DE102015217650A1 - Process and apparatus for refining a carbonaceous reactant - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Veredelung eines kohlenstoffhaltigen Reaktanten (3) mit den folgenden Schritten vorgeschlagen: – Bildung eines ionischen Carbids (5) aus dem Reaktanten (3) und einem Metalloxid unter einem Eintrag von Energie, wobei als Metalloxid Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid verwendet wird; – Hydrolyse (6) des gebildeten Carbids (5) zu Propin (9) und/oder Propadien (9); – Dimerisation (33) eines ersten Stoffmengenteils (32a) des Propins (9) und/oder des Propadiens (9) zu Benzol (39) unter Bildung von Wasserstoff; – Hydrierung (37) eines zweiten Stoffmengenteils (32b) des Propins (9) und/oder Propadiens (9) zu Propen (38) mittels des bei der Dimerisation (33) gebildeten Wasserstoffes; und – Alkylierung (40) des Benzols (39) mit dem Propen (38) zu Cumol. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.A method of upgrading a carbonaceous reactant (3) is proposed, comprising the steps of: forming an ionic carbide (5) from the reactant (3) and a metal oxide with an input of energy, using magnesium oxide and / or lithium oxide as the metal oxide becomes; - hydrolysis (6) of the formed carbide (5) to propyne (9) and / or propadiene (9); - dimerization (33) of a first part of the substance (32a) of the propyne (9) and / or the propadiene (9) to benzene (39) to form hydrogen; - Hydrogenation (37) of a second Stoffmengenteils (32b) of the propyne (9) and / or propadiene (9) to propene (38) by means of the hydrogen formed in the dimerization (33); and - alkylating (40) the benzene (39) with the propene (38) to give cumene. The invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Veredelung eines kohlenstoffhaltigen Stoffes, der als Reaktant einer chemischen Reaktion verwendet wird. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird mittels des Reaktanten und mittels eines Metalloxides ein ionisches Carbid gebildet aus dem unter anderem Benzol gewonnen wird. The invention relates to a method and a device for refining a carbonaceous substance, which is used as a reactant of a chemical reaction. In the process of the present invention, by means of the reactant and by means of a metal oxide, an ionic carbide is formed from which, inter alia, benzene is recovered.

Die Verwendung alternativer Energiequellen im Rahmen der Energiewende hat dazu geführt, dass örtlich ein Stromüberangebot vorliegen kann. Das ist deshalb der Fall, da fossile Kraftwerke nur mit wohlbestimmten Lastrampen angefahren oder abgefahren werden und für deren Betrieb eine Mindestlast erforderlich ist. Dadurch kann es vorkommen, dass fossile Kraftwerke betrieben werden müssen, beispielsweise über mehrere Stunden, obwohl die Stromnachfrage gering ist. Mit anderen Worten ist dadurch ein Überschussstrom vorhanden, für welchen es zum Zeitpunkt seiner Erzeugung keine vorteilhafte Verwendung gibt. Insgesamt wird ein wirtschaftlicher Betrieb der fossilen Kraftwerke dadurch erschwert. The use of alternative energy sources in the context of the energy transition has led to the possibility of local overcurrent. This is the case because fossil fuel power plants are started or driven only with well-defined load ramps and a minimum load is required for their operation. As a result, it may happen that fossil power plants must be operated, for example, over several hours, although the demand for electricity is low. In other words, there is an excess current for which there is no advantageous use at the time of its generation. Overall, an economic operation of fossil power plants is made more difficult.

Eine Möglichkeit den genannten Überschussstrom vorteilhaft zu verwenden, ist der Betrieb eines Carbidofens. Mittels eines Carbidofens kann ein kohlenstoffhaltiger Stoff mit einem Metalloxid unter Bildung eines Carbids zur Reaktion gebracht werden. Die Reaktion erfolgt typischerweise bei hohen Temperaturen im Bereich oberhalb von 2000 Grad Celsius. Ein Teil der erforderlichen Reaktionsenthalpie wird mittels des Carbidofens zugeführt. Eine Vielzahl von Carbiden reagiert unter der Zugabe von Wasser (Hydrolyse) spontan, wobei ein gasförmiger Kohlenwasserstoff entsteht. Grundsätzlich kann mittels einer Speicherung des gasförmigen Kohlenwasserstoffes und durch seine Rückverstromung ein industriell verwendbarer Energiespeicher bereitgestellt werden. One way to use the said excess flow advantageous is the operation of a carbide furnace. By means of a carbide furnace, a carbonaceous material can be reacted with a metal oxide to form a carbide. The reaction typically occurs at high temperatures in the range above 2000 degrees Celsius. Part of the required reaction enthalpy is supplied by means of the carbide furnace. A variety of carbides react spontaneously with the addition of water (hydrolysis) to form a gaseous hydrocarbon. Basically, by means of storage of the gaseous hydrocarbon and by its reconversion an industrially usable energy storage can be provided.

Weiterhin kann das mittels des Carbidofens erzeugte Carbid stofflich verwendet werden. Hierbei sind Carbide besonders von Vorteil, da bei ihrer Hydrolyse typischerweise nur ein bestimmter Kohlenwasserstoff gebildet wird. Beispielsweise bildet sich bei der Hydrolyse von Calciumcarbid (CaC2) Ethin (C2H2), welches eine Grundchemikalie ist und somit ein Wertprodukt darstellt, das industriell zu einem Zielprodukt weiterverarbeitet werden kann. Bevorzugte organische Wertprodukte weisen jedoch mehr als zwei Kohlenstoffatome auf, sodass typischerweise eine Weiterverarbeitung von Ethin (Acetylen) erforderlich ist. Furthermore, the carbide produced by means of the carbide furnace can be used materially. In this case, carbides are particularly advantageous since their hydrolysis typically only a certain hydrocarbon is formed. For example, in the hydrolysis of calcium carbide (CaC 2 ), ethyne (C 2 H 2 ), which is a commodity chemical and thus constitutes a valuable product, can be industrially processed to a target product. However, preferred organic value products have more than two carbon atoms, so typically a further processing of ethyne (acetylene) is required.

Besonders vorteilhaft ist die Herstellung von Magnesiumcarbid beziehungsweise Magnesiumsesquicarbid (Mg2C3). Bei der Hydrolyse von Magnesiumcarbid bildet sich beispielsweise Propin (C3H4), das ein doppelt ungesättigter C3-Kohlenwasserstoff ist. Weiterhin kann ein mögliches Zielprodukt beispielsweise Flüssiggas (LPG) sein, das einen hochwertigen Zusatz für Biogas zur Anpassung seines Brennwertes darstellt. Ein weiteres Zielprodukt kann Propen (C3H6) sein, das eine hochwertige Grundchemikalie für die Polymer-Industrie darstellt. Ein Nachteil der genannten Zielprodukte ist, dass zu deren Herstellung Wasserstoff erforderlich ist, mit dem der bei der Hydrolyse von Magnesiumcarbid gebildete doppelt ungesättigte C3-Kohlenwasserstoff teilweise oder vollständig gesättigt wird. Insbesondere bei großindustriellen Anlagen kann dies zu einem limitierenden Faktor werden. Particularly advantageous is the production of magnesium carbide or magnesium sesquicarbide (Mg 2 C 3 ). In the hydrolysis of magnesium carbide, for example, propyne (C 3 H 4 ), which is a C 2 -hydrocarbon unsaturated hydrocarbon, is formed. Furthermore, a possible target product may be, for example, liquefied petroleum gas (LPG), which is a valuable additive for biogas for adjusting its calorific value. Another target product can be propene (C 3 H 6 ), which is a high-quality basic chemical for the polymer industry. A disadvantage of the stated target products is that they require hydrogen to produce them, with which the double-unsaturated C 3 -hydrocarbon formed in the hydrolysis of magnesium carbide is partially or completely saturated. This can become a limiting factor, especially for large-scale industrial plants.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei das Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff, das heißt das C/H-Verhältnis des gebildeten Kohlenwasserstoffes. Nach dem Stand der Technik sind typischerweise weitere Maßnahmen erforderlich, um das C/H-Verhältnis vorteilhaft anzupassen. Dies kann beispielsweise – wie oben genannt – mit der Zugabe von Wasserstoff erreicht werden. Eine andere Möglichkeit ist, ein Zielprodukt zu identifizieren, welches dem C/H-Verhältnis des bei der Hydrolyse gebildeten Kohlenwasserstoffes entspricht. Of particular importance here is the ratio of carbon to hydrogen, that is, the C / H ratio of the hydrocarbon formed. The prior art typically requires further measures to favorably adjust the C / H ratio. This can be achieved, for example - as mentioned above - with the addition of hydrogen. Another possibility is to identify a target product which corresponds to the C / H ratio of the hydrocarbon formed in the hydrolysis.

