CN114286809A - 用于生产目标化合物的方法及设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产目标化合物的方法(100)，其中，使用氧气对链烷烃进行氧化脱氢(1)以获得烯烃，并且其中，使烯烃与一氧化碳进行氢甲酰化(2)以获得醛，其中，链烷烃和烯烃包括具有第一碳数的碳链，并且醛包括具有第二碳数的碳链，第二碳数比第一碳数大1。在氧化脱氢(1)中形成二氧化碳作为副产物，使二氧化碳至少部分与甲烷进行干式重整(3)以获得一氧化碳和氢气，并将干式重整(3)中获得的一氧化碳和/或干式重整(3)中获得的氢气供应至氢甲酰化(2)。本发明的主题还涉及对应的设备。

Description

用于生产目标化合物的方法及设施
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求前序部分的用于生产目标化合物、特别是丙烯的方法以及对应的设备。
背景技术
丙烯的生产描述于专业文献中，例如，Ullmann的Encyclopedia of IndustrialChemistry,ed.2012年中的文章“丙烯(Propylene)”。丙烯通常通过烃进料的蒸汽裂解和炼油过程中的转化过程来生产。在后一种过程中，丙烯不一定以所需的量形成，并且仅作为与其它化合物的混合物中的几种组分中的一个形成。用于生产丙烯的其它过程也是已知的，但在所有情况下，例如在效率和产率方面不令人满意。
未来预测对丙烯的需求增加(“丙烯缺口”)，这需要提供对应的选择性方法。同时，必须减少或甚至防止二氧化碳排放。另一方面，作为潜在的原料，大量的甲烷是可获得的，它们目前仅以非常有限的方式被供给到材料应用中，并且主要被燃烧。此外，相当量的乙烷通常存在于对应的天然气馏分中。
本发明的目的是提供一种特别是在这些方面得到改进的用于生产丙烯的方法，该方法还用于生产其它有机目标化合物，特别是氧代化合物，例如具有对应的碳骨架的醛和醇。
发明内容
在此背景下，本发明提出了一种具有独立权利要求的相应特征的用于生产目标化合物(特别是丙烯)的方法和对应的设备。本发明的优选实施例是从属权利要求和以下描述的主题。
原则上，除了上述蒸汽裂化处理之外，还存在多种不同的方法用于将烃和相关化合物相互转化，其中，一些将在下面通过举例的方式提及。
例如，通过氧化脱氢(ODH，在乙烷的情况下也称为ODHE)将链烷烃转化成相同链长的烯烃是已知的。通常，在ODHE中作为偶联产物也形成相同链长的羧酸，即，ODHE中的乙酸。然而，乙烯也可以通过甲烷的氧化偶联(OCM)来生产。
通过脱氢(PDH)由丙烷生产丙烯也是已知的，并且代表了商业上可获得的和已确立的方法。这同样适用于通过烯烃复分解由乙烯生产丙烯。该方法需要2-丁烯作为附加试剂。
最后，存在所谓的甲烷至烯烃或甲烷至丙烯(MTO，MTP)方法，其中，首先由甲烷生产合成气，然后使合成气反应以得到烯烃，例如乙烯和丙烯。对应的方法可以基于甲烷进行，但也可以基于其它烃或含碳原料，例如煤或生物质进行。
蒸汽重整和干式重整及其改进，包括用于调节氢气与一氧化碳的比率的下游水煤气变换，同样被称为单一技术。
氢甲酰化是另一种技术，其特别用于生产开头所述类型的氧代化合物。丙烯通常在氢甲酰化中反应，但也可使用高级烃，特别是具有六至十一个碳原子的烃。原则上，具有四和五个碳原子的烃的反应也是可能的，但是实际影响较低。加氢可以在氢甲酰化之后进行，其中可以最初形成醛。通过这种氢化形成的醇随后可以脱水以得到相应的烯烃。
在Green等描述了一种由甲烷和空气生产丙醛的方法(Catal.Lett.1992,13,341)。在所提出的方法中，通常观察到甲烷的低产率。在该方法中，进行甲烷氧化偶联(OCM)和甲烷部分氧化(POX)得到氢和一氧化碳，然后进行氢甲酰化。目标产物是必须进行分离的上述丙醛。限制来自于甲烷氧化偶联得到乙烯，目前通常仅实现较低的转化率和有限的选择性。
在典型的催化剂上在115℃和1巴的条件下在有机溶剂中进行上述方法中的氢甲酰化反应。对于(不希望的)副产物乙烷的选择性在大约1％至4％范围内，而对丙醛的选择性应该达到超过95％，通常超过98％。在此没有进一步描述方法步骤的广泛整合或(特别是在甲烷的氧化偶联中)作为副产物大量形成的二氧化碳的应用，因此与常规方法相比存在缺点。由于在该方法中使用部分氧化作为氧化偶合的下游步骤，也就是说，存在顺序的相互联系，因此必须以复杂的方式从氧化偶合中控制或分离出部分氧化中的大量未反应的甲烷。
