DE3220998A1 - Process for the preparation of low molecular weight olefins - Google Patents

Process for the preparation of low molecular weight olefins

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Hans-Peter Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Riquarts
Walter 8000 München Schramm
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Abstract

Low molecular weight olefins are produced by catalytic cleavage of methanol. After separation of a C3 fraction, the cleavage gas is subjected to low temperature gas decomposition using a C1/C2 separating column and an ethylene-ethane separating column. The head of the C1/C2 separating column is operated at temperatures below -95 DEG C and a part of the methane removed from the head of this column is fed back into the cleavage gas.

Description

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- LINDE AKTIENGESELLSCHAFT- LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(H 1316) H 82/42 (H 1316) H 82/42

BüTre 03.06.1982BüTre 06/03/1982

Verfahren zur Herstellung von niedermolekularen Olefinen Process for the production of low molecular weight olefins

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von niedermolekularen Olefinen.The invention relates to a method for producing low molecular weight olefins.

Niedermolekulare Olefine, insbesondere Äthylen und Propylen, aber auch Butylen sind wichtige chemische Zwischenprodukte, die in großen Mengen benötigt werden, übliche Verfahren zur Erzeugung dieser Olefine gehen von der Spaltung von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise von Äthan, Propan, Leichtbenzin, Naphtha oder Kerosin aus. Besonders günstig ist die Spaltung von Kohlenwasserstoffgemischen mit einem Siedebereich unterhalb von etwa 200 0C, weil derartige Einsätze relativ hohe Olef inausbeuten und wenig unerwünschte Nebenprodukte ergeben.Low molecular weight olefins, in particular ethylene and propylene, but also butylene are important chemical intermediates that are required in large quantities; common processes for producing these olefins are based on the splitting of hydrocarbons, for example ethane, propane, light petrol, naphtha or kerosene. The cleavage of hydrocarbon mixtures is particularly advantageous with a boiling range below about 200 0 C, because such operations inausbeuten relatively high olefin and give little undesirable by-products.

Da ein sehr großer Bedarf an niedermolekularen Olefinen besteht, der zu einer Verknappung bzw. Preissteigerung dieser günstigen Einsätze führen kann, wird seit einiger Zeit der Versuch unternommen, Verfahren zu entwickeln, die auf anderen Einsätzen beruhen. Dabei wurde unter anderem der Einsatz von schweren Kohienwasserstofffraktionen, insbesondere von Gasöl oder Vakuumgasöl, in Betracht gezogen. Das Auftreten großer Mengen unerwünschter Spaltprodukte läßt sich bei solchen Ein-Since there is a very great need for low molecular weight olefins, which leads to a shortage or increase in the price of these For some time now, attempts have been made to develop procedures that can be used on others Stakes are based. Among other things, the use of heavy hydrocarbon fractions, especially gas oil or vacuum gas oil. The occurrence of large amounts of undesired fission products can be

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t sätzen jedoch nur durch zusätzliche Verfahrensschritte vermeiden und ist deshalb mit hohem Aufwand verbunden. Verfahren dieser Art sind beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften 28 05 720, 28 15 859, 28 43 792 und 28 43 793 beschrieben.However, only avoid sentences through additional procedural steps and is therefore associated with a lot of effort. Procedures of this type are, for example, in the German Offenlegungsschriften 28 05 720, 28 15 859, 28 43 792 and 28 43 793.

Bei der Herstellung von niedermolekularen Olefinen wird aus dem jeweils verwendeten Einsatzmaterial ein Spaltgas erzeugt, das neben den gewünschten Olefinen noch weitere Reaktionsprodukte enthält. Zur Abtrennung dieser Nebenprodukte sowie der isolierten Gewinnung der Olefine muß das Spaltgas einer aufwendigen, bei tiefen Temperaturen durchzuführenden Gaszerlegung unterworfen werden.In the production of low molecular weight olefins, a cracked gas is generated from the feedstock used, which contains further reaction products in addition to the desired olefins. To separate these by-products and the isolated recovery of the olefins requires the cracking gas of an expensive gas decomposition to be carried out at low temperatures be subjected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Olefingewinnung zu entwickein, das bei möglichst geringem Aufwand und unter Verwendung von anderen Einsätzen als leichten Kohlenwasserstoffen zu einer hohen Olefinausbeute führt.The invention is based on the object of developing a process for the production of olefins which can be carried out with as little effort as possible and results in a high olefin yield using feeds other than light hydrocarbons.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man Methanol katalytisch spaltet, das erhaltene Spaltgas gegebenenfalls verdichtet, abkühlt und nach Abtrennung einer C3+-Fraktion einer Tieftemperatur-Gaszerlegung zuführt, die eine C./(^-Trennsäule sowie eine dem Sumpf der C./C2_-Trennsäule nachgeschaltete Äthylen-Äthan-Trennsäule, aus der Äthylen als Produkt abgezogen wird, enthält, wobei am Kopf der C /C2-Trennsäule eine weitgehend Co-freie Methanfraktion abgezogen und die C1ZC7-Trennsäule am Kopf bei Temperaturen unter -95 0C gekühlt wird und wobei ferner ein Teil des vom Kopf der C1/C--Trennsäule abgezogenen Methans zurückgeführt wird.This object is achieved in that methanol is catalytically cleaved, the cracked gas obtained is optionally compressed, cooled and, after a C 3+ fraction has been separated off, fed to a low-temperature gas separation column, which has a C./(^ separation column and a C./(^ separation column as well as a C. / C 2 _ separation column downstream ethylene-ethane separation column, from which ethylene is withdrawn as product, with a largely C o -free methane fraction withdrawn at the top of the C / C 2 separation column and the C 1 ZC 7 separation column on head is cooled at temperatures below -95 0 C and further wherein a portion of the head of the C 1 / C - withdrawn methane separation column is recycled.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von der katalytisch beschleunigten exothermen Spaltung von Methanol. - Die Reaktion wird bei Tempera-The inventive method is based on the catalytically accelerated exothermic cleavage of methanol. - The reaction takes place at temperature

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türen um etwa 400 0C, beispielsweise zwischen 300 und 500 0C, und bei atmosphärischem oder mäßig erhöhtem Druck, beispielsweise zwischen 1 und 30 bar, durchgeführt. Bevorzugt wird bei der Herstellung von leichten Olefinen der tiefere Druckbereich, beispielsweise zwischen 1 und 12 bar, insbesondere zwischen 7 und 12 bar, da die Wahl höherer Drücke das Produktspektrum zu weniger erwünschten Komponenten verschiebt.doors to about 400 0 C, for example between 300 and 500 0 C, and at atmospheric or moderately elevated pressure, for example between 1 and 30 bar is performed. In the production of light olefins, preference is given to the lower pressure range, for example between 1 and 12 bar, in particular between 7 and 12 bar, since the choice of higher pressures shifts the product spectrum to less desirable components.