Aus der Druckschrift WO 1990006897 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem aus Magnesiumcarbid Benzol und Wasserstoff hergestellt werden. In der genannten Druckschrift wird, ausgehend von Methan, bei einer hohen Temperatur, beispielsweise oberhalb von 1400 Grad Celsius, aus dem Magnesiumoxid das Magnesiumcarbid gebildet. Hierbei entsteht zusätzlich Kohlenstoffmonooxid und Wasserstoff. Anschließend wird das Magnesiumcarbid hydrolysiert und ein Gemisch aus Propin und Propadien gewonnen. Das Gemisch aus Propin und Propadien wird auch als Methylacetylen/Propadien (abgekürzt MAPD) bezeichnet. Es wird zudem ein Verfahren offenbart, bei dem das Propadien zu Propin umgesetzt werden kann, sodass das gewonnene MAPD im Wesentlichen vollständig zu Propin gewandelt werden kann. From the publication WO 1990006897 A1 For example, a process is known in which benzene and hydrogen are produced from magnesium carbide. In the cited document, starting from methane, at a high temperature, for example above 1400 degrees Celsius, formed from the magnesium oxide, the magnesium carbide. In addition, carbon monoxide and hydrogen are produced. Subsequently, the magnesium carbide is hydrolyzed and a mixture of propyne and propadiene recovered. The mixture of propyne and propadiene is also referred to as methylacetylene / propadiene (abbreviated MAPD). It also discloses a process in which the propadiene can be converted to propyne, so that the recovered MAPD can be converted substantially completely to propyne.

Weiterhin schlägt die WO 1990006897 A1 vor, das Propin zu Benzol (C6H6) zu dimerisieren. Hierbei dimerisieren zwei Propin-Moleküle unter Ringbildung zu Benzol und Wasserstoff. Ein Nachteil des in der Druckschrift offenbarten Verfahrens ist, dass das Benzol sehr krebserregend sowie toxisch ist und damit seine Verwendung, beispielsweise als Treibstoffzusatz, deutlich beschränkt ist. Ein weiterer Nachteil des offenbarten Verfahrens ist, dass Methan zur Bildung des Magnesiumcarbids verwendet wird. Das ist deshalb der Fall, da Methan eine hochwertige Grundchemikalie darstellt und bei seiner Verwendung ein großes Volumen an weiteren Gasen, beispielsweise Kohlenstoffmonooxid, entsteht. Furthermore, the beats WO 1990006897 A1 proposed to dimerize the propyne to benzene (C 6 H 6 ). Here, two propyne molecules dimerize to form benzene and hydrogen with ring formation. A disadvantage of the disclosed in the document method is that the benzene is very carcinogenic and toxic and thus its use, for example as a fuel additive, is significantly limited. Another disadvantage of the disclosed method is that methane is used to form the magnesium carbide. This is because methane is a high-quality basic chemical and when used it creates a large volume of other gases, such as carbon monoxide.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben genannte Verfahren derart zu verbessern, dass ein höherwertiges Zielprodukt ohne eine Verwendung von Methan bereitgestellt werden kann. The object of the present invention is to improve the above-mentioned process in such a way that a higher-quality target product can be provided without the use of methane.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 14 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by a method having the features of independent claim 1 and by an apparatus having the features of independent claim 14. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Veredelung eines kohlenstoffhaltigen Reaktanten umfasst die folgenden Schritte:

  • – Bildung eines ionischen Carbids aus dem Reaktanten und einem Metalloxid unter einem Eintrag von Energie, wobei als Metalloxid Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid verwendet wird;
  • – Hydrolyse des gebildeten Carbids zu Propin und/oder Propadien;
  • – Dimerisation eines ersten Stoffmengenteils des Propins und/oder Propadiens zu Benzol unter Bildung von Wasserstoff;
  • – Hydrierung eines zweiten Stoffmengenteils des Propins und/oder Propadiens zu Propen mittels des bei der Dimerisation gebildeten Wasserstoffes; und
  • – Alkylierung des Benzols mit dem Propen zu Cumol.
The process according to the invention for refining a carbon-containing reactant comprises the following steps:
  • - Formation of an ionic carbide from the reactant and a metal oxide with an input of energy, wherein as the metal oxide, magnesium oxide and / or lithium oxide is used;
  • Hydrolysis of the formed carbide to propyne and / or propadiene;
  • Dimerization of a first portion of propylene and / or propadiene to benzene to form hydrogen;
  • - Hydrogenation of a second component of the amount of propyne and / or propadiene to propene by means of the hydrogen formed in the dimerization; and
  • - Alkylation of benzene with the propene to cumene.

Hierbei ist ein kohlenstoffhaltiger Reaktant ein Stoffgemisch oder ein Stoff, der wenigstens Kohlenstoff umfasst. Here, a carbonaceous reactant is a mixture of substances or a substance comprising at least carbon.

Das erfindungsgemäße Verfahren gliedert sich demnach in wenigstens fünf Schritte. The inventive method is therefore divided into at least five steps.

In einem ersten Schritt wird das ionische Carbid aus dem Reaktanten und dem Metalloxid unter dem Eintrag von Energie gebildet, wobei als Metalloxid Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid verwendet wird. In a first step, the ionic carbide is formed from the reactant and the metal oxide with the introduction of energy, wherein magnesium oxide and / or lithium oxide is used as the metal oxide.

In einem zweiten Schritt wird das Propin und/oder Propadien durch die Hydrolyse des Carbids gebildet. Hierbei kann es vorgesehen sein das Carbid im Wesentlichen vollständig zu Propin zu hydrolysieren. Das kann bevorzugt dadurch ermöglicht werden, dass das unter der Hydrolyse gebildete Propadien im Wesentlichen vollständig zu Propin gewandelt wird. In a second step, the propyne and / or propadiene is formed by the hydrolysis of the carbide. It may be provided that the carbide is hydrolyzed substantially completely to propyne. This may preferably be made possible by converting the propadiene formed under hydrolysis substantially completely to propyne.

In einem dritten Schritt wird der erste Stoffmengenteil des Propins und/oder Propadiens zu Benzol unter der Bildung von Wasserstoff dimerisiert. In a third step, the first part of the propylene and / or propadiene is dimerized to benzene with the formation of hydrogen.

In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Stoffmengenteil des Propins und/oder Propadiens zu Propen mittels des bei der Dimerisation gebildeten Wasserstoffes hydriert. Für den dritten und vierten Schritt wird folglich die Stoffmenge des im zweiten Schritt gebildeten Propins in den ersten und zweiten Stoffmengenteil aufgeteilt. Hierbei können insbesondere der dritte und vierte Schritt verfahrenstechnisch parallel erfolgen. In a fourth step of the process according to the invention, the second constituent part of the propyne and / or propadiene is hydrogenated to propene by means of the hydrogen formed during the dimerization. Consequently, for the third and fourth steps, the amount of substance of the propyne formed in the second step is divided into the first and second component parts. In this case, in particular the third and fourth step can be carried out in terms of process technology in parallel.

In einem fünften Schritt wird das im dritten Schritt gebildete Benzol mittels des im vierten Schritt gebildeten Propens zu Cumol alkyliert. In a fifth step, the benzene formed in the third step is alkylated to cumene by means of the propene formed in the fourth step.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird folglich aus dem kohlenstoffhaltigen Reaktanten unter der Bildung eines ionischen Carbids ein hochwertiges Zielprodukt, das Cumol, gewonnen. Das gebildete Carbid wird – wie aus dem Stand der Technik bekannt – zu Propin und/oder Propadien hydrolysiert. Anschließend erfolgt eine Dimerisation des ersten Stoffmengenteils des Propins und/oder Propadiens zu Benzol. Bei der Dimerisation wird Wasserstoff frei, der erfindungsgemäß zur Hydrierung des zweiten Stoffmengenteils des Propins und/oder Propadiens verwendet wird. Vorteilhafterweise kann aus dem Propin des zweiten Stoffmengenteils unter Hydrierung mittels des bei der Dimerisation gebildeten Wasserstoffes Propen gewonnen werden. Hierbei ist es erfindungsgemäß vorgesehen das Propen zur Alkylierung des Benzols zu Cumol zu verwenden. Die vorliegende Erfindung verbessert daher das in der Druckschrift WO 1990006897 A1 genannte Verfahren derart, dass das höherwertige Zielprodukt Cumol bereitgestellt wird. Zudem ist eine Zuführung von Methan nicht zwingend erforderlich. Thus, according to the present invention, a high quality target product, cumene, is recovered from the carbonaceous reactant to form an ionic carbide. The resulting carbide is hydrolyzed to propyne and / or propadiene as known in the art. Subsequently, a dimerization of the first component of the amount of propyne and / or propadiene to benzene takes place. In the dimerization, hydrogen is released, which is used according to the invention for the hydrogenation of the second component of the propylene and / or propadiene. Advantageously, propene can be recovered from the propyene of the second component portion under hydrogenation by means of the hydrogen formed during the dimerization. It is inventively provided to use the propene for the alkylation of benzene to cumene. The present invention therefore improves upon that in the document WO 1990006897 A1 said method such that the higher quality target product cumene is provided. In addition, a supply of methane is not mandatory.

