WO2019206450A1 - Herstellung eines syntheseprodukts - Google Patents

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WO2019206450A1
WO2019206450A1 PCT/EP2019/025093 EP2019025093W WO2019206450A1 WO 2019206450 A1 WO2019206450 A1 WO 2019206450A1 EP 2019025093 W EP2019025093 W EP 2019025093W WO 2019206450 A1 WO2019206450 A1 WO 2019206450A1
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WO
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hydroformylation
electrolysis
carbon dioxide
raw gas
gas
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PCT/EP2019/025093
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Andreas Peschel
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Linde Aktiengesellschaft
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
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    • C07C45/50—Preparation 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
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a
  • Synthesis gas is a predominantly or exclusively carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture. Synthesis gas is currently produced by various methods, e.g. by steam reforming of natural gas or by
  • Hydrogen can also be produced by means of water electrolysis (for example by means of alkaline electrolysis or using a proton exchange membrane).
  • the production of carbon monoxide is possible by means of high-temperature electrolysis of carbon dioxide, as disclosed, for example, in WO 2013/131778 A2.
  • a synthesis gas can also be obtained.
  • Proton exchange membrane (English: Proton Exchange Membrane, PEM) can be used. In this case, the following cathode reactions take place:
  • the protons or other corresponding charge carriers are selectively transferred via a membrane from the anode to the cathode side.
  • the respective formation reactions compete at the cathode, resulting in synthesis gases with different hydrogen / carbon monoxide ratios.
  • other products of value may also be formed in the low-temperature co-electrolysis.
  • HT high temperature
  • SOEC solid oxide electrolysis cells
  • the oxygen ions are in this case conducted essentially selectively via a ceramic membrane from the anode to the cathode. It is not fully understood whether the reaction proceeds according to reaction equation 4 in the manner shown. It is also possible that only hydrogen is formed electrochemically and carbon monoxide forms according to the reverse water gas shift reaction in the presence of carbon dioxide: C0 2 + H 2 H 2 0 + CO (7)
  • the gas mixture formed in the high-temperature co-electrolysis is in the water gas shift equilibrium (or close to this).
  • the concrete nature of the formation of carbon monoxide has no influence on the present invention.
  • the object of the present invention is to utilize synthesis gas formed in a process for the production of synthesis gas using electrolysis in a particularly advantageous manner and to advantageously integrate the electrolysis into a higher-level process.
  • the present invention proposes a method for
  • streams, gas mixtures, etc. as used herein may be rich or poor in one or more components, with the term “rich” being for a content of at least 50%, 60%, 75%, 80%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and the statement “poor” for a maximum content of 50%, 40%, 25%, 20%, 10%, 5%, 2 %, 1%, 0.5%, 0.1% or 0.01% may be on a molar, weight or volume basis. If more than one component is specified, the term “rich” or “poor” refers to the sum of all components. For example, if this is "carbon monoxide" the speech, it can be a clean gas, but also an Carbon monoxide rich mixture act.
  • a gas mixture containing "predominantly” one or more components is particularly rich in this or this in the sense explained.
  • Material streams, gas mixtures, etc. may also be “enriched” or “depleted” in one or more components as used herein, which terms refer to a content in a starting mixture. They are “enriched” if they are at least 1, 1, 5, 1, 5, 2, 5, 10, 100, or 1, 000 times, "depleted,” if at most 0.9 times, 0.75 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of one or more components, based on the
  • Hydroformylation is also referred to as oxo synthesis and more rarely as Roelen synthesis or Roelen reaction. It is a homogeneously catalyzed reaction of olefins with carbon monoxide and hydrogen to produce aldehydes. By hydrogenating the primary aldehydes, alcohols such as n-butanol can be formed. In particular organometallic cobalt or rhodium compounds can be used as hydroformylation catalysts. The hydroformylation is typically carried out at pressures of about 10 bar to 100 bar and temperatures between 40 and 200 ° C. For further details and the running in the hydroformylation chemical reaction steps refer to relevant literature.
  • the electrolysis insert contains at least water (steam) in addition to the carbon dioxide and in this case the crude gas contains not only carbon monoxide and carbon dioxide but also hydrogen.
  • the electrolysis insert is free or substantially free of water and the raw gas is initially free from
  • Hydrogen For the subsequent reactions, hydrogen is subsequently added in this case. Hydrogen is a resource that is often available in the industrial environment and can therefore be used accordingly.
  • Hydrogen to the raw gas is also possible when using a co-electrolysis, and that if the hydrogen content of the raw gas itself should not be sufficient for the subsequent reactions.
  • the electrolysis is carried out as a co-electrolysis, a water-containing electrolysis insert used and the raw gas is formed as a raw gas containing hydrogen, or the electrolysis can be as pure
  • Carried out carbon dioxide electrolysis used a largely anhydrous electrolysis and the raw gas is formed as a largely hydrogen-free raw gas.
  • the at least carbon monoxide, carbon dioxide and optionally hydrogen-containing crude gas may also contain other components and by-products, in particular inert compounds.
  • largely anhydrous carbon dioxide is also meant “moist” carbon dioxide with up to 100%, 90%, 80%, 70%, 60% or 50% relative humidity.
  • the carbon monoxide contained in the crude gas and the carbon dioxide contained in the raw gas are fed to one or more hydroformylation reactors to obtain one or more hydroformylation products and to hydroformylation be subjected.
  • the hydroformylation is carried out as known in principle from the prior art.
  • the hydroformylation reactor or reactors, which are equipped with a suitable catalyst, typically also an olefin is fed, which with the components of the synthesis gas
  • hydroformylation reactor or reactors are in particular equipped with a catalyst of the type described above which can be present in particular with a ligand in a solvent (homogeneous catalysis). Other types of catalysis are possible.
  • At least a portion of the raw gas is used without carbon dioxide separation to form a hydroformylation use, which or the
  • Hydroformylation is supplied.
  • this particularly advantageous embodiment of the present invention is dispensed with a separation of carbon dioxide from the crude gas obtained in the electrolysis, whereby expensive carbon dioxide separation units can be omitted.
  • the raw gas contains in the case of co-electrolysis in addition to the components of the synthesis gas, ie
  • Carbon monoxide and hydrogen, in the co-electrolysis unreacted water and in co-electrolysis unreacted carbon dioxide While the water can be separated relatively easily by condensation and simple dryer due to its high boiling temperature, the removal of carbon dioxide proves to be significantly more expensive. The waiver of a carbon dioxide separation, however, is advantageous in a pure carbon dioxide electrolysis in the same way.
