WO2014044385A1 - Method for producing acetylene and/or ethylene - Google Patents

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WO2014044385A1
WO2014044385A1 PCT/EP2013/002807 EP2013002807W WO2014044385A1 WO 2014044385 A1 WO2014044385 A1 WO 2014044385A1 EP 2013002807 W EP2013002807 W EP 2013002807W WO 2014044385 A1 WO2014044385 A1 WO 2014044385A1
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WO
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stream
acetylene
methane
reactor
product stream
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PCT/EP2013/002807
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German (de)
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Nicole SCHÖDEL
Volker Göke
Harald SCHMADERER
Christina KUTH
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Linde Aktiengesellschaft
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • 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
    • C07C2/78Processes with partial combustion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/02Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation
    • C07C5/08Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation of carbon-to-carbon triple bonds
    • C07C5/09Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation of carbon-to-carbon triple bonds to carbon-to-carbon double bonds

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of unsaturated
  • acetylene from methane z. B. produced in a thermal process or otherwise, and then hydrogenated acetylene selectively to ethylene.
  • the said thermal process can, for. B. in a burner (eg BASF process according to DE 875 198) or a H 2 - plasma (arc process) are performed.
  • H 2 and CO and methane occur in different compositions.
  • a mixture of H 2 , CO and CH 4 is upgraded by downstream reactions.
  • a CO / H 2 mixture (synthesis gas) or maximized hydrogen is regularly obtained as the sole additional value product (C0 2 is not considered a value product in this context).
  • the present invention is therefore based on the problem to provide an alternative method of the type mentioned, which is improved in terms of the utilization of such by-products.
  • Hydrocarbons having two carbons the steps on: generating an acetylene-containing product stream in a reactor, wherein in particular a feed gas comprising methane and 0 2 in the reactor to produce the acetylene (C 2 H 2 ) containing product stream is provided, in particular the product stream in a thermal Process (including, for example, an oxidation of methane), especially in the presence of a catalyst, separating a C1 stream and an acetylene-containing C2 stream from that product stream, and in particular hydrogenating the C2 stream to produce ethylene, the C1 stream or a first substream of the C1 Is stream methanated, so it contained CO and H 2 to CH 4 and H 2 0 is reacted. Such produced CH 4 is then returned to the reactor (recycle).
  • a feed gas comprising methane and 0 2 in the reactor to produce the acetylene (C 2 H 2 ) containing product stream
  • C 2 H 2 acetylene
  • the C1 stream in addition to the first partial stream can be divided into a second and / or third partial stream, preferably the second partial stream for adjusting a CO / H 2 ratio in the second partial stream in a WGS reactor H 2 0 is mixed to convert CO and H 2 0 in C0 2 and H 2 , and wherein preferably the said third partial stream is fed to a pressure swing adsorption device in which H 2 is separated from the third partial stream.
  • Acetylene quenched (cooled), preferably by applying the product gas stream with oil. Possibly. the product gas stream can then be treated with water for further cooling. Then first the heavy components of the product stream, such as
  • the cooled product gas stream is preferably subjected to a water wash.
  • the crude gas thus obtained is preferably compressed in a crude gas compressor, preferably to a pressure in the range of 15 bar to 35 bar.
  • the second partial stream generated in said WGS reactor is returned to the crude gas compressor.
  • the acetylene contained in the crude gas is diluted for safety reasons.
  • the first substream containing methane and H 2 O is preferably passed, after passing through the methanation unit, into a methane treatment device in which the methane contained therein is dried, ie, water is separated from the first part stream. The thus obtained (dried) methane is returned to the reactor.
  • the third partial stream is preferably introduced into a pressure swing adsorption device (PSA) and from this a hydrogen product stream containing hydrogen (H2 concentration greater than or equal to 99.5 mol%) is introduced
  • PSA pressure swing adsorption device
  • Hydrogen intermediate stream containing hydrogen and CO and CH4 (H2 concentration greater than or equal to 80 mol%) and a recycle stream containing CO and CH 4 withdrawn.
  • CO and CH 4 from the hydrogen product stream are adsorbed alternately at a process pressure to solids in preferably parallel adsorber vessels and then desorbed at a lower pressure (recycle stream).
  • they are preferably purged with a partial stream of the hydrogen product stream which forms said hydrogen intermediate product stream.
  • said hydrogen intermediate product stream is subjected to a C2-
  • Hydrogenation device is fed, in which the C2 stream is hydrogenated, wherein acetylene contained in the C2 stream is reacted to ethylene (The hydrogenation is preferably carried out on a catalyst, which is a group of metal VIII, in particular Pd or Pt, wherein Pd is preferred.
  • a catalyst which is a group of metal VIII, in particular Pd or Pt, wherein Pd is preferred.
  • the said recycle stream is preferably recycled to the crude gas compressor.
  • a hot combustion gas may be generated at a solid state element disposed in the reactor, and that hot combustion gas may be mixed with unreacted methane in the reactor to produce the acetylene-containing product stream. Due to the solid state element In this case, a defined reaction zone is formed, which is an effective
  • said hot combustion gas has a temperature of at least 1800 ° C, preferably at least 2000 ° C, most preferably at least 2200 ° C.
  • the reactor operated in this way combines in particular two different ones
  • Reaction time scales first preferably from a stoichiometric combustion of methane (or another suitable gas) with oxygen in a first step said hot combustion gas in the reactor on
  • the solid state element located in the reactor is particularly preferably formed by a monolith, which preferably consists of silicon carbide or silicon carbide, wherein the solid state element (monolith) preferably at least partially coated with a catalyst for the selective promotion of said oxidation (stoichiometric combustion) or . is provided.
  • the said catalyst may e.g. Platinum and / or rhodium have.
  • a feed gas is preferably provided in the reactor or its components introduced into the reactor, which contains at least a first gas and oxygen, wherein the first gas is in particular methane, hydrogen or ethane.
  • Methane molecules (unreacted methane) transferred to form methyl radicals.
  • the solid state element can be designed so that the first gas formed as methane is only partially oxidized (pre-oxidation), wherein the
  • Combustion gas is oxidized (pre-oxidation) and (downstream of the
  • Solid state element separately methane is introduced into the reactor, which is mixed with the combustion gas formed by the pre-oxidation and thus
  • Methyl radicals generated to produce acetylene Methyl radicals generated to produce acetylene.
  • the feed gas for generating the combustion gas is introduced along a flow direction into channels (for example porous monolith) formed in the solid element, which extend from a first end area to a second end area of the solid element opposite the flow direction.
  • channels for example porous monolith
  • those channels may be loaded only at the first end of the solid state element with the catalyst, so that only a part of the methane
  • the solid-state element has first and second channels, wherein only the first channels are loaded with the catalyst, so that at the second end portion of the solid-state element hot combustion gas from the first channels and preheated first gas in the form of Methane exits the not loaded with catalyst second channels of the solid state element, wherein the molecules of the Combustion gases transfer their energy to the unreacted methane molecules of the first gas to form methyl radicals.
  • essentially all channels of the solid-state element are loaded along their entire length along the flow direction with the catalyst, so that at the second end region of the solid element substantially all of the combustion gas flue gas, wherein the combustion gas then with separately methane introduced into the reactor (see above) and the molecules of the combustion gas transfer their energy to the (unreacted) methane molecules to form methyl radicals.
  • Fig. 1 is a block diagram of a method according to the invention for
  • Fig. 2 is a block diagram of a method according to the invention
  • FIG. 1 shows, on the basis of a block diagram, individual steps that are taken at a
  • a feed gas E present in the presence of methane and 0 2 , is first provided in the reactor 100 to produce an acetylene (C 2 H 2 ) containing product stream.
