DE102010009542A1 - Process for the separation of natural gas or petroleum gas components from inorganic porous membranes - Google Patents

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Abstract

Das Verfahren ist vor allem für die Aufarbeitung von Erdgas und Erdölbegleitgasen relevant. Mit dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, unter Verzicht von permeatseitigen Spülgas (Sweep) Kohlenwasserstoffe voneinander bei praxisrelevanten Drücken zu separieren. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abtrennung von Erdgas- oder Erdölbegleitgaskomponenten an anorganisch porösen Membranen zu entwickeln, mit dem höhere Kohlenwasserstoffe effektiv ohne aufwändige Kühlung der Gase kontinuierlich mit hohen Gasdurchsätzen abgetrennt werden können. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: a) es wird mit Feeddrücken größer 5 bar gearbeitet, wobei der Druck auf der Permeatseite niedriger als auf der Feedseite ist. b) zur Erhöhung der Trennleistung wird eine druckvermittelte, verstärkte Kondensation der höheren Kohlenwasserstoffe an den Poren der Membran genutzt c) es werden meso- und makroskopisch dichte anorganische Membranen mit Mikrokanälen mit Porenweiten im Bereich der abzutrennenden Kohlenwasserstoffe eingesetzt. d) die Prozesstemperatur ist so gewählt, dass die druckvermittelte, verstärkte Kondensation der höheren Kohlenwasserstoffe in den Poren der Trennschicht gewährleistet ist.The process is particularly relevant for the processing of natural gas and associated petroleum gases. With the method described, it is possible to separate hydrocarbons from one another at pressures relevant to practice, without the use of sweep gas on the permeate side. The invention is based on the technical problem of developing a method for separating natural gas or associated petroleum gas components on inorganic porous membranes with which higher hydrocarbons can be effectively separated continuously at high gas throughputs without complex cooling of the gases. The object is achieved by a method which is characterized by the following features: a) feed pressures greater than 5 bar are used, the pressure on the permeate side being lower than on the feed side. b) a pressure-mediated, increased condensation of the higher hydrocarbons at the pores of the membrane is used to increase the separation capacity c) mesoscopically and macroscopically dense inorganic membranes with microchannels with pore sizes in the area of the hydrocarbons to be separated are used. d) the process temperature is selected so that the pressure-mediated, increased condensation of the higher hydrocarbons in the pores of the interface is ensured.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich aus, höhere Kohlenwasserstoffe aus Erdgas- und Erdölbegleitgas effektiv ohne aufwändige Entspannung und Kühlung unter Anwendung der Membrantechnologie kontinuierlich zu trennen. Die Trennung selbst erfolgt an weiterentwickelten, anorganisch porösen Membranen ohne Zuhilfenahme von Spülgasen bei erhöhten, praxisrelevanten Druckbedingungen (p > 5 bar) und verbesserter Trennleistung im Vergleich zu Niederdruckanwendungen. Mittels des entwickelten Verfahrens ist es möglich, auch kleinere Erdgasfelder zu nutzen, da mittels der Membrantechnologie ein flexibles, verfahrenstechnisch weniger aufwändiges Verfahren zur Entfernung höherer Kohlenwasserstoffe aus dem Rohgas zur Verfügung steht. Anwendung kann das entwickelte Verfahren außerdem zur Entfernung höherer Kohlenwasserstoffe aus dem bisher nicht oder kaum genutzten Erdölbegleitgas oder anderen Kohlenwasserstoffgemischen finden.The process according to the invention is characterized by the continuous separation of higher hydrocarbons from natural gas and associated gas without the need for expensive expansion and cooling using membrane technology. The separation itself is carried out on advanced, inorganic porous membranes without the aid of purge gases at elevated, practice-relevant pressure conditions (p> 5 bar) and improved separation performance in comparison to low pressure applications. By means of the developed method it is also possible to use smaller natural gas fields, because by means of the membrane technology a flexible, procedurally less expensive procedure for the removal of higher hydrocarbons from the raw gas is available. In addition, the developed process can find application for the removal of higher hydrocarbons from the hitherto little or no use of associated petroleum gas or other hydrocarbon mixtures.

Stand der TechnikState of the art

Erdgase weisen an ihrer Förderstelle zum Teil beträchtliche Mengen an unerwünschten höheren Kohlenwasserstoffen (HKW) auf, die vor dem Transport von der Förderstelle zum Verbraucher entfernt werden müssen, um Betriebsstörungen durch Bildung von Gashydraten zu vermeiden. Erdölbegleitgase weisen noch erheblich höhere Mengen an HKW auf, weshalb diese derzeitig kaum genutzt werden.Natural gases have at their source sometimes considerable amounts of undesirable higher hydrocarbons (HKW), which must be removed before transport from the pump to the consumer in order to avoid malfunctioning by formation of gas hydrates. Crude oil gases still have significantly higher amounts of HKW, which is why these are currently hardly used.

Ein übliches Aufbereitungsverfahren von Erdgasen ist derzeitig die adsorptive Trocknung mittels Glykol und die Entfernung höherer Kohlenwasserstoffe durch Tiefkühlkondensation. Die Tiefkühlkondensation ist ein verfahrens- und energieaufwändiger Prozess, der nach der Entspannung eine Verdichtung des geförderten Gases bedingt. Teilweise ist zusätzlich eine Vorkühlung des Gasstromes erforderlich.A common treatment method of natural gas is currently the adsorptive drying by means of glycol and the removal of higher hydrocarbons by deep-freeze condensation. The deep-freeze condensation is a process and energy-consuming process that causes a compression of the delivered gas after the relaxation. Partly in addition, a pre-cooling of the gas stream is required.

Im Artikel „Erdölgaskonditionierung mit Hilfe von permeablen Membranen” von G. HINNERS in ERDÖL ERDGAS KOHLE 120. Jg. 2004, Heft 2 wird die Erprobung von polymerbasierten Membranen zur Abtrennung von HKW aus Erdgasen unter erhöhten Druckbedingungen beschrieben. Diese zeigen den Nachteil, dass sie durch die im Gasstrom enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffe quellen, wodurch die Selektivität sinkt.In the article "Gas conditioning by means of permeable membranes" by G. HINNERS in ERDÖL ERDGAS KOHLE 120th ed. 2004, Issue 2 the trial of polymer-based membranes for the separation of HKW from natural gases under elevated pressure conditions is described. These show the disadvantage that they swell due to the higher hydrocarbons contained in the gas stream, whereby the selectivity decreases.

