Form des Stroms e abgezogen werden, der bereits in Figur 1 gezeigt ist. Diese kann in der weiteren Druckwechseladsorption 1 1 bearbeitet werden, wie bereits zuvor erläutert.

Aus dem unteren Teil der Absorptionskolonne 102 kann eine flüssige Fraktion in Form eines Stroms E abgezogen werden, die neben den Kohlenwasserstoffen der

Absorptionsflüssigkeit des Stroms G auch die Kohlenwasserstoffe, die schwerer als Methan sind, aus den Strömen q und A sowie das aus den Strömen q und A

ausgewaschene Methan enthält. Der Strom E wird in einer Pumpe 107 druckerhöht, durch einen Wärmetauscher 108 geführt, und über ein nicht bezeichnetes Ventil in eine Destillationssäule 109 eingespeist. In der Destillationssäule 109 können die

Kohlenwasserstoffe des Stroms G, also der Absorptionsflüssigkeit, bei denen es sich hier beispielsweise um Kohlenwasserstoffe mit vier Kohlenstoffatomen (Butan) handelt, zurückgewonnen werden. Die Destillationssäule 109 weist hierzu einen Sumpfverdampfer auf, der mit

Mitteldruckdampf betrieben werden kann. Vom Kopf der Destillationssäule 109 abgezogenes Gas kann in einem Wärmetauscher 1 1 1 mit Niederdruck-C3-Kältemittel gekühlt werden. In einem Kondensatbehälter 1 12 abgeschiedene Flüssigkeit kann mittels einer Pumpe 1 13 über ein nicht gesondert gekennzeichnetes Ventil auf die Destillationssäule 109 zurückbefördert werden. Ein gasförmig bleibender Anteil kann hingegen in Form eines Stroms F über ein nicht gesondert gekennzeichnetes Ventil in eine weitere Destillationssäule 1 16 geführt werden. Der Strom F enthält im

Wesentlichen die Kohlenwasserstoffe, die schwerer als Methan sind, aus den Strömen q und A sowie das ausgewaschene Methan aus den Strömen q und A, wie bereits in dem Strom E enthalten.

In dem Strom F sind jedoch kaum oder keine Kohlenwasserstoffe der

Absorptionsflüssigkeit des Stroms G mehr enthalten. Letztere Kohlenwasserstoffe werden aus dem Sumpf der Destillationssäule abgezogen und anschließend in einem Wasserkühler 1 14 und dem Wärmetauscher 108 gekühlt. Nach Vereinigung mit frischer Absorptionsflüssigkeit aus dem Strom r und weiterer Kühlung in einem weiteren, mit Mitteldruck-C3-Kältemittel gekühlten Wärmetauscher 1 15 steht die Absorptionsflüssigkeit in regenerierter Form erneut zur Aufgabe auf die

Absorptionskolonne 102 zur Verfügung.

In der weiteren Destillationssäule 1 16 kann das Fluid des Stroms F "unscharf", jedoch auf dem Druckniveau der Absorptionskolonne 102 und lediglich unter Verwendung von C3-Kälte, in eine gasförmige Kopffraktion und eine flüssige Sumpffraktion getrennt werden. Unscharf ist die Trennung hier deshalb, weil im Wesentlichen sämtliches Methan und die niedriger als Methan siedenden Verbindungen, aber auch ein Teil der Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen des Stroms F in die Kopffraktion übergehen. Die Kopffraktion wird in Form des erwähnten Stroms A erneut in die Absorptionskolonne 102 eingespeist. Die Kohlenwasserstoffe mit zwei

Kohlenstoffatomen gehen daher hier nicht verloren.

Die Sumpffraktion der weiteren Destillationssäule 1 16, abgezogen in Form eines Stroms s (siehe auch Figur 1 ), enthält hingegen überwiegend oder ausschließlich Ethan und Ethylen sowie die noch enthaltenen Kohlenwasserstoffe mit drei Kohlenstoffatomen. Der Strom s wird, wie bereits in Figur 1 gezeigt, in die

Deethanisierung 10 mit integrierter Ethan-/Ethylentrennung überführt, die hier unter Verwendung einer Trennwandkolonne 1 19 durchgeführt wird. Die weitere

Destillationssäule 1 16 wird im dargestellten Beispiel mit Hochdruck-C3-Kältemittel im Sumpf beheizt. Hierzu ist ein Wärmetauscher 1 17 bereitgestellt. Am Kopf wird die weitere Destillationssäule 1 16 mit Niederdruck-C3-Kältemittel gekühlt. Der Strom s kann mittels eines Wärmetauschers 1 15 angewärmt werden, ehe er in die

Trennwandkolonne 1 19 eingespeist wird. Die Trennwandkolonne 1 19 weist im hier links dargestellten Teil einen ersten

Sumpfverdampfer 120 auf, der mit Prozesswasser betrieben wird. Im hier rechts dargestellten Teil ist ein Sumpfverdampfer 121 vorgesehen, der mit Hochdruck-C3- Kältemittel betrieben werden kann. Ein Wärmetauscher 122 am Kopf kann mit

Niederdruck-C3-Kältemittel betrieben werden. In einem oberen Teil ist die die

Trennwandkolonne 1 19 einteilig ausgebildet; hier scheidet sich auf einem

Zwischenboden eine flüssige Fraktion ab, die über nicht gesondert gekennzeichnete Ventile auf den unteren Teil bzw. deren Hälften zurückgeführt werden kann.

Am Kopf des oberen Teils der Trennwandkolonne 1 19 kann eine Fraktion, die überwiegend oder ausschließlich Ethylen enthält, abgezogen werden. Diese kann in dem erwähnten Wärmetauscher 122 total kondensiert werden, so dass sich in einem Rücklaufbehälter 123 eine flüssige, ethylenreiche Fraktion abscheidet. Diese kann über eine Pumpe 124 über ein nicht gesondert gekennzeichnetes Ventil zum Teil auf den oberen Teil der Trennwandkolonne 1 19 zurückgeführt und zum Teil als der bereits erwähnte Strom u (siehe Figur 2) als ethylenreiches Produkt ausgeführt werden. Aus den Sümpfen der beiden Teile der Trennwandkolonne können der an

Kohlenwasserstoffen mit drei Kohlenstoffatomen reiche Strom t und der an Ethan reiche Strom f abgezogen werden. Die Ströme f und u können in dem bereits erwähnten Wärmetauscher 1 15 gekühlt werden.

Der Druck in der Absorptionskolonne 102 beträgt beispielsweise ca. 25 bis 30 bar und der Druck in der Destillationssäule 109 beispielsweise ca. 28 bis 30 bar, Der Druck in der weiteren Destillationssäule 1 16 liegt bei oder geringfügig über dem Druck in der Absorptionskolonne 102. Daher ist für die Überführung des Stroms A aus der weiteren Destillationssäule 1 16 in die Absorptionskolonne 102 keine Druckerhöhung nötig.