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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft chemische Trennverfahren und insbesondere ein
verbessertes Verfahren zur Trennung aromatischer Verbindungen aus
Gemischen von aromatischen und nichtaromatischen Verbindungen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Aromatische
Mineralölerzeugnisse,
wie Benzol, Toluol und Xylole (zusammengefasst als "BTX" bezeichnet), dienen
als wichtige Bausteine für
viele Kunststoffe, Schaumstoffe und Fasern. Üblicherweise werden diese grundlegenden
Verbindungen über
die katalytische Reformation von Naphtha oder durch Dampfcracken
von Naphtha oder Gasölen
erzeugt, wobei Ströme
erzeugt werden, wie Reformat und Pyrolyse-Benzin. BTX, welches von
solchen herkömmlichen
Verfahren hergeleitet ist, umfasst wesentliche Mengen nichtaromatischer
Verbindungen mit ähnlichen
Siedepunkten, wobei die einfache Destillation als Maßnahme zur
Trennung der Aromaten von den Nicht-Aromaten ausgeschlossen ist.
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Folglich
wurde eine Anzahl von Extraktionstechniken entwickelt und versucht,
die aromatischen von den nichtaromatischen Verbindungen zu trennen.
Bspw. offenbart das US-Patent 3 862 254 ein Verfahren zur Trennung
und Gewinnung von Benzol, Toluol und C8-aromatischen
Kohlenwasserstoffen aus einer aromatischen kohlenwasserstoffreichen
Beschickung. Zudem offenbart 3 723 256 ein Verfahren zur Gewinnung
aromatischer Kohlenwasserstoffe aus einem Kohlenwasserstoffgemisch,
das aromatische und nichtaromatische Kohlenwasserstoffe enthält, wie
u. a. Benzol und C8-Aromaten. Diese Extraktionstechniken
des Standes der Technik beinhalten gewöhnlich die Verwendung von Lösungsmitteln,
die eine größere Affinität für aromatische Verbindungen
aufweisen, wobei die aromatischen Verbindungen aus dem Gemisch von
aromatischen und nicht-aromatischen Verbindungen selektiv extrahiert
werden. Ein Beispiel für
weitere Extraktionstechniken des Standes der Technik ist das Sulfolan-Verfahren,
das von der Shell Oil Company entwickelt wurde. Das Sulfolan-Verfahren
verwendet Tetrahydrothiophen-1,1-dioxid (oder Sulfolan) als Lösungsmittel
und Wasser als Co-Lösungsmittel.
Das Verfahren verwendet eine Kombination aus Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktion
und Extraktivstrippen in einem einzigen einstufigen Design.
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Trotz
seines weitverbreiteten Gebrauchs leidet das Sulfolan-Verfahren
an verschiedenen Nachteilen, die von seiner Bauart auferlegt werden.
Ein solches Verfahren ist bspw. in seiner verfügbaren Produktionskapazität eingeschränkt. Dies beruht
auf der Tatsache, dass zur Durchführung einer Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktion
eine Phasentrennung zwischen dem Lösungsmittel bzw. dem Extrakt
und dem Raffinat stattfinden muss. Der maximale Aromatengehalt der
Beschickung ist auf etwa 80 bis 90% eingeschränkt.
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Zudem
ist bei herkömmlichem
Sulfolan-Verfahrensmodellen der Bereich der auswählbaren Beschickungen eingeschränkt. Dies
beruht auf der Tatsache, dass die gängigen Sulfolan-Extraktionseinheiten
konstruiert wurden, als die Beschickung mutmaßlich eine Gesamt-Aromatenkonzentration
von etwa 30 bis 60% aufwies. Mit Verbesserungen bei den neuen Katalysatoren
und der Entwicklung einer kontinuierlichen katalytischen Regeneration
("CCR") ist der Aromatengehalt
von Reformierungsströmen
signifikant höher
und übersteigt
den Punkt, an dem die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Phasentrennung
und somit eine einfache Extraktion erfolgen kann. Ein Versuch zur
Lösung
dieses Konflikts ist das künstliche
Rezyklieren von nicht-aromatischem Material oder Raffinatmaterial
zur Senkung der Gesamt-Aromatenkonzentration
und somit zur Förderung
der Phasentrennung. Alternativ kann eine Co-Lösungsmittel-Zusammensetzung
erhöht
werden und somit versucht werden, die Selektivität des Lösungsmittel-Systems zu steigern.
Beide Versuche zur Anpassung der jüngsten Entwicklungen bei Katalysatoren
und katalytischen Systemen mit Bauarten des Standes der Technik senken
signifikant die Betriebseffizienz und Einheitskapazität des Verfahrens.
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Ein
weiterer Nachteil des Sulfolan-Verfahrens des Standes der Technik
ist die Konzentrationswirkung von ungewünschten Bestandteilen im Rückflussstrom.
Extraktions-Lösungsmittel
haben eine Gruppenselektivität,
die die Extraktion von Aromaten > Naphthenen/Olefinen > Paraffinen begünstigt,
und eine Selektivität zwischen
Leicht und Schwer, die Bestandteile mit weniger Kohlenstoffatomen
begünstigt.
Folglich wurde der Aufbau des Sulfolan-Verfahrens auf der Basis
der Theorie postuliert, dass ein Extraktivstrippbetrieb leichtere nichtaromatische
Verbindungen leicht entfernen kann, die dann als Rückfluss
zum Hauptextraktor fließen
und schwerere Aromaten verdrängen.
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In
der Praxis erzeugt der Aufbau mindestens zwei ungewünschte Effekte:
(1) Schwierigkeiten beim Wiedereinbringen schwererer Aromaten in
den extrahierten Strom; und (2) Entstehung leichter Verunreinigen im
Extraktivstripper- und Rückflusssystem.
Der erstere ungewünschte
Effekt, der mit solchen Aufbauten des Standes der Technik einhergeht,
ist, dass diese Aufbauten die schwersten Spezies aromatischer Verbindungen
in dem eingesetzten Gemisch nicht vollständig entfernen und gewinnen
können.