  • a solid-state element 101 can be used in at least one part of a reactor 100 for the production of acetylene.
  • the solid state element 101 is a monolithic block (monolith for short).
  • This solid state element 101 may be uncoated, partially or be fully functionalized with a catalytically active chemical element or a mixture of several such chemical elements (catalyst).
  • the catalyst may be, for example, platinum and / or rhodium on a monolith 101 of silicon carbide.
  • the thus formed catalytic acetylene reactor 100 preferably combines two different reaction time scales.
  • a feed gas E comprising a first gas G in the form of methane and 0 2 is provided at an inlet side of the solid state element 101 in the reactor 100, so that the
  • Solid body member 101 is flown along a flow direction with the feed gas E and a hot combustion gas V is generated, for. by stoichiometric combustion of the first gas G, in particular methane, with the oxygen (pre-oxidation 100a), in which case this hot combustion gas V is mixed with unreacted methane (pyrolysis 100b).
  • a hot combustion gas V is generated, for. by stoichiometric combustion of the first gas G, in particular methane, with the oxygen (pre-oxidation 100a), in which case this hot combustion gas V is mixed with unreacted methane (pyrolysis 100b).
  • This unreacted methane can also be passed through the solid state element 101, that is, only a portion of the methane introduced into the reactor 100 is oxidized at the monolith 101, with the unreacted portion passing through the solid state element 101
  • Combustion gas V is converted to methyl radicals.
  • an additional stream comprising CH 4 downstream of the solid state element 101 in the reactor 100 are given (two-stage reactor 100).
  • first of all, preferably all of the solid element 101 fed methane (first G or feed gas E) is converted into a combustion gas V and this then mixed with the additional methane stream to produce methyl radicals (pyrolysis 100b).
  • the temperature of the hot combustion gas V is at least above 1800 ° C (see above). Due to the extremely rapid increase in temperature, the required high concentration of methyl radicals is generated here, which then further react via addition to the ethane and subsequent dehydrogenation via ethylene to acetylene.
  • the resulting acetylene-containing product stream P is quenched 200 with oil within a predefined period of time or oil and subsequent water cooled to suppress further decomposition of acetylene (see Figure 1).
  • reaction products or substances contained in the product stream P include C0 2 , CO, H 2 , H 2 0 and hydrocarbons having in particular one, at most two or three (or more) carbon atoms (C1, C2 or C3 fraction).
  • Product stream P is subjected to a water wash 201 after cooling 200.
  • the crude gas R thus obtained is fed to a crude gas compression 202 and to a C0 2 wash 203 (eg amine wash). If necessary, separated C0 2 can be returned to the reactor 100.
  • C0 2 wash 203 eg amine wash
  • Hydrocarbon compounds having two or less carbon atoms from a C3 fraction (here, hydrocarbon compounds having three or more
  • Refrigeration (cryogenic separation) 205 required for the separation can optionally come from an air separation 206 which extracts oxygen from the air fed to the reactor 100 as a component of the feed gas E.
  • the separated from the C1 fraction C2 fraction of the product stream P or raw gas R is subjected to a hydrogenation 213 to obtain ethylene according to C 2 H 2 + H 2 -> C 2 H 4 .
  • a hydrogenation 213 to obtain ethylene according to C 2 H 2 + H 2 -> C 2 H 4 .
  • unreacted hydrogen is separated off in a C2 stripping 214 (ie, pressure reduction in a vessel / column, preferably to a pressure in the range of 8 bar to 20 bar, leads to the removal of volatile constituents overhead).
  • ethane is separated from the ethylene (product) and optionally recycled to the reactor 100.
  • the withdrawn during stripping hydrogen H 2 can be further supplied to the crude gas compression 203.
  • the C1 fraction obtained from the C1 / C2 separation is compressed 208 and a methanation unit 210 (first substream T), a WGS reactor 209 (second substream T ') and a PSA stage (pressure swing adsorption device) 21 1 (PSA for pressure swing adsorption or pressure swing adsorption) (third substream T ") in which the C1 stream into a hydrogen product stream W containing H 2 , a hydrogen intermediate stream W containing H 2 for the hydrogenation of
  • Acetylene which is fed to the C2 hydrogenation 213, and a recycle stream
  • the WGS reactor 209 (WGS for water gas shift) serves to adjust the CO / H 2 ratio according to CO + H 2 O -> C0 2 + H 2 (water gas shift reaction), the resulting stream containing H 2 , C0 2 and CH 4 in the
  • Methane recovery facility 212 is treated, that is, dried and returned to the reactor 100.
  • H 2 can also be obtained from a pre-oxidation 100a of methane
  • Oxygen as an oxidizing agent to very high temperatures at the outlet side (second free end region) of the solid state element 101 or on the catalyst leads.
  • the C0 2 serves primarily as a dilution medium.
  • the recycle rate is preferably just chosen so high that material damaging effects on the catalyst in the reactor 100 can be largely excluded.
  • PSA Pressure swing adsorption device

Abstract

The invention relates to a method for producing unsaturated hydrocarbons having two carbons, in particular for producing acetylene and/or ethylene, said method having the following steps: producing an acetylene-containing product stream (P) in a reactor (100), separating a C1 stream and an acetylene-containing C2 stream from said product stream (P), and optionally hydrogenating said C2 stream in order to produce ethylene. According to the invention, the C1 stream is divided at least into a first and optionally a second and/or third partial stream (T, Τ', T"), said first partial stream (T) being fed to a methanation unit (210) in which CO is reacted with H2 to form CH4 and H2O, said second partial stream (Τ') being mixed with H2O in a reactor for adjusting a CO/H2 ratio according to CO + H2O -> CO2 + H2 in the second partial stream (T), and said third partial stream (T") being fed to a pressure swing adsorption device (211) in which hydrogen is separated from the third partial stream (T").

Description

Beschreibung  description
Verfahren zur Herstellung von Acetylen oder/und Ethylen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Process for the preparation of acetylene and / or ethylene The invention relates to a process for the preparation of unsaturated
Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffen. Hydrocarbons with two carbons.
Zur Produktion von Ethylen aus Methan wird für gewöhnlich zunächst Acetylen aus Methan z. B. in einem thermischen Prozess oder auf sonstige Weise erzeugt und anschließend Acetylen selektiv zu Ethylen hydriert. Der besagte thermische Prozess kann z. B. in einem Brenner (z.B. BASF-Verfahren gemäß DE 875 198) oder einem H2- Plasma (Lichtbogenverfahren) durchgeführt werden. For the production of ethylene from methane is usually first acetylene from methane z. B. produced in a thermal process or otherwise, and then hydrogenated acetylene selectively to ethylene. The said thermal process can, for. B. in a burner (eg BASF process according to DE 875 198) or a H 2 - plasma (arc process) are performed.
Innerhalb der Produktgasaufbereitung von derartigen Acetylenverfahren nach partieller Oxidation treten H2 und CO sowie Methan in unterschiedlichen Zusammensetzungen auf. In bekannten Verfahren wird ein solches Gemisch aus H2, CO und CH4 durch nachgeschaltete Reaktionen aufgewertet. Dabei wird regelmäßig ein CO/H2-Gemisch (Synthesegas) oder maximiert Wasserstoff als alleiniges zusätzliches Wertprodukt erhalten (C02 wird in diesem Zusammenhang nicht als Wertprodukt betrachtet). Within the product gas treatment of such acetylene processes after partial oxidation, H 2 and CO and methane occur in different compositions. In known processes, such a mixture of H 2 , CO and CH 4 is upgraded by downstream reactions. In this process, a CO / H 2 mixture (synthesis gas) or maximized hydrogen is regularly obtained as the sole additional value product (C0 2 is not considered a value product in this context).