  • the hydroformylation when at least part of the raw gas is fed into it without carbon dioxide removal, acts as carbon dioxide removal, since in the hydroformylation carbon monoxide and hydrogen (which originate from the raw gas or can be added externally) are reacted. From a product mixture of the hydroformylation, the hydroformylation products can be separated much more easily than carbon dioxide because of their comparatively high boiling point, or these hydroformylation products are already present separately.
  • Liquid phase and an increasingly enriched with carbon dioxide gas phase is formed.
  • the residual mixture remaining after a corresponding product separation or the gas phase in the hydroformylation reactor has a significantly increased carbon dioxide content compared with the hydroformylation feed.
  • a hydroformylation feed is formed and fed to the hydroformylation reactor (s).
  • This hydroformylation feed may contain carbon monoxide and hydrogen (from the raw gas or from an external source) or carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, depending on whether carbon dioxide is removed or not.
  • the content of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, in each case based on the non-aqueous fraction, may be the same in the raw gas as in the hydroformylation insert, but may differ therefrom, especially if the crude gas or the
  • reaction feed may in particular comprise a condensed water separation, additionally or alternatively also a use of dryers and the like.
  • Components are in particular unreacted synthesis gas, ie carbon monoxide and hydrogen, and, if this or that
  • the components which are not reacted in the hydroformylation reactor or in the hydroformylation reactors and the hydroformylation products are used in a common manner
  • Component mixture in particular continuously, from the or
  • the components which are not reacted in the hydroformylation reactor (s) and the hydroformylation products are carried out in separate component mixtures, in particular discontinuously, from the hydroformylation reactor (s).
  • This embodiment of the invention is provided in particular in connection with discontinuously (ie in batch mode) operated hydroformylation reactors.
  • the present gas phase increasingly becomes increasingly enriched with the unreacted components and the liquid phase with the hydroformylation product (s).
  • the corresponding phases are carried out discontinuously from the reactor.
  • differentially effective separation or a different effective transition into the liquid phase is achieved. Especially when gaining heavier
  • Hydroformylation products may be complete or nearly complete
  • Process variants are also particularly suitable for the removal of any residues of (liquid) flydroformylation catalysts present.
  • Carbon dioxide an enrichment in a corresponding circuit, so that in this way the content of carbon dioxide can be increased in a fed into the electrolysis material flow.
  • hydroformylation also hydrogen and
  • the unreacted components in the hydroformylation reactor (s) are obtained in the form of a fraction (by separation or in the form of a gaseous phase from the hydroformylation reactor (s)) which is subjected to product separation before being converted into the product or mixtures thereof
  • Hydroformylation reactors unreacted components in the manner just described at least partially recycled. In this way, in particular in the case of lighter hydroformylation products, as mentioned, a recovery of hydroformylation products and / or olefins can take place.
  • the product separation can in particular in the form of a gas-liquid separation after a further cooling, a wash, for example with the or
  • Detergent a membrane separation and / or adsorption include.
  • Adsorption can on the one hand regenerative (in the form of a pressure or
  • the hydroformylation is advantageously carried out in such a way, for example by using appropriate olefins, that the hydroformylation product or products have a molecular weight of at least 58 or 86 g / mol.
  • the lightest hydroformylation product is propanal at 58 g / mol.
  • a ratio of hydrogen to carbon dioxide in the raw gas is 0.8 to 1.2.
  • the ratio may also be 0.9 to 1, 1 or substantially 1.
  • the electrolysis may be conducted at a first pressure level and the hydroformylation reactor (s) may be operated at a second pressure level, wherein the first pressure level and the second pressure level are the same or different. If the first and the second pressure levels are equal to one another, the crude gas can be fed to the hydroformylation without the use of compressors. In this case, however, the electrolysis device is to be designed according to the pressure test. Is the first
  • the present invention also extends to a plant for producing a synthesis product which is adapted to form an at least carbon dioxide and water-containing electrolysis insert and to obtain an at least
  • At least one hydroformylation reactor is provided and means are provided which are adapted to at least a portion of the contained in the raw gas
  • Figure 1 illustrates a system according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • Figure 2 illustrates a plant according to an embodiment of the invention in a schematic representation.
  • the present invention is illustrated with reference to co-electrolysis. However, the present invention can also, as mentioned several times, be used in connection with a pure carbon dioxide electrolysis.
  • FIG. 1 illustrates a plant according to a particularly preferred embodiment of the invention and designated 100 as a whole.
  • the central component of the system 100 is an arrangement 10 for carrying out a co-electrolysis of carbon dioxide of the kind explained in the opening paragraph
  • the arrangement 10 for carrying out the co-electrolysis water can also be supplied separately, as not illustrated separately in Figure 1.
  • a crude gas stream B is carried out, which contains in particular carbon monoxide, hydrogen and unreacted carbon dioxide and unreacted water of the feed stream A.
  • the crude gas stream B may also contain other components, for example inert gases.
  • It is fed to an arrangement 20 for carbon dioxide separation.
  • Carbon dioxide separation assembly 20 may be configured for adsorptive, absorptive, condensative, and / or membrane-based removal of carbon dioxide, as is well known in the art. For example, a laundry, a temperature swing adsorption, a pressure swing adsorption or another suitable method can be used.
  • From the arrangement 20 for carbon dioxide separation can in particular a
  • Synthesis gas stream C are carried out, which may contain predominantly or exclusively carbon monoxide and hydrogen. Furthermore, a carbon dioxide-rich stream D can be discharged from the arrangement 20 and returned to the arrangement 10 for carrying out the low-pressure co-electrolysis.
  • the synthesis gas stream C is fed to a hydroformylation assembly 30.
  • the hydroformylation assembly 30 may also be supplied with a hydrocarbon stream, which is not illustrated in FIG. It will be a
  • Formed crude product stream E which comprises the products of the hydroformylation and unreacted synthesis gas and a separator 40 is supplied.
  • a separation is carried out, for example, in the form of a gas-liquid separation, in which the products of the hydroformylation are separated.
  • the remaining synthesis gas can be recycled in the form of a recycle stream F into the hydroformylation arrangement 30.
  • the products of the hydroformylation are carried out in the form of a product stream G from Appendix 100.
