EP3999485A1 - Method and facility for producing a target compound - Google Patents

Method and facility for producing a target compound

Info

Publication number
EP3999485A1
EP3999485A1 EP20742714.7A EP20742714A EP3999485A1 EP 3999485 A1 EP3999485 A1 EP 3999485A1 EP 20742714 A EP20742714 A EP 20742714A EP 3999485 A1 EP3999485 A1 EP 3999485A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carbon
hydroformylation
methane
carbon dioxide
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20742714.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Meiswinkel
Hans-Jörg ZANDER
Ernst Haidegger
Isabel KIENDL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP3999485A1 publication Critical patent/EP3999485A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/49Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reaction with carbon monoxide
    • C07C45/50Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reaction with carbon monoxide by oxo-reactions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/245Stationary reactors without moving elements inside placed in series
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/506Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification at low temperatures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/20Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
    • C07C1/24Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms by elimination of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/76Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
    • C07C2/82Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/76Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
    • C07C2/82Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling
    • C07C2/84Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling catalytic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/132Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group
    • C07C29/136Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH
    • C07C29/14Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of a —CHO group
    • C07C29/141Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of a —CHO group with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/78Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/046Purification by cryogenic separation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465Composition of the impurity
    • C01B2203/0475Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06Integration with other chemical processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06Integration with other chemical processes
    • C01B2203/063Refinery processes
    • C01B2203/065Refinery processes using hydrotreating, e.g. hydrogenation, hydrodesulfurisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052Nickel or cobalt catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235Hydrocarbons
    • C01B2203/1241Natural gas or methane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141Feedstock

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a target compound, in particular propylene, and a corresponding plant according to the preambles of the independent claims.
  • propylene propene
  • steam cracking steam cracking
  • propylene gap An increasing demand for propylene is predicted for the future ("propylene gap"), which requires the provision of corresponding selective processes. At the same time, it is important to reduce or even prevent carbon dioxide emissions. As a potential
  • Feedstock on the other hand, has large quantities of methane available, which are currently only very limited for recycling and mostly incinerated.
  • the present invention has the object of providing a process for the production of propylene, which is improved in particular in view of these aspects, but also for the production of other organic target compounds, in particular of
  • Oxo compounds such as aldehydes and alcohols with a corresponding
  • the present invention proposes a method for
  • ODH oxidative dehydrogenation
  • PDH propane by dehydrogenation
  • This also applies to the production of propylene from ethylene by olefin metathesis. This process requires 2-butene as an additional starting material.
  • methane-to-olefin or methane-to-propylene processes in which synthesis gas is first produced from methane and the synthesis gas is then converted into olefins such as ethylene and propylene.
  • synthesis gas is first produced from methane and the synthesis gas is then converted into olefins such as ethylene and propylene.
  • olefins such as ethylene and propylene.
  • Corresponding processes can be based on methane, but also based on other hydrocarbons or carbonaceous
  • Raw materials such as coal or biomass are operated.
  • ethylene can also be produced by the oxidative coupling of methane (OCM), as is the case in one embodiment of the invention and is explained below.
  • OCM oxidative coupling of methane
  • the present invention is basically suitable for use with all
  • a product mixture which, in addition to an olefin, for example ethylene, also contains carbon dioxide and / or carbon monoxide (which can optionally be converted into one another by a water gas shift) in significant quantities, for example a content of 1 to 30 mol percent, in particular from 1 to 20, from 1 to 15 or from 5 to 10 mol percent.
  • a corresponding gas mixture can also in particular contain methane and / or a paraffin, in particular a paraffin with the same chain length as the olefin. Since it is the basis of the process described here, it is referred to here as the "starting gas mixture".
  • the oxidative coupling of methane is mainly used as an example of such a process; however, the invention is not limited to this.
  • the oxidative coupling of methane is used to provide the starting mixture, so this will first be explained in more detail.
  • the oxidative coupling of methane is described in the literature, for example in J.D. Idol et al., "Natural Gas”, in: J.A. Kent (Ed.), "Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology",
  • the oxidative coupling of methane comprises a catalyzed gas phase reaction of methane with oxygen, in the case of that of two
  • Methane molecules each split off one hydrogen atom. Oxygen and methane are activated on the catalyst surface. The resulting methyl radicals first react to form an ethane molecule. A water molecule is also formed during the reaction. With suitable ratios of methane to oxygen, suitable reaction temperatures and the choice of suitable ones
  • the ethane is then oxydehydrogenated to ethylene, a target compound in the oxidative coupling of methane. Another water molecule is formed here.
  • the oxygen used is typically completely converted in the reactions mentioned.
  • the reaction conditions for the oxidative coupling of methane typically include a temperature of 500 to 900 ° C., a pressure of 5 to 10 bar and high space velocities. More recent developments go in particular towards the use of lower temperatures.
  • the reaction can be carried out homogeneously or heterogeneously in a fixed bed or in a fluidized bed.
  • higher hydrocarbons with up to six or eight carbon atoms can also be formed, but the focus is on ethane or ethylene and possibly also propane or propylene. Especially due to the high binding energy between carbon and
  • Bonds are required, including the further oxidation of methyl radicals and other intermediates to carbon monoxide and carbon dioxide.
  • the use of oxygen in particular plays a dual role here. So is the methane conversion from that
  • Oxygen concentration in the mixture depends.
  • the formation of by-products is linked to the reaction temperature, since the total oxidation of methane, ethane and ethylene preferably takes place at high temperatures.
  • Carbon dioxide can partly be counteracted by the choice of optimized catalysts and adapted reaction conditions, a gas mixture formed during the oxidative coupling of methane contains mainly unconverted methane as well as carbon dioxide, carbon monoxide and water in addition to the target compounds such as ethylene and possibly propylene. Any non-catalytic cleavage reactions that may take place may also contain considerable amounts of hydrogen.
  • a gas mixture is also referred to as a “product mixture” of the oxidative coupling of methane, although it predominantly does not contain the desired products but also the unreacted starting material methane and the by-products just explained.
  • reactors can be used in which a catalytic zone is followed by a non-catalytic zone.
  • the gas mixture flowing out of the catalytic zone is transferred to the non-catalytic zone, where it is initially still at the comparatively high temperatures that are used in the catalytic zone.
  • the reaction conditions here are similar to those of conventional vapor cracking processes. Therefore ethane and higher paraffins can be converted into olefins here. Additional paraffins can also be fed into the non-catalytic zone so that the Residual heat from the oxidative coupling of methane can be used in a particularly advantageous manner.
  • downstream non-catalytic zone is also referred to as "post bed cracking".
  • post-catalytic vapor splitting is also used for this in the following. If it is mentioned below that a starting gas mixture used according to the invention is formed or provided "using” or “using” an oxidative coupling of methane, this information should not be understood to mean that only the oxidative coupling itself is used in the provision got to. Rather, further method steps, in particular one, can also be made from the provision of the starting gas mixture
  • paraffins in particular ethane, which are separated from any material streams at a suitable point or can be contained in corresponding material streams, can be returned to the post-catalytic vapor splitting process alone or together with other components.
  • the separation if carried out, takes place on
  • recycling can also take place together and in particular together with carbon monoxide in the oxidative coupling as a whole.
  • Hydroformylation is another technology that is used in particular for the production of oxo compounds of the type mentioned at the beginning.
  • Propylene is typically converted in the hydroformylation, but it can higher hydrocarbons, in particular hydrocarbons with six to eleven carbon atoms, can also be used.
  • the conversion of hydrocarbons with four and five carbon atoms is basically also possible, but of less practical importance.
  • the hydroformylation, in which aldehydes can initially be formed, can be followed by a hydrogenation. Alcohols formed by such a hydrogenation can then be dehydrated to the respective olefins.
  • the hydroformylation reaction in the process just mentioned is carried out over a typical catalyst at 115 ° C. and 1 bar in an organic solvent.
  • the selectivity for the (undesired) by-product ethane is in the range from approx. 1% to 4%, whereas the selectivity for propanal should reach more than 95%, typically more than 98%.
  • the ethylene can in particular be formed from ethane.
  • the target product can also be propionic acid. Dehydration is also possible.
  • this publication also does not disclose any further integration and does not disclose any sensible use of the carbon dioxide formed.
  • the present invention proposes a method for
  • a target compound in particular propylene
  • a starting gas mixture which contains an olefin, in particular ethylene, carbon monoxide and carbon dioxide.
  • Starting gas mixture can in particular include that a paraffin, in particular methane, is subjected to a process in which the components mentioned are formed in the starting gas mixture from precursor or starting compounds.
  • the process can include subjecting methane to oxidative coupling with oxygen to obtain an olefin, in particular ethylene and the further components mentioned as secondary compounds.
  • the starting gas mixture can in particular also contain methane and a paraffin with the same chain length as the olefin, in particular ethane.
  • the starting mixture typically also contains water. Hydrogen can also be contained in the starting mixture. However, the presence of hydrogen is not a requirement, even if a subsequent one
  • the oxidative coupling can, for example, also be carried out without the presence or formation of hydrogen.
  • the oxidative coupling of methane is a method known in principle from the prior art.
  • (essentially) pure methane or natural gas or gas can be used as the methane supplier for the oxidative coupling.
  • Coupling itself and higher hydrocarbons can preferably be fed into a post-catalytic steam cracking.
  • Oxygen is particularly preferred as the oxidizing agent in a corresponding process.
  • Air or oxygen-enriched air can in principle also be used, but lead to one
  • a diluting medium preferably steam, but also, for example, carbon dioxide
  • carbon dioxide can be used in the oxidative coupling, in particular to moderate the reaction temperatures.
  • Carbon dioxide can also (partially) serve as an oxidizing agent.
  • the oxidative coupling can be carried out in particular at an excess pressure of 0 to 30 bar, preferably 0.5 to 5 bar, and a temperature of 500 to 1100.degree. C., preferably 550 to 950.degree.
  • catalysts known from the specialist literature see, for example, Keller and Bhasin, J. Catal. 1982, 73, 9, Hinsen and Baerns, Chem. Ztg. 1983, 107, 223, Kondratenko et al., Catal. Be. Technol. 2017, 7, 366-381. Farrell et al., ACS Catalysis 6, 2016, 7, 4340, Labinger, Catal. Lett. 1, 1988, 371, and Wang et al., Catalysis Today 2017, 285, 147.
  • the conversion of methane in the oxidative coupling in the context of the present invention can be in particular more than 10%, preferably more than 20%, particularly preferably more than 30% and in particular up to 60% or 80%.
  • the particular advantage of an embodiment of the present invention in which an oxidative coupling is used is not primarily in the increased yield, but in the fact that in addition to, in particular, a relatively high relative proportion of carbon monoxide in relation to ethylene in the product mixture of the oxidative coupling, that is, the starting gas mixture used in this embodiment can be utilized.
  • Typical by-products of the oxidative coupling of methane are carbon monoxide and carbon dioxide, which are formed in the low to double-digit percentage range.
  • a typical product mixture of the oxidative coupling of methane exhibits
  • the dry portion of the product mixture which can also contain water vapor in particular.
  • Further components such as higher hydrocarbons and aromatics can be present in concentrations of typically less than 5 mol percent, in particular less than 1 mol percent, oxygenates - i.e. aldehydes, ketones, ethers, etc. - can be present in traces, i.e. typically less than 0.5 mol percent, in particular less than 0.1 mol percent in the product mixture of the oxidative coupling.
  • the olefin is subjected to a hydroformylation with carbon monoxide and hydrogen in at least part of the starting gas mixture to obtain an aldehyde.
  • Starting mixture is contained, is at least partially upstream and / or downstream of the hydroformylation, ie separated from the starting gas mixture or a part thereof and / or from a product mixture of the hydroformylation or a part thereof.
  • This carbon dioxide is at least partly transferred into the product mixture of the hydroformylation if it is not separated off upstream.
  • Processes for hydroformylation are also known in principle from the prior art. Recently, Rh-based catalysts have typically been used in corresponding processes, as described in the literature cited below. Older processes also use Co-based catalysts.
  • Rh (I) -based catalysts with phosphine and / or phosphite ligands can be used. These can be monodentate or bidentate complexes.
  • the hydroformylation typically works with a ratio of hydrogen to carbon monoxide of 1: 1. However, this ratio can in principle be in the range from 0.5: 1 to 10: 1.
  • the Rh-based catalysts used can have a Rh content of 0.01 to 1.00 percent by weight, the ligands being im
  • Transition metals which are capable of forming carbonyls, are used as potential hydroformulation catalysts, an activity according to this disclosure according to Rh> Co> Ir, Ru> Os> Pt> Pd> Fe> Ni being observed.
  • the olefin in the starting gas mixture has a carbon chain with a first carbon number and the aldehyde has a carbon chain with a second carbon number which is one greater than the first carbon number due to the chain extension in the hydroformylation.
  • the present invention is described below predominantly with reference to ethylene as an olefin, but can in principle also be used with higher
  • Hydrocarbons are used.
  • Starting gas mixture in the context of the present invention, at least the carbon dioxide separated off in the manner explained is subjected at least in part to dry reforming with methane to obtain carbon monoxide. Since the content of carbon dioxide in a corresponding starting gas mixture depends on it
  • the invention always includes that the carbon dioxide contained in the starting gas mixture, which is separated off upstream and / or downstream of the hydroformylation, is at least partly fed to the dry reforming.
  • Dry reforming is also a fundamentally known prior art method. Instead of many, Haimann, "Carbon Dioxide Reforming. Chemical fixation of carbon dioxide: methods for recycling CO 2 into useful.” products ", CRC Press 1993, ISBN 978-0-8493-4428-2.
  • the dry reforming is also referred to as carbon dioxide reforming.
  • carbon dioxide is converted with hydrocarbons such as methane. Hydrogen and carbon monoxide as well as unconverted carbon dioxide and possibly .
  • the hydrocarbon-containing synthesis gas used is formed, as is conventionally produced by steam reforming.
  • dry reforming the starting material steam is, so to speak, replaced by carbon dioxide.
  • dry reforming one molecule of carbon dioxide is converted with one molecule of methane to two molecules of hydrogen and two molecules of carbon monoxide The comparatively simple further reaction of the hydrogen formed poses a certain challenge in dry reforming
  • Carbonyl compounds are based on Ni, as also for example in the article
  • Hydrogenation catalysts are used here, Ni and certain noble metals such as Pt and Pd, typically in supported form.
  • Commonly used commercial catalysts include combinations of Cu, Zn, Ni and Cr supported on alumina or kieselguhr. Dipropyl ether, ethane and propyl propionate are mentioned as typical by-products that can be formed in traces. According to the general prior art, the hydrogenation is preferably carried out only with
  • Typical temperatures are in the range from 200 to 250 ° C for the dehydration of ethanol or at 30 0 to 400 ° C for the
  • the present invention proposes as a whole the coupling of a
  • Starting material contained in the starting mixture can be carried out is, for example, because it is inevitably formed as a significant by-product in the oxidative coupling of methane, and that the remaining
  • Product mixture of dry reforming can be used in hydroformylation without complex cryogenic separation steps.
  • paraffins can be carried along from the starting gas mixture in the hydroformylation and then separated off more easily or hydrogen that is formed in the dry reforming can be used for later hydrogenation steps. In this way, the unconverted paraffins can simply be recycled and used again in the reaction, as already explained above with reference to the oxidative coupling and the post-catalytic vapor splitting.
  • the present invention therefore proposes that the carbon dioxide, which originates from the starting gas mixture, was separated off upstream and / or downstream of the hydroformylation, and, for example, previously in the oxidative coupling as
  • the present invention By using the present invention, a significant overall improvement in the carbon dioxide footprint can be achieved by using the carbon dioxide in the process (feeding into the dry reforming).
  • the invention enables an increase in the possible yield of products of value in the oxidative coupling by using the carbon monoxide as a reactant in the Hydroformylation.
  • the target product is propanal, which must be isolated as such.
  • Limitations here are the oxidative coupling of methane to ethylene, for which only low conversions and limited selectivities are achieved nowadays. Further integration of process steps or the use of
  • the present invention overcomes this disadvantage through the parallel connection of an oxidative coupling or, more generally, the provision of the starting gas mixture with the dry reforming, the resulting material flows then being combined in the required ratio.
  • By-products are formed. If suitable, for example together with water of reaction, these can optionally be separated from a corresponding product mixture of the oxidative coupling by condensation and / or water washing. Carbon dioxide can also be removed comparatively easily from the product mixture due to its high interaction with suitable solvents or washing liquids, whereby known methods for carbon dioxide removal, in particular appropriate washes (for example amine washes), can be used. The same also applies to a separation downstream of the hydroformylation. A cryogenic separation is not required, so that the entire process of the present invention, at least including the dry reforming and hydroformylation, does without cryogenic separation steps. If subsequent steps require the absence or only a very low residual concentration of carbon dioxide (e.g. due to catalyst inhibition or poisoning), the residual carbon dioxide content after amine scrubbing can be used as fine cleaning with an optional caustic wash
  • Gas mixtures can be subjected to drying at a suitable point in each case.
  • drying can take place downstream of the hydroformylation if, in one embodiment of the present invention, this takes place in the aqueous phase and the hydrogenation downstream of the hydroformylation requires a dry stream as the reaction feed. If this is not necessary for the subsequent process steps, drying does not have to take place until it is completely dry, but water contents can also remain in corresponding gas mixtures, if these are tolerable. Different drying steps can also be provided at different points in the process and possibly with different degrees of drying.
  • the byproducts just mentioned are advantageously separated off completely non-cryogenically and are therefore extremely simple in terms of apparatus and energy consumption. This represents an essential advantage of the present invention compared to processes according to the prior art, which typically require an expensive separation of undesired components in subsequent process steps.
  • non-cryogenic separation is to be understood as a separation or a separation step which, in particular, is at a temperature level above 0 ° C, in particular at typical cooling water temperatures of 5 to 40 ° C, in particular from 5 to 25 ° C, is carried out, if necessary also above
  • a non-cryogenic separation in the sense understood here represents a separation without the use of a C2 and / or C3 cooling circuit and it therefore takes place above -30 ° C, in particular above -20 ° C.
  • Dry reforming can be implemented with the olefin.
  • the methane and paraffin are typically not converted in the hydroformylation.
  • liquids or gases or corresponding mixtures are rich or poor in one or more components
  • “rich” is intended to mean a content of at least 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9 %, 99.99% or 99.999% and “poor” for a content of no more than 10%, 5%, 1%, 0.1%, 0.01% or 0.001% on a molar, weight or volume basis.
  • the term “predominantly” denotes a content of at least 50%, 60%, 70%, 80% or 90% or corresponds to the term "rich”.
  • Liquids and gases or corresponding mixtures can also be enriched or depleted in one or more components in the language used here, these terms referring to a corresponding content in a starting mixture.
  • the liquid or the gas or the mixture is "enriched” if at least 1, 1-fold, 1, 5-fold, 2-fold, 5-fold, 10-fold, 100-fold or 1,000-fold content, "Depleted” if at most 0.9, 0, 5, 0.1, 0.01 or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting mixture, is present.
  • a (theoretically possible) complete separation represents a depletion to zero with respect to a component in one fraction of a starting mixture, which therefore passes completely into the other fraction and is present in enriched form. This is also included in the terms “enrichment” and "depletion”.
  • methane and ethane can, as mentioned, be fed back into the process, in particular into the oxidative coupling used in one embodiment of the present invention at the points mentioned.
  • Ethane does not necessarily need to be in a separate reactor section for the post-catalytic one
  • Vapor cracks are returned, but can also be returned to the oxidative coupling as a whole without being separated from the methane. The same also applies to remaining carbon monoxide, which can optionally be further oxidized to carbon dioxide in the oxidative coupling.
  • Hydroformylation or one following hydroformylation Process step ie in particular the hydrogenation or dehydration as explained below, by separating at least part of the heavier components, a partial mixture is obtained which, compared to the product mixture of the hydroformylation or the process step following the hydroformylation, contains at least methane and a paraffin, in particular ethane, and optionally carbon monoxide is enriched or is poor in or free of heavier components, "poor” here being understood in particular to mean a content of less than 10, 5, 1, 0.5 or 0.1 mol percent.
  • this partial mixture is returned to the process unseparated and at least in part, the return being carried out in particular in a process step which serves to provide the starting gas mixture.
  • the recycling takes place in a reactor used to carry out an oxidative coupling.
  • the present invention can include energy integration, that is to say a coupling of heat flows for endothermic and exothermic reactions.
  • Exothermic reactions are in particular oxidative coupling, hydroformylation and hydrogenation.
  • reforming and dehydration intended to provide additional hydrogen are endothermic reactions.
  • an oxidative coupling in which an oxidative coupling is carried out, the use of the waste heat from this appears to be particularly advantageous for dry reforming, which takes place in a similarly high temperature range of typically more than 800 ° C.
  • the dry reforming can take place at approx. 15 to 25 bar, depending on the available methane pressure and preferred operating range.
  • Subsequent compression can therefore be provided, but this can also take place in a common last compressor stage with the product gas of the oxidative coupling.
  • a product stream from the oxidative coupling and the dry reforming can be passed together through the amine scrubbing to remove carbon dioxide.
  • residual amounts of carbon dioxide in the product gas of the dry reforming can also be removed in this way. Residual amounts of carbon dioxide, which would interfere with a cryogenic separation, can, however, in embodiments of the present invention where such cryogenic separation does not take place, may be tolerated. Therefore, optionally provided fine cleaning, for example using a lye wash, can possibly be dispensed with.
  • the aldehyde formed in the hydroformylation can be the target compound, or in the context of the present invention this aldehyde can be converted further into an actually desired target compound.
  • the latter variant in particular represents a particularly preferred embodiment of the present invention.
  • the aldehyde can first be hydrogenated to an alcohol which has a carbon chain with the second carbon number, that is to say the same carbon number as the aldehyde.
  • a corresponding variant of the process is particularly advantageous because for this hydrogen contained in a product mixture of the dry reforming can be used which is already in one upstream of the hydroformylation
  • the feed mixture is present and can be passed through the hydroformylation.
  • dry reforming can be set in particular in a water gas shift of a basically known type.
  • Water gas shift can in particular downstream of the dry reforming and
  • hydrogen can be fed in at any suitable point, in particular upstream of the optionally provided hydrogenation. In this way, hydrogen is available for this hydrogenation.
  • the feed does not have to take place immediately upstream of the hydrogenation; Rather, hydrogen can also by upstream of the
  • Hydrogenation present or carried out process or separation steps are fed.
  • Hydrogen can for example also from a partial stream
  • Separated product stream of dry reforming or formed as a corresponding substream for example by known separation steps such as pressure swing adsorption.
  • the alcohol formed by the hydrogenation is dehydrated to a further olefin (based on the earlier olefin contained in the starting gas mixture), the further olefin, in particular Propylene, one
  • Carbon chain with the mentioned second carbon number ie the carbon number of the previously formed aldehyde and of the alcohol formed therefrom.
  • the alcohol formed in the reaction of the aldehyde can be any alcohol formed in the reaction of the aldehyde.
  • paraffin can be separated comparatively easily from unreacted paraffin.
  • a return flow of the paraffin can also be formed here non-cryogenically and into which, for example, it can be returned to the oxidative coupling of methane.
  • the first carbon number can be two and the second carbon number three, for example ethylene as an olefin can first be produced from methane in an oxidative coupling, the ethylene being converted to propanal in the hydroformylation becomes. This propanal can then be converted to propanol by hydrogenation and this in turn to propylene by dehydration.
  • the present invention allows the use of all components of natural gas. Any
  • Natural gas fractions or raw gas are used, as explained above for the oxidative coupling of methane.
  • the carbon monoxide that is obtained in the dry reforming can be obtained in a product mixture which also contains at least hydrogen.
  • This hydrogen can be passed through the hydroformylation and then used in a hydrogenation.
  • the product mixture from the dry reforming can be subjected to a water gas shift.
  • the product mixture from the dry reforming can be subjected to a water gas shift.
  • Dry reforming and / or the product mixture from the water gas shift are at least partially subjected to the hydroformylation without being separated.
  • the carbon dioxide can be at least partially separated non-cryogenically from the starting gas mixture and subjected to dry reforming.
  • the starting gas mixture and possibly further components in this can, at least in part, be subjected to the hydroformylation without prior separation
  • the starting gas mixture can in particular contain methane and at least one paraffin, with at least some of the methane and the paraffin being able to go through the hydroformylation unconverted.
  • this part can be separated off and recycled downstream of the hydroformylation.
  • the separation can be carried out directly downstream of the hydroformylation, i.e. before each subsequent hydroformylation
  • Process step for example after a hydrogenation or dehydration, but also after any separation or processing steps.
  • the starting mixture depending on how it is provided, in particular after a
  • the hydroformylation can be separated off and the hydroformylation can be carried out. Additional intermediate steps can optionally be provided between the separation of carbon dioxide and the hydroformylation upstream and / or downstream thereof. Both procedures are done essentially the same
  • Pressure level which means in particular that there is no additional compression between the two and the exact operating pressure of both steps is only obtained from the process-related pressure losses between the two steps.
  • the pressure level at which the removal of carbon dioxide and the hydroformylation are carried out is preferably the highest pressure level in the
  • Compression steps and corresponding compressors can be dispensed with.
  • the starting gas mixture is advantageously provided at the pressure level specified above for the oxidative coupling of methane
  • the dry reforming is advantageously carried out at a pressure level of 10 to 80 bar, in particular 15 to 50 bar, and the
  • Hydroformylation and the removal of carbon dioxide are advantageously carried out at a pressure level of 15 to 100 bar, in particular 20 to 50 bar.
  • the present invention also extends to a system for establishing a target connection, with respect to which the corresponding independent
  • FIG. 1 illustrates a method according to an embodiment of the invention in the form of a schematic flow chart.
  • process steps such as the oxidative coupling of methane, dry reforming or flydroformylation are mentioned below, this should also include the apparatus used for these process steps (in particular e.g.
  • FIG. 1 a method according to a particularly preferred embodiment of the present invention is illustrated in the form of a schematic flow chart and is designated as a whole by 100.
  • Central method steps or components of method 100 are an oxidative coupling of methane, denoted here as a whole by 1, as well as a
  • flydroformylation denoted overall by 2 here. Furthermore, the method 100 includes dry reforming, denoted here as a whole by 3.
  • a methane stream A is fed to method 100.
  • Roherdgasstrom B are provided.
  • the raw gas stream B can, if necessary, be processed by means of any processing steps 101. Partial flows of methane flow A and the raw gas flow are denoted by D and E. Further In the example illustrated here, a steam stream B1 and a carbon dioxide stream B2 are provided from an external source.
  • the substream E is fed to the oxidative coupling 1 together with a substream F1 of a recycle stream F (or, as explained below, possibly also together with the entire recycle stream F).
  • the vapor of the stream G like nitrogen from an optionally provided nitrogen stream H, serves as a diluent or moderator and in this way prevents in particular thermal runaway in the oxidative coupling 1.
  • Water can also make a contribution to the catalyst stability (long-term performance) to ensure and / or to allow a moderation of the catalyst selectivity.
  • a reactor used in the oxidative coupling 1 can provide an area for
  • a separately provided ethane stream I can be fed in. Also one
  • ethane stream I can be provided.
  • propane and heavier components can also be separated from raw gas, the remainder of which is then provided as methane stream A.
  • an aftercooler 102 Downstream of the oxidative coupling 1, an aftercooler 102 is provided, downstream of which there is in turn a condensate separator 103.
  • Condensate stream K formed from condensate separation 103, which predominantly or exclusively contains water and possibly further, heavier compounds, can be fed to a device 104 in which in particular a (purified) water stream M and a residual stream N can be formed.
  • the product mixture of oxidative coupling 1 freed of condensate which is generally referred to here as "starting gas mixture" is compressed in the form of a stream L in a compressor 105 and then a total of 106 designated carbon dioxide removal, which can be carried out, for example, using appropriate washes , fed.
  • starting gas mixture a product mixture of oxidative coupling 1 freed of condensate
  • a total of 106 designated carbon dioxide removal which can be carried out, for example, using appropriate washes , fed.
  • a wash column 106a for an amine wash for an amine wash and the
  • Regeneration column 106b for the amine-containing washing liquid loaded with carbon dioxide in washing column 106a is shown. Furthermore, an optional
  • Wash column 106c for fine cleaning e.g. for a lye wash, shown.
  • the removal of carbon dioxide through appropriate washing and recovery is known in principle. It is therefore not explained separately.
  • a carbon dioxide stream O formed in the carbon dioxide removal 106 can, as explained further below, be passed into the dry reforming 3.
  • a component mixture which remains in the carbon dioxide removal system 106 after the removal of carbon dioxide and which is in the form of a stream P contains predominantly ethylene, ethane and carbon monoxide. It is optionally dried in a dryer 107 and then fed to the hydroformylation 2.
  • propanal is formed from the olefins and the carbon monoxide, which propanal is carried out together with the further components explained in the form of a stream Q from the hydroformylation 2.
  • unconverted ethane and other lower-boiling compounds such as methane and carbon monoxide can optionally be separated off from stream Q in a separation 108, and these can be transferred into recycle stream F.
  • Alternatives to the partition 108 are explained below, but the partition 108 is a preferred embodiment.
  • the propanal in a hydrogenation 109, can be converted to propanol.
  • the alcohol stream becomes a further, alternative to the separation 108 optional
  • separation 1 10 supplied, where lower-boiling components can also be separated and transferred to the recycle stream F.
  • the hydrogenation 109 can be operated with hydrogen which is contained in a product stream of the dry reforming 3 and which is carried along in the hydroformylation.
  • the required hydrogen can also be fed into Form of a stream R possible, in particular from a separation of
  • a product stream from the hydrogenation 109 or the optionally provided separation 110 is fed to a dehydration 112.
  • this propylene is formed from the propanol.
  • a product stream R from the dehydration 112 becomes one
  • the water can be carried out of the process in the form of a water stream T.
  • the water flows N and T can, if necessary after a suitable treatment, also be fed back to the steam generation process. In this way, for example, at least part of the steam flow B1 can be provided.
  • the gaseous residue remaining after the condensate separation 113 is fed to a further separation 114, which is optionally provided as an alternative to separations 108 and 110, where in particular also unreacted ethane and lower boiling compounds can be separated off and transferred into recycle stream F.
  • a product stream U formed in the separation 114 can be carried out from the process and further process steps can be used, for example for the production of plastics or other further compounds, as indicated here overall with 115.
  • a large number of corresponding processes are known per se and include the use of propylene from process 100 as an intermediate product or starting product in the petrochemical value chain.
  • carbon dioxide is returned to the oxidative coupling 1 in the form of a material flow F.
  • a separation 1 17 can be provided in which the partial flows F1 and F2 can be formed.
  • methane and ethane can be separated from one another in this way, the methane in substream F1 entering oxidative coupling 1 to the reactor inlet and the ethane in substream F2 being able to be fed to a reactor zone used for post-catalytic steam splitting.
  • the dry reforming 3 is optionally followed by a water gas shift 116.
  • Stream P from oxidative coupling 1 is fed to hydroformylation 2.
  • a starting gas mixture was considered as it can in principle be provided by means of the oxidative coupling of methane. This has in particular the component proportions specified above.
  • composition As an exemplary composition and as a basis for the following calculation example, the following composition is given:
  • Embodiment the two required equivalents of hydrogen are almost available and there is only a slight additional requirement. Of carbon monoxide However, only about 1/3 of the stoichiometric requirement is provided, while at the same time a considerable amount of carbon dioxide is present. If it is now possible to convert this amount of carbon dioxide into carbon monoxide and, if necessary, hydrogen, the stoichiometry of the gross reaction equation can easily be fulfilled.
  • the ratio of hydrogen to carbon monoxide can be fine-tuned in the optional downstream shift reaction (in equation V from left to right) or reversed shift reaction (in equation V from right to left):
  • the carbon monoxide requirement in the hydroformylation is 1 mol carbon monoxide / 1 mol ethylene.
  • the amount of ethylene in the product stream of the OCM is n OCM (C 2 H 4 ). It is therefore mostly necessary to increase the proportion of carbon monoxide n OCM (CO) already present in the product gas stream after the OCM. The one needed
  • n addition (CO) n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (CO) (VI)
  • n addition (CO) 1 ⁇ 2 n OCM (CO 2 ) (VI la)
  • Equation XIV Substituting Equation VII into Equation XIII gives Equation XIV.
  • n OCM (CO 2 ) n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (CO) - [2/3 n OCM (C 2 H 4 )
  • the ratio is greater than 0.5, the amount of carbon dioxide is insufficient to meet the demand for carbon monoxide and it is either an import of