Die Methanolspaltung läuft im wesentlichen in zwei Stufen ab. /~ Dabei erfolgt zunächst eine Umwandlung von Methanol in Diraethyläther gemäß der ReaktionsgleichungThe methanol cleavage essentially takes place in two stages. / ~ At first there is a conversion of methanol into diraethyl ether according to the reaction equation

.._ Anschließend wird der als Zwischenprodukt gebildete Dimethyläther in' das gewünschte olefinreiche Spaltgas umgesetzt, wobei eine Hauptreaktion die Umwandlung in Äthylen gemäß der Reaktionsgleichung.._ Then the dimethyl ether formed as an intermediate implemented in 'the desired olefin-rich cracked gas, wherein one main reaction is the conversion to ethylene according to the reaction equation

H3C-O-CH3 —«- C2H4+H2OH 3 CO-CH 3 - «- C 2 H 4 + H 2 O

2020th

darstellt. Bei günstiger Wahl der Reaktionsbedingungen lassen sich Spaltgase mit einem Äthylengehalt von über 40 Gew.-% und vergleichbaren Propylengehalten erzeugen. Daneben enthält das Spaltgas auch noch Butylen in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis zu mehr als 10 Gew.-%. Weiterhin zeichnen sichrepresents. With a favorable choice of the reaction conditions, fission gases with an ethylene content of over 40% by weight and produce comparable propylene contents. In addition, the cracked gas also contains butylene in an amount of about 1% by weight up to more than 10% by weight. Continue to stand out

2525th

Methanolspaltgase durch einen geringen Gehalt an Methan und Wasserstoff sowie, insbesondere bei der Spaltung unter niedrigem. Druck, durch einen geringen Anteil an höher siedenden Kohlenwasserstoffen aus.Methanol fission gases due to a low content of methane and hydrogen as well, especially in the case of the fission under low. Pressure, due to a small proportion of higher-boiling hydrocarbons the end.

3030th

Wegen des außerordentlich hohen Olefingehalts ist das Methanolspaltgas besonders geeignet für die Gewinnung niedermolekularer Olefine, da in der Gaszerlegung schon von vornherein eine hohe Konzentration der abzutrennenden Produkte und ein kleiner Anteil an Nebenprodukten vorliegt. Die gegenüber der üblichen Spaltung von Kohlenwasserstoffen abwei-Because of the extraordinarily high olefin content, the methanol is cracked gas particularly suitable for the production of low molecular weight olefins, as it is used in gas separation from the outset there is a high concentration of the products to be separated and a small proportion of by-products. The opposite different from the usual splitting of hydrocarbons

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chende Spaltgaszusammensetzung erfordert jedoch meist eine spezielle, auf die Gaszusammensetzung abgestimmte Verfahrensweise bei der Gaszerlegung, so daß die üblichen Gaszerlegungsverfahren nicht ohne weiteres auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar sind. Insbesondere erfordert der geringe Anteil an Methan und Wasserstoff im Spaltgas eine Änderung der Verfahrensweise im Tieftemperaturteil der Gaszerlegung.However, the corresponding cracked gas composition usually requires a Special gas separation procedure, tailored to the gas composition, so that the usual gas separation processes are not readily transferable to the method according to the invention. In particular, the low proportion requires of methane and hydrogen in the cracked gas, a change in the procedure in the low-temperature part of the gas separation.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Spaltgas, sofern es nicht schon unter ausreichend hohem Druck erzeugt wird, verdichtet, daraufhin nach einer Vorkühlung auf Temperaturen zwischen -30 und -50 0C, beispielsweise auf -35 0C, einer Abtrennung von C-,-Kohlenwassers toffen und höher siedenden Komponenten unterzogen und danach auf eine für die Isolierung einer Fraktion von C2-Kohlenwasserstoffen günstige Temperatur, beispielsweise auf Temperaturen um -95 0C, wie sie durch einen C2-Kältekreislauf erreichbar sind, abgekühlt. Aus der abgetrennten C--Fraktion, die neben Äthylen noch Äthan enthält, wird Äthylen als gewünschtes Produkt abgetrennt. Sofern in der C2~Fraktion geringe Mengen an Acetylen enthalten sind, werden diese aus Sicherheitsgründen vor der Äthylen-Äthan-Trennung entfernt, beispielsweise durch eine Wäsche oder durch eine selektive Hydrierung.In the present process, the cracked gas, if it is not already generated under sufficiently high pressure, compressed, then after a pre-cooling to temperatures from -30 to -50 0 C, for example -35 0 C, a separation of C -, - cabbage water toffen and higher boiling components is subjected, and thereafter, cooled to a for the isolation of a fraction of C 2 hydrocarbons convenient temperature, for example at temperatures of about -95 0 C as they are reachable by a C 2 -Kältekreislauf. Ethylene is separated off as the desired product from the separated C fraction, which contains ethylene as well as ethane. If the C 2 fraction contains small amounts of acetylene, these are removed for safety reasons before the ethylene-ethane separation, for example by washing or by selective hydrogenation.

Ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Durchführung der C1 /C^-Trennung. Bei dieser Trennung soll am Kopf der Trennsäule eine C2~freie Fraktion abgezogen werden, da in dieser Fraktion enthaltenes Äthylen unmittelbar zur Verringerung der Produktausbeute führen würde.A special feature of the process according to the invention consists in carrying out the C 1 / C ^ separation. During this separation, a C 2 -free fraction should be taken off at the top of the separation column, since ethylene contained in this fraction would lead directly to a reduction in the product yield.

Hierzu ist es erforderlich, den Kopf der Trennsäule ausreichend zu kühlen, etwa durch Aufgabe einer kalten Rücklaufflüssigkeit oder durch indirekte Kühlung in einem Kopfkondensator. Die Kopfkühlung kann beispielsweise durch indirekte Kühlung mit unter geringem Druck siedendem Äthylen erfolgen. Eine andere, bei der Durcnführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte Art der Kopfkühlung besteht darin, daß Methan, dasTo do this, it is necessary to cool the head of the separation column sufficiently, for example by applying a cold reflux liquid or by indirect cooling in a top condenser. The head can be cooled, for example, by indirect cooling with ethylene boiling under low pressure. Another, when carrying out the method according to the invention preferred type of head cooling is that methane, the

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bei Temperaturen unter -9 5 0C aus dem Spaltgas abgetrennt wird, als Kühlmedium zum Einsatz kommt. Neben der indirekten Kühlung in einem Kopfkühler wird dabei besonders die direkte Kühlung bevorzugt, bei der der Kopf der Trennsäule svit tief kaltem flüssigem Methan als Rücklauf beaufschlagt wird. Das flüssige Methan wird aus dem Spaltgas bei Temperaturen unterhalb von etwa -95 0C, also bei einem tieferen Temperaturniveau als durch einen C„-Kältekreislauf erreichbar, abgetrennt. Die Temperatur der Kühlflüssigkeit kann zwischen -120 und -150 0C liegen, beispielsweise bei etwa -130 0C. Aufgrund des geringen Methangehalts des Spaltgases einer Methanolspaltung ist es nicht ohne weiteres möglich, für die C,/C_-Trennsäule eine ausreichende Menge an Methan als Kühlflüssigkeit bereitzustellen. Deshalb ist es ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Verfahrens, daß mindestens ein Teil der Methanfraktion, die am Kopf der C. /C^-Trennsäula abgesogen wird, wieder zurückgeführt wird. Lediglich die Menge Methan, die für die Verfahrensweise im Tieftemperaturteil nicht benötigt wird, wird abgezogen und beispielsweise als Heizgas verwendet. Zuris separated from the cracked gas at temperatures below -9 5 0 C, is used as a cooling medium. In addition to indirect cooling in a head cooler, direct cooling is particularly preferred, in which the head of the separation column is subjected to deeply cold liquid methane as a return. The liquid methane is accessible from the cracked gas at temperatures below about -95 0 C, that is at a lower temperature level than by a C "-Kältekreislauf separated. The temperature of the cooling liquid may be -120 to -150 0 C, for example at about -130 0 C. Due to the low methane content of the reformed gas to a methanol decomposition, it is not readily possible for the C / C_-separation column a sufficient amount of Provide methane as a coolant. It is therefore an essential feature of the process according to the invention that at least part of the methane fraction which is sucked off at the top of the C./C ^ separation column is returned. Only the amount of methane that is not required for the procedure in the low-temperature part is subtracted and used, for example, as heating gas. To the

SO Rückführung das Methans wird es beispielsweise nach Abgabe seines Kälteinhaits an abzukühlende Verfahrensströme in eine geeignete Druckstufe der Spaltgasverdichtung geführt. Da die C1 /C-,-Trennung üblicherweise bei erhöhtem Druck, ungefähr zwischen S und 15 bar, beispielsweise bei 10 bar, erfolgt, ist bei der Rückverdichtung des Methans nicht das volle Verdichtungsverhältnis erforderlich.If the methane is recirculated, for example after its refrigeration has been released to process streams to be cooled, it is passed into a suitable pressure stage of the cracked gas compression. Since the C 1 / C separation usually takes place at increased pressure, approximately between S and 15 bar, for example at 10 bar, the full compression ratio is not required for the recompression of the methane.

Die Rückführung des Methans kann auf verschiedene Weisen erfolgen; beispielsweise kann es in einem gesonderten Kreislauf zum Kopf der C. /C^-Trennsäule zurückgeführt werden. Diese Art der Rückführung hat den Vorteil, daß keine Vermischung des Methans mit anderen Fraktionen erfolgt, benötigt aber einen besonderen Verdichter sowie zusätzliche Wärmetauscher bzw. gesonderte WHrnstauscherquerschnitte. Deshalb ist es in vielen Julien einfacher, das rückzuführende Methan beiThe methane can be recycled in various ways; for example, it can be returned to the top of the C./C ^ separation column in a separate circuit. These The type of recirculation has the advantage that the methane is not mixed with other fractions, but it is required a special compressor and additional heat exchangers or separate heat exchanger cross-sections. That's why it is in many Julien it is easier to use the recycled methane

Form. S72» 7.73 *__Shape. S72 »7.73 * __

einer geeigneten Druckstufe ins Spaltgas zu führen und gemeinsam mit diesem weiterzuverarbeiten.at a suitable pressure level into the cracked gas and further process it together with it.

