WO2016150940A1 - Process for preparing 1,3-butadiene from n-butenes by oxidative dehydrogenation - Google Patents

Process for preparing 1,3-butadiene from n-butenes by oxidative dehydrogenation Download PDF

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WO2016150940A1
WO2016150940A1 PCT/EP2016/056218 EP2016056218W WO2016150940A1 WO 2016150940 A1 WO2016150940 A1 WO 2016150940A1 EP 2016056218 W EP2016056218 W EP 2016056218W WO 2016150940 A1 WO2016150940 A1 WO 2016150940A1
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WO
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stream
butenes
butadiene
gas stream
hydrocarbons
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/056218
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Inventor
Jan Pablo JOSCH
Stephan DEUBLEIN
Regina Benfer
Hendrik Reyneke
Christine TOEGEL
Ulrike Wenning
Anton Wellenhofer
Heinz Boelt
Original Assignee
Basf Se
Linde Ag
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Publication date
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/42Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with a hydrogen acceptor
    • C07C5/48Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with a hydrogen acceptor with oxygen as an acceptor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/005Processes comprising at least two steps in series
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07C7/00Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/11Purification; Separation; Use of additives by absorption, i.e. purification or separation of gaseous hydrocarbons with the aid of liquids

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of 1, 3-butadiene from n-butenes by oxidative dehydrogenation (ODH).
  • ODH oxidative dehydrogenation
  • Butadiene is an important basic chemical and is used for example for the production of synthetic rubbers (butadiene homopolymers, styrene-butadiene rubber or nitrile rubber) or for the production of thermoplastic terpolymers (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers). Butadiene is further converted to sulfolane, chloroprene and 1, 4-hexamethylenediamine (over 1, 4-dichlorobutene and adiponitrile). By dimerization of butadiene, vinylcyclohexene can also be produced, which can be dehydrogenated to styrene.
  • Butadiene can be prepared by thermal cracking (steam cracking) of saturated hydrocarbons, usually starting from naphtha as the raw material. Steam cracking of naphtha produces a hydrocarbon mixture of methane, ethane, ethene, acetylene, propane, propene, propyne, allenes, butanes, butenes, butadiene, butynes, methylalls, Cs and higher hydrocarbons. Butadiene can also be obtained by oxidative dehydrogenation of n-butenes (1-butene and / or 2-butene).
  • any n-butenes containing mixture can be used.
  • a fraction containing n-butenes (1-butene and / or 2-butene) as a main component and obtained from the C 4 fraction of a naphtha cracker by separating butadiene and isobutene can be used.
  • gas mixtures which comprise 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene or mixtures thereof and which have been obtained by dimerization of ethylene can also be used as starting gas.
  • n-butenes containing gas mixtures can be used as the starting gas, which were obtained by catalytic fluid catalytic cracking (FCC).
  • Paragraph [0122] also refers to the problem of high-boiling by-products.
  • phthalic anhydride, anthraquinone and fluorenone are mentioned, which are typically present in concentrations of 0.001 to 0.10 vol .-% in the product gas.
  • a cooling liquid quench tower
  • cooling liquids are called water or aqueous alkali solutions.
  • JP 201 1 -001341 A a two-stage cooling process is described for a process for the oxidative dehydrogenation of alkenes to give conjugated alkadienes.
  • the product discharge gas of the oxidative dehydrogenation is first adjusted to a temperature between 300 and 221 ° C and then further cooled to a temperature between 99 and 21 ° C.
  • paragraphs et seq. It is described that for adjusting the temperature between 300 and 221 ° C preferably heat exchangers are used, but also a part of the high boilers from the product gas could fail in these heat exchangers.
  • JP201 1 -001341 A is therefore a occasional washing out of deposits from the heat exchangers with organic or aqueous solvents.
  • JP 201 1 - 001341 A describes a structure with two heat exchangers arranged in parallel, each of which is operated or purged alternately (so-called A / B mode of operation).
  • a separation of isobutene or its reaction product methacrolein is not mentioned.
  • JP 201 1 -132218 limits the iso-butene content in the feed since it is known that isobutene forms oxy genates. The separation of the oxygenates is not described.
  • JP 2012240963 describes a process for butadiene production, in which the gas stream containing C 4 -hydrocarbons is brought into contact with an absorbent b in an absorption stage b 'in order to absorb the C 4 components.
  • JP 2010-090083 limits the amount of aldehydes and also discloses the formation of methacrolein in Table 1, but makes no proposals for its separation.
  • Iso-butene is present in almost all C 4 hydrocarbon streams that may be used for the ODH process.
  • C 4 hydrocarbon streams from FC crackers contain iso-butene in amounts of up to 15% by volume.
  • the isoButene entering the ODH reactor is converted into methacrolein by about 50%, depending on the catalyst used and the reaction conditions.
  • the object of the invention is to provide an improved process for the preparation of butadiene by oxidative Deyhdrtechnik of n-butenes and subsequent workup of the C 4 -Kohlenwasser- substances and by-products containing product gas stream, which helps to overcome the disadvantages described above.
  • the object is achieved by a process for the preparation of butadiene from n-butenes with the following steps:
  • Enriched desorption column to a relatively high concentration.
  • concentration of methacrolein in the regenerated absorbent returned to the absorption column can be significantly reduced. It has also been found that a liquid side draw-off stream is advantageous in order to minimize butadiene loss.
  • the side draw stream can be thermally recovered or, if it contains a sufficiently high concentration of butadiene, also worked up and the butadiene recycled.
  • the methacrolein-containing side draw-off stream can be taken off in liquid form or in gaseous form. In general, it is taken from the desorption column in the lower third, based on the number of theoretical plates. In general, the side draw stream in addition to methacrolein still contains water, C 4 hydrocarbons and the absorbent. From the gaseous side draw stream, butadiene can be washed out with absorbent in a downstream washing column and returned to the desorption column.
  • steps E) and F) are carried out: E) separation of the C4 product stream d1 by extractive distillation with a solvent which is selective for butadiene into a butadiene and the stream e1 containing the selective solvent and a stream e2 containing n-butenes; F) Distillation of the butadiene and the selective solvent-containing material stream f2 in a substantially consisting of the selective solvent stream gl and a butadiene-containing stream g2.
  • an aqueous coolant or an organic solvent is used.
  • an organic solvent is used in the cooling stage Ca.
  • These generally have a much higher solvent power for the high-boiling by-products, which can lead to deposits and blockages in the parts of the system downstream of the ODH reactor, than water or alkaline-aqueous solutions.
  • Preferred organic solvents used as coolants are aromatic hydrocarbons, for example toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, diethylbenzenes, triethylbenzenes, diisopropylbenzenes, triisopropylbenzenes and mesitylene or mixtures thereof. Particularly preferred is mesitylene.
  • the following embodiments are preferred or particularly preferred variants of the method according to the invention.
  • the stage Ca) is carried out in several stages in stages Ca1) to Can), preferably in two stages in two stages Ca1) and Ca2). In this case, particularly preferably at least part of the solvent is supplied after passing through the second stage Ca2) as cooling agent of the first stage Ca1).
  • the stage Cb) generally comprises at least one compression stage Cba) and at least one cooling stage Cbb).
  • the compressed in the compression stage Cba) gas is brought into contact with a cooling agent.
  • the cooling agent of the cooling step Cbb) contains the same organic solvent used in step Ca) as a cooling agent.
  • at least part of this cooling agent is fed after passing through the at least one cooling stage Cbb) as cooling agent of the stage Ca).
  • the stage Cb) comprises a plurality of compression stages Cba1) to Cban) and cooling stages Cbb1) to Cbbn), for example four compression stages Cba1) to Cba4) and four cooling stages Cbb1) to Cbb4).
  • step D) comprises the steps Da1), Da2) and Db):
  • step Da) desorption of the C4 hydrocarbons from the loaded absorbent stream to obtain a C4 product gas stream d1 consisting essentially of C4 hydrocarbons and comprising less than 100 ppm oxygen.
  • the high-boiling absorbent used in step Da) is an aromatic hydrocarbon solvent, most preferably the aromatic hydrocarbon solvent used in step Ca) is mesitylene. Diethylbenzenes, trietylbenzenes, diisopropylbenzenes and triisopropylbenzenes can also be used.
  • the gas stream d2 contained in step Da) is recycled to at least 80%, preferably at least 90%, in step B). This can be useful if only a small purge of electricity has to be removed from the gas stream d2.
  • Embodiments of the method according to the invention are illustrated in FIGS. 1 and 2 and will be described in detail below.
  • the feed gas stream used is n-butenes (1-butene and / or cis- / trans-2-butene) and isobutene-containing gas mixtures.
  • a gas mixture can be obtained, for example, by non-oxidative dehydrogenation of n-butane. It is also possible to use a fraction containing n-butenes (1-butene and cis- / trans-2-butene) as the main component and obtained from the C4 fraction of naphtha cracking by separating butadiene and isobutene.
  • gas mixtures which comprise 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene or mixtures thereof and which have been obtained by dimerization of ethylene can also be used as the starting gas.
  • n-butenes containing gas mixtures obtained by catalytic fluid cracking (FCC) can be used as the starting gas.
  • the starting gas mixture containing n-butenes is obtained by non-oxidative dehydrogenation of n-butane.
  • a high yield of butadiene, based on n-butane can be obtained.
  • a gas mixture is obtained which, in addition to butadiene 1-butene, 2-butene and unreacted n-butane, contains minor constituents. Common secondary constituents are hydrogen, water vapor, nitrogen, CO and CO2, methane, ethane, ethene, propane and propene.
  • the composition of the gas mixture leaving the first hydrogenation zone can vary greatly depending on the mode of operation of the dehydrogenation.
  • the product gas mixture when carrying out the dehydrogenation with the introduction of oxygen and additional hydrogen, the product gas mixture has a comparatively high content Water vapor and carbon oxides.
  • the product gas mixture of the non-oxidative dehydrogenation When operating without oxygen feed, the product gas mixture of the non-oxidative dehydrogenation has a comparatively high content of hydrogen.
  • the feed gas stream containing n-butenes and an oxygen-containing gas are fed into at least one dehydrogenation zone (the ODH reactor A) and the butenes contained in the gas mixture are oxidatively dehydrogenated to form butadiene in the presence of an oxydehydrogenation catalyst.
  • an oxygen-containing gas containing more than 10% by volume, preferably more than 15% by volume and more preferably more than 20% by volume of molecular oxygen.
  • air is used as the oxygen-containing gas.
  • the upper limit of the content of molecular oxygen in the oxygen-containing gas is then generally 50% by volume or less, preferably 30% by volume or less, and more preferably 25% by volume or less.
  • any inert gases may be contained in the molecular oxygen-containing gas. Possible inert gases include nitrogen, argon, neon, helium, CO, CO2 and water.
  • the amount of inert gases in the oxygen-containing gas for nitrogen is generally 90% by volume or less, preferably 85% by volume or less, and more preferably 80% by volume or less. In the case of components other than nitrogen in the oxygen-containing gas, it is generally 10% by volume or less, preferably 1% by volume or less.
  • Catalysts suitable for oxydehydrogenation are generally based on a Mo-Bi-O-containing multimetal oxide system, which generally additionally contains iron.
  • the catalyst system contains further additional components, such as potassium, cesium, magnesium, zirconium, chromium, nickel, cobalt, cadmium, tin, lead, germanium, lanthanum, manganese, tungsten, phosphorus, cerium, aluminum or silicon. Iron-containing ferrites have also been proposed as catalysts.
  • the multimetal oxide contains cobalt and / or nickel.
  • the multimetal oxide contains chromium.
  • the multimetal oxide contains manganese.
  • Mo-Bi-Fe-O-containing multimetal oxides are Mo-Bi-Fe-Cr-O or Mo-Bi-Fe-Zr-O-containing multimetal oxides.
  • Preferred systems are described, for example, in US 4,547,615 (Moi2BiFeo, iNi 8 ZrCr 3 Ko, 20x and Moi2BiFeo, iNi 8 AICr 3 Ko, 20x), US 4,424,141
  • Particularly preferred catalytically active, molybdenum and at least one further metal-containing multimetal oxides have the general formula (Ia):
  • X 1 Si, Mn and / or Al
  • X 2 Li, Na, K, Cs and / or Rb,
  • y a number determined on the assumption of charge neutrality by the valence and frequency of the elements other than oxygen in (1a).
  • the starting material gas can be mixed with oxygen or an oxygen-containing gas and optionally additional inert gas, methane or steam.
  • the resulting oxygen-containing gas mixture is then fed to the oxydehydrogenation.
  • the reaction temperature of the oxydehydrogenation is generally controlled by a heat exchange medium located around the reaction tubes.
  • liquid heat exchange agents come z.
  • melting of salts or salt mixtures such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or sodium nitrate and melting of metals such as sodium, mercury and alloys of various metals into consideration.
  • ionic liquids or heat transfer oils are used.
  • the temperature of the heat exchange medium is between 220 to 490 ° C and preferably between 300 to 450 ° C and more preferably between 350 and 420 ° C.
  • the temperature in certain sections of the interior of the reactor during the reaction may be higher than that of the heat exchange medium, and a so-called hotspot is formed.
  • the location and height of the hotspot is determined by the reaction conditions, but it may also be regulated by the dilution ratio of the catalyst layer or the flow rate of mixed gas.
  • the difference between hotspot temperature and the temperature of the heat exchange medium is generally between 1 to 150 ° C, preferably between 10 to 100 ° C and more preferably between 20 to 80 ° C.
  • the temperature at the end of the catalyst bed is generally between 0 to 100 ° C, preferably between 0.1 to 50 ° C, more preferably between 1 to 25 ° C above the temperature of the heat exchange medium.
  • the oxydehydrogenation can be carried out in all fixed-bed reactors known from the prior art, such as, for example, in the hearth furnace, in the fixed-bed tubular reactor or tube bundle reactor or in the plate heat exchanger reactor.
  • a tube bundle reactor is preferred.
  • the oxidative dehydrogenation is carried out in fixed bed tubular reactors or fixed bed bundle bundle reactors.
  • the reaction tubes are (as well as the other elements of the tube bundle reactor) usually made of steel.
  • the wall thickness of the reaction tubes is typically 1 to 3 mm. Their inner diameter is usually (uniformly) at 10 to 50 mm or 15 to 40 mm, often 20 to 30 mm.
  • the number of reaction tubes accommodated in the tube bundle reactor is generally at least 1000, or 3000, or 5000, preferably at least 10,000. Frequently, the number of reaction tubes accommodated in the tube bundle reactor is 15,000 to 30,000 or 40,000 or 50 000.
  • the length of the reaction tubes normally extends to a few meters, typical is a reaction tube length in the range of 1 to 8 m, often 2 to 7 m, often 2.5 to 6 m.
  • the catalyst layer which is set up in the ODH reactor A, can consist of a single layer or of 2 or more layers. These layers may be pure catalyst or diluted with a material that does not react with the source gas or components of the product gas of the reaction. Furthermore, the catalyst layers may consist of solid material and / or supported shell catalysts.
  • the product gas stream 2 leaving the oxidative dehydrogenation contains, in addition to butadiene, generally unreacted 1-butene and 2-butene, oxygen and water vapor.
  • it furthermore generally contains carbon monoxide, carbon dioxide, inert gases (mainly nitrogen), low-boiling hydrocarbons such as methane, ethane, ethene, propane and propene, butane and isobutane, optionally hydrogen and optionally oxygen-containing hydrocarbons, so-called oxygenates.
  • Oxygenates may be, for example, formaldehyde, furan, acetic acid, maleic anhydride, formic acid, methacrolein, methacrylic acid, crotonaldehyde, crotonic acid, propionic acid, acrylic acid, methyl vinyl ketone, styrene, benzaldehyde, benzoic acid, phthalic anhydride, fluorenone, anthraquinone and butyraldehyde.
  • the product gas stream 2 at the reactor exit is characterized by a temperature near the temperature at the end of the catalyst bed.
  • the product gas stream is then brought to a temperature of 150 to 400 ° C, preferably 160 to 300 ° C, more preferably 170 to 250 ° C.
  • heat exchanger It is possible to isolate the line through which the product gas stream flows to maintain the temperature in the desired range, or to use a heat exchanger.
  • This heat exchanger system is arbitrary as long as the temperature of the product gas can be maintained at the desired level with this system.
  • a heat exchanger there can be mentioned spiral heat exchangers, plate heat exchangers, double tube heat exchangers, multi-tube heat exchangers, boiler spiral heat exchangers, shell-shell heat exchangers, liquid-liquid contact heat exchangers, air heat exchangers, direct contact heat exchangers and finned tube heat exchangers.
  • the heat exchanger system should preferably have two or more heat exchangers.
  • the two or more intended heat exchangers may be arranged in parallel.
  • the product gas is supplied to one or more, but not all, heat exchangers, which are replaced by other heat exchangers after a certain period of operation.
  • the cooling can be continued, a portion of the heat of reaction recovered and in parallel, the deposited in one of the heat exchangers high-boiling by-products can be removed.
  • a solvent can be used as long as it is capable of dissolving the high-boiling by-products.
  • aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylenes, diethylbenzenes, trietylbenzenes, diisopropylbenzenes and triisopropylbenzenes.
  • mesitylene is particularly preferred.
  • aqueous solvents can be made both acidic and alkaline, such as an aqueous solution of sodium hydroxide.
  • Cooling is by contacting with a coolant.
  • This stage is also referred to below as quench.
  • This quench can consist of only one stage or of several stages (for example B, C in FIG. 1).
  • the product gas stream 2 is thus brought into direct contact with the organic cooling medium 3b and 9b and thereby cooled.
  • Suitable cooling media are aqueous coolants or organic solvents, preferably aromatic hydrocarbons, more preferably toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene or mesitylene, or mixtures thereof. Diethylbenzene, trietylbenzene, diisopropylbenzene and triisopropylbenzene can also be used.
  • a two-stage quench comprising stages B and C according to FIG. 1, ie stage Ca) comprising two cooling stages Ca1) and Ca2)
  • the product gas stream 2 is brought into contact with the organic solvent.
  • the product gas depending on the presence and temperature level of a heat exchanger before the quench B, a temperature of 100 to 440 ° C.
  • the product gas is in the 1.
  • Quenching stage B brought into contact with the cooling medium of organic solvent.
  • the cooling medium can be introduced through a nozzle in order to achieve the most efficient possible mixing with the product gas.
  • internals such as, for example, additional nozzles, can be introduced into the quenching stage and pass through the product gas and the cooling medium together.
  • the coolant inlet into the quench is designed so that clogging is minimized by deposits in the area of the coolant inlet.
  • the product gas 2 in the first quenching stage B is cooled to 5 to 180 ° C, preferably to 30 to 130 ° C and even more preferably to 60 to 1 10 ° C.
  • the temperature of the coolant medium 3b at the inlet may generally be 25 to 200 ° C, preferably 40 to 120 ° C, particularly preferably 50 to 90 ° C.
  • the pressure in the first quenching stage B is not particularly limited, but is generally 0.01 to 4 bar (g), preferably 0.1 to 2 bar (g) and more preferably 0.2 to 1 bar (g).
  • the quenching stage B is designed as a cooling tower.
  • the cooling medium 3b used in the cooling tower is often used in a circulating manner.
  • the recycle flow of the cooling medium in liters per hour, based on the mass flow of butadiene in grams per hour, can generally 0.0001 to 5 l / g, preferably 0.001 to 1 l / g and more preferably 0.002 to 0.2 l / g be.
  • the temperature of the cooling medium 3 in the bottom can generally be 27 to 210 ° C, preferably 45 to 130 ° C, particularly preferably 55 to 95 ° C. Since the loading of the cooling medium 4 with secondary components increases over time, a portion of the loaded cooling medium can be withdrawn from the circulation as Purgestrom 3a and the circulating amount to be kept constant by adding unladen cooling medium 6. The ratio of effluent amount and added amount depends on the vapor load of the product gas and the product gas temperature at the end of the first quench stage.
  • the cooled and possibly depleted in secondary components product gas stream 4 can now be a second quenching C are supplied. In this he can now be brought into contact again with a cooling medium 9b.