Diesen Mangel besitzen Membranen aus anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffen nicht. Weitere Vorteile sind ihre hohe chemische Resistenz, Druck- und Druckwechselbeständigkeit sowie thermische Stabilität. Voraussetzung für eine selektive Trennung ist eine einheitliche Porenweite des anorganischen Membranmaterials in der Molekülgröße der zu trennenden Komponenten. Geeignet sind daher Membranen aus Zeolith, da diese ein inhärentes, definiertes Porensystem aufweisen. Speziell für die Trennung unpolarer Komponenten aus Erdgasen eignet sich der hydrophobe Silikalith oder aluminiumarmer ZSM-5 aus der Gruppe der MFI-Zeolithe.Membranes of inorganic-non-metallic materials do not have this defect. Further advantages are their high chemical resistance, pressure and pressure swing resistance as well as thermal stability. A prerequisite for a selective separation is a uniform pore size of the inorganic membrane material in the molecular size of the components to be separated. Therefore, zeolite membranes are suitable because they have an inherent, defined pore system. The hydrophobic silicalite or low-aluminum ZSM-5 from the group of MFI zeolites is particularly suitable for the separation of non-polar components from natural gases.

So beschreibt WO 94/01209 die Synthese dichter ZSM-5 Schichten und deren Einsatz bei der Selektivadsorption u. a. von Kohlenwasserstoffen bis zu einem angewandten Feeddruck von 100 kPa.So describes WO 94/01209 the synthesis of dense ZSM-5 layers and their use in the selective adsorption of hydrocarbons up to an applied feed pressure of 100 kPa.

In DE 695 33 513 T2 wird von der prinzipiellen Trennmöglichkeit verschiedener sogenannte Einsatzmaterialien berichtet, die auch aus Kohlenwasserstoffen, wie sie in Erdgasen zu finden sind, bestehen können. Dabei wird jedoch vom Trennprinzip der molekularen Diffusion (pFeed = pPermeat) ausgegangen. Ebenfalls behandelt DE 696 30 570 T2 die Möglichkeit der Kohlenwasserstofftrennung mittels Perverdampfung. Eine Trennung durch druckvermittelte und nichtdiffusive bevorzugte Adsorption wird nicht beschrieben.In DE 695 33 513 T2 is reported by the principle separation of various so-called feedstocks, which may also consist of hydrocarbons, such as those found in natural gas. However, the separation principle of molecular diffusion (p feed = p permeate ) is assumed. Also treated DE 696 30 570 T2 the possibility of hydrocarbon separation by means of pervaporation. Separation by pressure-mediated and non-diffusive preferred adsorption is not described.

DE 10 2004 001 974 A1 wird die Möglichkeit der Olefinseparation unter erhöhten Druckbedingungen beschrieben. Es wird die Trennung engsiedender Gemische nach Molekülradien beschrieben. Hier wird zwar von feedseitigen Drücken von 1 bis 100 bar und einem permeatseitigen Druck von 0,01 bis 10 bar berichtet, jedoch ist das Trennprinzip umgekehrt dem der Erfindung zugrundeliegendem. In der in DE 10 2004 001 974 A1 beschriebenen Erfindung strömen bevorzugt die Moleküle mit kleineren Durchmessern durch die Membran, z. B. 1-Buten wird im Permeat angereichert während 2-Butene zurückgehalten werden. Diese Trennmethode ist für die Konditionierung von Erdgas und Erdölbegleitgasen ungünstig, da der Hauptanteil der Kohlenwasserstoffmischung – Methan – die Membran passieren müsste, was sich als technisch schwer realisierbar darstellt. DE 10 2004 001 974 A1 the possibility of olefin separation under elevated pressure conditions is described. It describes the separation of close-boiling mixtures by molecular radii. Although feed-side pressures of 1 to 100 bar and a permeate-side pressure of 0.01 to 10 bar are reported here, the separation principle is conversely the same as that of the invention. In the in DE 10 2004 001 974 A1 described invention preferably flow the molecules with smaller diameters through the membrane, for. B. 1-butene is enriched in the permeate while 2-butenes are retained. This separation method is unfavorable for the conditioning of natural gas and associated gas, since the majority of the hydrocarbon mixture - methane - would have to pass through the membrane, which is technically difficult to achieve.

In Patent DE 693 26 254 T2 wird beschrieben, dass es möglich ist, Butane von Methan mittels trägergestützter MFI-Membranen zu trennen, wobei durch Adsorption der höhere Kohlenwasserstoff im Permeat angereichert wird. Verwendet wurden dabei poröse Metallträger sowie als selektive Schicht ZSM-5-Zeolithe, welche im Gegensatz zum Silikalith aluminiumhaltig und damit hydrophiler sind. Die Permeationsversuche erfolgten unter Einsatz eines Sweepgases auf der Permeatseite bei praxisfernen Drücken < 5 bar.In patent DE 693 26 254 T2 it is described that it is possible to separate butanes from methane by means of supported MFI membranes, whereby adsorption increases the higher hydrocarbon in the permeate is enriched. Porous metal carriers were used as well as ZSM-5 zeolites as selective layer, which in contrast to silicalite are more aluminous and therefore more hydrophilic. The permeation tests were carried out using a sweep gas on the permeate side at pressures far below 5 bar.

Weitere Trennungen von Kohlenwasserstoffen und vergleichbaren Komponenten an anorganischen porösen Membranen wurden beschrieben. Beispielsweise wurde durch Santamaria et al. [M. Arruebo et al., Separation and Purification Technology 25 (2001) 275–286] an MFI-Membranen die Trennung von Erdgaskomponenten bei 1–4 bar und Druckdifferenzen bis zu 3 bar beschrieben. Hier und wie bei allen bisherigen beschriebenen Trennungen von Erdgas- und Erdölbegleitgaskomponenten nach der Adsorptionsmethode erfolgt die Trennung bevorzugt durch die sogenannte Oberflächendiffusion, die sich bislang nach Erhöhung des Feeddruckes und der Differenzdrücke zwischen Feed und Permeat verschlechterte.Further separations of hydrocarbons and comparable components on inorganic porous membranes have been described. For example, was through Santamaria et al. [M. Arruebo et al., Separation and Purification Technology 25 (2001) 275-286] on MFI membranes the separation of natural gas components at 1-4 bar and pressure differences up to 3 bar described. Here and as in all previously described separations of natural gas and Erdölbegleitgas components according to the adsorption method, the separation is preferably carried out by the so-called surface diffusion, which has so far deteriorated after increasing the feed pressure and the differential pressures between feed and permeate.

Die Zeolithmembranen auf porösen Trägern können auf verschiedene Weisen präpariert werden. Üblich sind die in-situ Kristallisation direkt auf dem Träger, oder aber die seedgestützte Synthese für ein orientierteres, gleichmäßigeres Wachstum.The zeolite membranes on porous supports can be prepared in various ways. Common is in situ crystallization directly on the support, or seed-based synthesis for more oriented, uniform growth.