In einer günstigen Weiterbildung des erfindungegemäßen Verfahrens wird zur Kondensation der als Rücklauf für die Cj/Cj-Trennsäule dienenden tiefsiedenden Komponenten ein anderer Teil der tiefsiedenden Komponenten des Spaltgases herangezogen. Ein geeignetes Kältemittel ist dabei ein Kondensat, das bei der Abkühlung des Spaltgases in der letzten Druckstufe eines mehrstufigen C3-KaItekreislaufs, also bei Temperaturen zwischen etwa -80 0C und etwa -95 0C, anfällt. Das dabei gebildete Kondensat ist reich an Methan und enthält daneben noch geringe Mengen an C^-Kohlenwasserstoffen. Dieses Kondensat wird unter Abkühlung entspannt und im indirekten Wärmetausch mit dem verbleibenden, nur noch Methan und gegebenenfalls Wasserstoff enthaltenden gasförmigen Teil des Spaltgases wieder angewärmt und verdampft.. Nachdem das Kondensat so die für die Erzeugung des Methan-Rücklaufs erforderliche Kälte geliefert hat, wird es nach weiterer Erwärmung im indirekten Wärmetausch mit abzukühlenden Verfahrensströmen vorzugsweise wieder dem Rohgasverdichter zugeführt und erneut dem Zerlegungsverfahren unterworfen. Auf diese Weise gehen die in dieser Fraktion noch enthaltenen (^-Kohlenwasserstoffe, insbesondere Äthylen, nicht verloren.In a favorable development of the method according to the invention, another part of the low-boiling components of the cracked gas is used to condense the low-boiling components serving as return for the Cj / Cj separation column. A suitable refrigerant is a condensate of a multi-stage during the cooling of the reformed gas in the last pressure stage C 3 -KaItekreislaufs, that at temperatures between about -80 0 C and about -95 0 C is obtained. The condensate formed is rich in methane and also contains small amounts of C ^ hydrocarbons. This condensate is expanded while cooling and in indirect heat exchange with the remaining gaseous part of the cracked gas, which only contains methane and possibly hydrogen, is reheated and evaporated after further heating in indirect heat exchange with process streams to be cooled, preferably fed back to the raw gas compressor and subjected again to the decomposition process. In this way the (^ hydrocarbons, especially ethylene, still contained in this fraction are not lost.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, das Methanolspaltgas vor der Abkühlung und der C_+-Abtrennung einer Reinigung zu unterziehen, wobei insbesondere im Spaltgas enthaltener Dimethyläther und Kohlendioxid abgetrennt werden. Diese Bestandteile würden ansonsten in der Tieftemperatur-Gaszerlegung zu Schwierigkeiten führen. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrensschritts wird vorgeschlagen, daß eine Wäsche beiWhen carrying out the process according to the invention, it is expedient to subject the methanol cracked gas to a purification before cooling and C_ + separation, with the dimethyl ether and carbon dioxide contained in the cracked gas being separated off in particular. Otherwise, these components would lead to difficulties in the low-temperature gas separation process. In an advantageous further development of this process step, it is proposed that a wash at

form. STZi 7.71 form. STZi 7.71

«, «on««,« On «

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einem höheren Druck als die Methanolspaltung durchgeführt wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteile wenn die Methanolspaltung bei niedrigen Drücken, beispielsweise zwischen 1 und 7 bar, durchgeführt wird, da die Wäsche dann bei höherem Druck unter wesentlich günstigeren Voraussetzungen durchgeführt werden kann. Sofern dagegen die Methanolspaltung bei Drücken zwischen 7 und 12 bar durch-, geführt wird, kann die Wäsche auch beim Druck der Spaltung vorgenommen werden.a higher pressure than the methanol cleavage is carried out. This is particularly of advantage if the methanol decomposition at low pressures, for example between 1 and 7 bar is carried out, since the laundry can then be carried out at a higher pressure under substantially more favorable conditions. If, on the other hand, the methanol cleavage is carried out at pressures between 7 and 12 bar, the washing can also be carried out at the pressure of the cleavage.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die nach der Vorkühlung aus dem Spaltgas abgetrennte C_+-Fraktion in eine C3~Fraktion sowie in höher siedende Komponenten zerlegt werden, aus der CU-Fraktion lassen sich beträchtliche Mengen an Propylen als weiteres Verfahrensprodukt gewinnen, während aus der schwereren Fraktion auch noch Butylen als weiteres olefinisches Produkt abgetrennt werden kann. Sofern in der C3-Fraktion mehr Propylen anfällt als erwünscht, kann diese Fraktion entweder vor oder auch nach der Propylen-Äbtrenming einer C3-Disproportionierung unterzogen werden, wobei aus dem Propylen im wesentlichen Äthylen und Butylen gebildet werden.In a further embodiment of the process according to the invention, the C_ + fraction separated from the cracked gas after the precooling can be broken down into a C 3 ~ fraction and into higher-boiling components; considerable amounts of propylene can be obtained from the CU fraction as a further process product, while butylene can also be separated off as a further olefinic product from the heavier fraction. If more propylene is obtained in the C 3 fraction than is desired, this fraction can be subjected to a C 3 disproportionation either before or after the propylene fractionation, with ethylene and butylene being essentially formed from the propylene.

Form. ETa 7.7t Shape. ETa 7.7t

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:Further details of the method according to the invention are provided explained on the basis of the exemplary embodiments shown schematically in the figures. Show it:

Fig. 1 ein Blockschema, das die wesentlichen Verfahrensschritte zur Olefingewinnung durch Methanolspaltung zeigt/ und Fig. 1 is a block diagram showing the main method steps for olefins by cleavage methanol / and

Fig. 2 eine speziell auf die C./C--Trennung ausgerichtete Verfahrensführung.Fig. 2 shows a specially designed for the C./C separation Conduct of proceedings.

