WO2023031284A1 - Method and apparatus for preparing a target compound - Google Patents

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WO2023031284A1
WO2023031284A1 PCT/EP2022/074222 EP2022074222W WO2023031284A1 WO 2023031284 A1 WO2023031284 A1 WO 2023031284A1 EP 2022074222 W EP2022074222 W EP 2022074222W WO 2023031284 A1 WO2023031284 A1 WO 2023031284A1
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steam cracker
fraction
hydroformylation
fed
hydrogenation
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PCT/EP2022/074222
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Ernst Haidegger
Günther KRACKER
Andreas Meiswinkel
Hans-Jörg ZANDER
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Linde Gmbh
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    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for producing a target compound according to the preambles of the independent patent claims.
  • hydrocarbon feeds or mixtures of different hydrocarbon feeds can be used in steam cracking, e.g. hydrocarbon feeds containing predominantly or exclusively ethane, propane or hydrocarbons with four carbon atoms (hereinafter “C4 hydrocarbons” for short) and liquefied petroleum gas (LPG) in so-called gas crackers and e.g., naphtha, Atmospheric Gasoil (AGO; Vacuum Gasoil, VGO) and heavier feeds in so-called liquid crackers.
  • AGO Atmospheric Gasoil
  • VGO Vacuum Gasoil
  • liquid crackers e.g., light and heavy inserts can also be used at the same time.
  • the products produced during steam cracking are also heavier fractions such as in particular C4 hydrocarbons and higher fractions, for example fractions containing predominantly or exclusively hydrocarbons with five carbon atoms (hereinafter “C5 hydrocarbons” for short).
  • C4 hydrocarbons and higher fractions for example fractions containing predominantly or exclusively hydrocarbons with five carbon atoms (hereinafter “C5 hydrocarbons” for short).
  • C5 hydrocarbons for short.
  • the proportion of the higher fractions depends on the use of the steam cracker and generally increases with the carbon number or the boiling range of the feed. Especially with liquid crackers also arise appreciable proportions of aromatics.
  • hydrogen and methane are produced, as well as small amounts of carbon monoxide and carbon dioxide.
  • a steam cracker includes the necessary equipment and process steps (here also referred to as “process units") for separating light components, in particular a so-called demethanizer for separating a fraction containing predominantly or exclusively methane and possibly lighter components such as hydrogen and carbon monoxide ( hereinafter referred to as "Clminus fraction”) and for the recovery of corresponding product fractions, e.g. a fraction containing predominantly or exclusively hydrocarbons with two carbon atoms (hereinafter referred to as "02 fraction”), and a fraction containing predominantly or exclusively hydrocarbons with three carbon atoms (hereinafter referred to as " 03 faction").
  • process units for separating light components
  • demethanizer for separating a fraction containing predominantly or exclusively methane and possibly lighter components such as hydrogen and carbon monoxide
  • Clminus fraction hydrogen and carbon monoxide
  • C2/C3 separation a C2 fraction from a C3 fraction
  • C3/C4 separation a C3 fraction from a C4 fraction
  • facilities for obtaining the olefins ethylene and propylene as target products e.g. a facility for separating a fraction containing predominantly or exclusively ethane and a fraction containing predominantly or exclusively ethylene from one another (hereinafter “C2 splitter” for short), and a facility for separation for separating a fraction containing predominantly or exclusively propane and a fraction containing predominantly or exclusively propylene from one another (hereinafter referred to as “C3 splitter”).
  • Carbon dioxide can be removed to specification upstream by means of a carbon dioxide removal facility, usually configured as a caustic scrubber.
  • the term "predominantly” is intended generally to mean greater than 75%, 80%, 90%, 95%, or 99% of a component or group of components on a mole, weight, or ollume basis.
  • a C2 fraction, a C3 fraction, a C4 fraction, a C5 fraction and the like are referred to below for simplification, even if the corresponding fractions are not exclusively made up of the main component mentioned in each case (e.g. C2 hydrocarbons, O3 hydrocarbons, C4 hydrocarbons or C5 hydrocarbons) exist, but (only) predominantly contain them.
  • C2 hydrocarbons, O3 hydrocarbons, C4 hydrocarbons or C5 hydrocarbons e.g. C2 hydrocarbons, O3 hydrocarbons, C4 hydrocarbons or C5 hydrocarbons
  • steameracker is used here to refer to a plant that includes the actual cracker furnace or furnaces, which can be designed with convection and radiation zones in the usual way, but also includes downstream separating devices and processing devices. Steam crackers can be set up to heat the cracking furnaces with a fuel gas or other fuel, or to heat the cracking furnaces electrically.
  • devices for selective hydrogenation can be used to hydrogenate polyunsaturated hydrocarbons (dienes and acetylenes) to olefins.
  • Fractions rich in olefins in particular C4 and/or C5 fractions
  • C4 and/or C5 fractions can be hydrogenated at least in part in facilities for full hydrogenation that may be present, so that they can be returned to a cracking furnace as a valuable input stream.
  • steam crackers usually contain devices for the selective hydrogenation of a C2 fraction (hereinafter referred to as “C2 selective hydrogenation”).
  • C2 selective hydrogenation serves in particular to reduce the acetylene content in the ethylene product to specification.
  • acetylene is selectively hydrogenated to ethylene over suitable catalysts.
  • nickel-based catalysts were initially used, nowadays palladium-based catalysts in particular are used, which are preferably modified with suitable dopants such as silver, cerium, gold and/or other elements.
  • carbon monoxide serves as a moderator and the carbon monoxide content in the C2 selective hydrogenation is typically in the range from 50 to 2,500 vol. -ppm, in particular 100 to 1500 vol. -ppm, further in particular 150 to 1000 vol. -ppm At higher concentrations, CO acts as an inhibitor for hydrogenation.
  • High carbon monoxide levels in the C2 selective hydrogenation can only be compensated to a limited extent by a higher temperature, which may also lead to a loss of ethylene.
  • the maximum temperature is limited on the one hand by the design temperature of the reactor, especially in existing plants, but also by the operating window of the catalyst. If the above temperature range is exceeded, the C2 selective hydrogenation can no longer be operated or the use of specially adapted catalysts is required.
  • the C2 selective hydrogenation in the form of a raw gas hydrogenation can be positioned immediately after compression, caustic washing and drying.
  • Crude gas hydrogenation is used in particular in gas crackers.
  • higher polyunsaturated hydrocarbons are also converted at least partially (in particular butadiene, methylacetylene and propadiene).
  • Typical carbon monoxide contents in a raw gas hydrogenation are in the lower range of the above range, i.e. in particular at 50 to 1000 vol. -ppm or 50 to 500 vol. -ppm
  • the C2 selective hydrogenation can also be positioned in the form of a front-end hydrogenation after a C2/C3 separation and in particular upstream of a C2 splitter. This is therefore a pure acetylene hydrogenation.
  • corresponding amounts of methane, hydrogen and carbon monoxide are also contained in the input stream (feed stream) of the C2 selective hydrogenation.
  • typical carbon monoxide contents are higher here than in the case of crude gas hydrogenation, i.e. in particular in the range from 100 to 2,500 vol. -ppm or 100 to 1,500 vol. -ppm
  • the arrangement after a C3/C4 separation is also known as a variant, in which case the feed stream from the hydrogenation also includes C3 hydrocarbons. Similar to the crude gas hydrogenation, the corresponding higher polyunsaturated hydrocarbons are then at least partially converted.
  • a so-called tail end hydrogenation is also known and is particularly relevant in the context of the present invention, in which at least the clminus fraction is separated off before the hydrogenation and accordingly a stoichiometric metered addition of hydrogen is required.
  • lighter molecules and thus in particular also carbon monoxide are removed from the process stream, so that carbon monoxide has no effect on the tail end hydrogenation.
  • Noble metal catalysts which are usually also palladium-based, are also used in a tail end hydrogenation.
  • the cracking furnaces of a steam cracker are usually fired by burning a fuel gas (e.g. natural gas, methane).
  • a fuel gas e.g. natural gas, methane
  • the so-called tail gas fraction is currently used as heating gas to fire the cracking furnaces.
  • the tail gas fraction is separated off in a demethanization process and essentially consists of methane, hydrogen and small amounts of carbon monoxide. It is therefore a Clminus faction.
  • gas crackers and especially in steamer tanks that use ethane there is a particularly high proportion of hydrogen in the tail gas fraction.
  • the present invention also relates to the production of synthesis gas. This is also known and, for example, in the article "Gas Production” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online edition December 15, 2006, DOI 10.1002/14356007. a12_169.pub2.
  • a method for generating synthesis gas are for the present invention in particular the reforming, ie a conversion of hydrocarbons such as in particular of methane, in particular with steam, in synthesis gas, the so-called dry reforming with a carbon dioxide feed and an increase in the carbon monoxide content in the synthesis gas, and the partial oxidation relevant.
  • a water-gas shift can be used to adjust the ratio of hydrogen to carbon monoxide.
  • the synthesis gas obtained by means of appropriate methods is usually processed by means of carbon dioxide removal, which usually includes at least one amine wash.
  • a lye wash can optionally be used for fine cleaning.
  • Propylene product to recycle the C3 fraction in the steam cracker
  • a suitable process for generating synthesis gas including reforming, dry reforming and partial oxidation, as well as gasification.
  • the product stream from a hydroformylation of ethylene also contains other components in addition to propanal. More or less high proportions of lighter hydrocarbons can also already be present in the starting material stream of the hydroformylation, but then in particular also in the product stream after the hydroformylation.
  • lighter hydrocarbons After the hydroformylation, these lighter hydrocarbons must be removed from the propanal product in a suitable manner.
  • the lighter hydrocarbons can in particular include unreacted ethylene, but also ethane from the feed stream or as a by-product of the hydroformylation. This task is made even more difficult if significant amounts of other light components (hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane or generally lower-boiling hydrocarbons than the aldehyde) are present, i.e. no further separation, removal and/or reaction of these components takes place beforehand in the process .
  • carbon monoxide and hydrogen are reacted as reactants in the hydroformylation, depending on the feed composition and the precise reaction conditions (achieved conversion), proportionate amounts of these substances can be present in the hydroformylation product stream.
  • US 9,856,198 B1 discloses integrated processes for using hydroformylation reaction strategies to efficiently convert ethylene in ethylene feed mixtures to C3 (i.e., 3 carbon atom) products such as propionaldehyde, 1-propanol, propylene, propanoic acid and the like.
  • One aspect is to partially purify an ethane/ethylene mixture containing feed rather than attempting a more complete purification.
  • a partial purification is said to be technically and economically feasible and associated with lower costs and enable hydroformylation with high productivity and lower hydrogen and CO requirements. Since smaller amounts of such a synthesis gas are used in the hydroformylation reaction and the reactants remaining in the subsequent hydroformylation have a more favorable profile, recycling strategies are said to be much easier to apply.
  • WO 02/02496 A1 describes a process sequence of steam cracking and hydroformylation, with purification and provision of an olefin-rich fraction taking place between these two steps, in particular by means of a splitter as input for the hydroformylation. Mention is also made of recirculating a stream consisting essentially of the olefin from the feed for the hydroformylation and the corresponding paraffin. According to Exemplary embodiment and drawings, this publication is aimed in particular at propylene as a feedstock for the hydroformylation, and the recirculation takes place directly into the aforementioned splitter. An extractive distillation and subsequent steps such as hydrogenation and dehydration are not mentioned.
  • the present invention moves in an environment that is characterized by a number of framework conditions and requirements.
  • propylene especially in relation to ethylene, also known as the "propylene gap”
  • existing technologies for propylene synthesis such as metathesis, so-called methanol-to-olefins or methanol-to-propylene processes and propane dehydrogenation have certain disadvantages.
  • methanol-to-olefins or methanol-to-propylene processes and propane dehydrogenation have certain disadvantages.
  • a reduction in the carbon footprint of (petro)chemical plants and a reduction or avoidance of waste streams is desirable.
  • the present invention proposes recycling the top stream of a C2/C3 separation (hereinafter referred to as "light fraction") downstream of a hydroformylation of ethylene in a steam cracker, where, as mentioned, the term "steam cracker” is associated with the cracking furnace or furnaces Separating devices and other system components should designate.
  • the C2/C3 separation can be arranged directly downstream of the hydroformylation, or also downstream of a subsequent hydrogenation.
  • the feedback is not, as known from the prior art, directly in a C2 splitter, but in a or several process units upstream of this. In particular, these process units can represent separation units which are arranged downstream of one or more cracking furnaces of the steam cracker.
  • a recycling according to the invention takes place, in particular in comparison with methods according to the prior art, downstream of the cracking furnace or furnaces, ie between the one or more cracking furnaces and one or more further process units or directly into one or more such process units, these one or several process units but is or are arranged upstream of the C2 splitter.
  • interfering components contained in the light fraction can be at least largely separated off or converted and these are not, or to a lesser extent, converted into the fractions formed in the C2 splitter.
  • a possible accumulation of such components in an otherwise closed circuit can be effectively prevented.
  • the present invention proposes a process for preparing a target compound in which a hydroformylation feed mixture is subjected to hydroformylation to obtain a hydroformylation product mixture and in which at least part of the hydroformylation product mixture is subjected to a light fraction and a heavy fraction is subjected to a C2/C3 separation.
  • the hydroformylation feed mixture contains (at least) ethylene.
  • the hydroformylation product mixture contains at least one compound having three carbon atoms in the form of or comprising propanal and at least one compound boiling lower than propanal.
  • the light fraction contains predominantly or exclusively the at least one lower-boiling compound than propanal, ie at least one compound which has a boiling point lower than that of propanal.
  • These are in particular hydrocarbons with two carbon atoms, in particular ethane and/or ethylene, the term “predominantly” having already been explained above.
  • hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and methane can also be included in this formulation.
  • the heavy fraction contains predominantly or exclusively the at least one compound with three carbon atoms.
  • the light fraction or one or more parts thereof is fed to a steam cracker having a separating part.
  • the separating part comprises a C2 splitter and the light fraction or the one or more parts is or are, as also explained below in configurations, upstream of one or more process units that is or are arranged upstream of the C2 splitter and downstream one or more cracking furnaces of the steam cracker fed to the steam cracker.
  • the one or more process units that is or are arranged upstream of the C2 splitter is, in particular, one or more separation units and/or one or more units for the selective hydrogenation of acetylenes.
  • a “steameracker” is understood to mean an arrangement of one or more cracking furnaces, which can be designed in any desired manner and in particular in a manner that is customary for corresponding processes, and a separating part.
  • a separation part can include a "warm” part with compression, carbon dioxide separation, water washing, drying and the like, as is basically known from the technical literature cited.
  • it also includes a “cold” part, which can also be designed in the manner customary in the art and, in particular, includes rectification columns and condensative separation units that are operated at cryogenic temperatures.
  • the C2 splitter can in particular be provided downstream of a separation of hydrocarbons with two carbon atoms from lighter components from a mixture which predominantly or exclusively contains the hydrocarbons with two carbon atoms and the lighter components, ie downstream of a demethanizer which in particular, it can in turn be arranged downstream of a deethanizer.
  • the C2 splitter can also be downstream of a Separation of hydrocarbons with two carbon atoms from heavier components from a mixture which contains predominantly or exclusively the hydrocarbons with two carbon atoms and the heavier components, ie downstream of a deethanizer which in turn can in particular be arranged downstream of a demethanizer.
  • a fundamental step that is carried out within the scope of the present invention consists in recycling the overhead stream from the C2/C3 separation into the steam cracker, with the C2/C3 separation basically also being able to be arranged downstream of a hydrogenation, but the recycling not in the cracking furnace or furnaces of the steam cracker but at a position downstream thereof.
  • the steam cracker can process any suitable hydrocarbon feed, but the present invention is particularly advantageous in the case of light feeds in gas crackers (ethane, propane, C4 fractions, LPG or mixtures thereof), and in particular ethane.
  • gas crackers ethane, propane, C4 fractions, LPG or mixtures thereof
  • ethane lighter feeds in gas crackers
  • ethylene and propylene which can be adjusted as required, can be achieved.
  • only a pure propylene product can be obtained.
  • other light and heavy inserts or mixtures thereof can also be used.
  • the steam cracker has one or more at least partially electrically heated cracking furnaces.
  • hydrogen can be used at least partially for firing in at least one cracking furnace of the steam cracker.
  • Corresponding hydrogen or a hydrogen-enriched fraction can be separated off in particular from a tail gas fraction, for example by means of an adsorptive process such as pressure swing adsorption. It is also possible to use hydrogen for hydrogenations and other process steps, as explained below.
  • the invention is based on a suitable feed stream for the hydroformylation, which is rich in ethylene, and in particular additionally on a synthesis gas stream from a process for generating synthesis gas.
  • the term synthesis gas generation should include in particular the processes of reforming, dry reforming and partial oxidation.
  • the hydroformylation feed mixture comprising the ethylene is provided in particular using at least part of a steam cracker product mixture provided by means of the steam cracker or at least a fraction thereof. Regardless of the type of preparation, the hydroformylation feed mixture contains in particular at least 25 percent by volume of ethylene.
  • the ethylene can be provided as a clean fraction from the steam cracker and/or another source. At least part of a fraction, which mainly contains hydrocarbons with two carbon atoms and lower-boiling compounds (hereinafter referred to as “C2minus fraction”) from the steam cracker can be channeled unseparated through the hydroformylation. In addition, if required, pure ethylene can still be obtained as a product in the steam cracker.
  • C2minus fraction hydrocarbons with two carbon atoms and lower-boiling compounds
  • appropriately diluted ethylene fractions can also be used as the hydroformylation feed stream, i.e. in the hydroformylation feed mixture, for example from an oxidative dehydrogenation of ethane and/or from an oxidative coupling of methane. It is always possible to use ethylene from another source in addition to using ethylene from the steam cracker.
  • ethylene-rich streams from several of the sources mentioned above.
  • at least part of the ethylene-rich stream originates from a steam cracker, as already mentioned.
  • the hydroformylation feed mixture comprises a first portion of a steam cracker product mixture (containing ethylene) that is provided using a steam cracker, or at least a fraction or portion thereof, and a second portion of a synthesis gas that is Using a synthesis gas production (of the kind mentioned) is provided, or at least a fraction or part thereof, is formed, whereby the synthesis gas production consists predominantly or exclusively of methane or methane and tail gas fraction containing lighter than methane boiling compounds provided using the steam cracker, or at least a fraction or portion thereof.
  • the steam cracker can in particular have one or more at least partially electrically heated cracking furnaces and/or the synthesis gas can be generated using at least partially electrically provided heat.
  • a tail gas fraction of the type explained is free for alternative use, so that it or the methane contained therein can be used as a material, in particular in the production of synthesis gas.
  • hydrogen can be used at least partially for firing in at least one cracking furnace of the steam cracker and/or in the production of synthesis gas.
  • Corresponding hydrogen or a hydrogen-enriched fraction can be separated off in particular from the tail gas fraction of the steam cracker, for example by means of an adsorptive process such as pressure swing adsorption.
  • a remaining methane fraction or a methane-enriched fraction can then be fed at least in part as the mentioned part or the mentioned fraction of the synthesis gas production.
  • hydrogen can be at least partially separated from the tail gas fraction or any other fraction or any other gas mixture and fed to a hydrogenation and/or a further process step and/or to a firing.
  • hydrogen can also be at least partially separated off from the synthesis gas and fed to a hydrogenation and/or to a further process step and/or to a firing.
  • the remainder, or a corresponding part thereof represents the fraction or portion of the synthesis gas fed to the synthesis reaction.
  • ethylene-rich streams may contain more than 20%, more than 30%, more than 50%, more than 60% and more than 75% ethylene by volume, and typically less than 80% by volume. contain ethylene.
  • a “pure fraction” from a steam cracker is used, the ethylene content is in particular more than 95% by volume, more than 98% by volume, more than 99% by volume or more than 99.5% by volume.