  • the product gas is cooled to 5 to 100 ° C, preferably 15 to 85 ° C and even more preferably 30 to 70 ° C, until the gas outlet of the second quenching stage C is reached.
  • the coolant can be supplied in countercurrent to the product gas.
  • the temperature of the coolant medium 9b at the coolant inlet may be 5 to 100 ° C, preferably 15 to 85 ° C, particularly preferably 30 to 70 ° C.
  • the pressure in the second quenching stage C is not particularly limited, but is generally 0.01 to 4 bar (g), preferably 0.1 to 2 bar (g) and more preferably 0.2 to 1 bar (g).
  • the second quenching step is preferred designed as a cooling tower.
  • the cooling medium 9b used in the cooling tower is frequently used in a circulating manner.
  • the recycle stream of the cooling medium 9b in liters per hour, based on the mass flow of butadiene in grams per hour, can generally be from 0.0001 to 5 l / g, preferably from 0.0001 to 1 l / g and particularly preferably from 0.002 to 0.2 l / g.
  • the temperature of the cooling medium 9 in the bottom can generally be from 20 to 210 ° C., preferably from 35 to 120 ° C., particularly preferably from 45 to 85 ° C. Since the loading of the cooling medium 9 with secondary components increases over time, a portion of the loaded cooling medium can be withdrawn as Purgestrom 9a from the circulation, and the circulating amount by the addition of unloaded cooling medium 10 are kept constant.
  • internals in the second quenching stage C may be present.
  • Such internals include, for example, bell, centrifugal and / or sieve trays, structured packing columns, e.g. B. Sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 as Mellapak® 250 Y, and packed columns.
  • the solvent circulations of the two quench stages can be both separated from each other and also connected to each other.
  • the current 9a can be supplied to the current 3b or replace it.
  • the desired temperature of the circulating streams can be adjusted by means of suitable heat exchangers.
  • the cooling stage Ca) is carried out in two stages, wherein the solvent of the second stage Ca2) loaded with secondary components is passed into the first stage Ca1).
  • the solvent taken from the second stage Ca2) contains less secondary components than the solvent removed from the first stage Ca1).
  • suitable structural measures such as the installation of a demister, can be taken.
  • high-boiling substances which are not separated from the product gas in the quench can be removed from the product gas by further structural measures, such as, for example, further gas scrubbing.
  • the gas stream b from the cooling step Ca which is depleted in high-boiling secondary components, is cooled in step Cb) in at least one compression stage Cba) and preferably in at least one cooling stage Cbb) by contacting with an organic solvent as the cooling agent.
  • the product gas stream 5 from the solvent quench is compressed in at least one compression stage E and subsequently cooled further in the cooling apparatus F, with at least one condensate stream 14 being formed.
  • a gas stream 12 containing butadiene, 1-butene, 2-butenes, oxygen, water vapor, optionally low-boiling hydrocarbons such as methane, ethane, ethene, propane and propene, butane and isobutane, optionally carbon oxides and optionally inert gases.
  • this product gas stream may still contain traces of high-boiling components.
  • the compression and cooling of the gas stream 5 can be carried out in one or more stages (n-stage). Generally, a total pressure is compressed in the range of 1.0 to 4.0 bar (absolute) to a pressure in the range of 3.5 to 20 bar (absolute). After each compression stage is followed by a cooling step, in which the gas stream is cooled to a temperature in the range of 15 to 60 ° C.
  • the condensate stream can therefore also comprise a plurality of streams in the case of multistage compression.
  • the condensate stream consists to a large extent of water and the solvent used in the quench. Both streams (aqueous and organic phase) may also contain minor components such as low boilers, C4 hydrocarbons, oxygenates and carbon oxides.
  • the condensed quench can be removed.
  • Cooled solvent in a heat exchanger and recycled as a refrigerant in the apparatus F Since the loading of this cooling medium 13b with secondary components increases over time, a portion of the loaded cooling medium can be withdrawn from the circulation (13a) and the circulation rate of the cooling medium can be kept constant by adding unladen solvent (15).
  • the solvent 15 added as a cooling medium may be an aqueous coolant or an organic solvent.
  • aromatic hydrocarbons particular preference is given to toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, diethylbenzene, triethylbenzene, diisopropylpolybenzene, triisopropylbenzene, mesitylene or mixtures thereof. Especially preferred is mesylene.
  • the condensate stream 13a may be recycled to the recycle stream 3b and / or 9b of the quench. As a result, the C4 components absorbed in the condensate stream 13a can be brought back into the gas stream and thus the yield can be increased.
  • Suitable compressors are, for example, turbo, rotary piston and reciprocating compressors.
  • the compressors can be driven, for example, with an electric motor, an expander or a gas or steam turbine.
  • Typical compression ratios (outlet pressure: one outlet pressure) per compressor stage are between 1, 5 and 3.0 depending on the design.
  • the cooling of the compressed gas takes place in flushed with coolant heat exchangers or organic quench, which can be performed, for example, as a tube bundle, spiral or plate heat exchanger.
  • Suitable coolants may be aqueous or the above-mentioned organic solvents.
  • air cooling is preferably used using blowers.
  • the butadiene, n-butenes, oxygen, low-boiling hydrocarbons (methane, ethane, ethene, propane, propene, n-butane, isobutane), optionally water vapor, optionally carbon oxides and optionally inert gases and optionally traces of secondary components containing gas stream 12 is as Output current fed to the further treatment.
  • step D) are non-condensable and low-boiling gas constituents, oxygen, low-boiling hydrocarbons (methane, ethane, ethene, propane, propene), carbon oxides and inert gases in an absorption column G as gas stream 16 from the process gas stream 12 by absorption of C4 hydrocarbons in a high-boiling absorbent (21 b and / or 26) and subsequent desorption of the C4 hydrocarbons separated.
  • step D) as shown in FIG. 1, comprises the steps Da1), Da2) and Db):
  • step Da2) removal of oxygen from the C4 hydrocarbons-laden absorbent stream from step Da1) by stripping with a non-condensable gas stream 18, wherein a C4 hydrocarbons laden absorbent stream 17 is obtained, and
  • a C4 product gas stream 27 is obtained, which consists essentially of C4 hydrocarbons.
  • the gas stream 12 is brought into contact with an absorbent and the C4 hydrocarbons are absorbed in the absorbent, whereby an adsorbent loaded with C4 hydrocarbons and an exhaust gas 16 containing the other gas constituents are obtained.
  • the C4 hydrocarbons are released from the high-boiling absorbent again.
  • the absorption stage can be carried out in any suitable absorption column known to the person skilled in the art. Absorption can be accomplished by simply passing the product gas stream through the absorbent. But it can also be done in columns or in rotational absorbers. It can be used in DC, countercurrent or crosscurrent gear- be processed. Preferably, the absorption is carried out in countercurrent. Suitable absorption columns are z. B. tray columns with bell, centrifugal and / or sieve plates, columns with structured packings, eg. B. Sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 as Mellapak® 250 Y, and packed columns. Rice and spray towers, graphite block absorbers, surface absorbers such as thick-film and thin-layer absorbers, as well as rotary columns, rags, cross-flow scrubbers and rotary scrubbers are also suitable.
  • an absorption column in the lower region of the butadiene, n-butenes and the low-boiling and non-condensable gas components containing gas stream 12 is supplied.
  • the high-boiling absorbent (21 b and / or 26) is abandoned.
  • Inert absorbent used in the absorption stage are generally high-boiling non-polar solvents in which the C4-hydrocarbon mixture to be separated has a significantly higher solubility than the other gas constituents to be separated off.
  • Suitable absorbents are comparatively nonpolar organic solvents, for example aliphatic Ce to Cis alkanes, or aromatic hydrocarbons, such as the paraffin distillation from the paraffin distillation, toluene or ethers with bulky groups, or mixtures of these solvents, these being a polar solvent such as 1, 2-dimethylphthalate may be added.
  • Suitable absorbents are also esters of benzoic acid and phthalic acid with straight-chain C 1 to C 1 alkanols, as well as so-called heat transfer oils, such as biphenyl and diphenyl ether, their chlorinated derivatives and triaryl alkenes.
  • a suitable absorbent is a mixture of biphenyl and diphenyl ether, preferably in the azeotropic composition, for example, the commercially available Diphyl ®. Frequently, this solvent mixture contains dimethyl phthalate in an amount of 0.1 to 25 wt .-%.
  • the same solvent as in the cooling stage Ca) is used.
  • Preferred absorbents are solvents which have a solubility for organic peroxides of at least 1000 ppm (mg active oxygen / kg solvent). Preference is given to aromatic hydrocarbons, particularly preferably toluene, o-xylene, p-xylene and mesitylene, or mixtures thereof. Diethylbenzene, triethylbenzene, diisopropylbenzene and triisopropylbenzene can also be used.
  • a stream 16 is withdrawn, which is essentially oxygen, low-boiling hydrocarbons (methane, ethane, ethene, propane, propene), optionally C4-hydrocarbons (butane, butenes, butadiene), optionally inert gases, optionally carbon oxides and optionally still contains water vapor.
  • This stream can be partially fed to the ODH reactor.
  • the inlet flow of the ODH reactor can be adjusted to the desired C4 hydrocarbon content.
  • residues of oxygen dissolved in the absorbent are discharged in a further column by rinsing with a gas. The remaining oxygen content should be so small that the stream 27 leaving the desorption column and containing butane, butene and butadiene only contains a maximum of 100 ppm of oxygen.
  • the stripping out of the oxygen in step Db) can be carried out in any suitable column known to the person skilled in the art.
  • the stripping can be carried out by simply passing non-condensable gases, preferably not or only weakly in the absorbent stream 21 b and / or 26 absorbable gases such as methane, through the loaded absorption solution. With stripped C4 hydrocarbons are washed in the upper part of the column G back into the absorption solution by the gas stream is passed back into this absorption column. This can be done both by a piping of the stripping column and a direct assembly of the stripping column below the absorber column. Since the pressure in the stripping column part and the absorption column part is the same, this direct coupling can take place. Suitable Stippkolonnen are z. B.
  • tray columns with bell, centrifugal and / or sieve tray, columns with structured packings, eg. B. Sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 as Mellapak® 250 Y, and packed columns. But there are also trickle and spray towers and rotary columns, dishwashers, cross-flow scrubbers and rotary scrubbers into consideration. Suitable gases are for example nitrogen or methane.
  • the absorbent regenerated in the desorption stage is withdrawn as stream 20 together with the condensed water from the desorption column H.
  • This biphasic mixture can be cooled in a heat exchanger and separated as stream 21 in a decanter I into an aqueous 21 a and an absorbent stream 21 b.
  • the absorbent stream 21 b will again be supplied to the absorber column G, while the aqueous stream 21 a is vaporized in an evaporator and thus the stream 23 is generated.
  • additional water can be evaporated in the evaporator. Further, only a portion of the stream 21 a can be evaporated and the unvaporized portion can be removed as stream 22.
  • Low boilers in the process gas stream such as ethane or propane and high-boiling components such as benzaldehyde, maleic anhydride and phthalic anhydride can accumulate in the absorption medium cycle stream.
  • a purge stream 25 can be withdrawn.
  • the C4 product gas stream 27 consisting essentially of n-butane, n-butenes and butadiene generally contains from 20 to 80% by volume of butadiene, from 0 to 80% by volume of n-butane, from 0 to 10% by volume 1 - Butene and 0 to 50% by volume of 2-butenes, the total amount being 100% by volume. Furthermore, small amounts of iso-butane may be included.
  • the desorption step can be carried out in any suitable desorption column known to the person skilled in the art.
  • the desorption can be effected by lowering the pressure and / or heating the desorption stage.
  • the desorption stage may be heated by feeding a hot medium - such as steam - or by generating its own vapor by bottom evaporation.
  • Suitable desorption columns are, for example, tray columns with bells, centrifugal and / or sieve trays, columns with structured packings, eg sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 such as Mellapak® 250 Y, and packed columns.
  • the desorption column H is taken from a side draw stream 31 containing methacrolein in order to prevent accumulation of acrolein in the absorbent cycle.
  • the side draw stream 31 can be both liquid and gaseous, preferably it is gaseous.
  • the desorption column preferably has from 5 to 30, particularly preferably from 10 to 20, theoretical plates.
  • the side draw stream 31 is preferably removed in the lower third of the desorption column.
  • the liquid side draw stream 31 generally contains from 0.1 to 2% by weight of methacrolein. In addition, it contains 5 to 15 wt .-% water, 0 to 3 wt .-% C 4 -hydrocarbons and 70 to 90 wt .-% of the absorbent.
  • the gaseous side draw stream 31 generally contains from 1 to 10% by weight of methacrolein. In addition, it contains 30 to 60 wt .-% water, 0 to 6 wt .-% C 4 hydrocarbons and 30 to 60 wt .-% of the absorbent.
  • the gaseous side draw stream 31 is scrubbed in a scrubbing column H ' with a stream 33 of the absorbent to obtain an absorbent stream 34 laden with C 4 hydrocarbons which is recycled to the desorption column H.
  • a stream 32 is withdrawn overhead and mainly contains the secondary components to be separated, such as metacrolein and small amounts of absorbent and water as stream 31.
  • the liquid (stream 28) or gaseous (stream 29) C 4 product streams leaving the condenser are then converted into a butadiene and the selective solvent-containing material stream 31 and a butane by extractive distillation in step E) using a solvent selective for butadiene and n-butenes containing stream 32 separated.
  • the extractive distillation may, for example, as described in "petroleum and coal - natural gas - petrochemistry", Volume 34 (8), pages 343 to 346 or “Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", Volume 9, 4th edition 1975, pages 1 to 18, be performed.
  • the C 4 - product gas stream with an extractant preferably an N-methylpyrrolidone
  • the extraction zone is generally carried out in the form of a wash column which contains trays, fillers or packings as internals. This generally has 30 to 70 theoretical plates on, so that a sufficiently good release effect is achieved.
  • the wash column has a backwash zone in the column head. This backwash zone is used to recover the extractant contained in the gas phase by means of a liquid hydrocarbon reflux, to which the top fraction is condensed beforehand.
  • the mass ratio extractant to C4 product gas stream in the feed of the extraction zone is generally from 10: 1 to 20: 1.
  • the extractive distillation is preferably carried out at a bottom temperature in the range from 100 to 250 ° C., in particular at a temperature in the range from 110 to 210 ° C., a top temperature in the range from 10 to 100 ° C., in particular in the range from 20 to 70 ° C. ° C and a pressure in the range of 1 to 15 bar, in particular operated in the range of 3 to 8 bar.
  • the extractive distillation column preferably has from 5 to 70 theoretical plates.
  • Suitable extractants are butyrolactone, nitriles such as acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, ketones such as acetone, furfural, N-alkyl-substituted lower aliphatic acid amides such as dimethylformamide, diethylformamide, dimethylacetamide, diethylacetamide, N-formylmorpholine, N-alkyl-substituted cyclic acid amides (lactams) such as N Alkylpyrrolidones, especially N-methylpyrrolidone (NMP).
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • alkyl-substituted lower aliphatic acid amides or N-alkyl substituted cyclic acid amides are used.
  • Particularly advantageous are dimethylformamide, acetonitrile, furfural and in particular NMP.
  • Particularly suitable is NMP, preferably in aqueous solution, preferably with 0 to 20 wt .-% water, particularly preferably with 7 to 10 wt .-% water, in particular with 8.3 wt .-% water.
  • the overhead product stream of the extractive distillation column contains essentially butane and butenes and in small amounts of butadiene and is taken off in gaseous or liquid form.
  • the stream consisting essentially of n-butane and 2-butene contains up to 100% by volume of n-butane, 0 to 50% by volume of 2-butene and 0 to 3% by volume of further constituents, such as isobutane, isobutene , Propane, propene and Cs + hydrocarbons.
  • the stream consisting essentially of n-butane and 2-butenes and, if appropriate, methane can be recycled completely or partially or else not into the C 4 feed of the ODH reactor. Since the butene isomers of this recycle stream consist essentially of 2-butenes, and 2-butenes are generally dehydrogenated oxidatively to butadiene more slowly than 1-butene, this recycle stream can be catalytically isomerized prior to being fed to the ODH reactor. Thereby, the isomer distribution can be adjusted according to the isomer distribution present in the thermodynamic equilibrium.
  • the stream can also be fed to a further work-up to separate butanes and butenes from one another and to return the butenes in whole or in part to the oxydehydrogenation.
  • the stream can also go into maleic anhydride production.
  • the stream comprising butadiene and the selective solvent is fractionated by distillation into a stream consisting essentially of the selective solvent and a stream comprising butadiene.
  • the stream obtained at the bottom of the extractive distillation column generally contains the extractant, water, butadiene and, in minor proportions, butenes and butane and is fed to a distillation column. In this can be obtained overhead or as a side take butadiene.
  • an extractant and optionally water-containing material flow is obtained, wherein the composition of the extractant and water-containing material stream corresponds to the composition as it is added to the extraction.
  • the extractant and water-containing stream is preferably returned to the extractive distillation.
  • the extraction solution thus extracted is transferred to a desorption zone, wherein the butadiene is desorbed again from the extraction solution and backwashed.
  • the desorption zone can be embodied, for example, in the form of a wash column which has 2 to 30, preferably 5 to 20 theoretical stages and optionally a backwashing zone with, for example, 4 theoretical stages.
  • This backwash zone serves to recover the extractant contained in the gas phase by means of a liquid hydrocarbon reflux, for which purpose the top fraction is condensed beforehand.
  • internals packings, trays or packing are provided.
  • the distillation is preferably carried out at a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C, in particular in the range of 150 to 200 ° C and a top temperature in the range of 0 to 70 ° C, in particular in the range of 10 to 50 ° C.
  • the pressure in the distillation column is preferably in the range of 1 to 10 bar. In general, a reduced pressure and / or elevated temperature prevails in the desorption zone relative to the extraction zone.
  • the product stream 38 obtained at the top of the column generally contains 90 to 100% by volume of butadiene, 0 to 10% by volume of 2-butene and 0 to 10% by volume of n-butane and isobutane.
  • a further distillation according to the prior art can be carried out.
  • methacrolein accumulates up to 1.08% by weight in the coolant circulation.

Abstract

The invention relates to a process for preparing butadiene from n-butenes, comprising the steps of: A) providing a feedstock gas stream a containing n-butenes; B) feeding feedstock gas stream a containing n-butenes and a gas containing oxygen into at least one oxidative dehydrogenation zone and oxidatively dehydrogenating n-butenes to butadiene, resulting in a product gas stream b containing butadiene, unconverted n-butenes, steam, oxygen, low-boiling hydrocarbons, and high-boiling secondary components, with or without carbon oxides and with or without inert gases; Ca) cooling product gas stream b by bringing same in contact with a coolant, and condensing at least some of the high-boiling secondary components; Cb) compressing the remaining product gas stream b in at least one compression stage, resulting in at least one aqueous condensate stream c1 and one gas stream c2 containing butadiene, n-butenes, steam, oxygen and low-boiling hydrocarbons, with or without carbon oxides and with or without inert gases; Da) removing uncondensable and low-boiling gas constituents comprising oxygen, low-boiling hydrocarbons, any carbon oxides and any inert gases as a gas stream d2 from gas stream c2 by absorbing the C4 hydrocarbons comprising butadiene and n-butenes in an absorbent, resulting in an absorbent stream laden with C4 hydrocarbons and gas stream d2, and Db) then desorbing the C4 hydrocarbons from the laden absorbent stream in a desorption column, resulting in a C4 product gas stream d1. The disclosed method is characterized in that a lateral discharge stream containing methacrolein is withdrawn from the desorption column.

Description

Verfahren zur Herstellung von 1 ,3-Butadien aus n-Butenen durch oxidative Dehydrierung  Process for the preparation of 1, 3-butadiene from n-butenes by oxidative dehydrogenation
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1 ,3-Butadien aus n-Butenen durch oxidative Dehydrierung (ODH). The invention relates to a process for the preparation of 1, 3-butadiene from n-butenes by oxidative dehydrogenation (ODH).