Dazu werden in der Regel separat Seedkristalle hergestellt und abgeschieden, siehe Schriften DE 10 2004 0001 974 A1 / DE 100 27 685 B4 . Oder aber eine Seedschicht wird direkt auf dem Träger während eines gesonderten Syntheseschritts erzeugt, wie in Patentschrift DE 103 04 322 A1 beschrieben. Anschließend erfolgt die Bildung einer durchgängigen Syntheseschicht aus einer verdünnten Lösung heraus, die vor allem das Kristallwachstum unterstützen soll. Beide Methoden sind allerdings sehr verfahrensintensiv.Seed crystals are usually prepared and separated separately, see Fonts DE 10 2004 0001 974 A1 / DE 100 27 685 B4 , Or a seed layer is produced directly on the support during a separate synthesis step, as in patent DE 103 04 322 A1 described. Subsequently, the formation of a continuous synthesis layer out of a dilute solution, which is mainly to support crystal growth. Both methods are very process-intensive.

In der Offenlegungsschrift DE 101 07 539 A1 wird die Erzeugung einer Kompositmembran auf einem keramischen, porösen Trägermaterial beschrieben, auf dem eine mesoporösen Zeolitschicht abgeschieden wird, wobei nachfolgend die geschlossenen Zeolithschicht auf/in deren Oberfläche durch hydrothermale Synthese erzeugt wird. Es werden keine näheren Angaben zu dieser mesoporösen Zwischenschicht und Durchführung der hydrothermalen Synthese gemacht.In the published patent application DE 101 07 539 A1 describes the production of a composite membrane on a ceramic, porous support material, on which a mesoporous zeolite layer is deposited, wherein subsequently the closed zeolite layer is formed on / in the surface thereof by hydrothermal synthesis. No details are given on this mesoporous intermediate layer and the hydrothermal synthesis.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist, dass mit einem Anstieg des Feedruckes bis 5 bar und bei gleichbleibenden oder angepassten Permeatdrücken stets eine Verminderung der Trennleistungen der Membranen bei dem potentiellen Einsatz für die Zerlegung von Erdgas und Erdölbegleitgas in die jeweiligen Einzelkomponenten beobachtet wurde. Dadurch begründen sich die eher theoretischen Anwendungsmöglichkeiten von anorganischen Membranen zur Separation von Erdgas- und Erdölbegleitgaskomponenten. Es wurde kein Nachweis für die Trennung mittels der erzeugten Schichten unter praxisrelevanten Bedingungen bei erhöhten Druckbedingungen erbracht. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abtrennung von Erdgas- oder Erdölbegleitgaskomponenten an anorganisch porösen Membranen zu entwickeln, mit dem höhere Kohlenwasserstoffe effektiv ohne aufwändige Kühlung der Gase kontinuierlich mit hohen Gasdurchsätzen abgetrennt werden können.The starting point of the present invention is that with an increase in the feed pressure to 5 bar and constant or adjusted permeate pressures always a reduction in the separation performance of the membranes was observed in the potential use for the decomposition of natural gas and associated gas in the respective individual components. This justifies the more theoretical applications of inorganic membranes for the separation of natural gas and associated gas components. There was no evidence of separation by means of the layers produced under practical conditions at elevated pressure conditions. The invention has for its object to develop a process for the separation of natural gas or Erdölbegleitgas components of inorganic porous membranes, can be separated with the higher hydrocarbons effectively without complex cooling of the gases continuously with high gas flow rates.

Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe durch das im Hauptanspruch gekennzeichnete Verfahren gelöst. Dabei kommt es bei den eingesetzten Membranen bei Druckerhöhung des beaufschlagten Feeds überraschenderweise zur druckvermittelten, verstärkten Adsorption und Kondensation des jeweils höheren Kohlenwasserstoffes aus dem vorliegenden Kohlenwasserstoffgemisch an und in den Poren der Membran sowie durch eine anliegende Druckdifferenz zwischen Feed und Permeat zur Flusserhöhung durch die Membran. Somit ist die Abtrennung des jeweils höheren Kohlenwasserstoffes erfindungsgemäß technisch begünstigt. Dieser verfahrenstechnisch vorteilhafte Effekt wird erst günstig bei genügend hohen Absolutdrücken des Kohlenwasserstoffgemisches an der anorganischen porösen Trennschicht.According to the technical problem is solved by the method characterized in the main claim. It comes in the membranes used in pressure increase of the applied feed surprisingly pressure-mediated, increased adsorption and condensation of each higher hydrocarbon from the present hydrocarbon mixture and in the pores of the membrane and by an applied pressure difference between the feed and permeate to increase the flow through the membrane. Thus, the separation of the respective higher hydrocarbon is favored according to the invention technically. This procedurally advantageous effect is only favorable at sufficiently high absolute pressures of the hydrocarbon mixture on the inorganic porous separating layer.

Als druckvermittelt wird definiert, die durch den anliegenden Gasdruck des Feeds verbesserte Trennleistung der Membran im Vergleich zu Niederdruckanwendungen. Als praxisrelevante Drücke sind Drücke > 5 bar definiert. Als Niederdruck sind definiert Drücke < 5 bar. Als Permeat ist definiert der die Membran passierende Gasstrom. Als Feed ist definiert der Gasstrom zum Membranmoduleingang. Als Retentat ist definiert der die Membran nicht passierende Gasstrom zum Membranmodulausgang.Pressure-mediated is defined as the separation performance of the membrane due to the applied gas pressure of the feed compared to low-pressure applications. As practical pressures, pressures> 5 bar are defined. As low pressure are defined pressures <5 bar. The permeate defined is the gas flow passing through the membrane. The feed is defined as the gas flow to the membrane module input. The retentate is defined as the gas flow that does not pass through the membrane to the membrane module outlet.

Dieses Verhalten lässt sich nur an meso- und makroskopisch dichten Membranen ohne Leckströmung nutzbar machen. Die dafür notwendigen Membranen wurden mit einem zum Stand der Literatur verbessertem Herstellungsverfahren erhalten. Das Erdgas oder das Erdölbegleitgas oder Mischungen aus erdgas- oder erdölbegleitgasbeinhaltenden Komponenten werden mit Druck an diese anorganische poröse Membranen gegeben, so dass bevorzugt das jeweils höhere Alkan an der anorganischen porösen Schicht in höherem Maß als bei Niederdruckanwendungen kondensiert und vom Feed abgetrennt werden kann.This behavior can only be exploited on meso- and macroscopically dense membranes without leakage flow. The necessary membranes were obtained with a prior art improved manufacturing process. The natural gas or associated petroleum gas or mixtures of natural gas or petroleum gas containing components are pressurized to these inorganic porous membranes given so that preferably each higher alkane can be condensed on the inorganic porous layer to a greater extent than in low-pressure applications and separated from the feed.