  • the light fraction or the part(s) fed to the steam cracker can have a corresponding ethylene content, which can also be up to 99.9% by volume in particular.
  • a demethanizer of the steam cracker does not necessarily have to comply with the usually strict ethylene specifications with regard to the Clminus fraction (in particular hydrogen, carbon monoxide and methane).
  • the corresponding compounds rather serve as a reactant (hydrogen and carbon monoxide) or act as an inert medium (methane and ethane) and are then advantageously separated off only in the C2/C3 separation downstream of the hydroformylation.
  • the overhead stream of the demethanizer or a separated partial stream thereof can advantageously be used at least in part as feed stream for any synthesis gas generation that may be present.
  • a separated partial flow can be depleted in hydrogen in particular, e.g. by means of membrane or adsorption processes (in particular by means of pressure swing adsorption).
  • Propanal can initially be an independent product of value or target compound, but in particular the complete or partial further conversion to propanol (by hydrogenation of the propanai) and/or to propylene (by subsequent dehydration of the propanol) is possible and can be a preferred component of the present invention.
  • the propanal can therefore represent the target compound or the propanal can alternatively or at least in part be converted to a subsequent compound representing the target compound.
  • a light fraction can be separated off from the propanal or propanol in the context of the present invention.
  • the C2/C3 separation downstream of the hydroformylation or, alternatively, of a subsequent hydrogenation can particularly preferably be carried out in the form of or comprising an extractive distillation. As mentioned, it can be arranged directly downstream of the hydroformylation, or alternatively downstream of a subsequent hydrogenation.
  • extractive distillation is a distillation process for separating liquid mixtures using a comparatively high-boiling, particularly selective solvent, which is also referred to here as an entraining agent. Extractive distillation is based on the fact that the relative volatility of the components to be separated is influenced by the entrainer. Here, in particular, the relative volatility of one of the components can be increased or the activity coefficients of the components to be separated can be changed significantly in different directions. The result is a positive change in the separation factor in terms of separation technology.
  • propanol can also serve in particular as a solvent in the hydroformylation and/or as an extractant in an extractive distillation and can accordingly be returned to the hydroformylation and/or extractive distillation.
  • a return to the decomposition section of a steam cracker takes place in a suitable manner, in particular upstream of a demethanizer or demethanization.
  • a suitable manner in particular upstream of a demethanizer or demethanization.
  • it is also possible to feed in further upstream in the steam cracker i.e. upstream of compression or individual compressor stages, upstream of a caustic wash and/or upstream of a first separation (in particular a C2/C3 and/or C3/C4 separation), but downstream of the cracking furnace(s).
  • a first separation in particular a C2/C3 and/or C3/C4 separation
  • the feed stream from the synthesis reaction contains ethane
  • this stream is converted into the light fraction.
  • the ethane can be reused as feedstock by appropriate recycling downstream of the cracking furnace or furnaces. To avoid additional outlay on equipment, however, this stream is returned to the splitting section upstream of a C2 splitter.
  • the ethane contained in the input stream of the synthesis reaction is therefore not fed back directly into a cracking furnace, but first runs through further process steps in the decomposition part of the steam cracker. In this way, the ethane is then also available as input for the steam cracker.
  • Such recycling according to one embodiment of the invention makes it possible to achieve efficient separation and use of the light components present in these streams, even if correspondingly dilute ethylene fractions are used or mixed in. Additional separation effort is avoided in this way and the Clminus fraction can be utilized according to the invention with the tail gas fraction, as described above.
  • Crude propylene after dehydration, if formed, can optionally be recycled to the separation section of a steam cracker.
  • fractions that are rich in ethane and/or propane can also be returned to the steam cracker.
  • C2 to C5 hydrocarbons, i.e. in particular ethane and propane, but also C4 fractions, LPG) there are only low aromatic content in the found in higher hydrocarbon fractions.
  • These fractions can thus also be easily recycled into the steam cracker, optionally after at least partial hydrogenation of mono- and polyunsaturated hydrocarbons.
  • Water from the process occurring in the separation after a dehydration can be returned at least partially as steam to at least one cracking furnace and/or to the synthesis gas production.
  • the present invention also extends to a plant for the production of a target compound, with respect to which reference is expressly made to the corresponding independent patent claim.
  • a corresponding system which is preferably set up to carry out a method as explained above in different configurations, benefits in the same way from the advantages already mentioned above.
  • the present invention creates an optimized use of the top stream of a C2/C3 separation downstream of a hydroformylation of ethylene.
  • Incineration or recycling in a furnace can be avoided.
  • a reduction or avoidance of carbon dioxide emissions or waste streams can be achieved.
  • the tail gas fraction of the steam cracker i.e. in particular its methane and/or hydrogen content, is used particularly advantageously.
  • a reduction or avoidance of carbon dioxide emissions or waste streams can also be achieved in this way. This reduction is particularly pronounced in the case of electrical heating and/or the use of hydrogen for firing.
  • the integration of steam cracker and hydroformylation provided according to one embodiment of the invention enables an efficient and optimized overall process.
  • Particular advantages result from the integration of the process steps downstream of the steam cracker and the use of process steps of the steam cracker that already exist and/or are to be set up, such as compression, cleaning, drying and separation (in particular demethanizers and C2 splitters, which require a considerable amount of equipment).
  • the cost of separating a steam cracker can also be significantly reduced, since the ethylene product that is converted to the hydroformylation can contain (residual) amounts of ethane, methane, carbon monoxide and/or hydrogen.
  • Ethylene can be converted to propylene as required and at low cost.
  • a need-based and flexible adjustment of the ratio of propylene to ethylene is possible within the scope of the present invention.
  • the olefin efficiency factor and/or the monomer efficiency is in particular at least 100%, more particularly at least 115%, 125% or 130% and up to 150%.
  • the olefin efficiency factor OET or monomer efficiency MWG is initially the quotient of the mass of pure propylene mR ejn propylene obtained via the hydroformylation, hydrogenation and dehydration reaction cascade and the mass of ethylene mEthyien used in the hydroformylation as follows: OE( — MWG — 100% fTlpure propylene / hlethylene
  • Monomer efficiency MWG can also be derived from the corresponding individual steps of the process.
  • Each individual step (i 1 to x)—ie in particular the hydroformylation, a separation of light components, the hydrogenation, the dehydration and a fractionation—is characterized by a pair of conversions X; and selectivity Sj, which can optimally be achieved under technical conditions. This results in the respective output of the individual step:
  • the conversion can be set to 100% for a separation and a fractionation, since there is no reaction from one starting material to a different product, but the inlet mass must be the same as the outlet mass for each component. Educt and product are therefore identical components in this consideration for a separation or fractionation.
  • the selectivity is then a measure of the efficiency of the separation or fractionation. With a selectivity of 100%, the corresponding component gets completely into the target fraction, while with values less than 100%, there is a loss in a different fraction of the separation or fractionation. Values less than 100% therefore quantify the corresponding loss of the respective component that does not reach the target fraction.
  • at least partial electrical heating of the cracking furnace(s) and/or at least partial heating by burning hydrogen can be provided in embodiments of the invention.
  • the present invention can be used for any hydrocarbon feed of a steam cracker.
  • the present invention is particularly relevant in particular for ethane crackers or for a cracking furnace to which at least a portion of an ethane recycle is fed.
  • crude propylene from the hydroformylation, hydrogenation and dehydration process chain can in particular be returned to the separation part of the steam cracker and the use of a common C3 splitter.
  • a suitable purification or removal of traces (in particular of oxygenates) can be carried out if necessary (shown optionally at the bottom of FIG. 1 and denoted by 170).
  • Carbon dioxide does not have to be completely removed from the synthesis gas from the synthesis gas production (including a possible water gas shift). Residual amounts can go through the hydroformylation and then be fed into the steam cracker with the purge gas or the light fraction at the top of the C2/C3 separation . The recirculation can take place upstream of the cracking furnace or downstream of the caustic scrubber, where the carbon dioxide is then discharged from the process.
  • the synthesis gas generation according to the embodiment can also optionally include further steps such as a water-gas shift to adjust the hydrogen-carbon monoxide ratio or purification (e.g. amine scrubbing, in particular Rectisol scrubbing).
  • the hydrogen-carbon monoxide ratio can be adjusted at any time by means of a shift reaction at a suitable point in the process. In particular, this is not carried out in a catalyst bed or reactor used for the hydroformylation. It is possible to separate a carbon dioxide fraction at a suitable point in the process and to feed carbon dioxide into a dry reformer.
  • FIG. 1 illustrates a method according to one embodiment of the present invention in a schematic overall view.
  • FIG. 2 illustrates a recirculation of a light fraction in a steam cracker with front-end hydrogenation according to an embodiment of the present invention in a schematic view.
  • FIG. 3 illustrates a schematic view of a recycling of a light fraction into a steam cracker with crude gas hydrogenation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a recycle of a light fraction in a steam cracker with tail dehydrogenation according to an embodiment of the present invention in a schematic view.
  • FIG. 5 illustrates a method according to a further embodiment of the present invention in a schematic overall view.
  • FIGS. 1 to 4 components that are identical or structurally or functionally equivalent to one another are indicated with identical reference symbols and are not explained again for the sake of clarity. Explanations with regard to device features shown in FIGS. 1 to 5 or corresponding components also relate to correspondingly performed method steps and vice versa.
  • feed points for the light fraction are designated as follows: A - upstream of a cracking furnace; B - upstream of a compression or individual compression stages of a corresponding compression; C - upstream of a caustic wash; D - upstream of a first split, exemplified as a C2/C3 split; E - upstream of demethanization; F - upstream of a C2 hydrogenation, which is carried out in the form of a crude gas hydrogenation; G - downstream of a C2 hydrogenation.
  • the recirculation according to option A is in each case an embodiment not according to the invention, which is shown here only to illustrate the basic possibility and insofar represents a comparative example not according to the invention.
  • 110 denotes a steam cracker
  • 120 denotes a hydroformylation
  • 130 denotes a C2/C3 separation
  • 131 denotes a hydrogenation
  • 132 denotes a dehydration
  • 133 denotes a water separation.
  • Synthesis gas generation is denoted by 140, if shown.
  • a water gas shift 150, pressure swing adsorption steps 160a and 160b, and trace gas removal 170 may be performed.
  • FIG. 1 illustrates a method 100 according to an embodiment of the present invention in a schematic overall view.
  • an ethylene C2H4-containing hydroformylation feed mixture 1 is subjected to hydroformylation 120 to obtain a corresponding hydroformylation product mixture 5, and at least a portion of the hydroformylation product mixture 5 is subjected to C2/C3 separation 130 to obtain a light fraction 6 and a heavy fraction 9.
  • the composition of the hydroformylation feed mixture 1, the hydroformylation product mixture 5, the light fraction 6 and the heavy fraction 9 reference is made to the above explanations.
  • a part of the light fraction, designated 8 here, is fed to the steam cracker 110, which has a separating part, while another part of the light fraction, designated 7, is subjected to a post-compression not illustrated here and returned to the process 100 as a recycle stream upstream of the hydroformylation 120, without to go through the process steps or process units assigned to the steam cracker 110 or the steam cracker 110 .
  • the part 7 of the light fraction can be mixed with a synthesis gas 4 containing carbon monoxide CO and hydrogen H2, which is provided using the synthesis gas generation 140 or the water gas shift 150 optionally downstream of this or the optionally downstream pressure swing adsorption step 160b.
  • the synthesis gas generation 140 is fed with a hydrocarbon feed HC suitable type and can also with a Clminus fraction C1- or 2, which can be provided as a methane-rich fraction or methane-rich stream 3 using the steam cracker 110 and an optionally downstream (further) pressure swing adsorption step 160a.
  • a hydrocarbon feed HC and water H2O are fed to the steam cracker 110 in the form of steam.
  • an ethylene fraction C2H4 (if ethylene is not completely fed into the hydroformylation 120), a propylene fraction C3H6, a fraction with C4 and possibly higher hydrocarbons C4+ and a propane fraction C3H8 can be obtained, the latter both in particular , as illustrated, can be returned to the steam cracker 110 or a cracking furnace.
  • the heavy, propanal-containing fraction 9 from the C2/C3 separation is subjected to hydrogenation 131, in which a hydrogen stream 10 can be used, the hydrogen of which originates at least in part from the pressure swing adsorption step(s) 160a, 160b or as required can also be supplied externally.
  • a hydrogenation product stream 11 containing propanol formed in the hydrogenation is fed into the dehydration 12 .
  • a dehydration product stream 12 containing propylene formed in dehydration 12 is transferred to water separation 133 .
  • a crude propylene stream 14 formed in the water separator 133 can be returned to the steam cracker 110 or the separating section there for further processing.
  • a water stream 13 can be discharged from the process 100 and/or recycled into the process 100 proportionately.
  • FIGS. 2 to 4 show components of the steam cracker 110 and corresponding method steps. These include one or more cracking furnaces 111, a quench 112, a compression 113, a drying 114 and subsequent process steps or system components 115, in particular a C2 / C3 separation 115a, a demethanization 115b, a C2 splitter 115c, a C3/C4 separation 115d (illustrated in Figure 2 only) and a C3 splitter 115e.
  • a caustic wash is denoted by 116 .
  • the crude or cracked gas obtained in a cracking furnace 111 is in the Quench 112 subjected to rapid cooling, possibly with the precipitation of heavy compounds, and then fed to compression 113.
  • the caustic wash 116 can be carried out at an intermediate pressure level of the compression 113 .
  • Drying 114 serves to remove water from the raw or cracked gas freed from carbon dioxide in caustic scrubber 116, process steps 115 to obtain product and recycle fractions, which have already been explained and are identical to those described above.
  • FIG. 2 illustrates recycling of the light fraction or its part 8 already illustrated in FIG. 1 into a steam cracker 110 with front-end hydrogenation 210.
  • a C3 hydrogenation 220 is also shown.
  • the process according to this aspect of the present invention can be used for gas and liquid crackers.
  • the feed can take place at positions B to E in the manner already explained above.
  • a feed at position A illustrates an embodiment not according to the invention.
  • FIG. 3 shows a recirculation of the light fraction or its part 8 already shown in FIG. 1 into a steam cracker 110 with crude gas hydrogenation 310 according to an embodiment of the present invention in a schematic view.
  • a representation of a C3/C4 separation 115d has been omitted.
  • the method according to this embodiment of the present invention is used in particular for gas crackers.
  • the feed can take place at positions B, C, E, F and G in the manner already explained above.
  • a feed at position A illustrates an embodiment not according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic view of a return of the light fraction or its part 8 already shown in FIG. 1 to a steam cracker 110 with tail end hydrogenation 410 according to an embodiment of the present invention.
  • a C3/C4 separation was not shown.
  • the process according to this aspect of the present invention can be used for gas and liquid crackers.
  • the feed can take place at positions B to E in the manner already explained above.
  • a feed at position A illustrates an embodiment not according to the invention.
  • FIG. 5 illustrates a method 200 according to a further embodiment of the present invention in a schematic overall view.
  • an ethylene C2H4-containing hydroformylation feed mixture 2001 is subjected to hydroformylation 220 to yield a corresponding hydroformylation product mixture 2005, and at least a portion of the hydroformylation product mixture 2005 is subjected to C2/C3 separation 230 to yield a light fraction 2006 and a heavy fraction 2009.
  • the hydroformylation product mixture 2005, the light fraction 2006 and the heavy fraction 2009 reference is made to the explanations above.
  • a part of the light fraction, designated 2008 here, is fed to the steam cracker 210, which has a separating part, while another part of the light fraction, designated 2007, is subjected to a post-compression not illustrated here and returned to the process 200 as a recycle stream upstream of the hydroformylation 220, without to go through the process steps or process units assigned to the steam cracker 210 or the steam cracker 210 .
  • the part 2007 of the light fraction can be mixed with a synthesis gas 2004 containing carbon monoxide CO and hydrogen H2, which is provided using the synthesis gas generation 240 or the water gas shift 250 optionally downstream of this or the optionally downstream pressure swing adsorption step 260b.
  • the synthesis gas generation 240 is fed with a hydrocarbon feed HC of a suitable type and can also be fed with a C1 minus fraction C1 or 2002, which is produced using the steam cracker 210 and an optionally downstream (further) pressure swing adsorption step 260a as a methane-rich fraction or methane-rich stream 2003 can be provided, are fed.
  • a hydrocarbon feed HC and water H2O are fed to the steam cracker 210 in the form of steam.
  • an ethylene fraction C2H4 (if ethylene is not completely fed into the hydroformylation 220), a propylene fraction C3H6, a fraction with C4 and possibly higher hydrocarbons C4+ and a propane fraction C3H8 can be obtained in a separation section of the steam cracker 210 , the latter both being able to be returned, in particular, to the steam cracker 210 or a cracking furnace, as illustrated.
  • the heavy, propanal-containing fraction 2009 from the C2/C3 separation is subjected to hydrogenation 231 in the example illustrated here, in which a hydrogen stream 2010 can be used, the hydrogen of which originates at least in part from the pressure swing adsorption step(s) 260a, 260b or if required can also be supplied externally.
  • hydrogen can be used here in further process steps, in contrast to pure combustion.
  • a hydrogenation product stream 2011 containing propanol formed in the hydrogenation is fed into the dehydration 2012 .
  • a dehydration product stream 2012 containing propylene formed in the dehydration 2012 is transferred to the water separation 233 .
  • a crude propylene stream 2014 formed in the water separator 233 can be returned to the steam cracker 210 or the separating section there for further processing.
  • a water stream 2013 can be discharged from the process 200 and/or recycled into the process 200 proportionately.

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Abstract

The invention relates to a method (100) for preparing a target compound, in which method a hydroformylation feed mixture (1) is subjected to hydroformylation (120), thus obtaining a hydroformylation product mixture (5), and at least a portion of the hydroformylation product mixture (5) is subjected to C2/C3 separation (130), thus obtaining a light fraction (6) and a heavy fraction (9), wherein: the hydroformylation feed mixture (1) contains ethylene; the hydroformylation product mixture (5) contains at least one compound having three carbon atoms in the form of or comprising propanal and at least one compound which has a lower boiling point than propanal; the light fraction (6) predominantly or exclusively contains the at least one compound which has a lower boiling point than propanal; and the heavy fraction (9) predominantly or exclusively contains the at least one compound having three carbon atoms. According to the invention, the light fraction (6) or a portion (8) thereof is fed to a steam cracker (110) comprising a separating part, the separating part comprising a C2 splitter (115c). Furthermore, the light fraction (6) or one or more portions (8) thereof is or are fed to the steam cracker (110) downstream of one or more cracking furnaces and upstream of one or more process units (111-114, 115a) which is or are arranged upstream of the C2 splitter (115c). The invention also relates to a corresponding apparatus.

Description

Beschreibung Description
Verfahren und Anlage zur Herstellung einer Zielverbindung Process and plant for the production of a target compound
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung einer Zielverbindung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to a method and a system for producing a target compound according to the preambles of the independent patent claims.
Hintergrund der Erfindung Background of the Invention
Verfahren und Anlagen zum Steamcracken von Kohlenwasserstoffen sind beispielsweise im Artikel "Ethylene" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe, 15. April 2009, DOI: 10.1002/14356007. a10_045.pub2, beschrieben. Das Steamcracken (engl. Steam Cracking, im Deutschen auch als Dampfspalten bezeichnet) wird vorwiegend zur Gewinnung von kurzkettigen Olefinen wie Ethylen und Propylen, Diolefinen wie Butadien, oder von Aromaten eingesetzt, ist jedoch nicht auf die Gewinnung solcher Verbindungen beschränkt. Processes and plants for steam cracking of hydrocarbons are described, for example, in the article "Ethylene" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online edition, April 15, 2009, DOI: 10.1002/14356007. a10_045.pub2. Steam cracking is primarily used to obtain short-chain olefins such as ethylene and propylene, diolefins such as butadiene, or aromatics, but is not limited to obtaining such compounds.