Ein Betrieb mit dem Aufbau des Standes der Technik und der Verarbeitung
einer Beschickung im BTX-Bereich kann eine nahezu vollständige Benzol-Gewinnung
ergeben, wohingegen nach oben 15% oder mehr Xylole in der Beschickung
aufgrund der niedrigeren Affinität
des Lösungsmittels
für Xylole,
verglichen mit Benzol, in das Raffinat verloren werden. Aufgrund
dieser Ergebnisse müssen
bei einem Versuch, die in der Beschickung vorhandenen Xylole vollständiger zu
gewinnen, zusätzliche
Wiedergewinnungsschemata eingesetzt werden.
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Der
letztere ungewünschte
Effekt beruht in signifikanten Anstiegen der Konzentration der Bestandteile mit
weniger Kohlenstoffatomen (bspw. C5- und C6-Naphthene und Olefine) innerhalb des
Rückflussstroms, was
zur Produktverunreinigung der aromatischen Verbindungen mit den
wenigsten Kohlenstoffatomen führen kann.
Versuche, dieses Problem zu bewältigen,
umfassen gesteigerte Anstrengungen des Nutzers, diese ungewünschten
Bestandteile in den Rückflussstrom
abzustrippen, und/oder einen Schleppstrom von oberhalb des aromatischen
Produktfraktionators in den Extraktionsbereich einzusetzen. Beide
Versuche führen
zu einem erhöhten
Energieverbrauch durch das System und eine reduzierte Kapazität des Systems.
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Somit
besteht ein Bedarf an einem Gewinnungsverfahren zur Verbesserung
von Aromatengewinnungsverfahren des Standes der Technik und zur
Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zur Gewinnung aromatischer Verbindungen aus einem eingesetzten
Kohlenwasserstoffgemisch bereitgestellt, das aromatische Verbindungen
und nichtaromatische Verbindungen enthält, umfassend:
Bereitstellen
des Einsatzes mit dem Kohlenwasserstoffgemisch direkt an einer Destillationstrennsäule,
Bereitstellen
eines kondensierten Überkopfstromes
aus der Destillationstrennsäule
an einem Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor;
Bereitstellen
eines Bodenstroms aus dem Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor
an mindestens einer Stelle auf einer Strecke der Destillationstrennsäule unterhalb
des Beschickungspunktes für
den Einsatz mit dem Kohlenwasserstoffgemisch; und
Gewinnen
aromatischer Verbindungen aus dem eingesetzten Kohlenwasserstoffgemisch
aus einem Bodenstrom der Destillationstrennsäule, ohne dass diese mit Wasser
gewaschen werden. Bei einem Aspekt beinhaltet das verbesserte erfindungsgemäße Trennverfahren
einen Destillationstrennbetrieb als primären Trennschritt zur Gewinnung
aromatischer Verbindungen. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform wird vorzugsweise
mit Einsätzen
verwendet, die BTX-Fraktionen enthalten, aber man beachte, dass
sie ebenfalls mit Beschickungsfraktionen verwendet werden kann,
die 5 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten.
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Es
wurde entdeckt, dass das Sulfolan-Verfahren und das dazu gehörige System
in erster Linie an ihrem Aufbau und der Durchführung in Bezug auf 3 Hauptgebiete
litten: (1) den Haupt-Extraktor; (2) den Extraktivstripper; und
(3) den Extrakt-Gewinnungsbetrieb. Andere Aspekte des Verfahrens
des Standes der Technik wurden zwar allmählich verbessert, jedoch werden
die hier beschriebenen Haupt-Verbesserungen
in diesen drei Hauptgebieten verwirklicht.
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Bei
einem Trennverfahren wird ein System aus Hybridextraktion und Extraktivdestillation
eingesetzt. Ein Teil des eingesetzten Kohlenwasserstoffgemischs
wird zu einer neuen gesonderten Destillationstrennsäule ("EDC") geleitet, die parallel
zum Hauptextraktor Extraktivstripper- und Waschvorgänge mit
Wasser des Verfahrens durchführt.
Die Verwendung einer EDC ermöglicht
die Gewinnung und die Reinigung aromatischer Verbindungen in einem
einzelnen Vorgang. Die wahlfreie Verwendung eines Co-Lösungsmittels
verbessert die Gewinnungskapazität
dieses Aromatengewinnungsverfahrens.
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Bei
einem zweiten Aromatengewinnungsverfahren stammt der Kohlenwasserstoff-Einsatz
aus einer Herzschnitt-Fraktionierungssäule ("HFC"),
wie eine Reformat-Verteilersäule.
Weitere Vorteile des Verfahrens werden durch Auftrennen der eingesetzten
Fraktionen zu den Extraktions- und Trenndestillations-Vorgängen verwirklicht.
Die Verwendung eines Co-Lösungsmittels
kann mit diesem Trennverfahren in die Praxis umgesetzt werden, damit
die Gewinnung des der aromatischen Verbindungen aus der Beschickung
weiter verbessert wird.
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Bei
einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen Trennverfahrens wird
eine Seitenfraktion des Einsatzes, die eine schwerere Fraktion enthält, aus
der Vorfraktioniersäule
entnommen und in der EDC verarbeitet. Der Überkopfanteil wird in den herkömmlichen
Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktionsanteil
des Systems geleitet. Der Hauptnachteil dieser Abwandlung des Verfahrens
ist eine vollständigere
Gewinnung der schwereren aromatischen Verbindungen, wobei maximale
Beschränkungen
der Aromaten, die mit den anderen Aufbauten des Standes der Technik
einhergehen und die weiter oben beschrieben sind, vermieden werden.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen verbesserten
Aromatentrennverfahrens wird die Kohlenwasserstoff-Beschickung zur
Verarbeitung direkt zur EDC geleitet. Das Überkopfmaterial wird anschließend kondensiert
und zum Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor
geleitet, der in dieser Ausführungsform
als Raffinatextraktor arbeitet. Praktische Bedeutung hat die Tatsache,
dass diese Ausführungsform
einen modifizierten Extraktivstripperturm als EDC verwendet.