US 6,049,011 A描述了一种乙烯氢甲酰化的方法。乙烯特别是可以由乙烷形成。除了丙醛之外，丙酸也可作为目标产物产生。脱水也是可能的。然而，该文献没有公开任何进一步的整合，也没有公开对形成的二氧化碳的任何有意义的利用。
本发明的优点
在该背景下，本发明提出了一种用于生产目标化合物、特别是丙烯的方法，其中，使用氧气对链烷烃(特别是直链链烷烃、更特别是乙烷)进行氧化脱氢以获得烯烃(特别是直链烯烃、更特别是乙烯)。
如开头所述，原则上，氧化脱氢是现有技术已知的方法。在本发明的范围内，已知的方法概念可用于氧化脱氢。例如，在本发明范围内的氧化脱氢中，可以使用如Cavani等所公开的方法(Catal.Today 2007,127,113)。特别地，含有V、Sr、Mo、Ni、Nb、Co、Pt和/或Ce和其它金属的催化剂可以与硅酸盐、氧化铝、分子筛、膜和/或整料载体结合使用。例如，相应金属的组合和/或氧化物，例如在本发明的范围内可以使用MoVTeNNb氧化物和Ni与Nb、Cr和V的混合氧化物。示例描述于Melzer等,Angew.Chem.2016,128,9019、
Figure BDA0003518165380000031
等,ChemCatChem 2013,5,3196,以及Meiswinke的“Oxidative Dehydrogenation of ShortChain Paraffines”,DGMK-Tagungsbericht 2017-2,ISBN 978-3-941721-74-6，以及本申请人的各种专利和专利申请。
除了催化剂的特定组成外，特别是在提到的MoVTeNb催化剂的情况下，特定的晶体排列也代表了在高转化率下获得高选择性的关键特征。在已知的催化剂中，所提及的混合氧化物催化剂在乙烷氧化脱氢以得到乙烯中具有较高的选择性和活性。一般认为，晶相M1是促成突出的催化能力和选择性的原因，因为其代表能够从链烷烃中提取氢的唯一相，这代表第一反应步骤。
在基本上所有的方法变体中氧化脱氢的典型副产物是相应的羧酸，即，在乙烷氧化脱氢的情况下是乙酸，其可选地必须被分离，但可选地代表另外有价值的产物并且通常以几个百分比(高达低的两位数百分比范围)的含量存在。也形成低百分比范围的一氧化碳和二氧化碳。乙烷氧化脱氢的典型产物混合物具有例如以下混合比例(括号中给出了优选的数值范围)：
Figure BDA0003518165380000041
这些和以下数据涉及产物混合物的干燥部分，根据方法实施，产物混合物还可以另外包含蒸汽。其它组分(例如含氧化合物，即，醛、酮、醚等)可以痕量地存在，即，通常总共小于0.5摩尔百分比，特别是小于0.1摩尔百分比。
在本发明的范围内，在氧化脱氢中形成的烯烃与一氧化碳和氢气进行氢甲酰化以获得醛。
用于氢甲酰化的方法原则上也是现有技术中已知的。近来在对应的方法中(如以下引用的文献中所述)，通常使用Rh基催化剂。较早的方法也使用Co基催化剂。
例如，可以使用具有膦和/或亚磷酸酯配体的均相Rh(I)基催化剂。这些可以是单齿或二齿络合物。对于丙醛的生产，通常使用80至150℃的反应温度和对应的催化剂。在本发明的范围中，也可以使用现有技术中已知的所有方法。
氢甲酰化通常在氢气与一氧化碳的比例为1:1的条件下进行。然而，原则上，该比例可以在0.5:1至10:1的范围内。所用的Rh基催化剂的Rh含量可为0.01至1.00重量％，其中，配体可以过量的方式存在。其它细节在Ullmann的Encyclopedia of IndustrialChemistry,ed.2012中的文章“丙醛”中描述。本发明不受所引用的方法条件限制。
在另一种的方法中，例如在Moulijn,Makee&van Diepen,Chemical ProcessTechnology,2012,235中的“氢甲酰化(Hydroformylation)”章节中所描述地，对Rh基催化剂使用20至50巴的压力，对Co基催化剂使用70至200巴的压力。Co还似乎以金属形式与氢甲酰化相关。其它金属更多或者更少是不重要的，特别是Ru、Mn和Fe。所述方法中使用的温度范围在370K和440K之间。