Beim Steamcracken können unterschiedliche Kohlenwasserstoffeinsätze oder Mischungen unterschiedlicher Kohlenwasserstoffeinsätze zum Einsatz kommen, z.B. überwiegend oder ausschließlich Ethan, Propan oder Kohlenwasserstoffe mit vier Kohlenstoffatomen (nachfolgend kurz „C4-Kohlenwasserstoffe“) enthaltende Kohlenwasserstoffeinsätze und Flüssiggas (engl. Liguified Petroleum Gas, LPG) in sogenannten Gascrackern und z.B. Naphta, bei Atmosphärendruck oder im Vakuum gewonnenes Gasöl (engl. Atmospheric Gasoil, AGO; Vacuum Gasoil, VGO) und schwerer siedende Einsätze in so genannten Flüssigcrackern. Grundsätzlich können aber auch leichte und schwere Einsätze gleichzeitig verwendet werden. Different hydrocarbon feeds or mixtures of different hydrocarbon feeds can be used in steam cracking, e.g. hydrocarbon feeds containing predominantly or exclusively ethane, propane or hydrocarbons with four carbon atoms (hereinafter “C4 hydrocarbons” for short) and liquefied petroleum gas (LPG) in so-called gas crackers and e.g., naphtha, Atmospheric Gasoil (AGO; Vacuum Gasoil, VGO) and heavier feeds in so-called liquid crackers. In principle, however, light and heavy inserts can also be used at the same time.
Als Produkte entstehen beim Steamcracken neben Ethylen und Propylen auch schwerere Fraktionen wie insbesondere C4-Kohlenwasserstoffe und höhere Fraktionen, z.B. überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit fünf Kohlenstoffatomen (nachfolgend kurz „C5-Kohlenwasserstoffe“) enthaltende Fraktionen. Der Anteil der höheren Fraktionen ist dabei vom Einsatz des Steamcrackers abhängig und nimmt im Allgemeinen mit der Kohlenstoffzahl bzw. dem Siedebereich des Einsatzes zu. Insbesondere bei Flüssigcrackern entstehen auch nennenswerte Anteile an Aromaten. Zusätzlich entstehen Wasserstoff und Methan sowie in geringen Mengen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. In addition to ethylene and propylene, the products produced during steam cracking are also heavier fractions such as in particular C4 hydrocarbons and higher fractions, for example fractions containing predominantly or exclusively hydrocarbons with five carbon atoms (hereinafter “C5 hydrocarbons” for short). The proportion of the higher fractions depends on the use of the steam cracker and generally increases with the carbon number or the boiling range of the feed. Especially with liquid crackers also arise appreciable proportions of aromatics. In addition, hydrogen and methane are produced, as well as small amounts of carbon monoxide and carbon dioxide.
Ein Steamcracker umfasst im hier verstandenen Sinn die notwendigen Einrichtungen und Verfahrensschritte (hier auch als „Prozesseinheiten“ bezeichnet) zur Abtrennung von leichten Komponenten, insbesondere einen sogenannten Demethanizer zur Abtrennung einer überwiegend oder ausschließlich Methan und ggf. leichtere Komponenten wie Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Fraktion (nachfolgend kurz „Clminus-Fraktion“) sowie zur Gewinnung entsprechender Produktfraktionen, z.B. einer überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen enthaltenden Fraktion (nachfolgend kurz „02-Fraktion“), und einer überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit drei Kohlenstoffatomen enthaltenden Fraktion (nachfolgend kurz „03-Fraktion“). Es können beliebige weitere Trennschritte, beispielsweise zur Trennung einer C2-Fraktion von einer C3-Fraktion (nachfolgendend kurz „C2/C3-Trennung“) oder zur Trennung einer C3-Fraktion von einer C4-Fraktion (nachfolgendend kurz „C3/C4-Trennung“) zwischengeschaltet sein. In the sense understood here, a steam cracker includes the necessary equipment and process steps (here also referred to as "process units") for separating light components, in particular a so-called demethanizer for separating a fraction containing predominantly or exclusively methane and possibly lighter components such as hydrogen and carbon monoxide ( hereinafter referred to as "Clminus fraction") and for the recovery of corresponding product fractions, e.g. a fraction containing predominantly or exclusively hydrocarbons with two carbon atoms (hereinafter referred to as "02 fraction"), and a fraction containing predominantly or exclusively hydrocarbons with three carbon atoms (hereinafter referred to as " 03 faction"). Any further separation steps, for example to separate a C2 fraction from a C3 fraction (hereinafter referred to as “C2/C3 separation”) or to separate a C3 fraction from a C4 fraction (hereinafter referred to as “C3/C4 separation ") to be interposed.
Ferner sind insbesondere Einrichtungen zur Gewinnung der Olefine Ethylen und Propylen als Zielprodukte, z.B. eine Einrichtung zur Trennung einer überwiegend oder ausschließlich Ethan enthaltenden Fraktion und einer überwiegend oder ausschließlich Ethylen enthaltenden Fraktion voneinander (nachfolgend kurz „C2-Splitter“), und eine Einrichtung zur Trennung zur Trennung einer überwiegend oder ausschließlich Propan enthaltenden Fraktion und einer überwiegend oder ausschließlich Propylen enthaltenden Fraktion voneinander (nachfolgend kurz „C3-Splitter“). Kohlendioxid kann mittels einer Einrichtung zur Kohlendioxidentfernung, die üblicherweise als Laugewäsche ausgeführt ist, stromauf spezifikationsgerecht entfernt werden. Furthermore, in particular facilities for obtaining the olefins ethylene and propylene as target products, e.g. a facility for separating a fraction containing predominantly or exclusively ethane and a fraction containing predominantly or exclusively ethylene from one another (hereinafter “C2 splitter” for short), and a facility for separation for separating a fraction containing predominantly or exclusively propane and a fraction containing predominantly or exclusively propylene from one another (hereinafter referred to as “C3 splitter”). Carbon dioxide can be removed to specification upstream by means of a carbon dioxide removal facility, usually configured as a caustic scrubber.
Der Begriff „überwiegend“ soll hier allgemein einen Gehalt von mehr als 75%, 80%, 90%, 95% oder 99% an einer Komponente oder einer Gruppe von Komponenten auf Mol-, Gewichts- oder olumenbasis bezeichnen. Nachfolgend wird vereinfacht von einer C2-Fraktion, einer C3-Fraktion, einer C4-Fraktion, einer C5-Fraktion und dergleichen gesprochen, selbst wenn entsprechende Fraktionen nicht ausschließlich aus der jeweils genannten Hauptkomponente (z.B. C2-Kohlenwasserstoffen, 03- Kohlenwasserstoffen, C4-Kohlenwasserstoffen oder C5-Kohlenwasserstoffen) bestehen, sondern diese (lediglich) überwiegend enthalten. Entsprechendes gilt für Bezeichnungen wie „Methan“, „Ethan“, „Kohlenmonoxid“ und dergleichen. As used herein, the term "predominantly" is intended generally to mean greater than 75%, 80%, 90%, 95%, or 99% of a component or group of components on a mole, weight, or ollume basis. A C2 fraction, a C3 fraction, a C4 fraction, a C5 fraction and the like are referred to below for simplification, even if the corresponding fractions are not exclusively made up of the main component mentioned in each case (e.g. C2 hydrocarbons, O3 hydrocarbons, C4 hydrocarbons or C5 hydrocarbons) exist, but (only) predominantly contain them. The same applies to designations such as “methane”, “ethane”, “carbon monoxide” and the like.
Der Begriff „Steameracker“ soll hier eine Anlage bezeichnen, die den oder die eigentlichen Crackeröfen (Spaltöfen), die in fachüblicher Weise mit Konvektions- und Strahlungszone ausgebildet sein können, aber auch nachgeschaltete Trenneinrichtungen und Aufbereitungseinrichtungen umfasst. Steamcracker können zur Beheizung der Spaltöfen mit einem Heizgas oder anderen Brennstoff oder zur elektrischen Beheizung der Spaltöfen eingerichtet sein. The term “steameracker” is used here to refer to a plant that includes the actual cracker furnace or furnaces, which can be designed with convection and radiation zones in the usual way, but also includes downstream separating devices and processing devices. Steam crackers can be set up to heat the cracking furnaces with a fuel gas or other fuel, or to heat the cracking furnaces electrically.
In Steamerackern können insbesondere Einrichtungen zur Selektivhydrierung zum Einsatz kommen, um mehrfach ungesättigte Kohlenwasserstoffe (Diene und Acetylene) zu Olefinen zu hydrieren. In ggf. vorhandenen Einrichtungen zur Vollhydrierung können olefinreiche Fraktionen (insbesondere C4- und/oder C5- Fraktionen) zumindest anteilig hydriert werden, so dass diese wieder als wertvoller Einsatzstrom in einen Spaltofen zurückgeführt werden können. In steamer fields, in particular, devices for selective hydrogenation can be used to hydrogenate polyunsaturated hydrocarbons (dienes and acetylenes) to olefins. Fractions rich in olefins (in particular C4 and/or C5 fractions) can be hydrogenated at least in part in facilities for full hydrogenation that may be present, so that they can be returned to a cracking furnace as a valuable input stream.
Auch die Rückführung anderer Paraffine, insbesondere von Ethan und Propan, in die Spaltöfen, aber auch von schwereren Fraktionen, ggf. nach zumindest anteiliger Hydrierung z.B. von Dienen und Acetylenen, ist bekannt und technisch etabliert. The recirculation of other paraffins, in particular ethane and propane, to the cracking furnaces, but also heavier fractions, if necessary after at least partial hydrogenation, e.g. of dienes and acetylenes, is known and technically established.
Insbesondere beinhalten Steamcracker üblicherweise Einrichtungen zur Selektivhydrierung einer C2-Fraktion (nachfolgend kurz als „C2-Selektivhydrierung“ bezeichnet). Diese dient insbesondere dazu, den Acetylengehalt im Ethylenprodukt spezifikationsgerecht zu reduzieren. Dabei wird Acetylen über geeigneten Katalysatoren selektiv zu Ethylen hydriert. Während zunächst nickelbasierte Katalysatoren eingesetzt wurden, kommen heutzutage insbesondere palladiumbasierte Katalysatoren zum Einsatz, die vorzugsweise mit geeigneten Dotierungen wie z.B. Silber, Cer, Gold und/oder anderen Elementen modifiziert sind. In particular, steam crackers usually contain devices for the selective hydrogenation of a C2 fraction (hereinafter referred to as “C2 selective hydrogenation”). This serves in particular to reduce the acetylene content in the ethylene product to specification. Here, acetylene is selectively hydrogenated to ethylene over suitable catalysts. While nickel-based catalysts were initially used, nowadays palladium-based catalysts in particular are used, which are preferably modified with suitable dopants such as silver, cerium, gold and/or other elements.
Insbesondere für die unten näher bezeichneten Varianten einer C2-Selektivhydrierung, nämlich einer Rohgashydrierung und einer Frontendhydrierung, ergeben sich signifikante Einschränkungen durch die Sensitivität gegenüber Kohlenmonoxid. Kohlenmonoxid dient in diesen Varianten als Moderator und der Kohlenmonoxidgehalt in der C2-Selektivhydrierung liegt typischerweise im Bereich 50 bis 2 500 vol. -ppm, insbesondere 100 bis 1 500 vol. -ppm, weiter insbesondere 150 bis 1 000 vol. -ppm. In höheren Konzentrationen wirkt CO als Inhibitor für die Hydrierung. In particular for the variants of a C2 selective hydrogenation described in more detail below, namely a crude gas hydrogenation and a front-end hydrogenation, there are significant limitations due to the sensitivity to carbon monoxide. In these variants, carbon monoxide serves as a moderator and the carbon monoxide content in the C2 selective hydrogenation is typically in the range from 50 to 2,500 vol. -ppm, in particular 100 to 1500 vol. -ppm, further in particular 150 to 1000 vol. -ppm At higher concentrations, CO acts as an inhibitor for hydrogenation.
Hohe Kohlenmonoxidgehalte in der C2-Selektivhydrierung können dabei nur bedingt durch eine höhere Temperatur ausgeglichen werden, die zudem ggf. zu einem Ethylenverlust führt. Die maximale Temperatur ist dabei einerseits durch die Designtemperatur des Reaktors, insbesondere bei bestehenden Anlagen, aber auch durch das Betriebsfenster des Katalysators begrenzt. Wird der o.g. Temperaturbereich überschritten, lässt sich die C2-Selektivhydrierung nicht mehr betreiben bzw. es ist der Einsatz besonders angepasster Katalysatoren erforderlich. High carbon monoxide levels in the C2 selective hydrogenation can only be compensated to a limited extent by a higher temperature, which may also lead to a loss of ethylene. The maximum temperature is limited on the one hand by the design temperature of the reactor, especially in existing plants, but also by the operating window of the catalyst. If the above temperature range is exceeded, the C2 selective hydrogenation can no longer be operated or the use of specially adapted catalysts is required.
Als Positionen für eine C2-Selektivhydrierung sind prinzipiell verschiedene Varianten bekannt. So kann die C2-Selektivhydrierung in Form einer Rohgashydrierung unmittelbar nach einer Verdichtung, Laugewäsche und Trocknung positioniert sein. Eine Rohgashydrierung kommt insbesondere in Gascrackern zur Anwendung. Hierbei werden (ungeachtet des Namens) auch höhere mehrfach ungesättigte Kohlenwasserstoffe zumindest anteilig umgesetzt (insbesondere Butadien, Methylacetylen und Propadien). Typische Kohlenmonoxidgehalte in einer Rohgashydrierung liegen im unteren Bereich der o.g. Spanne, also insbesondere bei 50 bis 1000 vol. -ppm bzw. 50 bis 500 vol. -ppm. In principle, different variants are known as positions for a C2 selective hydrogenation. Thus, the C2 selective hydrogenation in the form of a raw gas hydrogenation can be positioned immediately after compression, caustic washing and drying. Crude gas hydrogenation is used in particular in gas crackers. Here (regardless of the name) higher polyunsaturated hydrocarbons are also converted at least partially (in particular butadiene, methylacetylene and propadiene). Typical carbon monoxide contents in a raw gas hydrogenation are in the lower range of the above range, i.e. in particular at 50 to 1000 vol. -ppm or 50 to 500 vol. -ppm
Die C2-Selektivhydrierung kann alternativ auch in Form einer Frontendhydrierung nach einer C2/C3-Trennung und insbesondere stromauf eines C2-Splitters positioniert werden. Hier handelt es sich also um eine reine Acetylenhydrierung. In beiden Fällen sind neben Ethan zudem entsprechende Mengen an Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid im Einsatzstrom (Feedstrom) der C2-Selektivhydrierung enthalten. Typische Kohlenmonoxidgehalte liegen hier verfahrensbedingt höher als bei der Rohgashydrierung, also insbesondere im Bereich von 100 bis 2 500 vol. -ppm bzw. 100 bis 1 500 vol. -ppm. Alternatively, the C2 selective hydrogenation can also be positioned in the form of a front-end hydrogenation after a C2/C3 separation and in particular upstream of a C2 splitter. This is therefore a pure acetylene hydrogenation. In both cases, in addition to ethane, corresponding amounts of methane, hydrogen and carbon monoxide are also contained in the input stream (feed stream) of the C2 selective hydrogenation. Depending on the process, typical carbon monoxide contents are higher here than in the case of crude gas hydrogenation, i.e. in particular in the range from 100 to 2,500 vol. -ppm or 100 to 1,500 vol. -ppm
Als Variante ist auch die Anordnung nach einer C3/C4-Trennung bekannt, in diesem Fall umfasst der Feedstrom der Hydrierung auch C3-Kohlenwasserstoffe. Ähnlich der Rohgashydrierung werden dann die entsprechenden höheren mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffe zumindest anteilig umgesetzt. Des Weiteren ist auch eine so genannte Tailendhydrierung bekannt und im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders relevant, bei der vor der Hydrierung zumindest noch die Clminus-Fraktion abgetrennt wird und entsprechend eine stöchiometrische Wasserstoffzudosierung erforderlich ist. In dieser Clminus-Fraktion werden leichtere Moleküle und somit insbesondere auch Kohlenmonoxid aus dem Prozessstrom entfernt, so dass Kohlenmonoxid keine Auswirkung auf die Tailendhydrierung hat. Auch bei einer Tailendhydrierung kommen Edelmetallkatalysatoren zum Einsatz, die üblicherweise ebenfalls palladiumbasiert sind. The arrangement after a C3/C4 separation is also known as a variant, in which case the feed stream from the hydrogenation also includes C3 hydrocarbons. Similar to the crude gas hydrogenation, the corresponding higher polyunsaturated hydrocarbons are then at least partially converted. Furthermore, a so-called tail end hydrogenation is also known and is particularly relevant in the context of the present invention, in which at least the clminus fraction is separated off before the hydrogenation and accordingly a stoichiometric metered addition of hydrogen is required. In this Clminus fraction, lighter molecules and thus in particular also carbon monoxide are removed from the process stream, so that carbon monoxide has no effect on the tail end hydrogenation. Noble metal catalysts, which are usually also palladium-based, are also used in a tail end hydrogenation.
Die Spaltöfen eines Steamcrackers werden gemäß dem aktuellen Stand der Technik üblicherweise unter Verbrennung eines Heizgases (z.B. Erdgas, Methan) befeuert. Insbesondere findet derzeit die sogenannte Tailgasfraktion als Heizgas zur Befeuerung der Spaltöfen Verwendung. Die Tailgasfraktion wird in einer Demethanisierung abgetrennt und besteht im Wesentlichen aus Methan, Wasserstoff sowie geringen Mengen an Kohlenmonoxid. Es handelt sich also um eine Clminus-Fraktion. In Gascrackern und insbesondere in Steamerackern mit Ethan als Einsatz ergibt sich ein besonders hoher Wasserstoffanteil in der Tailgasfraktion. According to the current state of the art, the cracking furnaces of a steam cracker are usually fired by burning a fuel gas (e.g. natural gas, methane). In particular, the so-called tail gas fraction is currently used as heating gas to fire the cracking furnaces. The tail gas fraction is separated off in a demethanization process and essentially consists of methane, hydrogen and small amounts of carbon monoxide. It is therefore a Clminus faction. In gas crackers and especially in steamer tanks that use ethane, there is a particularly high proportion of hydrogen in the tail gas fraction.
Aktuelle Bestrebungen gehen dahin, die Spaltöfen von Steamerackern zumindest teilweise elektrisch zu beheizen und somit die Verbrennung von Heizgas bzw. der Tailgasfraktion zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden. Alternativ wird auch die Verwendung von Wasserstoff bzw. wasserstoffreichen Fraktionen als Heizgas für die Befeuerung in Erwägung gezogen, um Kohlendioxidemissionen zu reduzieren. Hierdurch wird die Tailgasfraktion bzw. insbesondere der Methan- und/oder Wasserstoffanteil der Tailgas-Fraktion für andere Nutzungszwecke verfügbar, und es gilt sinnvolle Alternativen für die Verbrennung - bevorzugt eine stoffliche Verwertung - zu finden. Current efforts are being made to at least partially heat the cracking furnaces of steamer fields electrically and thus to reduce or completely avoid the combustion of fuel gas or the tail gas fraction. Alternatively, the use of hydrogen or hydrogen-rich fractions as fuel gas for firing is also being considered in order to reduce carbon dioxide emissions. As a result, the tail gas fraction and in particular the methane and/or hydrogen portion of the tail gas fraction becomes available for other purposes, and sensible alternatives for incineration - preferably recycling - must be found.