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Das
verbesserte Aromatentrennverfahren kann durch Nachrüsten eines
gängigen
Extraktionssystems auf Sulfolan-Basis hergeleitet werden. Das Nachrüsten erfolgt
durch Umstellen der ursprünglichen
Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktionssäule auf
einen Wasserdampf-Flüssigkeits-Betrieb
und Verwenden als Oberteil einer EDC. Die Extraktivstrippersäule des
Systems des Standes der Technik wird als unterer Teil der EDC verwendet.
Andere Elemente des Standes der Technik (bspw. Wasser-Wasch-Säule) können weggelassen
werden. Wichtig ist, dass die hydrodynamische Kapazität des umgearbeiteten
Systems größer ist
als die ursprüngliche
Kapazität
des ursprünglichen
Systems.
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Ein
Extraktionssystem auf Glycolbasis nach herkömmlicher Bauart kann ebenfalls
umgerüstet
werden, so dass das verbesserte Aromatengewinnungssystems eingesetzt
wird. Zur Durchführung
dieses Umbaus wird eine frische Kohlenwasserstoff-Beschickung in
den EDC-Turm (und nicht in die Haupt-Flüssigkeits-Flüssigkeits-Trennsäule) zusammen
mit dünnem
Lösungsmittel
eingeleitet. Der Überkopfstrom
aus der EDC enthält
die nichtaromatische Verbindung und kann den herkömmlichen
Wasserwaschschritt überbrücken. Die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Trennsäule wird
auf einen Flüssigkeits-Dampf-Destillationsbetrieb
umgestellt. Die Bodenströme
aus der EDC werden zu dem Flüssigkeits-Dampf-Destillationsbetrieb
geleitet und weiter verarbeitet. Das Überkopf-Extraktprodukt wird
direkt zu Produktbehältern
geleitet, ohne dass dieses zusätzlich
mit Wasser gewaschen werden muss.
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Eine
Verbesserung des Destillationstrennverfahrens wird erhalten durch
Umwandeln der ursprünglichen
Gefäße, die
in dem Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktionssystem
verwendet werden, in einen Raffinatextraktor, eine neue EDC, einen
Raffinat-Wasserwaschbetrieb und einen Extraktgewinnungsbetrieb.
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Die
primären
Vorteile, die von den vorstehend identifizierten Ausführungsformen
des verbesserten Aromaten-Gewinnungsverfahrens und des Verfahrens
zum Nachrüsten
der bestehenden Ausrüstung
für selbige,
und deren Variationen, ausgehen, können folgendermaßen zusammengefasst
werden:
- – Die
Ausführungsformen
und Abwandlungen davon nutzen entweder einen selbstständigen Destillationstrennbetrieb
oder eine Hybrid-Kombination, wie u. a. eine Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktion,
so dass Verfahrens-Ausbeuten bereitgestellt werden, wie Kapazität und Gewinnung;
- – Sämtliche
hier beschriebenen Ausführungsformen
und Abwandlungen davon arbeiten ohne einen Aromaten(Schlepp)-Strom
oder eine Raffinat-Rezyklierung;
- – Die
hier beschriebenen Ausführungsformen
und Abwandlungen davon nutzen jeweils einen Destillationstrennbetrieb
mit sehr effizienten Lösungsmitteln
und selektiver Addition und/oder Kontrolle des Verhältnisses
der Co-Lösungsmittel,
wenn vorhanden, in dem Verfahren;
- – Viele
der hier beschriebenen Ausführungsform
und Abwandlungen davon trennen die Beschickungs- und Zwischenproduktströme auf,
so dass ein Vorteil gegenüber
Einschränkungen
der bestehenden Ausrüstung und
eine Verbesserung der Einheitseffizienz erzielt wird;
- – Viele
der hier beschriebenen Ausführungsformen
und Variationen davon ermöglichen,
dass der Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktorbetrieb überbrückt werden
kann, ohne dass das System zur Anpassung der Wartungsarbeit abgeschaltet
werden muss;
- – Viele
der hier beschriebenen Ausführungsformen
und Abwandlungen davon können
bei einer relativ kurzen Unterbrechung des Systems durchgeführt werden,
so dass Verfahrens-Anschlüsse
und andere Nachrüst-Vorgänge durchgeführt werden
können.
- – Sämtliche
der hier beschriebenen Nachrüst-Ausführungsformen
und Abwandlungen davon verwirklichen einen 20 bis 100%igen Anstieg
der Kapazität
verglichen mit der ursprünglichen
Konfiguration mit minimaler Rekonfiguration;
- – Viele
der hier beschriebenen Ausführungsformen
und Abwandlungen davon trennen die Verfahrensströme auf und leiten sie zu dem
am stärksten
bevorzugten Verfahrensbetrieb, so dass eine größere Gewinnung von leichten
und schweren aromatischen Verbindungen bereitgestellt wird;
- – Sämtliche
der hier beschriebenen Ausführungsformen
und Abwandlungen davon optimieren die Bedingungen für die Gewinnung,
so dass die damit einher gehenden Betriebskosten verglichen mit
herkömmlichen
System-Designs gesenkt werden;
- – Sämtliche
der hier beschriebenen Ausführungsformen
und Abwandlungen davon nutzen den Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktorbetrieb
stärker
aus, und brauchen somit verglichen mit Verfahrens-Designs des Standes
der Technik weniger Lösungsmittel-Ausrüstung; und
- – Sämtliche
der hier beschriebenen Ausführungsformen
und Abwandlungen davon halten leichter hohe Reinheitsgrade der extrahierten
Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt aufrecht, und zwar aufgrund
der Vermeidung der Rezyklierung und der damit einher gehenden ungewünschten
Anreicherung von leichten Verunreinigungen aus dem Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktorbetrieb.