Derartige Nebenprodukte sind jedoch nicht an jedem Standort in vollem Umfange stofflich oder energetisch nutzbar. However, such by-products can not be fully utilized in terms of material or energy at every location.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung daher das Problem zugrunde, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das hinsichtlich der Verwertung derartiger Nebenprodukte verbessert ist. On this basis, the present invention is therefore based on the problem to provide an alternative method of the type mentioned, which is improved in terms of the utilization of such by-products.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von ungesättigtenThis problem is solved by a method having the features of claim 1. Thereafter, the inventive method for the production of unsaturated
Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffen die Schritte auf: Erzeugen eines Acetylen enthaltenden Produktstromes in einem Reaktor, wobei insbesondere ein Einsatzgas aufweisend Methan sowie 02 im Reaktor zur Erzeugung des Acetylen (C2H2) enthaltenden Produktstromes bereitgestellt wird, wobei insbesondere der Produktstrom in einem thermischen Prozess (umfassend z.B. eine Oxidation von Methan), insbesondere in Gegenwart eines Katalysators, erzeugt wird, Abtrennen eines C1- Stromes sowie eines Acetylen enthaltenden C2-Stromes von jenem Produktstrom, und insbesondere Hydrieren des C2-Stromes zur Erzeugung von Ethylen, wobei der C1- Strom bzw. ein erster Teilstrom des C1-Stromes methanisiert wird, also darin enthaltenes CO und H2 zu CH4 und H20 umgesetzt wird. Solchermaßen erzeugtes CH4 wird dann in den Reaktor zurückgeführt (Recycle). Hydrocarbons having two carbons the steps on: generating an acetylene-containing product stream in a reactor, wherein in particular a feed gas comprising methane and 0 2 in the reactor to produce the acetylene (C 2 H 2 ) containing product stream is provided, in particular the product stream in a thermal Process (including, for example, an oxidation of methane), especially in the presence of a catalyst, separating a C1 stream and an acetylene-containing C2 stream from that product stream, and in particular hydrogenating the C2 stream to produce ethylene, the C1 stream or a first substream of the C1 Is stream methanated, so it contained CO and H 2 to CH 4 and H 2 0 is reacted. Such produced CH 4 is then returned to the reactor (recycle).
Somit kann mit Vorteil ein 1-Produkt-Prozess realisiert werden; d.h., die ggf. nicht verwertbaren Nebenprodukte H2 und CO werden über die Methanisierung wieder als Rohstoff zur Verfügung gestellt. Thus, a 1-product process can be realized with advantage; ie, the possibly unusable by-products H 2 and CO are made available again as raw material through the methanation.
Des Weiteren kann der C1 -Strom neben dem ersten Teilstrom (oder alternativ hierzu) in einen zweiten und/oder dritten Teilstrom aufgeteilt werden, wobei bevorzugt der zweite Teilstrom zum Einstellen eines CO/H2-Verhältnisses im zweiten Teilstrom in einem WGS-Reaktor mit H20 vermischt wird, um CO und H20 in C02 und H2 umzusetzen, und wobei bevorzugt der besagte dritte Teilstrom einer Druckwechsel- Adsorptions-Einrichtung zugeführt wird, in der H2 aus dem dritten Teilstrom abgetrennt wird. Bevorzugt wird der Acetylen enthaltende Produktgasstrom nach Erzeugung desFurthermore, the C1 stream in addition to the first partial stream (or alternatively thereto) can be divided into a second and / or third partial stream, preferably the second partial stream for adjusting a CO / H 2 ratio in the second partial stream in a WGS reactor H 2 0 is mixed to convert CO and H 2 0 in C0 2 and H 2 , and wherein preferably the said third partial stream is fed to a pressure swing adsorption device in which H 2 is separated from the third partial stream. Preferably, the acetylene-containing product gas stream after the production of the
Acetylens gequencht (abgekühlt), und zwar vorzugsweise durch Beaufschlagen des Produktgasstromes mit Öl. Ggf. kann der Produktgasstrom zum weiteren Abkühlen anschließend mit Wasser beaufschlagt werden. Um sodann zunächst die schweren Komponenten des Produktstromes, wie Acetylene quenched (cooled), preferably by applying the product gas stream with oil. Possibly. the product gas stream can then be treated with water for further cooling. Then first the heavy components of the product stream, such as
insbesondere Teer und Koks, von dem im Produktstrom enthaltenen Rohgas (Methan, Acetylen etc.) abzutrennen, wird der abgekühlte Produktgasstrom bevorzugt einer Wasser-Wäsche unterzogen. Das so erhaltene Rohgas wird bevorzugt in einem Rohgasverdichter verdichtet, und zwar vorzugsweise auf einen Druck im Bereich von 15 bar bis 35 bar. in particular tar and coke, separated from the crude gas contained in the product stream (methane, acetylene, etc.), the cooled product gas stream is preferably subjected to a water wash. The crude gas thus obtained is preferably compressed in a crude gas compressor, preferably to a pressure in the range of 15 bar to 35 bar.
Bevorzugt wird der in dem besagten WGS-Reaktor erzeugte zweite Teilstrom in den Rohgasverdichter zurückgeführt. Hierdurch wird insbesondere das im Rohgas enthaltene Acetylen aus Sicherheitsgründen verdünnt. Weiterhin wird bevorzugt der erste, Methan und H20 enthaltende Teilstrom nach dem Durchlaufen der Methanisierungseinheit in eine Methanaufbereitungseinrichtung geleitet, in der das darin enthaltene Methan getrocknet wird, d.h., Wasser vom ersten Teilstrom abgetrennt wird. Das so gewonnene (getrocknete) Methan wird in den Reaktor zurückgeführt. Preferably, the second partial stream generated in said WGS reactor is returned to the crude gas compressor. As a result, in particular, the acetylene contained in the crude gas is diluted for safety reasons. Furthermore, the first substream containing methane and H 2 O is preferably passed, after passing through the methanation unit, into a methane treatment device in which the methane contained therein is dried, ie, water is separated from the first part stream. The thus obtained (dried) methane is returned to the reactor.
