DE102011102971A1 - Process for the production of ethylene - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Ethylen, aufweisend die Schritte: Einspeisen eines ethanolhaltigen Stoffstromes (S) in zumindest einen Reaktor (10–13) und Dehydratisieren von im Stoffstrom (S) enthaltenen Ethanol in dem mindestens einen Reaktor (10–13) unter Entstehung von Ethylen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stoffstrom (S) vor dem Einspeisen in den mindestens einen Reaktor (10–13) mittels einer Pumpe (6) verdichtet wird.Process for the production of ethylene, comprising the steps: feeding an ethanol-containing stream (S) into at least one reactor (10-13) and dehydrating ethanol contained in the stream (S) in the at least one reactor (10-13) with the formation of ethylene . According to the invention, the material stream (S) is compressed by means of a pump (6) before it is fed into the at least one reactor (10-13).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethylen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a process for the production of ethylene according to the preamble of claim 1.
Bei einem solchen Verfahren wird z. B. ein ethanolhaltiger Stoffstrom in zumindest einen Reaktor eingespeist und dort unter Bildung von Ethylen dehydratisiert.In such a method z. B. fed an ethanol-containing stream in at least one reactor and dehydrated there to form ethylene.
Der Gewinnung von Ethylen aus Ethanol durch Dehydratisierung an einem heterogenen Katalysator ist eine Technologie, die aufgrund ihrer Charakteristik (sehr hohe Selektivität, sehr hoher Umsatz) und vergleichsweise einfachen Zerlegungsteils auch für kleinere Produktionsmengen interessant ist.The recovery of ethylene from ethanol by dehydration on a heterogeneous catalyst is a technology that is interesting because of their characteristics (very high selectivity, very high conversion) and relatively simple decomposition parts for smaller production quantities.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art insbesondere im vorgenannten Bereich kostengünstig und effizient zu gestalten.The invention is therefore based on the problem of designing a method of the type mentioned, in particular in the aforementioned area, cost-effectively and efficiently.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved by a method having the features of claim 1.
Danach ist vorgesehen, dass der flüssige Stoffstrom lediglich vor dem Einspeisen (stromauf) in den mindestens einen Reaktor mittels einer Pumpe (Hochdruckpumpe) bzw. eines Pumpmittels verdichtet wird, d. h., mittels der besagten Pumpe auf einen vordefinierbaren Druck gebracht wird. Das Pumpmittel kann natürlich mehrere Pumpen stromauf des mindestens einen Reaktors aufweisen.Thereafter, it is provided that the liquid stream is compressed only before feeding (upstream) in the at least one reactor by means of a pump (high pressure pump) or a pumping means, d. h., Is brought by means of said pump to a predefinable pressure. Of course, the pumping means may comprise a plurality of pumps upstream of the at least one reactor.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass jener ethylenhaltige Stoffstrom aus dem mindestens einen Reaktor abgezogen wird. Das gasförmige Reaktionsprodukt (Stoffstrom) wird dann bevorzugt abgekühlt, wobei ein Teil kondensiert, insbesondere das bei der Dehydratisierung abgespaltene Wasser.Preferably, it is further provided that that ethylene-containing material stream is withdrawn from the at least one reactor. The gaseous reaction product (stream) is then preferably cooled, wherein a part condenses, in particular the water split off during the dehydration.
Zur Kühlung bietet sich einerseits der aufzuwärmende in den mindestens einen Reaktor einzuleitende Stoffstrom (Feedstrom) an (siehe unten), insbesondere in Kombination mit einem zweiten Kühlwasserstrom. Es kann bei ausreichender Verfügbarkeit ebenfalls ausschließlich ein Kühlwasserkreislauf eingebunden werden. Der durch Abkühlen resultierende zweiphasige Stoffstrom enthaltend eine ethylenhaltige Gasphase wird bevorzugt in eine mit dem Reaktor druckleitend verbundene erste Kolonne (z. B. Stripper) zum weiteren Fraktionieren, insbesondere zum Auswaschen zumindest eines wasserlöslichen Bestandteiles (z. B. in Form von Oxygenaten wie Ketonen, Estern und/oder Ethern) aus der Gasphase, eingespeist.For cooling, on the one hand, the material flow (feed stream) to be introduced into the at least one reactor (see below), in particular in combination with a second cooling water stream, is recommended. It can also be integrated with sufficient availability, only a cooling water circuit. The biphasic material stream resulting from cooling, comprising an ethylene-containing gas phase, is preferably fractionated into a first column (eg stripper) connected to the reactor for further fractionation, in particular for washing off at least one water-soluble constituent (eg in the form of oxygenates such as ketones , Esters and / or ethers) from the gas phase.