Cumol stellt hierbei das hochwertige Zielprodukt dar. Insbesondere wird Cumol als hochwertiger Treibstoffzusatz verwendet. Cumol hat eine sehr hohe Oktanzahl von 132 und ist nicht hygroskopisch und kompatibel zur bestehenden Infrastruktur für Treibstoffe oder Ottokraftstoffe. Vorteilhafterweise können minderwertige Treibstoffe/Kraftstoffe, die eine niedrige Oktanzahl aufweisen, durch das Cumol aufgewertet werden. Weiterhin kann Cumol die Fließfähigkeit der Treibstoffe, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen, verbessern und aufrechterhalten. Insbesondere als Zusatz für Flugbenzin kann Cumol eingesetzt werden. Weiterhin stellt Cumol eine Grundchemikalie für die Zielprodukte Phenol und Aceton dar (Cumolhydroperoxid-Verfahren nach Hock). Cumol is the high-quality target product. In particular, cumene is used as a high-quality fuel additive. Cumene has a very high octane rating of 132 and is non-hygroscopic and compatible with existing fuel or gasoline infrastructure. Advantageously, inferior fuels / fuels having a low octane number can be upgraded by the cumene. Furthermore, cumene can improve and maintain the fluidity of the fuels, especially at lower temperatures. Cumene can be used in particular as an additive for jet fuel. Furthermore, cumene represents a basic chemical for the target products phenol and acetone (Humm's cumene hydroperoxide method).

Die vorliegende Erfindung stellt daher ein effizientes Verfahren bereit, mittels welchem aus einem kohlenstoffhaltigen Reaktanten ein hochwertiges Zielprodukt, das Cumol, gewonnen werden kann. The present invention therefore provides an efficient process by means of which a high-quality target product, the cumene, can be obtained from a carbon-containing reactant.

Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen das mittels Hydrolyse gebildete Propin und/oder Propadien in den ersten und zweiten Stoffmengenteil aufzuteilen. Hierbei kann zusätzlich das Propadien vollständig zu Propin hydrolysiert werden. Durch die Aufteilung des Propins in den ersten und zweiten Stoffmengenteil kann der erste Stoffmengenteil zur Bildung des Benzols verwendet werden wohingegen der zweite Stoffmengenteil zur Hydrierung des Propins zu Propen verwendet werden kann. Anschließend können das gebildete Propen und Benzol zusammengeführt werden, wobei unter der Alkylierung des Benzols mit dem Propen das erwünschte Cumol entsteht. Mit anderen Worten wird der bei der Bildung des Benzols gebildete Wasserstoff erfindungsgemäß dazu verwendet eine Dreifachbindung eines Alkins (Propin) selektiv zum entsprechenden Alken (Propen) zu hydrieren. For this purpose, it is inventively provided the formed by hydrolysis of propyne and / or propadiene in the first and second Divide Stoffmengenteil. In addition, the propadiene can be completely hydrolyzed to propyne. By dividing the propyne into the first and second component portions, the first component portion can be used to form the benzene, whereas the second component portion can be used to hydrogenate the propene to propene. Subsequently, the formed propene and benzene can be combined, resulting in the alkylene of the benzene with the propene the desired cumene. In other words, according to the invention, the hydrogen formed in the formation of the benzene is used to hydrogenate a triple bond of an alkyne (propyne) selectively to the corresponding alkene (propene).

Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher die Veredelung des kohlenstoffhaltigen Reaktanten, wobei durch die Zwischenstufe des Carbids (Metallcarbid) Selektivitätslimitierungen, wie sie beispielsweise aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren, das auf einer Vergasung und einer anschließenden katalytischen Umsetzung eines Synthesegases beruht, bekannt sind, verhindert werden können. Da es sich erfindungsgemäß um einen reaktiven C3-Körper handelt, lassen sich mit relativ wenig Aufwand hochwertige Zielprodukte synthetisieren. Das für das Cumol erfoderliche C/H-Verhältnis von vier zu drei (4:3) entspricht dabei vorteilhafterweise genau dem Produkt der Hydrolyse (MAPD) des Magnesiumcarbids. Dementsprechend ist vorteilhafterweise kein weiterer Wasserstoff erforderlich, der zugeführt, oder wie beispielsweise in der WO 1990006897 A1 bei Benzol als Zielprodukt, abgeführt werden müsste. The present invention therefore makes it possible to refine the carbon-containing reactant, whereby the intermediate of the carbide (metal carbide) prevents selectivity limitations, as are known, for example, from the Fischer-Tropsch process, which is based on gasification and subsequent catalytic conversion of a synthesis gas can be. Since it is a reactive C 3 body according to the invention, high-quality target products can be synthesized with relatively little effort. The C / H ratio of four to three (4: 3) required for the cumene advantageously corresponds exactly to the product of the hydrolysis (MAPD) of the magnesium carbide. Accordingly, advantageously no further hydrogen is required, which is supplied, or as for example in the WO 1990006897 A1 benzene as the target product, would have to be removed.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein dehydrierender und zyklisierender Katalysator, insbesondere ein Übergangsmetallkatalysator, zur Dimerisation des ersten Stoffmengenteils des Propins zu Benzol verwendet. According to an advantageous embodiment of the invention, a dehydrogenating and cyclizing catalyst, in particular a transition metal catalyst, is used for the dimerization of the first part of the propylene to benzene.

Es können auch Gemische von Katalysatoren verwendet werden. Besonders bevorzugt sind bifunktionale Katalysatoren, beispielsweise Platin und/oder Rhenium. Weiterhin kann eine anschließende Trennung des Benzols vom gebildeten Wasserstoff durch eine Kühlung bei gleichzeitiger Bildung einer flüssigen Phase durch Kondensation erreicht werden. Mixtures of catalysts can also be used. Particularly preferred are bifunctional catalysts, for example platinum and / or rhenium. Furthermore, a subsequent separation of the benzene from the hydrogen formed by cooling with simultaneous formation of a liquid phase can be achieved by condensation.

Weiterhin ist es von Vorteil die katalytische Dimerisation bei einer Temperatur oberhalb von 100 Grad Celsius, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 100 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius, durchzuführen. Weiterhin kann eine Temperatur im Bereich von 300 Grad Celsius bis 600 Grad Celsius, insbesondere im Bereich von 450 Grad Celsius bis 550 Grad Celsius, bevorzugt sein. Furthermore, it is advantageous to carry out the catalytic dimerization at a temperature above 100 degrees Celsius, in particular at a temperature in the range of 100 degrees Celsius to 700 degrees Celsius. Furthermore, a temperature in the range of 300 degrees Celsius to 600 degrees Celsius, in particular in the range of 450 degrees Celsius to 550 degrees Celsius, may be preferred.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Hydrierung des zweiten Stoffmengenteils des Propins mittels eines Katalysators, insbesondere mittels eines Lindlar-Katalysators, erfolgt. According to an advantageous embodiment of the invention, it is advantageous if the hydrogenation of the second constituent part of the propyne takes place by means of a catalyst, in particular by means of a Lindlar catalyst.

Generell sind Katalysatoren von Vorteil, die eine Dreifachbindung selektiv zu einer Doppelbindung hydrieren, ohne dass die entstandenen Doppelbindungen auch hydriert werden. Solche selektiven Katalysatoren werden beispielsweise durch Lindlar-Katalysatoren ausgebildet. In general, catalysts are advantageous which hydrogenate a triple bond selectively to a double bond, without the resulting double bonds are also hydrogenated. Such selective catalysts are formed for example by Lindlar catalysts.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das aus der Alkylierung überschüssige Benzol von dem Cumol abgetrennt und zur Bildung weiteren Cumols rückgeführt. In a further advantageous embodiment of the invention, the benzene excess from the alkylation is separated from the cumene and recycled to form further cumene.

Dadurch kann vorteilhafterweise das Benzol im Überschuss der Alkylierung zugeführt werden. Das ist deshalb von Vorteil, da bei der Alkylierung des Benzols mittels Propen zu Cumol Mehrfachsubstitutionen durch einen Überschuss an dem Benzol unterdrückt oder verhindert werden können. This advantageously allows the benzene to be added in excess to the alkylation. This is advantageous because in the alkylation of benzene by propene to cumene Mehrfachsubstitutionen can be suppressed or prevented by an excess of the benzene.