在Weissermel&Arpe,Industrial Organic Chemistry 2003,135中的“Synthesisinvolving Carbon Monoxide”章节中公开的方法中，主要使用Co-和Rh-膦配合物。使用特定的配体，氢甲酰化可以在含水介质中进行，并且催化剂的回收能够以简单的方式实现。
根据Navid等的Appl.Catal.A2014,469,357，原则上所有能够形成羰基的过渡金属都可以用作潜在的氢甲酰化催化剂，其中，根据该公开观察到了Rh＞Co＞Ir，Ru＞Os＞Pt＞Pd＞Fe＞Ni的活性。
特别是通过烯烃到相应的链烷烃的氢化(即，例如从乙烯到乙烷)或通过醛到醇的氢化(即，从丙醛到丙醇)而产生氢甲酰化中的副产物。根据Ullmann的Enyclopedia ofIndustrial Chemistry,ed.2012的文章“丙醇(Propanols)”，通过氢甲酰化形成的丙醛可在工业中用作1-丙醇的主要来源。在第二步中，丙醛可以被氢化得到1-丙醇。
在本发明的范围内，链烷烃和烯烃包括具有第一碳数的碳链，并且醛包括具有第二碳数的碳链，其中，由于氢甲酰化中的链延长，第二碳数比第一碳数大1。下面主要参考乙烷作为链烷烃和乙烯作为烯烃描述本发明，但原则上也可以与高分子碳氢化合物一起使用。
在如上所述的氧化脱氢中，二氧化碳作为副产物形成，并且根据本发明，使以上述含量包含在对应的产物混合物中的副产物二氧化碳至少部分地与甲烷一起进行干式重整以获得一氧化碳。由于对应的产物混合物中二氧化碳的含量通常在一位数的百分比范围内，因此除了来自氧化脱氢的二氧化碳之外，来自其它来源的其它二氧化碳可以在任何时候提供给干式重整。然而，本发明始终包括作为氧化脱氢副产物形成的二氧化碳，其至少部分地供应到干式重整中。
干式重整原则上也是一种现有技术中已知的方法。作为示例，参考Halmann的“Carbon Dioxide Reforming.Chemical fixation of carbon dioxide:methods forrecycling CO2 into useful products”,CRC Press 1993,ISBN 978-0-8493-4428-2。干式重整也称为二氧化碳重整。在干式重整中，二氧化碳与碳氢化合物(例如甲烷)反应。在此，形成合成气，该合成气含有氢气和一氧化碳以及未反应的二氧化碳和在一些情况下使用的碳氢化合物，如常规通过蒸汽重整生产的那样。在干式重整中，试剂蒸汽在一定程度上被二氧化碳代替。在干式重整中，一分子二氧化碳与一分子甲烷反应，得到两分子氢和两分子一氧化碳。干式重整中的一个挑战是所形成的氢与二氧化碳的相对简单的进一步反应，以产生水和一氧化碳。
在干式重整中通常使用高达40巴的压力和高达950℃的温度。干式重整通常使用Ni或Co催化剂或具有Ni和Co的双金属催化剂进行。进一步的细节描述于例如Ullmann的Encyclopedia of Industrial Chemistry,ed.2012中的文章”Gas Production:2.Processes”和“Hydrogen:2.Production”，以及Weissermel&Arpe,Industrial OrganicChemistry,2003,15中的章节“Synthesis Gas”。具体关于所述催化剂的实施例也可以参见例如San-José-Alonso等的Appl.Catal.A,2009,371,54,以及Schwab等的Chem.Ing.Tech.2015,87,347。
如上所述，在本发明的实施例中，氢甲酰化中形成的组分的氢化和脱水也可以用于生产其它产物。