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to a method (100) for producing a target compound, wherein an outlet gas mixture is provided in particular by oxidatively coupling methane, said outlet gas mixture containing an olefin, carbon monoxide, carbon dioxide, and optionally hydrogen, and the olefin together with the carbon monoxide and hydrogen in at least one part of the outlet mixture is subjected to a hydroformylation process (2), thereby obtaining an aldehyde. The paraffin and the olefin have a carbon chain with a first carbon number, and the aldehyde has a carbon chain with a second carbon number which is greater than the first carbon number by one. The carbon dioxide contained in the outlet mixture is at least partly separated upstream and/or downstream of the hydroformylation process. According to the invention, at least the separated carbon dioxide is subjected to a dry reformation process (3) at least partly using methane, thereby obtaining carbon monoxide, and the carbon monoxide subjected to the hydroformylation process (2) comprises at least one part of the carbon monoxide obtained in the dry reformation process (3). The invention likewise relates to a corresponding facility.

Description

Beschreibung description
Verfahren und Anlage zur Herstellung einer Zielverbindung Method and system for establishing a target connection
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zielverbindung, insbesondere von Propylen, und eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The present invention relates to a method for producing a target compound, in particular propylene, and a corresponding plant according to the preambles of the independent claims.
Das Projekt, das zur vorliegenden Patentanmeldung geführt hat, wurde im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 814557 des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union gefördert. The project that led to the present patent application was funded under grant agreement No. 814557 of the European Union's Horizon 2020 research and innovation program.
Stand der Technik State of the art
Die Herstellung von Propylen (Propen) ist in der Fachliteratur, beispielsweise in dem Artikel "Propylene" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Ausgabe 2012, beschrieben. Propylen wird herkömmlicherweise durch Dampfspalten (Steam The production of propylene (propene) is described in the specialist literature, for example in the article "Propylene" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 edition. Propylene is conventionally produced by steam cracking (Steam
Cracking) von Kohlenwasserstoffeinsätzen und Umwandlungsverfahren im Zuge von Raffinerieprozessen hergestellt. In letzteren Verfahren wird Propylen nicht Cracking) of hydrocarbon feeds and conversion processes in the course of refinery processes. In the latter process, propylene is not used
notwendigerweise in der gewünschten Menge und nur als eine von mehreren necessarily in the desired amount and only as one of several
Komponenten in einem Gemisch mit weiteren Verbindungen gebildet. Andere Components formed in a mixture with other compounds. Other
Verfahren zur Herstellung von Propylen sind ebenfalls bekannt, aber nicht in allen Fällen, beispielsweise hinsichtlich Effizienz und Ausbeute, zufriedenstellend. Processes for the production of propylene are also known, but not in all cases, for example in terms of efficiency and yield, are satisfactory.
Für die Zukunft wird ein steigender Bedarf an Propylen prognostiziert ("Propylen-Gap"), der die Bereitstellung entsprechender selektiver Verfahren erfordert. Gleichzeitig gilt es Kohlendioxidemissionen zu reduzieren oder gar zu verhindern. Als potentieller An increasing demand for propylene is predicted for the future ("propylene gap"), which requires the provision of corresponding selective processes. At the same time, it is important to reduce or even prevent carbon dioxide emissions. As a potential
Feedstock stehen andererseits große Mengen an Methan bereit, die derzeit nur sehr begrenzt einer stofflichen Verwertung zugeführt und überwiegend verbrannt werden. Feedstock, on the other hand, has large quantities of methane available, which are currently only very limited for recycling and mostly incinerated.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein insbesondere in Anbetracht dieser Aspekte verbessertes Verfahren zur Herstellung von Propylen, jedoch auch zur Herstellung anderer organischer Zielverbindungen, insbesondere von The present invention has the object of providing a process for the production of propylene, which is improved in particular in view of these aspects, but also for the production of other organic target compounds, in particular of
Oxoverbindungen wie Aldehyden und Alkoholen mit einem entsprechenden Oxo compounds such as aldehydes and alcohols with a corresponding
Kohlenstoffgrundgerüst, bereitzustellen. Offenbarung der Erfindung Carbon backbone to provide. Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Against this background, the present invention proposes a method for
Herstellung einer Zielverbindung, insbesondere von Propylen, und eine entsprechende Anlage mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Production of a target compound, in particular propylene, and a corresponding system with the respective features of the independent claims.
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Preferred embodiments of the present invention are the subject matter of the dependent claims and the description below.
Grundsätzlich existiert neben den zuvor erwähnten Dampfspaltverfahren eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und verwandten Verbindungen ineinander, von denen nachfolgend einige exemplarisch genannt werden sollen. In addition to the steam cracking processes mentioned above, there are also a large number of different processes for converting hydrocarbons and related compounds into one another, some of which are to be named below as examples.
Beispielsweise ist die Umwandlung von Paraffinen zu kettenlängengleichen Olefinen durch die oxidative Dehydrierung (ODH, im Falle von Ethan auch als ODHE bezeichnet) bekannt. Die Herstellung von Propylen aus Propan durch Dehydrierung (PDH) ist ebenfalls bekannt und stellt ein kommerziell verfügbares und etabliertes Verfahren dar. Ebendies gilt für die Herstellung von Propylen aus Ethylen durch die Olefinmetathese. Dieses Verfahren erfordert 2-Buten als zusätzliches Edukt. For example, the conversion of paraffins to olefins of the same chain length by oxidative dehydrogenation (ODH, in the case of ethane also referred to as ODHE) is known. The production of propylene from propane by dehydrogenation (PDH) is also known and is a commercially available and established process. This also applies to the production of propylene from ethylene by olefin metathesis. This process requires 2-butene as an additional starting material.
Schließlich existieren sogenannte Methane-to-Olefin- bzw. Methane-to-Propylene- Verfahren (MTO, MTP), in denen aus Methan zunächst Synthesegas hergestellt wird und das Synthesegas anschließend zu Olefinen wie Ethylen und Propylen umgesetzt wird. Entsprechende Verfahren können auf Grundlage von Methan, jedoch auch auf Grundlage von anderen Kohlenwasserstoffen oder kohlenstoffhaltigen Finally, there are so-called methane-to-olefin or methane-to-propylene processes (MTO, MTP), in which synthesis gas is first produced from methane and the synthesis gas is then converted into olefins such as ethylene and propylene. Corresponding processes can be based on methane, but also based on other hydrocarbons or carbonaceous
Ausgangsmaterialien wie Kohle oder Biomasse betrieben werden. Raw materials such as coal or biomass are operated.
Ethylen kann aber auch durch oxidative Kopplung von Methan (OCM) hergestellt werden, wie in einer Ausgestaltung der Erfindung der Fall und unten erläutert. However, ethylene can also be produced by the oxidative coupling of methane (OCM), as is the case in one embodiment of the invention and is explained below.
Die vorliegende Erfindung eignet sich grundsätzlich zur Verwendung mit allen The present invention is basically suitable for use with all
Verfahren, bei denen ein Produktgemisch gebildet wird, das neben einem Olefin, beispielsweise Ethylen, zudem Kohlendioxid und/oder Kohlenmonoxid (die ggf. durch eine Wassergasshift ineinander überführbar sind) in nennenswerten Mengen, beispielsweise einem Gehalt von 1 bis 30 Molprozent, insbesondere von 1 bis 20, von 1 bis 15 oder von 5 bis 10 Molprozent, enthält. Ein entsprechendes Gasgemisch kann auch insbesondere Methan und/oder ein Paraffin, insbesondere ein Paraffin mit der gleichen Kettenlänge wie das Olefin, enthalten. Es wird, da es Grundlage des vorliegend beschriebenen Verfahrens ist, hier als "Ausgangsgasgemisch" bezeichnet. Nachfolgend wird überwiegend die oxidative Kopplung von Methan als Beispiel für ein derartiges Verfahren verwendet; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Processes in which a product mixture is formed which, in addition to an olefin, for example ethylene, also contains carbon dioxide and / or carbon monoxide (which can optionally be converted into one another by a water gas shift) in significant quantities, for example a content of 1 to 30 mol percent, in particular from 1 to 20, from 1 to 15 or from 5 to 10 mol percent. A corresponding gas mixture can also in particular contain methane and / or a paraffin, in particular a paraffin with the same chain length as the olefin. Since it is the basis of the process described here, it is referred to here as the "starting gas mixture". In the following, the oxidative coupling of methane is mainly used as an example of such a process; however, the invention is not limited to this.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird also die oxidative Kopplung von Methan zur Bereitstellung des Ausgangsgemischs verwendet, so dass diese zunächst näher erläutert werden soll. Die oxidative Kopplung von Methan ist in der Literatur beschrieben, beispielsweise bei J.D. Idol et al., "Natural Gas", in: J.A. Kent (Hrsg.), "Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology",According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the oxidative coupling of methane is used to provide the starting mixture, so this will first be explained in more detail. The oxidative coupling of methane is described in the literature, for example in J.D. Idol et al., "Natural Gas", in: J.A. Kent (Ed.), "Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology",
Band 2, 12. Auflage, Springer, New York 2012. Volume 2, 12th edition, Springer, New York 2012.
Die oxidative Kopplung von Methan umfasst nach derzeitigem Kenntnisstand eine katalysierte Gasphasenreaktion von Methan mit Sauerstoff, bei der von zwei According to the current state of knowledge, the oxidative coupling of methane comprises a catalyzed gas phase reaction of methane with oxygen, in the case of that of two
Methanmolekülen jeweils ein Wasserstoffatom abgespalten wird. Sauerstoff und Methan werden dabei an der Katalysatoroberfläche aktiviert. Die entstehenden Methylradikale reagieren zunächst zu einem Ethanmolekül. Bei der Reaktion wird ferner ein Wassermolekül gebildet. Bei geeigneten Verhältnissen von Methan zu Sauerstoff, geeigneten Reaktionstemperaturen und der Wahl geeigneter Methane molecules each split off one hydrogen atom. Oxygen and methane are activated on the catalyst surface. The resulting methyl radicals first react to form an ethane molecule. A water molecule is also formed during the reaction. With suitable ratios of methane to oxygen, suitable reaction temperatures and the choice of suitable ones
Katalysebedingungen erfolgt anschließend eine Oxydehydrierung des Ethans zu Ethylen, einer Zielverbindung bei der oxidativen Kopplung von Methan. Hierbei wird ein weiteres Wassermolekül gebildet. Der eingesetzte Sauerstoff wird bei den genannten Reaktionen typischerweise vollständig umgesetzt. Under catalytic conditions, the ethane is then oxydehydrogenated to ethylene, a target compound in the oxidative coupling of methane. Another water molecule is formed here. The oxygen used is typically completely converted in the reactions mentioned.
Die Reaktionsbedingungen bei der oxidativen Kopplung von Methan umfassen klassischerweise eine Temperatur von 500 bis 900 °C , einen Druck von 5 bis 10 bar und hohe Raumgeschwindigkeiten. Jüngere Entwicklungen gehen insbesondere auch in Richtung der Verwendung tieferer Temperaturen. Die Reaktion kann homogen- und heterogenkatalytisch im Festbett oder in der Wirbelschicht erfolgen. Bei der oxidativen Kopplung von Methan können auch höhere Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs oder acht Kohlenstoffatomen gebildet werden, der Schwerpunkt liegt jedoch auf Ethan bzw. Ethylen und ggf. noch Propan bzw. Propylen. Insbesondere aufgrund der hohen Bindungsenergie zwischen Kohlenstoff und The reaction conditions for the oxidative coupling of methane typically include a temperature of 500 to 900 ° C., a pressure of 5 to 10 bar and high space velocities. More recent developments go in particular towards the use of lower temperatures. The reaction can be carried out homogeneously or heterogeneously in a fixed bed or in a fluidized bed. In the oxidative coupling of methane, higher hydrocarbons with up to six or eight carbon atoms can also be formed, but the focus is on ethane or ethylene and possibly also propane or propylene. Especially due to the high binding energy between carbon and
Wasserstoff im Methanmolekül sind die Ausbeuten bei der oxidativen Kopplung von Methan vergleichsweise gering. Typischerweise werden nicht mehr als 10 bis 15% des eingesetzten Methans umgesetzt. Außerdem begünstigen die vergleichsweise harschen Reaktionsbedingungen und Temperaturen, die zur Spaltung dieser Hydrogen in the methane molecule, the yields in the oxidative coupling of methane are comparatively low. Typically no more than 10 to 15% of the methane used is converted. In addition, the comparatively harsh reaction conditions and temperatures favor the cleavage of these
Bindungen erforderlich sind, auch die weitere Oxidation der Methylradikale und anderer Intermediate zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Insbesondere die Verwendung von Sauerstoff spielt hier eine Doppelrolle. So ist die Methankonversion von der Bonds are required, including the further oxidation of methyl radicals and other intermediates to carbon monoxide and carbon dioxide. The use of oxygen in particular plays a dual role here. So is the methane conversion from that
Sauerstoffkonzentration in der Mischung abhängig. Die Bildung von Nebenprodukten ist mit der Reaktionstemperatur gekoppelt, da die Totaloxidation von Methan, Ethan und Ethylen bevorzugt bei hohen Temperaturen erfolgt. Oxygen concentration in the mixture depends. The formation of by-products is linked to the reaction temperature, since the total oxidation of methane, ethane and ethylene preferably takes place at high temperatures.
Wenngleich den geringen Ausbeuten und der Bildung von Kohlenmonoxid und Although the low yields and the formation of carbon monoxide and
Kohlendioxid teilweise durch die Wahl optimierter Katalysatoren und angepasster Reaktionsbedingungen entgegengewirkt werden kann, enthält ein bei der oxidativen Kopplung von Methan gebildetes Gasgemisch neben den Zielverbindungen wie Ethylen und ggf. Propylen überwiegend nicht umgesetztes Methan sowie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasser. Durch ggf. erfolgende nichtkatalytische Spaltreaktionen können auch beträchtliche Mengen an Wasserstoff enthalten sein. Ein derartiges Gasgemisch wird im hier verwendeten Sprachgebrauch auch als "Produktgemisch" der oxidativen Kopplung von Methan bezeichnet, obwohl es überwiegend nicht die gewünschten Produkte, sondern auch das nicht umgesetzte Edukt Methan und die soeben erläuterten Nebenprodukte enthält. Carbon dioxide can partly be counteracted by the choice of optimized catalysts and adapted reaction conditions, a gas mixture formed during the oxidative coupling of methane contains mainly unconverted methane as well as carbon dioxide, carbon monoxide and water in addition to the target compounds such as ethylene and possibly propylene. Any non-catalytic cleavage reactions that may take place may also contain considerable amounts of hydrogen. In the parlance used here, such a gas mixture is also referred to as a “product mixture” of the oxidative coupling of methane, although it predominantly does not contain the desired products but also the unreacted starting material methane and the by-products just explained.
Bei der oxidativen Kopplung von Methan können Reaktoren eingesetzt werden, in denen einer katalytischen Zone eine nichtkatalytische Zone nachgeschaltet ist. Das aus der katalytischen Zone ausströmende Gasgemisch wird in die nichtkatalytische Zone überführt, wo es zunächst noch bei den vergleichsweise hohen Temperaturen vorliegt, die in der katalytischen Zone eingesetzt werden. Insbesondere durch die Anwesenheit des bei der oxidativen Kopplung von Methan gebildeten Wassers ähneln die Reaktionsbedingungen hier jenen herkömmlicher Dampfspaltverfahren. Daher können hier Ethan und höhere Paraffine zu Olefinen umgesetzt werden. In die nichtkatalytische Zone können auch weitere Paraffine eingespeist werden, so dass die Restwärme der oxidativen Kopplung von Methan in besonders vorteilhafter weise ausgenutzt werden kann. In the oxidative coupling of methane, reactors can be used in which a catalytic zone is followed by a non-catalytic zone. The gas mixture flowing out of the catalytic zone is transferred to the non-catalytic zone, where it is initially still at the comparatively high temperatures that are used in the catalytic zone. In particular, due to the presence of the water formed during the oxidative coupling of methane, the reaction conditions here are similar to those of conventional vapor cracking processes. Therefore ethane and higher paraffins can be converted into olefins here. Additional paraffins can also be fed into the non-catalytic zone so that the Residual heat from the oxidative coupling of methane can be used in a particularly advantageous manner.
Ein derartiges gezieltes Dampfspalten in einer der katalytischen Zone Such a targeted vapor splitting in one of the catalytic zones
nachgeschalteten nichtkatalytischen Zone wird auch als "Post Bed Cracking" bezeichnet. Nachfolgend wird hierfür auch der Begriff "postkatalytisches Dampfspalten" verwendet. Ist nachfolgend davon die Rede, dass ein erfindungsgemäß eingesetztes Ausgangsgasgemisch "unter Einsatz" oder "unter Verwendung" einer oxidativen Kopplung von Methan gebildet oder bereitgestellt wird, soll diese Angabe nicht derart verstanden werden, dass bei der Bereitstellung ausschließlich die oxidative Kopplung selbst zum Einsatz kommen muss. Vielmehr können von der Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs auch weitere Verfahrensschritte, insbesondere ein downstream non-catalytic zone is also referred to as "post bed cracking". The term “post-catalytic vapor splitting” is also used for this in the following. If it is mentioned below that a starting gas mixture used according to the invention is formed or provided "using" or "using" an oxidative coupling of methane, this information should not be understood to mean that only the oxidative coupling itself is used in the provision got to. Rather, further method steps, in particular one, can also be made from the provision of the starting gas mixture
postkatalytisches Dampfspalten, umfasst sein. post-catalytic vapor cracking.
Gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können Paraffine, insbesondere Ethan, die aus beliebigen Stoffströmen an geeigneter Stelle abgetrennt werden oder in entsprechenden Stoffströmen enthalten sein können, alleine oder zusammen mit weiteren Komponenten zum postkatalytischen Dampfspalten zurückgeführt werden. Die Abtrennung, falls vorgenommen, erfolgt dabei an According to particularly preferred embodiments of the present invention, paraffins, in particular ethane, which are separated from any material streams at a suitable point or can be contained in corresponding material streams, can be returned to the post-catalytic vapor splitting process alone or together with other components. The separation, if carried out, takes place on
trenntechnisch geeigneter Stelle, also an einer Position, an der die Abtrennung besonders unaufwendig und insbesondere nichtkryogen möglich ist. Ist nachfolgend davon die Rede, dass Ethan oder ein anderes Paraffin außer Methan "in das Verfahren zurückgeführt" wird, kann hiermit insbesondere eine Rückführung ins postkatalytische Dampfspalten gemeint sein. Methan, das "in das Verfahren zurückgeführt" wird, wird dagegen insbesondere der oxidativen Kopplung von Methan als Einsatz zugeführt.technically suitable point for separation, i.e. at a position at which separation is particularly inexpensive and in particular non-cryogenic. If it is mentioned below that ethane or another paraffin apart from methane is "returned" to the process, this can in particular mean a return to the post-catalytic vapor splitting. In contrast, methane that is "fed back into the process" is used in particular for the oxidative coupling of methane.
Eine Rückführung kann aber auch gemeinsam und insbesondere zusammen mit Kohlenmonoxid in die oxidative Kopplung insgesamt erfolgen. However, recycling can also take place together and in particular together with carbon monoxide in the oxidative coupling as a whole.
Als Einzeltechnologien sind die Dampfreformierung und die Trockenreformierung sowie Abwandlungen hiervon inklusive einer nachgeschalteten Wassergasshift zur The individual technologies are steam reforming and dry reforming, as well as modifications of these, including a downstream water gas shift
Einstellung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid ebenfalls bekannt. Adjustment of the ratio of hydrogen to carbon monoxide is also known.
Die Hydroformylierung stellt eine weitere Technologie dar, die insbesondere zur Herstellung von Oxoverbindungen der eingangs genannten Art genutzt wird. Hydroformylation is another technology that is used in particular for the production of oxo compounds of the type mentioned at the beginning.
Typischerweise wird in der Hydroformylierung Propylen umgesetzt, es können jedoch auch höhere Kohlenwasserstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffe mit sechs bis elf Kohlenstoffatomen, eingesetzt werden. Die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit vier und fünf Kohlenstoffatomen ist grundsätzlich ebenfalls möglich, aber von geringerer praktischer Bedeutung. Der Hydroformylierung, in der zunächst Aldehyde gebildet werden können, kann sich eine Hydrierung anschließen. Durch eine derartige Hydrierung gebildete Alkohole können anschließend zu den jeweiligen Olefinen dehydratisiert werden. Propylene is typically converted in the hydroformylation, but it can higher hydrocarbons, in particular hydrocarbons with six to eleven carbon atoms, can also be used. The conversion of hydrocarbons with four and five carbon atoms is basically also possible, but of less practical importance. The hydroformylation, in which aldehydes can initially be formed, can be followed by a hydrogenation. Alcohols formed by such a hydrogenation can then be dehydrated to the respective olefins.
Bei Green et al., Catal. Lett. 1992, 13, 341 , ist ein Verfahren zur Herstellung von Propanal aus Methan und Luft beschrieben. Bei dem vorgestellten Verfahren sind grundsätzlich niedrige Ausbeuten bezogen auf Methan zu verzeichnen. Bei dem Verfahren werden eine oxidative Kopplung von Methan (OCM) und eine partielle Oxidation von Methan (POX) zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid vorgenommen, auf die dann eine Hydroformylierung folgt. Das Zielprodukt ist das erwähnte Propanal, welches als solches isoliert werden muss. Eine Limitierung ergibt sich aus der oxidativen Kopplung von Methan zu Ethylen, für die derzeit typischerweise nur geringere Umsätze und begrenzte Selektivitäten erreicht werden. Unterschiede des bei Green et al. beschriebenen Verfahrens zur vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile unten erläutert. In Green et al., Catal. Lett. 1992, 13, 341, a process for the production of propanal from methane and air is described. In the process presented, basically low yields based on methane are recorded. In the process, an oxidative coupling of methane (OCM) and a partial oxidation of methane (POX) to hydrogen and carbon monoxide are carried out, which is then followed by hydroformylation. The target product is the mentioned propanal, which has to be isolated as such. One limitation arises from the oxidative coupling of methane to ethylene, for which only lower conversions and limited selectivities are typically achieved at present. Differences in the Green et al. described method for the present invention are explained below with reference to the advantages achievable according to the invention.