Besonders vorteilhaft ist es, das unter der Hydrolyse des Carbids gebildete Propin in einem Stoffmengenverhältnis von im Wesentlichen zwei zu eins (2:1) in den ersten und zweiten Stoffmengenteil aufzuteilen. It is particularly advantageous to divide the propyne formed under the hydrolysis of the carbide in a molar ratio of essentially two to one (2: 1) into the first and second component parts.

Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass ein im Wesentlichen exaktes stöchiometrisches Verhältnis bei der Bildung des Benzols und des Propens vorliegt. Mit anderen Worten sind zur Bildung eines Benzol-Moleküls (C6H6) zwei Propin-Moleküle (C3H4) erforderlich, wobei ein Wasserstoff-Molekül (H2) abgespalten wird. Für die Bildung eines Propen-Moleküls (C3H6) sind ein Propin-Molekül und ein Wasserstoff-Molekül (H2) erforderlich, wobei das Wasserstoff-Molekül durch das bei der Bildung von Benzol abgespaltene Wasserstoff-Molekül bereitgestellt wird. Advantageously, this ensures that there is a substantially exact stoichiometric ratio in the formation of the benzene and the propene. In other words, to form a benzene molecule (C 6 H 6 ) two propyne molecules (C 3 H 4 ) are required, whereby one hydrogen molecule (H 2 ) is split off. For the formation of a propene molecule (C 3 H 6 ), a propyne molecule and a hydrogen molecule (H 2 ) are required, the hydrogen molecule being provided by the hydrogen molecule cleaved in the formation of benzene.

Weisen ein erster Reaktor zur Bildung des Benzols und ein zweiter Reaktor zur Bildung des Propens verschiedene Ausbeuten auf, so kann ein Stoffmengenverhältnis, das verschieden von zwei zu eins ist, von Vorteil sein. Mit anderen Worten kann das Stoffmengenverhältnis derart angepasst werden, dass die unterschiedlichen Ausbeuten des ersten und zweiten Reaktors kompensiert werden. Ferner kann das Stoffmengenverhältnis wenigstens zehn Prozent vom genannten idealen Stoffmengenverhältnis (2:1) abweichen. If a first reactor for forming the benzene and a second reactor for forming the propene have different yields, then a molar ratio that is different from two to one may be advantageous. In other words, the molar ratio can be adjusted to compensate for the different yields of the first and second reactors. Furthermore, the molar ratio may be at least ten percent different from the said ideal molar ratio (2: 1).

Bevorzugt erfolgt die Alkylierung von Benzol mit Propen zu Cumol mittels einer Friedel-Crafts-Alkylierung. Preferably, the alkylation of benzene with propene to cumene by means of a Friedel-Crafts alkylation.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Lichtbogen eines Lichtbogenofens zum Eintrag der Energie bei der Bildung des ionischen Carbids verwendet. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, an arc of a Arc furnace used to introduce the energy in the formation of the ionic carbide.

Dadurch reagiert das Metalloxid, das heißt das Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid, mit dem kohlenstoffhaltigen Reaktanten zum Carbid, das heißt zum Magnesiumcarbid und/oder Lithiumcarbid. Hierbei wird zudem Kohlenstoffmonooxid gebildet. Das ist deshalb von Vorteil, da im Vergleich zum Stand der Technik kein Methan zur Bildung des Carbids, insbesondere zur Bildung des Magnesiumcarbids, erforderlich ist. As a result, the metal oxide, that is to say the magnesium oxide and / or lithium oxide, reacts with the carbon-containing reactant to form the carbide, ie to the magnesium carbide and / or lithium carbide. This carbon monoxide is also formed. This is advantageous because, compared to the prior art, no methane is required for the formation of the carbide, in particular for the formation of the magnesium carbide.

Es wird folglich die elektrische Energie des Lichtbogenofens zur Bildung des Carbids verwendet. Hierbei erfolgt der Eintrag der Energie vorteilhafterweise durch den Lichtbogen des Lichtbogenofens. Die Bildung des Carbids kann somit dann erfolgen, wenn beispielsweise ein Schwellenwert für ein Überangebot an elektrischer Energie (Überschussstrom) innerhalb eines zur Versorgung des Lichtbogenofens vorgesehenen Stromnetzes überschritten wird. Generell kann auch der Carbidofen mit elektrischer Energie versorgt werden, falls ein Überangebot an elektrischer Energie innerhalb des Stromnetzes vorliegt, das heißt der Schwellenwert für das Überangebot überschritten wird. Consequently, the electrical energy of the arc furnace is used to form the carbide. In this case, the entry of the energy is advantageously carried out by the arc of the arc furnace. The formation of the carbide can thus take place if, for example, a threshold value for an oversupply of electrical energy (excess current) is exceeded within a power network provided for the supply of the arc furnace. In general, the carbide furnace can also be supplied with electrical energy if there is an oversupply of electrical energy within the power grid, that is to say the threshold for the oversupply is exceeded.

Dadurch kann der Überschussstrom kostengünstig zur Bildung des Carbids und somit zur Veredelung des kohlenstoffhaltigen Reaktanten verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der kohlenstoffhaltige Reaktant zum vorteilhaften Zielprodukt Cumol veredelt. As a result, the excess flow can be used inexpensively to form the carbide and thus to refine the carbon-containing reactant. According to the present invention, the carbonaceous reactant is refined into the beneficial target product cumene.

Das Überangebot an elektrischer Energie im Stromnetz ist in der Regel durch einen Abfall des Strompreises an einer Strombörse gekennzeichnet, sodass das Überschreiten des genannten Schwellenwertes typischerweise mit einem Unterschreiten eines bestimmten Schwellenwertes des Strompreises korreliert. Eine weitere Größe zur Feststellung des Schwellwertes des Überangebotes liegt in der Messung der Netzfrequenz des Stromnetzes. Bei steigender elektrischer Energie im Stromnetz steigt auch die Netzfrequenz, sodass auch die Netzfrequenz als Maß des Überangebotes an elektrischer Energie im Stromnetz herangezogen werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich um abgeschlossene, gegebenenfalls lokal begrenzte Stromnetze handelt, dessen elektrische Energie nicht an einer Strombörse gehandelt wird. Es gibt weitere Möglichkeiten ein Überangebot an elektrischer Energie innerhalb eines Stromnetzes festzustellen, beispielsweise anhand einer erhöhten Netzspannung, insbesondere in einem Gleichstromnetz. The oversupply of electrical energy in the power grid is usually characterized by a fall in the price of electricity on a power exchange, so that the exceeding of said threshold value typically correlates with a falling below a certain threshold value of the electricity price. Another parameter for determining the threshold value of oversupply lies in the measurement of the grid frequency of the power grid. With increasing electrical energy in the power grid also increases the grid frequency, so that the grid frequency can be used as a measure of the oversupply of electrical energy in the power grid. This is particularly advantageous when it comes to self-contained, possibly localized power grids whose electrical energy is not traded on a power exchange. There are other possibilities to determine an oversupply of electrical energy within a power grid, for example by means of an increased grid voltage, in particular in a DC power grid.

Besonders bevorzugt ist es als kohlenstoffhaltigen Reaktanten eine Kohle, eine Braunkohle und/oder eine Biomasse zu verwenden. It is particularly preferred to use as coal-containing reactants a coal, a lignite and / or a biomass.

Vorteilhafterweise sind Lichtbogenöfen flexibel einsetzbar, sodass gegebenenfalls nach einer entsprechenden Vorbehandlung auch minderwertige kohlenstoffhaltige Reaktanten, wie beispielsweise Braunkohle und/oder Biomasse, vorteilhafterweise verwendet werden können. Weiterhin können Lichtbogenöfen eine große Menge an Überschussstrom beziehungsweise überschüssiger elektrischer Energie aufnehmen und können zudem dynamisch betrieben werden. Advantageously, electric arc furnaces can be used flexibly, so that, if appropriate, after a corresponding pretreatment, inferior carbonaceous reactants, such as, for example, brown coal and / or biomass, can advantageously also be used. Furthermore, electric arc furnaces can absorb a large amount of excess current or excess electrical energy and can also be operated dynamically.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein dritter Stoffmengenteil des Propins zu Propan mittels des bei der Dimerisation gebildeten Wasserstoffes oder mittels eines zusätzlichen Wasserstoffes hydriert. According to a further advantageous embodiment of the invention, a third substance component of the propyne is hydrogenated to propane by means of the hydrogen formed during the dimerization or by means of an additional hydrogen.

Vorteilhafterweise stellt Propan ein bevorzugtes Zielprodukt dar. Insbesondere kann Propan mit Biogas gemischt werden um dessen Brennwert (Wobbeindex) anzupassen oder zu erhöhen. Der zusätzliche Wasserstoff kann mittels eines Elektrolyseurs bereitgestellt werden. Advantageously, propane is a preferred target product. In particular, propane can be mixed with biogas in order to adjust or increase its calorific value (Wobbe index). The additional hydrogen can be provided by means of an electrolyzer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das unter der Hydrolyse des Carbids gebildete Metallhydroxid zu Metalloxid getrocknet. In a further advantageous embodiment of the invention, the metal hydroxide formed by the hydrolysis of the carbide is dried to metal oxide.