Beim Verfahren gemäß Fig. 1 wird über Leitung 1 ein Gemisch aus Methanol und Wasser zum Reaktor 2 geführt und darin katalytisch bei Temperaturen von 4 00 0C und bei einem Druck von 3 bar zu einem Spaltgas umgesetzt. Die Zugabe von Wasser zum Methanol ist zweckmäßig, um im Reaktor eine Verkokung der Katalysatorteilchen zu verhindern oder zumindest zu verzögern. Das Methanolspaltgas wird über Leitung 3 abgezogen, im Verdichter 4 auf einen Zwischendruck komprimiert und anschließend über Leitung 5 einer Reinigungsstufe 6 zugeführt, in der der im Spaltgas enthaltener Dirnethyläther sowie gegebenenfalls vorhandenes Kohlendioxid abgetrennt werden. Das gereinigte Spaltgas gelangt anschließend über Leitung 7 zum Spaltgaskompressor 8 und wird dort auf den Druck der Tieftemperatur-Gaszerlegung, beispielsweise einen Druck zwischen 22 und 30 bar, verdichtet. Das Spaltgas gelangt dann über Leitung 9 in eine Vorkühlung 10, in der es auf eine Temperatur zwischen etwa -3 0 und -50 0C abgekühlt wird, beispielsweise durch einen mehrstufigen Propankreislauf auf Temperaturen von -35 0C. Die während der Vorkühlung kondensierenden (^-Kohlenwasserstoffe und höher siedende Bestandteile werden anschließend in der C-/C,-Trennung 11 abgetrennt und über Leitung 12 abgezogen. 'Die verbleibende C2_-Fraktion wird in den Tieftemperaturteil 13, der bei Tem-In the process according to FIG. 1, a mixture of methanol and water is fed to the reactor 2 via line 1 and is converted therein catalytically at temperatures of 400 ° C. and at a pressure of 3 bar to form a cracked gas. The addition of water to the methanol is useful in order to prevent or at least delay coking of the catalyst particles in the reactor. The methanol cracked gas is withdrawn via line 3, compressed to an intermediate pressure in the compressor 4 and then fed via line 5 to a purification stage 6 in which the methyl ether contained in the cracked gas and any carbon dioxide present are separated off. The purified cracked gas then reaches the cracked gas compressor 8 via line 7 and is there compressed to the pressure of the low-temperature gas decomposition, for example a pressure between 22 and 30 bar. The cracked gas then passes via line 9 into a pre-cooling 10, in which it is cooled to a temperature between about -3 0 and -50 0 C, for example by a multi-stage propane circuit to temperatures of -35 0 C. The condensing during the pre-cooling ( ^ Hydrocarbons and higher-boiling components are then separated off in the C / C separation 11 and drawn off via line 12. The remaining C 2 fraction is transferred to the low-temperature part 13, which is

peraturen unterhalb der Vorkühlung bis zu etwa -120 bistemperatures below the pre-cooling up to about -120 to

Fofm. 5759 7.ΛFofm. 5759 7.Λ

3220993 :3220993:

-150 0C arbeitet, geführt. Im Tieftemperaturteil 13 fällt eine Fraktion von C.- und C~-Kohlenwasserstoffen in flüssiger Form an und wird über Leitung 14 abgezogen. Gasförmig verbleibende Komponenten, die im wesentlichen Methan und Wasserstoff sowie noch geringe Mengen an (^-Kohlenwasserstoffen enthalten, werden über Leitung 15 abgezogen und können, gegebenenfalls getrennt voneinander bei verschiedenen Temperaturniveaus, nach ihrer Erwärmung verschiedenen-Verwendungszwecken zugeführt werden. So kann beispielsweise eine C^-haltige Fraktion zum Spaltgasverdichter zurückgeführt werden, um darin enthaltenes Olefin zu gewinnen.-150 0 C works, led. In the low-temperature part 13, a fraction of C and C ~ hydrocarbons is obtained in liquid form and is drawn off via line 14. Components remaining in gaseous form, which essentially contain methane and hydrogen as well as small amounts of (^ -hydrocarbons, are withdrawn via line 15 and, if necessary separately from one another at different temperature levels, can be fed to various uses after they have been heated ^ -containing fraction are returned to the cracked gas compressor in order to obtain olefin contained therein.

Die über Leitung 14 abgezogene Fraktion wird dem Zerlegungsteil 16 zugeführt, in dem eine Entmethanisierung erfolgt.The fraction withdrawn via line 14 is fed to the decomposition section 16, in which demethanization takes place.

Abgetrenntes Methan wird über Leitung 17 abgezogen und nach Rückerwärmung beispielsweise als Heizgas verwendet. Die verbleibende C2-Fraktion gelangt über Leitung 18 in eine Reinigungsstufe 19, in der gegebenenfalls im Spaltgas enthaltenes Acetylen abgetrennt wird. Anschließend gelangt das Spaltgas über Leitung 20 in die Äthylen-Äthan-Trennung 21, aus der über Leitung 22 Äthylen als Produktstrom und über Leitung 23 Äthan abgeführt wird. Das Äthan wird erwärmt und in einem Äthanspaltofen 24 in Gegenwart von Wasserdampf bei Temperaturen zwischen 760 und 900 0C, beispielsweise bei 830 0C, und unter einem Druck von etwa 7 bar thermisch gespalten. Nach einer Verweilzeit von beispielsweise 0,5 Sek. tritt das heiße Spaltgas über Leitung 25 aus dem beheizten Röhrenreaktor 24 aus und wird sofort in einer Abschreckeinrichtung 26 soweit abgekühlt, daß keine Sekundärreaktionen mehr auftreten. Nach einer weiteren Kühlung und Abtrennung von hoch siedenden Spaltprodukten in 27 wird das verbleibende Spaltgas einer ersten Verdichterstufe 28 zugeführt und auf einen Zwischendruck verdichtet. Da das Äthanspaltgas geringe Mengen an im Tieftemperaturteil störendem Kohlendioxid enthält, wird es einer Reinigungsstufe 29 zuge-The methane which has been separated off is drawn off via line 17 and, after reheating, is used, for example, as heating gas. The remaining C 2 fraction reaches a purification stage 19 via line 18, in which acetylene, if any, contained in the cracked gas is separated off. The cracked gas then passes via line 20 into the ethylene-ethane separation 21, from which ethylene is discharged as a product stream via line 22 and ethane is discharged via line 23. The ethane is heated and thermally cracked in a bar Äthanspaltofen 24 in the presence of steam at temperatures of 760-900 0 C, for example at 830 0 C and under a pressure of about. 7 After a dwell time of, for example, 0.5 seconds, the hot cracked gas emerges from the heated tubular reactor 24 via line 25 and is immediately cooled in a quenching device 26 to such an extent that secondary reactions no longer occur. After further cooling and separation of high-boiling fission products in 27, the remaining fission gas is fed to a first compressor stage 28 and compressed to an intermediate pressure. Since the ethane cleavage gas contains small amounts of carbon dioxide, which interferes with the low-temperature part, it is sent to a purification stage 29.

führt. Das gereinigte Spaltgas wird anschließend mit dem Methanolspaltgas aus Leitung 7 vereinigt und in der schon beschriebenen Weise zerlegt.leads. The purified cracked gas is then combined with the methanol cracked gas from line 7 and in the already disassembled manner described.