Weiterhin wird vorzugsweise der dritte Teilstrom in eine Druckwechsel- Adsorptionseinrichtung (PSA) gegeben und aus dieser ein Wasserstoffproduktstrom enthaltend Wasserstoff (H2-Konzentration größer gleich 99.5 Mol-%), ein Furthermore, the third partial stream is preferably introduced into a pressure swing adsorption device (PSA) and from this a hydrogen product stream containing hydrogen (H2 concentration greater than or equal to 99.5 mol%) is introduced
Wasserstoffzwischenproduktstrom enthaltend Wasserstoff sowie CO und CH4 (H2- Konzentration größer gleich 80 Mol-%) und ein Recyclestrom enthaltend CO und CH4 abgezogen. Bei der Druckwechseladsorption werden vorliegend CO und CH4 aus dem Wasserstoffproduktstrom in bevorzugt parallel arbeitenden Adsorberbehältern abwechselnd bei einem Prozessdruck an Feststoffe adsorbiert und anschließend bei niedrigerem Druck desorbiert (Recylclestrom). Zum Reinigen der Adsorber werden diese vorzugsweise mit einem Teilstrom des Wasserstoffproduktstromes gespült, der den besagten Wasserstoffzwischenproduktstrom bildet. Vorzugsweise wird der besagte Wasserstoffzwischenproduktstrom einer C2-Hydrogen intermediate stream containing hydrogen and CO and CH4 (H2 concentration greater than or equal to 80 mol%) and a recycle stream containing CO and CH 4 withdrawn. In pressure swing adsorption, in the present case CO and CH 4 from the hydrogen product stream are adsorbed alternately at a process pressure to solids in preferably parallel adsorber vessels and then desorbed at a lower pressure (recycle stream). For purifying the adsorbers, they are preferably purged with a partial stream of the hydrogen product stream which forms said hydrogen intermediate product stream. Preferably, said hydrogen intermediate product stream is subjected to a C2-
Hydrierungseinrichtung zugeführt, in der der C2-Strom hydriert wird, wobei im C2- Strom enthaltenes Acetylen zu Ethylen umgesetzt wird (Die Hydrierung erfolgt vorzugsweise an einem Katalysator, bei dem es sich um ein Gruppe Vlll-Metall handelt, insbesondere Pd oder Pt, wobei Pd bevorzugt wird. Hydrogenation device is fed, in which the C2 stream is hydrogenated, wherein acetylene contained in the C2 stream is reacted to ethylene (The hydrogenation is preferably carried out on a catalyst, which is a group of metal VIII, in particular Pd or Pt, wherein Pd is preferred.
Weiterhin wird bevorzugt der besagte Recyclestrom in den Rohgasverdichter zurückgeführt. Furthermore, the said recycle stream is preferably recycled to the crude gas compressor.
Zur Erzeugung des Acetylen enthaltenden Produktstromes im eingangs erwähnten Reaktor sind die nachfolgend beschriebenen Vorgehensweisen denkbar. To produce the acetylene-containing product stream in the aforementioned reactor, the procedures described below are conceivable.
Danach kann zunächst ein heißes Verbrennungsgas an einem in dem Reaktor angeordneten Festkörperelement erzeugt werden und jenes heiße Verbrennungsgas mit im Reaktor befindlichem unreagiertem Methan zur Erzeugung des Acetylen enthaltenden Produktstromes vermischt werden. Aufgrund des Festkörperelementes wird dabei eine definierte Reaktionszone gebildet, die mit Vorteil ein effektives Thereafter, first, a hot combustion gas may be generated at a solid state element disposed in the reactor, and that hot combustion gas may be mixed with unreacted methane in the reactor to produce the acetylene-containing product stream. Due to the solid state element In this case, a defined reaction zone is formed, which is an effective
Abkühlen stromab jener Zone erlaubt, um ein Zersetzten des gebildet Acetylens definiert zu verhindern. Vorzugsweise weist das besagte heiße Verbrennungsgas eine Temperatur von zumindest 1800°C, bevorzugt zumindest 2000°C, am meisten bevorzugt zumindest 2200°C auf. Cooling downstream of that zone is allowed to prevent a decomposition of the formed acetylene defined. Preferably, said hot combustion gas has a temperature of at least 1800 ° C, preferably at least 2000 ° C, most preferably at least 2200 ° C.
Der so betriebene Reaktor vereinigt insbesondere zwei unterschiedliche The reactor operated in this way combines in particular two different ones
Reaktionszeitskalen. Dabei wird vorzugsweise zunächst aus einer stöchiometrischen Verbrennung von Methan (oder einem anderen geeigneten Gas) mit Sauerstoff in einem ersten Schritt das besagte heiße Verbrennungsgas im Reaktor am Reaction time scales. In this case, first preferably from a stoichiometric combustion of methane (or another suitable gas) with oxygen in a first step said hot combustion gas in the reactor on
Festkörperelement erzeugt und dieses heiße Verbrennungsgas vorzugsweise mit unreagiertem (also noch nicht umgesetzten im Reaktor vorhandenem) Methan in einem zweiten Schritt vermischt. Durch den extrem schnellen Temperaturanstieg wird hier die erforderliche hohe Konzentration an Methylradikalen erzeugt, welche dann weiter über Addition zum Ethan und nachfolgender Dehydrierung über Ethylen zum Acetylen reagieren: CH3 + CH3 -> C2H6 -> C2H4 + H2-> C2H2 + 2H2 Dieser Prozess läuft dann besonders günstig ab, wenn vom Zeitpunkt der Vermischung bis zum besagten Quenchen (Abkühlen) des Acetylen enthaltenden Produktstromes (Produktgasgemisches) eine definierte Verweilzeitverteilung (Zeitspanne) eingestellt wird, die vorzugsweise im Bereich von 1 ms bis 100 ms, bevorzugt im Bereich von 5 ms bis 50 ms, am meisten bevorzugt im Bereich von 10 ms bis 20 ms liegt. Produced solid state element and this hot combustion gas preferably mixed with unreacted (ie, not yet reacted in the reactor existing) methane in a second step. As a result of the extremely rapid increase in temperature, the required high concentration of methyl radicals is produced here, which then further reacts via addition to the ethane and subsequent dehydrogenation via ethylene to form acetylene: CH 3 + CH 3 -> C 2 H 6 -> C 2 H 4 + H 2 -> C 2 H 2 + 2H 2 This process proceeds particularly favorably if a defined residence time distribution (time span) is set from the time of mixing to the said quenching (cooling) of the acetylene-containing product stream (product gas mixture), which is preferably in the range from 1 ms to 100 ms, preferably in the range of 5 ms to 50 ms, most preferably in the range of 10 ms to 20 ms.
Besonders bevorzugt wird das besagte, im Reaktor befindliche Festkörperelement durch einen Monolithen gebildet, der vorzugsweise aus Siliziumcarbid besteht bzw. Siliziumcarbid aufweist, wobei das Festkörperelement (Monolith) vorzugsweise zumindest abschnittsweise mit einem Katalysator für die selektive Begünstigung der besagten Oxidation (stöchiometrische Verbrennung) beschichtet bzw. versehen ist. Der besagte Katalysator kann z.B. Platin und/oder Rhodium aufweisen. The solid state element located in the reactor is particularly preferably formed by a monolith, which preferably consists of silicon carbide or silicon carbide, wherein the solid state element (monolith) preferably at least partially coated with a catalyst for the selective promotion of said oxidation (stoichiometric combustion) or . is provided. The said catalyst may e.g. Platinum and / or rhodium have.
Zum Erzeugen des besagten Verbrennungsgases im Reaktor wird bevorzugt ein Einsatzgas im Reaktor bereitgestellt bzw. dessen Komponenten in den Reaktor eingeleitet, das zumindest ein ersten Gas und Sauerstoff enthält, wobei es sich bei dem ersten Gas insbesondere um Methan, Wasserstoff oder Ethan handelt. Bevorzugt wird das im Einsatzgas enthaltene erste Gas am Festkörperelement partiell und/oder vollständig unter Bildung des Verbrennungsgases oxidiert, so dass dabei gebildete Moleküle des Verbrennungsgases, hierbei handelt es sich im Fall von Methan (erstes Gas) insbesondere um C02 und H20, ihre Energie auf im Reaktor befindliche For generating said combustion gas in the reactor, a feed gas is preferably provided in the reactor or its components introduced into the reactor, which contains at least a first gas and oxygen, wherein the first gas is in particular methane, hydrogen or ethane. Prefers the first gas contained in the feed gas is partially and / or completely oxidized on the solid-state element to form the combustion gas, so that molecules of the combustion gas formed therein, in the case of methane (first gas), in particular C0 2 and H 2 0, their Energy on in the reactor
Methanmoleküle (unreagiertes Methan) unter Bildung von Methylradikalen übertragen. Methane molecules (unreacted methane) transferred to form methyl radicals.