Vorteilhafterweise kann dadurch das Metalloxid wieder zur Bildung von Carbid unter dem Eintrag von Energie verwendet werden. Mit anderen Worten ergibt sich ein vorteilhafter Kreislauf, bei dem das Metalloxid und Metallhydroxid nur als Zwischenprodukte auftreten. Im Wesentlichen müssen somit nur der kohlenstoffhaltige Reaktant und die eingetragene Energie dem genannten Kreislauf zur Bildung von Cumol zugeführt werden. Advantageously, thereby the metal oxide can be used again to form carbide under the input of energy. In other words, there is an advantageous cycle in which the metal oxide and metal hydroxide occur only as intermediates. Essentially, therefore, only the carbonaceous reactant and the enlisted energy must be supplied to said cycle for the formation of cumene.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst

  • – einen Ofen zur Bildung eines ionischen Carbids aus einem kohlenstoffhaltigen Reaktanten und einem Metalloxid unter einem Eintrag von Energie, wobei das Metalloxid Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid ist;
  • – einen Entwickler zur Hydrolyse des gebildeten Carbids zu Propin und/oder Propadien;
  • – einen ersten Reaktor zur Dimerisation eines ersten Stoffmengenteils des Propins und/oder Propadiens zu Benzol unter Bildung von Wasserstoff;
  • – einen zweiten Reaktor zur Hydrierung eines zweiten Stoffmengenteils des Propins und/oder Propadiens zu Propen mittels des bei der Dimerisation gebildeten Wasserstoffes; und
  • – einen dritten Reaktor zur Alkylierung des Benzols mit dem Propen zu Cumol.
The device according to the invention for carrying out the method according to one of the preceding claims comprises
  • An oven for forming an ionic carbide from a carbon-containing reactant and a metal oxide with an input of energy, wherein the metal oxide is magnesium oxide and / or lithium oxide;
  • A developer for hydrolyzing the formed carbide to propyne and / or propadiene;
  • A first reactor for dimerization of a first portion of the propylene and / or propadiene to benzene to form hydrogen;
  • A second reactor for the hydrogenation of a second component of the propylene and / or propadiene to propene by means of the hydrogen formed during the dimerization; and
  • A third reactor for the alkylation of the benzene with the propene to cumene.

Es ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung. The above-mentioned method according to the invention results in similar and equivalent advantages of the device according to the invention.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn der Ofen als Lichtbogenofen ausgebildet ist. Furthermore, it is particularly preferred if the furnace is designed as an electric arc furnace.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Shown schematically:

1 einen ersten Ausschnitt eines exemplarischen Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein gebildetes Magnesiumhydroxid mittels eines Kalzinierofens getrocknet wird; 1 a first section of an exemplary flow diagram of the inventive method in which a formed magnesium hydroxide is dried by means of a calcination furnace;

2 einen zweiten Ausschnitt eines exemplarischen Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zusätzlich zu 1 das Magnesiumhydroxid in einer Gaswäsche verwendet wird um Kohlenstoffdioxid abzutrennen; und 2 a second section of an exemplary flow diagram of the method according to the invention, in addition to 1 the magnesium hydroxide is used in a gas scrub to separate carbon dioxide; and

3 einen dritten Ausschnitt eines exemplarischen Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem Propin zur Herstellung von Cumol in einen ersten und zweiten Stoffmengenteil aufgeteilt wird. 3 a third section of an exemplary flow diagram of the method according to the invention, in which propyne for the production of cumene is divided into a first and second Stoffmengenteil.

Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Insbesondere können Schritte des Verfahrens und für die Durchführungen der Schritte vorgesehene Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Similar, equivalent or equivalent elements may be provided with the same reference numerals in the figures. In particular, steps of the method and devices provided for carrying out the steps may be provided with the same reference numerals.

1 zeigt den ersten Ausschnitt 1 des exemplarischen Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein gebildetes Magnesiumhydroxid mittels eines Kalzinierofens 15 getrocknet wird. Hierbei wird unter einer Verwendung eines Carbidofens 2 zunächst Propin und/oder Propadien (abgekürzt MAPD) erzeugt. Der Carbidofen 2 ist insbesondere als Lichtbogenofen ausgebildet und umfasst Magnesiumoxid und einen kohlenstoffhaltigen Reaktanten. Der Carbidofen 2 kann auch Lithiumoxid oder ein Gemisch aus Magnesiumoxid und Lithiumoxid umfassen. Im Weiteren wird das Verfahren am Beispiel von Magnesiumoxid erläutert, wobei das beschriebene Verfahren auf das Lithiumoxid oder auf das Gemisch aus Magnesiumoxid und Lithiumoxid ohne weitere Schwierigkeiten übertagbar ist. 1 shows the first part 1 of the exemplary flow diagram of the method according to the invention, in which a magnesium hydroxide formed by means of a calcination furnace 15 is dried. This is done using a carbide furnace 2 initially generated propyne and / or propadiene (abbreviated MAPD). The carbide furnace 2 is in particular designed as an electric arc furnace and comprises magnesium oxide and a carbon-containing reactant. The carbide furnace 2 may also include lithium oxide or a mixture of magnesium oxide and lithium oxide. In the following, the method is explained using the example of magnesium oxide, wherein the process described is transferable to the lithium oxide or to the mixture of magnesium oxide and lithium oxide without further difficulties.

Mittels des Carbidofens 2 erfolgt eine Umwandlung von Magnesiumoxid zu Magnesium(sesqui)carbid (Carbid). Der für die Umwandlung erforderliche kohlenstoffhaltige Reaktant wird über eine Zuleitung 3 dem Carbidofen 2 zugeführt. Unter einem Eintrag von Energie bildet sich aus dem Magnesiumoxid und dem kohlenstoffhaltigen Reaktanten das Magnesiumcarbid (Carbid), wobei zusätzlich ein Gasgemisch entsteht, das wenigstens Kohlenstoffmonooxid und Kohlenstoffdioxid umfasst. Das genannte Gasgemisch kann den Carbidofen 2 über eine Weiterleitung 4 verlassen. By means of the carbide furnace 2 a conversion of magnesium oxide to magnesium (sesqui) carbide (carbide) takes place. The carbonaceous reactant required for the conversion is via a feed line 3 the carbide furnace 2 fed. Under an input of energy, magnesium carbide (carbide) is formed from the magnesium oxide and the carbon-containing reactant, with the addition of a gas mixture comprising at least carbon monoxide and carbon dioxide. The said gas mixture may be the carbide furnace 2 via a redirect 4 leave.

Über eine Weiterleitung 5 wird das Carbid zu einem Entwickler 6 geleitet. Allerdings ist auch eine Zwischenspeicherung des Magnesiumcarbids denkbar, da dieses bei Raumtemperatur einen Feststoff ausbildet. Bei der Zwischenlagerung des Magnesiumcarbids ist es erforderlich sicherzustellen, dass kein Kontakt mit Wasser erfolgt. About a redirect 5 the carbide becomes a developer 6 directed. However, an intermediate storage of magnesium carbide is conceivable, since this forms a solid at room temperature. When storing the magnesium carbide, it is necessary to ensure that it does not come into contact with water.

Im Entwickler 6 wird das Magnesiumcarbid mit Wasser versetzt (Hydrolyse 6), wobei das Magnesiumcarbid unter der Bildung von Propin und/oder Propadien (MAPD) und Magnesiumhydroxid hydrolysiert wird. Das Propin und/oder Propadien kann über eine Ausleitung 9 weitergeführt werden. Je nach Ausgestaltung des Entwicklers 6 bildet sich hierbei ein Schlamm aus Magnesiumhydroxid oder ein Pulver aus Magnesiumhydroxid aus. Von Vorteil ist es, wenn der Entwickler 6 als Nass-Entwickler ausgebildet ist. Hierbei wird Wasser im Überschuss zur Hydrolyse 6 sowie als Kühlmittel verwendet. Weiterhin kann der Entwickler 6 als Trocken-Entwickler ausgebildet sein. Bei einer leicht überstöchiometrischen Trocknung wird hierbei im Wesentlichen trockenes Magnesiumhydroxid erhalten. Allerdings sind für den Trocken-Entwickler im Vergleich zum Nass-Entwickler weitere Bauteile erforderlich, um die bei der Hydrolyse 6 entstehende Abwärme abzuführen. Zudem sind Trocken-Entwickler deutlich teurer als Nass-Entwickler. In the developer 6 the magnesium carbide is mixed with water (hydrolysis 6 ), wherein the magnesium carbide is hydrolyzed to form propyne and / or propadiene (MAPD) and magnesium hydroxide. The propyne and / or propadiene may have a drainage 9 be continued. Depending on the design of the developer 6 In this case, a sludge of magnesium hydroxide or a powder of magnesium hydroxide is formed. It is advantageous if the developer 6 is designed as a wet developer. In this case, water is in excess to the hydrolysis 6 and used as a coolant. Furthermore, the developer 6 be designed as a dry developer. In a slightly superstoichiometric drying here essentially dry magnesium hydroxide is obtained. However, for the dry developer compared to the wet developer, additional components are required to achieve the hydrolysis 6 dissipate the resulting waste heat. In addition, dry developers are significantly more expensive than wet developers.