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Aus
dem Vorhergehenden geht hervor, dass eine Aufgabe der Erfindung
die Bereitstellung eines verbesserten Aromatengewinnungsverfahrens
ist, das signifikant die Gewinnung von Aromaten daraus steigern kann,
und zugleich die Nachteile umgeht, die Verfahren und Aufbauten des
Standes der Technik anhaften. Die Art und Weise, mit der diese und
andere Aufgaben der Erfindung erzielt werden, lässt sich anhand der folgenden
eingehenden Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
ersehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Das
erfindungsgemäße verbesserte
Trennverfahren lässt
sich anhand der folgenden eingehenden Beschreibung zusammen mit
den beigefügten
Zeichnungen besser verstehen. Es zeigt/zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
eines Sulfolan-Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktions-Gewinnungssystems
des Standes der Technik;
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2 eine schematische Darstellung
eines Gewinnungsverfahrens, das einen Hybrid-Aufbau aus Extraktion
und Trenndestillation verwendet;
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3 eine schematische Darstellung
eines zweiten Gewinnungsverfahrens, das einen Vorfraktionierer und
die Auftrennung der Beschickungsfraktionen nutzt;
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4 eine schematische Darstellung
einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen zweiten Verfahrens,
das eine schwere Beschickung zu einer Destillationstrennsäule nutzt;
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5 eine schematische Darstellung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen verbesserten Gewinnungsverfahrens,
das einen Hybrid-Aufbau mit einem Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor
nutzt, der als Raffinatextraktor arbeitet;
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6 eine schematische Darstellung
eines Extraktionssystems auf Sulfolanbasis, das so nachgerüstet ist,
dass eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen verbesserten
Gewinnungsverfahrens läuft;
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7A und 7B schematische Darstellungen eines Extraktionssystems
auf Glycolbasis des Standes der Technik bzw. eine Nachrüstung derselben,
die ein verbessertes Gewinnungsverfahren betreibt;
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8 eine schematische Darstellung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen verbesserten Gewinnungsverfahrens,
das eine Hybrid- Konfiguration
verwendet, so dass die Kapazität
der Extraktionseinheit nahezu verdoppelt wird; und
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9 eine schematische Darstellung
eines UDEX-Gewinnungssystems des Standes der Technik, das so nachgerüstet ist,
dass ein verbessertes Gewinnungsverfahren läuft.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zusammenfassung des Verfahrens
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Die
Erfindung betrifft die Entwicklung eines verbesserten Aromatengewinnungsverfahrens.
Verglichen mit den zur Zeit verwendeten Verfahren und Systemen (bspw.
Sulfolan-Verfahren, UDEX-Verfahren, usw.) stellt die vorliegende
Erfindung ein Verfahren bereit, das läuft, ohne dass es einen Aromaten-Rezyklier(Schlepp-)strom
oder eine Raffinat-Rezyklierung benötigt und das hocheffiziente
bessere Lösungsmittel-Systeme
verwendet, was zu einer insgesamt gesteigerten Einheitseffizienz
und Kapazität
führt.
Es ist wichtig, dass die Erfindung leicht bei Systemen des Standes
der Technik eingesetzt werden kann, und zwar mit minimalen Nachrüstvorgängen und
damit einhergehender Abschaltzeit.
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Beschreibung
des Verfahrens
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Der
Erfolg des verbesserten Aromaten-Gewinnungsverfahrens beruht auf
der Entwicklung von Verbesserungen verschiedener Aspekte herkömmlicher
Gewinnungsverfahren (bspw. Sulfolan-Verfahren, UDEX-Verfahren, usw.).
Insbesondere läuft
das verbesserte Aromaten-Gewinnungsverfahren entweder mit einem
selbstständigen
Destillationstrennbetrieb oder einer Hybrid-Kombination aus Destillationstrennung
und Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor,
so sich dass Verfahrensvorteile ergeben.
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Ein
Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktions-Gewinnungssystem
des Standes der Technik ist in 1 gezeigt.
Diese Systeme des Standes der Technik bestehen gewöhnlich aus
einem Hauptextraktor 10, einem Extraktivstripper 20,
einem Extrakt-Gewinnungsbetrieb 30 und
einem Wasserwaschsystem 40. Das verbesserte Aromaten-Gewinnungsverfahren
und Verfahren zum Umrüsten
der gängigen
Ausrüstung
der Erfindung wurde entwickelt, indem diese Hauptkomponenten des
Systems analysiert und verbessert wurden. Es wurde bspw. entdeckt,
dass es in dem Extrakt-Gewinnungsbetrieb 30 dieser Systeme
des Standes der Technik gewöhnlich eine
erhebliche hervorragende hydrodynamische Kapazität gibt. Zur Bestimmung der
Wege, bei dem das System des Standes der Technik so verändert werden
kann, dass die Kapazität
und Effizienz verbessert wird, konzentrierten sich die Erfinder
auf drei dieser vier primären
Bestandteile: den Hauptextraktor 10, den Extraktivstripper 20 und
das Wasserwaschsystem 40. Man beachte, dass der Extraktgewinnungsbetrieb 30 des
Systems gewöhnlich
zwar kein limitierender Aspekt ist, seine Kapazität jedoch
leicht durch Modifikation eines Teils oder aller inneren Komponenten
auf eine Niederdruckabfall-Vorrichtungskombination ausgedehnt werden kann.
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Viel
wichtiger waren Modifikationen des Hauptextraktors 10,
des Extraktivstrippers 20 und des Wasserwaschsystems 40.
Bei dem Gewinnungssystem des Standes der Technik wird ein eingesetztes
Kohlenwasserstoffgemisch zur anfänglichen
Bearbeitung in den Hauptextraktor 10 geleitet. Der Bodenstrom
aus dem Hauptextraktor 10 wird zum Extraktivstripper 20 geleitet.
Der obere Strom aus dem Hauptextraktor 10 wird zum Wasserwaschsystem 40 geleitet.
Wasser wird gemäß 1 zum Wasserwaschsystem
geleitet. Bei Bedarf können
andere Lösungsmittel
verwendet werden. Das nichtaromatische Raffinat aus dem Wasserwaschsystem 40 wird
zur weiteren Verarbeitung entnommen oder zur Aufbewahrung geschickt.
Das Rückflusssystem aus
dem Extraktivstripper 20 wird zurück zur weiteren Verarbeitung
zum unteren Abschnitt des Hauptextraktors 10 rezykliert.