  • FIG. 2 illustrates a plant according to a particularly preferred embodiment of the invention and designated overall by 200.
  • the plant 200 illustrated in FIG. 2 differs from the plant 100 illustrated in FIG. 1 in particular by the absence of the carbon dioxide separation arrangement 20. Instead, the raw gas stream B is here transferred directly into the arrangement 30 for hydroformylation.
  • a separation in the form of a gas-liquid separation is also carried out here, but in which here after separation of the products of Hydroformylation of synthesis gas with carbon dioxide remains.
  • This is recycled in the form of a recycle stream H either only in the arrangement 30 for hydroformylation or to some extent in the arrangement 10 for co-electrolysis.
  • the process carried out in the plant 200 according to FIG. 2 is particularly suitable for a hydroformylation in which long-chain products are formed, since otherwise the recycle stream H would also have alkenes and possibly aldehydes. If shorter-chain products are formed, they can also be separated from the recycle stream C, for example, by condensation in a product separation as explained above. This is not illustrated in FIG. For further explanations, reference is made to the above statements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Syntheseprodukts, bei dem ein zumindest Kohlendioxid und Wasser enthaltender Elektrolyseeinsatz gebildet und unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff enthaltenden Rohgases einer Ko-Elektrolyse unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des in dem Rohgas enthaltenen Kohlenmonoxids und des in dem Rohgas enthaltenen Kohlendioxids unter Erhalt eines oder mehrerer Hydroformylierungsprodukte einem oder mehreren Hydroformylierungsreaktoren zugeführt und einer Hydroformylierung unterworfen wird. Eine entsprechende Anlage (100, 200) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Herstellung eines Svntheseprodukts
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Syntheseprodukts und eine entsprechende Anlage gemäß den jeweiligen
Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Synthesegas ist ein überwiegend oder ausschließlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch. Synthesegas wird derzeit mittels unterschiedlicher Verfahren hergestellt, z.B. durch Dampfreformierung von Erdgas oder durch
Vergasung von Einsatzstoffen wie Kohle, Erdöl oder Erdgas und eine sich jeweils anschließende Aufreinigung.
Wasserstoff kann auch mittels Wasserelektrolyse (beispielsweise mittels alkalischer Elektrolyse oder unter Einsatz einer Protonenaustauschmembran) hergestellt werden. Die Herstellung von Kohlenmonoxid ist mittels Hochtemperaturelektrolyse von Kohlendioxid möglich, wie beispielsweise in der WO 2013/131778 A2 offenbart. Durch Mischung entsprechend hergestellten Wasserstoffs und Kohlenmonoxids kann ebenfalls ein Synthesegas erhalten werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Synthesegas stellt die Ko-Elektrolyse von Wasser und Kohlendioxid dar. Je nach dem verwendeten Elektrolyten und dem eingesetzten Katalysator existieren dabei unterschiedliche Ausgestaltungen, die sich insbesondere durch die Betriebstemperatur und die an den Elektroden ablaufenden elektrochemischen Reaktionen unterscheiden.
Nachfolgend werden die Reaktionsprinzipien der Ko-Elektrolyse von Wasser und Kohlendioxid beschrieben. Anstelle einer Ko-Elektrolyse von Wasser und Kohlendioxid kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch insbesondere auch eine reine Kohlendioxidelektrolyse zum Einsatz kommen. Es versteht sich, dass hier die die Wasserelektrolyse betreffenden Reaktionsgleichungen nicht zutreffen bzw. entsprechende Reaktionen nicht ablaufen. Auf eine separate Erläuterung wird jedoch der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
Bei der sogenannten Niedertemperatur-(NT-)Ko-Elektrolyse kann eine
Protonenaustauschmembran (engl. Proton Exchange Membrane, PEM) eingesetzt werden. In diesem Fall laufen die folgenden Kathodenreaktionen ab:
C02 + 2 e- + 2 H+ -» CO + H20 (1 ) 2 e_ + 2 H+— > H2 (2)
Es läuft ferner folgende Anodenreaktion ab:
H20 -» 1/2 02 + 2 H+ - 2e- (3) In Varianten entsprechender Verfahren können an der Anode anstelle von Protonen andere positive Ladungsträger wie Ionen eines Elektrolytsalzes gebildet, über eine entsprechend ausgestaltete Membran transportiert, und an der Kathode umgesetzt werden. Ein Beispiel für ein Elektrolytsalz ist Kaliumhydroxid. In diesem Fall handelt es sich bei den positiven Ladungsträgern um Kaliumionen. Weitere Varianten umfassen beispielsweise die Verwendung von Anionenaustauschmembranen (Anion Exchange Membranes, AEM). In sämtlichen Varianten erfolgt jedoch der Transport der
Ladungsträger nicht, wie in den nachfolgend erläuterten Festoxid-Elektrolysezellen, in Form von Sauerstoffionen, sondern in Form der erläuterten Ladungsträger. Zu Details sei beispielsweise auf Delacourt et al. (2008), J. Electrochem. Soc. 155(1 ), B42-B49, DOI: 10.1 149/1 .2801871 , verwiesen.
Die Protonen oder andere entsprechende Ladungsträger werden über eine Membran selektiv von der Anoden- zur Kathodenseite übertragen. An der Kathode konkurrieren dann, je nach gewähltem Katalysator, die jeweiligen Bildungsreaktionen, so dass sich Synthesegase mit unterschiedlichen Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Verhältnissen ergeben. Je nach Ausgestaltung des verwendeten Katalysators können bei der Niedertemperatur-Ko-Elektrolyse auch andere Wertprodukte gebildet werden. Bei der Hochtemperatur-(HT-)Ko-Elektrolyse, die unter Verwendung von Festoxid- Elektrolysezellen (engl. Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC) durchgeführt wird, werden die folgenden Kathodenreaktionen beobachtet bzw. postuliert: C02 + 2 e- -» CO + O2 (4)
H20 + 2 e- -» H2 + O2- (5)
Es laufen ferner folgende Anodenreaktion ab: 2 O2 — > 02 + 4 e- (6)
Die Sauerstoffionen werden hierbei im Wesentlichen selektiv über eine keramische Membran von der Anode zur Kathode geleitet. Es ist nicht vollständig geklärt, ob die Reaktion gemäß Reaktionsgleichung 4 in der dargestellten Weise abläuft. Es ist auch möglich, dass lediglich Wasserstoff elektrochemisch gebildet wird und Kohlenmonoxid sich entsprechend der umgekehrten Wassergas-Shiftreaktion in Anwesenheit von Kohlendioxid bildet: C02 + H2 H20 + CO (7)
In der Regel befindet sich das bei der Hochtemperatur-Ko-Elektrolyse gebildete Gasgemisch im Wassergas-Shift-Gleichgewicht (oder nahe bei diesem). Auf die vorliegende Erfindung hat die konkrete Art und Weise der Bildung des Kohlenmonoxids jedoch keinen Einfluss.