Bei der C2/C3-Trennung 11 fällt in Leitung 12 eine C3^Fraktion an, die bei 30 in eine C3-Fraktion sowie in schwerere Kohlenwasserstoffe, die über Leitung 31 abgezogen werden, zerlegt wird. Die C3-Fraktion wird über Leitung 3 2 abgezogen und, gegebenenfalls nach einer selektiven Hydrierung von höher ungesättigten Verbindungen, einer Propylen-Propan-Trennung 33 zugeführt. Während Propylen über Leitung 34 als Verfahrensprodukt abgezogen wird, gelangt das Propan über Leitung 35 in eine thermische Spaltstufe 3 6 und wird dort unter ähnlichen Bedingungen wie das Äthan in der Spaltstufe 24 thermisch umgesetzt. Das Spaltgas gelangt über LeitungIn the C 2 / C 3 separation 11, a C 3 ^ fraction is obtained in line 12, which is broken down at 30 into a C 3 fraction and into heavier hydrocarbons, which are drawn off via line 31. The C 3 fraction is withdrawn via line 3 2 and, optionally after a selective hydrogenation of more unsaturated compounds, fed to a propylene-propane separation 33. While propylene is withdrawn as a process product via line 34, the propane passes via line 35 into a thermal cleavage stage 36 and is thermally converted there under similar conditions as the ethane in the cleavage stage 24. The cracked gas arrives via line

37 in den Abschreckkühler 26 und wird dort gemeinsam mit dem Äthanspaltgas aus Leitung 25 gekühlt und weiterverarbeitet.37 into the quench cooler 26, where it is cooled together with the ethane cracking gas from line 25 and processed further.

In der Fig. 2 ist die Verfahrensführung in Tieftemperaturteil der Spaltgaszerlegung näher dargestellt. Über LeitungIn FIG. 2, the process is carried out in the low-temperature part the cracked gas separation shown in more detail. Via line

38 wird gereinigtes Spaltgas, das neben Methanolspaltgas auch thermisches Spaltgas enthalten kann, dem Kompressor 8 zugeführt und auf den Druck der Gaszerlegung, beispielsweise auf 25 bar, verdichtet. Das Spaltgas gelangt dann über Leitung 9 in die Vorkühlung 10, wo es gegen anzuwärmende Prozessströme sowie ein in der Figur nicht dargestelltes verdampfendes und im Kreislauf geführtes Kältemedium abgekühlt wird. Dabei kondensieren C3- und höher siedende Kohlenwasserstoffe und werden im Abscheider 39 vom Spaltgas abgetrennt und über Leitung 4 0 abgezogen. Die gasförmig verbleibenden Komponenten werden über Leitung 41 einem Wärmetauscher 4 2 zugeführt und gegen kalte Verfahrensströme sowie gegen bei erhöhtem Druck verdampfendes Äthylen in einem Kältekreislauf auf eine Temperatur von etwa -60 0C abgekühlt.38 purified cracked gas, which can also contain thermal cracked gas in addition to methanol cracked gas, is fed to the compressor 8 and compressed to the pressure of the gas separation, for example to 25 bar. The cracked gas then reaches the pre-cooling 10 via line 9, where it is cooled against process streams to be heated and an evaporating refrigerant which is not shown in the figure and which is circulated. In the process, C 3 and higher boiling hydrocarbons condense and are separated from the cracked gas in the separator 39 and drawn off via line 40. The gaseous remaining components are fed via line 41 to a heat exchanger 4 2 and cooled against cold process streams as well as against evaporating ethylene at elevated pressure in a refrigeration cycle to a temperature of about -60 0 C.

Dabei kondensierende Bestandteile werden im Abscheider 43Components that condense in the process are removed in the separator 43

Form. STa 7.71Shape. STa 7.71

k * Ί *k * Ί *

- 13 -- 13 -

abgetrennt und über Leitung AA und Ventil 45 in den unteren Bereich der C. /C--Trennsäule 46 eingespeist.separated and fed via line AA and valve 45 into the lower region of the C. / C separation column 46.

Die im Abscheider 43 gasförmig verbliebenen Komponenten gelangen über Leitung 47 in einen weiteren Wärmetauscher 48 und werden gegen kalte Verfahrensströme sowie bei mittlerem Druck verdampfendem Äthylen in einem Kältekreislauf weiter bis auf etwa -80 0C abgekühlt. Die dabei kondensierenden Komponenten werden im Abscheider 49 abgetrennt und über Leitung 50 und Ventil 51 ebenfalls in die C./C2-Trennsäule 46 . eingespeist. Wegen des größeren Gehalts an tiefer siedenden Bestandteilen wird die Fraktion an einer Stelle in die C1/ (!--Trennsäule eingeführt, die oberhalb der vorgenannten Einspeisestelle liegt.The remaining gaseous components in separator 43 pass via line 47 into a further heat exchanger 48 and evaporating ethylene are cooled in a refrigeration cycle further to about -80 0 C against cold process streams and at medium pressure. The components condensing in the process are separated off in the separator 49 and also into the C./C 2 separation column 46 via line 50 and valve 51. fed in. Because of the greater content of lower-boiling components, the fraction is introduced into the C 1 / (! Separation column at a point above the aforementioned feed point.