Dabei wird der zweiphasige Stoffstrom vorzugsweise in der ersten Kolonne im Gegenstrom zu am Kopf der Kolonne eingespeisten Frischwasser gefahren. Am Sumpf der ersten Kolonne kann dann eine ethanolhaltige Phase abgezogen werden, die insbesondere dem in den mindestens einen Reaktor einzuleitenden Stoffstrom zugegeben wird, wobei jene Phase zuvor insbesondere zum Aufkonzentrieren des darin enthaltenen Ethanols durch einen Membranfilter geleitet wird.In this case, the two-phase stream is preferably driven in the first column in countercurrent to fresh water fed at the top of the column. At the bottom of the first column, an ethanol-containing phase can then be withdrawn, which is added in particular to the material stream to be introduced into the at least one reactor, wherein that phase is previously passed through a membrane filter, in particular for concentrating the ethanol contained therein.
Erfindungsgemäß wird der besagte Stoffstrom vorzugsweise so vor dem Einspeisen in den mindestens einen Reaktor unter Druck gesetzt, dass der Stoffstrom auch noch nach dem besagten Abkühlen beim Einspeisen in die besagte erste Kolonne einen zum Fraktionieren bzw. Auswaschen des mindestens einen wasserlöslichen Bestandteils erforderlichen Druck aufweist.According to the invention, said material stream is preferably pressurized prior to feeding into the at least one reactor such that the material stream still has a pressure required for fractionating or washing out the at least one water-soluble constituent even after said cooling when feeding into said first column.
Mit anderen Worten wird insbesondere eine Verdichtung des flüssigen Einsatzes (Stoffstromes) in Form von wässrigem Ethanol mittels einer (Hochdruck)pumpe vorgenommen, wobei der Druck soweit angehoben wird, dass nach Abkühlung des Reaktionsgemisches zumindest ein Druck vorliegt, wie er auch für die weitere Fraktionierung erforderlich ist (z. B. Auswaschen wasserlöslicher Bestandteile, siehe oben). Hierdurch kann insbesondere auf die herkömmliche, betriebskostenintensive mehrstufige Rohgasverdichtung mit Zwischenkühlung und Kondensatabscheidung verzichtet werden. Anstelle des Auswaschens wasserlöslicher Bestandteile bzw. ergänzend hierzu kann die besagte weitere Fraktionierung auch andere Verfahrensschritte umfassen (siehe unten).In other words, in particular a compression of the liquid feed (stream) in the form of aqueous ethanol by means of a (high pressure) pump is carried out, wherein the pressure is raised so far that after cooling of the reaction mixture is at least one pressure, as it is for further fractionation is required (eg washing out of water-soluble constituents, see above). As a result, it is possible in particular to dispense with the conventional, cost-intensive, multistage crude gas compression with intermediate cooling and condensate separation. Instead of washing out water-soluble constituents or in addition thereto, the said further fractionation may also comprise other process steps (see below).
So ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweiphasige (ethylenhaltige) Stoffstrom aus der erste Kolonne abgezogen wird und zum Entfernen von CO2 in einer mit der ersten Kolonne strömungs- bzw. druckleitend verbundenen zweiten Kolonne einer Sauergaswäsche unterzogen wird.Thus, it is preferably provided that the two-phase (ethylene-containing) stream is withdrawn from the first column and is subjected to an acid gas scrubbing to remove CO 2 in a second column with the first column flow or pressure-conducting second column.