Hierbei kann das Festkörperelement so ausgelegt sein, dass das als Methan ausgebildete erste Gas nur teilweise oxidiert wird (Voroxidation), wobei die Here, the solid state element can be designed so that the first gas formed as methane is only partially oxidized (pre-oxidation), wherein the
Verbrennungsgase ihre Energie auf das noch nicht umgesetzte Methan unter Bildung von Methylradikalen übertragen. Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, dass das erste Gas (Methan) im Wesentlichen vollständig zur Erzeugung eines heißen Combustion gases transfer their energy to the unreacted methane to form methyl radicals. Alternatively, there is the possibility that the first gas (methane) is substantially complete to produce a hot one
Verbrennungsgases oxidiert wird (Voroxidation) und das (stromab des Combustion gas is oxidized (pre-oxidation) and (downstream of the
Festkörperelementes) separat Methan in den Reaktor eingeleitet wird, das mit dem durch die Voroxidation gebildeten Verbrennungsgas vermischt wird und somit Solid state element) separately methane is introduced into the reactor, which is mixed with the combustion gas formed by the pre-oxidation and thus
Methylradikale zur Erzeugung von Acetylen generiert. Methyl radicals generated to produce acetylene.
Im Einzelnen kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Einsatzgas zur Erzeugung des Verbrennungsgases entlang einer Strömungsrichtung in im Festkörperelement ausgebildete Kanäle (z.B. poröser Monolith) eingeleitet wird, die sich von einem ersten Endbereich zu einem entlang der Strömungsrichtung gegenüberliegenden zweiten Endbereich des Festkörperelementes erstrecken. In particular, it can be provided in particular that the feed gas for generating the combustion gas is introduced along a flow direction into channels (for example porous monolith) formed in the solid element, which extend from a first end area to a second end area of the solid element opposite the flow direction.
Hierbei können jene Kanäle lediglich am ersten Endbereich des Festkörperelementes mit dem Katalysator beladen sein, so dass lediglich ein Teil des als Methan Here, those channels may be loaded only at the first end of the solid state element with the catalyst, so that only a part of the methane
ausgebildeten ersten Gases am ersten Endbereich mit dem Sauerstoff reagiert und Moleküle des Verbrennungsgases, insbesondere C02 und H20, ihre Energie auf nicht umgesetzte Methanmoleküle des ersten Gases unter Bildung von Methylradikalen übertragen. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist demgegenüber vorgesehen, dass das Festkörperelement erste und zweite Kanäle aufweist, wobei lediglich die ersten Kanäle mit dem Katalysator beladen sind, so dass am zweiten Endbereich des Festkörperelementes heißes Verbrennungsgas aus den ersten Kanälen und vorgewärmtes erstes Gas in Form von Methan aus den nicht mit Katalysator beladenen zweiten Kanälen des Festkörperelementes austritt, wobei die Moleküle des Verbrennungsgases ihre Energie auf die unreagierten Methanmoleküle des ersten Gases unter Bildung von Methylradikalen übertragen. formed first gas at the first end portion with the oxygen and molecules of the combustion gas, in particular C0 2 and H 2 0, transfer their energy to unreacted methane molecules of the first gas to form methyl radicals. In an alternative embodiment of the invention, in contrast, it is provided that the solid-state element has first and second channels, wherein only the first channels are loaded with the catalyst, so that at the second end portion of the solid-state element hot combustion gas from the first channels and preheated first gas in the form of Methane exits the not loaded with catalyst second channels of the solid state element, wherein the molecules of the Combustion gases transfer their energy to the unreacted methane molecules of the first gas to form methyl radicals.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Wesentlichen sämtliche Kanäle des Festkörperelementes auf ihrer gesamten Länge entlang der Strömungsrichtung mit dem Katalysator beladen sind, so dass am zweiten Endbereich des Festkörperelementes im Wesentlichen aus allen Kanälen Verbrennungsgas ausströmt, wobei das Verbrennungsgas dann mit separat in den Reaktor eingeleiteten Methan (siehe oben) vermischt wird und die Moleküle des Verbrennungsgases ihre Energie auf die (unreagierte) Methanmoleküle unter Bildung von Methylradikalen übertragen. In a further embodiment of the invention, it is provided that essentially all channels of the solid-state element are loaded along their entire length along the flow direction with the catalyst, so that at the second end region of the solid element substantially all of the combustion gas flue gas, wherein the combustion gas then with separately methane introduced into the reactor (see above) and the molecules of the combustion gas transfer their energy to the (unreacted) methane molecules to form methyl radicals.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden. Further details and advantages of the invention will be explained by the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fig. 1 is a block diagram of a method according to the invention for
Erzeugung von Ethylen; und  Production of ethylene; and
Fig. 2 eine Blockdiagramm eines beim erfindungsgemäßen Verfahren Fig. 2 is a block diagram of a method according to the invention
verwendeten Reaktors zur Erzeugung von Acetylen. Figur 1 zeigt anhand eines Blockdiagramms einzelne Schritte, die bei einem  used reactor for the production of acetylene. FIG. 1 shows, on the basis of a block diagram, individual steps that are taken at a
erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Ethylen durchlaufen werden können. process according to the invention for the production of ethylene can be passed through.
Danach wird zunächst ein Einsatzgas E, vorliegend aufweisend Methan sowie 02, im Reaktor 100 bereitgestellt, um einen Acetylen (C2H2) enthaltenden Produktstrom zu erzeugen. Thereafter, a feed gas E, present in the presence of methane and 0 2 , is first provided in the reactor 100 to produce an acetylene (C 2 H 2 ) containing product stream.
Erfindungsgemäß kann hierzu gemäß den Figur 2 ein Festkörperelement 101 in wenigstens einem Teil eines Reaktors 100 zur Acetylenproduktion eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Festkörperelement 101 um einen monolithischen Block (kurz Monolith). Dieses Festkörperelement 101 kann unbeschichtet, teilweise oder ganz mit einem katalytisch aktiven chemischen Element oder einer Mischung mehrerer solcher chemischer Elemente funktionalisiert sein (Katalysator). Bei dem Katalysator kann es sich z.B. um Platin und/oder Rhodium auf einem Monolithen 101 aus Siliziumcarbid handeln. According to the invention, according to FIG. 2, a solid-state element 101 can be used in at least one part of a reactor 100 for the production of acetylene. Preferably, the solid state element 101 is a monolithic block (monolith for short). This solid state element 101 may be uncoated, partially or be fully functionalized with a catalytically active chemical element or a mixture of several such chemical elements (catalyst). The catalyst may be, for example, platinum and / or rhodium on a monolith 101 of silicon carbide.
Der solchermaßen gebildete katalytische Acetylenreaktor 100 vereinigt vorzugsweise zwei unterschiedliche Reaktionszeitskalen. Diesbezüglich wird zunächst ein Einsatzgas E aufweisend ein erstes Gas G in Form von Methan sowie 02 an einer Eintrittsseite des Festkörperelementes 101 im Reaktor 100 bereitgestellt, so dass das The thus formed catalytic acetylene reactor 100 preferably combines two different reaction time scales. In this regard, first a feed gas E comprising a first gas G in the form of methane and 0 2 is provided at an inlet side of the solid state element 101 in the reactor 100, so that the
Festkörperelement 101 entlang einer Strömungsrichtung mit dem Einsatzgas E angeströmt wird und ein heißes Verbrennungsgas V erzeugt wird, z.B. durch stöchiometrisches Verbrennen des ersten Gases G, insbesondere Methan, mit dem Sauerstoff (Voroxidation 100a), wobei sodann dieses heiße Verbrennungsgas V mit unreagiertem Methan vermischt wird (Pyrolyse 100b). Solid body member 101 is flown along a flow direction with the feed gas E and a hot combustion gas V is generated, for. by stoichiometric combustion of the first gas G, in particular methane, with the oxygen (pre-oxidation 100a), in which case this hot combustion gas V is mixed with unreacted methane (pyrolysis 100b).