Weder bei der Hoch- noch bei der Niedertemperatur-Ko-Elektrolyse erfolgt i.d.R. ein vollständiger Umsatz von Kohlendioxid und Wasser, weshalb anschließend eine Abtrennung von Kohlendioxid erfolgen muss. Das Kohlendioxid kann zur Elektrolyse rezykliert werden. Das nach einer entsprechenden Abtrennung erhaltene Produkt ist ein Synthesegas mit je nach eingesetztem Katalysator unterschiedlichem
Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Verhältnis.
Die Elektrolyse von Kohlendioxid mittels Festoxid-Elektrolysezellen ist beispielsweise in der WO 2014/154253 A1 , der WO 2013/131778 A2, der WO 2015/014527 A1 und der EP 2 940 773 A1 beschrieben. Hierbei ist auch eine analoge Prozessführung für die Ko-Elektrolyse und eine entsprechende Herstellung von Synthesegas erwähnt. In den genannten Druckschriften ist ferner eine Trennung von Kohlendioxid und
Kohlenmonoxid unter Verwendung von Absorptions-, Adsorptions-, Membran- und kryogenen Trennverfahren offenbart, jedoch werden keine Details zur konkreten Ausgestaltung und insbesondere zu einer Kombination der Verfahren angegeben.
Die Ko-Elektrolyse von Kohlendioxid mittels Festoxid-Elektrolysezellen zu Synthesegas ist bisher nur im Labormaßstab beschrieben worden. Es wird insbesondere auf einen entsprechenden Artikel von Foit et al. (2016), Angew. Chem. 129 (20), Seiten 5488 bis 5498, DOI: 10.1002/ange.201607552, verwiesen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, in einem Verfahren zur Herstellung von Synthesegas unter Einsatz einer Elektrolyse gebildetes Synthesegas besonders vorteilhaft zu nutzen und die Elektrolyse in vorteilhafter weise in einen übergeordneten Prozess zu integrieren.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines Syntheseprodukts und eine entsprechende Anlage mit den
Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte
Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vor der Erläuterung der Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen nachfolgend weitere Grundlagen erläutert und hier verwendete Begriffe definiert werden.
Generell können Stoffströme, Gasgemische usw. im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei die Angabe "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 60%, 75%, 80%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und die Angabe "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 40%, 25%, 20%, 10%, 5%, 2%, 1 %, 0,5%, 0,1 % oder 0,01 % auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Sind mehrere Komponenten angegeben, bezieht sich die Angabe "reich" oder "arm" auf die Summe aller Komponenten. Ist hier beispielsweise von "Kohlenmonoxid" die Rede, kann es sich um ein Reingas, aber auch ein an Kohlenmonoxid reiches Gemisch handeln. Ein Gasgemisch, das "überwiegend" eine oder mehrere Komponenten enthält, ist insbesondere reich an dieser oder diesen im erläuterten Sinn. Stoffströme, Gasgemische usw. können im hier verwendeten Sprachgebrauch außerdem "angereichert" oder "abgereichert" an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen. Sie sind "angereichert", wenn sie zumindest den 1 ,1 -fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5- fachen, 10-fachen, 100-fachen oder 1 .000-fachen Gehalt, "abgereichert", wenn sie höchstens den 0,9-fachen, 0,75-fachen, 0,5-fachen, 0,1 -fachen, 0,01 -fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer oder mehrerer Komponenten, bezogen auf das
Ausgangsgemisch, enthalten.
Vorteile der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde die Kopplung einer Elektrolyse in Form einer Kohlendioxid-Ko-Elektrolyse oder einer reinen Kohlendioxidelektrolyse der eingangs erläuterten Art mit einer Hydroformylierung als besonders vorteilhaft erkannt, weil sich hierbei die Verfahrensprodukte der Elektrolyse in besonders vorteilhafter Weise in der nachgeschalteten Hydroformylierung nutzen lassen und sich
insbesondere im Hinblick auf eine Trennung eines in der Elektrolyse erhaltenen Rohgases Vorteile ergeben. Auf diese Weise kann ein Verfahren zur Gewinnung von entsprechenden Syntheseprodukten im Vergleich zum Stand der Technik besonders einfach und mit vergleichsweise geringem apparativem Aufwand durchgeführt werden.