Butadien ist eine bedeutende Grundchemikalie und wird beispielsweise zur Herstellung von Synthesekautschuken (Butadien-Homopolymere, Styrol-Butadien-Kautschuk oder Nitril- Kautschuk) oder zur Herstellung von thermoplastischen Terpolymeren (Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymere) eingesetzt. Butadien wird ferner zu Sulfolan, Chloropren und 1 ,4-Hexa- methylendiamin (über 1 ,4-Dichlorbuten und Adipinsäuredinitril) umgesetzt. Durch Dimerisierung von Butadien kann ferner Vinylcyclohexen erzeugt werden, welches zu Styrol dehydriert werden kann. Butadiene is an important basic chemical and is used for example for the production of synthetic rubbers (butadiene homopolymers, styrene-butadiene rubber or nitrile rubber) or for the production of thermoplastic terpolymers (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers). Butadiene is further converted to sulfolane, chloroprene and 1, 4-hexamethylenediamine (over 1, 4-dichlorobutene and adiponitrile). By dimerization of butadiene, vinylcyclohexene can also be produced, which can be dehydrogenated to styrene.
Butadien kann durch thermische Spaltung (Steam-Cracken) gesättigter Kohlenwasserstoffe hergestellt werden, wobei üblicherweise von Naphtha als Rohstoff ausgegangen wird. Beim Steam-Cracken von Naphtha fällt ein Kohlenwasserstoff-Gemisch aus Methan, Ethan, Ethen, Acetylen, Propan, Propen, Propin, Allen, Butanen, Butenen, Butadien, Butinen, Methylallen, Cs- und höheren Kohlenwasserstoffen an. Butadien kann auch durch oxidative Dehydrierung von n-Butenen (1 -Buten und/oder 2-Buten) erhalten werden. Als Ausgangsgasgemisch für die oxidative Dehydrierung (Oxidehydrierung, ODH) von n-Butenen zu Butadien kann jedes beliebige n-Butene enthaltende Gemisch eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Fraktion verwendet werden, die als Hauptbestandteil n- Butene (1 -Buten und/oder 2-Buten) enthält und aus der C4-Fraktion eines Naphtha-Crackers durch Abtrennen von Butadien und Isobuten erhalten wurde. Des Weiteren können auch Gasgemische als Ausgangsgas eingesetzt werden, die 1 -Buten, cis-2-Buten, trans-2-Buten oder deren Gemische umfassen und durch Dimerisierung von Ethylen erhalten wurden. Ferner können als Ausgangsgas n-Butene enthaltende Gasgemische eingesetzt werden, die durch kataly- tisches Wirbelschichtcracken (Fluid Catalytic Cracking, FCC) erhalten wurden. Butadiene can be prepared by thermal cracking (steam cracking) of saturated hydrocarbons, usually starting from naphtha as the raw material. Steam cracking of naphtha produces a hydrocarbon mixture of methane, ethane, ethene, acetylene, propane, propene, propyne, allenes, butanes, butenes, butadiene, butynes, methylalls, Cs and higher hydrocarbons. Butadiene can also be obtained by oxidative dehydrogenation of n-butenes (1-butene and / or 2-butene). As the starting gas mixture for the oxidative dehydrogenation (oxydehydrogenation, ODH) of n-butenes to butadiene, any n-butenes containing mixture can be used. For example, a fraction containing n-butenes (1-butene and / or 2-butene) as a main component and obtained from the C 4 fraction of a naphtha cracker by separating butadiene and isobutene can be used. Furthermore, gas mixtures which comprise 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene or mixtures thereof and which have been obtained by dimerization of ethylene can also be used as starting gas. Furthermore, n-butenes containing gas mixtures can be used as the starting gas, which were obtained by catalytic fluid catalytic cracking (FCC).
Verfahren zur oxidativen Dehydrierung von Butenen zu Butadien sind grundsätzlich bekannt. Derartige Verfahren umfassen häufig die nachstehenden Schritte: Processes for the oxidative dehydrogenation of butenes to butadiene are known in principle. Such methods often include the following steps:
A) Bereitstellung eines n-Butene enthaltenden Einsatzgasstroms a; A) providing a n-butenes containing feed gas stream a;
B) Einspeisung des n-Butene enthaltenden Einsatzgasstromes a und eines sauerstoffhaltigen Gases in mindestens eine oxidative Dehydrierzone und oxidative Dehydrierung von n-Butenen zu Butadien, wobei ein Produktgasstrom b enthaltend Butadien, nicht umgesetzte n-Butene, Wasserdampf, Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, hochsie- dende Nebenkomponenten, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase erhalten wird; B) feeding the n-butenes containing feed gas stream a and an oxygen-containing gas into at least one oxidative dehydrogenation and oxidative dehydrogenation of n-butenes to butadiene, wherein a product gas stream b containing butadiene, unreacted n-butenes, water vapor, oxygen, low-boiling hydrocarbons, high-boiling dende secondary components, optionally carbon oxides and optionally inert gases is obtained;
Ca) Abkühlung des Produktgasstroms b durch Inkontaktbringen mit einem Kühlmittel und Ca) cooling of the product gas stream b by contacting with a coolant and
Kondensation zumindest eines Teils der hochsiedenden Nebenkomponenten;  Condensation of at least a portion of the high boiling minor components;
Cb) Kompression des verbleibenden Produktgasstroms b in mindestens einer Kompressionsstufe, wobei mindestens ein wässriger Kondensatstrom c1 und ein Gasstrom c2 enthaltend Butadien, n-Butene, Wasserdampf, Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase erhalten wird; Cb) compression of the remaining product gas stream b in at least one compression stage, at least one aqueous condensate stream c1 and a gas stream c2 containing butadiene, n-butenes, water vapor, oxygen, low-boiling hydrocarbons, optionally carbon oxides and optionally inert gases is obtained;
Da) Abtrennung von nicht kondensierbaren und leicht siedenden Gasbestandteilen umfassend Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase als Gasstrom d2 aus dem Gasstrom c2 durch Absorption der C4- Kohlenwasserstoffe umfassend Butadien und n-Butene in einem Absorptionsmittel, wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom und der Gasstrom d2 erhalten werden, und Da) separation of non-condensable and low-boiling gas components comprising oxygen, low-boiling hydrocarbons, optionally carbon oxides and optionally inert gases as gas stream d2 from the gas stream c2 by absorption of C 4 - hydrocarbons comprising butadiene and n-butenes in an absorbent, wherein a with C 4 hydrocarbons laden absorbent stream and the gas stream d2 are obtained, and
Db) anschließende Desorption der C4-Kohlenwasserstoffe aus dem beladenen Absorptions- mittelstrom in einer Desorptionskolonne, wobei ein C4-Produktgasstrom d1 erhalten wird. Db) subsequent desorption of the C 4 hydrocarbons from the loaded absorption medium stream in a desorption column, a C 4 product gas stream d 1 being obtained.
US 2012/0130137 A1 beispielsweise beschreibt ein Verfahren zur oxidativen Dehydrierung von Butenen zu Butadien unter Verwendung von Katalysatoren, die Oxide von Molybdän, Bismuth und in der Regel weiteren Metallen enthalten. US 2012/0130137 A1, for example, describes a process for the oxidative dehydrogenation of butenes to butadiene using catalysts comprising oxides of molybdenum, bismuth and usually other metals.
In Absatz [0122] wird auch auf die Problematik hochsiedender Nebenprodukte hingewiesen. Insbesondere werden Phthalsäureanhydrid, Anthrachinon und Fluorenon genannt, die typischerweise in Konzentrationen von 0,001 bis 0,10 Vol.-% im Produktgas vorlägen. In der US 2012/0130137 A1 Absatz [0124] bis [0126] wird empfohlen, die heißen Reaktoraustragsgase direkt durch Kontakt mit einer Kühlflüssigkeit (Quench-Turm) auf zunächst 5 bis 100 °C abzukühlen. Als Kühlflüssigkeiten werden Wasser oder wässrige Alkali-Lösungen genannt. Ausdrücklich wird die Problematik von Verstopfungen im Quench durch Hochsieder aus dem Produktgas oder durch Polymerisationsprodukte hochsiedender Nebenprodukte aus dem Produktgas erwähnt, weshalb es vorteilhaft sei, dass so wenig wie möglich hochsiedende Nebenpro- dukte aus dem Reaktionsteil in den Kühlungsteil (Quench) ausgetragen werden. Eine Abtrennung von iso-Buten oder von dessen Umsetzungsprodukt Methacrolein wird nicht erwähnt. Paragraph [0122] also refers to the problem of high-boiling by-products. In particular, phthalic anhydride, anthraquinone and fluorenone are mentioned, which are typically present in concentrations of 0.001 to 0.10 vol .-% in the product gas. In US 2012/0130137 A1 paragraph [0124] to [0126] it is recommended to cool the hot reactor exhaust gases directly by contact with a cooling liquid (quench tower) to initially 5 to 100 ° C. As cooling liquids are called water or aqueous alkali solutions. The problem of blockages in the quench by high boilers from the product gas or by polymerization products of high-boiling by-products from the product gas is expressly mentioned, which is why it is advantageous that as few as possible high-boiling by-products are discharged from the reaction part into the cooling part (quench). A separation of isobutene or its reaction product methacrolein is not mentioned.
In JP 201 1 -001341 A wird für ein Verfahren zur oxidativen Dehydrierung von Alkenen zu konjugierten Alkadienen eine zweistufige Kühlung beschrieben. Dabei wird das Produktaustragsgas der oxidativen Dehydrierung zunächst auf eine Temperatur zwischen 300 und 221 °C eingestellt und dann auf eine Temperatur zwischen 99 und 21 °C weiter abgekühlt. In den Absätzen [0066] ff. wird beschrieben, dass zur Einstellung der Temperatur zwischen 300 und 221 °C bevorzugt Wärmetauscher eingesetzt werden, wobei aber auch ein Teil der Hochsieder aus dem Produktgas in diesen Wärmetauschern ausfallen könnten. In der JP201 1 -001341 A wird deshalb ein gelegentliches Auswaschen von Ablagerungen aus den Wärmetauschern mit organischen oder wässrigen Lösungsmitteln beschrieben. Als Lösungsmittel werden beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol oder Xylol oder ein alkalisches wässriges Lösungsmittel wie beispielsweise die wässrige Lösung von Natriumhydroxid beschrieben. Um ein zu häufiges Ab- stellen des Verfahrens zur Reinigung des Wärmetauscher zu vermeiden, wird in der JP 201 1 - 001341 A ein Aufbau mit zwei parallel angeordneten Wärmetauschern beschrieben, die jeweils abwechselnd betrieben oder gespült werden (sogenannte A/B-Fahrweise). Eine Abtrennung von iso-Buten oder von dessen Umsetzungsprodukt Methacrolein wird nicht erwähnt. JP 201 1 -132218 begrenzt den iso-Buten-Gehalt im Feed, da bekannt ist, dass iso-Buten Oxy- genate bildet. Die Abtrennung der Oxygenate wird aber nicht beschrieben. In JP 201 1 -001341 A, a two-stage cooling process is described for a process for the oxidative dehydrogenation of alkenes to give conjugated alkadienes. The product discharge gas of the oxidative dehydrogenation is first adjusted to a temperature between 300 and 221 ° C and then further cooled to a temperature between 99 and 21 ° C. In paragraphs et seq. It is described that for adjusting the temperature between 300 and 221 ° C preferably heat exchangers are used, but also a part of the high boilers from the product gas could fail in these heat exchangers. In JP201 1 -001341 A is therefore a occasional washing out of deposits from the heat exchangers with organic or aqueous solvents. As the solvent, for example, aromatic hydrocarbons such as toluene or xylene or an alkaline aqueous solvent such as the aqueous solution of sodium hydroxide are described. In order to avoid too frequent stopping of the method for cleaning the heat exchanger, JP 201 1 - 001341 A describes a structure with two heat exchangers arranged in parallel, each of which is operated or purged alternately (so-called A / B mode of operation). A separation of isobutene or its reaction product methacrolein is not mentioned. JP 201 1 -132218 limits the iso-butene content in the feed since it is known that isobutene forms oxy genates. The separation of the oxygenates is not described.
JP 2012240963 beschreibt ein Verfahren zur Butadienherstellung, in dem der C4-Kohlen- wasserstoffe enthaltene Gasstrom in einer Absorbtionsstufe b' mit einem Absorbens b in Kon- takt gebracht wird, um die C4-Komponenten zu absorbieren. JP 2012240963 describes a process for butadiene production, in which the gas stream containing C 4 -hydrocarbons is brought into contact with an absorbent b in an absorption stage b 'in order to absorb the C 4 components.
JP 2010-090083 begrenzt die Menge an Aldehyden und offenbart in Tabelle 1 auch die Bildung von Methacrolein, macht aber keine Vorschläge zu dessen Abtrennung. Iso-Buten ist in nahezu allen C4-Kohlenwasserstoffströmen, die für den ODH-Prozess Verwendung finden können, enthalten. Insbesondere C4-Kohlenwasserstoffströme aus FC-Crackern enthalten iso-Buten in Mengen von bis zu 15 Vol.-%. Das in den ODH-Reaktor eintretende isoButen wird, abhängig vom verwendeten Katalysator und den Reaktionsbedingungen, zu ca. 50% zu Methacrolein umgesetzt. Dieses reichert sich im Kreislaufstrom des Absorptions- /Desorptionsteil der C4-Kohlenwasserstoff-Abtrennung an und kann Nebenreaktionen wie Oligo- merisierungen und Polymerisationen, Ablagerungen auf den Kolonneneinbauten und insbesondere an Verdampfern und Kondensatoren sowie eine Verschlechterung der Trennleistung verursachen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Butadien durch oxidative Deyhdrierung von n-Butenen und anschließender Aufarbeitung des C4-Kohlenwasser- stoffe und Nebenprodukte enthaltenden Produktgasstroms bereitzustellen, das den oben beschriebenen Nachteilen abhilft. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Butadien aus n-Butenen mit den Schritten: JP 2010-090083 limits the amount of aldehydes and also discloses the formation of methacrolein in Table 1, but makes no proposals for its separation. Iso-butene is present in almost all C 4 hydrocarbon streams that may be used for the ODH process. In particular, C 4 hydrocarbon streams from FC crackers contain iso-butene in amounts of up to 15% by volume. The isoButene entering the ODH reactor is converted into methacrolein by about 50%, depending on the catalyst used and the reaction conditions. This accumulates in the recycle stream of the absorption / desorption part of the C 4 -hydrocarbon separation and can cause side reactions such as oligomerizations and polymerizations, deposits on the column internals and in particular of evaporators and condensers as well as a deterioration of the separation performance. The object of the invention is to provide an improved process for the preparation of butadiene by oxidative Deyhdrierung of n-butenes and subsequent workup of the C 4 -Kohlenwasser- substances and by-products containing product gas stream, which helps to overcome the disadvantages described above. The object is achieved by a process for the preparation of butadiene from n-butenes with the following steps:
A) Bereitstellung eines n-Butene enthaltenden Einsatzgasstroms a; B) Einspeisung des n-Butene enthaltenden Einsatzgasstromes a und eines sauerstoffhaltigen Gases in mindestens eine oxidative Dehydrierzone und oxidative Dehydrierung von n-Butenen zu Butadien, wobei ein Produktgasstrom b enthaltend Butadien, nicht umgesetzte n-Butene, Wasserdampf, Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, hochsie- dende Nebenkomponenten, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase erhalten wird; A) providing a n-butenes containing feed gas stream a; B) feeding the n-butenes containing feed gas stream a and an oxygen-containing gas into at least one oxidative dehydrogenation and oxidative dehydrogenation of n-butenes to butadiene, wherein a product gas stream b containing butadiene, unreacted n-butenes, water vapor, oxygen, low-boiling hydrocarbons, high-boiling dende secondary components, optionally carbon oxides and optionally inert gases is obtained;
Ca) Abkühlung des Produktgasstroms b durch Inkontaktbringen mit einem Kühlmittel und Kondensation zumindest eines Teils der hochsiedenden Nebenkomponenten; Ca) cooling the product gas stream b by contacting it with a coolant and condensing at least part of the high-boiling secondary components;
Cb) Kompression des verbleibenden Produktgasstroms b in mindestens einer Kompressionsstufe, wobei mindestens ein wässriger Kondensatstrom c1 und ein Gasstrom c2 enthaltend Butadien, n-Butene, Wasserdampf, Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase erhalten wird; Cb) compression of the remaining product gas stream b in at least one compression stage, at least one aqueous condensate stream c1 and a gas stream c2 containing butadiene, n-butenes, water vapor, oxygen, low-boiling hydrocarbons, optionally carbon oxides and optionally inert gases is obtained;
Da) Abtrennung von nicht kondensierbaren und leicht siedenden Gasbestandteilen umfassend Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase als Gasstrom d2 aus dem Gasstrom c2 durch Absorption der C4- Kohlenwasserstoffe umfassend Butadien und n-Butene in einem Absorptionsmittel, wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom und der Gasstrom d2 erhalten werden, und Da) separation of non-condensable and low-boiling gas components comprising oxygen, low-boiling hydrocarbons, optionally carbon oxides and optionally inert gases as gas stream d2 from the gas stream c2 by absorption of C 4 - hydrocarbons comprising butadiene and n-butenes in an absorbent, wherein a with C 4 hydrocarbons laden absorbent stream and the gas stream d2 are obtained, and
Db) anschließende Desorption der C4-Kohlenwasserstoffe aus dem beladenen Absorptions- mittelstrom in einer Desorptionskolonne, wobei ein C4-Produktgasstrom d1 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorptionskolonne ein Methacrolein enthaltender Seitenabzugsstrom entnommen wird. Überraschend wurde festgestellt, dass Methacrolein sich auf den unteren Trennstufen derDb) subsequent desorption of the C 4 hydrocarbons from the loaded absorption medium stream in a desorption column, a C 4 product gas stream d 1 being obtained, characterized in that the desorption column is taken off a side draw stream containing methacrolein. Surprisingly, it was found that methacrolein on the lower stages of the
Desorptionskolonne bis zu einer vergleichsweise hohen Konzentration anreichert. Durch einen gasförmigen oder flüssigen Seitenabzug auf einer der Trennstufen kann die Methacrolein-Kon- zentration in dem in die Absorptionskolonne zurückgeführten regenerierten Absorptionsmittel signifikant gesenkt werden. Weiter wurde festgestellt, dass im Hinblick auf einen möglichst ge- ringen Butadien-Verlust ein flüssiger Seitenabzugsstrom vorteilhaft ist. Der Seitenabzugsstrom kann thermisch verwertet werden, oder, sofern er eine ausreichend hohe Konzentration an Butadien enthält, auch aufgearbeitet und das Butadien zurückgeführt werden. Enriched desorption column to a relatively high concentration. By means of a gaseous or liquid side draw on one of the separation stages, the concentration of methacrolein in the regenerated absorbent returned to the absorption column can be significantly reduced. It has also been found that a liquid side draw-off stream is advantageous in order to minimize butadiene loss. The side draw stream can be thermally recovered or, if it contains a sufficiently high concentration of butadiene, also worked up and the butadiene recycled.
Der Methacrolein enthaltende Seitenabzugsstrom kann in flüssiger Form oder gasförmig ent- nommen werden. Im Allgemeinen wird er im unteren Drittel, bezogen auf die Zahl der theoretischen Trennstufen, der Desorptionskolonne entnommen. Im Allgemeinen enthält der Seitenabzugsstrom neben Methacrolein noch Wasser, C4-Kohlenwasserstoffe sowie das Absorptionsmittel. Aus dem gasförmigen Seitenabzugsstrom kann in einer nachgeschalteten Waschkolonne Butadien mit Absorptionsmittel herausgewaschen und in die Desorptionskolonne zurückgeführt werden. The methacrolein-containing side draw-off stream can be taken off in liquid form or in gaseous form. In general, it is taken from the desorption column in the lower third, based on the number of theoretical plates. In general, the side draw stream in addition to methacrolein still contains water, C 4 hydrocarbons and the absorbent. From the gaseous side draw stream, butadiene can be washed out with absorbent in a downstream washing column and returned to the desorption column.