Jenes unreagierte Methan kann ebenfalls durch das Festkörperelement 101 geführt werden, d.h., lediglich ein Teil des in den Reaktor 100 eingeleiteten Methans wird am Monolithen 101 oxidiert, wobei der noch nicht umgesetzte Anteil durch das This unreacted methane can also be passed through the solid state element 101, that is, only a portion of the methane introduced into the reactor 100 is oxidized at the monolith 101, with the unreacted portion passing through the solid state element 101
Verbrennungsgas V zu Methylradikalen umgesetzt wird. Alternativ hierzu kann gemäß Figur 2 ein zusätzlicher Stoffstrom aufweisend CH4 stromab des Festkörperelementes 101 in den Reaktor 100 gegeben werden (zweistufiger Reaktor 100). In diesem Fall wird zunächst vorzugsweise sämtliches dem Festkörperelement 101 zugeleitetes Methan (erstes G bzw. Einsatzgas E) in ein Verbrennungsgas V umgesetzt und dieses sodann mit dem zusätzlichen Methan-Stoffstrom zur Erzeugung von Methylradikalen vermischt (Pyrolyse 100b). Combustion gas V is converted to methyl radicals. Alternatively, according to Figure 2, an additional stream comprising CH 4 downstream of the solid state element 101 in the reactor 100 are given (two-stage reactor 100). In this case, first of all, preferably all of the solid element 101 fed methane (first G or feed gas E) is converted into a combustion gas V and this then mixed with the additional methane stream to produce methyl radicals (pyrolysis 100b).
Die Temperatur des heißen Verbrennungsgases V liegt zumindest oberhalb von 1800°C (siehe oben). Durch den extrem schnellen Temperaturanstieg wird hier die erforderliche hohe Konzentration an Methylradikalen erzeugt, welche dann weiter über Addition zum Ethan und nachfolgender Dehydrierung über Ethylen zum Acetylen reagieren. The temperature of the hot combustion gas V is at least above 1800 ° C (see above). Due to the extremely rapid increase in temperature, the required high concentration of methyl radicals is generated here, which then further react via addition to the ethane and subsequent dehydrogenation via ethylene to acetylene.
Nach der Vermischung (Pyrolyse 100b) wird innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne der sich ergebende, Acetylen enthaltende Produktstrom P durch Quenchen 200 mit Öl bzw. Öl und nachfolgend Wasser abgekühlt, um eine weitergehende Zersetzung von Acetylen zu unterdrücken (vgl. Figur 1 ). After mixing (pyrolysis 100b), the resulting acetylene-containing product stream P is quenched 200 with oil within a predefined period of time or oil and subsequent water cooled to suppress further decomposition of acetylene (see Figure 1).
Weitere Reaktionsprodukte bzw. im Produktstrom P enthaltene Stoffe sind u.a. C02, CO, H2, H20 sowie Kohlenwasserstoffe mit insbesondere einem, maximal zwei oder drei (oder mehr) Kohlenstoffatomen (C1-, C2- bzw. C3-Fraktion). Der besagte Other reaction products or substances contained in the product stream P include C0 2 , CO, H 2 , H 2 0 and hydrocarbons having in particular one, at most two or three (or more) carbon atoms (C1, C2 or C3 fraction). The said
Produktstrom P wird nach dem Abkühlen 200 einer Wasserwäsche 201 unterzogen. Das solchermaßen erhaltende Rohgas R wird einer Rohgasverdichtung 202 sowie einer C02-wäsche 203 (z.B. Aminwäsche) zugeführt. Abgetrenntes C02 kann ggf. in den Reaktor 100 zurück geführt werden. Product stream P is subjected to a water wash 201 after cooling 200. The crude gas R thus obtained is fed to a crude gas compression 202 and to a C0 2 wash 203 (eg amine wash). If necessary, separated C0 2 can be returned to the reactor 100.
Anschließend wird nach einer Vorkühlung eine C2-Fraktion (hier Subsequently, after precooling, a C2 fraction (here
Kohlenwasserstoffverbindungen mit zwei oder weniger Kohlenstoffatomen) von einer C3-Fraktion (hier Kohlenwasserstoffverbindungen mit drei oder mehr Hydrocarbon compounds having two or less carbon atoms) from a C3 fraction (here, hydrocarbon compounds having three or more
Kohlenstoffatomen) abgetrennt 204 und sodann eine C1 -Fraktion (hier Carbon atoms) and then a C1 fraction (here
Kohlenwasserstoffverbindungen mit einem Kohlenstoffatom) von einer Hydrocarbon compounds having one carbon atom) of one
C2-Fraktion (Kohlenwasserstoffverbindungen mit zwei Kohlenstoffatomen) getrennt 207. Für die Trennung erforderliche Kälte (Tieftemperaturzerlegung) 205 kann optional aus einer Luftzerlegung 206 stammen, mit der Sauerstoff aus der Luft gewonnen wird, der dem Reaktor 100 als Bestandteil des Einsatzgases E zugeführt wird. C2 fraction (hydrocarbon compounds having two carbon atoms) separated 207. Refrigeration (cryogenic separation) 205 required for the separation can optionally come from an air separation 206 which extracts oxygen from the air fed to the reactor 100 as a component of the feed gas E.
Die von der C1 -Fraktion getrennte C2-Fraktion des Produktstromes P bzw. Rohgases R wird einer Hydrierung 213 unterzogen, um Ethylen gemäß C2H2+H2 -> C2H4 zu erhalten. Anschließend wird nicht umgesetzter Wasserstoff bei einer C2-Strippung 214 abgetrennt (d.h., Druckerniedrigung in einem Behälter/einer Kolonne, vorzugsweise auf einen Druck im Bereich von 8 bar bis 20 bar, führt zur Abtrennung der flüchtigen Bestandteile über Kopf). In einer C2-Trennung wird schließlich Ethan vom Ethylen (Produkt) abgetrennt und optional in den Reaktor 100 zurückgeführt. Der beim Strippen abgezogene Wasserstoff H2 kann weiterhin der Rohgasverdichtung 203 zugeführt werden. The separated from the C1 fraction C2 fraction of the product stream P or raw gas R is subjected to a hydrogenation 213 to obtain ethylene according to C 2 H 2 + H 2 -> C 2 H 4 . Subsequently, unreacted hydrogen is separated off in a C2 stripping 214 (ie, pressure reduction in a vessel / column, preferably to a pressure in the range of 8 bar to 20 bar, leads to the removal of volatile constituents overhead). Finally, in a C2 separation, ethane is separated from the ethylene (product) and optionally recycled to the reactor 100. The withdrawn during stripping hydrogen H 2 can be further supplied to the crude gas compression 203.