不同不饱和组分的氢化是众所周知的和已建立的将具有双键的组分转化成对应的饱和化合物的技术。通常，可以获得选择性大大高于90％的非常高或完全的转化率。用于羰基化合物氢化的典型催化剂基于Ni，例如Ullmann的Encyclopedia of IndustrialChemistry,ed.2012中的文章“Hydrogenation and Dehydrogenation”中所述。贵金属催化剂也可以特别用于烯烃组分。氢化是技术化学的标准反应的一部分，例如也在M.Baerns等的“Beispiel 11.6.1:Hydrierung von Doppelbindungen”[“Example 11.6.1:hydrogenation of double bonds”],Technische Chemie 2006,439中示出。除了不饱和化合物(这里特别理解为烯烃)之外，作者还提及了其它组的物质，例如醛和酮，特别是作为氢化的底物。来自氢甲酰化的低沸点物质如丁醛在气相中氢化。在此，Ni和某些贵金属(例如Pt和Pd)通常以负载形式用作氢化催化剂。
例如，在Ullmann的Encyclopedia of Industrial Chemistry,ed.2012的文章“Propanols”中描述了一种异质的气相方法，该方法在110至150℃和0.14至1.0MPa的压力下在氢气与丙醛的比例为20:1下进行。用过量的氢气进行还原，通过使气相循环通过外部换热器或通过冷却内部的反应器来耗散反应热。氢气的效率大于90％，醛的转化率达到99.9％，并且醇产率大于99％。广泛使用的商业催化剂包括负载在氧化铝或硅藻土上的Cu、Zn、Ni和Cr的组合。二丙醚、乙烷和丙酸丙酯被提及为可以痕量形成的典型副产物。根据一般的现有技术，氢化优选特别仅用化学计量量的氢或仅低过量的氢进行。
对应的液相方法的过程也在文献中给出。这些反应例如在95至120℃的温度和3.5MPa的压力下进行。通常，优选Ni、Cu、雷尼Ni(Raney-Ni)或用Mo、Mn和Na增强的负载Ni催化剂作为催化剂。例如，可以生产纯度为99.9％的1-丙醇。1-丙醇纯化的主要问题是从产物中除去水。如本发明的一个实施例中，如果丙醇脱水得到丙烯，则水也是该步骤中的反应产物之一，因此不必预先除去水。因此丙烯和水的分离变得简单。
醇在合适的催化剂上脱水以生产对应的烯烃也是已知的。特别地，(由乙醇)生产乙烯是常见的，并且与(生物)乙醇的产量增加相关地获得重要性。商业用途已经由不同的公司实现。例如，参见Ullmann的“Encyclopedia of Industrial Chemistry”中的文章“Propanols”以及Intratec Solutions,“Ethylene Production via EthanolDehydration”,Chemical Engineering 120,2013,29。因此，1-丙醇或2-丙醇脱水得到丙烯迄今为止没有实用价值。然而，在室温或室温以上的温度下在无机酸催化剂存在下2-丙醇脱水能够非常容易地进行。反应本身是吸热的和平衡限制的。低压和高温有利于高转化率。通常使用基于Al2O3或SiO2的非均相催化剂。通常，几种类型的酸催化剂是合适的，并且例如也可以使用分子筛和沸石。典型的温度范围为200至250℃用于乙醇脱水，或300至400℃用于2-丙醇或丁醇脱水。由于平衡限制，产物流通常被分离(例如通过蒸馏分离烯烃产物和至少部分水)，并且将含有未转化的醇的物料流再循环到该反应器中，可以获得非常高的总产率和非常高的选择性。
本发明总体上提出了氧化脱氢、下游氢甲酰化方法和干式重整的偶联。在本发明的范围内，特别的优点特别是来自于这样的事实，即，可以用在氧化脱氢中不可避免地作为副产物形成的二氧化碳作为起始原料进行干式重整，并且来自氧化脱氢的产物混合物的剩余组分和来自干式重整的产物混合物的组分(后者可选地在进行水煤气变换之后)可以用于氢甲酰化而无需复杂的低温分离步骤。特别地，可在氢甲酰化中携带未反应的链烷烃，随后可更容易地分离，或者在干式重整中形成的氢可用于后面的氢化步骤。未反应的链烷烃可以简单的方式循环并再次用于反应进料中。
因此，本发明提出，在氧化脱氢中作为副产物形成的二氧化碳至少部分地与甲烷一起进行干式重整以获得一氧化碳。在干式重整中，获得一氧化碳和/或氢气(优选两者)，并且将在干式重整中获得的一氧化碳和/或在干式重整中获得的氢气依次至少部分地供应给氢甲酰化。可以在氢甲酰化的上游和/或下游分离二氧化碳。以这种方式，在本发明的范围内，以特别有利并且有价值的方式利用了在氧化脱氢中形成的且作为副产物不可避免的二氧化碳。因此，本发明的优点在于一种方法的(副)产物在另一种方法中的有利的使用，以及两种方法的产物在下游步骤中的有利使用。如上所述地，“在氧化脱氢中作为副产物形成的二氧化碳至少部分地与甲烷进行干式重整以获得一氧化碳”的措辞并不排除由任何所需来源提供的另外的二氧化碳可以提供给干式重整。这是本发明的一个实施例的情况。
