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EP-4308529-B1 - PROCESS FOR PRODUCING A TARGET COMPOUND

EP4308529B1EP 4308529 B1EP4308529 B1EP 4308529B1EP-4308529-B1

Inventors

  • Zellhuber, Mathieu
  • SCHUBERT, MARTIN
  • MEISWINKEL, ANDREAS
  • MESTL, GERHARD
  • WANNINGER, KLAUS
  • SCHECK, PETER
  • Wöhl, Anina

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20220314

Claims (10)

  1. Process for producing a target compound, in which a feed mixture (A) containing at least one reactant compound is formed, distributed onto parallel reaction tubes (10) of one or more multi-tube reactors (100), and subjected to an oxidative catalytic reaction in the reaction tubes (10), ethane being used as the feed compound and the oxidative catalytic process being carried out as oxidative dehydrogenation of the ethane, characterized in that steam is added to the feed mixture in an amount such that the steam content of the feed mixture is 5 to 95 vol.%, oxygen is added to the feed mixture in the form of a fluid containing at least 95 vol.% oxygen, and the oxidative catalytic reaction is carried out using one or more catalysts which contains or contain the metals molybdenum, vanadium, niobium and optionally tellurium, is or are at least partially made from the oxides of the metals, and is or are provided in a plurality of reaction zones (11, 12, 13) of the one or more multi-tube reactors (100), which reaction zones are arranged one after the other in a flow direction and through which the fluid flows in the flow direction, the one or more catalysts in the reaction zones (11, 12, 13) being provided with a different catalyst load and/or a different catalyst activity per unit of volume.
  2. Process according to claim 1, in which the steam content of the feed mixture is 10 to 50 vol.%, in particular 14 to 35 vol.%.
  3. Process according to either of the preceding claims, in which the oxidative catalytic process is carried out at a temperature of the catalyst(s) in a range between 240 and 500°C, in particular between 280 and 450°C, and more in particular between 300 and 400°C, and/or in which the total pressure of the feed mixture at an inlet of the multi-tube reactor(s) (100) is 1 to 10 bar (abs.), in particular 2 to 6 bar (abs.).
  4. Process according to any of the preceding claims, in which the reaction tubes are cooled using one or more cooling media which flow around the reaction tubes (10).
  5. Process according to claim 4, in which different portions of the reaction tubes (10) are cooled using different cooling media, using the same cooling medium in different cooling media circuits, and/or using the same or different cooling media in different or the same flow directions.
  6. Process according to any of the preceding claims, in which a maximum temperature difference of 60 K, 55 K, 50 K, 45 K or 40 K is maintained between one or more temperature hot spots of the reaction zones (11, 12, 13) and a coolant temperature.
  7. Process according to any of the preceding claims, in which the catalyst(s) is/are produced using hydrothermal synthesis, in particular in an autoclave and in particular using a pressure in the range of 5 to 50 bar (abs.), in particular 10 to 35 bar (abs.), more in particular 15 to 30 bar (abs.), and using a temperature in the range of 150 to 280°C, in particular 150 to 230°C, more in particular 170 to 210°C.
  8. Process according to claim 6 or 7, in which the catalyst(s) is/are produced by crystallization under hydrothermal conditions using molybdenum trioxide, divanadium pentoxide and optionally tellurium dioxide and using oxo ligands, wherein the oxo ligands in particular each have at least two oxygen atoms and are selected from carboxylic acids and alcohols, in particular from oxalic acid, citric acid and 1,2-alkanediols.
  9. Process according to any of claims 6 to 8, in which the catalyst(s) is/are formed into a particle shape by compression.
  10. Process according to any of claims 6 to 9, wherein the catalyst(s) in particular comprises/comprise a catalytically inactive component, in particular a catalytically inactive metal oxide, and wherein catalytic zones are provided in the reaction tubes, in which zones the catalyst(s) is/are diluted using the inactive metal oxide in different amounts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zielverbindung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Hintergrund der Erfindung Die oxidative Dehydrierung (engl. Oxidative Dehydrogenation, ODH) von Paraffinen mit zwei bis vier Kohlenstoffatomen ist grundsätzlich bekannt. Bei der ODH werden die genannten Paraffine mit Sauerstoff unter anderem zu den