Der Bodenstrom aus dem Extraktivstripper 20 wird zum Extraktgewinnungsbetrieb 30 geschickt.
Der Extraktgewinnungsbetrieb 30 wird mit Dampf beschickt,
so dass die Gewinnung aromatischer Verbindungen erleichtert wird.
Aromatische Verbindungen werden oben aus dem Extraktgewinnungsbetrieb 30 entfernt,
und der Bodenstrom (dünnes
Lösungsmittel)
wird zurück
zum oberen Abschnitt des Hauptextraktors 10 rezykliert.
Ebenfalls ist eine wahlfreie Benzol-Schlepp-Rezyklierung und eine
Raffinat-Rezyklierung
gezeigt.
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Die 2 zeigt eine schematische
Darstellung eines Aromatengewinnungsverfahrens. Ähnlich wie beim Gewinnungsverfahren
des Standes der Technik (1)
besteht das verbesserte Gewinnungssystem aus einem Hauptextraktor 10,
einem Extraktivstripper 20, einem Extraktgewinnungsbetrieb 30 und
einem Wasserwaschsystem 40. Gegenüber dem Gewinnungssystem des
Standes der Technik (1)
umfasst das verbesserte Gewinnungssystem jedoch weiterhin eine gesonderte
Destillationstrennsäule
("EDC") 50. Bei
dieser Hybrid-Ausführungsform
aus Extraktion und Destillationstrennung wird ein Teil der Kohlenwasserstoff-Beschickung
zum Hauptextraktor 10 geleitet und ein Teil der Kohlenwasserstoff-Beschickung
wird zur EDC 50 geleitet, die parallel zu dem vorstehend
beschriebenen Extraktionsbetrieb betrieben wird. Die EDC 50 führt eine aromatische
Gewinnung und Reinigung in einem einzelnen Vorgang durch. Ein Teil des
dünnen
Lösungsmittels,
das den Extraktgewinnungsbetrieb 30 verlässt, wird
zu einem oberen Abschnitt der EDC 50 geleitet. Der Bodenstrom
aus der EDC 50 wird mit dem Bodenstrom des Extraktivstrippers 20 vereinigt
und zu dem Extraktgewinnungsbetrieb 30 geleitet. Der Überkopfstrom
aus der EDC 50 wird direkt zur weiteren Verarbeitung entfernt
oder zur Aufbewahrung geschickt. Da die Wirkung des Lösungsmittels
bei der Destillationstrennung (verglichen mit der Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktion)
ausgeprägter
ist, wird vorteilhafterweise ein Co-Lösungsmittel zu der Basis der
EDC 50 oder zusammen mit dem reinen Lösungsmittel zur EDC 50 gefügt. Das
gezeigte Co-Lösungsmittel
ist zwar Wasser, man beachte aber, dass jedes beliebige geeignete
Co-Lösungsmittel
oder Kombinationen von Co-Lösungsmitteln
vorteilhafterweise mit diesem System verwendet werden können.
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Bei
normalem Betrieb wird ein Co-Lösungsmittel
(bspw. Wasser) mit einem dünnen
Lösungsmittel
vorgemischt und in den oberen Abschnitt der EDC 50 geleitet.
Die Konzentration des Co-Lösungsmittels
sinkt, wenn das Lösungsmittel
durch die EDC 50 nach unten läuft. Folglich ist die Konzentration
an Co-Lösungsmittel im
oberen Abschnitt der EDC 50 am höchsten und im unteren Abschnitt
der EDC 50 am niedrigsten. Zur Umkehr des Konzentrationsprofils
des Co-Lösungsmittels
in der EDC 50 und der Boost-Effizienz kann zusätzliches
Co-Lösungsmittel
in den unteren Abschnitt der EDC 50 gegeben werden, so
dass die Selektivität
des Co-Lösungsmittels
verstärkt
wird. Eine gesteigerte Effizienz und Kapazität gegenüber dem Systemaufbau des Standes
der Technik wird erzielt durch Reduzieren der Flaschenhals-Situation,
die mit dem Haupt-Extraktor 10, dem Extraktivstripper 20 und
dem Wasserwaschsystem 40 des Systems des Standes der Technik
(1) einhergeht.
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Ein
zweites Aromatengewinnungsverfahren ist in der 3 gezeigt. Bei diesem Verfahren wird
die Kohlenwasserstoff-Beschickung zu einem Vorfraktionierer (bspw.
Reformat-Verteiler-Säule) 60 geleitet
und stammt daraus. Zusätzliche
Vorteile werden durch Auftrennen der Beschickungsfraktionen und
Leiten eines Stroms zum Hauptextraktor 10 und des anderen
Stroms zur EDC 50 erzielt. Insbesondere wird eine Seitenfraktion
aus dem Vorfraktionierer 60 zum Hauptextraktor 10 geleitet,
und eine Überkopffraktion
(die leichtere Materialien enthält)
wird der EDC 50 zugeführt.
Wie bei dem ersten Verfahren wird die selektive Verwendung eines
Co-Lösungsmittels
in Zusammenhang mit der EDC 50 bei dieser Ausführungsform
ausgeübt.
Die Effizienz und die Kapazität
werden wesentlich bei diesem Verfahren verbessert, da leichtere
Materialien leichter in der EDC 50 verarbeitet werden (als
beim Extraktor/Stripper-Betrieb 10, 20 und 30),
und der Betrieb der EDC 50 wird aufgrund eines eingeengten
Siedepunktbereichs für
die Beschickung verbessert. Alternativ kann ein leichter Raffinatstrom
aus dem EDC 50 in einer C5/C6-Isomerisierungseinheit verarbeitet werden,
und der schwerere Raffinatstrom, wird zu einer Naphtha-Cracker-Beschickung
oder zu einem Benzin-Mischverfahren geleitet.
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Eine
Abwandlung des zweiten Verfahrens, das direkt oben beschrieben ist,
ist in 4 veranschaulicht.