Besonders bevorzugte Materialien der anorganischen porösen Schicht, hier genannt Membran, sind dicht verwachsene Kristallite auf der Basis zeolithischer Strukturtypen, besonders bevorzugt MFI, FAU, LTA, MOR, FER, MEL, BEA; ITR und KFI und hier besonders bevorzugt der MFI-Struktur mit Silikalithmembranen ohne Al-Anteil oder MFI-Membranen mit einem Aluminiumanteil sowie hier besonders bevorzugt ZSM-5 mit NanAlnSi96-nO192·16H2O (0 < n < 27) patentiert durch die Mobil Oil Company, 1975. Besonders bevorzugt bei MFI-Membranen mit Aluminiumanteilen sind Si/Al-Anteile von größer 75.Particularly preferred materials of the inorganic porous layer, here called membrane, are densely grown crystallites based on zeolitic structure types, particularly preferably MFI, FAU, LTA, MOR, FER, MEL, BEA; ITR and KFI and here particularly preferably the MFI structure with silicalite membranes without Al content or MFI membranes with an aluminum content and here particularly preferably ZSM-5 with NanAlnSi96-nO192 · 16H2O (0 <n <27) patented by the Mobil Oil Company , 1975. Particularly preferred in MFI membranes with aluminum contents are Si / Al contents of greater than 75.

Die Membranen sollen meso- und makroskopisch dicht sein und damit nur adsorptive Prozesse an der Oberfläche zulassen, wobei der Stofftransport demnach nur durch das innerkristalline Porensystem vonstatten geht. Ein Transport zwischen den Kristalliten der porösen anorganischen Schicht darf aufgrund der angelegten Drücke nicht oder nur in sehr geringen Maße stattfinden. Von Vorteil für das Trennverfahren sind Membranen, die aufgrund ihrer geringen Schichtdicke hohe Permeatflüsse ermöglichen. Bevorzugt beträgt die Dicke der Trennschicht deshalb weniger als 50 μm, besonders bevorzugt weniger als 20 μm.The membranes should be meso-and macroscopically dense and thus allow only adsorptive processes on the surface, whereby the mass transfer thus proceeds only through the intracrystalline pore system. A transport between the crystallites of the porous inorganic layer must not take place or only to a very small extent due to the applied pressures. Advantageous for the separation process are membranes which allow high permeate flows due to their small layer thickness. The thickness of the separating layer is therefore preferably less than 50 μm, more preferably less than 20 μm.

Die Separation von Erdgas- bzw. Erdölbegleitgaskomponenten erfolgt im einfachsten Fall durch einen angelegten Feeddruck > 5 bar und einem Differenzdruck zwischen der Feed- und Permeatseite (Zeichnung 1, Beispiel 1). Der Feeddruck kann abweichen von für den Membranprozess optimalen Druckbedingungen und durch andere technologische Prozesse bedingt sein. Der Permeatdruck stellt sich in Abhängigkeit vom Permeatfluss ein und kann durch Pumpen/Verdichter abgesenkt werden. Eine Weiterentwicklung des Verfahrens beinhaltet weiterhin die gezielte Abtrennung mittels einer modular aufgebauten, kaskadenhaften Trennanlage, wobei bevorzugt jeweils der höchste Kohlenwasserstoff die Membran passiert und aus dem Feed abgetrennt wird. Das Retentat besitzt gegenüber der Eingangszusammensetzung, dem Feed, eine um diese Komponenten abgereicherte Zusammensetzung. Das resultierende Retentat passiert eine weitere Trenneinheit, welche wiederum das in dieser Mischung enthaltende höchste Alkan abtrennt. Dieser Prozess wird so lange wiederholt, bis die ursprüngliche Mischung des Erdgases oder des Erdölbegleitgases in seine Einzelkomponenten aufgetrennt wurde.The separation of natural gas or Erdölbegleitgaskomponenten takes place in the simplest case by an applied feed pressure> 5 bar and a differential pressure between the feed and permeate side (drawing 1, Example 1). The feed pressure may be different from that which is optimal for the membrane process and due to other technological processes. The permeate pressure adjusts depending on the permeate flow and can be lowered by pumps / compressors. A further development of the method further includes the selective separation by means of a modular, cascade separation plant, wherein preferably each of the highest hydrocarbon passes through the membrane and is separated from the feed. The retentate has over the input composition, the feed, a depleted in these components composition. The resulting retentate passes through another separation unit, which in turn separates the highest alkane contained in this mixture. This process is repeated until the original mixture of the natural gas or associated gas has been separated into its individual components.

Der Feeddruck muss bei diesem Prozess stets im Bereich der druckvermittelnden Kondensation liegen. Als höchstes Alkan ist jeweils der Kohlenwasserstoff mit der längsten C-C-Kohlenstoffverbindung definiert.The feed pressure in this process must always be within the range of pressure-mediating condensation. The highest alkane is defined as the hydrocarbon with the longest C-C carbon compound.

Aus dem Permeat kann durch Verdichtung oder Kühlung die Abtrennung von Kohlenwasserstoffen erfolgen. Bei Verdichtung des Permeats besteht die Möglichkeit der Rückführung der verbleibenden gasförmigen Kohlenwasserstoffmischung in den Feedstrom des Membranreaktors mit dem Ziel der gesamtstofflichen Nutzung.From the permeate can be done by compression or cooling, the separation of hydrocarbons. When compressing the permeate there is the possibility of recycling the remaining gaseous hydrocarbon mixture in the feed stream of the membrane reactor with the aim of Gesamtamtstofflichen use.

Die Anreicherung des jeweils höheren Alkans und der einhergehende bevorzugte Stofftransport erfolgt dabei offenbar bevorzugt durch verstärkte Kondensation der höheren Kohlenwasserstoffe in den Poren. Dies ist beispielsweise aus einem Gemisch von Methan/n-Butan mit nur 0,3% n-Hexan ersichtlich. Hier wird zunächst n-Hexan an der Membran bei erhöhten Drücken von der anorganischen porösen Membran separiert, Methan und n-Butan verbleiben im Retentat. Ist das n-Hexan abgetrennt, erfolgt die Separation von n-Butan in einem nachfolgenden Trennschritt an einer nachgeschalteten Membran (Zeichnung 2, Beispiel 1 und 3). Dieser Effekt wird bei erhöhten Feeddrücken bevorzugt bei pFeed > 5 bar beobachtet. Die Verfahrensbedingungen und Membrangeometrie können so variiert werden, dass entweder einzelne Kohlenwasserstoffe gezielt abgetrennt werden oder Kohlenwasserstoffgemische im Permeat anfallen.The enrichment of the respective higher alkane and the associated preferred mass transport is evidently preferably carried out by increased condensation of the higher hydrocarbons in the pores. This can be seen for example from a mixture of methane / n-butane with only 0.3% n-hexane. Here, n-hexane is first separated at the membrane at elevated pressures from the inorganic porous membrane, methane and n-butane remain in the retentate. If the n-hexane is separated, the separation of n-butane is carried out in a subsequent separation step on a downstream membrane (Figure 2, Example 1 and 3). This effect is observed at elevated feed pressures, preferably at p Feed > 5 bar. The process conditions and membrane geometry can be varied so that either individual hydrocarbons are selectively separated or hydrocarbon mixtures are produced in the permeate.