在本发明的另外的实施例中，可以在电加热反应器中进行干式重整。作为特别的优点，通过在理想情况下完全避免整个过程中排放二氧化碳，避免了从燃烧中排放二氧化碳。
如上所述，特别地，羧酸可以作为氧化脱氢中的进一步副产物形成，特别地，在乙烷作为氧化脱氢的进料的情况下，可以形成乙酸。该乙酸与反应水一起可以通过冷凝和/或水洗涤而相对容易地从氧化脱氢的对应的产物混合物中分离出来。由于其与合适的溶剂或洗涤液的强相互作用，二氧化碳同样可以相对容易地从产物混合物中除去，其中可以使用已知的用于除去二氧化碳的方法，特别是相应的洗涤(例如胺洗涤)。不需要低温分离，因此本发明的整个方法，至少包括干式重整和氢甲酰化，省去了低温分离步骤。如果随后的步骤需要不存在或仅有非常低的二氧化碳残留浓度(例如由于催化抑制或中毒)，则胺洗涤后的残留二氧化碳含量可根据需要通过可选的碱洗涤作为精细清洗进一步降低。
在本发明的范围内出现的任何含水气体混合物可以在每种情况下在合适的点处进行干燥。例如，如果在本发明的一个实施例中，干燥在氢甲酰化的下游进行，这在水相中进行，氢甲酰化的下游氢化需要干燥料流作为反应进料。如果这对于随后的方法步骤不是必需的，则干燥不必进行到完全干燥；相反，水含量也可可选地保持在相应的气体混合物中，只要这些是可容忍的。在该方法的不同点上还可以提供不同的干燥步骤，并且可选地具有不同的干燥程度。
上述副产物的分离有利地完全非低温地进行，因此在设备和能量消耗方面极其简单。这代表了本发明相对于现有技术方法的实质性优点，现有技术方法通常需要对在后续方法步骤中不期望的组分进行复杂的分离。
“非低温”分离是指特别在0℃以上的温度水平下、特别是在典型冷却水温度(5至40℃、特别是5至25℃)下进行的分离或分离步骤，可选地还高于环境温度。然而，特别地，非低温分离在此所指的意义上代表不使用C2和/或C3冷却回路的分离，因此在-30℃以上、特别是-20℃以上进行。
作为氧化脱氢的另一副产物，未反应的链烷烃和一氧化碳通常存在于对应的产物混合物中。这些化合物可以毫无困难地转移到随后的氢甲酰化中。一氧化碳可以与烯烃以及来自干式重整的一氧化碳一起反应。链烷烃通常在氢甲酰化中不反应。由于在氢甲酰化中形成具有较高沸点或其它极性的较重化合物，因此它们可以相对以容易的并且同样非低温的方式从剩余的链烷烃中分离。
在本发明的范围内，在氢甲酰化中形成的醛可以是目标化合物，或者在本发明的范围内，该醛可以进一步转化以得到实际上期望的目标化合物。后一种变型特别是代表本发明的特别优选的实施例。
特别地，在使醛反应得到目标化合物的情况下，醛可以首先被氢化得到具有第二碳数(即，与醛相同的碳数)的碳链的醇。对应的过程变体是特别有利的，因为可以使用包含在干式重整的产物混合物中的氢，其可能已经存在于氢甲酰化的进料混合物上游中并且可能已经经过氢甲酰化。在本发明的范围内，特别是在原则上已知类型的水煤气变换中，可以调节干式重整的产物混合物中的氢气和一氧化碳的含量。水煤气变换可以特别在干式重整的下游、特别是在氢甲酰化的上游进行。特别地，水煤气变换在来自干式重整和氧化脱氢的物质流的组合之前进行。通过使用水煤气变换，本发明能够使相应的氢气和/或一氧化碳含量精确适应氢甲酰化或下游氢化的相应需要。
由于对应的水煤气变换，也可以特别考虑氧化脱氢的产物混合物中一氧化碳的可能含量，该产物混合物与来自干式重整的一氧化碳结合用于氢甲酰化。因此，在干式重整的下游使用水煤气变换使得能够精确适应氢甲酰化中的相应要求。
在根据本发明的方法及其实施例中，氢气可在任何合适的位置处加入，特别是在可选提供的氢化反应的上游加入。这样，氢气可用于该氢化。进料不必直接在氢化的上游进行；相反地，氢气也可以通过在氢化上游存在或进行的方法或分离步骤加入。氢气也可以例如从来自干式重整的产物流的部分流中分离出来，或者例如通过本身已知的分离步骤(例如变压吸附)形成为对应的部分流。
在本发明的另外的实施例中，在将醛转变为按照本发明的目标化合物的过程中，通过氢化形成的醇进行脱水得到其它烯烃(相对于在氧化脱氢中形成的先前烯烃而言)，其中，所述其它烯烃(特别是丙烯)包括具有所述第二碳数(即，预先形成的醛和由其形成的醇的碳数)的碳链。