Die aus der C1/C2-Trennung erhaltene C1-Fraktion wird verdichtet 208 und einer Methanisierungs-Einheit 210 (erster Teilstrom T), einem WGS-Reaktor 209 (zweiter Teilstrom T') sowie einer PSA-Stufe (Druckwechsel-Adsorptions-Einrichtung) 21 1 (PSA für Pressure Swing Adsorption oder Druckwechsel-Adsorption) zugeführt (dritter Teilstrom T"), in der der C1-Strom in einen Wasserstoffproduktstrom W enthaltend H2, einen Wasserstoffzwischenproduktstrom W enthaltend H2 zur Hydrierung von The C1 fraction obtained from the C1 / C2 separation is compressed 208 and a methanation unit 210 (first substream T), a WGS reactor 209 (second substream T ') and a PSA stage (pressure swing adsorption device) 21 1 (PSA for pressure swing adsorption or pressure swing adsorption) (third substream T ") in which the C1 stream into a hydrogen product stream W containing H 2 , a hydrogen intermediate stream W containing H 2 for the hydrogenation of
Acetylen, der der C2-Hydrierung 213 zugeführt wird, und einen Recyclestrom Acetylene, which is fed to the C2 hydrogenation 213, and a recycle stream
(enthaltend CO und CH4) W" gesplittet wird, der in den Rohgasverdichter 202 zurückgeführt wird. Der WGS-Reaktor 209 (WGS für Wassergas-Shift) dient zur Einstellung des CO/H2-Verhältnisses gemäß CO + H20 -> C02 + H2 (Wassergas-Shift- Reaktion), wobei der resultierende Strom enthaltend H2, C02 und CH4 in den (containing CO and CH 4 ) W ", which is recycled to the raw gas compressor 202. The WGS reactor 209 (WGS for water gas shift) serves to adjust the CO / H 2 ratio according to CO + H 2 O -> C0 2 + H 2 (water gas shift reaction), the resulting stream containing H 2 , C0 2 and CH 4 in the
Rohgasverdichter 202 zurückgeführt wird. In der Methanisierungseinheit 210 wird schließlich CO mit 3H2 zu CH4 und H20 umgesetzt, wobei das Methan in einerCrude compressor 202 is returned. Finally, in the methanation unit 210, CO is reacted with 3H 2 to give CH 4 and H 2 O, with the methane in one
Methanaufbereitungseinrichtung (Methan-Recovery) 212 aufbereitet, d.h., getrocknet wird und in den Reaktor 100 zurückgegeben wird. Methane recovery facility 212 is treated, that is, dried and returned to the reactor 100.
Mit der Voroxidation (gestufte Methangaszugabe) 100a gemäß Figur 2 können Prinzipiell sämtliche Eduktströme separat auf höhere Vorwärmtemperaturen vorgewärmt werden. Damit verbessert sich die Energiebilanz erheblich. Als obere begrenzende Temperatur ist das Autocracken von Methan limitierend. Demgegenüber weist ein Acetylen-Brenner hier Nachteile auf, da die Flammenfront regelmäßig chaotisch wandert und je nach Zustand die Quenchflüssigkeit in die Flammenzone eingespritzt wird (so dass ein unvollständiger Umsatz resultiert) oder lediglich vergleichsweise weit weg von der Flammenzone stattfinden kann (was eine zu lange Verweilzeit mit daraus resultierendem übermäßigen Acetylen-Abbau bedingen kann). Alternativ bzw. ergänzend kann auch durch Einspritzen von Kohlenwasserstoffen gequencht werden wobei mit Vorteil aus jenen Kohlenwasserstoffen (z.B. Ethan) weiteres Acetylen gewonnen werden kann (vgl. Figur 1 ). With the pre-oxidation (staged methane gas addition) 100a according to FIG. 2, in principle all feed streams can be preheated separately to higher preheating temperatures. This considerably improves the energy balance. As the upper limiting temperature, autocracking of methane is limiting. In contrast, an acetylene burner has disadvantages here, since the flame front moves regularly chaotically and depending on the state, the quench liquid is injected into the flame zone (so that incomplete conversion results) or can take place only comparatively far away from the flame zone (which is too long Residence time with resulting excessive acetylene degradation can cause). Alternatively or additionally, it is also possible to quench by injecting hydrocarbons, it being possible with advantage to obtain further acetylene from those hydrocarbons (for example ethane) (see FIG.
Alternativ zu einer Voroxidation 100a von Methan kann ebenfalls H2 aus einer As an alternative to a pre-oxidation 100a of methane, H 2 can also be obtained from a
Produktgaszerlegung (C1/C2 Trennung 207 gemäß Figur 1 ) der C1-Fraktion sowie Ethan aus der C2-Trennung 215 (vgl. Figur 1 ) der hydrierten C2-Fraktion voroxidiert werden. Beide Gase haben den Vorteil einer höheren Zündfähigkeit im Vergleich zum stabilen Methan, d.h., sie treten schneller in Reaktion mit dem zugegeben Sauerstoff als Methan selbst. Somit wird weniger Einsatzstoff verbraucht. Eine derartige Product gas separation (C1 / C2 separation 207 according to Figure 1) of the C1 fraction and ethane from the C2 separation 215 (see Figure 1) of the hydrogenated C2 fraction are pre-oxidized. Both gases have the advantage of higher ignitability compared to the stable methane, that is, they react faster in response to the added oxygen than methane itself. Thus, less feedstock is consumed. Such
Anwendung ist insbesondere bei einem Monolithen 101 denkbar, der lediglich am ersten freien Endbereich (Eintrittseite) mit dem Katalysator beladen ist (siehe oben). Optional besteht grundsätzlich die Möglichkeit, während des Verfahrens Application is conceivable, in particular, for a monolith 101 which is loaded with the catalyst only at the first free end region (entry side) (see above). Optionally, there is always the possibility during the procedure
abgetrenntes C02 als Verdünnungsgas in den Reaktor 100 zurückzuführen. Dies kann vorteilhaft sein, da die Verwendung des Monolithen 101 als separated C0 2 as a diluent gas in the reactor 100 due. This may be advantageous since the use of the monolith 101 as
Zündkatalysator sowie der damit einhergehende Einsatz von technisch reinem Ignition catalyst and the associated use of technically pure
Sauerstoff als Oxidationsmittel zu sehr hohen Temperaturen an der Austrittsseite (zweiter freier Endbereich) des Festkörperelementes 101 bzw. am Katalysator führt. Um werkstoffschädigenden Einflüssen weitestgehend vorzubeugen, kann daher insbesondere ein Teil des in einer Aminwäsche 203 (vergleiche Figur 1) gewonnenen C02 in den Reaktor 100 zurückgeführt werden. Das C02 dient hier vor allen Dingen als Verdünnungsmedium. Die Recyclerate wird dabei vorzugsweise gerade eben so hoch gewählt, dass werkstoffschädigende Einflüsse auf den Katalysator im Reaktor 100 weitestgehend ausgeschlossen werden können. Oxygen as an oxidizing agent to very high temperatures at the outlet side (second free end region) of the solid state element 101 or on the catalyst leads. In order to largely prevent material-damaging influences, it is therefore possible, in particular, for a part of the CO 2 obtained in an amine wash 203 (cf. FIG. 1) to be returned to the reactor 100. The C0 2 serves primarily as a dilution medium. The recycle rate is preferably just chosen so high that material damaging effects on the catalyst in the reactor 100 can be largely excluded.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Reaktor  100 reactor
100a Voroxidation  100a preoxidation
100b Pyrolyse  100b pyrolysis
101 Festkörperelement/Monolith  101 solid element / monolith
200 Quench (Abkühlen des Produkstromes) 200 quench (cooling the product stream)
201 Wasserwäsche 201 water wash
202 Rohgasverdichter  202 crude gas compressor
203 C02-Wäsche mit Aminen / Lauge 203 C0 2 washing with amines / lye
204 C2/C3-Trennung  204 C2 / C3 separation
205 Tieftemperaturzerlegung  205 Cryogenic decomposition