Die vorliegende Erfindung betrifft in Aspekten auch die Synthesegaserzeugung. Diese ist ebenfalls bekannt und beispielsweise im Artikel "Gas Production" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe 15. Dezember 2006, DOI 10.1002/14356007. a12_169.pub2, beschrieben. In aspects, the present invention also relates to the production of synthesis gas. This is also known and, for example, in the article "Gas Production" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online edition December 15, 2006, DOI 10.1002/14356007. a12_169.pub2.
Als Verfahren zur Synthesegaserzeugung sind für die vorliegende Erfindung insbesondere das Reforming, d.h. eine Umwandlung von Kohlenwasserstoffen wie insbesondere von Methan, insbesondere mit Dampf, in Synthesegas, das sogenannte Dryreforming mit einer Kohlendioxideinspeisung und einer Erhöhung des Kohlenmonoxidanteils im Synthesegas, und die Partialoxidation relevant. Zusätzlich kann bedarfsweise eine Wassergasshift zur Einstellung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid zum Einsatz kommen. As a method for generating synthesis gas are for the present invention in particular the reforming, ie a conversion of hydrocarbons such as in particular of methane, in particular with steam, in synthesis gas, the so-called dry reforming with a carbon dioxide feed and an increase in the carbon monoxide content in the synthesis gas, and the partial oxidation relevant. In addition, if necessary, a water-gas shift can be used to adjust the ratio of hydrogen to carbon monoxide.
Wie erwähnt, existieren in letzter Zeit zunehmende Bestrebungen zur Verminderung der Kohlendioxidemissionen von Steamerackern und auch von Reformern. Insbesondere erfolgt keine oder nur eine reduzierte Befeuerung der Öfen mehr durch Verbrennung von Methan bzw. methanreichen Fraktionen. Vielmehr wird eine Beheizung angestrebt, die Kohlendioxidemissionen reduziert bzw. vermeidet. Dazu werden Ansätze zur Befeuerung durch Verbrennung von Wasserstoff sowie zur zumindest teilweisen elektrischen Beheizung verfolgt. As mentioned, there have recently been increasing efforts to reduce carbon dioxide emissions from steamers and also from reformers. In particular, there is no or only reduced firing of the furnaces by burning methane or methane-rich fractions. Rather, the aim is heating that reduces or avoids carbon dioxide emissions. For this purpose, approaches to firing by burning hydrogen and at least partial electrical heating are being pursued.
Das mittels entsprechender Verfahren gewonnene Synthesegas wird üblicherweise mittels einer Kohlendioxidentfernung, die üblicherweise zumindest eine Aminwäsche umfasst, aufbereitet. Zur Feinreinigung kann optional eine Laugewäsche zur Anwendung kommen. The synthesis gas obtained by means of appropriate methods is usually processed by means of carbon dioxide removal, which usually includes at least one amine wash. A lye wash can optionally be used for fine cleaning.
Auch für die Synthesegaserzeugung - insbesondere mittels Reforming bzw. Dryreforming - ist der Einsatz alternativer Heizkonzepte (elektrische Beheizung sowie Befeuerung mit Wasserstoff) möglich. The use of alternative heating concepts (electrical heating and firing with hydrogen) is also possible for the production of synthesis gas - in particular by means of reforming or dry reforming.
Ansätze zur Hydroformylierung von Ethylen zu Propanal als erster Zielverbindung sind bekannt und technisch fortgeschritten. Technisch etabliert und relevant für die vorliegende Erfindung ist insbesondere die Umsetzung von reinem Ethylen. Daneben können aber auch verdünnte Ethylenströme verwendet werden. Eine Hydrierung und anschließende Dehydratisierung führt zu Propanol bzw. Propylen. Die Prozesskette von Hydroformylierung, Hydrierung und Dehydratisierung als solche ist bekannt und beispielsweise auch in der US 2,464,916 A und der US 9,856,198 B1 beschrieben. Die US 9,856,198 B1 schlägt dabei auch die Verwendung einer Ethylenfraktion vor, die nennenswerte andere Bestandteile enthält. Approaches to the hydroformylation of ethylene to propanal as the first target compound are known and technically advanced. In particular, the conversion of pure ethylene is technically established and relevant to the present invention. In addition, however, dilute streams of ethylene can also be used. Hydrogenation and subsequent dehydration leads to propanol and propylene, respectively. The process chain of hydroformylation, hydrogenation and dehydration is known as such and is also described, for example, in US Pat. No. 2,464,916 A and US Pat. No. 9,856,198 B1. US Pat. No. 9,856,198 B1 also proposes the use of an ethylene fraction which contains significant other components.
Auch eine Integration des Zerlegungsteiles, insbesondere zur Aufbereitung desAlso an integration of the dismantling part, in particular for the preparation of the
Propylenproduktes (zur Rückführung der C3-Fraktion in den Steamcracker) sowie die Integration eines geeigneten Verfahrens zur Synthesegaserzeugung, einschließlich Reforming, Dryreforming und Partialoxidation und daneben auch eine Vergasung, ist grundsätzlich möglich. Propylene product (to recycle the C3 fraction in the steam cracker) and the In principle, it is possible to integrate a suitable process for generating synthesis gas, including reforming, dry reforming and partial oxidation, as well as gasification.
Aspekte entsprechender Verfahren sind beispielsweise in der WO 2021/009307 A1, der WO 2021/009312 A1 und der WO 2021/009310 A1 offenbart. Aspects of corresponding methods are disclosed, for example, in WO 2021/009307 A1, WO 2021/009312 A1 and WO 2021/009310 A1.
Der Produktstrom einer Hydroformylierung von Ethylen enthält neben Propanal auch weitere Komponenten. Es können auch mehr oder weniger hohe Anteile von leichteren Kohlenwasserstoffen bereits im Eduktstrom der Hydroformylierung, aber insbesondere dann auch im Produktstrom nach der Hydroformylierung, vorhanden sein. The product stream from a hydroformylation of ethylene also contains other components in addition to propanal. More or less high proportions of lighter hydrocarbons can also already be present in the starting material stream of the hydroformylation, but then in particular also in the product stream after the hydroformylation.
Diese leichteren Kohlenwasserstoffe müssen nach der Hydroformylierung vom Produkt Propanal in geeigneter Weise abgetrennt werden. Die leichteren Kohlenwasserstoffe können dabei insbesondere nicht umgesetztes Ethylen, aber auch Ethan aus dem Feedstrom oder als Nebenprodukt der Hydroformylierung umfassen. Erschwert wird diese Aufgabe zusätzlich, wenn signifikante Mengen an weiteren leichten Komponenten (Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan bzw. generell leichter siedende Kohlenwasserstoffe als der Aldehyd) vorhanden sind, also vorab im Prozess keine weitere Abtrennung, Entfernung und/oder Abreaktion dieser Komponenten erfolgt. Kohlenmonoxid und Wasserstoff werden zwar in der Hydroformylierung als Reaktionspartner umgesetzt, jedoch abhängig von der Feedzusammensetzung und den genauen Reaktionsbedingungen (erzielter Umsatz) können anteilige Mengen dieser Stoffe im Produktstrom der Hydroformylierung enthalten sein. After the hydroformylation, these lighter hydrocarbons must be removed from the propanal product in a suitable manner. The lighter hydrocarbons can in particular include unreacted ethylene, but also ethane from the feed stream or as a by-product of the hydroformylation. This task is made even more difficult if significant amounts of other light components (hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane or generally lower-boiling hydrocarbons than the aldehyde) are present, i.e. no further separation, removal and/or reaction of these components takes place beforehand in the process . Although carbon monoxide and hydrogen are reacted as reactants in the hydroformylation, depending on the feed composition and the precise reaction conditions (achieved conversion), proportionate amounts of these substances can be present in the hydroformylation product stream.
Grundsätzlich ist eine Abtrennung mittels einer C2/C3-Trennung möglich, wobei wird Propanal als Sumpffraktion gewonnen wird. Um Verluste von Propanal in den Kopfstrom dieser C2/C3-Trennung zu vermeiden kann insbesondere eine Extraktivdestillation zum Einsatz kommen. In principle, a separation by means of a C2/C3 separation is possible, with propanal being obtained as the bottom fraction. In order to avoid losses of propanal in the overhead stream of this C2/C3 separation, an extractive distillation can be used in particular.
Es verbleibt jedoch weiterhin die Problemstellung, die Kopffraktion der 02/03- Trennung möglichst effizient und vollständig zu verwerten. Eine grundsätzlich mögliche und naheliegende Verbrennung oder Nutzung zur Befeuerung eines Spaltofens oder eines Reformers führt zu einem Verlust von wertvollen Substanzen - insbesondere Wasserstoff, Ethan und Ethylen - in diesem Strom. Auch die Rückführung als Einsatzstrom in eine Synthesegaserzeugung, insbesondere in eine Partialoxidation oder einen Reformer, bedeutet einen zumindest teilweisen Verlust dieser Verbindungen, da insbesondere höhere Kohlenwasserstoffe wieder zu Synthesegas umgesetzt werden. However, the problem still remains of utilizing the top fraction of the 02/03 separation as efficiently and completely as possible. A fundamentally possible and obvious incineration or use to fire a cracking furnace or a reformer leads to a loss of valuable substances - especially Hydrogen, ethane and ethylene - in this stream. The return as a feed stream in a synthesis gas production, in particular in a partial oxidation or a reformer, means an at least partial loss of these compounds, since higher hydrocarbons in particular are converted back to synthesis gas.
Eine eigenständige Aufbereitung und Gewinnung der jeweiligen Komponenten ist zwar prinzipiell möglich, erstreckt sich aufgrund des begrenzten Volumens und der Zusammensetzung dieser Fraktion jedoch zumeist auf die Rückgewinnung von Wasserstoff z.B. mittels Membran- oder Adsorptionstechnologien, insbesondere mittels Druckwechseladsorption. Eine weitere Fraktionierung dieser Fraktion und separate Verwertung der Kohlenwasserstoffe ist möglich, erfordert jedoch einen sehr hohen Aufwand und insbesondere kryogene Verfahrensschritte. Independent processing and recovery of the respective components is in principle possible, but due to the limited volume and composition of this fraction, this usually extends to the recovery of hydrogen, e.g. using membrane or adsorption technologies, in particular using pressure swing adsorption. A further fractionation of this fraction and separate utilization of the hydrocarbons is possible, but requires a great deal of effort and, in particular, cryogenic process steps.
Die US 9,856,198 B1 offenbart integrierte Verfahren zur Verwendung von Hydroformylierungsreaktionsstrategien zur effizienten Umwandlung von Ethylen in Ethylen-Einsatzmaterialmischungen in C3-Produkte (d. h. Produkte mit 3 Kohlenstoffatomen) wie Propionaldehyd, 1 -Propanol, Propylen, Propansäure und dergleichen. Ein Aspekt besteht darin, ein Ethan/Ethylen-Gemisch enthaltendes Einsatzmaterial teilweise zu reinigen, anstatt eine vollständigere Reinigung zu versuchen. Im Gegensatz zu einer im Wesentlichen vollständigen Reinigung von Ethylen soll eine Teilreinigung technisch und wirtschaftlich machbar und mit geringeren Kosten verbunden sein und eine Hydroformylierung mit hoher Produktivität und geringerem Wasserstoff- und CO-Bedarf ermöglichen. Da bei der Hydroformylierungsreaktion geringere Mengen eines solchen Synthesegases verwendet werden und die bei der anschließenden Hydroformylierung verbleibenden Reaktanten ein günstigeres Profil aufweisen, sollen sich Recycling-Strategien viel einfacher anwenden lassen. US 9,856,198 B1 discloses integrated processes for using hydroformylation reaction strategies to efficiently convert ethylene in ethylene feed mixtures to C3 (i.e., 3 carbon atom) products such as propionaldehyde, 1-propanol, propylene, propanoic acid and the like. One aspect is to partially purify an ethane/ethylene mixture containing feed rather than attempting a more complete purification. In contrast to an essentially complete purification of ethylene, a partial purification is said to be technically and economically feasible and associated with lower costs and enable hydroformylation with high productivity and lower hydrogen and CO requirements. Since smaller amounts of such a synthesis gas are used in the hydroformylation reaction and the reactants remaining in the subsequent hydroformylation have a more favorable profile, recycling strategies are said to be much easier to apply.
In der WO 02/02496 A1 wird eine Verfahrensabfolge von Steamcracking und Hydroformylierung beschrieben, wobei zwischen diesen beiden Schritten eine Aufreinung und Bereitstellung einer olefinreichen Fraktion insbesondere mittels eines Splitters als Einsatz für die Hydroformylierung erfolgt. Auch eine Rückführung eines Stromes im Wesentlichen bestehend aus dem Olefin des Einsatzes für die Hydroformylierung und dem korrespondierenden Paraffin wird erwähnt. Gemäß Ausführungsbeispiel und Zeichnungen zielt diese Schrift insbesondere auf Propylen als Einsatz für die Hydroformylierung ab und die Rückführung erfolgt direkt in den zuvor genannten Splitter. Eine Extraktivdestillation sowie Folgeschritte wie Hydrierung und Dehydratisierung sind nicht erwähnt. WO 02/02496 A1 describes a process sequence of steam cracking and hydroformylation, with purification and provision of an olefin-rich fraction taking place between these two steps, in particular by means of a splitter as input for the hydroformylation. Mention is also made of recirculating a stream consisting essentially of the olefin from the feed for the hydroformylation and the corresponding paraffin. According to Exemplary embodiment and drawings, this publication is aimed in particular at propylene as a feedstock for the hydroformylation, and the recirculation takes place directly into the aforementioned splitter. An extractive distillation and subsequent steps such as hydrogenation and dehydration are not mentioned.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente und optimierte Nutzung des Purgegases einer entsprechenden C2/C3-Trennung und, gemäß einem weiteren Aspekt, der Tailgasfraktion eines Steamcrackers, aufzuzeigen. Weitere Hintergründe, Aufgaben und Lösungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich ferner aus den nachfolgenden Erläuterungen. It is the object of the present invention to show an efficient and optimized use of the purge gas of a corresponding C2/C3 separation and, according to a further aspect, of the tail gas fraction of a steam cracker. Further backgrounds, objects and solutions of the present invention also result from the following explanations.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung einer Zielverbindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung. This object is achieved by a method and a system for producing a target compound with the features of the independent patent claims. Embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims and the following description.
Die vorliegende Erfindung bewegt sich in einem Umfeld, das durch eine Reihe von Rahmenbedingungen und Anforderungen gekennzeichnet ist. So besteht einerseits ein weltweit zunehmender Propylenbedarf (insbesondere auch im Verhältnis zu Ethylen, auch als „Propylen-Gap“ bezeichnet), anderseits weisen bestehende Technologien zur Propylensynthese wie die Metathese, sogenannte Methanol-to-Olefins bzw. Methanol- to-Propylene-Verfahren und die Propandehydrierung gewisse Nachteile auf. Generell ist eine Reduzierung des Kohlendioxid-Footprints (petro-)chemischer Anlagen sowie eine Reduzierung bzw. Vermeidung von Abfallströmen wünschenswert. The present invention moves in an environment that is characterized by a number of framework conditions and requirements. On the one hand, there is a worldwide increasing demand for propylene (especially in relation to ethylene, also known as the "propylene gap"), on the other hand, existing technologies for propylene synthesis such as metathesis, so-called methanol-to-olefins or methanol-to-propylene processes and propane dehydrogenation have certain disadvantages. In general, a reduction in the carbon footprint of (petro)chemical plants and a reduction or avoidance of waste streams is desirable.
Die vorliegende Erfindung schlägt die Rückführung des Kopfstromes einer C2/C3- Trennung (nachfolgend als „leichte Fraktion“ bezeichnet) stromab einer Hydroformylierung von Ethylen in einen Steamcracker vor, wobei, wie erwähnt, hier der Begriff „Steameracker“ den oder die Spaltöfen mit zugehörigen Trenneinrichtungen und weiteren Anlagenkomponenten bezeichnen soll. Die C2/C3-Trennung kann dabei unmittelbar stromab der Hydroformylierung, oder aber auch stromab einer nachfolgenden Hydrierung angeordnet sein. Die Rückführung erfolgt dabei nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, direkt in einen C2-Splitter, sondern in eine oder mehrere Prozesseinheiten stromauf hiervon. Diese Prozesseinheiten können insbesondere Trenneinheiten darstellen, die stromab eines oder mehrerer Spaltöfen des Steamcrackers angeordnet sind. Eine erfindungsgemäße Rückführung erfolgt jedoch, insbesondere im Vergleich mit Verfahren gemäß dem Stand der Technik, stromab des oder der Spaltöfen, d.h. zwischen dem einen oder den mehreren Spaltöfen und einer oder mehreren weiteren Prozesseinheiten oder direkt in eine oder mehrere solche Prozesseinheiten, wobei diese eine oder mehreren Prozesseinheiten aber stromauf des C2-Splitters angeordnet ist bzw. sind. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass in der leichten Fraktion enthaltende störende Komponenten zumindest weitgehend abgetrennt oder umgesetzt werden können und diese nicht oder in geringerer Menge in die im C2-Splitter gebildeten Fraktionen überführt werden. Auf diese Weise kann auch eine mögliche Akkumulation solcher Komponenten in einem ansonsten geschlossenen Kreislauf wirksam verhindert werden. The present invention proposes recycling the top stream of a C2/C3 separation (hereinafter referred to as "light fraction") downstream of a hydroformylation of ethylene in a steam cracker, where, as mentioned, the term "steam cracker" is associated with the cracking furnace or furnaces Separating devices and other system components should designate. The C2/C3 separation can be arranged directly downstream of the hydroformylation, or also downstream of a subsequent hydrogenation. The feedback is not, as known from the prior art, directly in a C2 splitter, but in a or several process units upstream of this. In particular, these process units can represent separation units which are arranged downstream of one or more cracking furnaces of the steam cracker. However, a recycling according to the invention takes place, in particular in comparison with methods according to the prior art, downstream of the cracking furnace or furnaces, ie between the one or more cracking furnaces and one or more further process units or directly into one or more such process units, these one or several process units but is or are arranged upstream of the C2 splitter. In this way it can be ensured that interfering components contained in the light fraction can be at least largely separated off or converted and these are not, or to a lesser extent, converted into the fractions formed in the C2 splitter. In this way, a possible accumulation of such components in an otherwise closed circuit can be effectively prevented.
Insgesamt wird also, mit anderen Worten, im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Zielverbindung vorgeschlagen, bei dem ein Hydroformylierungseinsatzgemisch unter Gewinnung eines Hydroformylierungsproduktgemischs einer Hydroformylierung unterworfen wird und bei dem zumindest ein Teil des Hydroformylierungsproduktgemischs unter Erhalt einer leichten Fraktion und einer schweren Fraktion einer C2/C3-Trennung unterworfen wird. Overall, in other words, the present invention proposes a process for preparing a target compound in which a hydroformylation feed mixture is subjected to hydroformylation to obtain a hydroformylation product mixture and in which at least part of the hydroformylation product mixture is subjected to a light fraction and a heavy fraction is subjected to a C2/C3 separation.