特别地，在醛的反应过程中形成的醇可以相对容易地从未反应的链烷烃中分离。以这样的方式也可以以非低温的方式形成链烷烃的再循环流并再循环到例如氧化脱氢中。
如已经多次提到的，在本发明的范围内，第一碳数可以是2和第二碳数可以是3；因此，首先可以在氧化脱氢中由乙烷作为链烷烃生产乙烯作为烯烃，其中，在氢甲酰化中将乙烯转化为丙醛。该丙醛随后可以通过氢化反应得到丙醇，然后该丙醇又可以通过脱水反应得到丙烯。
在特别优选的实施例中，本发明允许使用天然气的所有组分。为此，可以使用粗天然气并将其分离成甲烷馏分和具有更重烃、特别是富含乙烷的馏分。甲烷馏分可以进料到干式重整中，而具有更重烃的馏分进料到氧化脱氢中。例如，如果要形成基本上纯的乙烷馏分用于氧化脱氢，则也可以进一步处理具有更重烃的馏分。
如上所述，在干式重整中获得的一氧化碳可以包含在还至少含有氢的产物混合物中。该氢气可以通过氢甲酰化并随后用于氢化。如同样已经提及的，来自干式重整的产物混合物可以进行水煤气变换。特别地，来自干式重整的产物混合物和/或来自水煤气变换的产物混合物可以至少部分未分离地进行氢甲酰化。
原则上，本发明的其它方面也已经被提及。特别地，在氧化脱氢中获得的烯烃可以包含在另外还含有二氧化碳和一氧化碳的产物混合物中，其中，二氧化碳在合适的位置至少部分地以非低温的方式从氧化脱氢或随后步骤的产物混合物中分离并进行干式重整。如上所述，二氧化碳的分离可以在氢甲酰化之前和之后进行。一氧化碳和烯烃可以至少部分进行氢甲酰化而不需要预先相互分离。如上所述，在本发明的范围内，原则上可以实现所获得的气体混合物的完全非低温分离。这对于将天然气分离成甲烷馏分和在开始时提到的具有更重的烃馏分的情况不是必须的。
如上所述，链烷烃的至少一部分可以经过氧化脱氢和以不发生反应方式经过氢甲酰化。如上文详细所述，该部分可在氢甲酰化的下游分离并再循环到氧化脱氢中。分离可以直接在氢甲酰化的下游进行，即，在氢甲酰化之后的每个方法步骤之前进行，或者在氢甲酰化之后的方法步骤中一个方法步骤下游进行，例如在氢化或脱水之后，但也可以在任何分离或后处理步骤之后进行。
在本发明的一个特别优选的实施例中，将氧化脱氢的产物混合物，特别是在冷凝物除去之后的产物混合物压缩至一定的压力水平，在该压力水平下，在氢甲酰化之前和/或之后从氧化脱氢中分离二氧化碳，并进行氢甲酰化。在二氧化碳分离和氢甲酰化之间在上游和/或下游也可可选地设置额外的中间步骤。两种方法基本上在相同的压力水平下进行，这特别是意味着在两个步骤之间不进行额外的压缩，并且两个步骤的精确的操作压力仅由两个步骤之间的与过程相关的压力损失产生。
除去二氧化碳和进行氢甲酰化的压力水平优选代表整个方法中的最高压力水平，这特别是意味着干式重整在二氧化碳的分离和氢甲酰化的上游和/或下游在比二氧化碳的分离和氢甲酰化更低的压力水平下进行。
以这样的方式可以省去提供另外需要的额外压缩步骤和相应的压缩机。在本发明的范围内，氧化脱氢有利地在1至10巴、特别是2至6巴的压力水平下进行，干式重整有利地在15至100巴、尤其是20至50巴的压力水平下进行，氢甲酰化和二氧化碳的除去有利地在15至100巴，特别是20至50巴的压力水平下进行。
本发明还扩展到一种用于生产目标化合物的设备，关于该设备可明确地参考对应的独立权利要求。优选地，被设置用于执行如上文在不同实施例中所解释的方法的对应设备以相同的方式从上文已经提及的优点中获益。
附图说明
下面将参照附图更详细地解释本发明，附图示出了本发明的优选实施例。
图1以示意性流程图的形式示出了根据本发明的一个实施例的方法。
如果以下提及方法步骤(例如氧化脱氢、干式重整或氢甲酰化)，则这些方法步骤也应理解为涵盖在每种情况下用于这些方法步骤的设备(特别是例如反应器、塔、洗涤设备等)，即使这没有明确提及。通常，关于该方法的说明在每种情况下以相同的方式应用于对应的设备。
具体实施方式
图1以示意性流程图的形式示出了根据本发明的特别优选的实施例的方法，并且整体上由100表示。
方法100的主要方法步骤或组成是氧化脱氢(在此整体上用1表示)和氢甲酰化(在此整体上用2表示)，方法100还包括干式重整(在此整体上用3表示)。