Die Hydroformylierung wird auch als Oxosynthese und seltener als Roelen-Synthese oder Roelen-Reaktion bezeichnet. Es handelt sich hierbei um eine homogen katalysierte Reaktion von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff zur Herstellung von Aldehyden. Durch Hydrierung der primär entstehenden Aldehyde können dabei Alkohole wie n-Butanol gebildet werden. Als Hydroformylierungskatalysatoren können insbesondere metallorganische Cobalt- oder Rhodiumverbindungen eingesetzt werden. Die Hydroformylierung wird typischerweise bei Drücken von etwa 10 bar bis 100 bar und Temperaturen zwischen 40 und 200 °C durchgeführt. Zu weiteren Details und den bei der Hydroformylierung ablaufenden chemischen Reaktionsschritten sei auf einschlägige Fachliteratur verwiesen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dabei ein Verfahren zur Herstellung eines Syntheseprodukts vorgeschlagen, bei dem ein zumindest Kohlendioxid und optional Wasser enthaltender Elektrolyseeinsatz gebildet und unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und optional Wasserstoff enthaltenden Rohgases einer Elektrolyse unterworfen wird. Entsprechende Verfahren sind insoweit bekannt, wobei auf die einleitenden Erläuterungen ausdrücklich verwiesen wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine Hoch- oder Niedertemperatur-Ko- Elektrolyse zum Einsatz kommen. Auch der Einsatz einer reinen
Kohlendioxidelektrolyse ist jedoch, wie erwähnt möglich. Im Fall einer Ko-Elektrolyse enthält der Elektrolyseeinsatz neben dem Kohlendioxid zumindest Wasser (Dampf) und das Rohgas enthält in diesem Fall neben Kohlenmonoxid und Kohlendioxid auch Wasserstoff. Im Fall einer reinen Kohlendioxidelektrolyse ist der Elektrolyseeinsatz frei oder im Wesentlichen frei von Wasser und das Rohgas ist zunächst frei von
Wasserstoff. Für die nachfolgenden Reaktionen wird in diesem Fall Wasserstoff nachträglich zugegeben. Wasserstoff ist eine im industriellen Umfeld häufig verfügbare Resource, die daher entsprechend eingesetzt werden kann. Eine Zugabe von
Wasserstoff zum Rohgas ist auch bei Verwendung einer Ko-Elektrolyse möglich, und zwar dann, wenn der Wasserstoffgehalt des Rohgases an sich für die nachfolgenden Reaktionen nicht ausreichen sollte. Mit anderen Worten kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Elektrolyse als Ko-Elektrolyse durchgeführt, ein Wasser enthaltender Elektrolyseeinsatz verwendet und das Rohgas als Wasserstoff enthaltendes Rohgas gebildet werden, oder die Elektrolyse kann als reine
Kohlendioxidelektrolyse durchgeführt, ein weitgehend wasserfreier Elektrolyseeinsatz verwendet und das Rohgas als weitgehend wasserstofffreies Rohgas gebildet werden. Das zumindest Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und optional Wasserstoff enthaltende Rohgas kann auch weitere Komponenten und Nebenprodukte enthalten, insbesondere sich inert verhaltende Verbindungen. Unter "weitgehend wasserfreiem" Kohlendioxid wird hier auch "feuchtes" Kohlendioxid mit bis zu 100%, 90%, 80%, 70%, 60% oder 50% relativer Feuchte verstanden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil des in dem Rohgas enthaltenen Kohlenmonoxids und des in dem Rohgas enthaltenen Kohlendioxids unter Erhalt eines oder mehrerer Hydroformylierungsprodukte einem oder mehreren Hydroformylierungsreaktoren zugeführt und einer Hydroformylierung unterworfen werden. Die Hydroformylierung wird dabei wie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt durchgeführt. Dem oder den Hydroformylierungsreaktoren, die mit einem geeigneten Katalysator ausgestattet sind, wird dabei typischerweise auch ein Olefin zugeführt, das mit den Komponenten des Synthesegases
entsprechend umgesetzt wird. Hierbei kann es sich insbesondere um Ethen, Propen, Buten, Penten, Hexen, Hepten und höhere ungesättigte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise bis Dodecen, oder andere ein- und mehrfach ungesättigte Olefine handeln. Der oder die Hydroformylierungsreaktoren sind insbesondere mit einem Katalysator der zuvor erläuterten Art ausgestattet, der insbesondere mit einem Liganden in einem Lösungsmittel vorliegen kann (homogene Katalyse). Auch andere Arten der Katalyse sind möglich.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein Teil des Rohgases ohne Kohlendioxidabtrennung zur Bildung eines Hydroformylierungseinsatzes verwendet, welcher dem oder den
Hydroformylierungsreaktoren zugeführt wird. In dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auf eine Abtrennung von Kohlendioxid aus dem in der Elektrolyse erhaltenen Rohgas verzichtet, wodurch aufwendige Kohlendioxidabtrenneinheiten weggelassen werden können. Das Rohgas enthält im Fall einer Ko-Elektrolyse neben den Komponenten des Synthesegases, also
Kohlenmonoxid und Wasserstoff, in der Ko-Elektrolyse nicht umgesetztes Wasser und in der Ko-Elektrolyse nicht umgesetztes Kohlendioxid. Während dabei das Wasser aufgrund seiner hohen Siedetemperatur vergleichsweise einfach durch Kondensation und einfache Trockner abgetrennt werden kann, erweist sich die Abtrennung von Kohlendioxid als deutlich aufwendiger. Der Verzicht auf eine Kohlendioxidabtrennung ist jedoch bei einer reinen Kohlendioxidelektrolyse in gleicher weise vorteilhaft.
Die Hydroformylierung wirkt, wenn in diese zumindest ein Teil des Rohgases ohne Kohlendioxidabtrennung eingespeist wird, als Kohlendioxidabtrennung, da in der Hydroformylierung Kohlenmonoxid und Wasserstoff (der aus dem Rohgas stammen oder extern zugesetzt werden kann) umgesetzt werden. Aus einem Produktgemisch der Hydroformylierung lassen sich die Hydroformylierungsprodukte aufgrund ihres vergleichsweise hohen Siedepunkts gegenüber Kohlendioxid deutlich einfacher abtrennen bzw. liegen diese Hydroformylierungsprodukte bereits getrennt vor.
Letzteres ist insbesondere der Fall, wenn in einem entsprechenden Hydroformylierungsreaktor eine die Hydroformylierungsprodukte enthaltende
Flüssigphase und eine sich zunehmend mit Kohlendioxid anreichernde Gasphase gebildet wird. Das nach einer entsprechenden Produktabtrennung verbleibende Restgemisch bzw. die Gasphase im Hydroformylierungsreaktor weist gegenüber dem Hydroformylierungseinsatz einen deutlich erhöhten Kohlendioxidgehalt auf.
Eine klassische Kohlendioxidabtrennung kann beispielsweise mittels allgemein bekannter membranbasierter Verfahren, Adsorptionsverfahren
(Druckwechseladsorption, Temperaturwechseladsorption), Absorptionsverfahren (Chemisorption wie Aminwäsche oder Pysisorption mittels physikalischer Waschmittel wie Methanol) oder thermischer Verfahren (Kondensation oder Ausfrieren) abgetrennt werden. Insgesamt sind entsprechende Verfahren deutlich aufwendiger als die Wasserabtrennung. Daher ist in der genannten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der auf eine entsprechende Abtrennung von Kohlendioxid verzichtet werden kann, besonders vorteilhaft. Das nicht abgetrennte Kohlendioxid wird in der Hydroformylierung nicht umgesetzt und kann dem oder den entsprechenden Reaktoren wieder entnommen werden.