Durch Anlegen hoher Feeddrücke ist es möglich, Druckunterschiede zwischen Feed- und Permeatseite zu nutzen, ohne ein Vakuum an der Permeatseite anzulegen. Somit werden eine allgemeine Flusserhöhung und damit Permeatausbeuten für technische Anwendungen möglich. Mit dieser Methode kann ebenfalls auf den Einsatz von Sweepgas auf der Permeatseite verzichtet werden. Es stehen mehrere Möglichkeiten der Permeatbehandlung zur Verfügung, insbesondere die Verdichtung. In Abhängigkeit vom technologischen Gesamtprozess kann das Permeat unverdichtet oder verdichtet in den Feedstrom zurückgeführt werden. Die unverdichtete Rückführung ist sinnvoll, wenn vor der Membran im Feed bereits ein Verdichter mit nachfolgender Kondensatabscheidung installiert ist.By applying high feed pressures, it is possible to use pressure differences between the feed and permeate side without applying a vacuum to the permeate side. Thus, a general flux increase and thus permeate yields for technical applications are possible. With this method can also be dispensed with the use of sweep gas on the permeate side. There are several possibilities of permeate treatment available, in particular the compression. Depending on the overall technological process, the permeate can be recirculated uncompressed or compressed into the feed stream. The uncompressed recirculation makes sense if a compressor with subsequent condensate separation is already installed in the feed upstream of the membrane.

Zur Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität der Membran wird diese auf einem porösen Träger synthetisiert. Neben Trägermaterialien aus Metall werden vorwiegend Kompositmembranen auf Korundträgern erzeugt, da diese preiswerter herzustellen sind und sich Membran und Träger von ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrem thermischen Ausdehnungsverhalten her ähnlicher sind. Es sind auch andere Trägermaterialien, wie poröse Gläser oder poröse Metalle geeignet.To ensure sufficient stability of the membrane, it is synthesized on a porous support. In addition to support materials made of metal composite membranes are mainly produced on corundum carriers, since these are cheaper to produce and membrane and support of their chemical Composition and their thermal expansion behavior ago are similar. Other carrier materials, such as porous glasses or porous metals, are also suitable.

Membranen mit den geforderten Eigenschaften sind leicht herstellbar, wenn der Syntheseansatz dadurch vereinfacht wird, dass die schwierig herstellbare Keimschicht durch Auftragen eines gemahlenen Schlickers der Zusammensetzung der späteren Membranschicht ersetzt wird. Eine beispielsweise so applizierte MFI-Schicht als Keimbildungsschicht begünstigt ein gleichmäßiges, sekundäres Wachstum aus einer Syntheselösung heraus. Auch stellt diese Schicht eine Barriereschicht dar, wodurch die Syntheselösung nicht in den porösen Korundträger gelangt. Beides führt zu einer Reduzierung der Herstellkosten, da Zwischenschicht(en) unter anderem aus TiO2 nicht erforderlich sind und eine aufwendige Seedbeschichtung aus vorangestellten Veröffentlichungen entfallen. Zudem ergeben sich Vorteile technologischer Art beim Einsatz verdünnter Syntheselösungen.Membranes with the required properties are easy to prepare if the synthesis approach is simplified by replacing the difficult-to-produce seed layer by applying a ground slurry of the composition of the subsequent membrane layer. For example, an MFI layer applied as a nucleation layer promotes uniform, secondary growth from a synthesis solution. This layer also constitutes a barrier layer, as a result of which the synthesis solution does not enter the porous corundum support. Both lead to a reduction of the manufacturing costs, since interlayer (s) among other things of TiO 2 are not required and a complex seed coating omitted from preceding publications. In addition, there are advantages of a technological nature when using diluted synthesis solutions.

Vorzugsweise wird das Material für die mesoporöse Schicht durch Mahlen kommerziellen Zeolithmaterials auf eine Feinheit < 1 μm, bevorzugt < 500 nm hergestellt. Der Vorteil gemahlener Partikel besteht in der sehr guten Verzahnung mit dem makroporösen oder mesoporösen Trägermaterial.Preferably, the material for the mesoporous layer is prepared by milling commercial zeolite material to a fineness <1 μm, preferably <500 nm. The advantage of ground particles consists in the very good gearing with the macroporous or mesoporous carrier material.

Die Ausbildung der porösen Silikalithschicht erfolgt in bevorzugter Weise durch Schlickergießen. Bei metallgestützten Membranen ist auch eine elektrophoretische Abscheidung der Partikel möglich.The formation of the porous Silikalithschicht takes place in a preferred manner by Schlickergießen. For metal-supported membranes, electrophoretic deposition of the particles is also possible.

Die Zwischenschicht wird zur weiteren Verbesserung der Haftung und dem Ausbrennen eventueller organischer Suspensions- und Bindemittel wärmebehandelt, wobei eine Temperatur unterhalb der Phasenumwandlung des Silikaliths gewählt wird. Vorzugweise liegt die gewählte Temperatur dieser Temperaturbehandlung zwischen 400°C und 800°C, besonders bevorzugt zwischen 500 und 700°C.The intermediate layer is heat treated to further improve the adhesion and burnout of any organic suspending and binding agents, choosing a temperature below the phase transition of the silicalite. Preferably, the selected temperature of this temperature treatment is between 400 ° C and 800 ° C, more preferably between 500 and 700 ° C.

Das Silizium/Aluminium-Molverhältnis der Syntheselösung für den sekundären Wachstumsschritt liegt für das MFI beispielhaft bei > 2,5, vorzugsweise > 75. Höhere Aluminiumanteile ergeben ein hydrophileres Verhalten und sind dadurch für die Trennung unpolarer Stoffgemische nachteilig.By way of example, the silicon / aluminum molar ratio of the secondary growth step synthesis solution for the MFI is> 2.5, preferably> 75. Higher proportions of aluminum result in a more hydrophilic behavior and are therefore disadvantageous for the separation of nonpolar mixtures.