在所示的实施例中，为方法100提供天然气流A。然而，代替或除了天然气流A之外，也可提供单独的甲烷流B和乙烷流C。在此再次参考将乙烷作为链烷烃投料而描述的本发明，但如上所述地，本发明也可以用于高级链烷烃的情况。此外，在此所示的实施例中，由外部来源提供蒸汽流B1和二氧化碳流B2。
天然气流首先进行分馏101，特别是在相应的塔中进行分馏，甲烷流作为塔顶产物获得，而含有天然气流的较重碳氢化合物(特别是乙烷)的物料流作为塔底产物获得。塔顶物料流在此用D表示，塔底物料流用E表示。主要含有或仅含乙烷的物料流E与循环流F一起输送给氧化脱氢1。在这种情况下，与以物料流G形式提供的氧气和以物料流H形式提供的蒸汽进行混合。物料流H的蒸汽，如可选提供的氮气流I中的氮气，用作稀释剂或缓和剂，并以这种方式特别防止氧化脱氢1中的热失控，特别是在上述MoVTeNb混合金属氧化物催化剂的情况下，蒸汽还具有确保催化剂稳定性(长期性能)的功能，并且通过蒸汽可以缓和催化选择性。
在氧化脱氢的下游，提供后辅助冷却器102，其下游还存在冷凝物分离器103。在冷凝物分离103中形成的冷凝流K主要含有或仅含有水和乙酸，该冷凝流K可以输送给乙酸回收104，在该乙酸回收10中特别形成水流M和乙酸流N。
将不含冷凝物的氧化脱氢1的产物混合物以物料流L的形式在压缩机105中压缩，随后提供给整体用106表示的二氧化碳去除，该二氧化碳去除可以例如使用相应的洗涤来进行。在这里所示的实施例中，示出了用于胺洗涤的洗涤塔106a和用于在洗涤塔106a中的载有二氧化碳的含胺洗涤液的再生塔106b。还示出了用于精细纯化(例如用于碱洗)的可选的洗涤塔106c。如上所述，通过适当的洗涤除去和回收二氧化碳是已知的。因此不单独解释。
如下面进一步解释的，在二氧化碳去除106中形成的二氧化碳流O可以提供给干式重整3中。
在二氧化碳去除106中去除二氧化碳之后，以物料流P的形式的剩余的组分混合物主要含有乙烯、乙烷和一氧化碳。其可选地在干燥器107中干燥并随后与另一物料流V(见下文)一起提供给氢甲酰化2。
在氢甲酰化2中，由烯烃和一氧化碳和氢气形成丙醛，丙醛连同所述的其它组分以来自氢甲酰化2的物料流Q的形式实施。在这种情况下，特别是在氧化脱氢1中未反应的乙烷可以可选地在分离108中从物料流Q中分离，并且可以转移到循环流F中。分离108的替代方案在下面进一步讨论，但分离108是优选的实施方式。
在氢化109中，丙醛可转化为丙醇。将醇流输送到另一分离110，(可选作为分离108的替代方案提供)，在该分离110中，特别是在氧化脱氢1中未反应的乙烷以及存在的任何其它物质可以比丙醇以更容易的方式分离并且转移到再循环流F中。
氢化109可以使用氢气实施，该氢气包含在干式重整3的产物流中并且在氢甲酰化中携带。替代地，还可能的是，以物料流R的形式单独加入所需的氢气，特别是在变压吸附111中的氢气分离中得到的。
来自氢化109或来自可选提供的分离110的产物流提供给脱水112。在该脱水过程中，由丙醇形成丙烯。来自脱水112的产物流S提供给冷凝物分离器113并在此处除去可冷凝的化合物，特别是水。水可以以水流T的形式从该过程中排出，可选的，水流N和T也可以在适当的后处理之后再次供给到蒸汽产生过程中。以这样的方式例如可以提供至少一部分蒸汽流B1。
将在冷凝物分离113之后剩余的气态残余物提供给其它分离114(其可选地作为分离108和110的替代方案而提供)，在分离114处可以依次分离出特别是在氧化脱氢1中未反应的乙烷，并将其转移到再循环流F中。在分离114中形成的产物流U可以从该过程中取出并用于其它方法步骤中，例如用于生产塑料或其它化合物，如在本申请中整体用115所示的。对应的方法本身以各种形式是已知的，包括使用来自方法100的丙烯作为石油化学价值链中的中间产物或起始产物。
如上所述，在氧化脱氢1中未反应的乙烷与物料流F一起再循环到氧化脱氢1中。
水煤气变换116可选地设置在干式重整3的下游。在各种情况下，在干式重整3或(可选的)水煤气变换116中形成的产物混合物V(其主要含有或仅含有氢气和一氧化碳)(在变压吸附111中可选的氢气分离之后)与不含二氧化碳的物料流P一起从氧化脱氢1中提供给氢甲酰化3。

Claims (15)