In 1 ist der Entwickler 6 als Nass-Entwickler ausgebildet, sodass das gebildet Magnesiumhydroxid als Schlamm vorliegt. Das schlammartige Magnesiumhydroxid wird über eine Weiterleitung 10 transportiert und einer ersten Trennvorrichtung 13, die eine fest/flüssig Trennung ermöglicht, zugeführt. Die erste Trennvorrichtung 13 kann als Filterpresse ausgebildet sein. Das hierbei freiwerdende Wasser, in welchem noch ein geringer Teil des Magnesiumhydroxids gelöst sein kann, kann vorteilhafterweise zur Hydrolyse 6 verwendet werden. Hierzu ist die Rückleitung 7 vorgesehen, die das freiwerdende Wasser zum Entwickler 6 rückführt. Ein für die Hydrolyse 6 erforderliches zusätzliches Wasser wird über eine Zuleitung 8 dem Entwickler 6 zugeführt. Wird anstatt eines Nass-Entwicklers ein Trocken-Entwickler verwendet, so ist die erste Trennvorrichtung 13 nicht erforderlich. In 1 is the developer 6 formed as a wet developer, so that the formed magnesium hydroxide is present as a sludge. The muddy magnesium hydroxide is passed over 10 transported and a first separator 13 , which allows a solid / liquid separation, fed. The first separator 13 can be designed as a filter press. The case released water, in which still a small portion of the magnesium hydroxide may be dissolved, may advantageously for hydrolysis 6 be used. This is the return line 7 provided that the water released to the developer 6 recirculates. One for the hydrolysis 6 Required additional water is via a supply line 8th the developer 6 fed. If a dry developer is used instead of a wet developer, then the first separator is 13 not mandatory.

Das abgetrennte Magnesiumhydroxid, welches noch eine gewisse Restfeuchte aufweisen kann, wird über eine Weiterleitung 14 zum Kalzinierofen 15 geführt. Der Kalzinierofen 15 ist beheizt. Unter der Verwendung des kohlenmonooxidhaltigen und kohlenstoffdioxidhaltigen Gasgemisches aus dem Carbidofen 2 wird eine besonders vorteilhafte Beheizung ermöglicht. Das Gasgemisch des Carbidofens 2 wird hierbei dem Kalzinierofen 15 über die Ausleitung 4 zugeführt. Ein für die Verbrennung erforderlicher Sauerstoff wird über eine Zuleitung 16 dem Kalzinierofen 15 zugeführt. Hierzu kann Luft beziehungsweise Luftsauerstoff verwendet werden. Weiterhin kann der Kalzinierofen 15 als Drehrohrofen ausgebildet sein. Mittels des Kalzinierofens 15 wird das vorher abgetrennte Magnesiumhydroxid zu Magnesiumoxid kalziniert, welches über eine Rückleitung 17 zum Carbidofen 2 rückgeführt wird. Folglich kann aus dem rückgeführten Magnesiumoxid in einem neuen Zyklus wieder Magnesiumcarbid und somit Propin und/oder Propadien gebildet werden. The separated magnesium hydroxide, which may still have some residual moisture, is passed on 14 to the calcination furnace 15 guided. The calciner 15 is heated. Using the carbon monoxide-containing and carbon dioxide-containing gas mixture from the carbide furnace 2 a particularly advantageous heating is possible. The gas mixture of the carbide furnace 2 this is the calciner 15 about the diversion 4 fed. An oxygen required for combustion is supplied via a supply line 16 the calciner 15 fed. For this purpose, air or atmospheric oxygen can be used. Furthermore, the calciner 15 be designed as a rotary kiln. By means of calciner 15 The previously separated magnesium hydroxide is calcined to form magnesium oxide, which via a return line 17 to the carbide furnace 2 is returned. Consequently, magnesium carbide, and thus propyne and / or propadiene, can be re-formed from the recycled magnesium oxide in a new cycle.

Ein Abgas des Kalzinierofens 15, welches beispielsweise Wasser, Kohlenstoffdioxid und gegebenenfalls Bestandteile von Luft umfasst, wird über eine Ausleitung 21 an die Umgebung des Kalzinierofens 15 abgegeben. An exhaust gas from the calciner 15 which comprises, for example, water, carbon dioxide and optionally constituents of air, is discharged via a discharge 21 to the environment of the calciner 15 issued.

2 zeigt einen zweiten Ausschnitt 102, der im Wesentlichen eine Ausgestaltung des in 1 dargestellten Ablaufdiagramms verdeutlicht. Hierbei umfasst 2 wenigstens die in 1 dargestellten Elemente. 2 shows a second section 102 , which is essentially an embodiment of the in 1 illustrated flowchart illustrates. This includes 2 at least the in 1 illustrated elements.

Gemäß 2 wird der im Entwickler 6 erzeugte Schlamm an Magnesiumhydroxid einer Gaswäsche 11 mittels der Weiterleitung 10 zugeführt. Mittels der Gaswäsche 11 wird das Kohlenstoffdioxid aus dem Abgas des Kalzinierofens 15 abgetrennt. Das ist deshalb von Vorteil, da ein dadurch gebildetes Magnesiumcarbonat schwerer löslich ist als Magnesiumhydroxid, sodass eine Abtrennung und Trocknung durch die erste Trennvorrichtung 13 erleichtert wird. Das Magnesiumcarbonat wird der ersten Trennvorrichtung 13 mittels der Weiterleitung 12 zugeführt. According to 2 will be the developer 6 produced sludge of magnesium hydroxide of a gas scrubber 11 by means of forwarding 10 fed. By means of gas scrubbing 11 The carbon dioxide from the exhaust gas of the calciner 15 separated. This is advantageous because a magnesium carbonate formed thereby is less soluble than magnesium hydroxide, so that separation and drying by the first separation device 13 is relieved. The magnesium carbonate becomes the first separator 13 by means of forwarding 12 fed.

In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Abgas des Kalzinierofens 15 mittels einer Weiterleitung 18 zu einen Wärmetauscher 19, der als Kühlvorrichtung ausgebildet ist, geleitet. Das mittels des Wärmetauschers 19 abgekühlte Abgas wird anschließend über eine Zuleitung 20 der Gaswäsche zugeführt. Der Wärmetauscher 19 unterstützt die Gaswäsche 11 vorteilhafterweise in ihrer Funktion. Ein restliches Abgas der Gaswäsche 11 wird über die Ausleitung 21 an die Umgebung abgegeben. In the in 2 illustrated embodiment, the exhaust gas of the calcination furnace 15 by means of a forwarding 18 to a heat exchanger 19 , which is designed as a cooling device, passed. That by means of the heat exchanger 19 cooled exhaust gas is then passed through a supply line 20 supplied to the gas scrubber. The heat exchanger 19 supports gas scrubbing 11 advantageously in their function. A residual gas scrubbing gas 11 will be over the drain 21 delivered to the environment.

Weiterhin könnte mittels des getrockneten Magnesiumhydroxids ein weiteres Abgas, beispielsweise das bei einer Pyrolyse von Braunkohle oder Biomasse entstehende Abgas, aufgewertet werden. Hierzu wird mittels des Magnesiumhydroxids Kohlenstoffdioxid aus dem genannten weiteren Abgas (nicht in 2 dargestellt) abgetrennt. Furthermore, by means of the dried magnesium hydroxide, it would be possible to upgrade another exhaust gas, for example the exhaust gas produced during the pyrolysis of lignite or biomass. For this purpose, by means of the magnesium hydroxide carbon dioxide from said additional exhaust gas (not in 2 shown) separated.

In 3 ist ein dritter Ausschnitt 103 eines exemplarischen Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei dem das Propin zur Herstellung von Cumol in einen ersten und zweiten Stoffmengenteil 32a, 32b aufgeteilt wird. In 3 is a third cutout 103 an exemplary flow diagram of the method according to the invention, in which the propyne for the production of cumene in a first and second Stoffmengenteil 32a . 32b is split.