Die Hydroformylierungsreaktion in dem soeben erwähnten Verfahren wird an einem typischen Katalysator bei 1 15 °C und 1 bar in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt. Die Selektivität zum (unerwünschten) Nebenprodukt Ethan liegt im Bereich von ca. 1 % bis 4%, wohingegen die Selektivität zu Propanal mehr als 95%, typischerweise mehr als 98%, erreichen soll. Eine weitgehende Integration von The hydroformylation reaction in the process just mentioned is carried out over a typical catalyst at 115 ° C. and 1 bar in an organic solvent. The selectivity for the (undesired) by-product ethane is in the range from approx. 1% to 4%, whereas the selectivity for propanal should reach more than 95%, typically more than 98%. Extensive integration of
Prozessschritten oder die Verwendung des insbesondere bei der oxidativen Kopplung von Methan in großen Mengen als Nebenprodukt gebildeten Kohlendioxids wird hier nicht weiter beschrieben, so dass damit Nachteile gegenüber klassischen Verfahren bestehen. Weil in dem Verfahren die partielle Oxidation als nachgeschalteter Schritt zur oxidativen Kopplung verwendet wird, also eine sequentielle Verschaltung vorliegt, müssen in der partiellen Oxidation große Mengen an nicht umgesetztem Methan aus der oxidativen Kopplung bewältigt oder aufwendig abgetrennt werden. Process steps or the use of carbon dioxide, which is formed in large quantities as a by-product in the oxidative coupling of methane in particular, is not described further here, so that there are disadvantages compared to conventional processes. Because partial oxidation is used as a subsequent step for oxidative coupling in the process, i.e. there is a sequential interconnection, large amounts of unconverted methane from oxidative coupling have to be dealt with in the partial oxidation or separated in a costly manner.
In der US 6,049,01 1 A ist ein Verfahren zur Hydroformylierung von Ethylen No. 6,049.01 1 A describes a process for the hydroformylation of ethylene
beschrieben. Das Ethylen kann insbesondere aus Ethan gebildet werden. Als Zielprodukt kann neben Propanal auch Propionsäure hergestellt werden. Auch eine Dehydratisierung ist möglich. Auch diese Druckschrift offenbart jedoch keine weitergehende Integration und offenbart keine sinnvolle Nutzung des gebildeten Kohlendioxids. described. The ethylene can in particular be formed from ethane. When In addition to propanal, the target product can also be propionic acid. Dehydration is also possible. However, this publication also does not disclose any further integration and does not disclose any sensible use of the carbon dioxide formed.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Against this background, the present invention proposes a method for
Herstellung einer Zielverbindung, insbesondere von Propylen, vor, bei dem ein Ausgangsgasgemisch bereitgestellt wird, das ein Olefin, insbesondere Ethylen, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält. Die Bereitstellung des Preparation of a target compound, in particular propylene, in which a starting gas mixture is provided which contains an olefin, in particular ethylene, carbon monoxide and carbon dioxide. The provision of the
Ausgangsgasgemischs kann insbesondere umfassen, dass ein Paraffin, insbesondere Methan, einem Verfahren unterworfen wird, in welchem die genannten Komponenten in dem Ausgangsgasgemisch aus Vorläufer- bzw. Ausgangsverbindungen gebildet werden. Das Verfahren kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen, dass Methan mit Sauerstoff unter Erhalt eines Olefins, insbesondere von Ethylen und der genannten weiteren Komponenten als Nebenverbindungen, einer oxidativen Kopplung unterworfen wird. Das Ausgangsgasgemisch kann insbesondere auch Methan und ein zu dem Olefin kettenlängengleiches Paraffin, insbesondere Ethan, enthalten. Das Ausgangsgemisch enthält typischerweise auch Wasser. Auch Wasserstoff kann in dem Ausgangsgemisch enthalten sein. Die Anwesenheit von Wasserstoff ist jedoch keine Voraussetzung, auch wenn nachfolgend ein Starting gas mixture can in particular include that a paraffin, in particular methane, is subjected to a process in which the components mentioned are formed in the starting gas mixture from precursor or starting compounds. In a particularly preferred embodiment, the process can include subjecting methane to oxidative coupling with oxygen to obtain an olefin, in particular ethylene and the further components mentioned as secondary compounds. The starting gas mixture can in particular also contain methane and a paraffin with the same chain length as the olefin, in particular ethane. The starting mixture typically also contains water. Hydrogen can also be contained in the starting mixture. However, the presence of hydrogen is not a requirement, even if a subsequent one
entsprechendes Ausgangsgemisch als wasserstoffhaltig beschrieben werden sollte.corresponding starting mixture should be described as containing hydrogen.
Die oxidative Kopplung kann beispielsweise auch ohne Anwesenheit oder Bildung von Wasserstoff durchgeführt werden. The oxidative coupling can, for example, also be carried out without the presence or formation of hydrogen.
Die oxidative Kopplung von Methan ist, wie bereits eingangs erwähnt, ein grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann für die oxidative Kopplung von Methan auf bekannte As already mentioned at the beginning, the oxidative coupling of methane is a method known in principle from the prior art. In the context of the present invention, for the oxidative coupling of methane on known
Verfahrenskonzepte zurückgegriffen werden. Process concepts are used.
Als Methanlieferant für die oxidative Kopplung können in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung (im Wesentlichen) reines Methan oder Erdgas- bzw. In embodiments of the present invention, (essentially) pure methane or natural gas or gas can be used as the methane supplier for the oxidative coupling.
Begleitgasfraktionen unterschiedlicher Aufreinigungsstufen bis hin zu entsprechendem Rohgas verwendet werden. Beispielsweise kann Erdgas auch fraktioniert werden, wobei, wenn eine oxdiative Kopplung eingesetzt wird, Methan in die oxidative Accompanying gas fractions of different purification stages up to the corresponding raw gas can be used. For example, natural gas can also be fractionated, where, if an oxidative coupling is used, methane in the oxidative
Kopplung selbst und höhere Kohlenwasserstoffe vorzugsweise in ein postkatalytisches Dampfspalten geführt werden können. Als Oxidationsmittel in einem entsprechenden Verfahren wird Sauerstoff besonders bevorzugt. Luft oder sauerstoffangereicherte Luft können grundsätzlich ebenfalls verwendet werden, führen jedoch zu einem Coupling itself and higher hydrocarbons can preferably be fed into a post-catalytic steam cracking. Oxygen is particularly preferred as the oxidizing agent in a corresponding process. Air or oxygen-enriched air can in principle also be used, but lead to one
Stickstoffeintrag ins System. Eine Abtrennung an geeigneter Stelle im Prozess wäre wiederum vergleichsweise aufwendig und müsste kryogen durchgeführt werden. Entry of nitrogen into the system. A separation at a suitable point in the process would in turn be comparatively expensive and would have to be carried out cryogenically.
In der oxidativen Kopplung kann in den Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, in denen sie eingesetzt wird, ein Verdünnungsmedium, bevorzugt Dampf, aber auch beispielsweise Kohlendioxid, zum Einsatz kommen, insbesondere zur Moderation der Reaktionstemperaturen. Kohlendioxid kann dabei auch (partiell) als Oxidationsmittel dienen. Grundsätzlich ebenfalls als Verdünnungsmittel geeignete Verbindungen wie Stickstoff, Argon und Helium erfordern wiederum eine aufwendige Abtrennung. Beim derzeitigen Stand der Technologie dient aber insbesondere rückgeführtes Methan als Verdünnungsmittel, das nur zu einem vergleichsweise geringen Anteil umgesetzt wird. In the embodiments of the present invention in which it is used, a diluting medium, preferably steam, but also, for example, carbon dioxide, can be used in the oxidative coupling, in particular to moderate the reaction temperatures. Carbon dioxide can also (partially) serve as an oxidizing agent. In principle, compounds that are likewise suitable as diluents, such as nitrogen, argon and helium, again require expensive separation. With the current state of technology, however, recycled methane in particular serves as a diluent, which is only converted to a comparatively small proportion.
In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann die oxidative Kopplung insbesondere bei einem Überdruck von 0 bis 30 bar, bevorzugt 0,5 bis 5 bar, und einer Temperatur von 500 bis 1 100 °C, bevorzugt 550 bis 9 50 °C, durchgeführt werden. Grundsätzlich kann auf aus der Fachliteratur bekannte Katalysatoren zurückgegriffen werden, siehe beispielsweise Keller und Bhasin, J. Catal. 1982, 73, 9, Hinsen und Baerns, Chem. Ztg. 1983, 107, 223, Kondratenko et al., Catal. Sei. Technol. 2017, 7, 366-381 . Farrell et al., ACS Catalysis 6, 2016, 7, 4340, Labinger, Catal. Lett. 1 , 1988, 371 , sowie Wang et al., Catalysis Today 2017, 285, 147. In embodiments of the present invention, the oxidative coupling can be carried out in particular at an excess pressure of 0 to 30 bar, preferably 0.5 to 5 bar, and a temperature of 500 to 1100.degree. C., preferably 550 to 950.degree. In principle, it is possible to fall back on catalysts known from the specialist literature, see, for example, Keller and Bhasin, J. Catal. 1982, 73, 9, Hinsen and Baerns, Chem. Ztg. 1983, 107, 223, Kondratenko et al., Catal. Be. Technol. 2017, 7, 366-381. Farrell et al., ACS Catalysis 6, 2016, 7, 4340, Labinger, Catal. Lett. 1, 1988, 371, and Wang et al., Catalysis Today 2017, 285, 147.
Der Umsatz von Methan in der oxidativen Kopplung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bei mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 20%, besonders bevorzugt mehr als 30% und insbesondere bis zu 60% oder 80% liegen. Der besondere Vorteil einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der eine oxidative Kopplung eingesetzt wird, liegt jedoch nicht primär in der erhöhten Ausbeute, sondern darin, dass neben insbesondere auch ein relativ hoher Relativanteil von Kohlenmonoxid in Bezug zu Ethylen in dem Produktgemisch der oxidativen Kopplung, also dem im Rahmen dieser Ausgestaltung eingesetzten Ausgangsgasgemisch, ausgenutzt werden kann. Typische Nebenprodukte der oxidativen Kopplung von Methan sind Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, die im niedrigen bis zweistelligen Prozentbereich gebildet werden. Ein typisches Produktgemisch der oxidativen Kopplung von Methan weist The conversion of methane in the oxidative coupling in the context of the present invention can be in particular more than 10%, preferably more than 20%, particularly preferably more than 30% and in particular up to 60% or 80%. The particular advantage of an embodiment of the present invention in which an oxidative coupling is used, however, is not primarily in the increased yield, but in the fact that in addition to, in particular, a relatively high relative proportion of carbon monoxide in relation to ethylene in the product mixture of the oxidative coupling, that is, the starting gas mixture used in this embodiment can be utilized. Typical by-products of the oxidative coupling of methane are carbon monoxide and carbon dioxide, which are formed in the low to double-digit percentage range. A typical product mixture of the oxidative coupling of methane exhibits
beispielsweise folgende Gemischanteile auf: for example the following mixture proportions:
Wasserstoff 0,1 bis 10 Molprozent Hydrogen 0.1 to 10 mole percent
Methan 20 bis 90 Molprozent Methane 20 to 90 mole percent
Ethan 0,5 bis 30 Molprozent Ethane 0.5 to 30 mole percent
Ethylen 5 bis 60 Molprozent Ethylene 5 to 60 mole percent
Kohlenmonoxid 0,5 bis 30 Molprozent Carbon monoxide 0.5 to 30 mole percent
Kohlendioxid 0,5 bis 30 Molprozent Carbon dioxide 0.5 to 30 mole percent
Diese Angaben beziehen sich auf den trockenen Anteil des Produktgemischs, das auch insbesondere Wasserdampf aufweisen kann. Weitere Komponenten wie höhere Kohlenwasserstoffe und Aromaten können in Konzentrationen von typischerweise weniger als 5 Molprozent, insbesondere weniger als 1 Molprozent vorhanden sein, Oxigenate - also Aldehyde, Ketone, Ether etc. - können in Spuren, d.h. typischerweise zu weniger als 0,5 Molprozent, insbesondere zu weniger als 0,1 Molprozent, in dem Produktgemisch der oxidativen Kopplung enthalten sein. These details relate to the dry portion of the product mixture, which can also contain water vapor in particular. Further components such as higher hydrocarbons and aromatics can be present in concentrations of typically less than 5 mol percent, in particular less than 1 mol percent, oxygenates - i.e. aldehydes, ketones, ethers, etc. - can be present in traces, i.e. typically less than 0.5 mol percent, in particular less than 0.1 mol percent in the product mixture of the oxidative coupling.
Wie bereits erwähnt, kommen neben der oxidativen Kopplung von Methan grund sätzlich jedoch auch andere Quellen zur Bereitstellung des Ausgangsgasgemisches in Betracht. As already mentioned, in addition to the oxidative coupling of methane, other sources can also be used to provide the starting gas mixture.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Olefin mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in zumindest einem Teil des Ausgangsgagemischs unter Erhalt eines Aldehyds einer Hydroformylierung unterworfen. Kohlendioxid, das in dem In the context of the present invention, the olefin is subjected to a hydroformylation with carbon monoxide and hydrogen in at least part of the starting gas mixture to obtain an aldehyde. Carbon dioxide contained in the
Ausgangsgemisch enthalten ist, wird zumindest zum Teil stromauf und/oder stromab der Hydroformylierung, d.h. aus dem Ausgangsgasgemisch oder einem Teil hiervon und/oder aus einem Produktgemisch der Hydroformylierung oder einem Teil hiervon, abgetrennt. In das Produktgemisch der Hydroformylierung geht dieses Kohlendioxid zumindest zum Teil über, wenn es stromauf nicht abgetrennt wird. Auch Verfahren zur Hydroformylierung sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Neuerdings kommen bei entsprechenden Verfahren, wie in der nachfolgend zitierten Literatur beschrieben, typischerweise Rh-basierte Katalysatoren zum Einsatz. Ältere Verfahren setzen zudem Co-basierte Katalysatoren ein. Starting mixture is contained, is at least partially upstream and / or downstream of the hydroformylation, ie separated from the starting gas mixture or a part thereof and / or from a product mixture of the hydroformylation or a part thereof. This carbon dioxide is at least partly transferred into the product mixture of the hydroformylation if it is not separated off upstream. Processes for hydroformylation are also known in principle from the prior art. Recently, Rh-based catalysts have typically been used in corresponding processes, as described in the literature cited below. Older processes also use Co-based catalysts.
Beispielsweise können homogene, Rh(l)-basierte Katalysatoren mit Phosphin- und/oder Phosphitliganden verwendet werden. Es kann sich dabei um monodentate oder bidentate Komplexe handeln. Für die Produktion von Propanal werden typischerweise Reaktionstemperaturen von 80 bis 150 °C und entsprechende For example, homogeneous, Rh (I) -based catalysts with phosphine and / or phosphite ligands can be used. These can be monodentate or bidentate complexes. For the production of propanal typically reaction temperatures of 80 to 150 ° C and corresponding
Katalysatoren verwendet. Sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Catalysts used. All of the methods known from the prior art can also be used within the scope of the present invention.
Die Hydroformylierung arbeitet typischerweise mit einem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid von 1 :1. Dieses Verhältnis kann jedoch grundsätzlich im Bereich von 0,5:1 bis 10:1 liegen. Die eingesetzten Rh-basierten Katalysatoren können einen Rh- Gehalt von 0,01 bis 1 ,00 Gewichtsprozent aufweisen, wobei die Liganden im The hydroformylation typically works with a ratio of hydrogen to carbon monoxide of 1: 1. However, this ratio can in principle be in the range from 0.5: 1 to 10: 1. The Rh-based catalysts used can have a Rh content of 0.01 to 1.00 percent by weight, the ligands being im
Überschuß vorliegen können. Weitere Details sind in dem Artikel "Propanal" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Ausgabe 2012, beschrieben. Die Erfindung ist durch die genannten Verfahrensbedingungen nicht beschränkt. Excess may be present. Further details are described in the article "Propanal" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 edition. The invention is not restricted by the process conditions mentioned.
In einem weiteren Verfahren, wie es beispielsweise im Kapitel "Hydroformylation" bei Moulijn, Makee & van Diepen, Chemical Process Technology, 2012, 235, beschrieben ist, wird bei einem Rh-basierten Katalysator ein Druck von 20 bis 50 bar und bei einem Co-basierten Katalysator ein Druck von 70 bis 200 bar eingesetzt. Co scheint auch in metallischer Form für die Hydroformylierung relevant zu sein. Andere Metalle sind mehr oder weniger unbedeutend, insbesondere Ru, Mn und Fe. Der in dem genannten Verfahren eingesetzte Temperaturbereich liegt zwischen 370 K bis 440 K. In a further process, as described, for example, in the "Hydroformylation" chapter in Moulijn, Makee & van Diepen, Chemical Process Technology, 2012, 235, a pressure of 20 to 50 bar for a Rh-based catalyst and a pressure of 20 to 50 bar for a Co -based catalyst, a pressure of 70 to 200 bar is used. Co also appears to be relevant for hydroformylation in metallic form. Other metals are more or less insignificant, especially Ru, Mn and Fe. The temperature range used in the process mentioned is between 370 K and 440 K.
In dem im Kapitel "Synthesis involving Carbon Monoxide" in Weissermel & Arpe, Industrial Organic Chemistry 2003, 135, offenbarten Verfahren werden hauptsächlich Co- und Rh-Phosphinkomplexe eingesetzt. Mit spezifischen Liganden kann die Hydroformylierung im wässrigen Medium durchgeführt werden und die Rückgewinnung des Katalysators ist einfach möglich. Gemäß Navid et al., Appl. Catal. A 2014, 469, 357, können im Grundsatz alle In the process disclosed in the chapter "Synthesis involving Carbon Monoxide" in Weissermel & Arpe, Industrial Organic Chemistry 2003, 135, mainly Co- and Rh-phosphine complexes are used. With specific ligands, the hydroformylation can be carried out in an aqueous medium and the catalyst can be easily recovered. According to Navid et al., Appl. Catal. A 2014, 469, 357, in principle everyone can
Übergangsmetalle, die zur Bildung von Carbonylen in der Lage sind, als potentielle Hydroformulierungskatalysatoren eingesetzt werden, wobei eine Aktivität nach dieser Veröffenlichung gemäß Rh > Co > Ir, Ru > Os > Pt > Pd > Fe > Ni zu beobachten ist. Transition metals, which are capable of forming carbonyls, are used as potential hydroformulation catalysts, an activity according to this disclosure according to Rh> Co> Ir, Ru> Os> Pt> Pd> Fe> Ni being observed.
Nebenprodukte bei der Hydroformylierung entstehen insbesondere durch die By-products in the hydroformylation arise in particular through the
Hydrierung des Olefins zum korrespondierenden Paraffin, also z.B. von Ethylen zu Ethan, bzw. die Hydrierung des Aldehyds zum Alkohol, also von Propanal zu Propanol. Gemäß dem Artikel "Propanols" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Ausgabe 2012, kann durch die Hydroformylierung gebildetes Propanal als Hauptquelle für 1 -Propanol in der Industrie verwendet werden. In einem zweiten Schritt kann Propanal zu 1 -Propanol hydriert werden. Hydrogenation of the olefin to the corresponding paraffin, e.g. from ethylene to ethane, or the hydrogenation of the aldehyde to alcohol, i.e. from propanal to propanol. According to the article "Propanols" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 edition, propanal formed by hydroformylation can be used as the main source of 1-propanol in industry. In a second step, propanal can be hydrogenated to 1-propanol.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist das Olefin in dem Ausgangsgasgemisch eine Kohlenstoffkette mit einer ersten Kohlenstoffzahl auf und der Aldehyd weist durch die Kettenverlängerung in der Hydroformylierung eine Kohlenstoffkette mit einer zweiten Kohlenstoffzahl auf, die um eins größer ist als die erste Kohlenstoffzahl. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend überwiegend unter Bezugnahme von Ethylen als Olefin beschrieben, kann grundsätzlich jedoch auch mit höheren In the context of the present invention, the olefin in the starting gas mixture has a carbon chain with a first carbon number and the aldehyde has a carbon chain with a second carbon number which is one greater than the first carbon number due to the chain extension in the hydroformylation. The present invention is described below predominantly with reference to ethylene as an olefin, but can in principle also be used with higher
Kohlenwasserstoffen zum Einsatz kommen. Hydrocarbons are used.
Allgemein wird, ungeachtet der spezifischen Art der Bereitstellung des In general, regardless of the specific way the
Ausgangsgasgemischs im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zumindest das in der erläuterten Weise abgetrennte Kohlendioxid zumindest zum Teil mit Methan unter Erhalt von Kohlenmonoxid einer Trockenreformierung unterworfen. Da der Gehalt an Kohlendioxid in einem entsprechenden Ausgangsgasgemisch je nach dessen Starting gas mixture in the context of the present invention, at least the carbon dioxide separated off in the manner explained is subjected at least in part to dry reforming with methane to obtain carbon monoxide. Since the content of carbon dioxide in a corresponding starting gas mixture depends on it
Herstellung oft nur im einstelligen Prozentbereich liegt, kann der Trockenreformierung jederzeit weiteres Kohlendioxid aus anderen Quellen zusätzlich zugeführt werden. Die Erfindung umfasst jedoch stets, dass das in dem Ausgangsgasgemisch enthaltene Kohlendioxid, das stromauf und/oder stromab der Hydroformylierung abgetrennt wird, zumindest zum Teil der Trockenreformierung zugeführt wird. Production is often only in the single-digit percentage range, additional carbon dioxide from other sources can be added to dry reforming at any time. However, the invention always includes that the carbon dioxide contained in the starting gas mixture, which is separated off upstream and / or downstream of the hydroformylation, is at least partly fed to the dry reforming.
Auch die Trockenreformierung stellt ein grundsätzlich bekanntes Verfahren des Standes der Technik dar. Statt vieler wird exemplarisch auf Haimann, "Carbon Dioxide Reforming. Chemical fixation of carbon dioxide: methods for recycling CO2 into useful products", CRC Press 1993, ISBN 978-0-8493-4428-2, verwiesen. Die Trockenreformierung wird auch als Kohlendioxidreformierung bezeichnet. Bei der Trockenreformierung wird Kohlendioxid mit Kohlenwasserstoffen wie Methan umgesetzt. Dabei wird Wasserstoff und Kohlenmonoxid sowie nicht umgesetztes Kohlendioxid und ggf. eingesetzte Kohlenwasserstoffe enthaltendes Synthesegas gebildet, wie es herkömmlicherweise durch Dampfreformierung hergestellt wird. In der Trockenreformierung wird dabei gewissermaßen das Edukt Dampf durch Kohlendioxid ersetzt. Bei der Trockenreformierung wird ein Molekül Kohlendioxid mit einem Molekül Methan zu zwei Molekülen Wasserstoff und zwei Molekülen Kohlenmonoxid umgesetzt. Eine gewisse Herausforderung bei der Trockenreformierung stellt die vergleichsweise einfache weitere Reaktion des gebildeten Wasserstoffs mit Dry reforming is also a fundamentally known prior art method. Instead of many, Haimann, "Carbon Dioxide Reforming. Chemical fixation of carbon dioxide: methods for recycling CO 2 into useful." products ", CRC Press 1993, ISBN 978-0-8493-4428-2. The dry reforming is also referred to as carbon dioxide reforming. In the dry reforming, carbon dioxide is converted with hydrocarbons such as methane. Hydrogen and carbon monoxide as well as unconverted carbon dioxide and possibly . The hydrocarbon-containing synthesis gas used is formed, as is conventionally produced by steam reforming. In dry reforming, the starting material steam is, so to speak, replaced by carbon dioxide. In dry reforming, one molecule of carbon dioxide is converted with one molecule of methane to two molecules of hydrogen and two molecules of carbon monoxide The comparatively simple further reaction of the hydrogen formed poses a certain challenge in dry reforming