1.一种用于生产目标化合物的方法(100)，其中，使用氧气对链烷烃进行氧化脱氢(1)以获得烯烃，并且其中，使用一氧化碳和氢气对所述烯烃进行氢甲酰化(2)以获得醛，其中，所述链烷烃和所述烯烃包括具有第一碳数的碳链，并且所述醛包括具有第二碳数的碳链，所述第二碳数比所述第一碳数大1，其特征在于，在所述氧化脱氢(1)中二氧化碳作为副产物形成，所述二氧化碳至少部分地与甲烷进行干式重整(3)以获得一氧化碳和氢气，并且将在所述干式重整中获得的一氧化碳和/或在所述干式重整中获得的氢气至少部分地供应至所述氢甲酰化(2)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述醛是所述目标化合物，或者所述醛进一步反应以得到所述目标化合物。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其中，所述醛被氢化得到醇，所述醇包括具有所述第二碳数的碳链。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中，所述醇被脱水以得到烯烃，所述烯烃包括具有所述第二碳数的碳链。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，所述第一碳数为2并且所述第二碳数为3。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，所述甲烷和所述链烷烃是从天然气中分离的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，在所述干式重整(3)中获得的一氧化碳是在还至少含有氢气的产物混合物中获得的。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其中，对来自所述干式重整(3)的所述产物混合物进行水煤气变换(4)。
9.根据权利要求7或8所述的方法(100)，其中，来自所述干式重整(3)的所述产物混合物和/或来自所述水煤气变换(4)的产物混合物至少部分以未分离的形式供应至所述氢甲酰化(2)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，在所述氧化脱氢(1)中获得的所述烯烃是在还含有二氧化碳和一氧化碳的产物混合物中获得，其中，所述二氧化碳在所述氢甲酰化(2)的上游和/或下游至少部分地分离出来并且进行所述干式重整(3)，并且其中，所述一氧化碳和所述烯烃至少部分地以无需预先彼此分离的方式进行所述氢甲酰化(2)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，至少部分所述链烷烃以未反应的方式经历所述氧化脱氢(1)和所述氢甲酰化(2)，在所述氢甲酰化(2)的下游分离出来并且再循环到所述氧化脱氢(1)中。
12.根据权利要求10所述的方法(100)，其中，将来自所述氧化脱氢的产物混合物压缩至分离出所述二氧化碳并进行所述氢甲酰化(2)的压力水平，并且其中，所述干式重整(3)在更低的压力水平下进行。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，在所述氧化脱氢(1)和所述干式重整(3)的下游完全非低温地进行。
14.一种用于生产目标化合物的设备，具有被配置为使用氧气对链烷烃进行氧化脱氢(1)以获得烯烃并使用一氧化碳和氢气对所述烯烃进行氢甲酰化(2)以获得醛的装置，其中，所述链烷烃和所述烯烃包括具有第一碳数的碳链，并且所述醛包括具有第二碳数的碳链，所述第二碳数比所述第一碳数大1，其特征在于，所述装置被配置为在所述氧化脱氢(1)中形成二氧化碳作为副产物，使所述二氧化碳至少部分与甲烷进行干式重整(3)以获得一氧化碳和氢气，并且将在所述干式重整(3)中获得的一氧化碳和/或在所述干式重整(3)中获得的氢气至少部分供应至所述氢甲酰化(2)。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述设备被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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