Vorzugsweise werden noch die Schritte E) und F) durchgeführt: E) Auftrennung des C4-Produktstroms d1 durch Extraktivdestillation mit einem für Butadien selektiven Lösungsmittel in einen Butadien und das selektive Lösungsmittel enthaltenden Stoffstrom e1 und einen n-Butene enthaltenden Stoffstrom e2; F) Destillation des Butadien und das selektive Lösungsmittel enthaltenden Stoffstroms f2 in einen im Wesentlichen aus dem selektiven Lösungsmittel bestehenden Stoffstrom gl und einen Butadien enthaltenden Stoffstrom g2. Preferably, steps E) and F) are carried out: E) separation of the C4 product stream d1 by extractive distillation with a solvent which is selective for butadiene into a butadiene and the stream e1 containing the selective solvent and a stream e2 containing n-butenes; F) Distillation of the butadiene and the selective solvent-containing material stream f2 in a substantially consisting of the selective solvent stream gl and a butadiene-containing stream g2.
Im Allgemeinen wird in der Abkühlstufe Ca) ein wässriges Kühlmittel oder ein organisches Lö- sungsmittel verwendet. In general, in the cooling stage Ca), an aqueous coolant or an organic solvent is used.
Vorzugsweise wird in der Abkühlstufe Ca) ein organisches Lösungsmittel verwendet. Diese weisen im Allgemeinen ein sehr viel höheres Lösungsvermögen für die hochsiedenden Nebenprodukte, die in den dem ODH-Reaktor nachgelagerten Anlageteilen zu Ablagerungen und Ver- stopfungen führen können, als Wasser oder alkalisch-wässrige Lösungen auf. Bevorzugte als Kühlmittel eingesetzte organische Lösungsmittel sind aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Diethylbenzole, Trietylbenzole, Diisopropylbenzole, Triisopropylbenzole und Mesitylen oder Gemische daraus. Besonders bevorzugt ist Mesitylen. Nachstehende Ausführungsformen sind bevorzugte oder besonders bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Preferably, in the cooling stage Ca), an organic solvent is used. These generally have a much higher solvent power for the high-boiling by-products, which can lead to deposits and blockages in the parts of the system downstream of the ODH reactor, than water or alkaline-aqueous solutions. Preferred organic solvents used as coolants are aromatic hydrocarbons, for example toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, diethylbenzenes, triethylbenzenes, diisopropylbenzenes, triisopropylbenzenes and mesitylene or mixtures thereof. Particularly preferred is mesitylene. The following embodiments are preferred or particularly preferred variants of the method according to the invention.
Die Stufe Ca) wird mehrstufig in Stufen Ca1 ) bis Can), bevorzugt zweistufig in zwei Stufen Ca1 ) und Ca2) durchgeführt. Dabei wird besonders bevorzugt zumindest ein Teil des Lösungs- mittels nach Durchlaufen der zweiten Stufe Ca2) als Abkühlmittel der ersten Stufe Ca1 ) zugeführt. The stage Ca) is carried out in several stages in stages Ca1) to Can), preferably in two stages in two stages Ca1) and Ca2). In this case, particularly preferably at least part of the solvent is supplied after passing through the second stage Ca2) as cooling agent of the first stage Ca1).
Die Stufe Cb) umfasst im Allgemeinen mindestens eine Kompressionsstufe Cba) und mindestens eine Abkühlstufe Cbb). Bevorzugt wird in der mindestens einen Abkühlstufe Cbb) das in der Kompressionsstufe Cba) komprimierte Gas mit einem Abkühlmittel in Kontakt gebracht. Besonders bevorzugt enthält das Abkühlmittel der Abkühlstufe Cbb) das gleiche organische Lösungsmittel, das in der Stufe Ca) als Abkühlmittel verwendet wird. In einer besonders bevorzugten Variante wird zumindest ein Teil dieses Abkühlmittels nach Durchlaufen der mindestens einen Abkühlstufe Cbb) als Abkühlmittel der Stufe Ca) zugeführt. The stage Cb) generally comprises at least one compression stage Cba) and at least one cooling stage Cbb). Preferably, in the at least one cooling stage Cbb) the compressed in the compression stage Cba) gas is brought into contact with a cooling agent. More preferably, the cooling agent of the cooling step Cbb) contains the same organic solvent used in step Ca) as a cooling agent. In a particularly preferred variant, at least part of this cooling agent is fed after passing through the at least one cooling stage Cbb) as cooling agent of the stage Ca).
Bevorzugt umfasst die Stufe Cb) mehrere Kompressionsstufen Cba1 ) bis Cban) und Abkühlstufen Cbb1 ) bis Cbbn), beispielsweise vier Kompressionsstufen Cba1 ) bis Cba4) und vier Abkühlstufen Cbb1 ) bis Cbb4). Bevorzugt umfasst Schritt D) die Schritte Da1 ), Da2) und Db): Preferably, the stage Cb) comprises a plurality of compression stages Cba1) to Cban) and cooling stages Cbb1) to Cbbn), for example four compression stages Cba1) to Cba4) and four cooling stages Cbb1) to Cbb4). Preferably, step D) comprises the steps Da1), Da2) and Db):
Da1 ) Absorption der C4-Kohlenwasserstoffe umfassend Butadien und n-Butene in einem hochsiedenden Absorptionsmittel, wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom und der Gasstrom d2 erhalten werden, Da2) Entfernung von Sauerstoff aus dem mit C4-Kohlenwasserstoffen beladenen Absorptionsmittelstrom aus Schritt Da) durch Strippung mit einem nicht kondensierbaren Gasstrom, und Da1) absorption of the C4 hydrocarbons comprising butadiene and n-butenes in a high-boiling absorbent, wherein a loaded with C4 hydrocarbons absorbent stream and the gas stream d2 are obtained, Da2) removal of oxygen from the loaded with C4 hydrocarbons absorbent stream from step Da) by stripping with a non-condensable gas stream, and
Db) Desorption der C4-Kohlenwasserstoffe aus dem beladenen Absorptionsmittelstrom, wobei ein C4-Produktgasstrom d1 erhalten wird, der im Wesentlichen aus C4-Kohlenwasser- stoffen besteht und weniger als 100 ppm Sauerstoff umfasst. Bevorzugt ist das in Schritt Da) eingesetzte hochsiedende Absorptionsmittel ein aromatisches Kohlenwasserstofflösungsmittel, besonders bevorzugt ist das in Schritt Ca) eingesetzte aromatische Kohlenwasserstofflösungsmittel Mesitylen. Verwendet werden können auch Diethylben- zole, Trietylbenzole, Diisopropylbenzole und Triisopropylbenzole. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der in Schritt Da) enthaltene Gasstrom d2 zu mindestens 80%, bevorzugt zu mindestens 90% in den Schritt B) zurückgeführt. Das kann dann sinnvoll sein, wenn nur ein geringer Purgestrom aus dem Gasstrom d2 ausgeschleust werden muss. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt und werden im Folgenden detailliert beschrieben. Db) desorption of the C4 hydrocarbons from the loaded absorbent stream to obtain a C4 product gas stream d1 consisting essentially of C4 hydrocarbons and comprising less than 100 ppm oxygen. Preferably, the high-boiling absorbent used in step Da) is an aromatic hydrocarbon solvent, most preferably the aromatic hydrocarbon solvent used in step Ca) is mesitylene. Diethylbenzenes, trietylbenzenes, diisopropylbenzenes and triisopropylbenzenes can also be used. In one embodiment of the invention, the gas stream d2 contained in step Da) is recycled to at least 80%, preferably at least 90%, in step B). This can be useful if only a small purge of electricity has to be removed from the gas stream d2. Embodiments of the method according to the invention are illustrated in FIGS. 1 and 2 and will be described in detail below.
Als Einsatzgasstrom werden n-Butene (1 -Buten und/oder cis-/trans-2-Buten) und iso-Buten enthaltende Gasgemische eingesetzt. Ein solches Gasgemisch kann beispielsweise durch nicht- oxidative Dehydrierung von n-Butan erhalten werden. Es kann auch eine Fraktion eingesetzt werden, die als Hauptbestandteil n-Butene (1 -Buten und cis-/trans-2-Buten) enthält und aus der C4-Fraktion des Naphtha-Crackens durch Abtrennung von Butadien und iso-Buten erhalten wurde. Des Weiteren können auch Gasgemische als Ausgangsgas eingesetzt werden, die 1 - Buten, cis-2-Buten, trans-2-Buten oder Mischungen daraus umfassen, und die durch Dimerisie- rung von Ethylen erhalten wurden. Ferner können als Ausgangsgas n-Butene enthaltende Gasgemische eingesetzt werden, die durch katalytisches Wirbelschichtcracken (Fluid Catalytic Cracking, FCC) erhalten wurden. The feed gas stream used is n-butenes (1-butene and / or cis- / trans-2-butene) and isobutene-containing gas mixtures. Such a gas mixture can be obtained, for example, by non-oxidative dehydrogenation of n-butane. It is also possible to use a fraction containing n-butenes (1-butene and cis- / trans-2-butene) as the main component and obtained from the C4 fraction of naphtha cracking by separating butadiene and isobutene. Furthermore, gas mixtures which comprise 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene or mixtures thereof and which have been obtained by dimerization of ethylene can also be used as the starting gas. Further, as the starting gas, n-butenes containing gas mixtures obtained by catalytic fluid cracking (FCC) can be used.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das n-Butene enthaltende Ausgangsgasgemisch durch nicht-oxidative Dehydrierung von n-Butan erhalten. Durch dieIn one embodiment of the process according to the invention, the starting gas mixture containing n-butenes is obtained by non-oxidative dehydrogenation of n-butane. By the
Kopplung einer nicht-oxidativen katalytischen Dehydrierung mit der oxidativen Dehydrierung der gebildeten n-Butene kann eine hohe Ausbeute an Butadien, bezogen auf eingesetztes n-Butan, erhalten werden. Bei der nicht-oxidativen katalytischen n-Butan-Dehydrierung wird ein Gasgemisch erhalten, das neben Butadien 1 -Buten, 2-Buten und nicht umgesetztem n-Butan Neben- bestandteile enthält. Übliche Nebenbestandteile sind Wasserstoff, Wasserdampf, Stickstoff, CO und CO2, Methan, Ethan, Ethen, Propan und Propen. Die Zusammensetzung des die erste De- hydrierzone verlassenden Gasgemischs kann abhängig von der Fahrweise der Dehydrierung stark variieren. So weist bei Durchführung der Dehydrierung unter Einspeisung von Sauerstoff und zusätzlichem Wasserstoff das Produktgasgemisch einen vergleichsweise hohen Gehalt an Wasserdampf und Kohlenstoffoxiden auf. Bei Fahrweisen ohne Einspeisung von Sauerstoff weist das Produktgasgemisch der nicht-oxidativen Dehydrierung einen vergleichsweise hohen Gehalt an Wasserstoff auf. In Schritt B) werden der n-Butene enthaltende Einsatzgasstrom und ein sauerstoffhaltiges Gas in mindestens eine Dehydrierzone (den ODH-Reaktor A) eingespeist und die in dem Gasgemisch enthaltenen Butene in Gegenwart eines Oxidehydrierungskatalysators oxidativ zu Butadien dehydriert. In einer Ausführungsform ist bevorzugt, ein sauerstoffhaltiges Gas zu verwenden, das mehr als 10 Vol.-%, vorzugsweise mehr als 15 Vol.-% und besonders bevorzugt mehr als 20 Vol.-% molekularen Sauerstoff enthält. In einer Ausführungsform wird Luft als sauerstoffhaltiges Gas eingesetzt. Die Obergrenze für den Gehalt an molekularem Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas beträgt dann im Allgemeinen 50 Vol.-% oder weniger, vorzugsweise 30 Vol.-% oder weni- ger und noch mehr bevorzugt 25 Vol.-% oder weniger. Darüber hinaus können in dem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas beliebige Inertgase enthalten sein. Als mögliche Inertgase können Stickstoff, Argon, Neon, Helium, CO, CO2 und Wasser genannt werden. Die Menge an Inertgasen in dem sauerstoffhaltigen Gas beträgt für Stickstoff im Allgemeinen 90 Vol.-% oder weniger, vorzugsweise 85 Vol.-% oder weniger und noch mehr bevorzugt 80 Vol.-% oder weni- ger. Im Falle anderer Bestandteile als Stickstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas beträgt sie im Allgemeinen 10 Vol.-% oder weniger, vorzugsweise 1 Vol.-% oder weniger. Coupling a non-oxidative catalytic dehydrogenation with the oxidative dehydrogenation of the formed n-butenes, a high yield of butadiene, based on n-butane, can be obtained. In the non-oxidative catalytic n-butane dehydrogenation, a gas mixture is obtained which, in addition to butadiene 1-butene, 2-butene and unreacted n-butane, contains minor constituents. Common secondary constituents are hydrogen, water vapor, nitrogen, CO and CO2, methane, ethane, ethene, propane and propene. The composition of the gas mixture leaving the first hydrogenation zone can vary greatly depending on the mode of operation of the dehydrogenation. Thus, when carrying out the dehydrogenation with the introduction of oxygen and additional hydrogen, the product gas mixture has a comparatively high content Water vapor and carbon oxides. When operating without oxygen feed, the product gas mixture of the non-oxidative dehydrogenation has a comparatively high content of hydrogen. In step B), the feed gas stream containing n-butenes and an oxygen-containing gas are fed into at least one dehydrogenation zone (the ODH reactor A) and the butenes contained in the gas mixture are oxidatively dehydrogenated to form butadiene in the presence of an oxydehydrogenation catalyst. In one embodiment, it is preferable to use an oxygen-containing gas containing more than 10% by volume, preferably more than 15% by volume and more preferably more than 20% by volume of molecular oxygen. In one embodiment, air is used as the oxygen-containing gas. The upper limit of the content of molecular oxygen in the oxygen-containing gas is then generally 50% by volume or less, preferably 30% by volume or less, and more preferably 25% by volume or less. In addition, any inert gases may be contained in the molecular oxygen-containing gas. Possible inert gases include nitrogen, argon, neon, helium, CO, CO2 and water. The amount of inert gases in the oxygen-containing gas for nitrogen is generally 90% by volume or less, preferably 85% by volume or less, and more preferably 80% by volume or less. In the case of components other than nitrogen in the oxygen-containing gas, it is generally 10% by volume or less, preferably 1% by volume or less.
Für die Oxidehydrierung geeignete Katalysatoren basieren im Allgemeinen auf einem Mo-Bi-O- haltigen Multimetalloxidsystem, das in der Regel zusätzlich Eisen enthält. Im Allgemeinen ent- hält das Katalysatorsystem noch weitere zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Kalium, Cäsium, Magnesium, Zirkon, Chrom, Nickel, Cobalt, Cadmium, Zinn, Blei, Germanium, Lanthan, Mangan, Wolfram, Phosphor, Cer, Aluminium oder Silizium. Auch eisenhaltige Ferrite wurden als Katalysatoren vorgeschlagen. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Multimetalloxid Cobalt und/oder Nickel. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Multimetalloxid Chrom. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Multimetalloxid Mangan. Catalysts suitable for oxydehydrogenation are generally based on a Mo-Bi-O-containing multimetal oxide system, which generally additionally contains iron. In general, the catalyst system contains further additional components, such as potassium, cesium, magnesium, zirconium, chromium, nickel, cobalt, cadmium, tin, lead, germanium, lanthanum, manganese, tungsten, phosphorus, cerium, aluminum or silicon. Iron-containing ferrites have also been proposed as catalysts. In a preferred embodiment, the multimetal oxide contains cobalt and / or nickel. In a further preferred embodiment, the multimetal oxide contains chromium. In a further preferred embodiment, the multimetal oxide contains manganese.
Beispiele für Mo-Bi-Fe-O-haltige Multimetalloxide sind Mo-Bi-Fe-Cr-O- oder Mo-Bi-Fe-Zr-O- haltige Multimetalloxide. Bevorzugte Systeme sind beispielsweise beschrieben in US 4,547,615 (Moi2BiFeo,iNi8ZrCr3Ko,20x und Moi2BiFeo,iNi8AICr3Ko,20x), US 4,424,141 Examples of Mo-Bi-Fe-O-containing multimetal oxides are Mo-Bi-Fe-Cr-O or Mo-Bi-Fe-Zr-O-containing multimetal oxides. Preferred systems are described, for example, in US 4,547,615 (Moi2BiFeo, iNi 8 ZrCr 3 Ko, 20x and Moi2BiFeo, iNi 8 AICr 3 Ko, 20x), US 4,424,141
(Moi2BiFe3Co4,5Ni2,5Po,5Ko,iOx + S1O2), DE-A 25 30 959 (Moi2BiFe3Co4,5Ni2,5Cro,5Ko,iOx, (Moi2BiFe Co4,5Ni2 3, 5 Po, 5KO, lox + S1O2), DE-A 25 30 959 (3 Moi2BiFe Co4,5Ni2,5Cro, 5KO, iO x,
Moi3,75BiFe3Co4,5Ni2,5Geo,5Ko,80x, Moi2BiFe3Co4,5Ni2,5Mno,5Ko,iOx und Moi 3, 7 5 3 BiFe Co4,5Ni2,5Geo, 5KO, 80 x, Moi2BiFe 3 Co4,5Ni 2, 5Mno, 5KO, x and OK
Moi2BiFe3Co4,5Ni2,5Lao,5Ko,iOx), US 3,91 1 ,039 (Moi2BiFe3Co4,5Ni2,5Sno,5Ko,iOx), DE-A 25 30 959 und DE-A 24 47 825 (Moi2BiFe3Co4,5Ni2,5Wo,5Ko,iOx). Moi2BiFe Co4 3, 5 Ni 2, 5Lao, 5KO, lox), U.S. 3,91 1, 039 (3 Moi2BiFe Co4, 5 Ni2,5Sno, 5 Ko, lox), DE-A 25 30 959 and DE-A 24 47 825 (Moi2BiFe 3 Co4, 5 Ni2.5Wo, 5 Ko, iOx).
Geeignete Multimetalloxide und deren Herstellung sind weiterhin beschrieben in US 4,423,281 (Moi2BiNi8Pbo,5Cr3Ko,20x und Moi2BibNi7AI3Cro,5Ko,50x), US 4,336,409 (Moi2BiNi6Cd2Cr3Po,5Ox), DE-A 26 00 128
Figure imgf000010_0001
+ Si02) und DE-A 24 40 329
Suitable multimetal oxides and their preparation are further described in US 4,423,281 (Moi2BiNi 8 Pbo, 5 Cr 3 Ko, 20x and Moi2BibNi 7 Al 3 Cro, 5Ko, 50x), US 4,336,409 (Moi2BiNi 6 Cd2Cr 3 Po, 5 Ox), DE-A 26 00 128
Figure imgf000010_0001
+ Si0 2 ) and DE-A 24 40 329
(Moi2BiCo4,5Ni2,5Cr3Po,5Ko,iOx). (Moi2BiCo4, 5 Ni2,5Cr 3 Po, 5KO, lox).
Besonders bevorzugte katalytisch aktive, Molybdän und mindestens ein weiteres Metall enthal- tende Multimetalloxide weisen die allgemeine Formel (la) auf: Particularly preferred catalytically active, molybdenum and at least one further metal-containing multimetal oxides have the general formula (Ia):
Moi2BiaFebCOcNidCreX1fX2gOy (la), mit Moi2BiaFebCOcNidCr e X 1 fX 2 gOy (la), with
X1 = Si, Mn und/oder AI, X 1 = Si, Mn and / or Al,
X2 = Li, Na, K, Cs und/oder Rb, X 2 = Li, Na, K, Cs and / or Rb,
0,2 < a < 1 ,  0.2 <a <1,
0,5 < b < 10,  0.5 <b <10,
0 < c < 10, 0 <c <10,
0 < d < 10,  0 <d <10,
2 < c + d < 10,  2 <c + d <10,
0 < e < 2,  0 <e <2,
0 < f < 10,  0 <f <10,
0 < g < 0,5, 0 <g <0.5,
y = eine Zahl, die unter der Voraussetzung der Ladungsneutralität durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in (la) bestimmt wird. y = a number determined on the assumption of charge neutrality by the valence and frequency of the elements other than oxygen in (1a).