Kohlendioxid zu Wasser und Kohlenmonoxid dar. Carbon dioxide to water and carbon monoxide.
Bei der Trockenreformierung werden typischerweise Drücke von bis zu 40 bar und Temperaturen von bis zu 950 °C verwendet. Die Trock enreformierung wird In dry reforming, pressures of up to 40 bar and temperatures of up to 950 ° C are typically used. The dry reforming is
typischerweise unter Verwendung von Ni- oder Co-Katalysatoren bzw. bimetallischer Katalysatoren, die Ni und Co aufweisen, durchgeführt. Weitere Details sind typically using Ni or Co catalysts or bimetallic catalysts comprising Ni and Co carried out. More details are
beispielsweise in den Artikeln "Gas Production: 2. Processes" und "Hydrogen: 2. for example in the articles "Gas Production: 2. Processes" and "Hydrogen: 2.
Production" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Ausgabe 2012, und im Kapitel "Synthesis Gas" in Weissermel & Arpe, Industrial Organic Chemistry, 2003, 15, beschrieben. Ausgestaltungen, insbesondere zu den genannten Katalysatoren, finden sich auch beispielsweise bei San-Jose-Alonso et al., Appl. Catal. A, 2009, 371 , 54, und Schwab et al., Chem. Ing. Tech. 2015, 87, 347. Production "in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 edition, and in the chapter" Synthesis Gas "in Weissermel & Arpe, Industrial Organic Chemistry, 2003, 15. Refinements, in particular for the catalysts mentioned, can also be found, for example, in San-Jose -Alonso et al., Appl. Catal. A, 2009, 371, 54, and Schwab et al., Chem. Ing. Tech. 2015, 87, 347.
Wie erwähnt, kann in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung auch eine As mentioned, in embodiments of the present invention, a
Hydrierung und Dehydratisierung der in der Hydroformylierung gebildeten Hydrogenation and dehydration of those formed in the hydroformylation
Komponenten zur Herstellung weiterer Produkte erfolgen. Components for the manufacture of other products are made.
Die Hydrierung von unterschiedlichen ungesättigten Komponenten ist eine bekannte und etablierte Technologie für die Umwandlung von Komponenten mit einer The hydrogenation of different unsaturated components is a well-known and established technology for the conversion of components with a
Doppelbindung in die entsprechenden gesättigten Verbindungen. Typischerweise können dabei sehr hohe oder vollständige Umsetzungen mit Selektivitäten von weit über 90% erreicht werden. Typische Katalysatoren zur Hydrierung von Double bond in the corresponding saturated compounds. Typically, very high or complete conversions with selectivities of well over 90% can be achieved. Typical catalysts for the hydrogenation of
Carbonylverbindungen basieren auf Ni, wie auch beispielsweise im Artikel Carbonyl compounds are based on Ni, as also for example in the article
"Hydrogenation and Dehydrogenation" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Ausgabe 2012, beschrieben. Speziell für olefinische Komponenten können auch Edelmetallkatalysatoren eingesetzt werden. Hydrierungen gehören zu den Standardreaktionen der technischen Chemie, wie auch beispielsweise bei M. Baerns et al., "Beispiel 1 1 .6.1 : Hydrierung von Doppelbindungen", Technische Chemie 2006,"Hydrogenation and Dehydrogenation" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 edition. Noble metal catalysts can also be used especially for olefinic components. Hydrogenations belong to the standard reactions of technical chemistry, as also, for example, in M. Baerns et al., "Example 11.6.1: Hydrogenation of double bonds", Technische Chemie 2006,
439, dargestellt. Die Autoren nennen neben ungesättigten Verbindungen (gemeint sind hier insbesondere Olefine) auch andere Stoffgruppen, wie beispielsweise insbesondere Aldehyde und Ketone als Substrate für eine Hydrierung. Niedrig siedende Stoffe wie Butyraldehyd aus der Hydroformylierung werden in der Gasphase hydriert. Als 439. In addition to unsaturated compounds (meaning olefins in particular), the authors also name other groups of substances, such as, for example, in particular aldehydes and ketones as substrates for a hydrogenation. Low-boiling substances such as butyraldehyde from hydroformylation are hydrogenated in the gas phase. When
Hydrierkatalysatoren kommen hier Ni und bestimmte Edelmetalle wie Pt und Pd, typischerweise in geträgerter Form, zum Einsatz. Hydrogenation catalysts are used here, Ni and certain noble metals such as Pt and Pd, typically in supported form.
Beispielsweise im Artikel "Propanols" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial For example in the article "Propanols" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial
Chemistry, Ausgabe 2012, ist ein heterogener Gasphasenprozess beschrieben, der bei 1 10 bis 1500 und einem Druck von 0,14 bis 1 ,0 MPa bei einem Verhältnis von Wasserstoff zu Propanal von 20:1 durchgeführt wird. Eine Reduktion erfolgt bei überschüssigem Wasserstoff und die Wärme der Reaktion wird durch Umwälzen der Gasphasen durch externe Wärmetauscher oder durch Kühlen des Reaktors im Inneren abgeführt. Der Wirkungsgrad bezogen auf Wasserstoff liegt bei mehr als 90%, die Umwandlung des Aldehyds erfolgt bis zu 99,9% und es ergeben sich Chemistry, 2012 edition, describes a heterogeneous gas phase process that is carried out at 110 to 1500 and a pressure of 0.14 to 1.0 MPa with a ratio of hydrogen to propanal of 20: 1. A reduction takes place with excess hydrogen and the heat of the reaction is dissipated by circulating the gas phases through external heat exchangers or by cooling the reactor inside. The efficiency based on hydrogen is more than 90%, the conversion of the aldehyde takes place up to 99.9% and it results
Alkoholausbeuten von mehr als 99%. Häufig verwendete kommerzielle Katalysatoren beinhalten Kombinationen von Cu, Zn, Ni und Cr, die auf Aluminiumoxid oder Kieselgur geträgert werden. Dipropylether, Ethan und Propylpropionat werden als typische Nebenprodukte, die in Spuren entstehen können, erwähnt. Nach allgemeinem Stand der Technik erfolgt die Hydrierung vorzugsweise insbesondere nur mit Alcohol yields greater than 99%. Commonly used commercial catalysts include combinations of Cu, Zn, Ni and Cr supported on alumina or kieselguhr. Dipropyl ether, ethane and propyl propionate are mentioned as typical by-products that can be formed in traces. According to the general prior art, the hydrogenation is preferably carried out only with
stöchiometrischen Mengen Wasserstoff bzw. nur einem geringen stoichiometric amounts of hydrogen or only a small amount
Wasserstoffüberschuss. Excess hydrogen.
Auch Details für entsprechende Flüssigphasenprozesse sind in der Literatur angegeben. Diese werden beispielsweise bei einer Temperatur von 95 bis 1200 und einem Druck von 3,5 MPa durchgeführt. Als Katalysatoren werden typischerweise Ni, Cu, Raney-Ni oder geträgerte Ni-Katalysatoren, die mit Mo, Mn und Na verstärkt sind, bevorzugt. 1 -Propanol kann beispielsweise mit 99,9% Reinheit hergestellt werden. Das Hauptproblem bei der Reinigung von 1 -Propanol ist die Entfernung von Wasser aus dem Produkt. Wird, wie in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, Propanol zu Propylen dehydratisiert, stellt auch in diesem Schritt Wasser eines der Reaktionsprodukte dar, so dass vorab keine Wasserabtrennung erfolgen muss. Die Trennung von Propylen und Wasser gestaltet sich somit einfach. Details for corresponding liquid phase processes are also given in the literature. These are carried out, for example, at a temperature of 95 to 1200 and a pressure of 3.5 MPa. Typically Ni, Cu, Raney Ni or supported Ni catalysts which are reinforced with Mo, Mn and Na are preferred as catalysts. For example, 1-propanol can be produced with a purity of 99.9%. The main problem with purifying 1-propanol is removing water from the product. If, as in one embodiment of the present invention, propanol is dehydrated to propylene, water is one of the factors in this step too Are reaction products, so that no water has to be separated off beforehand. The separation of propylene and water is therefore easy.
Die Dehydratisierung von Alkoholen an geeigneten Katalysatoren zur Herstellung der entsprechenden Olefine ist ebenfalls bekannt. Insbesondere die Herstellung von Ethylen (aus Ethanol) ist gängig und gewinnt im Zusammenhang mit den The dehydration of alcohols over suitable catalysts to produce the corresponding olefins is also known. In particular, the production of ethylene (from ethanol) is common and gains in connection with the
zunehmenden Produktionsmengen an (Bio-)Ethanol an Bedeutung. Die kommerzielle Anwendung ist durch unterschiedliche Firmen realisiert worden. Beispielsweise sei auf den bereits erwähnten Artikel "Propanols" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry sowie Intratec Solutions, "Ethylene Production via Ethanol Dehydration", Chemical Engineering 120, 2013, 29 verwiesen. Die Dehydratisierung von 1 - oder 2- Propanol zu Propen hat danach bislang keinen praktischen Wert. Dennoch ist die Dehydratisierung von 2-Propanol in Gegenwart von Mineralsäurekatalysatoren bei Raumtemperatur oder darüber sehr leicht zu durchzuführen. Die Reaktion selbst ist endotherm und gleichgewichtslimitiert. Hohe Konversionen werden durch niedrige Drücke und hohe Temperaturen begünstigt. Typischerweise werden heterogene Katalysatoren basierend auf Al2O3 oder SiO2 verwendet. Im Allgemeinen sind mehrere Arten von sauren Katalysatoren geeignet und auch z.B. Molekularsiebe und Zeolithe können verwendet werden. Typische Temperaturen liegen im Bereich von 200 bis 250 °C für die Dehydratisierung von Ethanol oder bei 30 0 bis 400 °C für die increasing production quantities of (bio) ethanol in importance. The commercial application has been realized by different companies. For example, reference is made to the already mentioned article “Propanols” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry and Intratec Solutions, “Ethylene Production via Ethanol Dehydration”, Chemical Engineering 120, 2013, 29. The dehydration of 1- or 2-propanol to propene has so far not been of any practical value. Nevertheless, the dehydration of 2-propanol in the presence of mineral acid catalysts can be carried out very easily at room temperature or above. The reaction itself is endothermic and equilibrium limited. High conversions are favored by low pressures and high temperatures. Typically, heterogeneous catalysts based on Al 2 O 3 or SiO 2 are used. In general, several types of acidic catalysts are suitable, and molecular sieves and zeolites, for example, can also be used. Typical temperatures are in the range from 200 to 250 ° C for the dehydration of ethanol or at 30 0 to 400 ° C for the
Dehydratisierung von 2-Propanol oder Butanol. Aufgrund der Dehydration of 2-propanol or butanol. Due to the
Gleichgewichtslimitierung, wird typischerweise der Produktstrom abgetrennt Equilibrium limitation, the product stream is typically separated off
(Abtrennung des Olefinprodukts und auch zumindest teilweise des Wassers durch z.B. Destillation) und der Strom, der unkonvertierten Alkohol enthält, wird zum (Separation of the olefin product and also at least some of the water by e.g. distillation) and the stream, which contains unconverted alcohol, is sent to the
Reaktoreintritt zurückgeführt. Auf diese Weise können insgesamt sehr hohe Recirculated reactor inlet. This can be very high overall
Selektivitäten und Ausbeuten erzielt werden. Selectivities and yields can be achieved.
Die vorliegende Erfindung schlägt insgesamt die Kopplung eines The present invention proposes as a whole the coupling of a
Hydroformylierungsverfahrens und einer Trockenreformierung vor, wobei die Hydroformylation process and dry reforming, the
Hydroformylierung und die Trockenreformierung aus Komponenten eines Hydroformylation and dry reforming from components of one
gemeinsamen Ausgangsgasgemischs gespeist werden, nämlich einerseits mit einem Olefin, Kohlenmonoxid und ggf. Wasserstoff sowie andererseits mit Kohlendioxid. Besondere Vorteile ergeben sich dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere daraus, dass die Trockenreformierung mit dem Kohlendioxid als common starting gas mixture are fed, namely on the one hand with an olefin, carbon monoxide and optionally hydrogen and on the other hand with carbon dioxide. Particular advantages arise in the context of the present invention in particular from the fact that the dry reforming with the carbon dioxide as
Ausgangsmaterial durchgeführt werden kann, das in dem Ausgangsgemisch enthalten ist, beispielsweise weil es in der oxidativen Kopplung von Methan zwangsläufig als signifikantes Nebenprodukt gebildet wird, und dass sich die verbleibenden Starting material contained in the starting mixture can be carried out is, for example, because it is inevitably formed as a significant by-product in the oxidative coupling of methane, and that the remaining
Komponenten aus dem Ausgangsgemisch und Komponenten aus einem Components from the starting mixture and components from one
Produktgemisch der Trockenreformierung, letztere ggf. nach Durchführung einer Wassergasshift, ohne aufwendige kryogene Trennschritte in der Hydroformylierung nutzen lassen. Insbesondere können Paraffine aus dem Ausgangsgasgemisch in der Hydroformylierung mitgeführt und anschließend daran einfacher abgetrennt werden bzw. kann Wasserstoff, der in der Trockenreformierung gebildet wird, für spätere Hydrierungsschritte genutzt werden. Die nicht umgesetzten Paraffine können auf diese Weise einfach zurückgeführt und erneut im Reaktionseinsatz verwendet werden, wie bereits zuvor unter Bezugnahme auf die oxidative Kopplung und das postkatalytische Dampfspalten erläutert. Product mixture of dry reforming, the latter if necessary after carrying out a water gas shift, can be used in hydroformylation without complex cryogenic separation steps. In particular, paraffins can be carried along from the starting gas mixture in the hydroformylation and then separated off more easily or hydrogen that is formed in the dry reforming can be used for later hydrogenation steps. In this way, the unconverted paraffins can simply be recycled and used again in the reaction, as already explained above with reference to the oxidative coupling and the post-catalytic vapor splitting.
Die vorliegende Erfindung schlägt also vor, dass das Kohlendioxid, das aus dem Ausgangsgasgemisch stammt, stromauf und/oder stromab der Hydroformylierung abgetrennt wurde, und beispielsweise zuvor bei der oxidativen Kopplung als The present invention therefore proposes that the carbon dioxide, which originates from the starting gas mixture, was separated off upstream and / or downstream of the hydroformylation, and, for example, previously in the oxidative coupling as
Nebenprodukt gebildet worden war, zumindest zum Teil mit Methan unter Erhalt von Kohlenmonoxid einer Trockenreformierung unterworfen wird. Auf diese Weise ergibt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine besonders vorteilhafte und wertschöpfende Nutzung des in dem Ausgangsgasgemisch enthaltenen und bei der Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs als Nebenprodukt nicht zu vermeidenden Kohlendioxids. Die Vorteile der Erfindung bestehen also in einer vorteilhaften Nutzung eines (Neben-)Produkts des einen Verfahrens in dem anderen und einer vorteilhaften Nutzung der Produkte beider Verfahren in einem nachgeschalteten Schritt. Wie erwähnt, schließt die Formulierung, wonach "zumindest das abgetrennte Kohlendioxid zumindest zum Teil mit Methan unter Erhalt von Kohlenmonoxid der By-product had been formed, is at least partially subjected to dry reforming with methane to obtain carbon monoxide. In this way, within the scope of the present invention, there is a particularly advantageous and value-adding use of the carbon dioxide contained in the starting gas mixture and which cannot be avoided as a by-product when the starting gas mixture is provided. The advantages of the invention thus consist in an advantageous use of a (by-product) product of one process in the other and an advantageous use of the products of both processes in a subsequent step. As mentioned, the wording, according to which "at least the separated carbon dioxide at least partly with methane to obtain carbon monoxide, includes the
Trockenreformierung unterworfen wird", nicht aus, dass der Trockenreformierung weiteres, aus einer beliebigen Quelle bereitgestelltes Kohlendioxid zugeführt werden kann. Dies ist in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der Fall. "Is subjected to dry reforming" does not mean that the dry reforming can be supplied with additional carbon dioxide provided from any desired source. This is the case in one embodiment of the present invention.
Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung lässt sich insgesamt eine signifikante Verbesserung des Kohlendioxid-Footprints durch Nutzung des Kohlendioxids im Prozess (Einspeisung in die Trockenreformierung) erzielen. Die Erfindung ermöglicht ggf. eine Erhöhung der möglichen Ausbeute an Wertprodukten in der oxidativen Kopplung durch die Nutzung des Kohlenmonoxids als Reaktionspartner in der Hydroformylierung. Gleichzeitig wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Aufwand in der Produktaufreinigung und -Zerlegung, insbesondere durch die By using the present invention, a significant overall improvement in the carbon dioxide footprint can be achieved by using the carbon dioxide in the process (feeding into the dry reforming). The invention enables an increase in the possible yield of products of value in the oxidative coupling by using the carbon monoxide as a reactant in the Hydroformylation. At the same time, in the context of the present invention, the effort in the product purification and decomposition, in particular by the
Vermeidung kryogener Trennschritte, reduziert. Die Trennung von C2- und C3- Komponenten kann bei vergleichsweise moderaten Temperaturen und ggf. unter Vermeidung einer Trocknung erfolgen. Insgesamt wird die Energieeffizienz verbessert und es werden großen Kreisläufe, die herkömmlicherweise aufgrund der begrenzten Umsätze in der oxidativen Kopplung erforderlich sind, vermieden bzw. minimiert. Nicht wertschöpfende Schritte wie die Methanisierung werden dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vermieden, ebenso wie die Bildung von Neben- und Avoidance of cryogenic separation steps, reduced. The separation of C2 and C3 components can take place at comparatively moderate temperatures and, if necessary, avoiding drying. Overall, the energy efficiency is improved and large cycles, which are conventionally required due to the limited conversions in the oxidative coupling, are avoided or minimized. Steps that do not add value, such as methanation, are avoided within the scope of the present invention, as is the formation of secondary and
Koppelprodukten wie in anderen Prozessen zur Herstellung von Propylen. By-products as in other processes for the production of propylene.
In dem zuvor erwähnten Artikel von Green et al. ist bereits die Synthese von Propanal aus Methan und Luft beschrieben, wobei eine insgesamt niedrige Ausbeute bezogen auf Methan berichtet wird. In diesem Verfahren kommt eine Verknüpfung von oxidativer Methankopplung und partiellen Oxidation zum Einsatz, gefolgt eben von einer In the aforementioned article by Green et al. the synthesis of propanal from methane and air has already been described, with an overall low yield based on methane being reported. In this process, a combination of oxidative methane coupling and partial oxidation is used, followed by one
Hydroformylierung. Zielprodukt ist Propanal, das als solches isoliert werden muss. Limitierungen sind hier die oxidative Kopplung von Methan zu Ethylen, für die auch heutzutage nur geringe Umsätze und begrenzte Selektivitäten erreicht werden. Eine weitergehende Integration von Prozessschritten oder die Verwendung von Hydroformylation. The target product is propanal, which must be isolated as such. Limitations here are the oxidative coupling of methane to ethylene, for which only low conversions and limited selectivities are achieved nowadays. Further integration of process steps or the use of
entstehendem Kohlendioxid ist bei Green et al. nicht beschrieben. Damit sind die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile hier nicht gegeben. Ein bei Green et al. carbon dioxide produced is in Green et al. not described. The advantages that can be achieved according to the invention are therefore not given here. One in Green et al.
angeführtes Schema führt die partielle Oxidation als nachgeschaltete Einheit zur oxidativen Kopplung auf. Aufgrund dieser sequentiellen Verschaltung sind daher in der partiellen Oxidation große Methanmengen zu bewältigen, die in der oxidativen The scheme listed shows the partial oxidation as a downstream unit for oxidative coupling. Because of this sequential interconnection, large quantities of methane have to be dealt with in partial oxidation, while those in oxidative
Kopplung nicht umgesetzt werden. Die vorliegende Erfindung überwindet durch die parallele Verschaltung einer oxidativen Kopplung bzw. allgemeiner der Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs mit der Trockenreformierung, wobei die resultierenden Stoffströme dann im geforderten Verhältnis zusammenführt werden, diesen Nachteil. Coupling cannot be implemented. The present invention overcomes this disadvantage through the parallel connection of an oxidative coupling or, more generally, the provision of the starting gas mixture with the dry reforming, the resulting material flows then being combined in the required ratio.
Bei Green et al. ist an keiner Stelle eine Trockenreformierung zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid erwähnt, sondern lediglich eine Rückführung von Kohlendioxid in einem Gesamtrecycle zur partiellen Oxidation wird angedeutet. Dabei wird vorgeschlagen, Ethylen, Kohlendioxid und Wasser kryogen aus einem In Green et al. A dry reforming for the production of hydrogen and carbon monoxide is not mentioned at any point, but merely a return of carbon dioxide in a total recycling for partial oxidation is indicated. It is proposed to use ethylene, carbon dioxide and water cryogenically from one
Produktstrom abzutrennen, so dass ein Methan, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltender Rest verbleibt. Dies ist in der Praxis nicht umsetzbar, da es bei einer kryogenen Abtrennung von Kohlendioxid und/oder Wasser zu einer sehr raschen Verlegung durch festes Kohlendioxid bzw. Eis kommen wird. Separate product stream, so that a methane, carbon monoxide and hydrogen-containing residue remains. This is not feasible in practice because it is a cryogenic separation of carbon dioxide and / or water will lead to a very rapid transfer through solid carbon dioxide or ice.
Wie erwähnt, können in einem Verfahren zur Bereitstellung des As mentioned, in a method for providing the
Ausgangsgasgemischs, beispielsweise in der oxidativen Kopplung, weitere Starting gas mixture, for example in the oxidative coupling, more