Die Gasphase im Abscheider 49 besteht im wesentlichen aus tiefer als C2-Kohlenwasserstoffe siedenden Komponenten, insbesondere also aus Methan und Wasserstoff, und weist noch einen geringen Gehalt an (^-Kohlenwasserstoffen aus. DiesesThe gas phase in the separator 49 consists essentially of components boiling lower than C 2 hydrocarbons, in particular methane and hydrogen, and still has a low content of (^ hydrocarbons

SO Gas wird über Leitung 52 abgezogen und im Wärmetauscher 53 gegen drucklos verdampfendes Äthylen in einem Kältekreislauf sowie gegen kalte Verfahrensströme bis auf eine Temperatur von etwa -95 0C abgekühlt. Dabei fällt ein methanreiches Kondensat an, das auch die in der Leitung 52 noch enthaltenen C_-Kohlenwasserstoffe enthält. Dieses Kondensat wird im Abscheider 54 abgetrennt, über Leitung 55 abgezogen, im Wärmetauscher 56 unterkühlt und dann im Ventil 57 unter Abkühlung entspannt. Die dadurch gewonnene Kälte wird an die im Abscheider 54 gasförmig verbliebene Fraktion abgegeben, die über Leitung 58 abgezogen und zunächst im Wärmetauscher 56 gegen kalte Verfahrensströme gekühlt wurde, bevor sie im Wärmetauscher 59 gegen das entspannte verdampfende Kondensat weiter abgekühlt und einem Abscheider 60 zugeführt wird. Das im Wärmetauscher 59 verdampfende Kondensat wird nach Anwärmung in den Wärmetauschern 56, 53, 48, 42 und 10 zumSO gas is withdrawn via line 52 and cooled in heat exchanger 53 against depressurized evaporating ethylene in a refrigeration cycle as well as against cold process streams to a temperature of about -95 0 C. This results in a methane-rich condensate which also contains the C_ hydrocarbons still contained in line 52. This condensate is separated off in the separator 54, drawn off via line 55, subcooled in the heat exchanger 56 and then depressurized in the valve 57 while cooling. The cold thus obtained is transferred to the fraction remaining in gaseous form in separator 54, which was withdrawn via line 58 and initially cooled in heat exchanger 56 against cold process streams before it is further cooled in heat exchanger 59 against the relaxed evaporating condensate and fed to a separator 60. The condensate evaporating in the heat exchanger 59 is after heating in the heat exchangers 56, 53, 48, 42 and 10 to

tonn. S72S 7.7S ton. S72S 7.7S

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abgezogen und nach Erwärmung in den Wärmetauschern 53, 48, 4 2 und 10 als Heizgas abgegeben. Da der geringe Methangehalt eines Methanolspaltgases in den Abscheidern 54 und 60 nur zur geringen Kcndensatmengen führt, die einerseits im δ Wärmetauscher 59 keine ausreichende Kühlwirkung sowie andererseits keine genügende Rück lauf menge für die C./C ,>-Trennsäule im Abscheider 60 ergeben, wird ein Teil des Kopfprodukts der Trennsäule 46 nach Anwärmung abgezweigt und über Leitung 70 in das Rohgas zurückgeführt. Die Rückführung dieser Fraktion erfolgt zweckmäßigerweise zwischen zwei Verdichtungsstufen des Kompressors 8 beim Druckniveau der Trennsäule 46, also beispielsweise bei Drücken um 10 bar. Das über Leitung 70 zurückgeführte Methan wird bei der Abkühlung in den Wärmetauschern 10, 42 und 48 weitgehend in der Gasphase verbleiben und erhöht damit den Methananteil ii der Tiefkühlung, so daß durch diese Maßnahme in den Abscheidern 54 und 60 ausreichende Kondensatmengen anfallen.withdrawn and after heating in the heat exchangers 53, 48, 4 2 and 10 released as heating gas. Because the low methane content of a methanol cracked gas in the separators 54 and 60 only leads to small quantities of condensate which, on the one hand, are in the δ heat exchanger 59 inadequate cooling effect and, on the other hand, inadequate return flow for the C./C,> separation column result in the separator 60, part of the top product the separation column 46 is branched off after heating and returned to the raw gas via line 70. The repatriation this fraction is expediently carried out between two compression stages of the compressor 8 at the pressure level of the separation column 46, for example at pressures around 10 bar. The methane returned via line 70 is largely converted into the heat exchangers 10, 42 and 48 during the cooling process remain in the gas phase and thus increase the methane fraction ii of the deep freezing, so that this measure in the separators 54 and 60 there are sufficient amounts of condensate.

form. S7» 7.71form. S7 »7.71

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Spaltgas in Leitung 38 zurückgeführt. Durch die Rückführung dieses Stromes in das Zerlegungsverfahren werden auch die im Kondensat des Abscheiders 54 noch enthaltenen C2-Kohlenwasserstoffe genutzt, wodurch sich die Ausbeute an wertvol-Cracked gas returned in line 38. By returning this stream to the decomposition process, the C 2 hydrocarbons still contained in the condensate of the separator 54 are also used, which increases the yield of valuable

S len Komponenten erhöht.S len components increased.

Im Abscheider 60 fällt bei Temperaturen zwischen etwa -120 und -150 0C, beispielsweise bei -130 0C, ein Kondensat an, das im wesentlichen aus Methan besteht. Der nicht kondensierte Anteil des Spaltgases enthält nur noch Wasserstoff und Methan. Er wird über Leitung 61 abgezogen und kann nach Abgabe seines Kälteinhalts in den Wärmetauschern 56, 53, 48, 42 und 10 beispielsweise als Heizgas ab gegeben werden. Das kondensierte Methan wird über Leitung 62 abgezogen und über Ventil 63 auf den Kopf der C./C2-Trennsäule als Rücklaufflüssigkeit aufgegeben. Die Verwendung einer reinen und tiefkalten Methanfraktion als Rücklauf für die C./C2-Trennsäule gewährleistet, daß am Kopf der Trennsäule 46 über Leitung 64 eine Methanfraktion abgezogen wird, die nahezu keine (^--Kohlenwasserstoffe mehr enthält. Im Sumpf der Trennsäule 46 fällt eine reine C2~Fraktion an, die über Leitung 65 und Ventil 66 in eine Äthylen-Äthan-Trennsäule 67 eingespeist wird. Sofern die C2~Fraktion aus dem Sumpf der Trennsäule 46 noch Spuren von Acetylen enthält, wird zwischen die beiden Trennsäulen eine Einrichtung zur Abtrennung des Acetylene geschaltet. In der Trennsäule 67 wird Äthylen als Kopfprodukt gewonnen und über Leitung 68 abgezogen. Diese Fraktion wird nach Erwärmung gegen abzukühlende Verfahrensströme als Produkt abgegeben. Am Sumpf der Trennsäule 67 fällt eine reine Äthanfraktion an, die über Leitung 69 abgezogen und nach Erwärmung beispielsweise gemäß der in Fig. 1 dargestellten Verfahrensführung thermisch gespalten wird.In the separator 60 a condensate falls at temperatures between about -120 and -150 0 C, for example at -130 0 C, at which consists essentially of methane. The uncondensed portion of the cracked gas only contains hydrogen and methane. It is withdrawn via line 61 and, after releasing its cold content in the heat exchangers 56, 53, 48, 42 and 10, can be given off as heating gas, for example. The condensed methane is drawn off via line 62 and applied via valve 63 to the top of the C./C2 separation column as reflux liquid. The use of a pure and cryogenic methane fraction as return for the C./C 2 separation column ensures that a methane fraction is drawn off at the top of the separation column 46 via line 64 which contains almost no (^ - hydrocarbons. In the bottom of the separation column 46 a pure C 2 fraction is obtained, which is fed via line 65 and valve 66 into an ethylene-ethane separating column 67. If the C 2 fraction from the bottom of the separating column 46 still contains traces of acetylene, between the two separating columns A device for separating off the acetylene is connected. In the separation column 67, ethylene is obtained as the top product and drawn off via line 68. This fraction is released as product after being heated against process streams to be cooled is withdrawn and thermally cleaved after heating, for example according to the procedure shown in FIG.

