Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein wärmeintegriertes Verfahren zur Herstellung von C2-C ₄ -Olefinen aus Dimethylether und optional Methanol.

Es ist bekannt, Propylen durch Umsetzung eines Methanol/Dimethylether-Gemischs in einem Festbettreaktor (Methanol-to-Propylene, MTP-Reaktor) zu erzeugen. Bekannte Festbettreaktoren werden mit Zeolith-Katalysatoren bei Temperaturen von ca. 480°C betrieben. Hierzu ist es erforderlich, den Methanol/DME-haltigen Eduktgasstrom vor Eintritt in den Reaktor auf hohe Temperaturen aufzuheizen.

L. Jiang et al., Chinese Journal of Chemical Engineering 26 (2018), 2102 - 2111 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von Propylen aus Methanol, bei dem Methanol zunächst zu Dimethylether (DME) umgesetzt und anschließend das Produktgemisch zu Propylen und weitere Produkten umgesetzt wird. Unter Bezugnahme auf die Figur 8 dieser Veröffentlichung wird das Verfahren wie folgt beschrieben: Methanol wird durch Wärmetausch mit dem Produktgas des DME-Reaktors in einem Wärmetauscher vorgeheizt, verdampft und weiter aufgeheizt. Mit einer Temperatur von 270°C wird der Methanoldampf in den DME-Reaktor eingespeist. Ein erster Teilstrom des Produktgases des DME-Reaktors wird anschließend durch Wärmetausch mit einem Kohlenwasserstoff-Rückführstrom, kaltem Methanol und zirkulierendem Kühlwasser auf eine Temperatur von 150°C abgekühlt, und das dabei gebildete Gas/Flüssigkeitsgemisch wird in einem Phasenseparator aufgetrennt. Die Gasphase wird erneut aufgeheizt, während die flüssige Phase weiter abgekühlt wird, und Gas- und Flüssigphase werden in die einzelnen Horden des Propylen-Festbettreaktors (MTP-Reaktor) eingespeist. Alternativ kann auch nur Methanol in die einzelnen Horden des MTP-Reaktors eingespeist werden. Der zweite Teilstrom des Produktgases des DME-Reaktors wird mit dem Kohlenwasserstoff-Rückführstrom und Wasserdampf gemischt, mit einem Brenner auf eine Temperatur von etwa 460°C aufgeheizt und in den Propylen-Reaktor eingespeist, in dem praktisch das gesamte Methanol und DME zu Propylen und weiteren Kohlenwasserstoffen umgesetzt werden.

Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist, dass ein Großteil der Wärmemenge, die zur Aufheizung der in den Propylenreaktor eingespeisten Eduktströme benötigt wird, durch Verbrennung von Erdgas oder anderen fossilen Kohlenwasserstoffen in einem Brenner bereitgestellt wird. Dies wirkt sich sehr negativ auf die CO2-Bilanz des Gesamtverfahrens aus. Vor dem Hintergrund des sich verschärfenden anthropogenen Klimawandels werden aber zunehmend industrielle Produktionsverfahren angestrebt, die netto nur noch wenig oder besser überhaupt kein CO2 fossilen Ursprungs mehr in die Atmosphäre emittieren. Aufgabe der Erfindung ist es, ein wärmeintegriertes Verfahren zur Herstellung von C2-C ₄ -Ole- fine ausgehend von Dimethylether bereitzustellen, bei dem auf die Bereitstellung von Prozesswärme durch Verbrennung prozessfremder fossiler Kohlenwasserstoffe im stationären Betrieb verzichtet werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von C2-C4-Olefinen aus Dimethylether und gegebenenfalls Methanol mit den Schritten:

A) Bereitstellung eines Dimethylether enthaltenden Stroms A;

B) Mischen von mindestens einem Teil des Stroms A mit mindestens einem Kohlenwasserstoff-Rückführstrom R enthaltend C2-C6-Kohlenwasserstoffe und einem Wasserdampfstrom G2, wobei ein Einspeisungsstrom B erhalten wird;

C) Aufheizen des Einspeisungsstroms B in einem oder mehreren Wärmetauschern auf eine Temperatur im Bereich von 430 bis 500 °C und Einspeisung in einen Olefin-Festbettreak- tor, wobei das Aufheizen auch vor dem Mischen einzelner Teilströme zum Einspeisungsstrom B in Schritt B) stattfinden kann;

D) katalytische Umsetzung des Einspeisungsstroms B bei einer Temperatur im Bereich von 430 bis 520 °C zu einem Produktgasstrom D enthaltend C2-C ₄ -Olefine, weitere C2-C6- Kohlenwasserstoffe, Methanol und Wasserdampf;

E) Abkühlen des Produktgasstroms D in einem oder mehreren Wärmetauschern auf eine Temperatur im Bereich von 170 bis 220 °C durch Wärmetausch mit dem Einspeisungsgasstrom B;