Hierzu wird der besagte Stoffstrom vorzugsweise im Gegenstrom zu einem NaOH-haltigen Strom (unter Bildung von Wasser und Na2CO3) gefahren, wobei insbesondere eine carbonathaltige Phase aus dem Sumpf der zweiten Kolonne abgezogen wird, und wobei bevorzugt der solchermaßen gereinigte und aus der zweiten Kolonne abgezogene ethylenhaltige zweiphasige Stoffstrom über einem Molsieb bzw. mittels eines Molsiebes getrocknet wird. Anstelle von NaOH sind auch weitere alkalische chemisch oder physikalisch wirkende, dem Fachmann bekannte Waschmittel einsetzbar.For this purpose, the said stream is preferably countercurrent to a NaOH-containing stream (to form water and Na 2 CO 3 ) driven, in particular a carbonate-containing phase from the bottom the second column is withdrawn, and preferably wherein the thus purified and withdrawn from the second column ethylene-containing two-phase material flow is dried over a molecular sieve or by means of a molecular sieve. Instead of NaOH and other alkaline chemically or physically acting, known in the art detergent can be used.
Weiterhin wird vorzugweise der aus der zweiten Kolonne abgezogene (ethylenhaltige) Stoffstrom zum Entfernen von schweren C3+-Bestandteilen (Kohlenwasserstoffe mit drei oder mehr als drei Kohlenstoffatomen) in eine mit der zweiten Kolonne strömungsmittel- bzw. druckleitend verbundene dritte Kolonnen eingespeist. Dabei sammeln sich jene schweren Bestandteile im Sumpf der dritten Kolonne und werden dort aus der dritten Kolonne abgezogen. Der die leichteren C1/C2-Bestandteile (ein bzw. zwei Kohlenstoffatome pro Molekül) enthaltende Stoffstrom wird hingegen aus dem Kopf der dritten Kolonne abgezogen und bevorzugt einer weiteren Fraktionierung zugeführt.Furthermore, the (ethylene-containing) stream withdrawn from the second column is preferably fed into a third column which is connected to the second column in a fluid or pressure-conducting manner to remove heavy C 3+ components (hydrocarbons having three or more than three carbon atoms). In this case, those heavy components accumulate in the bottom of the third column and are withdrawn there from the third column. The stream containing the lighter C 1 / C 2 components (one or two carbon atoms per molecule), on the other hand, is withdrawn from the top of the third column and preferably fed to a further fractionation.
Zum Entfernen leichter Bestandteile, wie z. B. CO und/oder CH4 wird schließlich bevorzugt der aus der dritten Kolonne abgezogene (ethylenhaltige) Stoffstrom in eine mit der dritten Kolonne strömungsmittel- bzw. druckleitend verbundene vierte Kolonne eingespeist, wobei eine (endgereinigte, konzentrierte) ethylenhaltige gasförmige Phase aus dem Sumpf der vierten Kolonnen abgezogen wird, und wobei jene leichten Bestandteile sich im Kopf der vierten Kolonne sammeln und dort abgezogen werden.For removing lighter components, such as. B. CO and / or CH 4 is finally preferably the withdrawn from the third column (ethylene-containing) stream fed into a third column with the fluid or pressure-conducting connected fourth column, wherein a (final purified, concentrated) ethylene-containing gaseous phase from the sump the fourth column is withdrawn, and wherein those light components are collected in the head of the fourth column and withdrawn there.
Bevorzugt wird der Druck des Stoffstromes mittels der Pumpe so eingestellt, dass dieser beim Abziehen des Stoffstromes in Form einer ethylenhaltigen (gasförmigen) Phase aus dem Sumpf der vierten Kolonne 10 bar bis 30 bar, bevorzugt 15 bar bis 25 bar beträgt.Preferably, the pressure of the stream is adjusted by means of the pump so that it is 10 bar to 30 bar, preferably 15 bar to 25 bar in the removal of the stream in the form of an ethylene-containing (gaseous) phase from the bottom of the fourth column.