Bei dieser Abwandlung des zweiten Verfahrens wird eine Seitenfraktion
des Einsatzes mit dem Kohlenwasserstoffgemisch (einschließlich schwererer
Materialien) aus dem Vorfraktionierer 60 entnommen und
zur Verarbeitung in die EDC 50 geleitet. Wie bei der ersten
Abwandlung des zweiten Verfahrens wird ebenfalls eine Seitenfraktion
zum Hauptextraktor 10, Extraktivstripper 20 und
zum Extraktgewinnungsbetrieb 30 des Systems zur parallelen
Verarbeitung geleitet. Ein bestimmter Vorteil, der mit dieser Abwandlung
des zweiten Verfahrens einher geht, leitet sich von der Tatsache
her, dass die schwereren Aromaten vollständiger aus der Beschickung zur
EDC 50 gewonnen werden (verglichen mit dem Anteil aus Extraktor
und Stripper). Da die schweren Materialien aromatenreicher sind
(verglichen mit den leichteren Materialien), wird die maximale Aromatengrenze (oben
beschrieben), die mit dem System des Standes der Technik erreicht
wird, umgangen. Ein weiterer Vorteil, der mit dieser Konfiguration
einhergeht, ist, dass der Betrieb so flexibel sein kann, dass ein
Teil der Mittelfraktion der Aromatenfraktion in das Raffinat gespült wird,
indem der Schnittpunkt in der EDC 50 erhöht wird (bspw.
das Spülen
von Toluol aus einer Beschickung des BTX-Bereichs). Diese Eigenschaft
kann zum Ausgleichen der Produktion gegen Oktanbedarf und Stromabwärts-Zwänge verwendet
werden.
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Eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen verbesserten
Aromatengewinnungsverfahrens ist in der 5 gezeigt. In dieser Ausführungsform
wird ein Einsatz mit einem Kohlenwasserstoffgemisch zur Verarbeitung
direkt in eine EDC 50 geleitet. Ein Überkopfstrom wird aus der EDC 50 entnommen,
kondensiert und anschließend
zur weiteren Verarbeitung zum Hauptextraktor 10 geleitet.
In dieser Ausführungsform
arbeitet der Hauptextraktor 10 als Raffinatextraktor. Ein
Bodenstrom aus dem Hauptextraktor 10 wird alternativ an
verschiedenen Punkten längs
der EDC 40 bereitgestellt, wobei die benzolreiche Fraktion
zu ihrer Gewinnung an einer optimalen Stelle untergebracht wird.
Wie nachstehend eingehender beschrieben, können der Extraktivstripper 20 des
Aufbaus des Standes der Technik und frühere Verfahren so modifiziert
werden, dass sie für diese
Ausführungsform
als EDC 50 wirken, oder der Extraktivstripper 20 kann
zur Verwendung als EDC 50 durch ein neues Gefäß ersetzt
werden. Durch Zufuhr eines Einsatz mit frischem Kohlenwasserstoffgemisch direkt
in die EDC 50 wird die Gewinnung von Xylolen aufrecht erhalten,
während
die Menge an Aromaten, die in dem Rückflussstrom enthalten ist,
von der EDC 50 zum Hauptextraktor 10 (der als
Raffinatextraktor arbeitet) reduziert wird. Zusätzliche Effizienz- und Kapazitäts-Gewinne
werden in dieser Ausführungsform
hergeleitet, da der in den Hauptextraktor 10 geleitete
Strom (der als Raffinatextraktor wirkt) zum optimalen Betrieb des Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktors
zugeschnitten wird.
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Die 6 veranschaulicht die Nachrüstung eines
Sulfolan-Gewinnungsverfahrens
des Standes der Technik, das ein Aromatengewinnungsverfahren betreibt.
Bei diesem Nachrüstbetrieb
wird der ursprüngliche Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor
auf einen Dampf-Flüssigkeitsbetrieb 10 umgestellt
und als oberer Teil einer EDC verwendet. Der ursprüngliche
Extraktivstripper wird zur Verwendung als Bodenportion der EDC 50 umgewandelt.
Der Aufkocher 52 für
die EDC 50 wird in seinem bestehenden Zustand verwendet,
und der Kühler 54 für den ursprünglichen
Extraktivstripper kann zum Kondensieren der Überkopfdämpfe aus dem Dampf-Flüssigkeitsbetrieb 10 verwendet
werden. Bei einer Konfiguration ist das Raffinat-Waschwasser 40 nicht
länger
nötig und
kann aus dem System entfernt werden oder bei Bedarf überbrückt werden.
Ein bestimmter Vorteil der in 6 gezeigten
Nachrüstung
ist, dass die hydrodynamische Kapazität des Dampf-Flüssigkeits-Betriebs 10 und
des ursprünglichen
Extraktivstrippers in Reihe arbeiten, wenn die EDC 50 erheblich
größer ist
als die hydrodynamische Kapazität
des ursprünglichen
Systems des Standes der Technik.
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Wie
in den 7A und 7B veranschaulicht, kann
ein Extraktionssystem auf Glycolbasis des Standes der Technik ebenfalls
leicht und ökonomisch
nachgerüstet
werden, damit ein verbessertes Aromatengewinnungsverfahren läuft. In 7A ist ein ursprüngliches
Gewinnungssystem auf Glycolbasis veranschaulicht. In einem solchen
System werden ein Einsatz mit einem Kohlenwasserstoffgemisch, dünnem Lösungsmittel
und Rückfluss
in einen Haupt-(Flüssigkeits-Flüssigkeits-)Extraktor
gespeist. Angereichertes Lösungsmittel,
das vom Boden des Hauptextraktors 10 entnommen wird, wird
in die Kombination aus Extraktivstripp- und Extraktgewinnungs-Säule 20 geleitet.
Die Aromaten werden durch Dampfzug aus der Extraktivstripp- bzw.
Extraktgewinnungssäule 20 entnommen
und gewaschen. Dünnes
Lösungsmittel
und Rückfluss
werden zum Hauptextraktor 10 rezykliert.