F) weitere Abkühlung des Produktgasstroms D auf eine Temperatur im Bereich von 35 bis 65 °C durch Inkontaktbringen mit mindestens einem Wasser enthaltenden Quench-Kreis- laufstrom K, wobei Wasser und Methanol auskondensiert werden und ein an Wasser und Methanol abgereicherter Kohlenwasserstoff-Produktgasstrom F erhalten wird;

G) Abtrennung mindestens eines Teilstroms G1 des mindestens einen wasserhaltigen Quench-Kreislaufstroms K und Aufheizen und Verdampfen des Teilstroms G1 in einem oder mehreren Wärmetauschern durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf, oder Aufheizen und Verdampfen des Teilstroms G1 durch elektrische Beheizung, wobei ein Wasserdampfstrom G2 erhalten wird, und Einspeisung des Wasserdampfstroms G2 in Schritt B);

H) Abtrennung eines oder mehrerer, C2-C ₄ -Olefine enthaltender Produktströme P und Gewinnung mindestens eines Kohlenwasserstoff-Rückführstroms R enthaltend C2-Ce-Koh- lenwasserstoffe aus dem Kohlenwasserstoff-Produktgasstrom F und Rückführung in Schritt B).

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt A) ein im Wesentlichen aus DME bestehender (> 90 Gew.-% DME) Strom A in den Prozess eingespeist und in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste Teilstrom A-1 umfasst maximal 80 Gew.-% des Stroms A und wird wie in Schritt B) beschrieben eingesetzt. Der zweite Teilstrom wird mit einem Teilstrom G3 des in Schritt G) genannten wasserhaltigen Quench-Kreislaufstroms gemischt und als Strom A-2 ohne weiteres Aufheizen in eine oder mehrere einzelne Horden des Olefin-Festbettreaktor des Schrittes C) eingespeist. Es ist auch möglich, den Olefin-Festbettreaktor isotherm zu betreiben. Ein isothermer Betrieb kann beispielsweise in der in WO2017/102096 A1 beschrieben Art und Weise erfolgen. So können in den Olefin-Festbettreaktor Wärmeübertragerflächen eingebaut sein, die beispielweise mit Flüssigsalz oder Hochdruckdampf ais Wärmeübertragermedium betrieben werden. Indem das Wärmeübertragermedium durch die Wärmeübertragerflächen in dem Reaktor strömt, wird die entstehende Reaktionswärme aus dem Reaktor abgeführt und dieser somit isotherm betrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt

A) das Einspeisen eines Methanol enthaltenden Einspeisungsgasstroms A1 in einen Dimethylether-Festbettreaktor und die katalytische Umsetzung von Methanol zu Dimethylether, wobei ein Produktgasstrom enthaltend Dimethylether, Methanol und Wasserdampf erhalten wird. Falls der Strom A1 Ethanol enthält, wird der Produktstrom A neben Dimethylether, Methanol und Wasserdampf auch Ethanol und Ethylen enthalten.

C2-C ₄ -Olefinen sind Ethylen, Propylen, 1 -Buten, 2-Butene und Isobuten. Vorzugsweise werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ethylen und/oder Propylen hergestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren somit die Schritte:

A) Einspeisen eines Methanol enthaltenden Einspeisungsstroms A1 in einen Dimethylether- Festbettreaktor und katalytische Umsetzung von Methanol zu Dimethylether, wobei ein Produktstrom A enthaltend Dimethylether, Methanol und Wasserdampf erhalten wird;

B) Mischen von mindestens einem Teil des Produktstroms A mit mindestens einem Kohlenwasserstoff-Rückführstrom R enthaltend C2-C6-Kohlenwasserstoffe und einem Wasserdampfstrom G2, wobei ein zweiter Einspeisungsstrom B erhalten wird;

C) Aufheizen des zweiten Einspeisungsstroms B in einem oder mehreren Wärmetauschern auf eine Temperatur im Bereich von 430 bis 500 °C und Einspeisung in einen Olefin-Festbettreaktor, wobei das Aufheizen auch vor dem Mischen einzelner Teilströme zum Einspeisungsstrom B in Schritt B) stattfinden kann;

D) katalytische Umsetzung des Einspeisungsstroms B bei einer Temperatur im Bereich von 430 bis 520 °C zu einem Produktgasstrom D enthaltend Ethylen, Propylen, weitere C2-C6- Kohlenwasserstoffe, Methanol und Wasserdampf;

E) Abkühlen des Produktgasstroms D in einem oder mehreren Wärmetauschern auf eine Temperatur im Bereich von 170 bis 220 °C durch Wärmetausch mit dem Einspeisungsstrom B;

F) weitere Abkühlung des Produktgasstroms D auf eine Temperatur im Bereich von 35 bis 65 °C durch Inkontaktbringen mit mindestens einem wasserhaltigem Quench-Kreislauf- strom K, wobei Wasser und Methanol auskondensiert werden und ein an Wasser und Methanol abgereicherter Kohlenwasserstoff-Produktgasstrom F erhalten wird;

G) Abtrennung mindestens eines Teilstroms G1 des mindestens einen wasserhaltigen Quench-Kreislaufstroms K und Aufheizen und Verdampfen des Teilstroms G1 in einem oder mehreren Wärmetauschern durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf, oder Aufheizen und Verdampfen des Teilstroms G1 durch elektrische Beheizung, wobei ein Wasserdampfstrom G2 erhalten wird, und Einspeisung des Wasserdampfstroms G2 in Schritt B);

H) Abtrennung eines oder mehrerer, Ethylen und/oder Propylen enthaltender Produktströme P und Gewinnung mindestens eines Kohlenwasserstoff-Rückführstroms R enthaltend C2- Ce-Kohlenwasserstoffe aus dem Kohlenwasserstoff-Produktgasstrom F und Rückführung in Schritt B).