Die Zusammensetzung der Silikalith-Syntheselösung kann in Abhängigkeit vom Syntheseverfahren, den eingesetzten Reagenzien, den physikalischen Syntheseparametern sowie den gewünschten Membraneigenschaften bezüglich Selektivität und Fluss variieren. Möglich sind Synthesezusammensetzungen im Bereich 100 mol SiO2: 0–35 mol SDA: 0–50 mol NaOH: 0–17 mol Al2O3 und 1.000–100.000 Mol H2O, wobei SDA für die strukturdirigierende Agenzien, auch Template genannt, steht. SDA kann beispielsweise sein Tripropylammoniumhydroxid oder Tripropylammonimbromid oder eine Mischung aus beiden.The composition of the silicalite synthesis solution can vary depending on the synthesis method, the reagents used, the physical synthesis parameters and the desired membrane properties with regard to selectivity and flux. Synthesis compositions in the range of 100 mol of SiO 2 : 0-35 mol of SDA: 0-50 mol of NaOH: 0-17 mol of Al 2 O 3 and 1,000-100,000 mol of H 2 O are possible, with SDA for the structure-directing agents, also termed template, stands. For example, SDA can be tripropylammonium hydroxide or tripropylammonium bromide or a mixture of both.

Zur Realisierung technisch relevanter Flüsse durch die Membran wurde die Synthesezusammensetzung, speziell der Templatgehalt und Wasseranteil, optimiert (Beispiel 2). Bevorzugt zur Steigerung der Flüsse sind danach Templatanteile von 0,01 bis 1,2 Mol und Wasseranteile von 4.000 bis 40.000 Mol auf 100 Mol SiO2 im Syntheseansatz.To realize technically relevant flows through the membrane, the synthesis composition, especially the template content and water content, was optimized (Example 2). Templat portions of from 0.01 to 1.2 mol and water fractions of from 4,000 to 40,000 mol per 100 mol of SiO 2 in the synthesis batch are preferred for increasing the fluxes.

Der pH-Wert der Syntheselösung ist je nach verwendeter SiO2-Quelle auf 10 bis 14 einzustellen, bevorzugt zwischen 11,0 und 12,5. Als Siliziumdioxidquelle eignen sich disperses SiO2, Tetraethylorthosilikat (TEOS) sowie kollodidales SiO2, wie LUDOX oder LEVASIL.Depending on the SiO 2 source used, the pH of the synthesis solution should be adjusted to 10 to 14, preferably between 11.0 and 12.5. As a silica source to disperse SiO 2 are suitable, tetraethylorthosilicate (TEOS) and kollodidales SiO 2 as LUDOX or LEVASIL.

Der mit der mesoporösen Silikalithschicht versehene Träger wird vor der Synthese so präpariert, dass die Syntheselösung nur in Kontakt mit der Membranseite kommt. Dazu kann beispielsweise bei einer Innenbeschichtung rohrförmiger Träger die Außenseite mit Teflonband oder Wachs versiegelt werden. Bei einer Außenbeschichtung kann durch Abdichten mit Teflonkappen der Zutritt ins Innere verhindert werden. Ziel der Abdichtung ist es, ein Zeolithwachstum auf der Desorptionsseite zu verhindern.The support provided with the mesoporous silicalite layer is prepared prior to the synthesis such that the synthesis solution only comes into contact with the membrane side. For this purpose, for example, in an inner coating tubular support the outside be sealed with Teflon tape or wax. In the case of external coating, sealing with Teflon caps can prevent access to the interior. The aim of the seal is to prevent zeolite growth on the desorption side.

Die Synthese kann unter autogenem Druck, unter Normaldruck, stehend oder fließend, für 3–120 h erfolgen. Bevorzugt wird die Synthese unter autogenem Druck bei Temperaturen von 140°C bis 200°C und 12 bis 72 h durchgeführt, besonders bevorzugt zwischen 160 und 180°C und 16 bis 48 h.The synthesis can be carried out under autogenous pressure, under normal pressure, standing or flowing, for 3-120 h. Preferably, the synthesis is carried out under autogenous pressure at temperatures of 140 ° C to 200 ° C and 12 to 72 h, more preferably between 160 and 180 ° C and 16 to 48 h.

Nach der Synthese werden die Träger mit der synthetisierten Membran so lange in deionisiertem Wasser gespült, bis nicht umgesetzte Synthesebestandteile aus den Poren entfernt wurden. Allgemein ist dies der Fall, wenn der pH-Wert des Waschwassers nach mehrmaligem Wechsel desselben bei einem pH-Wert von 7 liegt.After synthesis, the supports with the synthesized membrane are rinsed in deionized water until unreacted synthetic components are removed from the pores. In general, this is the case when the pH of the wash water after repeated changes of the same at a pH of 7.

Die Träger werden anschließend schonend getrocknet. Dies kann unter Raumluftbedingungen erfolgen oder nach langsamen Aufheizen im Trockenschrank bei 60°C. The carriers are then gently dried. This can be done under room air conditions or after slow heating in a drying oven at 60 ° C.

Nach dem Trocknen erfolgt die Entfernung der strukturdirigierenden Templationen, da sich diese in den Zeolithporen befinden und somit einen Zutritt der zu trennenden Gase verhindern würden. Das Kalzinieren wird mit einer Aufheizrate von 0,3 bis 5,0 K/min, bevorzugt mit 1,0 K/min bei 400 bis 550°C für 3 bis 24 h, besonders bevorzugt bei 420 bis 580°C mit 5 bis 12 h, durchgeführt.After drying, the removal of structure-directing templations takes place, since these are located in the zeolite pores and would thus prevent access of the gases to be separated. The calcining is carried out at a heating rate of 0.3 to 5.0 K / min, preferably at 1.0 K / min at 400 to 550 ° C for 3 to 24 h, more preferably at 420 to 580 ° C with 5 to 12 h, performed.

Es hat sich gezeigt, dass die nach oben genannten Verfahrensschritten hergestellten Membranen außerordentlich und für das hier vorgestellte Verfahren essentiell druckstabil sind. Es werden bei hohen Feeddrücken und angelegten Druckdifferenzen zwischen Permeat und Feed nur geringe Leckströme gemessen (kleiner als 0,1% zum Gesamtfluss).It has been found that the membranes prepared according to the above-mentioned process steps are extremely stable and essentially pressure-stable for the process presented here. At low feed pressures and applied pressure differences between permeate and feed, only low leakage currents are measured (less than 0.1% of the total flow).

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following examples.

Beispiel 1example 1

Druckvermittelte, verstärkte Adsorption des höheren KohlenwasserstoffesPressure-mediated, enhanced adsorption of the higher hydrocarbon

Die Membranen wurden unter verschiedenen Bedingungen auf ihr Permeationsverhalten getestet. Dazu wurden diese in ein Edelstahlmodul montiert, wobei eine Abdichtung mittels O-Ringen zum Permeatraum erfolgte. Zum Durchführen von Permeationstests bei verschiedenen Temperaturen wurde das Modul erwärmt. Entsprechend eines Einsatzes unter praxisrelevanten Bedingungen herrschte auf der Permeatseite während der Messung ein stets geringerer Druck als auf der Feedseite. Der Druck auf der Feedseite wurde mittels Hinterdruckregler auf die Testwerte eingestellt wurde. Der Retentatfluss wurde während der Messung konstant gehalten, indem eine Anpassung des Feedflusses an den Permeatfluses erfolgte.The membranes were tested for their permeation behavior under different conditions. For this purpose, they were mounted in a stainless steel module, with a seal by means of O-rings took place to Permeatraum. To perform permeation tests at various temperatures, the module was heated. According to an application under practical conditions prevailed on the permeate side during the measurement always lower pressure than on the feed side. The pressure on the feed side was set to the test values by means of a back pressure regulator. The retentate flow was kept constant during the measurement by adjusting the feed flow to the permeate.