Bevorzugt wird der in den mindestens einen Reaktor einzuleitende Stoffstrom hierzu vor dem Einleiten in den mindestens einen Reaktor auf 20 bis 100 bar, bevorzugt auf 30 bis 40 bar verdichtet. Dabei beträgt der Ethanolgehalt des Stoffstromes vor dem Einspeisen in den mindestens einen Reaktor bevorzugt 40 Vol% bis 99,9 Vol%, mehr bevorzugt 60 Vol% bis 96 Vol% und besonders bevorzugt 70 Vol% bis 90 Vol%.For this purpose, the material stream to be introduced into the at least one reactor is preferably compressed to from 20 to 100 bar, preferably to from 30 to 40 bar, before it is introduced into the at least one reactor. The ethanol content of the stream before being fed into the at least one reactor is preferably 40% by volume to 99.9% by volume, more preferably 60% by volume to 96% by volume and particularly preferably 70% by volume to 90% by volume.
Des Weiteren handelt es sich bei dem mindestens einen Reaktor in einer Variante der Erfindung bevorzugt um zumindest einen isothermen Reaktor, in dem die Dehydratisierung des Ethanols bei (im Wesentlichen) konstanter Temperatur durchgeführt wird. Eine Beheizung des Stoffstromes (Begleitheizung) kann dabei über ein Wärmeträgermedium vorgenommen werden, z. B. in Form von Dampf, Öl oder einer Salzschmelze.Furthermore, the at least one reactor in a variant of the invention is preferably at least one isothermal reactor in which the dehydration of the ethanol is carried out at (substantially) constant temperature. A heating of the material flow (heat tracing) can be made via a heat transfer medium, z. B. in the form of steam, oil or a molten salt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Reaktor als ein adiabatischer Reaktor ausgebildet ist. In einem adiabatischen System findet, abgesehen von Strahlungsverlusten über die Reaktorwand, näherungsweise kein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt. Bei guter Wärmeisolation des Reaktors ist die adiabatische Reaktionsführung technisch einfach zu realisieren. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Stoffstrom nach einem Durchlaufen des mindestens einen adiabatischen Reaktors zumindest einen weiteren, bevorzugt zwei weitere, am meisten bevorzugt drei weitere adiabatische Reaktoren durchläuft, die druck- bzw. strömungsmittelleitend miteinander verbunden sind (Adiabatbettkaskade).In an alternative embodiment of the invention it is provided that the at least one reactor is designed as an adiabatic reactor. In an adiabatic system, apart from radiation losses across the reactor wall, there is approximately no heat exchange with the environment. With good heat insulation of the reactor, the adiabatic reaction is technically easy to implement. Preferably, it is provided that, after passing through the at least one adiabatic reactor, the stream passes through at least one further, preferably two further, most preferably three further adiabatic reactors which are connected to one another by pressure or flow (adiabatic bed cascade).
Bei mehreren adiabatischen Reaktoren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Stoffstrom zwischen zwei solchen adiabatischen Reaktoren jeweils erwärmt wird, wobei der Stoffstrom jeweils insbesondere auf eine Temperatur zwischen 300°C bis 500°C, bevorzugt 350°C bis 480°C, am meisten bevorzugt zwischen 400°C bis 450°C erwärmt wird.In the case of several adiabatic reactors, it is preferably provided that the stream is heated in each case between two such adiabatic reactors, the stream in each case in particular being heated to a temperature between 300 ° C. to 500 ° C., preferably 350 ° C. to 480 ° C., most preferably between 400 ° C to 450 ° C is heated.
Zum Dehydratisieren des Ethanols in den besagten Reaktoren ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese jeweils zumindest ein Katalysatorbett enthalten, das mit dem Stoffstrom beaufschlagt wird, wobei jene Katalysatorbetten vorzugsweise einen Al2O3- oder einen ZSM5-Katalysator aufweisen.For dehydrating the ethanol in the said reactors, it is preferably provided that they each contain at least one catalyst bed which is charged with the stream, wherein those catalyst beds preferably comprise an Al 2 O 3 or a ZSM5 catalyst.