Das Hydroformylierungseinsatzgemisch enthält (zumindest) Ethylen. Das Hydroformylierungsproduktgemisch enthält wenigstens eine Verbindung mit drei Kohlenstoffatomen in Form von oder umfassend Propanal und wenigstens eine tiefer als Propanal siedende Verbindung. Die leichte Fraktion enthält überwiegend oder ausschließlich die wenigstens eine tiefer als Propanal siedende Verbindung, d.h. wenigstens eine Verbindung, die einen Siedepunkt aufweist, der niedriger liegt als jener von Propanal. Es handelt sich insbesondere um Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen, insbesondere um Ethan und/oder Ethylen, wobei der Begriff „überwiegend“ bereits zuvor erläutert wurde. Wie zuvor erläutert können auch Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan von dieser Formulierung umfasst sein. Die schwere Fraktion enthält überwiegend oder ausschließlich die wenigstens eine Verbindung mit drei Kohlenstoffatomen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass, wie oben bereits mit anderen Worten ausgedrückt, die leichte Fraktion oder ein oder mehrere Teile hiervon einem einen Trennteil aufweisenden Steamcracker zugeführt wird. Der Trennteil umfasst dabei einen C2-Splitter und die leichte Fraktion oder der eine oder die mehreren Teile wird oder werden, wie auch nachfolgend noch in Ausgestaltungen erläutert, stromauf einer oder mehrerer Prozesseinheiten, die stromauf des C2-Splitters angeordnet ist oder sind, und stromab eines oder mehrerer Spaltöfen des Steamcrackers dem Steamcracker zugeführt. Bei der einen oder den mehreren Prozesseinheiten, die stromauf des C2-Splitters angeordnet ist oder sind, handelt es sich insbesondere um eine oder mehrere Trenneinheiten und/oder eine oder mehrere Einheiten zur Selektivhydrierung von Acetylenen. The hydroformylation feed mixture contains (at least) ethylene. The hydroformylation product mixture contains at least one compound having three carbon atoms in the form of or comprising propanal and at least one compound boiling lower than propanal. The light fraction contains predominantly or exclusively the at least one lower-boiling compound than propanal, ie at least one compound which has a boiling point lower than that of propanal. These are in particular hydrocarbons with two carbon atoms, in particular ethane and/or ethylene, the term “predominantly” having already been explained above. As previously explained, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and methane can also be included in this formulation. The heavy fraction contains predominantly or exclusively the at least one compound with three carbon atoms. According to the invention, it is provided that, as already expressed in other words above, the light fraction or one or more parts thereof is fed to a steam cracker having a separating part. The separating part comprises a C2 splitter and the light fraction or the one or more parts is or are, as also explained below in configurations, upstream of one or more process units that is or are arranged upstream of the C2 splitter and downstream one or more cracking furnaces of the steam cracker fed to the steam cracker. The one or more process units that is or are arranged upstream of the C2 splitter is, in particular, one or more separation units and/or one or more units for the selective hydrogenation of acetylenes.
Erfindungsgemäß erfolgt also hier, insbesondere im Gegensatz zum Stand der Technik, keine Rückführung zu einer Position stromauf des oder der Spaltöfen. Auf diese Weise wird eine entsprechende Belastung des oder der Spaltöfen vermieden. Die Rückführung zu einer Position stromab des oder der Spaltöfen ist besonders vorteilhaft, weil das rückgeführte Gas oder Gasgemisch typischerweise wenig spaltbares Ethan aufweist. According to the invention, here, in particular in contrast to the prior art, there is no return to a position upstream of the cracking furnace or furnaces. In this way, a corresponding load on the cracking furnace or furnaces is avoided. Recycle to a position downstream of the cracking furnace or furnaces is particularly advantageous because the recycle gas or gas mixture is typically low in crackable ethane.
Unter einem „Steameracker“ wird im hier verwendeten Sprachgebrauch eine Anordnung aus einem oder mehreren Spaltöfen, die in beliebiger und insbesondere in für entsprechende Verfahren üblicher Weise ausgebildet sein können, und ein Trennteil verstanden. Mehrere Spaltöfen können in gleicher oder unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Ein Trennteil kann einen „warmen“ Teil mit Verdichtung, Kohlendioxidabtrennung, Wasserwäsche, Trocknung und dergleichen umfassen, wie grundsätzlich aus der zitierten Fachliteratur bekannt. Er umfasst insbesondere auch einen „kalten“ Teil, der ebenfalls in der fachüblichen Weise ausgebildet sein kann und insbesondere Rektifikationskolonnen und kondensative Trenneinheiten umfasst, die bei kryogenen Temperaturen betrieben wird. Der C2-Splitter kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere stromab einer Abtrennung von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen von leichteren Komponenten aus einem Gemisch, das überwiegend oder ausschließlich die Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen und die leichteren Komponenten aufweist, vorgesehen sein, d.h. stromab eines Demethanizers, der insbesondere seinerseits stromab eines Deethanizers angeordnet sein kann. Der C2-Splitter kann aber auch stromab einer Abtrennung von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen von schwereren Komponenten aus einem Gemisch, das überwiegend oder ausschließlich die Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen und die schwereren Komponenten aufweist, vorgesehen sein, d.h. stromab eines Deethanizers, der insbesondere seinerseits stromab eines Demethanizers angeordnet sein kann. In the language used here, a “steameracker” is understood to mean an arrangement of one or more cracking furnaces, which can be designed in any desired manner and in particular in a manner that is customary for corresponding processes, and a separating part. Several cracking furnaces can be designed in the same or different ways. A separation part can include a "warm" part with compression, carbon dioxide separation, water washing, drying and the like, as is basically known from the technical literature cited. In particular, it also includes a “cold” part, which can also be designed in the manner customary in the art and, in particular, includes rectification columns and condensative separation units that are operated at cryogenic temperatures. In the context of the present invention, the C2 splitter can in particular be provided downstream of a separation of hydrocarbons with two carbon atoms from lighter components from a mixture which predominantly or exclusively contains the hydrocarbons with two carbon atoms and the lighter components, ie downstream of a demethanizer which in particular, it can in turn be arranged downstream of a deethanizer. However, the C2 splitter can also be downstream of a Separation of hydrocarbons with two carbon atoms from heavier components from a mixture which contains predominantly or exclusively the hydrocarbons with two carbon atoms and the heavier components, ie downstream of a deethanizer which in turn can in particular be arranged downstream of a demethanizer.
Ein grundsätzlicher Schritt, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, besteht also in der Rückführung des Kopfstromes aus der C2/C3-Tennung in den Steamcracker, wobei die C2/C3-Trennung grundsätzlich auch stromab einer Hydrierung angeordnet sein kann, die Rückführung jedoch nicht in den oder die Spaltöfen des Steamcrackers sondern an einer Position stromab hiervon erfolgt. A fundamental step that is carried out within the scope of the present invention consists in recycling the overhead stream from the C2/C3 separation into the steam cracker, with the C2/C3 separation basically also being able to be arranged downstream of a hydrogenation, but the recycling not in the cracking furnace or furnaces of the steam cracker but at a position downstream thereof.
Grundsätzlich kann der Steamcracker jeden geeigneten Kohlenwasserstoffeinsatz verarbeiten, besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung jedoch im Falle leichter Einsätze in Gascrackern (Ethan, Propan, C4-Fraktionen, Flüssiggas oder Mischungen davon) und insbesondere von Ethan. Durch entsprechende Rückführung schwererer Fraktionen im Steamcracker kann somit eine bedarfsgerecht einstellbare Produktion nur von Ethylen und Propylen erreicht werden. Im Grenzfall kann auch nur ein reines Propylenprodukt erhalten werden. Grundsätzlich können aber auch andere leichte und schwere Einsätze oder Mischungen davon verwendet werden. In principle, the steam cracker can process any suitable hydrocarbon feed, but the present invention is particularly advantageous in the case of light feeds in gas crackers (ethane, propane, C4 fractions, LPG or mixtures thereof), and in particular ethane. By appropriate recycling of heavier fractions in the steam cracker, production of only ethylene and propylene, which can be adjusted as required, can be achieved. In the borderline case, only a pure propylene product can be obtained. In principle, however, other light and heavy inserts or mixtures thereof can also be used.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Steamcracker einen oder mehrere zumindest teilweise elektrisch beheizte Spaltöfen auf. Alternativ oder zusätzlich kann in mindestens einem Spaltofen des Steamcrackers zumindest teilweise Wasserstoff zur Befeuerung verwendet werden. Entsprechender Wasserstoff oder eine an Wasserstoff angereicherte Fraktion kann insbesondere aus einer Tailgasfraktion abgetrennt werden, beispielsweise mittels eines Adsorptivverfahrens wie beispielsweise einer Druckwechseladsorption. Auch eine Nutzung von Wasserstoff für Hydrierungen und andere Verfahrensschritte, wie unten erläutert, ist möglich. In one embodiment of the invention, the steam cracker has one or more at least partially electrically heated cracking furnaces. Alternatively or additionally, hydrogen can be used at least partially for firing in at least one cracking furnace of the steam cracker. Corresponding hydrogen or a hydrogen-enriched fraction can be separated off in particular from a tail gas fraction, for example by means of an adsorptive process such as pressure swing adsorption. It is also possible to use hydrogen for hydrogenations and other process steps, as explained below.
Die Erfindung geht dabei aus von einem geeigneten Einsatzstrom für die Hydroformylierung, der reich an Ethylen ist, und insbesondere zusätzlich von einem Synthesegasstrom aus einem Verfahren zur Synthesegaserzeugung aus. Dabei soll im Folgenden der Begriff Synthesegaserzeugung insbesondere die Verfahren Reforming, Dryreforming und Partialoxidation umfassen. In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird dem das Ethylen enthaltende Hydroformylierungseinsatzgemisch insbesondere unter Verwendung zumindest eines Teils eines mittels des Steamcrackers bereitgestellten Steamerackerproduktgemischs oder zumindest einer Fraktion hiervon bereitgestellt. Das Hydroformylierungseinsatzgemisch enthält unabhängig von der Art der Herstellung insbesondere wenigstens 25 Volumenprozent Ethylen. The invention is based on a suitable feed stream for the hydroformylation, which is rich in ethylene, and in particular additionally on a synthesis gas stream from a process for generating synthesis gas. In the following, the term synthesis gas generation should include in particular the processes of reforming, dry reforming and partial oxidation. In the process proposed according to the invention, the hydroformylation feed mixture comprising the ethylene is provided in particular using at least part of a steam cracker product mixture provided by means of the steam cracker or at least a fraction thereof. Regardless of the type of preparation, the hydroformylation feed mixture contains in particular at least 25 percent by volume of ethylene.
Grundsätzlich sind dabei unterschiedliche Ausgestaltungen möglich. So kann das Ethylen als Reinfraktion aus dem Steamcracker und/oder einer anderen Quelle bereitgestellt werden. Zumindest ein Teil einer Fraktion, die überwiegend Kohlenwasserstoffe mit zwei Kohlenstoffatomen und tiefer siedende Verbindungen enthält (nachfolgend kurz als „C2minus-Fraktion“ bezeichnet) des Steamcrackers kann ungetrennt durch die Hydroformylierung geschleust werden. Daneben kann im Steamcracker bedarfsweise weiterhin Reinethylen als Produkt gewonnen werden.In principle, different configurations are possible. Thus, the ethylene can be provided as a clean fraction from the steam cracker and/or another source. At least part of a fraction, which mainly contains hydrocarbons with two carbon atoms and lower-boiling compounds (hereinafter referred to as “C2minus fraction”) from the steam cracker can be channeled unseparated through the hydroformylation. In addition, if required, pure ethylene can still be obtained as a product in the steam cracker.
Alternativ können auch entsprechend verdünnte Ethylenfraktionen als Einsatzstrom der Hydroformylierung, d.h. in dem Hydroformylierungseinsatzgemisch, zum Einsatz kommen, z.B. aus einer oxidativen Dehydrierung von Ethan und/oder aus einer oxidativen Kopplung von Methan. Jederzeit ist zusätzlich zur Verwendung von Ethylen aus dem Steamcracker auch die Verwendung von Ethylen aus einer anderen Quelle möglich. Alternatively, appropriately diluted ethylene fractions can also be used as the hydroformylation feed stream, i.e. in the hydroformylation feed mixture, for example from an oxidative dehydrogenation of ethane and/or from an oxidative coupling of methane. It is always possible to use ethylene from another source in addition to using ethylene from the steam cracker.
Möglich ist aber auch die Verwendung einer Mischung ethylenreicher Ströme aus mehreren der zuvor genannten Quellen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung stammt der ethylenreiche Strom zumindest teilweise aus einem Steamcracker, wie bereits erwähnt. However, it is also possible to use a mixture of ethylene-rich streams from several of the sources mentioned above. In a particularly preferred embodiment, at least part of the ethylene-rich stream originates from a steam cracker, as already mentioned.
In entsprechenden Ausgestaltungen ist dabei vorgesehen, dass das Hydroformylierungseinsatzgemisch zu einem ersten Anteil aus einem (Ethylen enthaltenden) Steamerackerproduktgemisch, das unter Verwendung eines Steamcrackers bereitgestellt wird, oder zumindest einer Fraktion oder eines Anteils hiervon, und zu einem zweiten Anteil aus einem Synthesegas, das unter Verwendung einer Synthesegaserzeugung (der erwähnten Art) bereitgestellt wird, oder zumindest einer Fraktion oder eines Anteils hiervon, gebildet wird, wobei der Synthesegaserzeugung eine überwiegend oder ausschließlich Methan oder Methan und leichter als Methan siedende Verbindungen enthaltende Tailgasfraktion, die unter Verwendung des Steamcrackers bereitgestellt wird, oder zumindest eine Fraktion oder ein Anteil hiervon, zugeführt wird. In corresponding configurations, it is provided that the hydroformylation feed mixture comprises a first portion of a steam cracker product mixture (containing ethylene) that is provided using a steam cracker, or at least a fraction or portion thereof, and a second portion of a synthesis gas that is Using a synthesis gas production (of the kind mentioned) is provided, or at least a fraction or part thereof, is formed, whereby the synthesis gas production consists predominantly or exclusively of methane or methane and tail gas fraction containing lighter than methane boiling compounds provided using the steam cracker, or at least a fraction or portion thereof.
In solchen Ausgestaltungen kann der Steamcracker insbesondere einen oder mehrere zumindest teilweise elektrisch beheizte Spaltöfen aufweisen und/oder die Synthesegaserzeugung kann unter Verwendung von zumindest teilweise elektrisch bereitgestellter Wärme durchgeführt werden. Hierdurch wird insbesondere eine Tailgasfraktion der erläuterten Art für eine alternative Nutzung frei, so dass diese bzw. das darin enthaltene Methan insbesondere in der Synthesegaserzeugung stofflich genutzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann in mindestens einem Spaltofen des Steamcrackers und/oder in der Synthesegaserzeugung zumindest teilweise Wasserstoff zur Befeuerung verwendet werden. Entsprechender Wasserstoff oder eine an Wasserstoff angereicherte Fraktion kann insbesondere aus der Tailgasfraktion des Steamcrackers abgetrennt werden, beispielsweise mittels eines Adsorptivverfahrens wie beispielsweise einer Druckwechseladsorption. Ungeachtet der Nutzung des Wasserstoffs oder der an Wasserstoff angereicherten Fraktion kann eine verbleibende Methanfraktion bzw. eine an Methan angereicherte Fraktion dann als der erwähnte Teil bzw. die erwähnte Fraktion der Synthesegaserzeugung zumindest zum Teil zugeführt werden. Generell kann also im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus der Tailgasfraktion oder einer beliebigen anderen Fraktion bzw. einem beliebigen anderen Gasgemisch Wasserstoff zumindest teilweise abgetrennt und einer Hydrierung und/oder einem weiteren Verfahrensschritt und/oder einer Befeuerung zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch aus dem Synthesegas Wasserstoff zumindest teilweise abgetrennt und einer Hydrierung und/oder einem weiteren Verfahrensschritt und/oder einer Befeuerung zugeführt werden. In diesem Fall stellt der verbleibende Rest, oder ein entsprechender Teil hiervon, die der Synthesereaktion zugeführte Fraktion oder den der Synthesereaktion zugeführten Anteil des Synthesegases dar. In such configurations, the steam cracker can in particular have one or more at least partially electrically heated cracking furnaces and/or the synthesis gas can be generated using at least partially electrically provided heat. As a result, in particular a tail gas fraction of the type explained is free for alternative use, so that it or the methane contained therein can be used as a material, in particular in the production of synthesis gas. Alternatively or additionally, hydrogen can be used at least partially for firing in at least one cracking furnace of the steam cracker and/or in the production of synthesis gas. Corresponding hydrogen or a hydrogen-enriched fraction can be separated off in particular from the tail gas fraction of the steam cracker, for example by means of an adsorptive process such as pressure swing adsorption. Irrespective of the use of the hydrogen or the hydrogen-enriched fraction, a remaining methane fraction or a methane-enriched fraction can then be fed at least in part as the mentioned part or the mentioned fraction of the synthesis gas production. In general, within the scope of the present invention, hydrogen can be at least partially separated from the tail gas fraction or any other fraction or any other gas mixture and fed to a hydrogenation and/or a further process step and/or to a firing. Alternatively or additionally, hydrogen can also be at least partially separated off from the synthesis gas and fed to a hydrogenation and/or to a further process step and/or to a firing. In this case, the remainder, or a corresponding part thereof, represents the fraction or portion of the synthesis gas fed to the synthesis reaction.
Ethylenreiche Ströme können insbesondere mehr als 20 vol.-%, mehr als 30 vol.-%, mehr als 50 vol.%, mehr als 60 vol.% und mehr als 75 vol.% Ethylen sowie typischerweise weniger als 80 vol.-% Ethylen enthalten. Erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Einsatz einer „Reinfraktion“ aus einem Steamcracker, beträgt der Ethylengehalt insbesondere mehr als 95 vol.-%, mehr als 98 vol.-%, mehr als 99 vol.-% oder mehr als 99,5 vol.%. Mit anderen Worten kann die leichte Fraktion oder der oder die dem Steamcracker zugeführten Teile einen entsprechenden Gehalt an Ethylen aufweisen, der auch insbesondere bis zu 99,9 vol.% betragen kann. In particular, ethylene-rich streams may contain more than 20%, more than 30%, more than 50%, more than 60% and more than 75% ethylene by volume, and typically less than 80% by volume. contain ethylene. If, within the scope of the present invention, a “pure fraction” from a steam cracker is used, the ethylene content is in particular more than 95% by volume, more than 98% by volume, more than 99% by volume or more than 99.5% by volume. In other words, the light fraction or the part(s) fed to the steam cracker can have a corresponding ethylene content, which can also be up to 99.9% by volume in particular.
Vorteilhafterweise ist in einem Steamcracker im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine vollständige Fraktionierung von Ethan und Ethylen in einem C2-Splitter erforderlich, sondern es muss nur eine ausreichende Abreicherung des Ethangehaltes erfolgen. Abhängig von der Rückführung kann der C2-Splitter auch vollständig entfallen. Advantageously, no complete fractionation of ethane and ethylene in a C2 splitter is required in a steam cracker within the scope of the present invention, but only a sufficient depletion of the ethane content has to take place. Depending on the feedback, the C2 splitter can also be omitted entirely.
Entsprechend muss auch ein Demethanizer des Steamcrackers im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zwingend die üblicherweise strengen Ethylenspezifikationen hinsichtlich der Clminus-Fraktion (insbesondere Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan) einhalten. Die entsprechenden Verbindungen dienen in der Hydroformylierung vielmehr als Reaktand (Wasserstoff und Kohlenmonoxid) bzw. fungieren als Inertmedium (Methan und Ethan) und werden vorteilhafterweise dann erst in der C2/C3-Trennung stromab der Hydroformylierung abgetrennt. Accordingly, in the context of the present invention, a demethanizer of the steam cracker does not necessarily have to comply with the usually strict ethylene specifications with regard to the Clminus fraction (in particular hydrogen, carbon monoxide and methane). In the hydroformylation, the corresponding compounds rather serve as a reactant (hydrogen and carbon monoxide) or act as an inert medium (methane and ethane) and are then advantageously separated off only in the C2/C3 separation downstream of the hydroformylation.