Nebenprodukte gebildet werden. Diese können bei entsprechender Eignung, beispielsweise zusammen mit Reaktionswasser, ggf. durch eine Kondensation und/oder eine Wasserwäsche aus einem entsprechenden Produktgemisch der oxidativen Kopplung abgetrennt werden. Kohlendioxid kann aufgrund seiner hohen Wechselwirkung mit geeigneten Lösungsmitteln bzw. Waschflüssigkeiten ebenso vergleichsweise einfach aus dem Produktgemisch entfernt werden, wobei bekannte Verfahren zur Kohlendioxidentfernung, insbesondere entsprechende Wäschen (beispielsweise Aminwäschen) zum Einsatz kommen können. Entsprechendes gilt auch für eine Abtrennung stromab der Hydroformylierung. Eine kryogene Abtrennung ist nicht erforderlich, so dass das gesamte Verfahren der vorliegenden Erfindung, zumindest einschließlich der Trockenreformierung und Hydroformylierung, ohne kryogene Trennschritte auskommt. Sollten Folgeschritte die Abwesenheit oder nur eine sehr geringe Restkonzentration von Kohlendioxid erfordern (z.B. aufgrund einer Katalysatorinhibierung oder -vergiftung), kann der Restgehalt an Kohlendioxid nach einer Aminwäsche durch eine optionale Laugewäsche als Feinreinigung By-products are formed. If suitable, for example together with water of reaction, these can optionally be separated from a corresponding product mixture of the oxidative coupling by condensation and / or water washing. Carbon dioxide can also be removed comparatively easily from the product mixture due to its high interaction with suitable solvents or washing liquids, whereby known methods for carbon dioxide removal, in particular appropriate washes (for example amine washes), can be used. The same also applies to a separation downstream of the hydroformylation. A cryogenic separation is not required, so that the entire process of the present invention, at least including the dry reforming and hydroformylation, does without cryogenic separation steps. If subsequent steps require the absence or only a very low residual concentration of carbon dioxide (e.g. due to catalyst inhibition or poisoning), the residual carbon dioxide content after amine scrubbing can be used as fine cleaning with an optional caustic wash
anforderungsgemäß weiter reduziert werden. can be further reduced as required.
Beliebige im Rahmen der vorliegenden Erfindung anfallende, wasserhaltige Any water-containing products obtained in the context of the present invention
Gasgemische können an jeweils geeigneter Stelle einer Trocknung unterworfen werden. Beispielsweise kann eine Trocknung stromab der Hydroformylierung erfolgen, wenn diese in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in der wässrigen Phase erfolgt und die Hydrierung stromab der Hydroformylierung einen trockenen Strom als Reaktionseinsatz benötigt. Die Trocknung muss, falls dies für die nachfolgenden Verfahrensschritte nicht erforderlich ist, nicht bis zur vollständigen Trockne erfolgen, sondern es können ggf. auch Wassergehalte in entsprechenden Gasgemischen verbleiben, soweit diese tolerabel sind. Auch unterschiedliche Trocknungsschritte können an unterschiedlichen Stellen des Verfahrens und ggf. mit unterschiedlichen Trocknungsgraden vorgesehen werden. Die Abtrennung der soeben genannten Nebenprodukte erfolgt dabei in vorteilhafter Weise vollständig nichtkryogen und gestaltet sich daher apparativ und hinsichtlich des Energieaufwands ausgesprochen einfach. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber Verfahren gemäß dem Stand der Technik dar, die typischerweise eine aufwendige Abtrennung von in nachfolgenden Verfahrensschritten unerwünschten Komponenten erfordern. Gas mixtures can be subjected to drying at a suitable point in each case. For example, drying can take place downstream of the hydroformylation if, in one embodiment of the present invention, this takes place in the aqueous phase and the hydrogenation downstream of the hydroformylation requires a dry stream as the reaction feed. If this is not necessary for the subsequent process steps, drying does not have to take place until it is completely dry, but water contents can also remain in corresponding gas mixtures, if these are tolerable. Different drying steps can also be provided at different points in the process and possibly with different degrees of drying. The byproducts just mentioned are advantageously separated off completely non-cryogenically and are therefore extremely simple in terms of apparatus and energy consumption. This represents an essential advantage of the present invention compared to processes according to the prior art, which typically require an expensive separation of undesired components in subsequent process steps.
Unter einer "nichtkryogenen" Trennung soll eine Trennung bzw. ein Trennschritt verstanden werden, die bzw. der insbesondere auf einem Temperaturniveau oberhalb von 0 °C, insbesondere bei typischen Kühlwassertemp eraturen von 5 bis 40 °C, insbesondere von 5 bis 25 °C, durchgeführt wird, gg f. auch oberhalb von A "non-cryogenic" separation is to be understood as a separation or a separation step which, in particular, is at a temperature level above 0 ° C, in particular at typical cooling water temperatures of 5 to 40 ° C, in particular from 5 to 25 ° C, is carried out, if necessary also above
Umgebungstemperatur. Insbesondere stellt eine nichtkryogene Trennung im hier verstandenen Sinn aber eine Trennung ohne die Verwendung eines C2- und/oder C3- Kühlkreislaufes dar und sie erfolgt daher oberhalb von -30°C, insbesondere oberhalb von -20°C. Ambient temperature. In particular, a non-cryogenic separation in the sense understood here represents a separation without the use of a C2 and / or C3 cooling circuit and it therefore takes place above -30 ° C, in particular above -20 ° C.
Als Komponenten liegen in einem entsprechenden Ausgangsgasgemisch, The components in a corresponding starting gas mixture are
insbesondere wenn es aus einer oxidativen Kopplung stammt, typischerweise nicht umgesetztes Methan, ein Paraffin, insbesondere Ethan, und Kohlenmonoxid vor. Diese Verbindungen können ohne Probleme in die nachfolgende Hydroformylierung überführt werden. Kohlenmonoxid kann dabei zusammen mit Kohlenmonoxid aus der especially when it comes from an oxidative coupling, typically unreacted methane, a paraffin, especially ethane, and carbon monoxide. These compounds can be converted into the subsequent hydroformylation without problems. Carbon monoxide can be used together with carbon monoxide from the
Trockenreformierung mit dem Olefin umgesetzt werden. Das Methan und das Paraffin wird typischerweise in der Hydroformylierung nicht umgesetzt. Da in der Dry reforming can be implemented with the olefin. The methane and paraffin are typically not converted in the hydroformylation. There in the
Hydroformylierung schwerere Verbindungen mit höherem Siedepunkt bzw. anderer Polarität gebildet werden, können diese vergleichsweise einfach, und ebenfalls nichtkryogen von den verbleibenden leichter siedenden Komponenten abgetrennt werden. Anstelle einer vollständigen Abtrennung kann jederzeit auch eine If heavier compounds with a higher boiling point or a different polarity are formed by hydroformylation, these can be separated comparatively easily and also non-cryogenically from the remaining lower-boiling components. Instead of a complete separation, a
Anreicherung bestimmter Stoffströme an entsprechenden Komponenten bzw. eine Abreicherung an anderen Komponenten erfolgen. Hierbei können sämtliche dem Fachmann bekannte Technologien verwendet werden, beispielsweise absorptive oder adsorptive Verfahren, Membranverfahren und auf metallorganischen Frameworks basierende Anreicherungs- oder Trennschritte. Enrichment of certain material flows in corresponding components or a depletion in other components take place. All technologies known to the person skilled in the art can be used here, for example absorptive or adsorptive processes, membrane processes and enrichment or separation steps based on organometallic frameworks.
Ist hier davon die Rede, dass Flüssigkeiten oder Gase bzw. entsprechende Gemische reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sind, soll "reich" für einen Gehalt von wenigstens 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99% oder 99,999% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 10%, 5%, 1%, 0,1%, 0,01% oder 0,001% auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen. Der Begriff "überwiegend" bezeichnet einen Gehalt von wenigstens 50%, 60%, 70%, 80% oder 90% oder entspricht dem Begriff "reich". Flüssigkeiten und Gase bzw. entsprechende Gemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen. Die Flüssigkeit oder das Gas bzw. das Gemisch ist "angereichert", wenn zumindest der 1 ,1 -fache, 1 ,5-fache, 2-fache, 5-fache, 10-fache, 100-fache oder 1.000-fache Gehalt, "abgereichert", wenn höchstens der 0,9- fache, 0, 5-fache, 0,1 -fache, 0,01 -fache oder 0,001 -fache Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf das Ausgangsgemisch, vorliegt. Eine (theoretisch mögliche) vollständige Trennung stellt in diesem Sinne eine Abreicherung auf Null bezüglich einer Komponente in einer Fraktion eines Ausgangsgemischs dar, die daher vollständig in die andere Fraktion übergeht und dort angereichert vorliegt. Auch dies sei von den Begriffen "Anreichern" und "Abreichern" umfasst. If it is mentioned here that liquids or gases or corresponding mixtures are rich or poor in one or more components, "rich" is intended to mean a content of at least 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9 %, 99.99% or 99.999% and "poor" for a content of no more than 10%, 5%, 1%, 0.1%, 0.01% or 0.001% on a molar, weight or volume basis. The term "predominantly" denotes a content of at least 50%, 60%, 70%, 80% or 90% or corresponds to the term "rich". Liquids and gases or corresponding mixtures can also be enriched or depleted in one or more components in the language used here, these terms referring to a corresponding content in a starting mixture. The liquid or the gas or the mixture is "enriched" if at least 1, 1-fold, 1, 5-fold, 2-fold, 5-fold, 10-fold, 100-fold or 1,000-fold content, "Depleted" if at most 0.9, 0, 5, 0.1, 0.01 or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting mixture, is present. In this sense, a (theoretically possible) complete separation represents a depletion to zero with respect to a component in one fraction of a starting mixture, which therefore passes completely into the other fraction and is present in enriched form. This is also included in the terms "enrichment" and "depletion".
Ist hier davon die Rede, dass eine Trennung erfolgt, kann hierbei jederzeit auch eine bloße Anreicherung bestimmter Stoffströme an entsprechenden Komponenten bzw. eine Abreicherung an anderen Komponenten erfolgen. Hierbei können sämtliche dem Fachmann bekannte Technologien verwendet werden, beispielsweise absorptive oder adsorptive Verfahren, Membranverfahren und auf metallorganischen Frameworks basierende Anreicherungs- oder Trennschritte. If it is said here that a separation takes place, a mere enrichment of certain material flows in corresponding components or a depletion in other components can take place at any time. All technologies known to the person skilled in the art can be used here, for example absorptive or adsorptive processes, membrane processes and enrichment or separation steps based on organometallic frameworks.
Insbesondere Methan und Ethan können, wie erwähnt, in das Verfahren zurückgeführt werden, insbesondere in die in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendete oxidative Kopplung an den genannten Stellen. Ethan braucht nicht notwendigerweise in einen separaten Reaktorabschnitt zum postkatalytischen In particular, methane and ethane can, as mentioned, be fed back into the process, in particular into the oxidative coupling used in one embodiment of the present invention at the points mentioned. Ethane does not necessarily need to be in a separate reactor section for the post-catalytic one
Dampfspalten zurückgeführt werden, sondern kann auch ungetrennt von dem Methan in die oxidative Kopplung insgesamt zurückgeführt werden. Entsprechendes gilt auch für verbleibendes Kohlenmonoxid, das in der oxidativen Kopplung ggf. zu Kohlendioxid weiter oxidiert werden kann. Vapor cracks are returned, but can also be returned to the oxidative coupling as a whole without being separated from the methane. The same also applies to remaining carbon monoxide, which can optionally be further oxidized to carbon dioxide in the oxidative coupling.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, dass aus zumindest einem Teil eines Produktgemischs der In a particularly preferred embodiment of the present invention it is therefore provided that from at least part of a product mixture the
Hydroformylierung oder eines der Hydroformylierung nachfolgenden Verfahrensschritts, d.h. insbesondere der Hydrierung oder Dehydratisierung wie unten erläutert, durch Abtrennen zumindest eines Teils schwererer Komponenten ein Teilgemisch erhalten wird, das gegenüber dem Produktgemisch der Hydroformylierung oder des der Hydroformylierung nachfolgenden Verfahrensschritts zumindest an Methan und einem Paraffin, insbesondere Ethan, und optional an Kohlenmonoxid angereichert ist bzw. arm an oder frei von schwereren Komponenten ist, wobei unter "arm" hier insbesondere ein Gehalt von weniger als 10, 5, 1 , 0,5 oder 0,1 Molprozent verstanden wird. Diese Teilgemisch wird in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ungetrennt und zumindest zu einem Teil in das Verfahren zurückgeführt, wobei die Rückführung insbesondere in einen Verfahrensschritt, der der Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs dient, erfolgt. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Rückführung dabei in einen zur Durchführung einer oxidativen Kopplung verwendeten Reaktor. Hydroformylation or one following hydroformylation Process step, ie in particular the hydrogenation or dehydration as explained below, by separating at least part of the heavier components, a partial mixture is obtained which, compared to the product mixture of the hydroformylation or the process step following the hydroformylation, contains at least methane and a paraffin, in particular ethane, and optionally carbon monoxide is enriched or is poor in or free of heavier components, "poor" here being understood in particular to mean a content of less than 10, 5, 1, 0.5 or 0.1 mol percent. In one embodiment of the present invention, this partial mixture is returned to the process unseparated and at least in part, the return being carried out in particular in a process step which serves to provide the starting gas mixture. In one embodiment of the present invention, the recycling takes place in a reactor used to carry out an oxidative coupling.
Die vorliegende Erfindung kann in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung eine Energieintegration, also eine Kopplung von Wärmeströmen für endo- und exotherme Reaktionen umfassen. Exotherme Reaktionen sind dabei insbesondere die oxidative Kopplung, die Hydroformylierung und die Hydrierung. Eine zur Bereitstellung zusätzlichen Wasserstoffs vorgesehene Reformierung und die Dehydratisierung sind dagegen endotherme Reaktionen. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der eine oxidative Kopplung vorgenommen wird, erscheint insbesondere die Nutzung der Abwärme hieraus für die Trockenreformierung von Vorteil, welche in einem ähnlich hohen Temperaturbereich von typischerweise mehr als 800 °C erfolgt. In a particularly advantageous development, the present invention can include energy integration, that is to say a coupling of heat flows for endothermic and exothermic reactions. Exothermic reactions are in particular oxidative coupling, hydroformylation and hydrogenation. In contrast, reforming and dehydration intended to provide additional hydrogen are endothermic reactions. In one embodiment of the present invention in which an oxidative coupling is carried out, the use of the waste heat from this appears to be particularly advantageous for dry reforming, which takes place in a similarly high temperature range of typically more than 800 ° C.
Die Trockenreformierung kann in einem Ausführungsbeispiel bei ca. 15 bis 25 bar erfolgen, je nach verfügbarem Methandruck und bevorzugtem Betriebsbereich. In one embodiment, the dry reforming can take place at approx. 15 to 25 bar, depending on the available methane pressure and preferred operating range.
Stromab kann daher eine Nachverdichtung vorgesehen sein, die aber auch einer gemeinsamen letzten Kompressorstufe mit dem Produktgas der oxidativen Kopplung erfolgen kann. Auf diese Weise können ein Produktstrom der oxidativen Kopplung und der Trockenreformierung gemeinsam durch die Aminwäsche zur Entfernung von Kohlendioxid geführt werden. Zwar ist in dieser Ausgestaltung dort ein größerer Volumenstrom zu bearbeiten, allerdings kann auf diese Weise auch eine Entfernung von Restmengen Kohlendioxid im Produktgas der Trockenreformierung erfolgen. Restmengen an Kohlendioxid, die bei einer kryogenen Trennung stören würden, können jedoch in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, wo eine derartige kryogene Trennung nicht erfolgt, ggf. toleriert werden. Daher kann auf eine optional vorgesehene Feinreinigung, beispielsweise unter Verwendung einer Laugenwäsche, ggf. verzichtet werden. Subsequent compression can therefore be provided, but this can also take place in a common last compressor stage with the product gas of the oxidative coupling. In this way, a product stream from the oxidative coupling and the dry reforming can be passed together through the amine scrubbing to remove carbon dioxide. Although a larger volume flow has to be processed there in this embodiment, residual amounts of carbon dioxide in the product gas of the dry reforming can also be removed in this way. Residual amounts of carbon dioxide, which would interfere with a cryogenic separation, can, however, in embodiments of the present invention where such cryogenic separation does not take place, may be tolerated. Therefore, optionally provided fine cleaning, for example using a lye wash, can possibly be dispensed with.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der in der Hydroformylierung gebildete Aldehyd die Zielverbindung darstellen, oder dieser Aldehyd kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiter zu einer eigentlich gewünschten Zielverbindung umgesetzt werden. Insbesondere die letztere Variante stellt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In the context of the present invention, the aldehyde formed in the hydroformylation can be the target compound, or in the context of the present invention this aldehyde can be converted further into an actually desired target compound. The latter variant in particular represents a particularly preferred embodiment of the present invention.
Insbesondere kann bei der Umsetzung des Aldehyds zu der Zielverbindung dabei zunächst der Aldehyd zu einem Alkohol hydriert werden, der eine Kohlenstoffkette mit der zweiten Kohlenstoffanzahl, also derselben Kohlenstoffanzahl wie der Aldehyd, aufweist. Eine entsprechende Verfahrensvariante ist besonders vorteilhaft, weil für diese in einem Produktgemisch der Trockenreformierung enthaltener Wasserstoff verwendet werden kann, der bereits stromauf der Hydroformylierung in einem In particular, during the conversion of the aldehyde to the target compound, the aldehyde can first be hydrogenated to an alcohol which has a carbon chain with the second carbon number, that is to say the same carbon number as the aldehyde. A corresponding variant of the process is particularly advantageous because for this hydrogen contained in a product mixture of the dry reforming can be used which is already in one upstream of the hydroformylation
Einsatzgemisch vorliegen und durch die Hydroformylierung geführt werden kann. The feed mixture is present and can be passed through the hydroformylation.
Ein Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid in einem Produktgemisch der A content of hydrogen and carbon monoxide in a product mixture of the
Trockenreformierung kann dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere in einer Wassergasshift grundsätzlich bekannter Art eingestellt werden. Die In the context of the present invention, dry reforming can be set in particular in a water gas shift of a basically known type. The
Wassergasshift kann insbesondere stromab der Trockenreformierung und Water gas shift can in particular downstream of the dry reforming and
insbesondere stromauf der Hydroformylierung vorgenommen werden. Insbesondere erfolgt die Wassergasshift vor einer Vereinigung eines Produktstroms aus der are carried out in particular upstream of the hydroformylation. In particular, the water gas shift takes place before a product stream is combined from the
Trockenreformierung und und des Ausgangsgasgemischs oder eines nach der ggf. erfolgten Abtrennung von Kohlendioxid verbleibenden Rests hiervon. Die vorliegende Erfindung ermöglicht dabei durch den Einsatz der Wassergasshift eine präzise Dry reforming and and of the starting gas mixture or a remainder thereof after the carbon dioxide has been separated off, if necessary. The present invention enables a precise through the use of the water gas shift
Anpassung der jeweiligen Wasserstoff- und/oder Kohlenmonoxidgehalte an den jeweiligen Bedarf in der Hydroformylierung bzw. der nachgeschalteten Hydrierung. Adaptation of the respective hydrogen and / or carbon monoxide contents to the respective requirements in the hydroformylation or the subsequent hydrogenation.
Durch eine entsprechende Wassergasshift kann insbesondere auch auf die etwaigen Gehalte von Kohlenmonoxid in dem Ausgangsgasgemisch Rücksicht genommen werden, das mit Kohlenmonoxid aus der Trockenreformierung zu einem Einsatz in die Hydroformylierung vereinigt wird. Die Verwendung einer Wassergasshift stromab der Trockenreformierung ermöglicht eine genaue Anpassung an die jeweiligen By means of a corresponding water gas shift, the possible contents of carbon monoxide in the starting gas mixture can also be taken into account, which is combined with carbon monoxide from the dry reforming for use in the hydroformylation. The use of a water gas shift downstream of the Dry reforming enables precise adaptation to the respective
Erfordernisse in der Hydroformylierung. Requirements in hydroformylation.
An beliebiger geeigneter Stelle kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen eine Einspeisung von Wasserstoff erfolgen, insbesondere stromauf der optional vorgesehenen Hydrierung. Wasserstoff steht auf diese Weise für diese Hydrierung zur Verfügung. Die Einspeisung braucht nicht unmittelbar stromauf der Hydrierung zu erfolgen; vielmehr kann Wasserstoff auch durch stromauf der In the process according to the invention and its embodiments, hydrogen can be fed in at any suitable point, in particular upstream of the optionally provided hydrogenation. In this way, hydrogen is available for this hydrogenation. The feed does not have to take place immediately upstream of the hydrogenation; Rather, hydrogen can also by upstream of the
Hydrierung vorliegende bzw. durchgeführte Verfahrens- bzw. Trennschritte zugespeist werden. Wasserstoff kann beispielsweise auch aus einem Teilstrom eines Hydrogenation present or carried out process or separation steps are fed. Hydrogen can for example also from a partial stream
Produktstroms der Trockenreformierung abgetrennt bzw. als ein entsprechender Teilstrom gebildet werden, beispielsweise durch an sich bekannte Trennschritte wie Druckwechseladsorption. Separated product stream of dry reforming or formed as a corresponding substream, for example by known separation steps such as pressure swing adsorption.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt bei der Umsetzung des Aldehyds zur eigentlichen Zielverbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Dehydratisierung des durch die Hydrierung gebildeten Alkohols zu einem weiteren Olefin (bezogen auf das frühere, in dem Ausgangsgasgemisch enthaltene Olefin), wobei das weitere Olefin, insbesondere Propylen, eine According to a further embodiment of the present invention, during the conversion of the aldehyde to the actual target compound of the process according to the invention, the alcohol formed by the hydrogenation is dehydrated to a further olefin (based on the earlier olefin contained in the starting gas mixture), the further olefin, in particular Propylene, one
Kohlenstoffkette mit der erwähnten zweiten Kohlenstoffzahl, also der Kohlenstoffzahl des zuvor gebildeten Aldehyds und des hieraus gebildeten Alkohols, aufweist. Carbon chain with the mentioned second carbon number, ie the carbon number of the previously formed aldehyde and of the alcohol formed therefrom.
Insbesondere der bei der Umsetzung des Aldehyds gebildete Alkohol kann In particular, the alcohol formed in the reaction of the aldehyde can