Vorzugsweise wird der Stoffstrom (gasförmiges Reaktionsprodukt) nach einem Durchlaufen der Gesamtheit der adiabatischen bzw. isothermen Reaktoren mit Hilfe eines indirekten Wärmeaustausches mit dem in den mindesten einen Reaktor einzuleitenden Stoffstrom in einem Wärmetauscher abgekühlt, so dass insbesondere das bei der Dehydratisierung abgespaltene Wasser auskondensiert.Preferably, after passing through the entirety of the adiabatic or isothermal reactors, the stream (gaseous reaction product) is cooled by means of an indirect heat exchange with the stream to be introduced into the at least one reactor in a heat exchanger, so that in particular the water split off during the dehydration condenses out.
Dieser indirekte Wärmetausch kann auch zum Erhitzen des Stoffstromes vor dem Einspeisen in die besagten Reaktoren verwendet werden. Dabei wird der einzuspeisende Stoffstrom vorzugsweise vollständig verdampft und/oder überhitzt. Der Wärmetausch kann auch mit einem sonstigen Prozessstrom durchgeführt werden, insbesondere in Form von Dampf (Hochdruckdampf). Zum Erhitzen des Stoffstromes kann dieser auch in einem Ofenraum erwärmt werden.This indirect heat exchange can also be used to heat the stream prior to feeding into said reactors. In this case, the material stream to be fed in is preferably completely evaporated and / or superheated. The heat exchange can also be carried out with another process stream be, especially in the form of steam (high-pressure steam). For heating the material flow, this can also be heated in a furnace chamber.
Das Ethanol für den in die Reaktoren einzuspeisenden Stoffstrom (Feed) wird vorzugsweise aus dem Kopf einer Destillationskolonne abgezogen, die insbesondere mit durch Fermentation hergestelltem Rohethanol beschickt wird, wobei insbesondere eine aus dem Sumpf der Destillationskolonne abgezogene ethanolhaltige flüssige Phase zum Aufkonzentrieren des Ethanols in jener Phase durch einen Membranfilter geschickt wird. Vorzugsweise wird jene ethanolhaltige Phase nach dem Durchlaufen des Membranfilters dem besagten, aus dem Kopf der Destillationskolonne abgezogenen ethanolhaltigen Stoffstrom zugegeben.The ethanol for the fed into the reactors stream (feed) is preferably withdrawn from the top of a distillation column, which is charged in particular with crude ethanol produced by fermentation, in particular a withdrawn from the bottom of the distillation column ethanol-containing liquid phase for concentrating the ethanol in that phase is sent through a membrane filter. Preferably, that ethanol-containing phase after passing through the membrane filter is added to the said, from the top of the distillation column withdrawn ethanol-containing material stream.
Bei der vorgenannten Fermentation wird in bekannter Weise aus Zuckern mit Hilfe von Mikroorganismen Alkohol (Ethanol) gewonnen. Im Allgemeinen wird dazu Hefe eingesetzt. Die Zucker stammen z. B. aus Pflanzen.In the aforementioned fermentation, alcohol (ethanol) is obtained in a known manner from sugars with the aid of microorganisms. In general, yeast is used. The sugars come z. B. from plants.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur erläutert werden.Further details and advantages of the invention will be explained by the following description of an embodiment with reference to the figure.
Es zeigt:It shows:
Erfindungsgemäß wird dabei eine Verdichtung eines flüssigen Einsatzes (Stoffstromes) S, der wässriges Ethanol (EtOH(aq)) enthält, mittels einer Pumpe, insbesondere in Form einer Hochdruckpumpe
Zunächst wird das in einem vorgelagerten, bioverfahrenstechnischen Prozessschritt durch Fermentation in einer Fermentationseinrichtung
Der ethanolreiche Stoffstrom S wird sodann über eine Leitung
Der Verdichtung schließt sich eine Erwärmung, vollständige Verdampfung und Überhitzung des Feeds (Stoffstromes) S an. Hierzu wird eine Wärmekopplung mit einem heißen Reaktoreffluent bevorzugt, d. h., der Stoffstrom S wird von der Pumpe
Alternativ hierzu kann jedoch auch ein anderer geeigneter Prozessstrom, z. B. HD-Dampf, Verwendung finden oder die wässrige Ethanollösung S in einem Ofenraum entsprechend konditioniert werden.Alternatively, however, another suitable process stream, for. B. HD steam, use or the aqueous ethanol solution S are conditioned in a corresponding furnace chamber.