Der Kopfstrom des Demethanizers oder ein abgetrennter Teilstrom davon kann vorteilhafterweise zumindest teilweise als Einsatzstrom der ggf. vorhandenen Synthesegaserzeugung verwendet werden. Ein abgetrennter Teilstrom kann dabei insbesondere an Wasserstoff abgereichert werden, z.B. mittels Membran- oder Adsorptionsverfahren (insbesondere mittels Druckwechseladsorption). The overhead stream of the demethanizer or a separated partial stream thereof can advantageously be used at least in part as feed stream for any synthesis gas generation that may be present. A separated partial flow can be depleted in hydrogen in particular, e.g. by means of membrane or adsorption processes (in particular by means of pressure swing adsorption).
Propanal kann zunächst eigenständiges Wertprodukt bzw. Zielverbindung sein, aber insbesondere auch die vollständige oder jeweils anteilige weitere Umsetzung hin zu Propanol (durch Hydrierung des Propanais) und/oder zu Propylen (durch nachfolgende Dehydratisierung des Propanols) ist möglich und kann in Ausgestaltungen bevorzugter Bestandteil der vorliegenden Erfindung. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also das Propanal die Zielverbindung darstellen oder das Propanal kann alternativ dazu oder zumindest in Teilen zu einer die Zielverbindung darstellenden Folgeverbindung umgesetzt werden. Nach der Hydroformylierung oder Hydrierung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abtrennung einer leichten Fraktion vom Propanal oder Propanol erfolgen. Die C2/C3-Trennung stromab der Hydroformylierung bzw. alternativ einer sich hieran anschließenden Hydrierung kann insbesondere vorzugsweise in Form einer oder umfassend eine Extraktivdestillation durchgeführt werden. Sie kann dabei, wie erwähnt, unmittelbar stromab der Hydroformylierung, oder aber auch stromab einer nachfolgenden Hydrierung angeordnet sein. Propanal can initially be an independent product of value or target compound, but in particular the complete or partial further conversion to propanol (by hydrogenation of the propanai) and/or to propylene (by subsequent dehydration of the propanol) is possible and can be a preferred component of the present invention. In the process according to the invention, the propanal can therefore represent the target compound or the propanal can alternatively or at least in part be converted to a subsequent compound representing the target compound. After the hydroformylation or hydrogenation, a light fraction can be separated off from the propanal or propanol in the context of the present invention. The C2/C3 separation downstream of the hydroformylation or, alternatively, of a subsequent hydrogenation can particularly preferably be carried out in the form of or comprising an extractive distillation. As mentioned, it can be arranged directly downstream of the hydroformylation, or alternatively downstream of a subsequent hydrogenation.
Bei der Extraktivdestillation (Extraktivrektifikation) handelt es sich bekanntermaßen um ein Verfahren der Destillation zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen unter Einsatz eines vergleichsweise hochsiedenden, insbesondere selektiven Lösungsmittels, das hier auch als Schleppmittel bezeichnet wird. Die Extraktivdestillation beruht darauf, dass die relative Flüchtigkeit der zu trennenden Komponenten durch das Schleppmittel beeinflusst wird. Hierbei können insbesondere die relative Flüchtigkeit einer der Komponenten erhöht bzw. die Aktivitätskoeffizienten der zu trennenden Komponenten deutlich in unterschiedliche Richtungen verändert werden. Im Ergebnis ergibt sich damit eine im Sinne der Trenntechnik positive Veränderung des Trennfaktors. As is known, extractive distillation (extractive rectification) is a distillation process for separating liquid mixtures using a comparatively high-boiling, particularly selective solvent, which is also referred to here as an entraining agent. Extractive distillation is based on the fact that the relative volatility of the components to be separated is influenced by the entrainer. Here, in particular, the relative volatility of one of the components can be increased or the activity coefficients of the components to be separated can be changed significantly in different directions. The result is a positive change in the separation factor in terms of separation technology.
Propanol kann dabei, falls dieses in einer entsprechenden Ausgestaltung der Erfindung gebildet wird, insbesondere auch als Lösungsmittel der Hydroformylierung und/oder als Extraktionsmittel einer Extraktivdestillation dienen und entsprechend zur Hydroformylierung und/oder Extraktivdestillation zurückgeführt werden. If it is formed in a corresponding embodiment of the invention, propanol can also serve in particular as a solvent in the hydroformylation and/or as an extractant in an extractive distillation and can accordingly be returned to the hydroformylation and/or extractive distillation.
In Ausgestaltungen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass insgesamt nur ein Teil der leichten Fraktion dem Steamcracker zugeführt wird und ein weiterer Teil der leichten Fraktion einer Nachverdichtung unterworfen und als Recyclestrom stromauf der Hydroformylierung in das Verfahren zurückgeführt wird, ohne den Steamcracker oder dem Steamcracker zugeordnete Prozesseinheiten zu durchlaufen. In configurations of the invention, it can also be provided that overall only part of the light fraction is fed to the steam cracker and another part of the light fraction is subjected to recompression and returned to the process as a recycle stream upstream of the hydroformylation, without being assigned to the steam cracker or the steam cracker to go through process units.
Eine Rückführung in den Zerlegungsteil eines Steamcrackers erfolgt in geeigneter Weise insbesondere stromauf eines Demethanizers bzw. einer Demethanisierung. Je nach Ausführung ist auch eine Einspeisung weiter stromauf im Steamcracker möglich, also stromauf einer Verdichtung oder einzelner Verdichterstufen, stromauf einer Laugewäsche und/oder stromauf einer ersten Trennung (insbesondere einer C2/C3- und/oder C3/C4-Trennung), jedoch stromab des oder der Spaltöfen. Diese Trennungen können in unterschiedlicher Anordnung und Reihenfolge in zweckmäßiger Weise erfolgen. Die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Rückführung eben nicht in einen C2-Splitter erfolgt, sondern eine oder mehrere Prozesseinheiten stromauf hiervon. A return to the decomposition section of a steam cracker takes place in a suitable manner, in particular upstream of a demethanizer or demethanization. Depending on the design, it is also possible to feed in further upstream in the steam cracker, i.e. upstream of compression or individual compressor stages, upstream of a caustic wash and/or upstream of a first separation (in particular a C2/C3 and/or C3/C4 separation), but downstream of the cracking furnace(s). These separations can be made in different arrangements and sequences as appropriate. The advantages of the invention result from the fact that the return does not take place in a C2 splitter, but one or more process units upstream of it.
Wird kein „reiner“ Ethylenstrom aus dem Steamcracker der Hydroformylierungsreaktion zugeführt, sondern enthält der Einsatzstrom der Synthesereaktion Ethan, geht dieses in die leichte Fraktion über. Das Ethan kann durch eine entsprechende Rückführung stromab des oder der Spaltöfen erneut als Einsatz verwendet werden. Zur Vermeidung zusätzlichen apparativen Aufwandes erfolgt aber eine Rückführung dieses Stromes in den Zerlegungsteil stromauf eines C2-Splitters. Das im Einsatzstrom der Synthesereaktion enthaltene Ethan wird erfindungsgemäß also nicht direkt in einen Spaltofen zurückgeführt, sondern durchläuft zunächst weitere Prozessschritte im Zerlegungsteil des Steamcrackers. Auf diese Weise steht das Ethan dann ebenfalls als Einsatz für den Steamcracker zur Verfügung. If no “pure” ethylene stream from the steam cracker is fed into the hydroformylation reaction, but instead the feed stream from the synthesis reaction contains ethane, this is converted into the light fraction. The ethane can be reused as feedstock by appropriate recycling downstream of the cracking furnace or furnaces. To avoid additional outlay on equipment, however, this stream is returned to the splitting section upstream of a C2 splitter. According to the invention, the ethane contained in the input stream of the synthesis reaction is therefore not fed back directly into a cracking furnace, but first runs through further process steps in the decomposition part of the steam cracker. In this way, the ethane is then also available as input for the steam cracker.
Des Weiteren erscheint aufgrund des Anteils an Kohlenmonoxid eine Rückführung in den Steamcracker stromab einer C2-Selektivhydrierung besonders vorteilhaft und ist daher gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen. Diese kann dabei insbesondere als Frontend- oder Rohgashydrierung ausgeführt sein. Alternativ ist die Anordnung einer Tailendhydrierung stromab eines Demethanizers als weitere Ausgestaltung der Erfindung möglich. Furthermore, due to the proportion of carbon monoxide, recycling into the steam cracker downstream of a C2 selective hydrogenation appears to be particularly advantageous and is therefore provided according to one embodiment of the invention. This can in particular be designed as a front-end or crude gas hydrogenation. Alternatively, the arrangement of a tail end hydrogenation downstream of a demethanizer is possible as a further embodiment of the invention.
Durch eine solche Rückführung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch dann, wenn ein Einsatz bzw. eine Zumischung entsprechend verdünnter Ethylenfraktionen erfolgt, eine effiziente Abtrennung und Nutzung der in diesen Strömen enthaltenen leichten Komponenten erreicht werden. Zusätzlicher Trennaufwand wird auf diese Weise vermieden und der Clminus-Anteil kann wie zuvor beschrieben erfindungsgemäß mit der Tailgasfraktion verwertet werden. Such recycling according to one embodiment of the invention makes it possible to achieve efficient separation and use of the light components present in these streams, even if correspondingly dilute ethylene fractions are used or mixed in. Additional separation effort is avoided in this way and the Clminus fraction can be utilized according to the invention with the tail gas fraction, as described above.
Rohpropylen nach der Dehydratisierung kann, falls gebildet, optional in den Zerlegungsteil eines Steamcrackers zurückgefahren werden. Crude propylene after dehydration, if formed, can optionally be recycled to the separation section of a steam cracker.
Des Weiteren kann auch eine Rückführung von Fraktionen, die reich an Ethan und/oder Propan sind in den Steamcracker erfolgen. Insbesondere bei Steamerackern mit leichtem Einsatz (C2- bis C5-Kohlenwasserstoffe, also insbesondere Ethan und Propan, aber auch C4-Fraktionen, LPG) sind nur geringe Gehalte an Aromaten in den höheren Kohlenwasserstofffraktionen zu finden. Auch diese Fraktionen können somit leicht in den Steamcracker recycelt werden, ggf. nach zumindest teilweiser Hydrierung von einfach und mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Furthermore, fractions that are rich in ethane and/or propane can also be returned to the steam cracker. Especially in steamer fields with light use (C2 to C5 hydrocarbons, i.e. in particular ethane and propane, but also C4 fractions, LPG) there are only low aromatic content in the found in higher hydrocarbon fractions. These fractions can thus also be easily recycled into the steam cracker, optionally after at least partial hydrogenation of mono- and polyunsaturated hydrocarbons.
In der Abscheidung nach einer Dehydratisierung anfallendes Wasser aus dem Verfahren kann zumindest teilweise als Dampf wieder in zumindest einen Spaltofen und/oder in die Synthesegaserzeugung zurückgeführt werden. Water from the process occurring in the separation after a dehydration can be returned at least partially as steam to at least one cracking furnace and/or to the synthesis gas production.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zur Herstellung einer Zielverbindung, bezüglich derer auf den entsprechenden unabhängigen Patentanspruch ausdrücklich verwiesen wird. Eine entsprechende Anlage, die vorzugsweise zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, wie es zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde, profitiert von den zuvor bereits erwähnten Vorteilen in gleicher Weise. The present invention also extends to a plant for the production of a target compound, with respect to which reference is expressly made to the corresponding independent patent claim. A corresponding system, which is preferably set up to carry out a method as explained above in different configurations, benefits in the same way from the advantages already mentioned above.
Abschließend zusammengefasst schafft die vorliegende Erfindung eine optimierte Nutzung des Kopfstromes einer C2/C3-Trennung stromab einer Hydroformylierung von Ethylen. Es erfolgt insbesondere eine vorteilhafte stoffliche Verwertung von enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffen (insbesondere Ethan und Ethylen). Eine Verbrennung bzw. Verwertung in einer Befeuerung kann vermieden werden. Hierdurch kann eine Reduzierung oder Vermeidung von Kohlendioxidemissionen bzw. Abfallströmen erreicht werden. In den entsprechenden Ausgestaltungen wird insbesondere auch die Tailgasfraktion des Steamcrackers, d.h. insbesondere deren Methan- und/oder Wasserstoffanteil, besonders vorteilhaft genutzt. Auch hierdurch kann eine Reduzierung oder Vermeidung von Kohlendioxidemissionen bzw. Abfallströmen erreicht werden Diese Reduktion ist besonders ausgeprägt im Falle elektrischer Beheizung und/oder Verwendung von Wasserstoff zur Befeuerung. In summary, the present invention creates an optimized use of the top stream of a C2/C3 separation downstream of a hydroformylation of ethylene. In particular, there is an advantageous material utilization of the higher hydrocarbons present (particularly ethane and ethylene). Incineration or recycling in a furnace can be avoided. In this way, a reduction or avoidance of carbon dioxide emissions or waste streams can be achieved. In the corresponding configurations, the tail gas fraction of the steam cracker, i.e. in particular its methane and/or hydrogen content, is used particularly advantageously. A reduction or avoidance of carbon dioxide emissions or waste streams can also be achieved in this way. This reduction is particularly pronounced in the case of electrical heating and/or the use of hydrogen for firing.
Die gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Integration von Steamcracker und Hydroformylierung ermöglicht dabei ein effizientes und optimiertes Gesamtverfahren. Besondere Vorteile ergeben sich durch die Integration der dem Steamcracker nachgeschalteten Prozessschritte und der Nutzung ohnehin vorhandener und/oder zu errichtender Prozessschritte des Steamcrackers wie z.B. Verdichtungen, Reinigungen, Trocknung und Trennungen (insbesondere Demethanizer und C2-Splitter, die einen erheblichen apparativen Aufwand bedeuten). Je nach Ausführung kann darüber hinaus auch der Zerlegungsaufwand eines Steamcrackers deutlich reduziert werden, da das Ethylenprodukt, das in die Hydroformylierung überführt wird, (Rest-)mengen an Ethan, Methan, Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff enthalten kann. The integration of steam cracker and hydroformylation provided according to one embodiment of the invention enables an efficient and optimized overall process. Particular advantages result from the integration of the process steps downstream of the steam cracker and the use of process steps of the steam cracker that already exist and/or are to be set up, such as compression, cleaning, drying and separation (in particular demethanizers and C2 splitters, which require a considerable amount of equipment). Depending on the design, the cost of separating a steam cracker can also be significantly reduced, since the ethylene product that is converted to the hydroformylation can contain (residual) amounts of ethane, methane, carbon monoxide and/or hydrogen.
Ethylen kann bedarfsgerecht und kostengünstig in Propylen überführt werden. Eine bedarfsgerechte und flexible Anpassung des Verhältnisses von Propylen zu Ethylen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Ethylene can be converted to propylene as required and at low cost. A need-based and flexible adjustment of the ratio of propylene to ethylene is possible within the scope of the present invention.
Bei Rückführung schwererer Kohlenwasserstofffraktionen (Propan und Kohlenwasserstoffe mit vier und mehr Kohlenstoffatomen, nach ggf. notwendiger zumindest teilweiser Hydrierung der Kohlenwasserstoffe mit vier und mehr Kohlenstoffatomen) in den Steamcracker werden im Wesentlichen nur Ethylen und Propylen als Produkt erhalten, im Grenzfall kann es sogar eine reine Propylenerzeugung sein. When recirculating heavier hydrocarbon fractions (propane and hydrocarbons with four or more carbon atoms, after any necessary at least partial hydrogenation of the hydrocarbons with four or more carbon atoms) in the steam cracker essentially only ethylene and propylene are obtained as a product, in the borderline case it can even be pure be propylene production.
Andere Verfahren zur (selektiven) Propylenherstellung setzen oft bereits hochwertige Produkte um. So setzt die Olefinmetathese Olefine, insbesondere Ethylen und 2-Buten zu Propylen um, während beim hier vorgeschlagenen Verfahren das Upgrade von Ethylen zu Propylen aus der Verwendung von Methan erfolgt (ideales Verhältnis der Kohlenstoffbilanz: 2 Kohlenstoffatome aus Ethylen und 1 Kohlenstoffatome aus Methan). On-Purpose-Verfahren wie z.B. die Propandehydrierung (PDH) ausgehend von Propan ergeben zwar im wesentlichen Propylen als Produkt, jedoch können hier ebenfalls anfallende leichtere Fraktionen (Ethan) oder schwerere Fraktionen (C4, LPG, Naphtha, AGO, VGO) nicht bzw. nicht selektiv zur Propylengewinnung genutzt werden. Other processes for (selective) propylene production often already convert high-quality products. Olefin metathesis converts olefins, in particular ethylene and 2-butene, to propylene, while the process proposed here upgrades ethylene to propylene from the use of methane (ideal carbon balance ratio: 2 carbon atoms from ethylene and 1 carbon atom from methane). On-purpose processes such as propane dehydrogenation (PDH) starting from propane essentially result in propylene as the product, but the lighter fractions (ethane) or heavier fractions (C4, LPG, naphtha, AGO, VGO) that are also produced here cannot be processed or can only be processed. not be used selectively for propylene production.
In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren beträgt der Olefineffizienzfaktor und/oder der Monomerwirkungsgrad insbesondere mindestens 100%, weiter insbesondere mindestens 115%, 125% oder 130%, und bis zu 150%. In the process proposed according to the invention, the olefin efficiency factor and/or the monomer efficiency is in particular at least 100%, more particularly at least 115%, 125% or 130% and up to 150%.
Der Olefineffizienzfaktor OET bzw. Monomerwirkungsgrad MWG ergibt sich zunächst als Quotient aus der Masse an über die Reaktionskaskade Hydroformylierung, Hydrierung und Dehydratisierung gewonnenem Reinpropylen mRejnpropyien und der Masse an in der Hydroformylierung eingesetztem Ethylen mEthyien wie folgt: OE( MWG — 100% fTlReinpropylen / HlEthylen The olefin efficiency factor OET or monomer efficiency MWG is initially the quotient of the mass of pure propylene mR ejn propylene obtained via the hydroformylation, hydrogenation and dehydration reaction cascade and the mass of ethylene mEthyien used in the hydroformylation as follows: OE( MWG — 100% fTlpure propylene / hlethylene
Unter idealisierten Bedingungen (also jeweils 100% Umsatz mit 100% Selektivität) beträgt dieser Wert maximal 150%. Der Olefineffizienzfaktor OET bzw. Under idealized conditions (ie in each case 100% conversion with 100% selectivity), this value is at most 150%. The olefin efficiency factor OET or
Monomerwirkungsgrad MWG lässt sich auch aus den entsprechenden Einzelschritten des Verfahrens ableiten. Dabei ist jeder Einzelschritt (i = 1 bis x) - also insbesondere die Hydroformylierung, eine Trennung von leichten Komponenten, die Hydrierung, die Dehydratisierung und eine Fraktionierung - charakterisiert durch ein Paar von Umsatz X; und Selektivität Sj, welches unter technischen Bedingungen optimalerweise erreicht werden kann. Daraus ergibt sich die jeweilige Ausbeute des Einzelschrittes: Monomer efficiency MWG can also be derived from the corresponding individual steps of the process. Each individual step (i=1 to x)—ie in particular the hydroformylation, a separation of light components, the hydrogenation, the dehydration and a fractionation—is characterized by a pair of conversions X; and selectivity Sj, which can optimally be achieved under technical conditions. This results in the respective output of the individual step:
Yi = X * Si. Yi = X * Si.