Mit anderen Worten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung zumindest eines Teils des Rohgases ein Hydroformylierungseinsatz gebildet und dem oder den Hydroformylierungsreaktoren zugeführt. Dieser Hydroformylierungseinsatz kann Kohlenmonoxid und Wasserstoff (aus dem Rohgas oder aus einer externen Quelle) oder Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthalten, je nachdem ob eine Abtrennung von Kohlendioxid erfolgt oder nicht. Der Gehalt an Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff kann, jeweils bezogen auf den nichtwässrigen Anteil, in dem Rohgas derselbe wie in dem Hydroformylierungseinsatz sein, sich hiervon jedoch auch unterscheiden, insbesondere wenn das Rohgas oder der
Hydroformulierungseinsatz unter Verwendung extern zugegebener Komponenten (wie Wasserstoff) oder rückgeführter Komponenten gebildet wird. Das Bilden des
Reaktionseinsatzes kann jedoch insbesondere eine kondensative Wasserabtrennung, zusätzlich oder alternativ auch eine Verwendung von Trocknern und dergleichen, umfassen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorteilhafterweise aus dem oder den Hydroformylierungsreaktoren in dem oder den Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzte Komponenten und das oder die Hydroformylierungsprodukte ausgeführt. Bei den in dem oder den Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten
Komponenten handelt es sich insbesondere um nicht umgesetztes Synthesegas, also Kohlenmonoxid und Wasserstoff, sowie, falls dem oder den
Hydroformylierungsreaktoren zugeführt, um Kohlendioxid aus dem Rohgas der Elektrolyse.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die in dem oder den in den Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten und die Hydroformylierungsprodukte in einem gemeinsamen
Komponentengemisch, insbesondere kontinuierlich, aus dem oder den
Hydroformylierungsreaktoren ausgeführt und die nicht umgesetzten Komponenten werden in einer Gas-Flüssig-Trennung zumindest teilweise von dem oder den
Hydroformylierungsprodukten in dem Komponentengemisch abgetrennt. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere im Zusammenhang mit kontinuierlich betriebenen Hydroformylierungsreaktoren vorgesehen, denen das gemeinsame Komponentengemisch im Wesentlichen permanent entnommen wird.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die in dem oder den in den Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten und die Hydroformylierungsprodukte hingegen in separaten Komponentengemischen, insbesondere diskontinuierlich, aus dem oder den Hydroformylierungsreaktoren ausgeführt. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere im Zusammenhang mit diskontinuierlich (also im Batchbetrieb) betriebenen Hydroformylierungsreaktoren vorgesehen. In einem entsprechenden Reaktor reichert sich die vorliegende Gasphase zunehmend mit den nicht umgesetzten Komponenten und die Flüssigphase zunehmend mit dem oder den Hydroformylierungsprodukten an. Die entsprechenden Phasen werden dabei diskontinuierlich aus dem Reaktor ausgeführt. Je nach Siedepunkt des oder der Hydroformylierungsprodukte wird dabei in den soeben erläuterten alternativen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung eine unterschiedlich effektive Abtrennung bzw. ein unterschiedlich effektiver Übergang in die Flüssigphase erzielt. Insbesondere bei Gewinnung schwererer
Hydroformylierungsprodukte kann eine vollständige oder nahezu vollständige
Abtrennung bzw. ein vollständiger oder nahezu vollständiger Übergang in die Flüssigphase erzielt werden. Entsprechendes gilt auch für das oder die der
Flydroformylierung unterworfenen Olefine. Weisen entsprechende Verbindungen einen ausreichend hohen Siedepunkt auf, verbleibt nach deren Abtrennung in der Gas- Flüssig-Trennung bzw. in der Gasphase des oder der Flydroformylierungsreaktoren ein leichtes Gasgemisch, das je nach Einsatz in den oder die Flydroformylierungsreaktoren ein im Wesentlichen reines Synthesegas ist (bei vorheriger Kohlendioxidabtrennung), also überwiegend oder ausschließlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, oder das (ohne vorherige Kohlendioxidabtrennung) zusätzlich Kohlendioxid enthält. Sind die Siedepunkte entsprechend geringer, sind in einer entsprechenden Fraktion hingegen ggf. noch Olefine und Flydroformylierungsprodukte enthalten. Diese können mittels einer Trennung abgetrennt werden, beispielsweise mittels einer geeigneten thermischen Abscheidung bei ausreichend tiefer Temperatur. Entsprechende
Verfahrensvarianten eignen sich insbesondere auch zur Abtrennung ggf. vorhandener Reste (flüssiger) Flydroformylierungskatalysatoren.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst, dass die in der Gas-Flüssig-Trennung von den Flydroformylierungsprodukten abgetrennten oder die in der Gasphase aus dem oder den Flydroformylierungsreaktoren
entnommenen und jeweils ggf. einer Trennung unterworfenen, in dem oder den in den Flydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten zumindest teilweise in den oder die Flydroformylierungsreaktoren und/oder in die Elektrolyse zurückgeführt werden. Durch die Umsetzung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff ist der Gehalt an Kohlendioxid in einer entsprechenden Fraktion erhöht. Die Rückführung in die Elektrolyse ermöglicht es, dieses Kohlendioxid zu weiterem Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzusetzen und damit die Ausbeute insgesamt zu erhöhen. Durch eine Rückführung in die Hydroformylierung erreicht man insbesondere im Fall von
Kohlendioxid eine Anreicherung in einem entsprechenden Kreislauf, so dass auf diese Weise der Gehalt an Kohlendioxid in einem in die Elektrolyse zugeführten Stoffstrom erhöht werden kann. In der Hydroformylierung werden auch Wasserstoff und
Kohlenmonoxid nicht vollständig umgesetzt, so dass ohne eine Rückführung in die Hydroformylierung und nur in die Elektrolyse zu große Anteile an Wasserstoff und Kohlenmonoxid rückgeführt werden. Eine Rückführung in beide Verfahrensschritte ermöglicht es, entsprechende Mengen einzustellen. Eine entsprechende Rückführung und Ausbeuteerhöhung ist möglich, ohne eine separate Abtrennung von Kohlendioxid mittels der bekannten Verfahren vornehmen zu müssen. Vorteilhafterweise werden die in dem oder den Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten in Form einer Fraktion erhalten (durch Abtrennung oder in Form einer Gasphase aus dem oder den Hydroformylierungsreaktoren), die einer Produktabtrennung unterworfen wird, bevor die in dem oder den in den
Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten in der soeben erläuterten Weise zumindest teilweise zurückgeführt werden. Auf diese Weise kann insbesondere im Falle leichterer Hydroformylierungsprodukte, wie erwähnt, eine Rückgewinnung von Hydroformylierungsprodukten und/oder Olefinen erfolgen. Die Produktabtrennung kann insbesondere in Form einer Gas-Flüssigtrennung nach einer weiteren Abkühlung, eine Wäsche, beispielsweise mit dem oder den
Hydroformylierungsprodukten oder schweren Kondensationsprodukten als
Waschmittel, eine Membrantrennung und/oder eine Adsorption umfassen. Die
Adsorption kann einerseits regenerativ (in Form einer Druck- oder
Temperaturwechseladsorption) oder auch als sogenannte "Guard Bed"-Adsorption ausgeführt werden, wobei auf diese Weise vorhandene Hydroformylierungsprodukte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe aus dem Recycle der Hydroformylierung zur Elektrolyse entfernt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Hydroformylierung vorteilhafterweise derart durchgeführt, beispielsweise durch Einsatz entsprechender Olefine, dass das oder die Hydroformylierungsprodukte ein Molekulargewicht von wenigstens 58 oder 86 g/mol aufweisen. Das leichteste Hydroformylierungsprodukt ist Propanal mit 58 g/mol. Eine Gas- Flüssigtrennung bzw. Anreicherung in der Flüssigphase in einem entsprechenden Hydroformylierungsreaktor ist hier typischerweise nur mit zusätzlichen Aufwand möglich, da Propanal zu beträchtlichen Anteilen auch in die jeweilige Gasphase übergeht. Propanal kondensiert bei 49 °C und kann somit nach der Reaktion durch Kondensation von den nicht umgesetzten Komponenten getrennt werden. Ab Pentanal mit 86 g/mol gehen die Hydroformylierungsprodukte (zumindest in nennenswertem Anteil) nicht mehr in die Gasphase über und bleiben im jeweiligen Lösemittel. Bei derartigen "schweren" Hydroformylierungsprodukten kann eine Abtrennung der nicht umgesetzten Komponenten Kohlenmonoxid, Wasserstoff und ggf. Kohlendioxid mittels einer einfachen Gas-Flüssig-Trennung bei Umgebungstemperatur oder die Gewinnung in der flüssigen Phase aus dem oder den Hydroformylierungsreaktoren wie erläutert erfolgen.
Aufgrund des entsprechenden Bedarfs in der Hydroformylierung wird ein
entsprechendes Verfahren insbesondere derart durchgeführt, dass ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlendioxid in dem Rohgas bei 0,8 bis 1 ,2 liegt. Insbesondere kann das Verhältnis auch bei 0,9 bis 1 ,1 bzw. im Wesentlichen 1 liegen.
In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Elektrolyse auf einem ersten Druckniveau durchgeführt werden und der oder die Hydroformylierungsreaktoren kann bzw. können auf einem zweiten Druckniveau betrieben werden, wobei das erste Druckniveau und das zweite Druckniveau gleich oder unterschiedlich sind. Gleichen das erste und das zweite Druckniveau einander, kann das Rohgas ohne den Einsatz von Verdichtern der Hydroformylierung zugeführt werden. In diesem Fall ist jedoch die Elektrolyseeinrichtung entsprechend drucktest auszugestalten. Ist das erste
Druckniveau geringer als das zweite, kann ggf. der Materialaufwand hier geringer gehalten werden. Die jeweiligen Vorteile wägt der Fachmann gegeneinander ab.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zur Herstellung eines Syntheseprodukts, die dafür eingerichtet ist, einen zumindest Kohlendioxid und Wasser enthaltenden Elektrolyseeinsatz zu bilden und unter Erhalt eines zumindest
Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff enthaltenden Rohgases einer
Elektrolyse zu unterwerfen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Hydroformylierungsreaktor bereitgestellt ist und Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, zumindest einen Teil des in dem Rohgas enthaltenen
Kohlenmonoxids und des in dem Rohgas enthaltenen Kohlendioxids unter Erhalt eines oder mehrerer Hydroformylierungsprodukte dem oder den
Hydroformylierungsreaktoren zuzuführen und in der erläuterten Weise einer
Hydroformylierung zu unterwerfen.
Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anlage sei auf die obigen, das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen betreffenden Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Entsprechendes gilt auch für eine entsprechende Anlage, gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
Figur 2 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Ko- Elektrolyse veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch, wie mehrfach erwähnt, im Zusammenhang mit einer reinen Kohlendioxidelektrolyse zum Einsatz kommen.
In Figur 1 ist eine Anlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet.
Die zentrale Komponente der Anlage 100 ist eine Anordnung 10 zur Durchführung einer Ko- Elektrolyse von Kohlendioxid der eingangs erläuterten Art. Dieser wird ein
Einsatzstrom A zugeführt, der Kohlendioxid und Wasser enthält. Gegebenenfalls kann der Anordnung 10 zur Durchführung der Ko-Elektrolyse Wasser auch separat zugeführt werden, wie in Figur 1 nicht gesondert veranschaulicht. Aus der Anordnung 10 zur Durchführung der Ko-Elektrolyse wird ein Rohgasstrom B ausgeführt, der insbesondere Kohlendmonoxid, Wasserstoff und nicht umgesetztes Kohlendioxid und nicht umgesetztes Wasser des Einsatzstroms A enthält. Der Rohgasstrom B kann auch weitere Komponenten enthalten, beispielsweise Inertgase. Er wird einer Anordnung 20 zur Kohlendioxidabtrennung zugeführt. Die Anordnung 20 zur Kohlendioxidabtrennung kann zur adsorptiven, absorptiven, kondensativen und/oder membranbasierten Entfernung von Kohlendioxid eingerichtet sein, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise kann eine Wäsche, eine Temperaturwechseladsorption, eine Druckwechseladsorption oder ein anderes geeignetes Verfahren zum Einsatz kommen.
Aus der Anordnung 20 zur Kohlendioxidabtrennung kann insbesondere ein
Synthesegasstrom C ausgeführt werden, der überwiegend oder ausschließlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthalten kann. Ferner kann aus der Anordnung 20 ein kohlendioxidreicher Stoffstrom D aus- und in die Anordnung 10 zur Durchführung der Niederdruck-Ko-Elektrolyse zurückgeführt werden.