Bevorzugt sind Katalysatoren, deren katalytisch aktive Oxidmasse von den beiden Metallen Co und Ni nur Co aufweist (d = 0). Bevorzugte ist X1 Si und/oder Mn und X2 ist vorzugsweise K, Na und/oder Cs, besonders bevorzugt ist X2 = K. Besonders bevorzugt ist ein weitgehend Cr(VI)- freier Katalysator. Preference is given to catalysts whose catalytically active oxide composition of the two metals Co and Ni has only Co (d = 0). X 1 is preferably Si and / or Mn and X 2 is preferably K, Na and / or Cs, particularly preferably X 2 = K. Particular preference is given to a largely Cr (VI) -free catalyst.
Zur Durchführung der oxidativen Dehydrierung bei hohem Gesamtumsatz von n-Butenen ist ein Gasgemisch bevorzugt, welches ein molares Sauerstoff : n-Butene-Verhältnis von mindestens 0,5 aufweist. Bevorzugt wird bei einem Sauerstoff : n-Butene-Verhältnis von 0,55 bis 10 gearbeitet. Zur Einstellung dieses Wertes kann das Ausgangsstoffgas mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigem Gas und gegebenenfalls zusätzlichem Inertgas, Methan oder Wasserdampf vermischt werden. Das erhaltene sauerstoffhaltige Gasgemisch wird dann der Oxidehydrierung zugeführt. For carrying out the oxidative dehydrogenation with high total conversion of n-butenes, preference is given to a gas mixture which has a molar oxygen: n-butenes ratio of at least 0.5. Preference is given to operating at an oxygen: n-butenes ratio of 0.55 to 10. To set this value, the starting material gas can be mixed with oxygen or an oxygen-containing gas and optionally additional inert gas, methane or steam. The resulting oxygen-containing gas mixture is then fed to the oxydehydrogenation.
Die Reaktionstemperatur der Oxidehydrierung wird im Allgemeinen durch ein Wärmeaustauschmittel, welches sich um die Reaktionsrohre herum befindet, kontrolliert. Als solche flüssige Wärmeaustauschmittel kommen z. B. Schmelzen von Salzen oder Salzgemischen wie Kalium- nitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrit und/oder Natriumnitrat sowie Schmelzen von Metallen wie Natrium, Quecksilber und Legierungen verschiedener Metalle in Betracht. Aber auch ionische Flüssigkeiten oder Wärmeträgeröle sind einsetzbar. Die Temperatur des Wärmeaustauschmittels liegt zwischen 220 bis 490 °C und bevorzugt zwischen 300 bis 450 °C und besonders bevorzugt zwischen 350 und 420 °C. Aufgrund der Exothermie der ablaufenden Reaktionen kann die Temperatur in bestimmten Abschnitten des Reaktorinneren während der Reaktion höher liegen als diejenige des Wärmeaustauschmittels, und es bildet sich ein sogenannter Hotspot aus. Die Lage und Höhe des Hotspots ist durch die Reaktionsbedingungen festgelegt, aber sie kann auch durch das Verdünnungsverhältnis der Katalysatorschicht oder den Durchfluss an Mischgas reguliert werden. Die Differenz zwischen Hotspot-Temperatur und der Temperatur des Wärmeaustauschmittels liegt im Allgemeinen zwischen 1 bis 150 °C, bevorzugt zwischen 10 bis 100 °C und besonders bevorzugt zwischen 20 bis 80 °C. Die Temperatur am Ende des Katalysatorbettes liegt im Allgemeinen zwischen 0 bis 100 °C, vorzugsweise zwischen 0,1 bis 50 °C, besonders bevorzugt zwischen 1 bis 25 °C oberhalb der Temperatur des Wärmeaustauschmittels. The reaction temperature of the oxydehydrogenation is generally controlled by a heat exchange medium located around the reaction tubes. As such liquid heat exchange agents come z. As melting of salts or salt mixtures such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or sodium nitrate and melting of metals such as sodium, mercury and alloys of various metals into consideration. But ionic liquids or heat transfer oils are used. The temperature of the heat exchange medium is between 220 to 490 ° C and preferably between 300 to 450 ° C and more preferably between 350 and 420 ° C. Due to the exothermicity of the reactions taking place, the temperature in certain sections of the interior of the reactor during the reaction may be higher than that of the heat exchange medium, and a so-called hotspot is formed. The location and height of the hotspot is determined by the reaction conditions, but it may also be regulated by the dilution ratio of the catalyst layer or the flow rate of mixed gas. The difference between hotspot temperature and the temperature of the heat exchange medium is generally between 1 to 150 ° C, preferably between 10 to 100 ° C and more preferably between 20 to 80 ° C. The temperature at the end of the catalyst bed is generally between 0 to 100 ° C, preferably between 0.1 to 50 ° C, more preferably between 1 to 25 ° C above the temperature of the heat exchange medium.
Die Oxidehydrierung kann in allen aus dem Stand der Technik bekannten Festbettreaktoren durchgeführt werden, wie beispielsweise im Hordenofen, im Festbettrohr- oder Rohrbündel- reaktor oder im Plattenwärmetauscherreaktor. Ein Rohrbündelreaktor ist bevorzugt. The oxydehydrogenation can be carried out in all fixed-bed reactors known from the prior art, such as, for example, in the hearth furnace, in the fixed-bed tubular reactor or tube bundle reactor or in the plate heat exchanger reactor. A tube bundle reactor is preferred.
Vorzugsweise wird die oxidative Dehydrierung in Festbettrohrreaktoren oder Festbettrohrbün- delreaktoren durchgeführt. Die Reaktionsrohre werden (ebenso wie die anderen Elemente des Rohrbündelreaktors) in der Regel aus Stahl gefertigt. Die Wanddicke der Reaktionsrohre be- trägt typischerweise 1 bis 3 mm. Ihr Innendurchmesser liegt in der Regel (einheitlich) bei 10 bis 50 mm oder bei 15 bis 40 mm, häufig bei 20 bis 30 mm. Die im Rohrbündelreaktor untergebrachte Anzahl an Reaktionsrohren beläuft sich in der Regel wenigstens auf 1000, oder 3000, oder 5000, vorzugsweise auf wenigstens 10 000. Häufig beträgt die Anzahl der im Rohrbündelreaktor untergebrachten Reaktionsrohre 15 000 bis 30 000 bzw. bis 40 000 oder bis 50 000. Die Länge der Reaktionsrohre erstreckt sich im Normalfall auf wenige Meter, typisch ist eine Reaktionsrohrlänge im Bereich von 1 bis 8 m, häufig 2 bis 7 m, vielfach 2,5 bis 6 m. Preferably, the oxidative dehydrogenation is carried out in fixed bed tubular reactors or fixed bed bundle bundle reactors. The reaction tubes are (as well as the other elements of the tube bundle reactor) usually made of steel. The wall thickness of the reaction tubes is typically 1 to 3 mm. Their inner diameter is usually (uniformly) at 10 to 50 mm or 15 to 40 mm, often 20 to 30 mm. The number of reaction tubes accommodated in the tube bundle reactor is generally at least 1000, or 3000, or 5000, preferably at least 10,000. Frequently, the number of reaction tubes accommodated in the tube bundle reactor is 15,000 to 30,000 or 40,000 or 50 000. The length of the reaction tubes normally extends to a few meters, typical is a reaction tube length in the range of 1 to 8 m, often 2 to 7 m, often 2.5 to 6 m.
Weiterhin kann die Katalysatorschicht, die im ODH-Reaktor A eingerichtet ist, aus einer einzelnen Schicht oder aus 2 oder mehr Schichten bestehen. Diese Schichten können aus reinem Katalysator bestehen oder mit einem Material verdünnt sein, das nicht mit dem Ausgangsgas oder Komponenten aus dem Produktgas der Reaktion reagiert. Weiterhin können die Katalysatorschichten aus Vollmaterial und/oder geträgerten Schalenkatalysatoren bestehen. Furthermore, the catalyst layer, which is set up in the ODH reactor A, can consist of a single layer or of 2 or more layers. These layers may be pure catalyst or diluted with a material that does not react with the source gas or components of the product gas of the reaction. Furthermore, the catalyst layers may consist of solid material and / or supported shell catalysts.
Der die oxidative Dehydrierung verlassende Produktgasstrom 2 enthält neben Butadien im All- gemeinen noch nicht umgesetztes 1 -Buten und 2-Buten, Sauerstoff sowie Wasserdampf. Als Nebenkomponenten enthält er weiterhin im Allgemeinen Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Inertgase (hauptsächlich Stickstoff), leichtsiedende Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan, Ethen, Propan und Propen, Butan und iso-Butan, gegebenenfalls Wasserstoff sowie gegebenenfalls sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe, sogenannte Oxygenate. Oxygenate können beispielswei- se Formaldehyd, Furan, Essigsäure, Maleinsäureanhydrid, Ameisensäure, Methacrolein, Meth- acrylsäure, Crotonaldehyd, Crotonsäure, Propionsäure, Acrylsäure, Methylvinylketon, Styrol, Benzaldehyd, Benzoesäure, Phthalsäureanhydrid, Fluorenon, Anthrachinon und Butyraldehyd sein. Der Produktgasstrom 2 am Reaktorausgang ist durch eine Temperatur nahe der Temperatur am Ende des Katalysatorbetts charakterisiert. Der Produktgasstrom wird dann auf eine Temperatur von 150 bis 400 °C, bevorzugt 160 bis 300 °C, besonders bevorzugt 170 bis 250 °C gebracht. Es ist möglich, die Leitung, durch die der Produktgasstrom fließt, um die Temperatur im gewünschten Bereich zu halten, zu isolieren oder einen Wärmetauscher einzusetzen. Dieses Wärmetauschersystem ist beliebig, solange mit diesem System die Temperatur des Produktgases auf dem gewünschten Niveau gehalten werden kann. Als Beispiel eines Wärmetauschers können Spiralwärmetauscher, Plattenwärmetauscher, Doppelrohrwärmetauscher, Multirohr- wärmetauscher, Kessel-Spiralwärmetauscher, Kessel-Mantelwärmetauscher, Flüssigkeit- Flüssigkeit-Kontakt-Wärmetauscher, Luft-Wärmetauscher, Direktkontaktwärmetauscher sowie Rippenrohrwärmetauscher genannt werden. Da, während die Temperatur des Produktgases auf die gewünschte Temperatur eingestellt wird, ein Teil der hochsiedenden Nebenprodukte, die im Produktgas enthalten sind, ausfallen kann, sollte daher das Wärmetauschersystem vorzugsweise zwei oder mehr Wärmetauscher aufweisen. Falls dabei zwei oder mehr vorgesehene Wär- metauscher parallel angeordnet sind, und so eine verteilte Kühlung des gewonnenen Produktgases in den Wärmetauschern ermöglicht wird, nimmt die Menge an hochsiedenden Nebenprodukten, die sich in den Wärmetauschern ablagern, ab und so kann ihre Betriebsdauer verlängert werden. Als Alternative zu der oben genannten Methode können die zwei oder mehr vorgesehenen Wärmetauscher parallel angeordnet sein. Das Produktgas wird einem oder mehre- ren, nicht aber allen, Wärmetauschern zugeführt, welche nach einer gewissen Betriebsdauer von anderen Wärmetauschern abgelöst werden. Bei dieser Methode kann die Kühlung fortgesetzt werden, ein Teil der Reaktionswärme zurückgewonnen und parallel dazu können die in einem der Wärmetauscher abgelagerten hochsiedenden Nebenprodukte entfernt werden. Als ein oben genanntes Kühlmittel kann ein Lösungsmittel, solange es in der Lage ist, die hochsie- denden Nebenprodukte aufzulösen, verwendet werden. Beispiele sind aromatische Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie z.B. Toluol, Xylole, Diethylbenzole, Trietylbenzole, Diisopropylbenzole und Triisopropylbenzole. Besonders bevorzugt ist Mesitylen. Es können auch wässrige Lösungsmittel verwendet werden. Diese können sowohl sauer als auch alkalisch gestellt werden, wie zum Beispiel eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid. The product gas stream 2 leaving the oxidative dehydrogenation contains, in addition to butadiene, generally unreacted 1-butene and 2-butene, oxygen and water vapor. As secondary components it furthermore generally contains carbon monoxide, carbon dioxide, inert gases (mainly nitrogen), low-boiling hydrocarbons such as methane, ethane, ethene, propane and propene, butane and isobutane, optionally hydrogen and optionally oxygen-containing hydrocarbons, so-called oxygenates. Oxygenates may be, for example, formaldehyde, furan, acetic acid, maleic anhydride, formic acid, methacrolein, methacrylic acid, crotonaldehyde, crotonic acid, propionic acid, acrylic acid, methyl vinyl ketone, styrene, benzaldehyde, benzoic acid, phthalic anhydride, fluorenone, anthraquinone and butyraldehyde. The product gas stream 2 at the reactor exit is characterized by a temperature near the temperature at the end of the catalyst bed. The product gas stream is then brought to a temperature of 150 to 400 ° C, preferably 160 to 300 ° C, more preferably 170 to 250 ° C. It is possible to isolate the line through which the product gas stream flows to maintain the temperature in the desired range, or to use a heat exchanger. This heat exchanger system is arbitrary as long as the temperature of the product gas can be maintained at the desired level with this system. As an example of a heat exchanger, there can be mentioned spiral heat exchangers, plate heat exchangers, double tube heat exchangers, multi-tube heat exchangers, boiler spiral heat exchangers, shell-shell heat exchangers, liquid-liquid contact heat exchangers, air heat exchangers, direct contact heat exchangers and finned tube heat exchangers. Because, while the temperature of the product gas is adjusted to the desired temperature, a portion of the high-boiling by-products contained in the product gas may precipitate, therefore, the heat exchanger system should preferably have two or more heat exchangers. In this case, if two or more intended heat exchangers are arranged in parallel, thus allowing distributed cooling of the recovered product gas in the heat exchangers, the amount of high-boiling by-products deposited in the heat exchangers decreases and so their service life can be extended. As an alternative to the above-mentioned method, the two or more intended heat exchangers may be arranged in parallel. The product gas is supplied to one or more, but not all, heat exchangers, which are replaced by other heat exchangers after a certain period of operation. In this method, the cooling can be continued, a portion of the heat of reaction recovered and in parallel, the deposited in one of the heat exchangers high-boiling by-products can be removed. As a coolant mentioned above, a solvent can be used as long as it is capable of dissolving the high-boiling by-products. Examples are aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylenes, diethylbenzenes, trietylbenzenes, diisopropylbenzenes and triisopropylbenzenes. Particularly preferred is mesitylene. It is also possible to use aqueous solvents. These can be made both acidic and alkaline, such as an aqueous solution of sodium hydroxide.
Anschließend wird aus dem Produktgasstrom 2 durch Abkühlung und Kompression ein Großteil der hochsiedenden Nebenkomponenten und des Wassers abgetrennt. Die Abkühlung erfolgt durch Inkontaktbringen mit einem Kühlmittel. Diese Stufe wird nachfolgend auch als Quench bezeichnet. Dieser Quench kann aus nur einer Stufe oder aus mehreren Stufen bestehen (bei- spielsweise B, C in Figur 1 ). Der Produktgasstrom 2 wird also direkt mit dem organischen Kühlmedium 3b und 9b in Kontakt gebracht und dadurch gekühlt. Als Kühlmedium geeignet sind wässrige Kühlmittel oder organische Lösungsmittel, bevorzugt aromatische Kohlenwasserstoffe, besonders bevorzugt Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol oder Mesitylen, oder Gemische daraus. Verwendet werden können auch Diethylbenzol, Trietylbenzol, Diisopropylbenzol und Triisopropylbenzol. Subsequently, a large part of the high-boiling secondary components and the water is separated from the product gas stream 2 by cooling and compression. Cooling is by contacting with a coolant. This stage is also referred to below as quench. This quench can consist of only one stage or of several stages (for example B, C in FIG. 1). The product gas stream 2 is thus brought into direct contact with the organic cooling medium 3b and 9b and thereby cooled. Suitable cooling media are aqueous coolants or organic solvents, preferably aromatic hydrocarbons, more preferably toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene or mesitylene, or mixtures thereof. Diethylbenzene, trietylbenzene, diisopropylbenzene and triisopropylbenzene can also be used.
Bevorzugt ist ein zweistufiger Quench (umfassend die Stufen B und C gemäß Figur 1 , d.h. die Stufe Ca) umfasst zwei Abkühlstufen Ca1 ) und Ca2)), in denen der Produktgasstrom 2 mit dem organischen Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird. Im Allgemeinen hat das Produktgas 2, je nach Vorliegen und Temperaturniveau eines Wärmetauschers vor dem Quench B, eine Temperatur von 100 bis 440 °C. Das Produktgas wird in der 1 . Quenchstufe B mit dem Kühlmedium aus organischem Lösungsmittel in Kontakt gebracht. Hierbei kann das Kühlmedium durch eine Düse eingebracht werden, um eine möglichst effiziente Durchmischung mit dem Produktgas zu erreichen. Zum gleichen Zweck können in der Quenchstufe Einbauten, wie zum Beispiel weitere Düsen, eingebracht werden, die das Produktgas und das Kühlmedium gemeinsam passieren. Der Kühlmitteleinlass in den Quench ist so ausgelegt, dass ein Verstopfen durch Ablagerungen im Bereich des Kühlmitteleinlasses mi- nimiert wird. Preference is given to a two-stage quench (comprising stages B and C according to FIG. 1, ie stage Ca) comprising two cooling stages Ca1) and Ca2)), in which the product gas stream 2 is brought into contact with the organic solvent. In general, the product gas 2, depending on the presence and temperature level of a heat exchanger before the quench B, a temperature of 100 to 440 ° C. The product gas is in the 1. Quenching stage B brought into contact with the cooling medium of organic solvent. In this case, the cooling medium can be introduced through a nozzle in order to achieve the most efficient possible mixing with the product gas. For the same purpose, internals, such as, for example, additional nozzles, can be introduced into the quenching stage and pass through the product gas and the cooling medium together. The coolant inlet into the quench is designed so that clogging is minimized by deposits in the area of the coolant inlet.
Im Allgemeinen wird das Produktgas 2 in der ersten Quenchstufe B auf 5 bis 180 °C, vorzugsweise auf 30 bis 130 °C und noch mehr bevorzugt auf 60 bis 1 10 °C gekühlt. Die Temperatur des Kühlmittelmediums 3b am Einlass kann im Allgemeinen 25 bis 200 °C, bevorzugt 40 bis 120 °C, insbesondere bevorzugt 50 bis 90 °C betragen. Der Druck in der ersten Quenchstufe B ist nicht besonders eingeschränkt, beträgt aber im Allgemeinen 0,01 bis 4 bar (ü), bevorzugt 0,1 bis 2 bar (ü) und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 bar (ü). Wenn größere Mengen hochsiedende Nebenprodukte im Produktgas vorhanden sind, kann es leicht zur Polymerisation von hochsiedenden Nebenprodukten und zu Ablagerungen von Feststoffen, die durch hochsiedende Ne- benprodukte in diesem Verfahrensabschnitt verursacht werden, kommen. Im Allgemeinen ist die Quenchstufe B als Kühlturm ausgestaltet. Das im Kühlturm eingesetzte Kühlmedium 3b wird häufig zirkulierend eingesetzt. Der Kreislaufstrom des Kühlmediums in Liter pro Stunde, bezogen auf den Massenstrom an Butadien in Gramm pro Stunde, kann im Allgemeinen 0,0001 bis 5 l/g, bevorzugt 0,001 bis 1 l/g und besonders bevorzugt 0,002 bis 0,2 l/g betragen. In general, the product gas 2 in the first quenching stage B is cooled to 5 to 180 ° C, preferably to 30 to 130 ° C and even more preferably to 60 to 1 10 ° C. The temperature of the coolant medium 3b at the inlet may generally be 25 to 200 ° C, preferably 40 to 120 ° C, particularly preferably 50 to 90 ° C. The pressure in the first quenching stage B is not particularly limited, but is generally 0.01 to 4 bar (g), preferably 0.1 to 2 bar (g) and more preferably 0.2 to 1 bar (g). If larger amounts of high-boiling by-products are present in the product gas, polymerization of high-boiling by-products and deposits of solids caused by high-boiling by-products in this process section can easily occur. In general, the quenching stage B is designed as a cooling tower. The cooling medium 3b used in the cooling tower is often used in a circulating manner. The recycle flow of the cooling medium in liters per hour, based on the mass flow of butadiene in grams per hour, can generally 0.0001 to 5 l / g, preferably 0.001 to 1 l / g and more preferably 0.002 to 0.2 l / g be.