Dabei kann für eine Trennung und eine Fraktionierung der Umsatz jeweils auf 100% gesetzt werden, da hier zwar keine Reaktion von einem Edukt zu einem andersartigen Produkt erfolgt, aber die Eintrittsmasse gleich der Austrittsmasse für jede Komponente sein muss. Edukt und Produkt sind bei dieser Betrachtung für eine Trennung bzw. Fraktionierung also identische Komponenten. Die Selektivität ist hier sodann ein Maß für den Wirkungsgrad der Trennung bzw. Fraktionierung. Bei einer Selektivität von 100% gelangt die entsprechende Komponente vollständig in die Zielfraktion, während bei Werten kleiner als 100% ein Verlust in eine jeweils andere Fraktion der T rennung bzw. Fraktionierung erfolgt. Werte kleiner als 100% quantifizieren also den entsprechenden Verlust der jeweiligen Komponente, der nicht in die Zielfraktion gelangt. Wie oben erwähnt, kann in Ausgestaltungen der Erfindung eine zumindest teilweise elektrische Beheizung des oder der Spaltöfen und/oder eine zumindest teilweise Beheizung durch Verfeuern von Wasserstoff vorgesehen sein. The conversion can be set to 100% for a separation and a fractionation, since there is no reaction from one starting material to a different product, but the inlet mass must be the same as the outlet mass for each component. Educt and product are therefore identical components in this consideration for a separation or fractionation. The selectivity is then a measure of the efficiency of the separation or fractionation. With a selectivity of 100%, the corresponding component gets completely into the target fraction, while with values less than 100%, there is a loss in a different fraction of the separation or fractionation. Values less than 100% therefore quantify the corresponding loss of the respective component that does not reach the target fraction. As mentioned above, at least partial electrical heating of the cracking furnace(s) and/or at least partial heating by burning hydrogen can be provided in embodiments of the invention.
Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung für jeden Kohlenwasserstoffeinsatz eines Steamcrackers anwendbar. Besonders relevant ist die vorliegende Erfindung aber insbesondere für Ethancracker bzw. für einen Spaltofen, dem zumindest anteilig ein Ethanrecycle zugeführt wird. In principle, the present invention can be used for any hydrocarbon feed of a steam cracker. However, the present invention is particularly relevant in particular for ethane crackers or for a cracking furnace to which at least a portion of an ethane recycle is fed.
Wie erwähnt, existieren in letzter Zeit zunehmende Bestrebungen zur Verminderung der Kohlendioxidemissionen von Steamerackern und auch von Reformern. Insbesondere erfolgt keine oder nur eine reduzierte Befeuerung der Öfen mehr durch Verbrennung von Methan bzw. methanreichen Fraktionen. Vielmehr wird eine Beheizung angestrebt, die Kohlendioxidemissionen reduziert bzw. vermeidet. Dazu werden Ansätze zur Befeuerung durch Verbrennung von Wasserstoff sowie zur zumindest teilweisen elektrischen Beheizung verfolgt. As mentioned, there have recently been increasing efforts to reduce carbon dioxide emissions from steamers and also from reformers. In particular, there is no or only reduced firing of the furnaces by burning methane or methane-rich fractions. Rather, the aim is heating that reduces or avoids carbon dioxide emissions. For this purpose, approaches to firing by burning hydrogen and at least partial electrical heating are being pursued.
In einer Ausgestaltung kann insbesondere eine Rückführung von Rohpropylen aus der Prozesskette Hydroformylierung, Hydrierung und Dehydratisierung in den Zerlegungsteil des Steamcrackers und die Nutzung eines gemeinsamen C3-Splitters vorgesehen sein. In diesem Zusammenhang kann erforderlichenfalls eine geeignete Aufreinigung bzw. Spurenentfernung (insbesondere von Oxygenaten) erfolgen (in Figur 1 unten optional dargestellt und mit 170 bezeichnet). In one embodiment, crude propylene from the hydroformylation, hydrogenation and dehydration process chain can in particular be returned to the separation part of the steam cracker and the use of a common C3 splitter. In this context, a suitable purification or removal of traces (in particular of oxygenates) can be carried out if necessary (shown optionally at the bottom of FIG. 1 and denoted by 170).
Es muss keine vollständige Entfernung von Kohlendioxid im Synthesegas aus der Synthesegaserzeugung (inklusive einer ggf. vorgesehenen Wassergasshift) erfolgen, Restmengen können die Hydroformylierung durchlaufen und dann mit dem Purgegas bzw. der leichten Fraktion am Kopf der C2/C3-Trennung in den Steamcracker gefahren werden. Die Rückführung kann dabei stromauf des Spaltofens, oder aber stromab der Laugewäsche erfolgen, wo dann das Kohlendioxid aus dem Prozess ausgeschleust wird. Carbon dioxide does not have to be completely removed from the synthesis gas from the synthesis gas production (including a possible water gas shift). Residual amounts can go through the hydroformylation and then be fed into the steam cracker with the purge gas or the light fraction at the top of the C2/C3 separation . The recirculation can take place upstream of the cracking furnace or downstream of the caustic scrubber, where the carbon dioxide is then discharged from the process.
Ebenfalls kann die ausgestaltungsgemäße Synthesegaserzeugung optional weitere Schritte wie eine Wassergasshift zur Justierung des Wasserstoff-Kohlenmonoxid- Verhältnisses oder eine Reinigung (z.B. Aminwäsche, insbesondere Rectisolwäsche) beinhalten. Die Einstellung des Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnisses mittels einer Shiftreaktion an geeigneter Stelle im Verfahren ist jederzeit möglich. Diese wird insbesondere nicht in einem zur Hydroformylierung verwendeten Katalysatorbett oder Reaktor vorgenommen. Die Abtrennung einer Kohlendioxidfraktion an geeigneter Stelle im Verfahren und die Einspeisung von Kohlendioxid in ein Dryreforming ist möglich. The synthesis gas generation according to the embodiment can also optionally include further steps such as a water-gas shift to adjust the hydrogen-carbon monoxide ratio or purification (e.g. amine scrubbing, in particular Rectisol scrubbing). The hydrogen-carbon monoxide ratio can be adjusted at any time by means of a shift reaction at a suitable point in the process. In particular, this is not carried out in a catalyst bed or reactor used for the hydroformylation. It is possible to separate a carbon dioxide fraction at a suitable point in the process and to feed carbon dioxide into a dry reformer.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung in unterschiedlichem Detailgrad stark vereinfacht schematisch veranschaulichen. The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawings, which schematically illustrate preferred embodiments of the invention in different degrees of detail in a greatly simplified manner.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Gesamtansicht. Brief description of the drawings FIG. 1 illustrates a method according to one embodiment of the present invention in a schematic overall view.
Figur 2 veranschaulicht eine Rückführung einer leichten Fraktion in einen Steamcracker mit Frontendhydrierung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht. FIG. 2 illustrates a recirculation of a light fraction in a steam cracker with front-end hydrogenation according to an embodiment of the present invention in a schematic view.
Figur 3 veranschaulicht eine Rückführung einer leichten Fraktion in einen Steamcracker mit Rohgashydrierung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht. FIG. 3 illustrates a schematic view of a recycling of a light fraction into a steam cracker with crude gas hydrogenation according to an embodiment of the present invention.
Figur 4 veranschaulicht eine Rückführung einer leichten Fraktion in einen Steamcracker mit Tailendhydrierung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht. FIG. 4 illustrates a recycle of a light fraction in a steam cracker with tail dehydrogenation according to an embodiment of the present invention in a schematic view.
Figur 5 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Gesamtansicht. FIG. 5 illustrates a method according to a further embodiment of the present invention in a schematic overall view.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
In den Figuren 1 bis 4 sind identische oder baulich oder funktional einander entsprechende Komponenten mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit nicht wiederholt erläutert. Erläuterungen bezüglich in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Vorrichtungsmerkmalen oder entsprechenden Komponenten betreffen auch entsprechend durchgeführte Verfahrensschritte und umgekehrt. In FIGS. 1 to 4, components that are identical or structurally or functionally equivalent to one another are indicated with identical reference symbols and are not explained again for the sake of clarity. Explanations with regard to device features shown in FIGS. 1 to 5 or corresponding components also relate to correspondingly performed method steps and vice versa.
In den Figuren 2 bis 4 sind Einspeisepunkte für die leichte Fraktion (jeweils unmittelbar stromauf des jeweiligen Prozessschrittes) wie folgt bezeichnet: A - stromauf eines Spaltofens; B - stromauf einer Verdichtung bzw. einzelner Verdichterstufen einer entsprechenden Verdichtung; C - stromauf einer Laugewäsche; D - stromauf einer ersten Trennung, beispielhaft dargestellt als C2/C3-Trennung; E - stromauf einer Demethanisierung; F - stromauf einer C2-Hydrierung, die in Form einer Rohgashydrierung durchgeführt wird; G - stromab einer C2-Hydrierung. Die Rückführung gemäß Option A ist jeweils eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung, die hier nur zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Möglichkeit dargestellt ist und insoweit ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel repräsentiert. In FIGS. 2 to 4, feed points for the light fraction (in each case immediately upstream of the respective process step) are designated as follows: A - upstream of a cracking furnace; B - upstream of a compression or individual compression stages of a corresponding compression; C - upstream of a caustic wash; D - upstream of a first split, exemplified as a C2/C3 split; E - upstream of demethanization; F - upstream of a C2 hydrogenation, which is carried out in the form of a crude gas hydrogenation; G - downstream of a C2 hydrogenation. The recirculation according to option A is in each case an embodiment not according to the invention, which is shown here only to illustrate the basic possibility and insofar represents a comparative example not according to the invention.
In allen Figuren ist, sofern jeweils gezeigt, ein Steamcracker mit 110, eine Hydroformylierung mit 120, eine C2/C3-Trennung mit 130, eine Hydrierung mit 131, eine Dehydratisierung mit 132 und eine Wasserabtrennung mit 133 bezeichnet. Eine Synthesegaserzeugung ist, sofern jeweils gezeigt, mit 140 bezeichnet. Optional können eine Wassergasshift 150, Druckwechseladsorptionsschritte 160a und 160b und eine Spurengasentfernung 170 durchgeführt werden. In all figures, where shown, 110 denotes a steam cracker, 120 denotes a hydroformylation, 130 denotes a C2/C3 separation, 131 denotes a hydrogenation, 132 denotes a dehydration and 133 denotes a water separation. Synthesis gas generation is denoted by 140, if shown. Optionally, a water gas shift 150, pressure swing adsorption steps 160a and 160b, and trace gas removal 170 may be performed.
Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren 100 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Gesamtansicht. FIG. 1 illustrates a method 100 according to an embodiment of the present invention in a schematic overall view.
In dem Verfahren 100 wird ein Ethylen C2H4 enthaltendes Hydroformylierungseinsatzgemisch 1 unter Gewinnung eines entsprechenden Hydroformylierungsproduktgemischs 5 der Hydroformylierung 120 unterworfen und zumindest ein Teil des Hydroformylierungsproduktgemischs 5 wird unter Erhalt einer leichten Fraktion 6 und einer schweren Fraktion 9 der C2/C3-Trennung 130 unterworfen. Zur Zusammensetzung des Hydroformylierungseinsatzgemischs 1, des Hydroformylierungsproduktgemischs 5, der leichten Fraktion 6 und der schweren Fraktion 9 sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. In process 100, an ethylene C2H4-containing hydroformylation feed mixture 1 is subjected to hydroformylation 120 to obtain a corresponding hydroformylation product mixture 5, and at least a portion of the hydroformylation product mixture 5 is subjected to C2/C3 separation 130 to obtain a light fraction 6 and a heavy fraction 9. Regarding the composition of the hydroformylation feed mixture 1, the hydroformylation product mixture 5, the light fraction 6 and the heavy fraction 9, reference is made to the above explanations.
Ein hier mit 8 bezeichneter Teil der leichten Fraktion wird dem einen Trennteil aufweisenden Steamcracker 110 zugeführt, ein weiterer, mit 7 bezeichneter Teil der leichten Fraktion wird dagegen einer hier nicht veranschaulichten Nachverdichtung unterworfen und als Recyclestrom stromauf der Hydroformylierung 120 in das Verfahren 100 zurückgeführt, ohne den Steamcracker 110 oder dem Steamcracker 110 zugeordnete Prozessschritte bzw. Prozesseinheiten zu durchlaufen. A part of the light fraction, designated 8 here, is fed to the steam cracker 110, which has a separating part, while another part of the light fraction, designated 7, is subjected to a post-compression not illustrated here and returned to the process 100 as a recycle stream upstream of the hydroformylation 120, without to go through the process steps or process units assigned to the steam cracker 110 or the steam cracker 110 .
Der Teil 7 der leichten Fraktion kann dabei mit einem Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 enthaltenden Synthesegas 4 gemischt werden, das unter Einsatz der Synthesegaserzeugung 140 bzw. der dieser optional nachgeschalteten Wassergasshift 150 bzw. des optional nachgeschalteten Druckwechseladsorptionsschritts 160b bereitgestellt wird. Die Synthesegaserzeugung 140 wird dabei mit einem Kohlenwasserstoffeinsatz HC geeigneter Art gespeist und kann auch mit einer Clminus-Fraktion C1- bzw. 2, die unter Verwendung des Steamcrackers 110 und eines optional nachgeschalteten (weiteren) Druckwechseladsorptionsschritts 160a als methanreiche Fraktion bzw. methanreicher Strom 3 bereitgestellt werden kann, gespeist werden. The part 7 of the light fraction can be mixed with a synthesis gas 4 containing carbon monoxide CO and hydrogen H2, which is provided using the synthesis gas generation 140 or the water gas shift 150 optionally downstream of this or the optionally downstream pressure swing adsorption step 160b. The synthesis gas generation 140 is fed with a hydrocarbon feed HC suitable type and can also with a Clminus fraction C1- or 2, which can be provided as a methane-rich fraction or methane-rich stream 3 using the steam cracker 110 and an optionally downstream (further) pressure swing adsorption step 160a.
Dem Steamcracker 110 werden ein Kohlenwasserstoffeinsatz HC und Wasser H2O in Form von Dampf zugeführt. Insbesondere können in einem Trennteil des Steamcrackers 110 eine Ethylenfraktion C2H4 (sofern Ethylen nicht vollständig in die Hydroformylierung 120 geführt wird), eine Propylenfraktion C3H6, eine Fraktion mit C4- und ggf. höheren Kohlenwasserstoffen C4+ und eine Propanfraktion C3H8 gewonnen werden, wobei letztere beide insbesondere, wie veranschaulicht, in den Steamcracker 110 bzw. einen Spaltofen zurückgeführt werden können. A hydrocarbon feed HC and water H2O are fed to the steam cracker 110 in the form of steam. In particular, in a separating part of the steam cracker 110, an ethylene fraction C2H4 (if ethylene is not completely fed into the hydroformylation 120), a propylene fraction C3H6, a fraction with C4 and possibly higher hydrocarbons C4+ and a propane fraction C3H8 can be obtained, the latter both in particular , as illustrated, can be returned to the steam cracker 110 or a cracking furnace.
Die schwere, Propanal enthaltende Fraktion 9 aus der C2/C3-Trennung wird im hier veranschaulichten Beispiel der Hydrierung 131 unterworfen, in dem ein Wasserstoffstrom 10 eingesetzt werden kann, dessen Wasserstoff zumindest in Teilen aus dem oder den Druckwechseladsorptionsschritten 160a, 160b stammen oder bei Bedarf auch von extern zugeführt werden kann. In the example illustrated here, the heavy, propanal-containing fraction 9 from the C2/C3 separation is subjected to hydrogenation 131, in which a hydrogen stream 10 can be used, the hydrogen of which originates at least in part from the pressure swing adsorption step(s) 160a, 160b or as required can also be supplied externally.
Ein in der Hydrierung gebildetes Propanol enthaltender Hydrierungsproduktstrom 11 wird in die Dehydratisierung 12 eingespeist. Ein in der Dehydratisierung 12 gebildeter Propylen enthaltender Dehydratisierungsproduktstrom 12 wird in die Wasserabtrennung 133 überführt. Ein in der Wasserabtrennung 133 gebildeter Rohpropylenstrom 14 kann in den Steamcracker 110 bzw. den dortigen Trennteil zur weiteren Aufbereitung zurückgeführt werden. Ein Wasserstrom 13 kann anteilig jeweils aus dem Verfahren 100 aus- und/oder in das Verfahren 100 rückgeführt werden. A hydrogenation product stream 11 containing propanol formed in the hydrogenation is fed into the dehydration 12 . A dehydration product stream 12 containing propylene formed in dehydration 12 is transferred to water separation 133 . A crude propylene stream 14 formed in the water separator 133 can be returned to the steam cracker 110 or the separating section there for further processing. A water stream 13 can be discharged from the process 100 and/or recycled into the process 100 proportionately.
In den nachfolgenden Figuren 2 bis 4 sind Komponenten des Steamcrackers 110 bzw. entsprechende Verfahrensschritte dargestellt. Diese umfassen einen oder mehrere Spaltöfen 111 , einen Quench 112, eine Verdichtung 113, eine Trocknung 114 und sich hieran anschließende Verfahrensschritte bzw. Anlagenkomponenten 115, die insbesondere eine C2/C3-Trennung 115a, eine Demethanisierung 115b, einen C2- Splitter 115c, eine C3/C4-Trennung 115d (nur in Figur 2 veranschaulicht) und einen C3-Splitter 115e umfassen. Eine Laugewäsche ist mit 116 bezeichnet. Wie allgemein bekannt, wird das in einem Spaltofen 111 gewonnene Roh- oder Spaltgas in dem Quench 112 einer raschen Abkühlung, ggf. unter Abscheidung schwerer Verbindungen, unterworfen und danach der Verdichtung 113 zugeführt. Die Laugewäsche 116 kann auf einem Zwischendruckniveau der Verdichtung 113 durchgeführt werden. Die Trocknung 114 dient der Entfernung von Wasser aus dem in der Laugewäsche 116 von Kohlendioxid befreiten Roh- bzw. Spaltgas, die Verfahrensschritte 115 der Gewinnung von Produkt- und Recyclefraktionen, die bereits erläutert wurden und hier identisch wie zuvor bezeichnet sind. The following FIGS. 2 to 4 show components of the steam cracker 110 and corresponding method steps. These include one or more cracking furnaces 111, a quench 112, a compression 113, a drying 114 and subsequent process steps or system components 115, in particular a C2 / C3 separation 115a, a demethanization 115b, a C2 splitter 115c, a C3/C4 separation 115d (illustrated in Figure 2 only) and a C3 splitter 115e. A caustic wash is denoted by 116 . As is well known, the crude or cracked gas obtained in a cracking furnace 111 is in the Quench 112 subjected to rapid cooling, possibly with the precipitation of heavy compounds, and then fed to compression 113. The caustic wash 116 can be carried out at an intermediate pressure level of the compression 113 . Drying 114 serves to remove water from the raw or cracked gas freed from carbon dioxide in caustic scrubber 116, process steps 115 to obtain product and recycle fractions, which have already been explained and are identical to those described above.
Figur 2 veranschaulicht eine Rückführung der leichten Fraktion bzw. deren bereits in Figur 1 veranschaulichten Teils 8 in einen Steamcracker 110 mit Frontendhydrierung 210. Ferner ist eine C3-Hydrierung 220 dargestellt. Das Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann für Gas- und Flüssigcracker zum Einsatz kommen. Die Einspeisung kann in der bereits zuvor erläuterten Weise an den Positionen B bis E erfolgen. Eine Einspeisung an der Position A veranschaulicht eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung. FIG. 2 illustrates recycling of the light fraction or its part 8 already illustrated in FIG. 1 into a steam cracker 110 with front-end hydrogenation 210. A C3 hydrogenation 220 is also shown. The process according to this aspect of the present invention can be used for gas and liquid crackers. The feed can take place at positions B to E in the manner already explained above. A feed at position A illustrates an embodiment not according to the invention.