jeweiligen Olefinen und zu Wasser umgesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft die oxidative Dehydrierung von Ethan zu Ethylen, nachfolgend auch als ODHE bezeichnet. Die ODH(E) kann gegenüber etablierteren Verfahren zur Herstellung von Olefinen wie dem Steamcracken oder der katalytischen Dehydrierung vorteilhaft sein. So besteht aufgrund der Exothermie der beteiligten Reaktionen und der praktisch irreversiblen Wasserbildung keine thermodynamische Gleichgewichtslimitierung. Die ODH(E) kann bei vergleichsweise geringen Reaktionstemperaturen durchgeführt werden. Grundsätzlich ist keine Regenerierung der eingesetzten Katalysatoren erforderlich, da die Anwesenheit von Sauerstoff eine in-situ-Regenerierung ermöglicht bzw. bewirkt. Schließlich werden im Gegensatz zum Steamcracken geringere Mengen an wertlosen Nebenprodukten wie Koks gebildet. Zu weiteren Details bezüglich der ODH(E) sei auf einschlägige Fachliteratur, beispielsweise Ivars, F. und Löpez Nieto, J. M., Light Alkanes Oxidation: Targets Reached and Current Challenges, in: Duprez, D. und Cavani, F. (Hrsg.), Handbook of Advanced Methods and Processes in Oxidation Catalysis: From Laboratory to Industry, London 2014: Imperial College Press, Seiten 767-834, oder Gärtner, C.A. et al., Oxidative Dehydrogenation of Ethane: Common Principles and Mechanistic Aspects, ChemCatChem, Bd. 5, Nr. 11, 2013, Seiten 3196 bis 3217, sowie X. Li, E. Iglesia, Kinetics and Mechanism of Ethane Oxidation to Acetic Acid on Catalysts Based on Mo-V-Nb Oxides, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 15001-15008, verwiesen. In der WO 2019/243480 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Olefine und einer oder mehrerer Carbonsäuren vorgeschlagen, bei dem ein oder mehrerer Paraffine einer oxidativen Dehydrierung unterworfen wird oder werden. Für die oxidative Dehydrierung wird ein Reaktor mit mehreren Reaktionszonen verwendet, ein Gasgemisch mit dem einen oder den mehreren Paraffinen wird nacheinander durch die Reaktionszonen geführt, und zumindest zwei der mehreren Reaktionszonen werden einer Temperaturbeeinflussung in unterschiedlichem Umfang unterworfen. Insbesondere haben sich für die ODH(E) MoVNb-basierte Katalysatorsysteme als vielversprechend herausgestellt, wie beispielsweise bei F. Cavani et al., "Oxidative dehydrogenation of ethane and propane: How far from commercial implementation?", Catal. Today, 2007, 127, 113-131, erwähnt. Auch zusätzlich Te enthaltende Katalysatorsysteme können verwendet werden. Ist hier von einem "MoVNb-basierten Katalysatorsystem" oder einem "MoVTeNb-basierten Katalysatorsystem" die Rede, sei hierunter ein Katalysatorsystem verstanden, das die genannten Elemente als Mischoxid aufweist, auch ausgedrückt mit MoVNbOx bzw. MoVTeNbOx. Die Angabe von Te in Klammern steht für dessen optionale Anwesenheit. Die Erfindung kommt insbesondere mit solchen Katalysatorsystemen zum Einsatz. Bei der ODH werden insbesondere bei Verwendung von MoVNb(Te)Ox-basierten Katalysatoren unter industriell relevanten Reaktionsbedingungen signifikante Mengen der jeweiligen Carbonsäuren der eingesetzten Paraffine, im Falle der ODHE insbesondere Essigsäure, als Nebenprodukte gebildet. Für einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb ist daher eine Koppelproduktion von Olefinen und der Carbonsäuren bei Verwendung des beschriebenen Katalysatortyps in der Regel unvermeidlich, eine bevorzugte Bildung von Olefinen allerdings wünschenswert. Gemäß Stand der Technik sind Umsatz und Selektivität bei der ODH(E) zumeist begrenzt und nur für wenige Katalysatorsysteme, wie insbesondere die genannten MoVNbTeOx-Systeme werden in letzter Zeit ausreichend hohe Umsätze und Selektivitäten berichtet, die eine wirtschaftlich sinnvolle technische Umsetzung versprechen, die konkurrenzfähig zu z.B. Steamcracking sein kann. Dennoch ist bislang keine solche technische Umsetzung realisiert und der Stand der Technik beschränkt sich auf Anlagen im Labor- bzw. maximal Pilotmaßstab. Im Allgemeinen finden bei technisch relevanten oxidativen Prozessen wie z.B. der Herstellung von Maleinsäureanhydrid (MSA) aus Butan, Buten oder Benzol oder auch der zweistufigen Synthese von Acrylsäure aus Propylen über das Intermediat Acrolein sauerstoffarme Bedingungen Verwendung. Es erfolgt üblicherweise Verwendung von sauerstoffabgereicherter Luft als Oxidationsmittel. Beispielhaft sei hier die DE 198 37 519 A1 zur Oxidation von Propan zu Acrolein und/oder Acrylsäure genannt. Eine aktuelle Übersicht zur MSA-Synthese, die ausnahmslos mit Luft als Oxidationsmittel erfolgt, findet sich beispielsweise auch bei P.V. Mangili et al., "Eco-efficiency and techno-econom