Das über die Weiterleitung 9 (siehe auch 1 und/oder 2) weitergeführte Gemisch aus Propin und/oder Propadien (MAPD) wird zunächst, im Wesentlichen vollständig, mittels einer Isomerisierungs-Reaktion 31 zu Propin gewandelt. Dies kann beispielsweise mittels des in der WO 1990006897 A1 offenbarten Verfahrens erfolgen. Anschließend wird das Propin über eine Weiterleitung 32 weitergeführt und in einen ersten und zweiten Stoffmengenstrom 32a, 32b aufgeteilt. Hierbei entspricht der erste Stoffmengenteil 32a dem ersten Stoffmengenstrom 32a und der zweite Stoffmengenteil 32b dem zweiten Stoffmengenstrom 32b, sodass diese jeweilig durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Hierbei ist besonders bevorzugt ein Mengenverhältnis von etwa zwei zu eins (2:1) von Vorteil. Mit anderen Worten weist der erste Stoffmengenteil 32a etwa doppelt so viel Propin wie der zweite Stoffmengenteil 32b auf. The over the forwarding 9 (see also 1 and or 2 ) Continued mixture of propyne and / or propadiene (MAPD) is first, essentially completely, by means of an isomerization reaction 31 converted to propyne. This can be done for example by means of in the WO 1990006897 A1 disclosed method. Subsequently, the Propin is over a forwarding 32 continued and in a first and second molar flow 32a . 32b divided up. Here, the first substance component corresponds 32a the first molar flow 32a and the second component part 32b the second molar flow 32b so that they are respectively identified by the same reference numeral. In this case, a ratio of about two to one (2: 1) is particularly preferred. In other words, the first Stoffmengenteil 32a about twice as much propyne as the second component 32b on.

Mittels eines ersten Reaktors 33 erfolgt eine Dimerisation 33 des ersten Stoffmengenteils 32a des Propins zu Benzol. Hierbei wird Wasserstoff gebildet, sodass nach der Dimerisation 33 ein Gemisch aus Benzol und Wasserstoff vorliegt. Das genannte Gemisch wird über eine Weiterleitung 34 weitergeführt und einer zweiten Trennvorrichtung 35 zugeführt. Die zweite Trennvorrichtung 35 ist zur Trennung des Gemisches in seine Bestandteile Benzol und Wasserstoff vorgesehen. Das Benzol wird über eine Weiterleitung 39 weitergeführt. Der Wasserstoff wird mittels einer Weiterleitung 36 einem zweiten Reaktor 37, der als Hydriervorrichtung ausgebildet ist, zugeführt. Mittels des zweiten Reaktors 37 wird der zweite Stoffmengenteil 32b des Propins unter der Verwendung des mittels des bei der Bildung des Benzols freiwerdenden Wasserstoffes hydriert. Es erfolgt bevorzugt eine selektive Hydrierung 37 des Propins zu Propen. Besonders bevorzugt wird hierzu ein Lindlar-Katalysator verwendet. Es ist weiterhin denkbar auf die Isomerisierungs-Reaktion 31 zu verzichten und wenigstens einen Teil des Propens auch aus Propadien herzustellen (in 3 nicht dargestellt). By means of a first reactor 33 a dimerization occurs 33 the first Stoffmengenteils 32a of the propyne to benzene. Here, hydrogen is formed, so that after dimerization 33 a mixture of benzene and hydrogen is present. The said mixture is via a forwarding 34 continued and a second separator 35 fed. The second separator 35 is intended to separate the mixture into its components benzene and hydrogen. The benzene is going through a redirect 39 continued. The hydrogen is transmitted by means of a forwarding 36 a second reactor 37 , which is designed as hydrogenation, fed. By means of the second reactor 37 becomes the second component of the substance 32b Propylene is hydrogenated using the hydrogen released by the formation of benzene. There is preferably a selective hydrogenation 37 of propyne to propene. Particular preference is given to using a Lindlar catalyst for this purpose. It is also conceivable for the isomerization reaction 31 to renounce and to produce at least a part of the Prop also from Propadien (in 3 not shown).

Weisen der erste und zweite Reaktor 33, 37 unterschiedliche Ausbeuten auf, so kann ein Stoffmengenverhältnis, das verschieden von zwei zu eins ist, von Vorteil sein. Mit anderen Worten kann das Stoffmengenverhältnis derart angepasst werden, dass die unterschiedlichen Ausbeuten des ersten und zweiten Reaktors 33, 37 kompensiert werden. Assign the first and second reactor 33 . 37 different yields, so may a molar ratio, which is different from two to one, be beneficial. In other words, the molar ratio can be adjusted so that the different yields of the first and second reactors 33 . 37 be compensated.

Das Propen wird über eine Weiterleitung 38 einem dritten Reaktor 40, der als Alkylierungsvorrichtung ausgebildet ist, zugeführt. Das Benzol wird über die Weiterleitung 39 dem dritten Reaktor 40 zugeführt. Mittels des dritten Reaktors 40 erfolgt eine Cumol-Synthese, beispielsweise mittels einer Friedel-Crafts-Alkylierung. Eine Friedel-Crafts-Alkylierung wird typischerweise durch eine Lewis-Säure, beispielsweise Aluminiumchlorid, katalysiert, wobei hier das Propen durch eine Brönsted-Säure aktiviert wird indem es in ein Carbeniumionen überführt wird. Ein Nachteil der Friedel-Crafts-Alkylierung ist, dass diese Mehrfachsubstitutionen aufweist. Zur Verhinderung der Mehrfachsubstitutionen ist es von Vorteil, die Alkylierung 40 mit einem Überschuss an Benzol vorzunehmen. The Propen is about a redirect 38 a third reactor 40 who as Alkylierungsvorrichtung is formed fed. The benzene is passing through 39 the third reactor 40 fed. By means of the third reactor 40 a cumene synthesis is carried out, for example by means of a Friedel-Crafts alkylation. A Friedel-Crafts alkylation is typically catalyzed by a Lewis acid, such as aluminum chloride, in which case the propene is activated by a Brönsted acid by converting it into a carbenium ion. A disadvantage of the Friedel-Crafts alkylation is that it has multiple substitutions. To prevent multiple substitutions, it is advantageous to alkylation 40 with an excess of benzene.

Insgesamt entsteht durch die Alkylierung 40 ein Gemisch aus dem Benzol und dem Zielprodukt Cumol. Typischerweise werden zwei Verfahren zur Cumol-Synthese großindustriell verwendet. Overall, the alkylation results 40 a mixture of the benzene and the target product cumene. Typically, two methods for cumene synthesis are used industrially.

Gemäß eines ersten Verfahrens erfolgt die Cumol-Synthese innerhalb einer Gasphase mittels Phosphorsäure und einem Zeolith-Katalysator in einem Temperaturbereich von 250 Grad Celsius bis 350 Grad Celsius. Typischerweise weist die genannte Gasphase einen Druck oberhalb von 40 Megapascal (400 bar) auf. According to a first method, the cumene synthesis takes place within a gas phase by means of phosphoric acid and a zeolite catalyst in a temperature range from 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius. Typically, said gas phase has a pressure above 40 megapascals (400 bar).

Gemäß eines zweiten Verfahrens erfolgt die Cumol-Synthese in einer Flüssigphase an Aluminiumchlorid und Schwefelsäure oder Flusssäure. According to a second method, the cumene synthesis takes place in a liquid phase of aluminum chloride and sulfuric acid or hydrofluoric acid.

Nach der Synthese von Cumol wird das Gemisch aus Benzol und Cumol über eine Weiterleitung 41 in eine dritte Trennvorrichtung 42 geleitet. Die dritte Trennvorrichtung 42 ist zur Trennung des Cumols und des Benzols vorgesehen. Das abgetrennte Benzol wird in den dritten Reaktor 40 mittels einer Rückleitung 43 zur weiteren Alkylierung 40 rückgeführt. After the synthesis of cumene, the mixture of benzene and cumene is passed on 41 in a third separation device 42 directed. The third separator 42 is intended for the separation of cumene and benzene. The separated benzene is in the third reactor 40 by means of a return line 43 for further alkylation 40 recycled.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, das Benzol destillativ in Form einer Rektifikation (Gegenstromdestillation) abzutrennen. Zur Rektifikation kann eine Abwärme aus weiteren Schritten des Verfahrens, insbesondere aus dem Carbidofen 2 und/oder aus dem Entwickler 6, verwendet werden. Das vom Benzol abgetrennte Zielprodukt Cumol wird schließlich über die Ausleitung 44 gewonnen. It is particularly advantageous here to separate the benzene by distillation in the form of a rectification (countercurrent distillation). For rectification, a waste heat from further steps of the process, in particular from the carbide furnace 2 and / or from the developer 6 , be used. The target product cumene separated from the benzene finally passes through the outlet 44 won.