Figur 3 veranschaulicht eine Rückführung der leichten Fraktion bzw. deren bereits in Figur 1 veranschaulichten Teils 8 in einen Steamcracker 110 mit Rohgashydrierung 310 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht. Auf eine Darstellung einer C3/C4-Trennung 115d wurde verzichtet. Das Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kommt insbesondere für Gascracker zum Einsatz. Die Einspeisung kann in der bereits zuvor erläuterten Weise an den Positionen B, C, E, F und G erfolgen. Eine Einspeisung an der Position A veranschaulicht eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung. FIG. 3 shows a recirculation of the light fraction or its part 8 already shown in FIG. 1 into a steam cracker 110 with crude gas hydrogenation 310 according to an embodiment of the present invention in a schematic view. A representation of a C3/C4 separation 115d has been omitted. The method according to this embodiment of the present invention is used in particular for gas crackers. The feed can take place at positions B, C, E, F and G in the manner already explained above. A feed at position A illustrates an embodiment not according to the invention.
Figur 4 veranschaulicht eine Rückführung der leichten Fraktion bzw. deren bereits in Figur 1 veranschaulichten Teils 8 in einen Steamcracker 110 mit Tailendhydrierung 410 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Ansicht. Auf eine Darstellung einer C3/C4-Trennung wurde verzichtet. Das Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann für Gas- und Flüssigcracker zum Einsatz kommen. Die Einspeisung kann in der bereits zuvor erläuterten Weise an den Positionen B bis E erfolgen. Eine Einspeisung an der Position A veranschaulicht eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung. Figur 5 veranschaulicht ein Verfahren 200 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Gesamtansicht. FIG. 4 shows a schematic view of a return of the light fraction or its part 8 already shown in FIG. 1 to a steam cracker 110 with tail end hydrogenation 410 according to an embodiment of the present invention. A C3/C4 separation was not shown. The process according to this aspect of the present invention can be used for gas and liquid crackers. The feed can take place at positions B to E in the manner already explained above. A feed at position A illustrates an embodiment not according to the invention. FIG. 5 illustrates a method 200 according to a further embodiment of the present invention in a schematic overall view.
In dem Verfahren 200 wird ein Ethylen C2H4 enthaltendes Hydroformylierungseinsatzgemisch 2001 unter Gewinnung eines entsprechenden Hydroformylierungsproduktgemischs 2005 der Hydroformylierung 220 unterworfen und zumindest ein Teil des Hydroformylierungsproduktgemischs 2005 wird unter Erhalt einer leichten Fraktion 2006 und einer schweren Fraktion 2009 der C2/C3-Trennung 230 unterworfen. Zur Zusammensetzung des Hydroformylierungseinsatzgemischs 2001, des Hydroformylierungsproduktgemischs 2005, der leichten Fraktion 2006 und der schweren Fraktion 2009 sei auf die obigen Erläuterungen verwiesen. In process 200, an ethylene C2H4-containing hydroformylation feed mixture 2001 is subjected to hydroformylation 220 to yield a corresponding hydroformylation product mixture 2005, and at least a portion of the hydroformylation product mixture 2005 is subjected to C2/C3 separation 230 to yield a light fraction 2006 and a heavy fraction 2009. Regarding the composition of the hydroformylation feed mixture 2001, the hydroformylation product mixture 2005, the light fraction 2006 and the heavy fraction 2009, reference is made to the explanations above.
Ein hier mit 2008 bezeichneter Teil der leichten Fraktion wird dem einen Trennteil aufweisenden Steamcracker 210 zugeführt, ein weiterer, mit 2007 bezeichneter Teil der leichten Fraktion wird dagegen einer hier nicht veranschaulichten Nachverdichtung unterworfen und als Recyclestrom stromauf der Hydroformylierung 220 in das Verfahren 200 zurückgeführt, ohne den Steamcracker 210 oder dem Steamcracker 210 zugeordnete Prozessschritte bzw. Prozesseinheiten zu durchlaufen. A part of the light fraction, designated 2008 here, is fed to the steam cracker 210, which has a separating part, while another part of the light fraction, designated 2007, is subjected to a post-compression not illustrated here and returned to the process 200 as a recycle stream upstream of the hydroformylation 220, without to go through the process steps or process units assigned to the steam cracker 210 or the steam cracker 210 .
Der Teil 2007 der leichten Fraktion kann dabei mit einem Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 enthaltenden Synthesegas 2004 gemischt werden, das unter Einsatz der Synthesegaserzeugung 240 bzw. der dieser optional nachgeschalteten Wassergasshift 250 bzw. des optional nachgeschalteten Druckwechseladsorptionsschritts 260b bereitgestellt wird. Die Synthesegaserzeugung 240 wird dabei mit einem Kohlenwasserstoffeinsatz HC geeigneter Art gespeist und kann auch mit einer C1 minus-Fraktion C1- bzw. 2002, die unter Verwendung des Steamcrackers 210 und eines optional nachgeschalteten (weiteren) Druckwechseladsorptionsschritts 260a als methanreiche Fraktion bzw. methanreicher Strom 2003 bereitgestellt werden kann, gespeist werden. The part 2007 of the light fraction can be mixed with a synthesis gas 2004 containing carbon monoxide CO and hydrogen H2, which is provided using the synthesis gas generation 240 or the water gas shift 250 optionally downstream of this or the optionally downstream pressure swing adsorption step 260b. The synthesis gas generation 240 is fed with a hydrocarbon feed HC of a suitable type and can also be fed with a C1 minus fraction C1 or 2002, which is produced using the steam cracker 210 and an optionally downstream (further) pressure swing adsorption step 260a as a methane-rich fraction or methane-rich stream 2003 can be provided, are fed.
Dem Steamcracker 210 werden ein Kohlenwasserstoffeinsatz HC und Wasser H2O in Form von Dampf zugeführt. Insbesondere können in einem Trennteil des Steamcrackers 210 eine Ethylenfraktion C2H4 (sofern Ethylen nicht vollständig in die Hydroformylierung 220 geführt wird), eine Propylenfraktion C3H6, eine Fraktion mit C4- und ggf. höheren Kohlenwasserstoffen C4+ und eine Propanfraktion C3H8 gewonnen werden, wobei letztere beide insbesondere, wie veranschaulicht, in den Steamcracker 210 bzw. einen Spaltofen zurückgeführt werden können. A hydrocarbon feed HC and water H2O are fed to the steam cracker 210 in the form of steam. In particular, an ethylene fraction C2H4 (if ethylene is not completely fed into the hydroformylation 220), a propylene fraction C3H6, a fraction with C4 and possibly higher hydrocarbons C4+ and a propane fraction C3H8 can be obtained in a separation section of the steam cracker 210 , the latter both being able to be returned, in particular, to the steam cracker 210 or a cracking furnace, as illustrated.
Die schwere, Propanal enthaltende Fraktion 2009 aus der C2/C3-Trennung wird im hier veranschaulichten Beispiel der Hydrierung 231 unterworfen, in dem ein Wasserstoffstrom 2010 eingesetzt werden kann, dessen Wasserstoff zumindest in Teilen aus dem oder den Druckwechseladsorptionsschritten 260a, 260b stammen oder bei Bedarf auch von extern zugeführt werden kann. Mit anderen Worten kann hier Wasserstoff, anders als für eine reine Verbrennung, in weiteren Verfahrensschritten genutzt werden. The heavy, propanal-containing fraction 2009 from the C2/C3 separation is subjected to hydrogenation 231 in the example illustrated here, in which a hydrogen stream 2010 can be used, the hydrogen of which originates at least in part from the pressure swing adsorption step(s) 260a, 260b or if required can also be supplied externally. In other words, hydrogen can be used here in further process steps, in contrast to pure combustion.
Ein in der Hydrierung gebildetes Propanol enthaltender Hydrierungsproduktstrom 2011 wird in die Dehydratisierung 2012 eingespeist. Ein in der Dehydratisierung 2012 gebildeter Propylen enthaltender Dehydratisierungsproduktstrom 2012 wird in die Wasserabtrennung 233 überführt. Ein in der Wasserabtrennung 233 gebildeter Rohpropylenstrom 2014 kann in den Steamcracker 210 bzw. den dortigen Trennteil zur weiteren Aufbereitung zurückgeführt werden. Ein Wasserstrom 2013 kann anteilig jeweils aus dem Verfahren 200 aus- und/oder in das Verfahren 200 rückgeführt werden. A hydrogenation product stream 2011 containing propanol formed in the hydrogenation is fed into the dehydration 2012 . A dehydration product stream 2012 containing propylene formed in the dehydration 2012 is transferred to the water separation 233 . A crude propylene stream 2014 formed in the water separator 233 can be returned to the steam cracker 210 or the separating section there for further processing. A water stream 2013 can be discharged from the process 200 and/or recycled into the process 200 proportionately.

Claims

28 Patentansprüche 28 patent claims
1. Verfahren (100) zur Herstellung einer Zielverbindung, bei dem ein Hydroformylierungseinsatzgemisch (1) unter Erhalt eines Hydroformylierungsproduktgemischs (5) einer Hydroformylierung (120) und zumindest ein Teil des Hydroformylierungsproduktgemischs (5) unter Erhalt einer leichten Fraktion (6) und einer schweren Fraktion (9) einer C2/C3-Trennung (130) unterworfen wird, wobei das Hydroformylierungseinsatzgemisch (1) Ethylen enthält, wobei das Hydroformylierungsproduktgemisch (5) wenigstens eine Verbindung mit drei Kohlenstoffatomen in Form von oder umfassend Propanal und wenigstens eine tiefer als Propanal siedende Verbindung enthält, wobei die leichte Fraktion (6) überwiegend oder ausschließlich die wenigstens eine tiefer als Propanal siedende Verbindung enthält, wobei die schwere Fraktion (9) überwiegend oder ausschließlich die wenigstens eine Verbindung mit drei Kohlenstoffatomen enthält, wobei die leichte Fraktion (6) oder ein oder mehrere Teile (8) hiervon einem einen Trennteil aufweisenden Steamcracker (110) zugeführt wird, und wobei der Trennteil einen C2-Splitter (115c) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die leichte Fraktion (6) oder der eine oder die mehreren Teile (8) hiervon stromauf einer oder mehrerer Prozesseinheiten (111-114, 115a), die stromauf des C2-Splitters (115c) angeordnet ist oder sind, und stromab eines oder mehrerer Spaltöfen des Steamcrackers (110) dem Steamcracker (110) zugeführt wird oder werden. 1. Process (100) for preparing a target compound, in which a hydroformylation feed mixture (1) to obtain a hydroformylation product mixture (5) of a hydroformylation (120) and at least a part of the hydroformylation product mixture (5) to obtain a light fraction (6) and a heavy Fraction (9) is subjected to a C2/C3 separation (130), wherein the hydroformylation feed mixture (1) contains ethylene, wherein the hydroformylation product mixture (5) contains at least one compound having three carbon atoms in the form of or comprising propanal and at least one boiling lower than propanal Contains compound, wherein the light fraction (6) contains predominantly or exclusively the at least one lower-boiling compound than propanal, wherein the heavy fraction (9) contains predominantly or exclusively the at least one compound with three carbon atoms, the light fraction (6) or one or more parts (8) thereof a separating part having steam cracker (110), and wherein the separation part comprises a C2 splitter (115c), characterized in that the light fraction (6) or the one or more parts (8) thereof upstream of one or more process units (111- 114, 115a) which is or are arranged upstream of the C2 splitter (115c) and is or are fed to the steam cracker (110) downstream of one or more cracking furnaces of the steam cracker (110).
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, bei dem das Hydroformylierungseinsatzgemisch (1) unter Verwendung zumindest eines Teils eines mittels des Steamcrackers (110) bereitgestellten Steamerackerproduktgemischs oder zumindest einer Fraktion hiervon bereitgestellt wird und/oder das Hydroformylierungseinsatzgemisch (1) wenigstens 25 Volumenprozent Ethylen enthält. 2. Process (100) according to claim 1, in which the hydroformylation feed mixture (1) is provided using at least part of a steam cracker product mixture provided by means of the steam cracker (110) or at least a fraction thereof and/or the hydroformylation feed mixture (1) contains at least 25 volume percent ethylene contains.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, bei dem das Hydroformylierungseinsatzgemisch (1) unter Verwendung eines Synthesegases, das unter Verwendung einer Synthesegaserzeugung (140) bereitgestellt wird, oder zumindest einer Fraktion oder eines Anteils hiervon, gebildet wird, wobei der Synthesegaserzeugung (140) eine überwiegend oder ausschließlich Methan oder Methan und leichter als Methan siedende Verbindungen enthaltende Tailgasfraktion, die unter Verwendung des Steamcrackers (110) bereitgestellt wird, oder zumindest eine Fraktion oder ein Anteil hiervon, zugeführt wird 3. The process (100) of claim 2, wherein the hydroformylation feed mixture (1) is formed using a synthesis gas provided using synthesis gas generation (140), or at least a fraction or portion thereof, wherein the synthesis gas generation (140 ) a predominantly or exclusively methane or tail gas fraction containing methane and compounds boiling lighter than methane, which is provided using the steam cracker (110), or at least a fraction or a portion thereof, is fed
4. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Propanal die Zielverbindung darstellt oder das Propanal zu einer die Zielverbindung darstellenden Folgeverbindung umgesetzt wird. 4. The method (100) according to any one of the preceding claims, in which the propanal represents the target compound or the propanal is converted into a subsequent compound representing the target compound.
5. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die C2/C3- Trennung (130) in Form einer Extraktivdestillation durchgeführt wird. 5. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the C2 / C3 separation (130) is carried out in the form of an extractive distillation.
6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Teil (8) der leichten Fraktion (6) dem Steamcracker (110) zugeführt wird und ein weiterer Teil (7) der leichten Fraktion einer Nachverdichtung unterworfen und als Recyclestrom stromauf der Hydroformylierung (120) in das Verfahren (100) zurückgeführt wird, ohne den Steamcracker (110) oder dem Steamcracker (110) zugeordnete Prozesseinheiten (111-114, 115a) zu durchlaufen. 6. The method (100) according to any one of the preceding claims, in which a part (8) of the light fraction (6) is fed to the steam cracker (110) and another part (7) of the light fraction is subjected to post-compression and as a recycle stream upstream of the Hydroformylation (120) is returned to the process (100) without going through the steam cracker (110) or the steam cracker (110) associated process units (111-114, 115a).
7. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die leichte Fraktion (6) oder der Teil (8) hiervon, der dem Steamcracker (110) zugeführt wird, dem Steamcracker (110) zumindest zum Teil stromauf einer Demethanisierungseinheit des Steamcrackers (110) zugeführt wird. Process (100) according to any one of the preceding claims, in which the light fraction (6) or the part (8) thereof which is fed to the steam cracker (110) is fed to the steam cracker (110) at least in part upstream of a demethanisation unit of the steam cracker (110) is supplied.
8. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die leichte Fraktion (6) oder der Teil (8) hiervon, der dem Steamcracker (110) zugeführt wird, dem Steamcracker (110) zumindest zum Teil stromauf einer Verdichtung oder einzelner Verdichterstufen in einer Verdichtung, stromauf einer Laugewäsche und/oder stromauf eines ersten Trennschritts zugeführt wird, oder bei dem bei dem die leichte Fraktion (6) oder der Teil (8) hiervon, der dem Steamcracker (110) zugeführt wird, dem Steamcracker (110) zumindest zum Teil stromab einer Selektivhydrierung von Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen zugeführt wird, oder bei dem eine Tailendhydrierung verwendet wird, die stromab einer Demethanisierungseinheit des Steamcrackers (110) angeordnet ist. 8. The method (100) according to any one of the preceding claims, in which the light fraction (6) or the part (8) thereof which is fed to the steam cracker (110) is fed to the steam cracker (110) at least in part upstream of a compression or individual Compressor stages in compression, upstream of a caustic wash and/or upstream of a first separation step, or in which the light fraction (6) or the part (8) thereof that is fed to the steam cracker (110) is fed to the steam cracker (110 ) is fed at least partly downstream to a selective hydrogenation of hydrocarbons with two carbon atoms, or in which a tail end hydrogenation is used, which is arranged downstream of a demethanization unit of the steam cracker (110).
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, bei dem die Selektivhydrierung als eine Rohgashydrierung durchgeführt wird. 9. The method (100) according to claim 8, in which the selective hydrogenation is carried out as a crude gas hydrogenation.
10. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem unter Verwendung zumindest eines Teils des Propanais Propanol gebildet wird und zumindest ein Teil des Propanols in die Hydroformylierung (120) als Lösungsmittel und/oder in die C2/C3-Trennung als Extraktionsmittel zurückgeführt wird. 10. The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein using at least part of the propane is formed propanol and at least part of the propanol in the hydroformylation (120) as solvent and / or in the C2 / C3 separation as extractant is returned.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Hydroformylierungseinsatzgemisch (1) Kohlendioxid enthält und bei dem die leichte Fraktion (6) oder der Teil (8) hiervon, der dem Steamcracker (110) zugeführt wird, dem Steamcracker (110) zumindest zum Teil stromauf einer Laugewäscheeinheit des Steamcrackers (110) zugeführt wird. 11. Process according to one of the preceding claims, in which the hydroformylation feed mixture (1) contains carbon dioxide and in which the light fraction (6) or the part (8) thereof which is fed to the steam cracker (110) goes to the steam cracker (110) at least is fed in part upstream of a caustic washing unit of the steam cracker (110).
12. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine in dem Steamcracker (110) gewonnene Fraktion (2), die überwiegend oder ausschließlich Methan und tiefer als Methan siedende Verbindungen enthält, zumindest zum Teil unter Erhalt eines Synthesegases einer Synthesegaserzeugung (140) zugeführt wird, wobei das Hydroformylierungseinsatzgemisch (1) unter Verwendung zumindest eines Teils des Synthesegases bereitgestellt wird. 12. Process (100) according to one of the preceding claims, in which a fraction (2) obtained in the steam cracker (110) and containing predominantly or exclusively methane and compounds with a lower boiling point than methane is at least partially converted to a synthesis gas from a synthesis gas production ( 140) is fed in, the hydroformylation feed mixture (1) being provided using at least part of the synthesis gas.
13. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Fraktion, die überwiegend oder ausschließlich Kohlenwasserstoffe mit vier oder vier und mehr Kohlenstoffatomen enthält, zumindest teilweise in wenigsten einen Spaltofen des Steamcrackers (110) zurückgeführt wird, wobei bedarfsweise eine zumindest teilweise Hydrierung eines Rückführstromes erfolgt. 13. Process (100) according to one of the preceding claims, in which at least one fraction, which predominantly or exclusively contains hydrocarbons with four or four and more carbon atoms, is at least partially recycled into at least one cracking furnace of the steam cracker (110), with at least one partial hydrogenation of a recycle stream takes place.
14. Verfahren (100) nach einem der vorherstehenden Ansprüche, bei dem der Steamcracker (110) ein Gas- und/oder ein Flüssigcracker ist und/oder bei dem der Steamcracker (110) einen oder mehrere zumindest teilweise elektrisch beheizte Spaltöfen (111) und/oder einen oder mehrere zumindest teilweise mit Wasserstoff befeuerte Spaltöfen (111) aufweist und/oder in der Synthesegaserzeugung (140) zumindest teilweise Wasserstoff zur Befeuerung verwendet wird, und/oder bei dem die Synthesegaserzeugung (140) unter Verwendung von zumindest teilweise elektrisch bereitgestellter Wärme durchgeführt wird und/oder bei dem Wasserstoff zumindest teilweise abgetrennt und einer Hydrierung und/oder einem weiteren Verfahrensschritt zugeführt wird. Anlage, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist. 14. The method (100) according to any one of the preceding claims, in which the steam cracker (110) is a gas and/or a liquid cracker and/or in which the steam cracker (110) has one or more at least partially electrically heated cracking furnaces (111) and /or has one or more at least partially hydrogen-fired cracking furnaces (111) and/or in the synthesis gas generation (140) at least partially hydrogen is used for firing, and/or in which the synthesis gas generation (140) uses at least partially electrically provided heat is carried out and/or with the hydrogen is at least partially separated and fed to a hydrogenation and/or a further process step. Plant set up for carrying out a method according to one of the preceding claims.
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