Nach dem Erhitzen des Stoffstromes S (Feed) im Wärmetauscher
Die Zwischenerwärmung mittels des Heizmittels
Alternativ zu einer Adiabatbettkaskade
Bevorzugte Anwärmniveaus für den adiabatischen Prozess, d. h., für die besagte Zwischenerwärmung, liegen jeweils bei 300°C bis 500°C, bevorzugt bei 350°C bis 480°C, am meisten bevorzugt bei 400°C bis 450°C. Bei einem isothermen Reaktor würde man etwa 20 K bis 30 K unterhalb der max. Eintrittstemperatur des adiabatischen Bettes bleiben.Preferred heating levels for the adiabatic process, d. h., for said intermediate heating, are each at 300 ° C to 500 ° C, preferably at 350 ° C to 480 ° C, most preferably at 400 ° C to 450 ° C. In an isothermal reactor would be about 20 K to 30 K below the max. Inlet temperature of the adiabatic bed remain.
Das aus dem Sumpf
Das abgekühlte, zweiphasige Reaktionsprodukt (Stoffstrom) S wird über eine Leitung
Die weitere Aufreinigung zu „Polymer Grade Ethylene” (Polymer-Qualität Ethylen) umfasst eine C3+-Abtrennung (Moleküle mit drei oder mehr als drei Kohlenstoffatomen) in einer mit der zweiten Kolonne
Der Enddruck des aufgereinigten Ethylens, das aus dem Sumpf der vierten Kolonne
Die aus dem Sumpf
Durch die Verdichtung in flüssiger Phase sind im Ergebnis die Betriebskosten (Dampf oder Strom) beim erfindungsgemäßen Verfahren erheblich niedriger. Ein Beispiel zum Vergleich (gleiche Zustandsbedingungen für Feed- und Produkt): Die Produktion von einer Tonne Ethylen mit dem vorliegend beschriebenen Prozess erfordert weniger als 5 kW Verdichtungsleistung, das herkömmliche Verfahren mit mehrstufiger Verdichtung in der Fraktionierung hat einen Verbrauch von 60 bis 70 kW Verdichtungsleistung je Tonne Ethylen.As a result of the compaction in the liquid phase, the operating costs (steam or electricity) in the process according to the invention are considerably lower. An example for comparison (same condition conditions for feed and product): The production of one ton of ethylene with the process described herein requires less than 5 kW of compression power, the conventional multi-stage compression process in fractionation has a consumption of 60 to 70 kW compaction performance per ton of ethylene.
Weiterhin ist von Vorteil, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kein stark olefinhaltiger Strom verdichtet werden muss, der bekanntlich zum Faulen (in den Verdichterstufen) neigt, womit sich die Verfügbarkeit der Anlagen vorbekannter Art verringern kann.A further advantage is that with the method according to the invention no strong olefin-containing stream must be compressed, which is known to fouling (in the compressor stages) tends, which can reduce the availability of plants previously known type.
Entgegen der Erwartung lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei identischer Temperatur ein vergleichbar hoher Umsatz von Ethanol zu Ethylen erzielen. Dies ist bei der gasförmigen Reaktion mit Molzahlverdopplung a priori nicht zu erwarten gewesen. Gleichfalls kann durch den höheren Druck die Raum-Zeit-Ausbeute erheblich gesteigert werden von einer LHSV im Bereich von 0,1 bis 0,2 auf 1 bis 1,2 1/h. Damit benötigt das Verfahren nur etwa 15% bis 20% so viel Katalysator und Reaktorvolumen wie das vorbekannte Referenzverfahren mit mehreren Verdichterstufen, was zu weiteren Einsparungen bezogen auf die Gesamtinvestition führt.Contrary to expectations, a comparably high conversion of ethanol to ethylene can be achieved with the process according to the invention at identical temperature. This was not to be expected a priori in the gaseous reaction with doubling the number of moles. Likewise, the higher pressure can significantly increase the space-time yield from an LHSV in the range of 0.1 to 0.2 to 1 to 1.2 l / h. Thus, the process requires only about 15% to 20% as much catalyst and reactor volume as the previously known reference method with multiple compressor stages, which leads to further savings based on the total investment.