vergleichsweise einfach von nicht umgesetztem Paraffin abgetrennt werden. Auf diese Weise kann auch hier nichtkryogen ein Rückführstrom des Paraffins gebildet und in die beispielsweise in die oxidative Kopplung von Methan zurückgeführt werden. can be separated comparatively easily from unreacted paraffin. In this way, a return flow of the paraffin can also be formed here non-cryogenically and into which, for example, it can be returned to the oxidative coupling of methane.
Wie bereits mehrfach erwähnt, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die erste Kohlenstoffzahl zwei und die zweite Kohlenstoffzahl drei sein, es kann also zunächst beispielsweise eine Herstellung von Ethylen als Olefin aus Methan in einer oxidativen Kopplung erfolgen, wobei das Ethylen in der Hydroformylierung zu Propanal umgesetzt wird. Dieses Propanal kann anschließend durch eine Hydrierung zu Propanol und dieses wiederum durch eine Dehydratisierung zu Propylen umgesetzt werden. Die vorliegende Erfindung erlaubt in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung die Nutzung sämtlicher Komponenten von Erdgas. Hierzu können beliebige As already mentioned several times, in the context of the present invention the first carbon number can be two and the second carbon number three, for example ethylene as an olefin can first be produced from methane in an oxidative coupling, the ethylene being converted to propanal in the hydroformylation becomes. This propanal can then be converted to propanol by hydrogenation and this in turn to propylene by dehydration. In a particularly preferred embodiment, the present invention allows the use of all components of natural gas. Any
Erdgasfraktionen oder Roherdgas verwendet werden, wie bereits zuvor zur oxidativen Kopplung von Methan erläutert. Natural gas fractions or raw gas are used, as explained above for the oxidative coupling of methane.
Wie bereits erwähnt, kann das Kohlenmonoxid, das in der Trockenreformierung erhalten wird, in einem Produktgemisch erhalten werden, das außerdem zumindest Wasserstoff enthält. Dieser Wasserstoff kann durch die Hydroformylierung geführt und anschließend in einer Hydrierung eingesetzt werden. Das Produktgemisch aus der Trockenreformierung kann, wie ebenfalls bereits erwähnt, einer Wassergasshift unterworfen werden. Insbesondere können das Produktgemisch aus der As already mentioned, the carbon monoxide that is obtained in the dry reforming can be obtained in a product mixture which also contains at least hydrogen. This hydrogen can be passed through the hydroformylation and then used in a hydrogenation. As already mentioned, the product mixture from the dry reforming can be subjected to a water gas shift. In particular, the product mixture from the
Trockenreformierung und/oder das Produktgemisch aus der Wassergasshift zumindest zum Teil ungetrennt der Hydroformylierung unterworfen werden. Dry reforming and / or the product mixture from the water gas shift are at least partially subjected to the hydroformylation without being separated.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung wurden ebenfalls grundsätzlich bereits erwähnt. Insbesondere kann das Kohlendioxid zumindest zum Teil nichtkryogen aus dem Ausgangsgasgemisch abgetrennt und der Trockenreformierung unterworfen werden. Das Kohlenmonoxid und das Olefin in dem verbleibenden Rest des Further aspects of the present invention have also already been mentioned in principle. In particular, the carbon dioxide can be at least partially separated non-cryogenically from the starting gas mixture and subjected to dry reforming. The carbon monoxide and olefin in the remainder of the
Ausgangsgasgemisch und ggf. weitere Komponenten in diesem, können zumindest zum Teil ohne eine vorherige Trennung voneinander der Hydroformylierung The starting gas mixture and possibly further components in this can, at least in part, be subjected to the hydroformylation without prior separation
unterworfen werden. Wie erwähnt, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine vollständige nichtkryogene Trennung erhaltener Gasgemische erzielt werden. Dies gilt nicht notwendigerweise für die zuvor erwähnte Trennung von Erdgas in die Methanfraktion und die Fraktion mit schwereren Kohlenwasserstoffen. be subjected. As mentioned, a complete non-cryogenic separation of gas mixtures obtained can in principle be achieved within the scope of the present invention. This does not necessarily apply to the aforementioned separation of natural gas into the methane fraction and the fraction with heavier hydrocarbons.
Wie bereits erwähnt, kann das Ausgangsgasgemisch insbesondere Methan und mindestens ein Paraffin enthalten, wobei zumindest ein Teil des Methans und des Paraffins die Hydroformylierung unumgesetzt durchlaufen können. Dieser Teil kann, wie zuvor im Detail erwähnt, stromab der Hydroformylierung abgetrennt und zurückgeführt werden. Die Abtrennung kann je nach Zweckmäßigkeit direkt stromab der Hydroformylierung, d.h. vor jedem der Hydroformylierung nachfolgenden As already mentioned, the starting gas mixture can in particular contain methane and at least one paraffin, with at least some of the methane and the paraffin being able to go through the hydroformylation unconverted. As mentioned in detail above, this part can be separated off and recycled downstream of the hydroformylation. Depending on the expediency, the separation can be carried out directly downstream of the hydroformylation, i.e. before each subsequent hydroformylation
Verfahrensschritt, oder stromab eines der Hydroformylierung nachfolgenden Process step, or one downstream of the hydroformylation
Verfahrensschritts, beispielsweisweise nach einer Hydrierung oder Dehydratisierung, aber auch nach beliebigen Trenn- oder Aufbereitungsschritten, erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangsgemisch, je nach Art seiner Bereitstellung insbesondere nach einer Process step, for example after a hydrogenation or dehydration, but also after any separation or processing steps. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the starting mixture, depending on how it is provided, in particular after a
Kondensatabtrennung, auf ein Druckniveau verdichtet, auf dem sowohl das Condensate separation, compressed to a pressure level at which both the
Kohlendioxid aus der oxidativen Dehydrierung vor und/oder nach der Carbon dioxide from the oxidative dehydrogenation before and / or after
Hydroformylierung abgetrennt als auch die Hydroformylierung durchgeführt werden. Zwischen der Abtrennung von Kohlendioxid und der Hydroformylierung stromauf und/oder stromab hiervon können dabei ggf. auch zusätzliche Zwischenschritte vorgesehen sein. Beide Verfahren erfolgen im Wesentlichen auf dem gleichen The hydroformylation can be separated off and the hydroformylation can be carried out. Additional intermediate steps can optionally be provided between the separation of carbon dioxide and the hydroformylation upstream and / or downstream thereof. Both procedures are done essentially the same
Druckniveau, was insbesondere bedeutet, dass zwischen den beiden keine zusätzliche Verdichtung erfolgt und sich der genaue Betriebsdruck beider Schritte nur durch die prozessbedingten Druckverluste zwischen beiden Schritten ergibt. Pressure level, which means in particular that there is no additional compression between the two and the exact operating pressure of both steps is only obtained from the process-related pressure losses between the two steps.
Dabei stellt das Druckniveau, auf dem die Entfernung von Kohlendioxid und die Hydroformylierung betrieben werden, bevorzugt das höchste Druckniveau im The pressure level at which the removal of carbon dioxide and the hydroformylation are carried out is preferably the highest pressure level in the
Gesamtprozess dar, was insbesondere bedeutet, dass die Trockenreformierung auf einem geringeren Druckniveau durchgeführt wird als die Abtrennung von Kohlendioxid und die Hydroformylierung stromauf und/oder stromab hiervon. Auf diese Weise kann auf eine Bereitstellung von ansonsten erforderlichen zusätzlichen Overall process, which means in particular that the dry reforming is carried out at a lower pressure level than the separation of carbon dioxide and the hydroformylation upstream and / or downstream thereof. In this way you can rely on a provision of otherwise required additional
Verdichtungsschritten und entsprechender Verdichter verzichtet werden. Compression steps and corresponding compressors can be dispensed with.
Die Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise auf dem zuvor zur oxidativen Kopplung von Methan angegebenen Druckniveau, die Trockenreformierung wird vorteilhafterweise auf einem Druckniveau von 10 bis 80 bar, insbesondere von 15 bis 50 bar, und die In the context of the present invention, the starting gas mixture is advantageously provided at the pressure level specified above for the oxidative coupling of methane, the dry reforming is advantageously carried out at a pressure level of 10 to 80 bar, in particular 15 to 50 bar, and the
Hydroformylierung sowie die Entfernung von Kohlendioxid werden vorteilhafterweise auf einem Druckniveau von 15 bis 100 bar, insbesondere von 20 bis 50 bar, durchgeführt. Hydroformylation and the removal of carbon dioxide are advantageously carried out at a pressure level of 15 to 100 bar, in particular 20 to 50 bar.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zur Herstellung einer Zielverbindung, bezüglich derer auf den entsprechenden unabhängigen The present invention also extends to a system for establishing a target connection, with respect to which the corresponding independent
Patentanspruch ausdrücklich verwiesen wird. Eine entsprechende Anlage, die vorzugsweise zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, wie es zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde, profitiert von den zuvor bereits erwähnten Vorteilen in gleicher Weise. Die Erfindung wird nachfolgend zunächst unter Bezugnahme auf die beigeführte Zeichnung näher erläutert, welche eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Daran anschließend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das insbesondere unter Verwendung des in der Zeichnung veranschaulichten Verfahrens durchgeführt wird. Claim is expressly referenced. A corresponding system, which is preferably set up to carry out a method, as previously explained in different configurations, benefits in the same way from the advantages already mentioned above. The invention is first explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which illustrates a preferred embodiment of the present invention. An exemplary embodiment of the invention will then be explained in more detail, which is carried out in particular using the method illustrated in the drawing.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans. FIG. 1 illustrates a method according to an embodiment of the invention in the form of a schematic flow chart.
Ist nachfolgend von Verfahrensschritten wie der oxidativen Kopplung von Methan, der Trockenreformierung oder der Flydroformylierung die Rede, sollen hierunter auch die jeweils für diese Verfahrensschritte verwendeten Apparate (insbesondere z.B. If process steps such as the oxidative coupling of methane, dry reforming or flydroformylation are mentioned below, this should also include the apparatus used for these process steps (in particular e.g.
Reaktoren, Kolonnen, Wascheinrichtungen usw.) verstanden werden, auch wenn hierauf nicht ausdrücklich Bezug genommen wird. Allgemein gelten die das Verfahren betreffenden Erläuterungen für eine entsprechende Anlage jeweils in gleicher weise. Reactors, columns, washing facilities, etc.), even if not expressly referred to. In general, the explanations relating to the method apply in the same way to a corresponding installation.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
In Figur 1 ist ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Form eines schematischen Ablaufplans veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. In FIG. 1, a method according to a particularly preferred embodiment of the present invention is illustrated in the form of a schematic flow chart and is designated as a whole by 100.
Zentrale Verfahrensschritte bzw. Komponenten des Verfahrens 100 sind eine oxidative Kopplung von Methan, die hier insgesamt mit 1 bezeichnet ist, sowie eine Central method steps or components of method 100 are an oxidative coupling of methane, denoted here as a whole by 1, as well as a
Flydroformylierung, die hier insgesamt mit 2 bezeichnet ist. Ferner umfasst das Verfahren 100 eine Trockenreformierung, hier insgesamt mit 3 bezeichnet. Flydroformylation, denoted overall by 2 here. Furthermore, the method 100 includes dry reforming, denoted here as a whole by 3.
Dem Verfahren 100 wird im dargestellten Beispiel ein Methanstrom A zugeführt. In the example shown, a methane stream A is fed to method 100.
Anstelle des Methanstroms A oder zusätzlich hierzu können jedoch auch ein Instead of the methane stream A or in addition to this, however, a
Roherdgasstrom B bereitgestellt werden. Der Roherdgasstrom B kann bei Bedarf mittels beliebiger Aufbereitungsschritte 101 aufbereitet werden. Teilströme des Methanstroms A bzw. des Roherdgasstroms sind mit D und E bezeichnet. Ferner werden im hier veranschaulichten Beispiel ein Dampfstrom B1 und ein Kohlendioxidstrom B2 aus einer externen Quelle bereitgestellt. Roherdgasstrom B are provided. The raw gas stream B can, if necessary, be processed by means of any processing steps 101. Partial flows of methane flow A and the raw gas flow are denoted by D and E. Further In the example illustrated here, a steam stream B1 and a carbon dioxide stream B2 are provided from an external source.
Der Teilstrom E wird zusammen mit einem Teilstrom F1 eines Rückführstroms F (oder, wie nachfolgend erläutert, ggf. auch zusammen mit dem gesamten Rückführstrom F) der oxidativen Kopplung 1 zugeführt. Hierbei wird eine Vermischung mit Sauerstoff, der in Form eines Stoffstroms C bereitgestellt wird, sowie optional mit Dampf, der in Form eines Stoffstroms G bereitgestellt wird, vorgenommen. Der Dampf des Stoffstroms G dient, ebenso wie Stickstoff eines optional bereitgestellten Stickstoffstroms H als Verdünnungsmittel bzw. Moderator und verhindert auf diese Weise insbesondere ein thermisches Durchgehen in der oxidativen Kopplung 1. Wasser kann darüber hinaus auch einen Beitrag leisten, um die Katalysatorstabilität (Langzeitperformance) zu gewährleisten und/oder eine Moderierung der Katalysatorselektivität zu ermöglichen. The substream E is fed to the oxidative coupling 1 together with a substream F1 of a recycle stream F (or, as explained below, possibly also together with the entire recycle stream F). Mixing with oxygen, which is provided in the form of a material flow C, and optionally with steam, which is provided in the form of a material flow G, is carried out. The vapor of the stream G, like nitrogen from an optionally provided nitrogen stream H, serves as a diluent or moderator and in this way prevents in particular thermal runaway in the oxidative coupling 1.Water can also make a contribution to the catalyst stability (long-term performance) to ensure and / or to allow a moderation of the catalyst selectivity.
Ein in der oxidativen Kopplung 1 eingesetzter Reaktor kann einen Bereich zur A reactor used in the oxidative coupling 1 can provide an area for
Durchführung eines postkatalytischen Dampfspaltens aufweisen, wie es eingangs erläutert wurde. In diesen Bereich kann ggf. ein Ethan enthaltender Teilstrom F2 des Rückführstroms F eingespeist werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Have implementation of a post-catalytic vapor splitting, as explained at the beginning. If necessary, a partial stream F2 of the recycle stream F containing ethane can be fed into this area. Alternatively or additionally there is also one
Einspeisung eines separat bereitgestellten Ethanstroms I möglich. Auch eine A separately provided ethane stream I can be fed in. Also one
Einspeisung von Propan kann grundsätzlich vorgesehen sein. Der Ethanstrom I und ggf. Propan und schwerere Komponenten können auch aus Roherdgas abgetrennt werden, dessen Rest dann als Methanstrom A bereitgestellt wird. In principle, supply of propane can be provided. The ethane stream I and possibly propane and heavier components can also be separated from raw gas, the remainder of which is then provided as methane stream A.
Stromab der oxidativen Kopplung 1 ist ein Nachkühler 102 vorgesehen, stromab dessen sich wiederum eine Kondensatabtrennung 103 befindet. Ein in der Downstream of the oxidative coupling 1, an aftercooler 102 is provided, downstream of which there is in turn a condensate separator 103. An Indian
Kondensatabtrennung 103 gebildeter Kondensatstrom K, der überwiegend oder ausschließlich Wasser und ggf. weiterere, schwerere Verbindungen enthält, kann einer Einrichtung 104 zugeführt werden, in welcher insbesondere ein (aufgereinigter) Wasserstrom M und ein Reststrom N gebildet werden können. Condensate stream K formed from condensate separation 103, which predominantly or exclusively contains water and possibly further, heavier compounds, can be fed to a device 104 in which in particular a (purified) water stream M and a residual stream N can be formed.
Das von Kondensat befreite Produktgemisch der oxidativen Kopplung 1 , das hier allgemein als "Ausgangsgasgemisch" bezeichnet wird, wird in Form eines Stoffstroms L in einem Verdichter 105 verdichtet und anschließend einer insgesamt mit 106 bezeichneten Kohlendioxidentfernung, die beispielsweise unter Verwendung von entsprechenden Wäschen durchgeführt werden kann, zugeführt. In der hier gezeigten Ausgestaltung sind eine Waschkolonne 106a für eine Aminwäsche und die The product mixture of oxidative coupling 1 freed of condensate, which is generally referred to here as "starting gas mixture", is compressed in the form of a stream L in a compressor 105 and then a total of 106 designated carbon dioxide removal, which can be carried out, for example, using appropriate washes , fed. In the one shown here Design are a wash column 106a for an amine wash and the
Regenerationskolonne 106b für die in der Waschkolonne 106a mit Kohlendioxid beladene aminhaltige Waschflüssigkeit dargestellt. Ferner ist eine optionale Regeneration column 106b for the amine-containing washing liquid loaded with carbon dioxide in washing column 106a is shown. Furthermore, an optional
Waschkolonne 106c zur Feinreinigung, z.B. für eine Laugenwäsche, dargestellt. Wie erwähnt, ist die Kohlendioxidentfernung durch entsprechende Wäschen und - rückgewinnung grundsätzlich bekannt. Sie wird daher nicht gesondert erläutert. Wie mehrfach erwähnt, kann auch weiter stromab eine entsprechende Wash column 106c for fine cleaning, e.g. for a lye wash, shown. As mentioned, the removal of carbon dioxide through appropriate washing and recovery is known in principle. It is therefore not explained separately. As mentioned several times, a corresponding
Kohlendioxidentfernung erfolgen. Carbon dioxide removal.
Ein in der Kohlendioxidentfernung 106 gebildeter Kohlendioxidstrom O kann, wie weiter unten erläutert, in die Trockenreformierung 3 geführt werden. A carbon dioxide stream O formed in the carbon dioxide removal 106 can, as explained further below, be passed into the dry reforming 3.
Ein nach der Entfernung von Kohlendioxid in der Kohlendioxidentfernung 106 verbleibendes Komponentengemisch, das in Form eines Stoffstroms P vorliegt, enthält überwiegend Ethylen, Ethan und Kohlenmonoxid. Es wird optional in einem Trockner 107 getrocknet und anschließend der Hydroformylierung 2 zugeführt. A component mixture which remains in the carbon dioxide removal system 106 after the removal of carbon dioxide and which is in the form of a stream P contains predominantly ethylene, ethane and carbon monoxide. It is optionally dried in a dryer 107 and then fed to the hydroformylation 2.
In der Hydroformylierung 2 wird dabei aus den Olefinen und dem Kohlenmonoxid Propanal gebildet, welches zusammen mit den erläuterten weiteren Komponenten in Form eines Stoffstroms Q aus der Hydroformylierung 2 ausgeführt wird. Aus dem Stoffstrom Q können dabei optional in einer Trennung 108 insbesondere nicht umgesetztes Ethan und weitere leichter siedende Verbindungen wie Methan und Kohlenmonoxid abgetrennt werden, die in den Rückführstrom F überführt werden können. Alternativen zur T rennung 108 sind weiter unten erläutert, die T rennung 108 ist jedoch eine bevorzugte Ausführungsform. In the hydroformylation 2, propanal is formed from the olefins and the carbon monoxide, which propanal is carried out together with the further components explained in the form of a stream Q from the hydroformylation 2. In particular, unconverted ethane and other lower-boiling compounds such as methane and carbon monoxide can optionally be separated off from stream Q in a separation 108, and these can be transferred into recycle stream F. Alternatives to the partition 108 are explained below, but the partition 108 is a preferred embodiment.
In einer einer Hydrierung 109 kann das Propanal zu Propanol umgesetzt werden. Der Alkoholstrom wird einer weiteren, alternativ zu der Trennung 108 optional In a hydrogenation 109, the propanal can be converted to propanol. The alcohol stream becomes a further, alternative to the separation 108 optional
vorgesehenen Trennung 1 10 zugeführt, wo ebenfalls leichter siedende Komponenten abgetrennt und in den Rückführstrom F überführt werden können. provided separation 1 10 supplied, where lower-boiling components can also be separated and transferred to the recycle stream F.
Die Hydrierung 109 kann mit Wasserstoff betrieben werden, der in einem Produktstrom der Trockenreformierung 3 enthalten ist und in der Hydroformylierung mitgeführt werden. Alternativ ist auch die separate Einspeisung von benötigtem Wasserstoff in Form eines Stoffstroms R möglich, insbesondere aus einer Abtrennung von The hydrogenation 109 can be operated with hydrogen which is contained in a product stream of the dry reforming 3 and which is carried along in the hydroformylation. Alternatively, the required hydrogen can also be fed into Form of a stream R possible, in particular from a separation of
Wasserstoff in einer Druckwechseladsorption 1 1 1. Hydrogen in a pressure swing adsorption 1 1 1.
Ein Produktstrom aus der Hydrierung 109 bzw. der optional vorgesehenen Trennung 1 10 wird einer Dehydratisierung 1 12 zugeführt. In dieser wird aus dem Propanol Propylen gebildet. Ein Produktstrom Raus der Dehydratisierung 1 12 wird einer A product stream from the hydrogenation 109 or the optionally provided separation 110 is fed to a dehydration 112. In this propylene is formed from the propanol. A product stream R from the dehydration 112 becomes one
Kondensatabtrennung 1 13 zugeführt und dort von kondensierbaren Verbindungen, insbesondere Wasser, befreit. Das Wasser kann in Form eines Wasserstroms T aus dem Verfahren ausgeführt werden. Die Wasserströme N und T können, ggf. nach einer geeigneten Aufbereitung, auch wieder dem Prozess zur Dampferzeugung zugeführt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise zumindest ein Teil des Damfpstrom B1 bereitgestellt werden. Condensate separation 1 13 supplied and there freed from condensable compounds, especially water. The water can be carried out of the process in the form of a water stream T. The water flows N and T can, if necessary after a suitable treatment, also be fed back to the steam generation process. In this way, for example, at least part of the steam flow B1 can be provided.
Der nach der Kondensatabtrennung 1 13 verbleibende gasförmige Rest wird einer weiteren, alternativ zu den Trennungen 108 und 1 10 optional vorgesehenen Trennung 1 14 zugeführt wo insbesondere ebenfalls nicht umgesetztes Ethan und leichter siedende Verbindungen abgetrennt und in den Rückführstrom F überführt werden kann. Ein in der Trennung 1 14 gebildeter Produktstrom U kann aus dem Verfahren ausgeführt und weiteren Verfahrensschritten, beispielsweise zur Herstellung von Kunststoffen oder anderen weiteren Verbindungen genutzt werden, wie hier insgesamt mit 1 15 angegeben. Entsprechende Verfahren sind an sich in großer Vielzahl bekannt und umfassen die Nutzung des Propylens aus dem Verfahren 100 als Zwischenprodukt bzw. Ausgangsprodukt in der petrochemischen Wertschöpfungskette. The gaseous residue remaining after the condensate separation 113 is fed to a further separation 114, which is optionally provided as an alternative to separations 108 and 110, where in particular also unreacted ethane and lower boiling compounds can be separated off and transferred into recycle stream F. A product stream U formed in the separation 114 can be carried out from the process and further process steps can be used, for example for the production of plastics or other further compounds, as indicated here overall with 115. A large number of corresponding processes are known per se and include the use of propylene from process 100 as an intermediate product or starting product in the petrochemical value chain.