Die Ergebnisse der Messungen sind in folgenden Tabellen dargestellt:The results of the measurements are shown in the following tables:

Testung 1 – Einfluss des Differenzdruckes bei gleichbleibendem PermeatdruckTest 1 - Influence of differential pressure at constant permeate pressure

Der Einfluss der Trenneigenschaften ist zudem abhängig vom Differenzdruck der Temperatur und des Mischungsverhältnisses. (Tabelle 1)The influence of the separation properties is also dependent on the differential pressure of the temperature and the mixing ratio. (Table 1)

Testung 2 – Einfluss eines höheren Alkans auf die Trennleistung Methan/Propan/n-Butan und Abreicherung des höheren Alkans am Beispiel von n-HexanTest 2 - Influence of a higher alkane on the separation efficiency of methane / propane / n-butane and depletion of the higher alkane on the example of n-hexane

Sind in einer Alkanmischung in ihrer Kondensation verschiedene Alkane vorhanden, so wird zunächst bevorzugt das höchste Alkan abgetrennt. In einer Mischung aus Methan/Propan/n-Butan/n-Hexan wird daher zunächst bevorzugt das n-Hexan abgetrennt. Die Trennung der Komponenten Methan/Propan/n-Butan ist in diesem Fall sehr gering, kann jedoch nach Abtrennung des höheren Alkans, hier n-Hexan, analog der Trennung 1 mit höheren Trennfaktoren erfolgen. Als Trennfaktor ist definiert als das Verhältnis der Konzentrationen des jeweils höheren Alkans im Permeat zum Retentat. (Tabelle 2) Tabelle 1 Einfluß der Trenneigenschaften bei Anstieg des Feedruckes bei konstant gehaltenem Permeatdruck von 1,4 bar

Figure 00110001
Figure 00120001
Figure 00130001
If various alkanes are present in an alkane mixture in their condensation, the highest alkane is preferably first removed. In a mixture of methane / propane / n-butane / n-hexane, therefore, the n-hexane is preferably first separated off. The separation of the components methane / propane / n-butane is very low in this case, but can be carried out after separation of the higher alkane, here n-hexane, analogous to the separation 1 with higher separation factors. The separation factor is defined as the ratio of the concentrations of the higher alkane in the permeate to the retentate. (Table 2) Table 1 Influence of the separation properties with increase of the feed pressure at constant maintained permeate pressure of 1.4 bar
Figure 00110001
Figure 00120001
Figure 00130001

Beispiel 2Example 2

Synthese der MembraneinheitSynthesis of the membrane unit

Zur Erzeugung der Silikalithmembranen für die Gastrennung, insbesondere zur Trennung höherer Kohlenwasserstoffe von Methan, wurden Korundmonokanäle mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 7 mm und einer Länge von 125 mm verwendet. Die Träger wiesen im Innern zudem eine vom Hersteller versehene Mikrofiltrationsschicht aus α-Korund mit einer durchschnittlichen Porenweite von 200 nm auf. Die Enden waren mit Glaslot versiegelt.To produce the silicalite membranes for gas separation, in particular for the separation of higher hydrocarbons from methane, corundum mono channels were used with an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 7 mm and a length of 125 mm. The carriers also contained a manufacturer-provided microfiltration layer of α-corundum with an average pore size of 200 nm. The ends were sealed with glass solder.

Für die mesoporöse Zeolithschicht wurde ein Silikalith mit einem Si/Al-Molverhältnis > 500 mittels einer Rührwerkskugelmühle mit deionisiertem Wasser als Dispersionsmittel ohne sonstige Zusätze auf eine Feinheit von d10 = 0,25, d50 = 0,43 und d90 = 0,80 μm gemahlen. Mittels einer 5%igen Suspension aus dem gemahlenen Silikalith, der ein Bindemittel zugesetzt war, wurden die Korundträger über Schlickergießen beschichtet. Es bildete sich nach einer Standzeit von 5 min unter den gegebenen Bedingungen eine Schichtdicke von 25 μm. For the mesoporous zeolite layer, a silicalite having a Si / Al molar ratio> 500 was reduced to a fineness of d 10 = 0.25, d 50 = 0.43 and d 90 = 0 by means of a stirred ball mill with deionized water as a dispersing agent without any other additives. Milled 80 microns. By means of a 5% suspension of the ground silicalite to which a binder had been added, the corundum carriers were coated by slip casting. It formed after a life of 5 min under the given conditions, a layer thickness of 25 microns.

Vor der Synthese wurde der im Innern mit gemahlenen Silikalith-Kristallen beschichtete Korundträger bei 700°C für 1 h temperaturbehandelt.Prior to the synthesis, the corundum support coated inside with milled silicalite crystals was heat treated at 700 ° C for 1 h.

Die Syntheselösung zur Ausbildung eines geschlossenen Films auf der mesoporösen Silikalithschicht wies eine Zusammensetzung von 100 Mol SiO2: 0,169 Mol Al2O3: 3,3 Mol TPABr: 3,3 Mol TPAOH: 3,3 Mol Na2O: 2000 Mol H2O (Elektronenmikroskopie – Zeichnung 4) auf. Eine durchschnittliche Schichtdicke von 40–75 μm wurde beobachtet. Das Fließverhalten einer Membran nach dieser Synthese liegt bei 4,7 ml/min bei einer Druckdifferenz auf der Feed und Permeatseite von 1 bar.The synthesis solution for forming a closed film on the mesoporous silicalite layer had a composition of 100 moles SiO 2 : 0.169 moles Al 2 O 3 : 3.3 moles TPABr: 3.3 moles TPAOH: 3.3 moles Na 2 O: 2000 moles H 2 O (electron microscopy - drawing 4). An average layer thickness of 40-75 μm was observed. The flow behavior of a membrane after this synthesis is 4.7 ml / min at a pressure difference on the feed and permeate side of 1 bar.