Die Temperatur des Kühlmediums 3 im Sumpf kann im Allgemeinen 27 bis 210 °C, bevorzugt 45 bis130 °C, insbesondere bevorzugt 55 bis 95 °C betragen. Da die Beladung des Kühlmediums 4 mit Nebenkomponenten im Laufe der Zeit zunimmt, kann ein Teil des beladenen Kühlmediums aus dem Umlauf als Purgestrom 3a abgezogen und die Umlaufmenge durch Zugabe von unbeladenem Kühlmedium 6 konstant gehalten werden. Das Verhältnis von Ablaufmenge und Zugabemenge hängt von der Dampfbeladung des Produktgases und der Produktgastemperatur am Ende der erste Quenchstufe ab. The temperature of the cooling medium 3 in the bottom can generally be 27 to 210 ° C, preferably 45 to 130 ° C, particularly preferably 55 to 95 ° C. Since the loading of the cooling medium 4 with secondary components increases over time, a portion of the loaded cooling medium can be withdrawn from the circulation as Purgestrom 3a and the circulating amount to be kept constant by adding unladen cooling medium 6. The ratio of effluent amount and added amount depends on the vapor load of the product gas and the product gas temperature at the end of the first quench stage.
Der abgekühlte und eventuell an Nebenkomponenten abgereicherte Produktgasstrom 4 kann nun einer zweiten Quenchstufe C zugeführt werden. In dieser kann er nun erneut mit einem Kühlmedium 9b in Kontakt gebracht werden. The cooled and possibly depleted in secondary components product gas stream 4 can now be a second quenching C are supplied. In this he can now be brought into contact again with a cooling medium 9b.
Im Allgemeinen wird das Produktgas bis zum Gasausgang der zweiten Quenchstufe C auf 5 bis 100 °C, vorzugsweise auf 15 bis 85 °C und noch mehr bevorzugt auf 30 bis 70 °C gekühlt. Das Kühlmittel kann im Gegenstrom zum Produktgas zugeführt werden. In diesem Fall kann die Temperatur des Kühlmittelmediums 9b am Kühlmitteleinlass 5 bis 100 °C, bevorzugt 15 bis 85 °C, insbesondere bevorzugt 30 bis 70 °C betragen. Der Druck in der zweiten Quenchstufe C ist nicht besonders eingeschränkt, beträgt aber im Allgemeinen 0,01 bis 4 bar (ü), bevorzugt 0,1 bis 2 bar (ü) und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 bar (ü). Die zweite Quenchstufe ist bevorzugt als Kühlturm ausgestaltet. Das im Kühlturm eingesetzte Kühlmedium 9b wird häufig zirkulierend eingesetzt. Der Kreislaufstrom des Kühlmediums 9b in Liter pro Stunde, bezogen auf den Massenstrom an Butadien in Gramm pro Stunde, kann im Allgemeinen 0,0001 bis 5 l/g, bevorzugt 0,0001 bis 1 l/g und besonders bevorzugt 0,002 bis 0,2 l/g betragen. In general, the product gas is cooled to 5 to 100 ° C, preferably 15 to 85 ° C and even more preferably 30 to 70 ° C, until the gas outlet of the second quenching stage C is reached. The coolant can be supplied in countercurrent to the product gas. In this case, the temperature of the coolant medium 9b at the coolant inlet may be 5 to 100 ° C, preferably 15 to 85 ° C, particularly preferably 30 to 70 ° C. The pressure in the second quenching stage C is not particularly limited, but is generally 0.01 to 4 bar (g), preferably 0.1 to 2 bar (g) and more preferably 0.2 to 1 bar (g). The second quenching step is preferred designed as a cooling tower. The cooling medium 9b used in the cooling tower is frequently used in a circulating manner. The recycle stream of the cooling medium 9b in liters per hour, based on the mass flow of butadiene in grams per hour, can generally be from 0.0001 to 5 l / g, preferably from 0.0001 to 1 l / g and particularly preferably from 0.002 to 0.2 l / g.
Je nach Temperatur, Druck, Kühlmittel und Wassergehalt des Produktgases 4 kann es in der zweiten Quenchstufe C zur Kondensation von Wasser kommen. In diesem Falle kann sich eine zusätzliche wässrige Phase 8 bilden, welche zusätzlich wasserlösliche Nebenkomponenten enthalten kann. Diese kann dann im Phasenscheider D abgezogen werden. Die Temperatur des Kühlmediums 9 im Sumpf kann im Allgemeinen 20 bis 210 °C, bevorzugt 35 bis 120 °C, insbesondere bevorzugt 45 bis 85 °C betragen. Da die Beladung des Kühlmediums 9 mit Nebenkomponenten im Laufe der Zeit zunimmt, kann ein Teil des beladenen Kühlmediums als Purgestrom 9a aus dem Umlauf abgezogen werden, und die Umlaufmenge durch Zugabe von unbeladenem Kühlmedium 10 konstant gehalten werden. Depending on the temperature, pressure, coolant and water content of the product gas 4, it may come in the second quenching stage C for the condensation of water. In this case, an additional aqueous phase 8 may form, which may additionally contain water-soluble secondary components. This can then be subtracted in the phase separator D. The temperature of the cooling medium 9 in the bottom can generally be from 20 to 210 ° C., preferably from 35 to 120 ° C., particularly preferably from 45 to 85 ° C. Since the loading of the cooling medium 9 with secondary components increases over time, a portion of the loaded cooling medium can be withdrawn as Purgestrom 9a from the circulation, and the circulating amount by the addition of unloaded cooling medium 10 are kept constant.
Um einen möglichst guten Kontakt von Produktgas und Kühlmedium zu erreichen, können Einbauten in der zweiten Quenchstufe C vorhanden sein. Solche Einbauten umfassen zum Beispiel Glocken-, Zentrifugal- und/oder Siebböden, Kolonnen mit strukturierten Packungen, z. B. Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 1000 m2/m3 wie Mellapak® 250 Y, und Füllkörperkolonnen. In order to achieve the best possible contact of product gas and cooling medium, internals in the second quenching stage C may be present. Such internals include, for example, bell, centrifugal and / or sieve trays, structured packing columns, e.g. B. Sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 as Mellapak® 250 Y, and packed columns.
Die Lösungsmittel-Umläufe der beiden Quenchstufen können sowohl voneinander getrennt als auch miteinander verbunden sein. So kann beispielsweise der Strom 9a dem Strom 3b zugeführt werden oder diesen ersetzen. Die gewünschte Temperatur der Umlaufströme kann über geeignete Wärmetauscher eingestellt werden. The solvent circulations of the two quench stages can be both separated from each other and also connected to each other. For example, the current 9a can be supplied to the current 3b or replace it. The desired temperature of the circulating streams can be adjusted by means of suitable heat exchangers.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird also die Abkühlstufe Ca) zweistufig durchgeführt, wobei das mit Nebenkomponenten beladene Lösungsmittel der zweiten Stufe Ca2) in die erste Stufe Ca1 ) geführt wird. Das der zweiten Stufe Ca2) entnommene Lösungs- mittel enthält weniger Nebenkomponenten als das der ersten Stufe Ca1 ) entnommene Lösungsmittel. In a preferred embodiment of the invention, therefore, the cooling stage Ca) is carried out in two stages, wherein the solvent of the second stage Ca2) loaded with secondary components is passed into the first stage Ca1). The solvent taken from the second stage Ca2) contains less secondary components than the solvent removed from the first stage Ca1).
Um den Mitriss von flüssigen Bestandteilen aus dem Quench in die Abgasleitung zu minimieren, können geeignete bauliche Maßnahmen, wie zum Beispiel der Einbau eines Demisters, getroffen werden. Weiterhin können hochsiedende Substanzen, welche im Quench nicht vom Produktgas abgetrennt werden durch weitere bauliche Maßnahmen, wie beispielsweise weitere Gaswäschen, aus dem Produktgas entfernt werden. In order to minimize the entrainment of liquid components from the quench into the exhaust pipe, suitable structural measures, such as the installation of a demister, can be taken. Furthermore, high-boiling substances which are not separated from the product gas in the quench can be removed from the product gas by further structural measures, such as, for example, further gas scrubbing.
Es wird ein Gasstrom 5 erhalten, der n-Butan, 1 -Buten, 2-Butene, Butadien, gegebenenfalls Sauerstoff, Wasserstoff, Wasserdampf, in geringen Mengen Methan, Ethan, Ethen, Propan und Propen, iso-Butan, Kohlenstoffoxide, Inertgase und Teile des im Quench verwendeten Lösungsmittels enthält. Weiterhin können in diesem Gasstrom 5 Spuren von hochsiedenden Komponenten verbleiben, welche im Quench nicht quantitativ abgetrennt wurden. Anschließend wird der Gasstrom b aus dem Abkühlschritt Ca), der an hochsiedenden Nebenkomponenten abgereichert ist, im Schritt Cb) in mindestens einer Kompressionsstufe Cba) und bevorzugt in mindestens einer Abkühlstufe Cbb) durch Inkontaktbringen mit einem organischen Lösungsmittel als Abkühlmittel abgekühlt. There is obtained a gas stream 5, the n-butane, 1-butene, 2-butenes, butadiene, optionally oxygen, hydrogen, water vapor, in small quantities of methane, ethane, ethene, propane and propene, isobutane, carbon oxides, inert gases and Contains parts of the solvent used in the quench. Furthermore, 5 traces of high-boiling components can remain in this gas stream, which were not quantitatively separated in the quench. Subsequently, the gas stream b from the cooling step Ca), which is depleted in high-boiling secondary components, is cooled in step Cb) in at least one compression stage Cba) and preferably in at least one cooling stage Cbb) by contacting with an organic solvent as the cooling agent.
Der Produktgasstrom 5 aus dem Lösungsmittel-Quench wird in mindestens einer Kompressionsstufe E komprimiert und nachfolgend in dem Kühlapparat F weiter abgekühlt, wobei mindestens ein Kondensatstrom 14 entsteht. Es verbleibt ein Gasstrom 12 enthaltend Butadien, 1 -Buten, 2-Butene, Sauerstoff, Wasserdampf, gegebenenfalls leichtsiedende Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan, Ethen, Propan und Propen, Butan und iso-Butan, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase. Weiterhin kann dieser Produktgasstrom noch Spuren von hochsiedenden Komponenten enthalten. The product gas stream 5 from the solvent quench is compressed in at least one compression stage E and subsequently cooled further in the cooling apparatus F, with at least one condensate stream 14 being formed. There remains a gas stream 12 containing butadiene, 1-butene, 2-butenes, oxygen, water vapor, optionally low-boiling hydrocarbons such as methane, ethane, ethene, propane and propene, butane and isobutane, optionally carbon oxides and optionally inert gases. Furthermore, this product gas stream may still contain traces of high-boiling components.
Die Kompression und Kühlung des Gasstroms 5 kann ein- oder mehrstufig (n-stufig) erfolgen. Im Allgemeinen wird insgesamt von einem Druck im Bereich von 1 ,0 bis 4,0 bar (absolut) auf einen Druck im Bereich von 3,5 bis 20 bar (absolut) komprimiert. Nach jeder Kompressionsstufe folgt eine Abkühlstufe, in der der Gasstrom auf eine Temperatur im Bereich von 15 bis 60 °C abgekühlt wird. Der Kondensatstrom kann somit bei mehrstufiger Kompression auch mehrere Ströme umfassen. Der Kondensatstrom besteht zu großen Teilen aus Wasser und dem im Quench verwendeten Lösungsmittel. Beide Ströme (wässrige und organische Phase) können daneben in geringem Umfang Nebenkomponenten wie Leichtsieder, C4-Kohlenwasserstoffe, Oxygenate und Kohlenstoffoxide enthalten. The compression and cooling of the gas stream 5 can be carried out in one or more stages (n-stage). Generally, a total pressure is compressed in the range of 1.0 to 4.0 bar (absolute) to a pressure in the range of 3.5 to 20 bar (absolute). After each compression stage is followed by a cooling step, in which the gas stream is cooled to a temperature in the range of 15 to 60 ° C. The condensate stream can therefore also comprise a plurality of streams in the case of multistage compression. The condensate stream consists to a large extent of water and the solvent used in the quench. Both streams (aqueous and organic phase) may also contain minor components such as low boilers, C4 hydrocarbons, oxygenates and carbon oxides.
Um den durch Kompression von Strom 5 entstandenen Strom 1 1 zu kühlen und/oder um weite- re Nebenkomponenten aus dem Strom 1 1 zu entfernen, kann das kondensierte Quench-In order to cool the current I 1 produced by compression of current 5 and / or to remove further secondary components from the current I 1, the condensed quench can be removed.
Lösungsmittel in einem Wärmetauscher abgekühlt und als Kühlmittel in den Apparat F rückgeführt werden. Da die Beladung dieses Kühlmediums 13b mit Nebenkomponenten im Laufe der Zeit zunimmt, kann ein Teil des beladenen Kühlmediums aus dem Umlauf abgezogen werden (13a) und die Umlaufmenge des Kühlmediums durch Zugabe von unbeladenem Lösungsmittel (15) konstant gehalten werden. Cooled solvent in a heat exchanger and recycled as a refrigerant in the apparatus F. Since the loading of this cooling medium 13b with secondary components increases over time, a portion of the loaded cooling medium can be withdrawn from the circulation (13a) and the circulation rate of the cooling medium can be kept constant by adding unladen solvent (15).
Das Lösungsmittel 15, welches als Kühlmedium zugegeben wird, kann ein wässriges Kühlmittel oder ein organisches Lösungsmittel sein. Bevorzugt sind aromatische Kohlenwasserstoffe, besonders bevorzugt sind Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Diethylbenzol, Trietylbenzol, Diisopro- pylbenzol, Triisopropylbenzol, Mesitylen oder Gemische daraus. Besonders bevorzugt ist Mesi- tylen. The solvent 15 added as a cooling medium may be an aqueous coolant or an organic solvent. Preference is given to aromatic hydrocarbons, particular preference is given to toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, diethylbenzene, triethylbenzene, diisopropylpolybenzene, triisopropylbenzene, mesitylene or mixtures thereof. Especially preferred is mesylene.
Der Kondensatstrom 13a kann in den Kreislaufstrom 3b und/oder 9b des Quenches zurückgeführt werden. Dadurch können die im Kondensatstrom 13a absorbierten C4-Komponenten wie- der in den Gasstrom gebracht und damit die Ausbeute erhöht werden. The condensate stream 13a may be recycled to the recycle stream 3b and / or 9b of the quench. As a result, the C4 components absorbed in the condensate stream 13a can be brought back into the gas stream and thus the yield can be increased.
Geeignete Verdichter sind beispielsweise Turbo-, Drehkolben- und Hubkolbenverdichter. Die Verdichter können beispielsweise mit einem Elektromotor, einem Expander oder einer Gas oder Dampfturbine angetrieben werden. Typische Verdichtungsverhältnisse (Austrittsdruck : Ein- trittsdruck) pro Verdichterstufe liegen je nach Bauart zwischen 1 ,5 und 3,0. Die Abkühlung des verdichteten Gases erfolgt in mit Kühlmittel gespülten Wärmetauschern oder organischen Quenchstufen, die beispielsweise als Rohrbündel-, Spiral oder Plattenwärmetauscher ausgeführt sein können. Geeignete Kühlmittel können wässrige oder die oben genannten organischen Lösungsmittel sein. Als Kühlmittel in den Wärmetauschern kommen dabei Kühlwasser oder Wärmeträgeröle zum Einsatz. Daneben wird bevorzugt Luftkühlung unter Einsatz von Gebläsen eingesetzt. Suitable compressors are, for example, turbo, rotary piston and reciprocating compressors. The compressors can be driven, for example, with an electric motor, an expander or a gas or steam turbine. Typical compression ratios (outlet pressure: one outlet pressure) per compressor stage are between 1, 5 and 3.0 depending on the design. The cooling of the compressed gas takes place in flushed with coolant heat exchangers or organic quench, which can be performed, for example, as a tube bundle, spiral or plate heat exchanger. Suitable coolants may be aqueous or the above-mentioned organic solvents. As a coolant in the heat exchangers while cooling water or heat transfer oils are used. In addition, air cooling is preferably used using blowers.
Der Butadien, n-Butene, Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe (Methan, Ethan, Ethen, Propan, Propen, n-Butan, iso-Butan), gegebenenfalls Wasserdampf, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide sowie gegebenenfalls Inertgase und gegebenenfalls Spuren von Nebenkomponenten enthaltende Gasstrom 12 wird als Ausgangsstrom der weiteren Aufbereitung zugeführt. The butadiene, n-butenes, oxygen, low-boiling hydrocarbons (methane, ethane, ethene, propane, propene, n-butane, isobutane), optionally water vapor, optionally carbon oxides and optionally inert gases and optionally traces of secondary components containing gas stream 12 is as Output current fed to the further treatment.
In einem Schritt D) werden nicht kondensierbare und leicht siedenden Gasbestandteile, umfas- send Sauerstoff, leicht siedenden Kohlenwasserstoffe (Methan, Ethan, Ethen, Propan, Propen), Kohlenstoffoxide und Inertgase in einer Absorptionskolonne G als Gasstrom 16 aus dem Prozessgasstrom 12 durch Absorption der C4-Kohlenwasserstoffe in einem hochsiedenden Absorptionsmittel (21 b und/oder 26) und nachfolgender Desorption der C4-Kohlenwasserstoffe abgetrennt. Vorzugsweise umfasst der Schritt D), wie in Figur 1 dargestellt, die Schritte Da1 ), Da2) und Db): In a step D) are non-condensable and low-boiling gas constituents, oxygen, low-boiling hydrocarbons (methane, ethane, ethene, propane, propene), carbon oxides and inert gases in an absorption column G as gas stream 16 from the process gas stream 12 by absorption of C4 hydrocarbons in a high-boiling absorbent (21 b and / or 26) and subsequent desorption of the C4 hydrocarbons separated. Preferably, step D), as shown in FIG. 1, comprises the steps Da1), Da2) and Db):
Da1 ) Absorption der C4-Kohlenwasserstoffe umfassend Butadien und n-Butene in einem hochsiedenden Absorptionsmittel (21 b und/oder 26), wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen be- ladener Absorptionsmittelstrom und der Gasstrom 16 erhalten werden, Da1) absorption of the C4 hydrocarbons comprising butadiene and n-butenes in a high-boiling absorbent (21 b and / or 26), wherein a loaded with C4 hydrocarbons absorbent stream and the gas stream 16 are obtained
Da2) Entfernung von Sauerstoff aus dem mit C4-Kohlenwasserstoffen beladenen Absorptionsmittelstrom aus Schritt Da1 ) durch Strippung mit einem nicht kondensierbaren Gasstrom 18, wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom 17 erhalten wird, und Da2) removal of oxygen from the C4 hydrocarbons-laden absorbent stream from step Da1) by stripping with a non-condensable gas stream 18, wherein a C4 hydrocarbons laden absorbent stream 17 is obtained, and
Db) Desorption der C4-Kohlenwasserstoffe aus dem beladenen Absorptionsmittelstrom, wobei ein C4-Produktgasstrom 27 erhalten wird, der im Wesentlichen aus C4-Kohlenwasser- stoffen besteht. Dazu wird in der Absorptionsstufe G der Gasstrom 12 mit einem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht und werden die C4-Kohlenwasserstoffe in dem Absorptionsmittel absorbiert, wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladenes Absorptionsmittel und ein die übrigen Gasbestandteile enthaltendes Abgas 16 erhalten werden. In einer Desorptionsstufe H werden die C4-Kohlen- wasserstoffe aus dem hochsiedenden Absorptionsmittel wieder freigesetzt. Db) Desorption of the C4 hydrocarbons from the loaded absorbent stream, whereby a C4 product gas stream 27 is obtained, which consists essentially of C4 hydrocarbons. For this purpose, in the absorption stage G, the gas stream 12 is brought into contact with an absorbent and the C4 hydrocarbons are absorbed in the absorbent, whereby an adsorbent loaded with C4 hydrocarbons and an exhaust gas 16 containing the other gas constituents are obtained. In a desorption stage H, the C4 hydrocarbons are released from the high-boiling absorbent again.