Nicht umgesetztes Ethan und andere leichte Verbindungen wie Methan und Unreacted ethane and other light compounds like methane and
Kohlendioxid werden, wie mehrfach erwähnt, in Form eines Stoffstroms F in die oxidative Kopplung 1 zurückgeführt. Optional kann dabei eine Trennung 1 17 vorgesehen sein, in der die Teilströme F1 und F2 gebildet werden können. As mentioned several times, carbon dioxide is returned to the oxidative coupling 1 in the form of a material flow F. Optionally, a separation 1 17 can be provided in which the partial flows F1 and F2 can be formed.
Insbesondere können auf diese Weise Methan und Ethan voneinander getrennt werden, wobei das Methan in dem Teilstrom F1 in der oxidativen Kopplung 1 zum Reaktoreintritt und das Ethan in dem Teilstrom F2 zu einer für das postkatalytische Dampfspalten verwendeten Reaktorzone geführt werden kann. In particular, methane and ethane can be separated from one another in this way, the methane in substream F1 entering oxidative coupling 1 to the reactor inlet and the ethane in substream F2 being able to be fed to a reactor zone used for post-catalytic steam splitting.
Der Trockenreformierung 3 ist optional eine Wassergasshift 1 16 nachgeschaltet. Ein jeweils in der Trockenreformierung 3 oder der (optionalen) Wassergasshift 1 16 gebildetes Produktgemisch V, das überwiegend oder ausschließlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, wird (nach einer optionalen Wasserstoffabtrennung in der Druckwechseladsorption 1 1 1 ) zusammen mit dem von Kohlendioxid befreiten The dry reforming 3 is optionally followed by a water gas shift 116. One in each of the dry reforming 3 or the (optional) water gas shift 1 16 formed product mixture V, which predominantly or exclusively contains hydrogen and carbon monoxide, is freed from carbon dioxide (after an optional hydrogen separation in the pressure swing adsorption 1 1 1) together with the
Stoffstrom P aus der oxidativen Kopplung 1 der Hydroformylierung 2 zugeführt. Stream P from oxidative coupling 1 is fed to hydroformylation 2.
Ausführungsbeispiel Embodiment
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ein Ausgangsgasgemisch betrachtet, wie es grundsätzlich mittels der oxidativen Kopplung von Methan bereitgestellt werden kann. Dieses weist insbesondere die zuvor angegebenen Komponentenanteile auf. In the context of the present invention, a starting gas mixture was considered as it can in principle be provided by means of the oxidative coupling of methane. This has in particular the component proportions specified above.
Als beispielhafte Zusammensetzung und als Basis für das folgende Rechenbeispiel sei folgende Zusammensetzung angegeben: As an exemplary composition and as a basis for the following calculation example, the following composition is given:
Für eine ideale Gesamtreaktion des gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen integrierten Prozesses stromab der Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs (Hydroformylierung, Hydrierung und Dehydratisierung) ergibt sich folgende Bruttogleichung: For an ideal overall reaction of the integrated process proposed according to one embodiment of the present invention downstream of the provision of the starting gas mixture (hydroformylation, hydrogenation and dehydration), the following gross equation results:
C2H4 + 2 H2 + CO C3H6 + H2O (I) C 2 H 4 + 2 H 2 + CO C 3 H 6 + H 2 O (I)
In dem oben angegebenen Ausgangsgasgemisch stehen also in diesem In the starting gas mixture given above, there are therefore in this
Ausführungsbeispiel die zwei benötigten Äquivalente an Wasserstoff nahezu zur Verfügung und es ergibt sich nur ein geringfügiger Zusatzbedarf. An Kohlenmonoxid wird jedoch nur ca. 1/3 des stöchiometrischen Bedarfs bereitgestellt, während gleichzeitig eine erhebliche Menge an Kohlendioxid vorhanden ist. Gelingt es nun, diese Kohlendioxidmenge bedarfsgerecht in Kohlenmonoxid und erforderlichenfalls Wasserstoff zu überführen, kann die Stöchiometrie der Bruttoreaktionsgleichung leicht erfüllt werden. Embodiment the two required equivalents of hydrogen are almost available and there is only a slight additional requirement. Of carbon monoxide However, only about 1/3 of the stoichiometric requirement is provided, while at the same time a considerable amount of carbon dioxide is present. If it is now possible to convert this amount of carbon dioxide into carbon monoxide and, if necessary, hydrogen, the stoichiometry of the gross reaction equation can easily be fulfilled.
Dies kann erfindungsgemäß durch den Schritt der Trockenreformierung erreicht werden, bei dem idealisiert folgende Umsetzung stattfindet: According to the invention, this can be achieved by the step of dry reforming, in which the following idealized implementation takes place:
CO2 + CH4 2 CO + 2 H2 (II) CO 2 + CH 4 2 CO + 2 H 2 (II)
Weitere Reaktionen führen dabei auch zur Bildung von Wasserstoff: Further reactions also lead to the formation of hydrogen:
H2O + CH4 CO + 3 H2 (I II) CO + H2O H2 + CO2 (IV) H 2 O + CH 4 CO + 3 H 2 (I II) CO + H 2 OH 2 + CO 2 (IV)
Eine Feinjustierung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid ist erforderlichenfalls in der optionalen nachgeschalteten Shiftreaktion (in Gleichung V von links nach rechts) oder Reversed-Shiftreaktion (in Gleichung V von rechts nach links) möglich: If necessary, the ratio of hydrogen to carbon monoxide can be fine-tuned in the optional downstream shift reaction (in equation V from left to right) or reversed shift reaction (in equation V from right to left):
CO + H2O « H2 + CO2 (V) CO + H 2 O «H 2 + CO 2 (V)
Andere Ausführungen der oxidativen Kopplung können insbesondere auch zu einem niedrigeren Wasserstoffanteil im Produktgas führen. Entsprechend ist auch die zusätzliche Bereitstellung von Wasserstoff durch die o.g. Reaktionen II bis V erforderlich. Eine entsprechende Bereitstellung kann dabei z.B. mittels klassischer Reformierung erfolgen. Other versions of the oxidative coupling can in particular also lead to a lower hydrogen content in the product gas. Correspondingly, the additional provision of hydrogen by the above-mentioned reactions II to V is also necessary. A corresponding provision can take place e.g. by means of classic reforming.
Nachfolgend wird zum Beleg der gemäß der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile ein auf der oxidativen Kopplung beruhendes Rechenbeispiel angegeben, bei dem insbesondere die für ein Ausgangsgasgemisch erforderlichen bzw. vorteilhaften Komponentenanteile ermittelt werden. Für eine ideale Gesamtreaktion des integrierten Prozesses nach der oxidativen Kopplung (Hydroformylierung, Hydrierung und Dehydratisierung) gilt die oben angegebene Bruttogleichung I. In order to demonstrate the advantages that can be achieved according to the present invention, a calculation example based on oxidative coupling is given in which, in particular, the component proportions required or advantageous for a starting gas mixture are determined. For an ideal overall reaction of the integrated process after the oxidative coupling (hydroformylation, hydrogenation and dehydration), the gross equation I given above applies.
Die folgenden Ausführungen bauen auf dem vorstehend beschriebenen The following remarks build on the one described above
Ausführungsbeispiel auf und gehen von idealisierten Bedingungen und Reaktionen I bis V bei einer Reformierung, Trockenreformierung und Wassergasshift bzw. Embodiment and assume idealized conditions and reactions I to V in a reforming, dry reforming and water gas shift or
Reversed-Wassergasshift aus. Reversed water gas shift off.
Der Bedarf an Kohlenmonoxid in der Hydroformylierung beträgt 1 mol Kohlenmonoxid / 1 mol Ethylen. Die Menge Ethylen im Produktstrom der OCM beträgt nOCM(C2H4). Es ist also zumeist notwendig den im Produktgasstrom nach der OCM bereits vorhandenen Anteil an Kohlenmonoxid nOCM(CO) entsprechend zu erhöhen. Der benötigte The carbon monoxide requirement in the hydroformylation is 1 mol carbon monoxide / 1 mol ethylene. The amount of ethylene in the product stream of the OCM is n OCM (C 2 H 4 ). It is therefore mostly necessary to increase the proportion of carbon monoxide n OCM (CO) already present in the product gas stream after the OCM. The one needed
Zusatzbedarf nZusatz(CO) an Kohlenmonoxid beträgt nZusatz(CO) = nOCM(C2H4)— nOCM(CO) (VI) Additional requirement n addition (CO) of carbon monoxide is n addition (CO) = n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (CO) (VI)
Die Trockenreformierung liefert dabei die Mengen an Kohlenmonoxid nDryRef(CO) und an Wasserstoff nDryRef(H2). Sofern der Zusatzbedarf an Kohlenmonoxid vollständig über die Trockenreformierung gedeckt wird gilt also gemäß Gleichung II: nZusatz(CO) = ½ nOCM(CO2) (VI la) nZusatz (CO) = nDryRef(CO) = nDryRef(H2) (VI Ib) The dry reforming supplies the quantities of carbon monoxide n DryRef (CO) and of hydrogen n DryRef (H 2 ). If the additional demand for carbon monoxide is completely covered by the dry reforming, the following applies according to equation II: n addition (CO) = ½ n OCM (CO 2 ) (VI la) n addition (CO) = n DryRef (CO) = n DryRef (H 2 ) (VI Ib)
Mit anderen Worten ist im Rahmen der Erfindung ein Gas als ideal anzusehen, welches die über die Gleichungen VI und VI la definierten Mengen an CO und In other words, in the context of the invention, a gas is to be regarded as ideal, which the amounts of CO and defined by the equations VI and VI la
Kohlendioxid im Verhältnis zu Ethylen aufweist. Zu diesem Verhältnis kommt man also durch Einsetzen von Gleichung VI la in Gleichung VI unter Annahme idealer Umsätze nach Gleichung II in der Trockenreformierung und bei ausreichendem Anteil an Wasserstoff wie im o.g. Ausführungsbeispiel. Has carbon dioxide in relation to ethylene. This ratio is thus obtained by inserting equation VI la in equation VI, assuming ideal conversions according to equation II in dry reforming and with a sufficient proportion of hydrogen as in the above-mentioned embodiment.
Es gilt entsprechend für die Gesamtzusammensetzung: [n(C2H4) - n(CO)] / n(CO2) = 0,5 ( IIX) The following applies to the overall composition: [n (C 2 H 4 ) - n (CO)] / n (CO 2 ) = 0.5 (IIX)
Ist darüber hinaus auch die Bereitstellung von zusätzlichem Wasserstoff nZusatz(H2) durch Reformierung (Reforming) gemäß Gleichung III erforderlich für die Is also the provision of additional hydrogen n addition (H 2 ) by reforming (reforming) according to equation III required for the
Gesamtreaktion I - also wenn die Mengen n DryRef( H2) und nOCM(H2) nicht ausreichen - gilt hierfür: nZusatz(H2) = 2 nOCM(C2H4)— nOCM(H2)— n DryRef( H2) (IX) Overall reaction I - i.e. if the quantities n DryRef (H 2 ) and n OCM (H 2 ) are not sufficient - the following applies: n addition (H 2 ) = 2 n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (H 2 ) - n DryRef (H 2 ) (IX)
Entsprechend der Stöchiometrie von Gleichung III wird dabei wiederum In accordance with the stoichiometry of equation III,
Kohlenmonoxid als Koppelprodukt gebildet: n Reform ing(CO) — 1 /3 nZusatz( H2) (X) Carbon monoxide formed as a by-product: n Reform ing (CO) - 1/3 n Addition (H 2 ) (X)
Gleichung VI ist also zu erweitern: nZusatz(CO) = nOCM(C2H4)— nOCM(CO) - nReforming(CO) (XI) Equation VI has to be expanded: nAddition (CO) = n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (CO) - n Reforming (CO) (XI)
Einsetzen von Gleichung X in Gleichung XI ergibt: nZusatz(CO) = nOCM(C2H4)— nOCM(CO)— 1 /3 nZusatz(H2) (XII) Substituting equation X into equation XI gives: n addition (CO) = n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (CO) - 1/3 n addition (H 2 ) (XII)
Weiteres Einsetzen von Gleichung IX in Gleichung XII führt zu: nZusatz (CO) = nOCM(C2H4)— nOCM(CO)— 1 /3 [2 nOCM(C2H4)— nOCM(H2)— nDryRef( H2)]Substituting equation IX further into equation XII leads to: n addition (CO) = n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (CO) - 1/3 [2 n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (H 2 ) - n DryRef (H 2 )]
(XIII) (XIII)
Einsetzen von Gleichung VII in Gleichung XIII ergibt Gleichung XIV. Substituting Equation VII into Equation XIII gives Equation XIV.
½ nOCM(CO2) = nOCM(C2H4)— nOCM(CO)— [2/3 nOCM(C2H4) ½ n OCM (CO 2 ) = n OCM (C 2 H 4 ) - n OCM (CO) - [2/3 n OCM (C 2 H 4 )
— 1 /3 nOCM(H2)— 1 /3 nDryRef(H2)] (XIV) - 1/3 n OCM (H 2 ) - 1/3 n DryRef (H 2 )] (XIV)
Entsprechend ergibt sich aus Gleichung XIV durch Umstellen zu Gleichung XV die im idealisierten Fall vorhandene Relativmenge von Kohlendioxid im Produktgasstrom der oxidativen Kopplung: [1/3 nOCM(C2H4) + 1 /3 nOCM(H2) + nDryRef(H2)— nOCM(CO)] / nOCM(CO2) = 0,5 Correspondingly, by switching to Equation XV, equation XIV results in the relative amount of carbon dioxide in the product gas stream of the oxidative coupling in the idealized case: [1/3 n OCM (C 2 H 4) + 1 / 3N OCM (H 2) n + DryRef (H 2) - n OCM (CO)] / n OCM (CO 2) = 0.5
(XV) Ist das Verhältnis nach den Gleichungen bzw. XV kleiner als 0,5, so besteht ein Überschuss an Kohlendioxid und Kohlendioxid muss durch einen entsprechenden Purgestrom aus dem Prozess ausgetragen werden. (XV) If the ratio according to equations or XV is less than 0.5, there is an excess of carbon dioxide and carbon dioxide must be removed from the process by a corresponding purge flow.
Bei einem Verhältnis größer als 0,5 reicht die Menge an Kohlendioxid nicht aus, um den Bedarf an Kohlenmonoxid zu decken, und es ist entweder ein Import von If the ratio is greater than 0.5, the amount of carbon dioxide is insufficient to meet the demand for carbon monoxide and it is either an import of
Kohlendioxid erforderlich in den Trockenreformierungsschritt gemäß Gleichung II oder aber eine Erhöhung der Anteile von Wasserstoff und Kohlenmonoxid durch Carbon dioxide required in the dry reforming step according to equation II or an increase in the proportions of hydrogen and carbon monoxide by
Dampfreformierung gemäß Gleichung III und ggf. Wassergasshift gemäß Gleichung V. Wie bereits beschrieben kann insbesondere durch eine Wassergasshift das Verhältnis zwischen Wasserstoff und Kohlenmonoxid nach der Trockenreformierung Steam reforming according to equation III and, if necessary, water gas shift according to equation V. As already described, the ratio between hydrogen and carbon monoxide after the dry reforming can in particular by means of a water gas shift
bedarfsgerecht angepaßt werden. be adapted as required.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren (100) zur Herstellung einer Zielverbindung, bei dem ein 1. Method (100) for producing a target compound, in which a
Ausgangsgasgemisch bereitgestellt wird, das zumindest ein Olefin, Starting gas mixture is provided which contains at least one olefin,
Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält, und bei dem das Olefin in zumindest einem Teil des Ausgangsgasgemischs unter Erhalt eines Aldehyds einer Contains carbon monoxide and carbon dioxide, and in which the olefin in at least part of the starting gas mixture to obtain an aldehyde one
Hydroformylierung (2) unterworfen wird, wobei das Olefin eine Kohlenstoffkette mit einer ersten Kohlenstoffzahl und der Aldehyd eine Kohlenstoffkette mit einer zweiten Kohlenstoffzahl aufweist, die um eins größer ist als die erste Hydroformylation (2), the olefin having a carbon chain with a first carbon number and the aldehyde having a carbon chain with a second carbon number which is one greater than the first
Kohlenstoffzahl, und wobei das in dem Ausgangsgemisch enthaltene Kohlendioxid zumindest zum Teil stromauf und/oder stromab der Hydroformylierung abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das abgetrennte Kohlendioxid zumindest zum Teil mit Methan unter Erhalt von Kohlenmonoxid einer Carbon number, and wherein the carbon dioxide contained in the starting mixture is at least partly separated upstream and / or downstream of the hydroformylation, characterized in that at least the separated carbon dioxide is at least partly with methane to obtain carbon monoxide a
Trockenreformierung (3) unterworfen wird, und dass das in der Dry reforming (3) is subjected, and that in the
Trockenreformierung erhaltene Kohlenmonoxid zumindest zu einem Teil in der Hydroformylierung (2) verwendet wird. Carbon monoxide obtained dry reforming is used at least in part in the hydroformylation (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs die oxidative Kopplung eines Paraffins, insbesondere von Methan, umfasst. 2. The method according to claim 1, wherein the provision of the starting gas mixture comprises the oxidative coupling of a paraffin, in particular methane.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Aldehyd aus der 3. The method (100) according to claim 1 or 2, wherein the aldehyde from the
Hydroformulierung die Zielverbindung ist, oder bei dem der Aldehyd weiter zu der Zielverbindung umgesetzt wird. Hydroformulation is the target compound, or in which the aldehyde is further converted to the target compound.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, bei dem der Aldehyd zu einem Alkohol hydriert wird, der eine Kohlenstoffkette mit der zweiten Kohlenstoffzahl aufweist. 4. The method (100) according to claim 3, wherein the aldehyde is hydrogenated to an alcohol having a carbon chain with the second carbon number.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 4, bei dem der Alkohol zu einem Olefin 5. The method (100) according to claim 4, wherein the alcohol is an olefin
dehydratisiert wird, das eine Kohlenstoffkette mit der zweiten Kohlenstoffzahl aufweist. is dehydrated, which has a carbon chain with the second carbon number.
6. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste 6. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first
Kohlenstoffzahl zwei und die zweite Kohlenstoffzahl drei ist. Carbon number is two and the second carbon number is three.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 2, bei dem das Methan, das der oxidativen 7. The method (100) according to claim 2, wherein the methane, that of the oxidative
Kopplung unterworfen wird, zumindest zum Teil aus Erdgas abgetrennt wird und bei dem wenigstens ein Paraffin aus dem Erdgas in einen der oxidativen Kopplung nachgeschalteten postkatalytischen Dampfspaltschritt überführt wird. Coupling is subjected to, is at least partially separated from natural gas and in which at least one paraffin from the natural gas is transferred to a post-catalytic vapor cracking step downstream of the oxidative coupling.
8. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das 8. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the
Kohlenmonoxid, das in der Trockenreformierung (3) erhalten wird, in einem Carbon monoxide obtained in the dry reforming (3) in one
Produktgemisch erhalten wird, das ferner zumindest Wasserstoff enthält. Product mixture is obtained which also contains at least hydrogen.
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei das Produktgemisch aus der 9. The method (100) according to claim 8, wherein the product mixture from the
Trockenreformierung (3) einer Wassergasshift (4) unterworfen wird. Dry reforming (3) is subjected to a water gas shift (4).
10. Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das Produktgemisch aus der Trockenreformierung (3) und/oder das Produktgemisch aus der Wassergasshift (4) zumindest zum Teil ungetrennt der Hydroformylierung (2) zugeführt werden. 10. The method (100) according to claim 8 or 9, wherein the product mixture from the dry reforming (3) and / or the product mixture from the water gas shift (4) are at least partially fed to the hydroformylation (2) unseparated.
1 1. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das 1 1. The method (100) according to any one of the preceding claims, in which the
Kohlenmonoxid und das Olefin aus dem Ausgangsgasgemisch zumindest zum Teil ohne eine vorige Trennung voneinander der Hydroformylierung (2) unterworfen werden. Carbon monoxide and the olefin from the starting gas mixture are at least partially subjected to the hydroformylation (2) without prior separation from one another.
12. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das 12. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the
Ausgangsgasgemisch ein Paraffin enthält, wobei zumindest ein Teil des Paraffins die Hydroformylierung (2) unumgesetzt durchläuft, stromab der Hydroformylierung (2) abgetrennt wird, und erneut bei der Bereitstellung des Ausgangsgasgemisch verwendet wird. Starting gas mixture contains a paraffin, at least part of the paraffin passing through the hydroformylation (2) unconverted, being separated off downstream of the hydroformylation (2), and being used again in the preparation of the starting gas mixture.
13. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das 13. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the
Ausgangsgemisch auf ein Druckniveau verdichtet wird, auf dem das Kohlendioxid abgetrennt und die Hydroformylierung (2) durchgeführt werden, und bei dem die Trockenreformierung (3) auf einem geringeren Druckniveau durchgeführt wird.. The starting mixture is compressed to a pressure level at which the carbon dioxide is separated off and the hydroformylation (2) is carried out, and at which the dry reforming (3) is carried out at a lower pressure level ..
14. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das stromab der 14. The method (100) according to any one of the preceding claims, downstream of the
Bereitstellung des Ausgangsgasgemischs und der Trockenreformierung (3) vollständig nichtkryogen durchgeführt wird. Provision of the starting gas mixture and the dry reforming (3) is carried out completely non-cryogenically.
15. Anlage zur Herstellung einer Zielverbindung, die dafür eingerichtet ist, ein 15. System for establishing a target connection which is set up for this purpose
Ausgangsgasgemisch bereitzustellen, das zumindest ein Olefin, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält, und das Olefin in zumindest einem Teil des To provide starting gas mixture which contains at least one olefin, carbon monoxide and carbon dioxide, and the olefin in at least part of the
Ausgangsgasgemischs unter Erhalt eines Aldehyds einer Hydroformylierung (2) zu unterwerfen, wobei das Olefin eine Kohlenstoffkette mit einer ersten To subject the starting gas mixture to hydroformylation (2) to give an aldehyde, the olefin having a carbon chain with a first
Kohlenstoffzahl und der Aldehyd eine Kohlenstoffkette mit einer zweiten Carbon number and the aldehyde has one carbon chain with a second
Kohlenstoffzahl aufweist, die um eins größer ist als die erste Kohlenstoffzahl, wobei die Anlage ferner dafür eingerichtet ist, das in dem Ausgangsgemisch enthaltene Kohlendioxid zumindest zum Teil stromauf und/oder stromab der Hydroformylierung abzutrennen, gekennzeichnet durch Mittel, die dafür eingerichtet sind, zumindest das abgetrennte Kohlendioxid zumindest zum Teil mit Methan unter Erhalt von Kohlenmonoxid einer Trockenreformierung (3) zu unterwerfen, und das in der Trockenreformierung erhaltene Kohlenmonoxid zumindest zu einem Teil in der Hydroformylierung (2) zu verwenden. Having a carbon number that is one greater than the first carbon number, the system also being set up to separate the carbon dioxide contained in the starting mixture at least partially upstream and / or downstream of the hydroformylation, characterized by means which are set up for at least that to subject separated carbon dioxide at least in part with methane to dry reforming (3) to obtain carbon monoxide, and to use at least part of the carbon monoxide obtained in the dry reforming in the hydroformylation (2).
EP20742714.7A 2019-07-18 2020-07-16 Method and facility for producing a target compound Withdrawn EP3999485A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019119543.8A DE102019119543A1 (en) 2019-07-18 2019-07-18 Method and system for establishing a target connection
PCT/EP2020/070203 WO2021009312A1 (en) 2019-07-18 2020-07-16 Method and facility for producing a target compound