Eine weitere Membran mit geschlossenen, aber dünnerem Film, wurde nach dem Syntheseansatz von 100 Mol SiO2: 0,169 Mol Al2O3: 0,6 Mol TPABr: 0,0 Mol TPAOH: 3,3 Mol Na2O: 2000 Mol H2O (Elektronenmikroskopie – Zeichnung 5) hergestellt. Eine durchschnittliche Schichtdicke von 17–23 μm wurde beobachtet. Das Fließverhalten einer Membran nach dieser Synthese liegt bei 18,5 ml/min bei einer Druckdifferenz auf der Feed und Permeatseite von 1 bar.Another membrane with a closed, but thinner film, was based on the synthesis of 100 mol SiO 2 : 0.169 mol Al 2 O 3 : 0.6 mol TPABr: 0.0 mol TPAOH: 3.3 mol Na 2 O: 2000 mol H 2 O (electron microscopy - drawing 5). An average layer thickness of 17-23 μm was observed. The flow behavior of a membrane after this synthesis is 18.5 ml / min at a pressure difference on the feed and permeate side of 1 bar.

Als Siliziumquelle diente Levasil 300/30%, welches eine geringe Menge Al2O3 enthält. Dadurch lag das Si/Al-Mol-Verhältnis bei 300. TPABr steht für Tetrapropylammoniumbromid, TPAOH für Tetrapropylammoniumhydroxid. Bei dem verwendeten Wasser handelte es sich um deionisiertes Wasser. Vor der Synthese wurden die Träger mit Teflonband umwickelt.Levasil served as a silicon source 300/30%, which contains a small amount of Al 2 O 3 . Thus, the Si / Al mole ratio was 300. TPABr is tetrapropylammonium bromide, TPAOH is tetrapropylammonium hydroxide. The water used was deionized water. Before the synthesis, the carriers were wrapped with Teflon tape.

Die Hydrothermalsynthese erfolgte im Autoklaven bei 180°C für 24 h. Nach der Synthese wurde das Teflonband entfernt und die Membranen in deionisiertem Wasser gespült. Nach einer Raumtrocknung von 3 Tagen erfolgte die Kalzinierung bei 450°C für 5 h.The hydrothermal synthesis was carried out in an autoclave at 180 ° C for 24 h. After synthesis, the Teflon tape was removed and the membranes rinsed in deionized water. After a space drying of 3 days, the calcination was carried out at 450 ° C for 5 h.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Zeichnung 4Drawing 4

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme:Scanning electron micrograph:

  • MFI-Trennschicht (oben) nach der Zusammensetzung von 100 Mol SiO2: 0,169 Mol Al2O3: 3,3 Mol TPABr: 3,3 Mol TPAOH: 3,3 Mol Na2O: 2000 Mol H2O, darunter MF-Schicht aus MFI, darunter Korund-MF-Schicht, darunter KorundstützschichtMFI separation layer (top) after composition of 100 moles SiO 2 : 0.169 moles Al 2 O 3 : 3.3 moles TPABr: 3.3 moles TPAOH: 3.3 moles Na 2 O: 2000 moles H 2 O, including MF Layer of MFI, including corundum MF layer, including corundum support layer

Zeichnung 5Drawing 5

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme:Scanning electron micrograph:

  • MFI-Trennschicht (oben) nach der Zusammensetzung von 100 Mol SiO2: 0,169 Mol Al2O3: 0,6 Mol TPABr: 0,0 Mol TPAOH: 3,3 Mol Na2O: 2000 Mol H2O, darunter MF-Schicht aus MFI, darunter Korund-MF-Schicht, darunter KorundstützschichtMFI separation layer (top) after composition of 100 moles SiO 2 : 0.169 moles Al 2 O 3 : 0.6 moles TPABr: 0.0 moles TPAOH: 3.3 moles Na 2 O: 2000 moles H 2 O, below MF Layer of MFI, including corundum MF layer, including corundum support layer

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Claims (7)

Verfahren zur Abtrennung von Erdgas- oder Erdölbegleitgaskomponenten an anorganischen porösen Membranen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) es wird mit Feeddrücken größer 5 bar gearbeitet, wobei der Druck auf der Permeatseite niedriger als auf der Feedseite ist b) zur Erhöhung der Trennleistung wird eine druckvermittelte, verstärkte Kondensation der höheren Kohlenwasserstoffe an den Poren der Membran genutzt c) es werden meso- und makroskopisch dichte anorganische Membranen mit Mikrokanälen mit Porenweiten im Bereich der abzutrennenden Kohlenwasserstoffe eingesetzt. d) die Prozesstemperatur ist so gewählt, dass die druckvermittelte, verstärkte Kondensation der höheren Kohlenwasserstoffe in den Poren der Trennschicht gewährleistet ist.Process for the separation of natural gas or associated petroleum gas components on inorganic porous membranes, characterized by the following features: a) it is operated with feed pressures greater than 5 bar, wherein the pressure on the permeate side is lower than on the feed side b) to increase the separation efficiency, a pressure-mediated, increased condensation of the higher hydrocarbons is used at the pores of the membrane c) meso and macroscopically dense inorganic membranes with micro channels with pore widths in the range of the hydrocarbons to be separated off are used. d) the process temperature is chosen so that the pressure-mediated, increased condensation of the higher hydrocarbons is ensured in the pores of the separation layer. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass an nacheinander geschalteten Membranen die kaskadenartige, gestaffelte Abtrennung vom höchsten zum niedrigsten Kohlenwasserstoff aus dem Retentat erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the cascaded, staggered separation from the highest to the lowest hydrocarbon from the retentate takes place on successively connected membranes. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass aus dem Permeat durch Kühlung die Abtrennung von Kohlenwasserstoffen erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the separation of hydrocarbons takes place from the permeate by cooling. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass aus dem Permeat durch Verdichtung die Abtrennung von Kohlenwasserstoffen erfolgt und die verbleibende gasförmigen Kohlenwasserstoffmischung in den Feedstrom des Membranreaktors zurückgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the separation of hydrocarbons from the permeate by compression takes place and the remaining gaseous hydrocarbon mixture is recycled to the feed stream of the membrane reactor. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass bei Prozesstemperaturen von < 150°C gearbeitet wird.A method according to claim 1, characterized in that working at process temperatures of <150 ° C. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass anorganische Membranen eingesetzt werden, die durch Synthese von Zeolithen auf einer mesoporösen Zeolith-Trägerschicht erhalten worden sind, wobei Zeolithe gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung wie die Zeolithe der Trägerschicht auf eine Partikelgröße > 1 μm aufgemahlen, 0,5 bis 30 μm dick auf die Trägerschicht aufgetragen und einer hydrothermalen Behandlung unterzogen werden.A method according to claim 1, characterized in that inorganic membranes are used, which have been obtained by synthesis of zeolites on a mesoporous zeolite support layer, wherein zeolites of the same or similar composition as the zeolites of the support layer ground to a particle size> 1 micron, 0, 5 to 30 microns thick applied to the carrier layer and subjected to a hydrothermal treatment. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet dadurch, dass anorganische Membranen aus Silikalith mit MFI-Struktur eingesetzt werden.Process according to Claims 1 and 6, characterized in that inorganic membranes of silicalite with MFI structure are used.
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