Der Synthesegasstrom C wird einer Anordnung 30 zur Hydroformylierung zugeführt. Der Anordnung 30 zur Hydroformylierung kann auch ein Kohlenwasserstoffstrom zugeführt werden, der in Figur 1 jedoch nicht veranschaulicht ist. Es wird ein
Rohproduktstrom E gebildet, der die Produkte der Hydroformylierung und nicht umgesetztes Synthesegas umfasst und einer Trenneinrichtung 40 zugeführt wird.
In der Trenneinrichtung 40 wird eine Trennung zum Beispiel in Form einer Gas-Flüssig- Trennung durchgeführt, in der die Produkte der Hydroformylierung abgetrennt werden. Das verbleibende Synthesegas kann in Form eines Recyclestroms F in die Anordnung 30 zur Hydroformylierung zurückgeführt werden. Die Produkte der Hydroformylierung werden in Form eines Produktstroms G aus der Anlage 100 ausgeführt. In Figur 2 ist eine Anlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet.
Die in Figur 2 veranschaulichte Anlage 200, deren Komponenten ansonsten mit denselben Bezugszeichen veranschaulicht sind, unterscheidet sich von der in Figur 1 veranschaulichten Anlage 100 insbesondere durch das Fehlen der Anordnung 20 zur Kohlendioxidabtrennung. Stattdessen wird der Rohgasstrom B hier direkt in die Anordnung 30 zur Hydroformylierung überführt.
In der Trenneinrichtung 40 wird auch hier eine Trennung in Form einer Gas-Flüssig- Trennung durchgeführt, in der jedoch hier nach Abtrennung der Produkte der Hydroformylierung Synthesegas mit Kohlendioxid verbleibt. Dieses wird in Form eines Recyclestroms H entweder nur in die Anordnung 30 zur Hydroformylierung oder zu einem Teil auch in die Anordnung 10 zur Ko-Elektrolyse zurückgeführt. Wie erwähnt, eignet sich das in der Anlage 200 gemäß Figur 2 durchgeführte Verfahren insbesondere für eine Hydroformylierung, in der langkettige Produkte gebildet werden, da ansonsten der Recyclestrom H auch Alkene und ggf. Aldehyde aufweisen würde. Falls kürzerkettige Produkte gebildet werden, können diese auch beispielsweise kondensativ in einer Produktabtrennung wie zuvor erläutert aus dem Recyclestrom C abgetrennt werden. Dies ist in Figur 2 nicht veranschaulicht. Zu weiteren Erläuterungen wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Syntheseprodukts, bei dem ein zumindest
Kohlendioxid enthaltender Elektrolyseeinsatz gebildet und unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Rohgases einer Elektrolyse unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des in dem Rohgas enthaltenen Kohlenmonoxids und des in dem Rohgas enthaltenen Kohlendioxids unter Erhalt eines oder mehrerer
Hydroformylierungsprodukte einem oder mehreren Hydroformylierungsreaktoren zugeführt und einer Hydroformylierung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Elektrolyse als Ko-Elektrolyse durchgeführt, ein Wasser enthaltender Elektrolyseeinsatz verwendet und das Rohgas als Wasserstoff enthaltendes Rohgas gebildet wird, oder bei dem die Elektrolyse als reine Kohlendioxidelektrolyse durchgeführt, ein weitgehend wasserfreier
Elektrolyseeinsatz verwendet und das Rohgas als weitgehend wasserstofffreies Rohgas gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Teil des Rohgases ohne
Kohlendioxidabtrennung zur Bildung eines Hydroformylierungseinsatzes verwendet wird und der Hydroformylierungseinsatz dem oder den
Hydroformylierungsreaktoren zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei bei der Bildung des
Hydroformylierungseinsatzes dem Rohgas oder dessen zur Bildung des
Hydroformylierungseinsatzes verwendeten Teil Wasserstoff zugegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Bilden des Reaktionseinsatzes eine kondensative Wasserabtrennung umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei aus dem oder den
Hydroformylierungsreaktoren in dem oder den Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzte Komponenten und das oder die Hydroformylierungsprodukte ausgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei dem die in dem oder den in den
Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten und die
Hydroformylierungsprodukte in einem gemeinsamen Komponentengemisch aus dem oder den Hydroformylierungsreaktoren ausgeführt werden und wobei die nicht umgesetzten Komponenten in einer Gas-Flüssig-Trennung zumindest teilweise von dem oder den Hydroformylierungsprodukten abgetrennt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei dem die in dem oder den in den
Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten und die
Hydroformylierungsprodukte in separaten Komponentengemischen aus dem oder den Hydroformylierungsreaktoren ausgeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die in dem oder den in den
Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten zumindest teilweise in den oder die Hydroformylierungsreaktoren und/oder in die Elektrolyse zurückgeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die in dem oder den
Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten Komponenten in Form einer Fraktion erhalten werden, die einer Produktabtrennung unterworfen wird, bevor die in dem oder den in den Hydroformylierungsreaktoren nicht umgesetzten
Komponenten zumindest teilweise zurückgeführt werden.
1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die
Hydroformylierung derart durchgeführt wird, dass das oder die
Hydroformylierungsprodukte ein Molekulargewicht von wenigstens 58 oder wenigstens 86 g/mol aufweisen.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlendioxid in dem Rohgas bei 0,8 bis 1 ,2 liegt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Elektrolyse auf einem ersten Druckniveau durchgeführt wird und bei dem der oder die
Hydroformylierungsreaktoren auf einem zweiten Druckniveau betrieben wird oder werden, wobei das erste Druckniveau und das zweite Druckniveau gleich oder unterschiedlich sind.
14. Anlage (100, 200) zur Herstellung eines Syntheseprodukts, die dafür eingerichtet ist, einen zumindest Kohlendioxid und Wasser enthaltenden Elektrolyseeinsatz zu bilden und unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff enthaltenden Rohgases einer Elektrolyse zu unterwerfen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hydroformylierungsreaktor bereitgestellt ist und Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, zumindest einen Teil des in dem Rohgas enthaltenen Kohlenmonoxids und des in dem Rohgas enthaltenen Kohlendioxids unter Erhalt eines oder mehrerer Hydroformylierungsprodukte dem oder den Hydroformylierungsreaktoren zuzuführen und einer Hydroformylierung zu unterwerfen.
15. Anlage (100, 200) nach Anspruch 14, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.
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