Die Absorptionsstufe kann in jeder beliebigen, dem Fachmann bekannten geeigneten Absorptionskolonne durchgeführt werden. Die Absorption kann durch einfaches Durchleiten des Produktgasstroms durch das Absorptionsmittel erfolgen. Sie kann aber auch in Kolonnen oder in Rotationsabsorbern erfolgen. Dabei kann im Gleichstrom, Gegenstrom oder Kreuzstrom gear- beitet werden. Bevorzugt wird die Absorption im Gegenstrom durchgeführt. Geeignete Absorptionskolonnen sind z. B. Bodenkolonnen mit Glocken-, Zentrifugal- und/oder Siebböden, Kolonnen mit strukturierten Packungen, z. B. Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 1000 m2/m3 wie Mellapak® 250 Y, und Füllkörperkolonnen. Es kommen aber auch Rie- sei- und Sprühtürme, Graphitblockabsorber, Oberflächenabsorber wie Dickschicht und Dünnschichtabsorber sowie Rotationskolonnen, Tellerwäscher, Kreuzschleierwäscher und Rotationswäscher in Betracht. The absorption stage can be carried out in any suitable absorption column known to the person skilled in the art. Absorption can be accomplished by simply passing the product gas stream through the absorbent. But it can also be done in columns or in rotational absorbers. It can be used in DC, countercurrent or crosscurrent gear- be processed. Preferably, the absorption is carried out in countercurrent. Suitable absorption columns are z. B. tray columns with bell, centrifugal and / or sieve plates, columns with structured packings, eg. B. Sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 as Mellapak® 250 Y, and packed columns. Rice and spray towers, graphite block absorbers, surface absorbers such as thick-film and thin-layer absorbers, as well as rotary columns, rags, cross-flow scrubbers and rotary scrubbers are also suitable.
In einer Ausführungsform wird einer Absorptionskolonne im unteren Bereich der Butadien, n- Butene und die leichtsiedenden und nicht kondensierbaren Gasbestandteile enthaltende Gas- strom12 zugeführt. Im oberen Bereich der Absorptionskolonne wird das hochsiedende Absorptionsmittel (21 b und/oder 26) aufgegeben. In one embodiment, an absorption column in the lower region of the butadiene, n-butenes and the low-boiling and non-condensable gas components containing gas stream 12 is supplied. In the upper part of the absorption column, the high-boiling absorbent (21 b and / or 26) is abandoned.
In der Absorptionsstufe eingesetzte inerte Absorptionsmittel sind im Allgemeinen hochsiedende unpolare Lösungsmittel, in denen das abzutrennende C4-Kohlenwasserstoff-Gemisch eine deutlich höhere Löslichkeit als die übrigen abzutrennenden Gasbestandteile aufweist. Geeignete Absorptionsmittel sind vergleichsweise unpolare organische Lösungsmittel, beispielsweise aliphatische Ce- bis Cis-Alkane, oder aromatische Kohlenwasserstoffe wie die Mittelölfraktionen aus der Paraffindestillation, Toluol oder Ether mit sperrigen Gruppen, oder Gemische dieser Lösungsmittel, wobei diesen ein polares Lösungsmittel wie 1 ,2-Dimethylphthalat zugesetzt sein kann. Geeignete Absorptionsmittel sind weiterhin Ester der Benzoesäure und Phthalsäure mit geradkettigen d- bis Cs-Alkanolen, sowie sogenannte Wärmeträgeröle, wie Biphenyl und Di- phenylether, deren Chlorderivate sowie Triarylalkene. Ein geeignetes Absorptionsmittel ist ein Gemisch aus Biphenyl und Diphenylether, bevorzugt in der azeotropen Zusammensetzung, beispielsweise das im Handel erhältliche Diphyl®. Häufig enthält dieses Lösungsmittelgemisch Dimethylphthalat in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-%. Inert absorbent used in the absorption stage are generally high-boiling non-polar solvents in which the C4-hydrocarbon mixture to be separated has a significantly higher solubility than the other gas constituents to be separated off. Suitable absorbents are comparatively nonpolar organic solvents, for example aliphatic Ce to Cis alkanes, or aromatic hydrocarbons, such as the paraffin distillation from the paraffin distillation, toluene or ethers with bulky groups, or mixtures of these solvents, these being a polar solvent such as 1, 2-dimethylphthalate may be added. Suitable absorbents are also esters of benzoic acid and phthalic acid with straight-chain C 1 to C 1 alkanols, as well as so-called heat transfer oils, such as biphenyl and diphenyl ether, their chlorinated derivatives and triaryl alkenes. A suitable absorbent is a mixture of biphenyl and diphenyl ether, preferably in the azeotropic composition, for example, the commercially available Diphyl ®. Frequently, this solvent mixture contains dimethyl phthalate in an amount of 0.1 to 25 wt .-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform in der Absorptionsstufe Da1 ) wird das gleiche Lösungsmittel wie in der Abkühlstufe Ca) eingesetzt. In a preferred embodiment in the absorption stage Da1) the same solvent as in the cooling stage Ca) is used.
Bevorzugte Absorptionsmittel sind Lösungsmittel, die ein Lösungsvermögen für organische Peroxide von mindestens 1000 ppm (mg aktiver Sauerstoff / kg Lösungsmittel) aufweisen. Bevorzugt sind aromatische Kohlenwasserstoffe, besonders bevorzugt Toluol, o-Xylol, p-Xylol und Mesitylen, oder Gemische daraus. Verwendet werden können auch Diethylbenzol, Triethylben- zol, Diisopropylbenzol und Triisopropylbenzol. Preferred absorbents are solvents which have a solubility for organic peroxides of at least 1000 ppm (mg active oxygen / kg solvent). Preference is given to aromatic hydrocarbons, particularly preferably toluene, o-xylene, p-xylene and mesitylene, or mixtures thereof. Diethylbenzene, triethylbenzene, diisopropylbenzene and triisopropylbenzene can also be used.
Am Kopf der Absorptionskolonne G wird ein Strom 16 abgezogen, der im Wesentlichen Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe (Methan, Ethan, Ethen, Propan, Propen), gegebenenfalls C4-Kohlenwasserstoffe (Butan, Butene, Butadien), gegebenenfalls Inertgase, gegebenen- falls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls noch Wasserdampf enthält. Dieser Stoffstrom kann teilweise dem ODH-Reaktor zugeführt werden. Damit lässt sich zum Beispiel der Eintrittsstrom des ODH-Reaktors auf den gewünschten C4-Kohlenwasserstoffgehalt einstellen. Am Sumpf der Absorptionskolonne werden in einer weiteren Kolonne durch die Spülung mit einem Gas 18 Reste von im Absorptionsmittel gelöstem Sauerstoff ausgetragen. Der verbleibende Sauerstoffanteil soll so klein sein, dass der die Desorptionskolonne verlassende und Butan, Buten sowie Butadien enthaltende Strom 27 nur noch maximal 100 ppm Sauerstoff enthält. At the top of the absorption column G, a stream 16 is withdrawn, which is essentially oxygen, low-boiling hydrocarbons (methane, ethane, ethene, propane, propene), optionally C4-hydrocarbons (butane, butenes, butadiene), optionally inert gases, optionally carbon oxides and optionally still contains water vapor. This stream can be partially fed to the ODH reactor. Thus, for example, the inlet flow of the ODH reactor can be adjusted to the desired C4 hydrocarbon content. At the bottom of the absorption column 18 residues of oxygen dissolved in the absorbent are discharged in a further column by rinsing with a gas. The remaining oxygen content should be so small that the stream 27 leaving the desorption column and containing butane, butene and butadiene only contains a maximum of 100 ppm of oxygen.
Das Ausstrippen des Sauerstoffs in Schritt Db) kann in jeder beliebigen, dem Fachmann bekannten geeigneten Kolonne durchgeführt werden. Das Strippen kann durch einfaches Durchleiten von nicht kondensierbaren Gasen, vorzugsweise nicht oder nur schwach im Absorptionsmittelstrom 21 b und/oder 26 absorbierbare Gase wie Methan, durch die beladene Absorpti- onslösung erfolgen. Mit ausgestrippte C4-Kohlenwasserstoffe werden im oberen Teil der Kolonne G zurück in die Absorptionslösung gewaschen, indem der Gasstrom in diese Absorptionskolonne zurück geleitet wird. Das kann sowohl durch eine Verrohrung der Stripperkolonne als auch eine direkte Montage der Stripperkolonne unterhalb der Absorberkolonne erfolgen. Da der Druck im Strippkolonnenteil und Absorptionskolonnenteil gleich ist, kann diese direkte Kopplung erfolgen. Geeignete Stippkolonnen sind z. B. Bodenkolonnen mit Glocken-, Zentrifugal- und/oder Siebboden, Kolonnen mit strukturierten Packungen, z. B. Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 1000 m2/m3 wie Mellapak® 250 Y, und Füllkörperkolonnen. Es kommen aber auch Riesel- und Sprühtürme sowie Rotationskolonnen, Tellerwäscher, Kreuzschleierwäscher und Rotationswäscher in Betracht. Geeignete Gase sind zum Beispiel Stickstoff oder Methan. The stripping out of the oxygen in step Db) can be carried out in any suitable column known to the person skilled in the art. The stripping can be carried out by simply passing non-condensable gases, preferably not or only weakly in the absorbent stream 21 b and / or 26 absorbable gases such as methane, through the loaded absorption solution. With stripped C4 hydrocarbons are washed in the upper part of the column G back into the absorption solution by the gas stream is passed back into this absorption column. This can be done both by a piping of the stripping column and a direct assembly of the stripping column below the absorber column. Since the pressure in the stripping column part and the absorption column part is the same, this direct coupling can take place. Suitable Stippkolonnen are z. B. tray columns with bell, centrifugal and / or sieve tray, columns with structured packings, eg. B. Sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 as Mellapak® 250 Y, and packed columns. But there are also trickle and spray towers and rotary columns, dishwashers, cross-flow scrubbers and rotary scrubbers into consideration. Suitable gases are for example nitrogen or methane.
Das in der Desorptionsstufe regenerierte Absorptionsmittel wird als Strom 20 zusammen mit dem kondensierten Wasser aus der Desorptionskolonne H entnommen. Dieses zweiphasige Gemisch kann in einem Wärmetauscher abgekühlt werden und als Strom 21 in einem Dekanter I in einen wässrigen 21 a und einen Absorbensstrom 21 b getrennt werden. Der Absorbensstrom 21 b wird wieder der Absorberkolonne G zugeführt werden, während der wässrige Strom 21 a in einem Verdampfer verdampft wird und damit der Strom 23 erzeugt wird. Zusätzlich oder alternativ kann noch zusätzliches Wasser (Strom 24) im Verdampfer verdampft werden. Weiter kann auch nur ein Teil des Stroms 21 a verdampft werden und der unverdampfte Teil als Strom 22 entnommen werden. The absorbent regenerated in the desorption stage is withdrawn as stream 20 together with the condensed water from the desorption column H. This biphasic mixture can be cooled in a heat exchanger and separated as stream 21 in a decanter I into an aqueous 21 a and an absorbent stream 21 b. The absorbent stream 21 b will again be supplied to the absorber column G, while the aqueous stream 21 a is vaporized in an evaporator and thus the stream 23 is generated. Additionally or alternatively, additional water (stream 24) can be evaporated in the evaporator. Further, only a portion of the stream 21 a can be evaporated and the unvaporized portion can be removed as stream 22.
Im Prozessgasstrom befindliche Leichtsieder wie beispielsweise Ethan oder Propan sowie schwersiedende Komponenten wie Benzaldehyd, Maleinsäureanhydrid und Phthalsäurean- hydrid können sich im Absorptionsmittelkreislaufstrom anreichern. Um die Anreicherung zu be- grenzen, kann ein Purgestrom 25 abgezogen werden. Low boilers in the process gas stream such as ethane or propane and high-boiling components such as benzaldehyde, maleic anhydride and phthalic anhydride can accumulate in the absorption medium cycle stream. In order to limit the enrichment, a purge stream 25 can be withdrawn.
Der im Wesentlichen aus n-Butan, n-Butenen und Butadien bestehende C4-Produktgasstrom 27 enthält im Allgemeinen 20 bis 80 Vol.-% Butadien, 0 bis 80 Vol.-% n-Butan, 0 bis 10 Vol.-% 1 -Buten und 0 bis 50 Vol.-% 2-Butene, wobei die Gesamtmenge 100 Vol.-% ergibt. Weiterhin können geringe Mengen an iso-Butan enthalten sein. The C4 product gas stream 27 consisting essentially of n-butane, n-butenes and butadiene generally contains from 20 to 80% by volume of butadiene, from 0 to 80% by volume of n-butane, from 0 to 10% by volume 1 - Butene and 0 to 50% by volume of 2-butenes, the total amount being 100% by volume. Furthermore, small amounts of iso-butane may be included.
Ein Teil des kondensierten, hauptsächlich C4-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Kopfaustrags der Desorptionskolonne wird als Strom 30 in den Kolonnenkopf zurückgeführt, um die Trennleistung der Kolonne zu erhöhen. Die Desorptionsstufe kann in jeder beliebigen, dem Fachmann bekannten geeigneten Desorpti- onskolonne durchgeführt werden. Die Desorption kann durch Absenken des Drucken und/oder Erhitzen der Desorptionsstufe erfolgen. Die Desorptionsstufe kann durch Zuführen eines heißen Mediums - wie zum Beispiel Dampf - oder durch Erzeugung von Eigendampf durch Sumpfverdampfung erhitzt werden. Part of the condensed head effluent of the desorption column containing mainly C4 hydrocarbons is recycled as stream 30 to the column top to increase the separation efficiency of the column. The desorption step can be carried out in any suitable desorption column known to the person skilled in the art. The desorption can be effected by lowering the pressure and / or heating the desorption stage. The desorption stage may be heated by feeding a hot medium - such as steam - or by generating its own vapor by bottom evaporation.
Geeignete Desorptionskolonnen sind z.B. Bodenkolonnen mit Glocken-, Zentrifugal- und/oder Siebböden, Kolonnen mit strukturierten Packungen, z.B. Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 1000 m2/m3 wie Mellapak® 250 Y, und Füllkörperkolonnen. Erfindungsgemäß wird, wie in Figur 1 gezeigt, der Desorptionskolonne H ein Methacrolein enthaltender Seitenabzugsstrom 31 entnommen, um die Aufpegelung von Acrolein im Absorptionsmittel- Kreislaufstrom zu verhindern. Der Seitenabzugsstrom 31 kann sowohl flüssig als auch gasförmig sein, bevorzugt ist er gasförmig. Suitable desorption columns are, for example, tray columns with bells, centrifugal and / or sieve trays, columns with structured packings, eg sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 such as Mellapak® 250 Y, and packed columns. According to the invention, as shown in FIG. 1, the desorption column H is taken from a side draw stream 31 containing methacrolein in order to prevent accumulation of acrolein in the absorbent cycle. The side draw stream 31 can be both liquid and gaseous, preferably it is gaseous.
Bevorzugt weist die Desorptionskolonne 5 bis 30, besonders bevorzugt 10 bis 20 theoretische Böden auf. Der Seitenabzugsstrom 31 wird dabei bevorzugt im unteren Drittel der Desorptionskolonne entnommen. Der flüssige Seitenabzugsstrom 31 enthält im Allgemeinen 0,1 bis 2 Gew.-% Methacrolein. Daneben enthält er 5 bis 15 Gew.-% Wasser, 0 bis 3 Gew.-% C4-Kohlen- Wasserstoffe und 70 bis 90 Gew.-% des Absorptionsmittels. The desorption column preferably has from 5 to 30, particularly preferably from 10 to 20, theoretical plates. The side draw stream 31 is preferably removed in the lower third of the desorption column. The liquid side draw stream 31 generally contains from 0.1 to 2% by weight of methacrolein. In addition, it contains 5 to 15 wt .-% water, 0 to 3 wt .-% C 4 -hydrocarbons and 70 to 90 wt .-% of the absorbent.
Der gasförmige Seitenabzugsstrom 31 enthält im Allgemeinen 1 bis 10 Gew.-% Methacrolein. Daneben enthält er 30 bis 60 Gew.-% Wasser, 0 bis 6 Gew.-% C4-Kohlenwasserstoffe und 30 bis 60 Gew.-% des Absorptionsmittels. The gaseous side draw stream 31 generally contains from 1 to 10% by weight of methacrolein. In addition, it contains 30 to 60 wt .-% water, 0 to 6 wt .-% C 4 hydrocarbons and 30 to 60 wt .-% of the absorbent.
In der in Figur 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird der gasförmige Seitenabzugsstrom 31 in einer Waschkolonne H' mit einem Strom 33 des Absorptionsmittels gewaschen und so ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom 34 erhalten, der in die Desorptionskolonne H zurückgeführt wird. Über Kopf wird ein Strom 32 abgezogen und enthält hauptsächlich die abzutrennenden Nebenkomponenten wie Metacrolein und geringe Mengen Absorbens und Wasser als Strom 31 . In the preferred embodiment shown in FIG. 2, the gaseous side draw stream 31 is scrubbed in a scrubbing column H ' with a stream 33 of the absorbent to obtain an absorbent stream 34 laden with C 4 hydrocarbons which is recycled to the desorption column H. A stream 32 is withdrawn overhead and mainly contains the secondary components to be separated, such as metacrolein and small amounts of absorbent and water as stream 31.
Die den Kondensator verlassenden, flüssigen (Strom 28) bzw. gasförmigen (Strom 29) C4- Produktströme werden anschließend durch Extraktivdestillation im Schritt E) mit einem für Bu- tadien selektiven Lösungsmittel in einen Butadien und das selektive Lösungsmittel enthaltenden Stoffstrom 31 und einen Butane und n-Butene enthaltenden Stoffstrom 32 aufgetrennt. The liquid (stream 28) or gaseous (stream 29) C 4 product streams leaving the condenser are then converted into a butadiene and the selective solvent-containing material stream 31 and a butane by extractive distillation in step E) using a solvent selective for butadiene and n-butenes containing stream 32 separated.