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Die 7B zeigt ein nachgerüstetes Gewinnungssystem
auf Glycolbasis, das ein verbessertes Aromatengewinnungsverfahren
durchführen
kann. Im nachgerüsteten
Zustand werden ein Einsatz mit einem Kohlenwasserstoff-Gemisch und
dünnem
Lösungsmittel
zur Verarbeitung in eine EDC geleitet. Die Kombination aus Extraktivstripp-
und Extraktgewinnungssäule 20 (7A) des ursprünglichen
Systems ist auf EDC 50 umgestellt worden. Der Überkopfstrom
aus der EDC 50, die die Nicht-Aromaten enthält, ist
effektiv frei von Lösungsmittel
und kann daher einen Waschschritt überbrücken. Der Bodenstrom aus der
EDC 50 wird zum Extraktgewinnungsbetrieb 10 geleitet,
der von dem ursprünglichen
Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor
auf einen Flüssigkeits-Dampf-Destillationsbetrieb
umgestellt wurde. Der Überkopfstrom
aus dem Extraktgewinnungsbetrieb 10 ist ein aromatisches
Produkt und kann ohne Waschschritt gesammelt werden. Die hier beschriebene Umwandlung
ist besonders leicht und einfach durchzuführen, da die ursprüngliche
Extraktionseinheit (7A) zwei
Kühler
und Akkumulatoren verwendet, die sich geeignet an das neue System
anpassen lassen. Die Aufkocher aus dem ursprünglichen Strippturm (7A) und eine Wassersäule (nicht
gezeigt) können
geeigneterweise in dem neuen System wiederverwendet werden. Wie
bei den hier beschriebenen vorherigen Verfahren kann ein Co-Lösungsmittel
oder Co-Lösungsmittel-System
zur Basis der EDC 50 dazu gegeben werden oder zusammen
mit dem dünnen
Lösungsmittel
zu der EDC 50 (7B)
dazu gegeben werden, so dass die Selektivität des Betriebs verbessert wird.
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In 8 ist eine zweite Ausführungsform
des verbesserten Aromaten-Gewinnungsverfahrens
veranschaulicht. In dieser Ausführungsform
wird eine Hybrid-Konfiguration
von Extraktor bzw. Destillationstrennung eingesetzt. Bei dieser
Ausführungsform
wird ein eingesetztes Kohlenwasserstoffgemisch und reines Lösungsmittel
zur Verarbeitung direkt in eine EDC 50 geleitet. Der Bodenstrom
aus der EDC 50 wird zu einem Extraktgewinnungsbetrieb 20 und 30 geleitet.
Das aromatische Produkt wird aus dem oberen Abschnitt des Extraktgewinnungsbetriebs 20 und 30 entnommen.
Dünnes
Lösungsmittel
aus den Bodenströmen
des Extraktgewinnungsbetriebs 20 und 30 werden
zu der EDC 50 und zu einem Raffinatextraktor 10 geleitet.
Ein oberer Strom aus der EDC 50 wird ebenfalls zu dem Raffinatextraktor 10 geleitet.
Ein Oberstrom vom Raffinatextraktor 10 wird zur Wasserwaschvorrichtung 40 geleitet
und Nichtaromaten aus der Wasserwaschvorrichtung 40 werden zur
weiteren Verarbeitung entfernt oder zur Aufbewahrung geschickt.
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Eine
leichte und geeignete Nachrüstung
der ursprünglichen
Gefäße eines
Sulfolan-Verfahrens des Standes der Technik kann ebenfalls diese
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Aromatengewinnungsverfahrens
betreiben. Zur Umkonfiguration wird der ursprüngliche Hauptextraktor 10 (1) in einen Raffinatextraktor 10 umgewandelt.
Der Extraktivstripper 20 und der Extraktgewinnungsbetrieb 30 (1) werden so umgewandelt,
dass sie parallel als Extraktgewinnungsvorgänge 20 und 30 arbeiten.
Die Raffinat-Wasserwäsche 40 (1) behält die Raffinat-Wasserwäsche 40,
und es wird eine neue EDC 50 zugefügt. Wie ebenfalls in 5 veranschaulicht und vorstehend
eingehender erläutert,
wird ein erheblicher Anstieg der Kapazität und Effizienz mit einem solchen
umgewandelten System verwirklicht. Es ist wichtig, dass die in der 8 gezeigte Konfiguration
die Einheitskapazität
durch die Zugabe einer einzelnen neuen Fraktionierungssäule erhöht (bis zur
doppelten Kapazität).
Die 9 zeigt ein nachgerüstetes UDEX-Aromaten-Gewinnungssystem,
das ein Aromatengewinnungsverfahren betreiben kann. Für die Zwecke
dieser Offenbarung betrifft der Begriff "UDEX", ein
Handelsname für
ein BTX-Extraktionsverfahren, das Gemische von Glykolen und Wasser
als extrahierendes Lösungsmittel
einsetzt, Gewinnungssysteme, die zwei (2) Hauptsäulen zur Durchführung der
Trennung der aromatischen Verbindungen von einem Gemisch, das aromatische
Verbindungen und nicht-aromatische Verbindungen enthält, verwendet.
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Bei
einem UDEX-Basissystem, wird ein Einsatz mit einem Kohlenwasserstoffgemisch 1 in
den mittleren oder unteren Teil einer Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor-Säule 10 geleitet und
gegenläufig
mit dünnem
Lösungsmittel 2 gemischt,
das in den oberen Bereich der Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor-Säule 10 geleitet wird.
Das dünne
Lösungsmittel 2 extrahiert
die Aromaten und hinterlässt
einen Raffinatstrom 3, der dünn an Aromaten ist, die oben
aus der Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktorsäule entnommen
werden. Das angereicherte Lösungsmittel 4,
das Extraktions-Lösungsmittel,
Aromaten und einige restliche Nichtaromaten enthält, verlässt die Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktorsäule 10 aus
dem Boden und wird zum oberen Abschnitt einer Strippersäule 20 geleitet.
In der Strippersäule 20 wird
der Strom gewöhnlich
(in einer Einzel- oder mehreren Stufen) geflasht, wobei die Dämpfe daraus
mit dem Destillat aus den unteren Abschnitten der Strippersäule 20 in
einem Rückflussstrom 5 zusammengefasst
werden. Der Rückflussstrom 5 verlässt die
Strippersäule 20 zum oberen
Abschnitt der Säule
und wird gekühlt
und zur weiteren Verarbeitung zur Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktorsäule 10 geleitet.