Von besonderem Vorteil ist es, den Carbidofen 2 mit elektrischem Strom zu versorgen, wenn der Strompreis unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt und/oder ein Schwellenwert für ein Überangebot an elektrischer Energie im Stromnetz überschritten wird. Insbesondere sind die spezifischen Investitionskosten, das heißt die Kosten pro Kilowattstunde, für den Carbidofen 2 vergleichsweise gering. Of particular advantage is the carbide furnace 2 be supplied with electricity when the price of electricity is below a certain threshold and / or a threshold for excess supply of electrical energy in the grid is exceeded. In particular, the specific investment costs, ie the costs per kilowatt hour, for the carbide furnace 2 comparatively low.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 1990006897 A1 [0007, 0008, 0019, 0023, 0066] WO 1990006897 A1 [0007, 0008, 0019, 0023, 0066]

Claims (15)

Verfahren zur Veredelung eines kohlenstoffhaltigen Reaktanten (3), mit den folgenden Schritten: – Bildung eines ionischen Carbids (5) aus dem Reaktanten (3) und einem Metalloxid unter einem Eintrag von Energie, wobei als Metalloxid Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid verwendet wird; – Hydrolyse (6) des gebildeten Carbids (5) zu Propin (9) und/oder Propadien (9); – Dimerisation (33) eines ersten Stoffmengenteils (32a) des Propins (9) und/oder des Propadiens (9) zu Benzol (39) unter Bildung von Wasserstoff; – Hydrierung (37) eines zweiten Stoffmengenteils (32b) des Propins (9) und/oder Propadiens (9) zu Propen (38) mittels des bei der Dimerisation (33) gebildeten Wasserstoffes; und – Alkylierung (40) des Benzols (39) mit dem Propen (38) zu Cumol. Process for refining a carbon-containing reactant ( 3 ), comprising the following steps: formation of an ionic carbide ( 5 ) from the reactant ( 3 ) and a metal oxide with an input of energy, wherein magnesium oxide and / or lithium oxide is used as metal oxide; Hydrolysis ( 6 ) of the formed carbide ( 5 ) to propyne ( 9 ) and / or propadiene ( 9 ); - Dimerization ( 33 ) of a first substance component ( 32a ) of the propyne ( 9 ) and / or propadiene ( 9 ) to benzene ( 39 ) with formation of hydrogen; - hydrogenation ( 37 ) a second component of the substance ( 32b ) of the propyne ( 9 ) and / or propadiene ( 9 ) to propene ( 38 ) by means of dimerization ( 33 ) formed hydrogen; and - alkylation ( 40 ) of benzene ( 39 ) with the propene ( 38 ) to cumol. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das unter der Hydrolyse (6) gebildete Propadien (9) im Wesentlichen vollständig zu Propin (9) gewandelt wird. Process according to claim 1, wherein the said under hydrolysis ( 6 ) formed propadiene ( 9 ) substantially completely to propyne ( 9 ) is converted. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem ein dehydrierender und zyklisierender Katalysator, insbesondere ein Übergangsmetallkatalysator, zur Dimerisation (33) des ersten Stoffmengenteils (32a) des Propins (9) zu Benzol (39) verwendet wird. Process according to Claim 1 or 2, in which a dehydrogenating and cyclizing catalyst, in particular a transition metal catalyst, for dimerization ( 33 ) of the first component ( 32a ) of the propyne ( 9 ) to benzene ( 39 ) is used. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die katalytische Dimerisation (33) bei einer Temperatur oberhalb von 100 Grad Celsius, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 100 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius, erfolgt. Process according to Claim 3, in which the catalytic dimerization ( 33 ) at a temperature above 100 degrees Celsius, in particular at a temperature in the range of 100 degrees Celsius to 700 degrees Celsius, takes place. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hydrierung (37) des zweiten Stoffmengenteils (32b) des Propins (9) mittels eines Katalysators, insbesondere mittels eines Lindlar-Katalysators, erfolgt. Process according to one of the preceding claims, in which the hydrogenation ( 37 ) of the second component ( 32b ) of the propyne ( 9 ) by means of a catalyst, in particular by means of a Lindlar catalyst. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das aus der Alkylierung (40) überschüssige Benzol (43) von dem Cumol abgetrennt und zur Bildung weiteren Cumols rückgeführt wird. A process according to any one of the preceding claims wherein the alkylation ( 40 ) excess benzene ( 43 ) is separated from the cumene and recycled to form additional cumene. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das unter der Hydrolyse (6) des Carbids (5) gebildete Propin (9) in einem Stoffmengenverhältnis von im Wesentlichen zwei zu eins in den ersten und zweiten Stoffmengenteil (32a, 32b) aufgeteilt wird. Process according to any one of the preceding claims, in which the said under hydrolysis ( 6 ) of carbide ( 5 ) formed propyne ( 9 ) in a molar ratio of substantially two to one in the first and second component parts ( 32a . 32b ) is divided. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Alkylierung (40) von Benzol (39) mit Propen (38) zu Cumol mittels einer Friedel-Crafts-Alkylierung erfolgt. Process according to one of the preceding claims, in which the alkylation ( 40 ) of benzene ( 39 ) with propene ( 38 ) to cumene by means of a Friedel-Crafts alkylation. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Lichtbogen eines Lichtbogenofens (2) zum Eintrag der Energie bei der Bildung des ionischen Carbids (5) verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, in which an arc of an arc furnace ( 2 ) for introducing the energy in the formation of the ionic carbide ( 5 ) is used. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Lichtbogenofen (2) zur Bildung des Carbids (5) betrieben wird, falls ein Schwellenwert für ein Überangebot an elektrischer Energie in einem Stromnetz zum Betreiben des Lichtbogenofens überschritten wird. Method according to one of the preceding claims, in which the electric arc furnace ( 2 ) to form the carbide ( 5 ) is operated if a threshold for oversupply of electrical energy in a power grid for operating the arc furnace is exceeded. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als kohlenstoffhaltiger Reaktant (3) eine Kohle, eine Braunkohle und/oder eine Biomasse verwendet werden/wird. Process according to one of the preceding claims, in which as the carbon-containing reactant ( 3 ) a coal, a lignite and / or a biomass is / will be used. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein dritter Stoffmengenteil des Propins (9) zu Propan mittels des bei der Dimerisation (33) gebildeten Wasserstoffes oder mittels eines zusätzlichen Wasserstoffes hydriert wird. Process according to any one of the preceding claims, in which a third component of the propyne ( 9 ) to propane by means of dimerization ( 33 ) hydrogenated or by means of an additional hydrogen is hydrogenated. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein unter der Hydrolyse (6) des Carbids (5) gebildetes Metallhydroxid (10) zu Metalloxid (17) getrocknet wird. Process according to any one of the preceding claims, in which one under hydrolysis ( 6 ) of carbide ( 5 ) formed metal hydroxide ( 10 ) to metal oxide ( 17 ) is dried. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – einen Ofen (2) zur Bildung eines ionischen Carbids (5) aus einem kohlenstoffhaltigen Reaktanten (3) und einem Metalloxid unter einem Eintrag von Energie, wobei das Metalloxid Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid ist; – einen Entwickler (6) zur Hydrolyse des gebildeten Carbids (5) zu Propin (9) und/oder Propadien (9); – einen ersten Reaktor (33) zur Dimerisation eines ersten Stoffmengenteils (32a) des Propins (9) und/oder Propadiens (9) zu Benzol (39) unter Bildung von Wasserstoff; – einen zweiten Reaktor (37) zur Hydrierung eines zweiten Stoffmengenteils (32b) des Propins (9) und/oder Propadiens (9) zu Propen (38) mittels des bei der Dimerisation gebildeten Wasserstoffes; und – einen dritten Reaktor (40) zur Alkylierung des Benzols (39) mit dem Propen (38) zu Cumol. Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising - a furnace ( 2 ) to form an ionic carbide ( 5 ) from a carbon-containing reactant ( 3 and a metal oxide with an input of energy, wherein the metal oxide is magnesium oxide and / or lithium oxide; - a developer ( 6 ) for hydrolysis of the formed carbide ( 5 ) to propyne ( 9 ) and / or propadiene ( 9 ); A first reactor ( 33 ) for the dimerization of a first component of the substance ( 32a ) of the propyne ( 9 ) and / or propadiene ( 9 ) to benzene ( 39 ) with formation of hydrogen; A second reactor ( 37 ) for the hydrogenation of a second component of the substance ( 32b ) of the propyne ( 9 ) and / or propadiene ( 9 ) to propene ( 38 ) by means of the hydrogen formed in the dimerization; and a third reactor ( 40 ) for the alkylation of benzene ( 39 ) with the propene ( 38 ) to cumol. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (2) als Lichtbogenofen ausgebildet ist. Device according to claim 14, characterized in that the furnace ( 2 ) is designed as an electric arc furnace.
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