Die Extraktivdestillation kann beispielsweise, wie in„Erdöl und Kohle - Erdgas - Petrochemie", Band 34 (8), Seiten 343 bis 346 oder„Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie", Band 9, 4. Auflage 1975, Seiten 1 bis 18 beschrieben, durchgeführt werden. Hierzu wird der C4- Produktgasstrom mit einem Extraktionsmittel, vorzugsweise einem N-Methylpyrrolidon The extractive distillation may, for example, as described in "petroleum and coal - natural gas - petrochemistry", Volume 34 (8), pages 343 to 346 or "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", Volume 9, 4th edition 1975, pages 1 to 18, be performed. For this purpose, the C 4 - product gas stream with an extractant, preferably an N-methylpyrrolidone
(NMP)/Wasser-Gemisch, in einer Extraktionszone in Kontakt gebracht. Die Extraktionszone ist im Allgemeinen in Form einer Waschkolonne ausgeführt, welche Böden, Füllkörper oder Packungen als Einbauten enthält. Diese weist im Allgemeinen 30 bis 70 theoretische Trennstufen auf, damit eine hinreichend gute Trennwirkung erzielt wird. Vorzugsweise weist die Waschkolonne im Kolonnenkopf eine Rückwaschzone auf. Diese Rückwaschzone dient zur Rückgewinnung des in der Gasphase enthaltenen Extraktionsmittels mit Hilfe eines flüssigen Kohlenwasserstoffrücklaufs, wozu die Kopffraktion zuvor kondensiert wird. Das Massenverhältnis Extrakti- onsmittel zu C4-Produktgasstrom im Zulauf der Extraktionszone beträgt im Allgemeinen 10 : 1 bis 20 : 1 . Die Extraktivdestillation wird vorzugsweise bei einer Sumpftemperatur im Bereich von 100 bis 250 °C, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 1 10 bis 210 °C, einer Kopftemperatur im Bereich von 10 bis 100-°C, insbesondere im Bereich von 20 bis 70-°C und einem Druck im Bereich von 1 bis 15 bar, insbesondere im Bereich von 3 bis 8 bar betrieben. Die Ex- traktivdestillationskolonne weist vorzugsweise 5 bis 70 theoretische Trennstufen auf. (NMP) / water mixture, contacted in an extraction zone. The extraction zone is generally carried out in the form of a wash column which contains trays, fillers or packings as internals. This generally has 30 to 70 theoretical plates on, so that a sufficiently good release effect is achieved. Preferably, the wash column has a backwash zone in the column head. This backwash zone is used to recover the extractant contained in the gas phase by means of a liquid hydrocarbon reflux, to which the top fraction is condensed beforehand. The mass ratio extractant to C4 product gas stream in the feed of the extraction zone is generally from 10: 1 to 20: 1. The extractive distillation is preferably carried out at a bottom temperature in the range from 100 to 250 ° C., in particular at a temperature in the range from 110 to 210 ° C., a top temperature in the range from 10 to 100 ° C., in particular in the range from 20 to 70 ° C. ° C and a pressure in the range of 1 to 15 bar, in particular operated in the range of 3 to 8 bar. The extractive distillation column preferably has from 5 to 70 theoretical plates.
Geeignete Extraktionsmittel sind Butyrolacton, Nitrile wie Acetonitril, Propionitril, Methoxypropio- nitril, Ketone wie Aceton, Furfural, N-alkylsubstituierte niedere aliphatische Säureamide wie Dimethylformamid, Diethylformamid, Dimethylacetamid, Diethylacetamid, N-Formylmorpholin, N-alkylsubstituierte zyklische Säureamide (Lactame) wie N-Alkylpyrrolidone, insbesondere N- Methylpyrrolidon (NMP). Im Allgemeinen werden alkylsubstituierte niedere aliphatische Säureamide oder N-alkylsubstituierte zyklische Säureamide verwendet. Besonders vorteilhaft sind Dimethylformamid, Acetonitril, Furfural und insbesondere NMP. Es können jedoch auch Mischungen dieser Extraktionsmittel untereinander, z.B. von NMP und Acetonitril, Mischungen dieser Extraktionsmittel mit Co-Lösungsmitteln und/oder tert.-Butyl- ether, z.B. Methyl-tert.-butylether, Ethyl-tert.-butylether, Propyl-tert.-butylether, n- oder iso-Butyl- tert.-butylether eingesetzt werden. Besonders geeignet ist NMP, bevorzugt in wässriger Lösung, vorzugsweise mit 0 bis 20 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt mit 7 bis 10 Gew.-% Wasser, insbesondere mit 8,3 Gew.-% Wasser. Suitable extractants are butyrolactone, nitriles such as acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, ketones such as acetone, furfural, N-alkyl-substituted lower aliphatic acid amides such as dimethylformamide, diethylformamide, dimethylacetamide, diethylacetamide, N-formylmorpholine, N-alkyl-substituted cyclic acid amides (lactams) such as N Alkylpyrrolidones, especially N-methylpyrrolidone (NMP). In general, alkyl-substituted lower aliphatic acid amides or N-alkyl substituted cyclic acid amides are used. Particularly advantageous are dimethylformamide, acetonitrile, furfural and in particular NMP. However, mixtures of these extractants with each other, e.g. NMP and acetonitrile, mixtures of these extractants with cosolvents and / or tert-butyl ether, e.g. Methyl tert-butyl ether, ethyl tert-butyl ether, propyl tert-butyl ether, n- or iso-butyl tert-butyl ether can be used. Particularly suitable is NMP, preferably in aqueous solution, preferably with 0 to 20 wt .-% water, particularly preferably with 7 to 10 wt .-% water, in particular with 8.3 wt .-% water.
Der Kopfproduktstrom der Extraktivdestillationskolonne enthält im Wesentlichen Butan und Bu- tene und in geringen Mengen Butadien und wird gasförmig oder flüssig abgezogen. Im Allgemeinen enthält der im Wesentlichen aus n-Butan und 2-Buten bestehende Strom bis 100 Vol.-% n-Butan, 0 bis 50 Vol.-% 2-Buten und 0 bis 3 Vol.-% weitere Bestandteile wie Isobutan, Isobuten, Propan, Propen und Cs+-Kohlenwasserstoffe. The overhead product stream of the extractive distillation column contains essentially butane and butenes and in small amounts of butadiene and is taken off in gaseous or liquid form. In general, the stream consisting essentially of n-butane and 2-butene contains up to 100% by volume of n-butane, 0 to 50% by volume of 2-butene and 0 to 3% by volume of further constituents, such as isobutane, isobutene , Propane, propene and Cs + hydrocarbons.
Der im Wesentlichen aus n-Butan und 2-Butenen und gegebenenfalls Methan bestehende Strom kann ganz oder teilweise oder auch nicht in den C4-Feed des ODH-Reaktors zurückge- führt werden. Da die Buten-Isomere dieses Rückführstroms im Wesentlichen aus 2-Butenen bestehen, und 2-Butene im Allgemeinen langsamer zu Butadien oxidativ dehydriert werden als 1 -Buten, kann dieser Rückführstrom vor der Zuführung in den ODH-Reaktor katalytisch isomeri- siert werden. Dadurch kann die Isomerenverteilung entsprechend der im thermodynamischen Gleichgewicht vorliegenden Isomerenverteilung eingestellt werden. Weiterhin kann der Strom auch einer weiteren Aufarbeitung zugeführt werden, um Butane und Butene voneinander zu trennen und die Butene ganz oder teilweise in die Oxidehydrierung zurückzuführen. Der Strom kann auch in die Maleinsäureanhydrid-Produktion gehen. In einem Schritt F) wird der Butadien und das selektive Lösungsmittel enthaltende Stoffstrom in einen im Wesentlichen aus dem selektiven Lösungsmittel bestehenden Stoffstrom und einen Butadien enthaltenden Stoffstrom destillativ aufgetrennt. Der am Sumpf der Extraktivdestillationskolonne gewonnene Stoffstrom enthält im Allgemeinen das Extraktionsmittel, Wasser, Butadien und in geringen Anteilen Butene und Butan und wird einer Destillationskolonne zugeführt. In dieser kann über Kopf oder als Seitenabzug Butadien gewonnen werden. Am Sumpf der Destillationskolonne fällt ein Extraktionsmittel und gegebenenfalls Wasser enthaltender Stoffstrom an, wobei die Zusammensetzung des Extraktionsmittel und Wasser enthaltenden Stoffstroms der Zusammensetzung entspricht, wie sie der Extraktion zugegeben wird. Der Extraktionsmittel und Wasser enthaltende Stoffstrom wird bevorzugt in die Extraktivdestillation zurückgeleitet. The stream consisting essentially of n-butane and 2-butenes and, if appropriate, methane can be recycled completely or partially or else not into the C 4 feed of the ODH reactor. Since the butene isomers of this recycle stream consist essentially of 2-butenes, and 2-butenes are generally dehydrogenated oxidatively to butadiene more slowly than 1-butene, this recycle stream can be catalytically isomerized prior to being fed to the ODH reactor. Thereby, the isomer distribution can be adjusted according to the isomer distribution present in the thermodynamic equilibrium. Furthermore, the stream can also be fed to a further work-up to separate butanes and butenes from one another and to return the butenes in whole or in part to the oxydehydrogenation. The stream can also go into maleic anhydride production. In a step F), the stream comprising butadiene and the selective solvent is fractionated by distillation into a stream consisting essentially of the selective solvent and a stream comprising butadiene. The stream obtained at the bottom of the extractive distillation column generally contains the extractant, water, butadiene and, in minor proportions, butenes and butane and is fed to a distillation column. In this can be obtained overhead or as a side take butadiene. At the bottom of the distillation column, an extractant and optionally water-containing material flow is obtained, wherein the composition of the extractant and water-containing material stream corresponds to the composition as it is added to the extraction. The extractant and water-containing stream is preferably returned to the extractive distillation.
Falls das Butadien über einen Seitenabzug gewonnen wird, wird die so abgezogene Extrakti- onslösung in eine Desorptionszone überführt, wobei aus der Extraktionslösung das Butadien nochmals desorbiert und rückgewaschen wird. Die Desorptionszone kann beispielsweise in Form einer Waschkolonne ausgeführt sein, die 2 bis 30, bevorzugt 5 bis 20 theoretische Stufen und gegebenenfalls eine Rückwaschzone mit beispielsweise 4 theoretischen Stufen aufweist. Diese Rückwaschzone dient zur Rückgewinnung des in der Gasphase enthaltenen Extrakti- onsmittels mit Hilfe eines flüssigen Kohlenwasserstoffrücklaufs, wozu die Kopffraktion zuvor kondensiert wird. Als Einbauten sind Packungen, Böden oder Füllkörper vorgesehen. Die Destillation wird vorzugsweise bei einer Sumpftemperatur im Bereich von 100 bis 300 °C, insbesondere im Bereich von 150 bis 200 °C und einer Kopftemperatur im Bereich von 0 bis 70 °C, insbesondere im Bereich von 10 bis 50 °C durchgeführt. Der Druck in der Destillationskolonne liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 bar. Im Allgemeinen herrschen in der Desorptionszone gegenüber der Extraktionszone ein verminderter Druck und/oder eine erhöhte Temperatur. If the butadiene is recovered via a side draw, the extraction solution thus extracted is transferred to a desorption zone, wherein the butadiene is desorbed again from the extraction solution and backwashed. The desorption zone can be embodied, for example, in the form of a wash column which has 2 to 30, preferably 5 to 20 theoretical stages and optionally a backwashing zone with, for example, 4 theoretical stages. This backwash zone serves to recover the extractant contained in the gas phase by means of a liquid hydrocarbon reflux, for which purpose the top fraction is condensed beforehand. As internals packings, trays or packing are provided. The distillation is preferably carried out at a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C, in particular in the range of 150 to 200 ° C and a top temperature in the range of 0 to 70 ° C, in particular in the range of 10 to 50 ° C. The pressure in the distillation column is preferably in the range of 1 to 10 bar. In general, a reduced pressure and / or elevated temperature prevails in the desorption zone relative to the extraction zone.
Der am Kolonnenkopf gewonnene Wertproduktstrom 38 enthält im Allgemeinen 90 bis 100 Vol.-% Butadien, 0 bis 10 Vol.-% 2-Buten und 0 bis 10 Vol.-% n-Butan und iso-Butan. Zur weiteren Aufreinigung des Butadiens kann eine weitere Destillation nach dem Stand der Technik durchgeführt werden. The product stream 38 obtained at the top of the column generally contains 90 to 100% by volume of butadiene, 0 to 10% by volume of 2-butene and 0 to 10% by volume of n-butane and isobutane. For further purification of the butadiene, a further distillation according to the prior art can be carried out.
Beispiele Examples
Vergleichsbeispiel Comparative example
In dem Vergleichsbeispiel ohne Seitenabzugsstrom 31 reichert sich Methacrolein (MAC) bis zu 1 ,08 Gew.-% im Kühlmittelkreislauf an. In the comparative example without side draw stream 31, methacrolein (MAC) accumulates up to 1.08% by weight in the coolant circulation.
Die Ergebnisse der Simulationsrechnung sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1 The results of the simulation calculation are summarized in Table 1. Table 1
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Fortsetzung Tabelle 1 Continuation Table 1
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Beispiel 1 example 1
Durch einen gasförmigen Seitenabzug nach Figur 1 am 1 . theoretischen Boden der Desorptionskolonne wird eine Reduzierung der MAC- Konzentration auf 0,5 Gew.-% im Kreislauflösungsmittel Mesitylen erreicht. Die Ergebnisse der Simulationsrechnung sind in Tabelle 2 zusammenge- fasst. By a gaseous side take-off of Figure 1 on 1. theoretical bottom of the desorption column is achieved a reduction of the MAC concentration to 0.5 wt .-% in the circulation solvent mesitylene. The results of the simulation calculation are summarized in Table 2.
Tabelle 2 Table 2
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Fortsetzung Tabelle 2 Continuation Table 2
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Beispiel 2 Example 2
Durch einen flüssigen Seitenabzug nach Figur 1 am 1. theoretischen Boden der Desorptionskolonne wird eine Reduzierung der MAC-Konzentration auf 0,5 Gew.-% im Kreislauflösungsmittel Mesitylen erreicht. Die Ergebnisse der Simulationsrechnung sind in Tabelle 3 zusammengefasst. By means of a liquid side draw according to FIG. 1 on the first theoretical bottom of the desorption column, a reduction of the MAC concentration to 0.5% by weight in the circulation solvent mesitylene is achieved. The results of the simulation calculation are summarized in Table 3.
Tabelle 3 Table 3
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Fortsetzung Tabelle 3 Continuation Table 3
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Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Herstellung von Butadien aus n-Butenen mit den Schritten: 1 . Process for the preparation of butadiene from n-butenes, comprising the steps of:
A) Bereitstellung eines n-Butene enthaltenden Einsatzgasstroms a; A) providing a n-butenes containing feed gas stream a;
B) Einspeisung des n-Butene enthaltenden Einsatzgasstromes a und eines sauerstoffhaltigen Gases in mindestens eine oxidative Dehydrierzone und oxidative Dehydrierung von n-Butenen zu Butadien, wobei ein Produktgasstrom b enthaltend Butadien, nicht umgesetzte n-Butene, Wasserdampf, Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, hochsiedende Nebenkomponenten, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase erhalten wird; B) feeding the n-butenes containing feed gas stream a and an oxygen-containing gas into at least one oxidative dehydrogenation and oxidative dehydrogenation of n-butenes to butadiene, wherein a product gas stream b containing butadiene, unreacted n-butenes, water vapor, oxygen, low-boiling hydrocarbons, high-boiling secondary components, optionally carbon oxides and optionally inert gases is obtained;
Ca) Abkühlung des Produktgasstroms b durch Inkontaktbringen mit einem Kühlmittel und Kondensation zumindest eines Teils der hochsiedenden Nebenkomponenten; Ca) cooling the product gas stream b by contacting it with a coolant and condensing at least part of the high-boiling secondary components;
Cb) Kompression des verbleibenden Produktgasstroms b in mindestens einer Kompressionsstufe, wobei mindestens ein wässriger Kondensatstrom c1 und ein Gasstrom c2 enthaltend Butadien, n-Butene, Wasserdampf, Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase erhalten wird; Cb) compression of the remaining product gas stream b in at least one compression stage, at least one aqueous condensate stream c1 and a gas stream c2 containing butadiene, n-butenes, water vapor, oxygen, low-boiling hydrocarbons, optionally carbon oxides and optionally inert gases is obtained;
Da) Abtrennung von nicht kondensierbaren und leicht siedenden Gasbestandteilen umfassend Sauerstoff, leicht siedende Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls Kohlenstoffoxide und gegebenenfalls Inertgase als Gasstrom d2 aus dem Gasstrom c2 durch Absorption der C4-Kohlenwasserstoffe umfassend Butadien und n-Butene in einem Absorptionsmittel, wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom und der Da) separation of non-condensable and low-boiling gas constituents comprising oxygen, low-boiling hydrocarbons, optionally carbon oxides and optionally inert gases as gas stream d2 from the gas stream c2 by absorption of the C4 hydrocarbons comprising butadiene and n-butenes in an absorbent, wherein one with C4 Hydrocarbons laden absorbent stream and the
Gasstrom d2 erhalten werden, und  Gas stream d2 can be obtained, and
Db) anschließende Desorption der C4-Kohlenwasserstoffe aus dem beladenen Absorptionsmittelstrom in einer Desorptionskolonne, wobei ein C4-Produktgasstrom d1 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorptionskolonne ein Methacrolein enthaltender Seitenabzugsstrom entnommen wird. Db) subsequent desorption of the C4 hydrocarbons from the loaded absorbent stream in a desorption column, wherein a C4 product gas stream d1 is obtained, characterized in that the desorption column a methacrolein-containing side draw stream is removed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit den zusätzlichen Schritten: 2. The method of claim 1 with the additional steps:
E) Auftrennung des C4-Produktgasstroms d1 durch Extraktivdestillation mit einem für Butadien selektiven Lösungsmittel in einen Butadien und das selektive Lösungsmittel enthaltenden Stoffstrom e1 und einen n-Butene enthaltenden Stoffstrom e2; F) Destillation des Butadien und das selektive Lösungsmittel enthaltenden Stoffstroms f2 in einen im Wesentlichen aus dem selektiven Lösungsmittel bestehenden Stoffstrom gl und einen Butadien enthaltenden Stoffstrom g2. E) separation of the C4 product gas stream d1 by extractive distillation with a solvent which is selective for butadiene into a butadiene and the stream e1 containing the selective solvent and a stream e2 containing n-butenes; F) Distillation of the butadiene and the selective solvent-containing material stream f2 in a substantially consisting of the selective solvent stream gl and a butadiene-containing stream g2.
Verfahren nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenabzugsstrom im unteren Drittel der Desorptionskolonne entnommen wird. Process according to Claims 1 or 2, characterized in that the side draw-off stream is taken off in the lower third of the desorption column.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorptionskolonne ein flüssiger Seitenabzugsstrom entnommen wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the desorption column, a liquid side draw stream is removed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorptionskolonne ein gasförmiger Seitenabzugsstrom entnommen wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the desorption column, a gaseous side draw stream is removed.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenabzugsstrom in einer Waschkolonne mit einem Strom des Absorptionsmittels gewaschen wird und so ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom erhalten wird, der in die Desorptionskolonne zurückgeführt wird. A process according to claim 4 or 5, characterized in that the side draw stream is scrubbed in a scrubbing column with a stream of the absorbent to obtain an absorbent stream laden with C4 hydrocarbons which is recycled to the desorption column.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt B) eingespeiste sauerstoffhaltige Gas mindestens 90 Vol.-% Sauerstoff enthält. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the oxygen-containing gas fed in step B) contains at least 90% by volume of oxygen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt Da) abgetrennte Gasstrom d2 zumindest teilweise in Schritt B) zurückgeführt wird. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in step Da) separated gas stream d2 is at least partially recycled in step B).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das Schritt Da) die Schritte Da1 ), Da2) und Db) umfasst: Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the step Da) comprises the steps Da1), Da2) and Db):
Da1 ) Absorption der C4-Kohlenwasserstoffe umfassend Butadien und n-Butene in einem hochsiedenden Absorptionsmittel, wobei ein mit C4-Kohlenwasserstoffen beladener Absorptionsmittelstrom und der Gasstrom d2 erhalten werden, Da1) absorption of the C4 hydrocarbons comprising butadiene and n-butenes in a high-boiling absorbent, wherein a loaded with C4 hydrocarbons absorbent stream and the gas stream d2 are obtained
Da2) Entfernung von Sauerstoff aus dem mit C4-Kohlenwasserstoffen beladenen Absorptionsmittelstrom aus Schritt Da) durch Strippung mit einem nicht kondensierbaren Gasstrom, und Da2) removal of oxygen from the loaded with C4 hydrocarbons absorbent stream from step Da) by stripping with a non-condensable gas stream, and
Db) Desorption der C4-Kohlenwasserstoffe aus dem beladenen Absorptionsmittelstrom, wobei ein C4-Produktgasstrom d1 erhalten wird, der weniger als 100 ppm Sauerstoff umfasst. Db) desorbing the C4 hydrocarbons from the loaded absorbent stream to yield a C4 product gas stream d1 comprising less than 100 ppm oxygen.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in 0. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that in
Schritt Da) eingesetzte Absorptionsmittel ein aromatisches Kohlenwasserstofflösungsmittel ist.  Step Da) used absorbent is an aromatic hydrocarbon solvent.
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