Das gestrippte dünne
Lösungsmittel 7 in
der Strippersäule 20 wird
aus dem oberen Abschnitt der Strippersäule 20 entnommen und
in den unteren Abschnitt der Strippersäule zur Gewinnung der Aromaten
geleitet.
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Im
unteren Abschnitt der Strippersäule 20 werden
die Aromaten aus dem dünnen
Lösungsmittel
in einen Dampfzug 6 gestrippt, gekühlt und anschließend in
einem Wasch- oder Fertigungsschritt verarbeitet, so dass hochreine
aromatische Verbindungen erhalten werden. Die Strippersäule 20 wird
durch den Aufkocher R1 und gegebenenfalls durch Stripperdampf, der
zum Boden der Strippersäule 20 geleitet
wird, erwärmt.
Das gestrippte und dünne
Lösungsmittel 8 kann
durch Wärmeaustausch
oder andere Verfahren des Standes der Technik gekühlt werden,
bevor es in die Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor-Säule 10 zur
Wiederholung des Zyklus rezykliert wird.
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Diese
grundlegenden Systeme werden oft unterhalb einer effizienten Kapazität betrieben,
und zwar entweder aufgrund eines schlechten Anfangs-Aufbaus und/oder
aufgrund des Bedarfs zur Verarbeitung zusätzlicher Beschickung. Es ist
wichtig, dass diese UDEX-Gewinnungssysteme leicht und rasch nachgerüstet werden
können,
so dass ein verbessertes Aromaten-Gewinnungsverfahren durchgeführt wird,
ohne dass man ausgiebige Modifikationen und die damit einhergehende
Abschaltzeit herkömmlicher
Erneuerungsverfahren benötigt.
In einigen Fällen
sind die erforderlichen einfachen Verfahren zudem reversibel, so
dass das System und die dazu gehörige
Ausrüstung
zusätzliche
Flexibilität
erhält.
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Nach
dem Nachrüsten
wird ein Teil des Einsatzes mit dem Kohlenwasserstoffgemisch 1a in
eine neue Destillationstrennsäule
("EDC") 50 geleitet,
die die Aromaten in einem einzigen Vorgang von den Nichtaromaten
trennt. Dünnes
Lösungsmittel 8a wird
in den oberen Bereich der EDC 50 geleitet. Der Wassergehalt
in der EDC 50 kann durch den Vordestillationsdampf 8a vor
seiner Beschickung zur EDC und/oder durch Entfernen von überschüssigem Wasser
in der EDC 50 durch Flashen kontrolliert werden. Der Überkopfstrom 3a wird
kondensiert und gegebenenfalls zum Teil unter Rückfluss gehalten und direkt
in einen Raffinat-Speicher geleitet, oder mit dem Überkopfstrom 3 aus
der Flüssigkeits-Flüssigkeitsextraktor-Säule 10 kombiniert
und in den Raffinat-Fertigungsschritten weiter verarbeitet. Der
Bodenstrom 7a der EDC 50 enthält vorwiegend Aromaten und Lösungsmittel,
und wird somit zur Aromatengewinnung in den unteren Bereich der
Strippersäule 20 geleitet. Über den
Aufkocher R2 wird der EDC 50 Wärme zugeführt.
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Die
Wärmebelastung
in der Strippersäule 20 wird
durch Zufügen
eines Seiten-Aufkochers
R1a neuerlich ausgeglichen. Die Zugabe dieser Eigenschaft ermöglicht,
dass Stripper-Überkopfdämpfe am
Mittelpunkt der Strippersäule 20 erzeugt
werden, und entsprechend wird der Dampf im unteren Abschnitt und
die Last am Aufkocher R1 reduziert. Dieser Nachrüst-Aufbau eignet sich besonders
für Anwendungen,
die sehr kurze Abschaltzeiten erfordern, oder bei denen sich sehr
nahe der UDEX-Einheit eine Leerlaufsäule befindet.
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Die
folgenden Lösungsmittel
eignen sich zur Gewinnung der aromatischen Mineralölerzeugnisse
und können
effizient bei den hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt werden: Tetraethylenglycol, Triethylenglycol, Diethylenglycol,
Ethylglycol, Methoxytriglycolether, Diglycolamin, Dipropylenglycol, N-Formylmorpholin,
N-Methylpyrrolidon, Sulfolan, 3-Methylsulfolan und Dimethylsulfoxid
allein oder in Kombination und/oder in Gemischen mit Wasser und/oder
in Kombination miteinander und/oder Wasser.
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Gesteigerte
Trennung von Bestandteilen mit nahe beieinander liegenden Siedepunkten
System: Heptanl/Benzol
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Die
vorstehende Tabelle veranschaulicht die verstärkte Trennung der Bestandteile
mit nahe beieinander liegenden Siedepunkten, die selektive Lösungsmittel
einsetzen, und die erfindungsgemäßen verbesserten Verfahren.
In diesem Beispiel wird die relative Flüchtigkeit zwischen Heptan (leichter
Nichtaromat) und Benzol (schwerer Aromat) gezeigt. Je höher die
relative Flüchtigkeit
ist, desto besser ist gewöhnlich
die Aromatengewinnung und Reinheit. Die Daten der relativen Flüchtigkeit
werden in Computermodellen verwendet, um Verfahrens- und Technologie-Designs
für aromatische
Trennsysteme erzeugt werden.
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Es
wurden zwar bevorzugte Ausführungsformen
des Verfahrens und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nachrüsten einer
bestehenden Ausrüstung
anhand der beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht und in der vorhergehenden eingehenden
Beschreibung beschrieben, jedoch ist die Erfindung selbstverständlich nicht
auf die offenbarten Ausführungsformen
eingeschränkt,
aber sie ist zugänglich
für zahlreiche
Umordnungen, Modifikationen und Substitutionen, ohne dass von der
Erfindung abgewichen wird, die durch die folgenden Ansprüche offenbart
und definiert sind.