Des Weiteren wurden mehrere Laborexperimente durchgeführt (keine optimierten Bedingungen, die Zahlen dienen nur dem Vergleich für unterschiedliche Versuchsbedingungen), wobei Druck, Temperatur und Ethanol-Konzentration variiert wurden.Furthermore, several laboratory experiments were carried out (no optimized conditions, the numbers are only for comparison for different experimental conditions), whereby pressure, temperature and ethanol concentration were varied.
Diese Versuche wurden wie folgt durchgeführt:
Ein Ethanol-Wasser-Gemisch wurde mittels einer Pumpe zu einem Verdampfer gefördert. Anschließend wurde das verdampfte Ethanol in einem Rohrreaktor (Innendurchmesser 33.7 mm) katalytisch dehydratisiert. Der Rohrreaktor war mit 64 ml–160 ml Katalysator (saures Aluminiumoxid) befüllt.These experiments were carried out as follows:
An ethanol-water mixture was pumped to an evaporator. Subsequently, the evaporated ethanol was catalytically dehydrated in a tubular reactor (internal diameter 33.7 mm). The tube reactor was filled with 64 ml-160 ml of catalyst (acidic alumina).
Der einphasige Produktstrom wurde abgekühlt (0–20°C) und die zwei resultierenden Phasen in einem Druckbehälter (Dekanter) getrennt. Die Gasphase wurde kontinuierlich mittels einer Gasuhr quantifiziert.The single-phase product stream was cooled (0-20 ° C) and the two resulting phases separated in a pressure vessel (decanter). The gas phase was continuously quantified by means of a gas meter.
Die Flüssigphase wurde nach dem Versuch abgelassen und ausgewogen. Beide Phasen wurden mittels Gaschromatographie detailliert analysiert. Zusätzlich wurde auch ein GO-MS angewendet, um Nebenprodukte zu identifizieren.The liquid phase was drained and weighed after the experiment. Both phases were analyzed in detail by gas chromatography. In addition, a GO-MS was also used to identify by-products.
A) Vergleich 5 und 30 bar:A)
Beispiel 1:Example 1:
- Temperatur: 431°CTemperature: 431 ° C
- Druck: 5,0 barPressure: 5.0 bar
- LHSV: 1,1 h-1LHSV: 1.1 h-1
- Ethanol in Wasser: 90 wt%Ethanol in water: 90 wt%
- Ausbeute: 96 wt%Yield: 96 wt%
Beispiel 2:Example 2:
- Temperatur: 431°CTemperature: 431 ° C
- Druck: 30,0 barPressure: 30,0 bar
- LHSV: 1,2 h-1LHSV: 1.2 h-1
- Ethanol in Wasser: 90 wt%Ethanol in water: 90 wt%
- Ausbeute: 93 wt%Yield: 93 wt%
B) Vergleich 75 wt%, 90 wt% und 96 wt% Ethanol:B) Comparison of 75 wt%, 90 wt% and 96 wt% ethanol:
Beispiel 3Example 3
- Temperatur: 402°CTemperature: 402 ° C
- Druck: 30,0 barPressure: 30,0 bar
- LHSV: 1,2 h-1LHSV: 1.2 h-1
- Ethanol in Wasser: 96 wt%Ethanol in water: 96 wt%
- Ausbeute: 90 wt%Yield: 90 wt%
Beispiel 4:Example 4:
- Temperatur: 402°CTemperature: 402 ° C
- Druck: 30,0 barPressure: 30,0 bar
- LHSV: 1,2 h-1LHSV: 1.2 h-1
- Ethanol in Wasser: 90 wt%Ethanol in water: 90 wt%
- Ausbeute: 90 wt%Yield: 90 wt%
Beispiel 5:Example 5:
- Temperatur: 402°CTemperature: 402 ° C
- Druck: 30,0 barPressure: 30,0 bar
- LHSV: 1,2 h-1LHSV: 1.2 h-1
- Ethanol in Wasser: 75 wt%Ethanol in water: 75 wt%
- Ausbeute: 87 wt%.Yield: 87% by weight.
Bezugszeichenliste
Claims (15)
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