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3999485A1 true EP3999485A1 (en) 2022-05-25

Family

ID=71670257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20742714.7A Withdrawn EP3999485A1 (en) 2019-07-18 2020-07-16 Method and facility for producing a target compound

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230146273A1 (en)
EP (1) EP3999485A1 (en)
CN (1) CN114401939A (en)
DE (1) DE102019119543A1 (en)
WO (1) WO2021009312A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020106009A1 (en) 2020-03-05 2021-09-09 Linde Gmbh METHOD AND SYSTEM FOR ESTABLISHING A TARGET LINK
CN117460706A (en) * 2021-06-11 2024-01-26 伊士曼化工公司 Recovered component oxo product
WO2023031284A1 (en) 2021-08-31 2023-03-09 Linde Gmbh Method and apparatus for preparing a target compound
ES2971408A1 (en) * 2022-10-28 2024-06-04 Consejo Superior Investigacion GAS-SOLID CATALYTIC PROCESS FOR CONVERSION OF OLEFIN INTO ALCOHOL (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA96178B (en) 1995-01-18 1997-06-30 Exxon Chemical Patents Inc Organic compounds and processes for their manufacture
DE10251262A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-13 Basf Ag Production of saturated aldehydes from alkanes comprises dehydrogenation to yield alkenes with hydroformylation to form aldehyde with at least partial recycle of the alkane
US9856198B1 (en) * 2014-12-10 2018-01-02 Dp&Pl Llc Processes for making C3 products from ethylene and syngas using hydroformylation strategies
EP3478631B1 (en) * 2016-06-30 2020-04-22 Dow Global Technologies Llc Process for the conversion of methane into propanal
WO2018013349A1 (en) * 2016-07-13 2018-01-18 Sabic Global Technologies B.V. Integrated process combining methane oxidative coupling and dry methane reforming

Also Published As

Publication number Publication date
US20230146273A1 (en) 2023-05-11
WO2021009312A1 (en) 2021-01-21
DE102019119543A1 (en) 2021-01-21
CN114401939A (en) 2022-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3999485A1 (en) Method and facility for producing a target compound
EP3999483A1 (en) Method and facility for producing a target compound
WO2021009310A1 (en) Method and facility for producing a target compound
EP1669337B1 (en) Method for the preparation of alcohols from alkenes by means of hydroformylation and hydrogenation
WO2010133461A1 (en) System and method for producing superior hydrocarbons from methane
EP2220017B1 (en) Multistage continuous method for hydroformylation of higher olefins or olefin mixtures
EP1485341A2 (en) Method for the hydroformylation of olefins
DE102014112792A1 (en) Process and plant for the production of olefins from oxygenates
DE3037536C2 (en) Process for the preparation of carbonyl compounds
EP3080066B1 (en) Two-step hydroformylation with gas-recycle and silp-technology
DE102009027978A1 (en) Process for the preparation of decanecarboxylic acids
EP4114810A1 (en) Process and system for producing a target compound
DE112017005411T5 (en) NEW PROCESS INTEGRATION OF A PYROLYSIS STEP WITH METHANE OR HIGHER HYDROCARBONS TO PRODUCE ETHYLENE AND METHANOL AND / OR HYDROGEN
DE102019213493A1 (en) Process for the production of alcohols
DE102019213501A1 (en) Process for the production of isobutanol and / or 1-butanol
WO2022129575A1 (en) Process and plant for producing a target compound
DE102016224063A1 (en) Process for the preparation of butadiene
WO2017207110A1 (en) Method and installation for producing ethanol
EP4116283A1 (en) Method and system for producing vinyl acetate
DE102019213497A1 (en) Process for the production of aldehydes and / or alcohols
WO2022096592A1 (en) Process and plant for producing one or more hydrocarbons
DE102020101054A1 (en) Process and plant for the production of one or more olefins
UA134054U (en) METHOD OF PREPARATION OF 2-ETHYLEXHANOL
WO2017207107A1 (en) Method and installation for producing ethanol
DE102017003840A1 (en) Process and plant for the production of ethanol

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220209

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20240125