Das Kopfprodukt der C1/(^-Trennsäule 46 wird über LeitungThe top product of the C 1 / (^ - separation column 46 is via line

Form. ITSt 7.7»Shape. ITSt 7.7 »

Claims (8)

PatentansprücheClaims IS 1 .j Verfahren zur Herstellung von niedermolekularen Olefinen, \_y dadurch gekennzeichnet, daß man Methanol katalytisch spaltet, das erhaltene Spaltgas gegebenenfalls verdichtet, abkühlt und nach Abtrennung einer C3+-Fraktion einer Tieftemperatur-Gas zerlegung zuführt, die eine Cj/C^-Trennsäule sowie eine dem Sumpf der C./C---Trennsäule nachgeschaltete Xthylen-Äthan-Trennsäule, aus der Äthylen als Produkt abgezogen wird, enthält, wobei am Kopf der C./C--Trennsäule eine weitgehend C2~freie Methanfraktion abgezogen und die C./C2-Trennsäule am Kopf bei Temperaturen unter -95 0C gekühlt wird und wobei ferner ein Teil des vom Kopf der C./C2~Trennsäule abgezogenen Methans zurückgeführt wird.IS 1 .j A process for the production of low molecular weight olefins, \ _y characterized in that methanol is catalytically cleaved, the cracked gas obtained is optionally compressed, cooled and, after a C 3+ fraction has been separated off, is fed to a low-temperature gas decomposition which has a Cj / C ^ Separation column as well as an ethylene-ethane separation column downstream of the bottom of the C./C separation column, from which ethylene is withdrawn as a product, with a largely C 2 free at the top of the C./C separation column methane fraction is withdrawn and the C./C is cooled -Trennsäule 2 at the head at temperatures below -95 0 C and further wherein a portion of the 2 ~ separation column drawn from the head of C./C methane is recycled. 2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf der C. /C--Trennsäule mit flüssigem Methan, das bei Temperaturen unter -95 0C aus dem Spaltgas abgetrennt wurde, gekühlt wird.2. The method according to claim!, Characterized in that the top of the C. / C - separation column with liquid methane, which was separated from the cracked gas at temperatures below -95 0 C, is cooled. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückzuführende Anteil des vom Kopf der C./C2-Trennsäule abgezogenen Methans ins Spaltgas zurückgeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the portion to be returned of the methane withdrawn from the top of the C./C 2 separation column is returned to the cracked gas. Form. 5723 7.73Shape. 5723 7.73 copycopy 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltgas nach der C3+-Abtrennung einer mehrstufigen partiellen Kondensation unterzogen wird, daß die bei Temperaturen bis etwa -80 0C anfallenden Kondensate in die C./C2-Trennsäule geführt werden, daß das nach weiterer Abkühlung auf Temperaturen unter etwa -9 5 0C anfallende Kondensat vom verbleibenden methanreichen Gas abgetrennt und nach Entspannung zur Kühlung und partiellen Kondensation des verbleibenden Gases verwendet wird, wobei das derart gebildete Kondensat zur Kühlung des Kopfes der C./C2-Trennsäule verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3 / characterized in that the cracked gas after the C 3+ separation is subjected to a multi-stage partial condensation that the condensates occurring at temperatures up to about -80 0 C in the C./C 2 Separation column that the condensate obtained after further cooling to temperatures below about -9 5 0 C is separated from the remaining methane-rich gas and, after expansion, is used for cooling and partial condensation of the remaining gas, the condensate thus formed for cooling the top of the C./C 2 separation column is used. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltgas vor der C, -Abtrennung einer Wäsche zur Entfernung von Dimethyläther und von Kohlendioxid unterzogen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the cracked gas before the C, separation of a wash to remove dimethyl ether and carbon dioxide is subjected. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wäsche bei höherem Druck als die Methanolspaltung durchgeführt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the washing is carried out at a higher pressure than the methanol cleavage . 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Spaltgas abgetrennte C3+-Fraktion einer C3 /C.-Trennung und die dabei gewonnene C3-Fraktion einer Disproportionierung unterzogen wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the separated from the cracked gas C 3+ fraction of a C 3 / C. Separation and the resulting C 3 fraction is subjected to a disproportionation. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Methanolspaltung bei einem Druck zwischen 1 und 30 bar, insbesondere zwischen 7 und 12 bar durchgeführt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the methanol cleavage is carried out at a pressure between 1 and 30 bar, in particular between 7 and 12 bar.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014064172A3 (en) * 2012-10-24 2015-11-26 Total Research & Technology Feluy Process for recovery light molecules from olefinic feedstream

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