206 Luftzerleger  206 air separators
207 C1/C2-Trennung  207 C1 / C2 separation
208 C1 -Verdichtung  208 C1 compression
209 WGS-Reaktor  209 WGS reactor
210 Methanisierungseinheit  210 methanation unit
211 Druckwechsel-Adsorptions-Einrichtung (PSA) 211 Pressure swing adsorption device (PSA)
212 Methanaufbereitungseinrichtung (Methan- Recovery) 212 Methane treatment facility (methane recovery)
213 C2-Hydrierung  213 C2 hydrogenation
214 C2-Strippung  214 C2 stripping
215 C2-Trennung  215 C2 separation
E Einsatzgas  E feed gas
G Erstes Gas (Methan)  G First gas (methane)
P Produktstrom  P product stream
R Rohgas  R raw gas
T Erster Teilstrom  T First partial flow
T Zweiter Teilstrom  T Second partial flow
T" Dritter Teilstrom  T "Third partial flow
w Wasserstoffproduktstrom w hydrogen product stream
w Wasserstoffzwischenproduktstrom w hydrogen intermediate product stream
W" Recyclestrom  W "recycle stream
V Verbrennungsgas  V combustion gas

Claims

Patentansprüche  claims
Verfahren zur Herstellung von Ethylen, aufweisend die Schritte: Process for the preparation of ethylene, comprising the steps:
- Erzeugen eines Acetylen enthaltenden Produktstromes (P) in einem Reaktor (100), wobei ein Einsatzgas (E) aufweisend Methan sowie 02 im Reaktor (100) bereitgestellt wird, um den Acetylen enthaltenden Produktstrom (P) zu erzeugen, Producing an acetylene-containing product stream (P) in a reactor (100), wherein a feed gas (E) comprising methane and O 2 is provided in the reactor (100) to produce the acetylene-containing product stream (P),
- Abtrennen eines C1 -Stromes sowie eines Acetylen enthaltenden C2-Stromes von jenem Produktstrom (P),  Separating a C1 stream and an acetylene-containing C2 stream from that product stream (P),
- wobei der H2- und CO-haltige C1 -Strom oder ein erster Teilstrom (T) des C1- Stromes einer Methanisierungseinheit (210) zugeführt wird, in der CO mit H2 zu CH4 und H20 umgesetzt wird, wobei solchermaßen erzeugtes CH4 zumindest teilweise in den Reaktor (100) zurückgeführt wird. - Wherein the H 2 - and CO-containing C 1 stream or a first partial stream (T) of the C 1 stream is fed to a methanation unit (210) in which CO is reacted with H 2 to CH 4 and H 2 O, in such a way produced CH 4 is at least partially recycled to the reactor (100).
Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Method according to claim 1, characterized by
Hydrieren des Acetylen enthaltenden C2-Stromes zur Erzeugung von Ethylen.  Hydrogenating the acetylene-containing C2 stream to produce ethylene.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der C1-Strom weiterhin in einen zweiten Teilstrom (T) aufgeteilt wird, wobei der zweite Teilstrom (Τ') zum Einstellen eines CO/H2-Verhältnisses im zweiten Teilstrom (Τ') in einem WGS-Reaktor (209) mit H20 vermischt wird, um CO und H20 in C02 und H2 umzusetzen. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the C1 stream is further divided into a second partial flow (T), wherein the second partial flow (Τ ') for setting a CO / H 2 ratio in the second partial flow (Τ') in a WGS reactor (209) with H 2 0 is mixed to CO and H 2 0 in C0 2 and H 2 implement.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Method according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der C1 -Strom weiterhin in einen dritten Teilstrom (T") aufgeteilt wird, wobei der dritte Teilstrom (T") einer Druckwechsel-Adsorptions- Einrichtung (211) zugeführt wird, in der H2 aus dem dritten Teilstrom (T") abgetrennt wird. characterized in that the C1 stream is further divided into a third partial flow (T "), the third partial flow (T") being fed to a pressure swing adsorption device (211) in which H 2 is supplied from the third partial flow (T "). ) is separated.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Method according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Acetylen enthaltende Produktstrom (P) abgekühlt (200) wird, insbesondere durch Beaufschlagen des Produktstromes (P) mit einem Öl, wobei hiernach insbesondere der Produktstrom (P) zum weiteren Abkühlen mit Wasser beaufschlagt wird. in that the acetylene-containing product stream (P) is cooled (200), in particular by pressurizing the product stream (P) with an oil, according to which, in particular, the product stream (P) is supplied with water for further cooling.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der abgekühlte Produktstrom (P) einer Wasser-Wäsche (201 ) zur Erzeugung eines Acetylen enthaltenden Rohgases (R) unterzogen wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the cooled product stream (P) of a water wash (201) for producing an acetylene-containing raw gas (R) is subjected.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgas (R) in einem Rohgasverdichter (202) verdichtet wird, insbesondere auf einen Druck im Bereich von 25 bar bis 35 bar. 7. The method according to claim 6, characterized in that the raw gas (R) in a crude gas compressor (202) is compressed, in particular to a pressure in the range of 25 bar to 35 bar.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom (Τ') in den Rohgasverdichter (202) zurückgeführt wird. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 8. The method according to claims 3 and 7, characterized in that the second partial flow (Τ ') is returned to the crude gas compressor (202). 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der erste, Methan und H20 enthaltende Teilstrom (T) nach dem Durchlaufen der Methanisierungseinheit (210) in eine in that the first substream (T) containing methane and H 2 O after passing through the methanation unit (210) into a
Methanaufbereitungseinrichtung (212) geleitet wird, in der H20 vom Methan abgetrennt wird, wobei das Methan in den Reaktor (100) zurückgeführt wird. Methane treatment device (212) is passed, in which H 2 0 is separated from the methane, wherein the methane is recycled to the reactor (100).
10. Verfahren nach Anspruch 4 oder nach einem der Ansprüche 5 bis 9 soweit 10. The method according to claim 4 or according to one of claims 5 to 9 so far
rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem dritten Teilstrom (T") in der Druckwechsel-Adsorptionseinrichtung (211) ein  With reference to claim 4, characterized in that from the third partial flow (T ") in the pressure swing adsorption (211) a
Wasserstoffproduktstrom (W) enthaltend Wasserstoff, ein  Hydrogen product stream (W) containing hydrogen
Wasserstoffzwischenproduktstrom (Wl) enthaltend Wasserstoff und ein Hydrogen intermediate stream (W l ) containing hydrogen and
Recyclestrom (W") enthaltend CO und CH4 erzeugt werden. Recycled stream (W ") containing CO and CH 4 are generated.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der 1 1. A method according to claim 10, characterized in that the
Wasserstoffzwischenproduktstrom (W') einer C2-Hydrierungseinrichtung (213) zugeführt wird, in der der C2-Strom hydriert wird, wobei im C2-Strom enthaltenes Hydrogen intermediate stream (W ') of a C2 hydrogenation means (213) is supplied, in which the C2 stream is hydrogenated, wherein contained in the C2 stream
Acetylen zu Ethylen umgesetzt wird. Acetylene is converted to ethylene.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Recyclestrom (W") in den Rohgasverdichter (202) zurückgeführt wird. 12. The method according to claims 7 and 10, characterized in that the recycle stream (W ") is returned to the crude gas compressor (202).
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