In Schritt A) wird vorzugsweise ein Methanol enthaltender Einspeisungsstrom A1 in einen Dimethylether-Festbettreaktor eingespeist und Methanol zu Dimethylether katalytisch umgesetzt, wobei ein Produktstrom A enthaltend Dimethylether, Methanol und Wasserdampf erhalten wird.

Ein Methanol enthaltender Einspeisungsstrom A1 , der vorzugsweise aus einer vorgeschalteten Methanol-Syntheseanlage stammt, wird verdampft und auf eine Temperatur von im Allgemeinen 250 bis 300°C, beispielsweise 275°C, aufgeheizt und in den Dimethylether-Festbettreaktor eingespeist. Als Katalysator wird im Allgemeinen gamma-Aluminiumoxid eingesetzt. Die Temperatur der Umsetzung beträgt im Allgemeinen 250 bis 400°C, der Druck beträgt im Allgemeinen 1 bis 25 bar, beispielsweise 4 bar. Der den Dimethylether-Festbettreaktor verlassende erste Produktgasstrom weist eine Temperatur von im Allgemeinen 350 bis 400°C, beispielsweise von 370°C auf. Der Methanol-Umsatz beträgt im Allgemeinen 50 bis 90%, vorzugsweise 65 bis 85%, beispielsweise 75%. Der Produktgasstrom A wird durch Wärmetausch mit dem Methanol enthaltende Einspeisungsstrom A1 abgekühlt. Der erste Produktgasstrom weist nach dem Wärmetausch eine Temperatur von im Allgemeinen 180 bis 250 °C auf.

In einem Schritt B) wird zumindest ein Teil dieses Stroms A mit einem Kohlenwasserstoff-Rückführstrom enthaltend C2-C6-Kohlenwasserstoffe und einem Wasserdampfstrom G2 gemischt, wobei ein Einspeisungsgasstrom B erhalten wird. Im Allgemeinen beträgt dieser Teil des Stroms A mindestens 50 Gew.-% und vorzugsweise bis zu 80 Gew.-%. Ein weiterer Teil A-2 des Stroms A von vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% kann direkt einer oder mehreren Horden des Olefin-Festbettreaktors zugeführt werden. Stammt dieser Teil des Stroms A aus einem vorgelagerten Dimethylether-Reaktor, so wird er vor der Einspeisung in die Horden des Olefin- Festbettreaktors im Allgemeinen gekühlt, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 30 bis 60 °C. Dieser Teilstrom A-2 wird vorzugsweise flüssig in den Reaktor eingespeist.

Die Kühlung durch den Teilstrom A-2 kann auch entfallen, wenn der Olefin-Festbettreaktor isotherm betrieben und gekühlt wird. Ein isothermer Betrieb kann beispielsweise in der in WO2017/102096 A1 beschrieben Art und Weise erfolgen. So können in den Olefin-Festbettreaktor Wärmeübertragerflächen eingebaut sein, die beispielweise mit Flüssigsalz oder Hochdruckdampf ais Wärmeübertragermedium betrieben werden. Indem das Wärmeübertragermedium durch die Wärmeübertragerflächen in dem Reaktor strömt, wird die entstehende Reaktionswärme aus dem Reaktor abgeführt und dieser somit isotherm betrieben. Zur Einstellung der gewünschten Produktverteilung in dem Produktgasstrom D kann auch hier ein Teilstrom A-2 einer Zwischenstufe des Olefin-Festbettreaktors zugeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Methanol enthaltender Strom direkt einer oder mehreren Horden des Olefin-Festbettreaktors zugeführt. Vorzugsweise wird ein Teil des Methanol enthaltenden ersten Einspeisungsstroms A1 , der beispielsweise aus einer vorgeschalteten Methanol-Syntheseanlage stammt, direkt in den Olefin-Festbettreaktor eingespeist. Dieser Teil des Methanol enthaltenden Einspeisungsstroms A1 kann bis zu 60 Gew.-% des gesamten Einspeisungsstroms A1 betragen.

Der Kohlenwasserstoff-Rückführstrom R, der aus der Abtrennung der C2-C4-Olefine stammt, enthält im Allgemeinen C4-C6-Kohlenwasserstoffe.Je nachdem, ob in Schritt H) Ethylen, Propylen oder Butene als Wertprodukt erhalten werden, kann der Kohlenwasserstoff-Rückführstrom R auch Ethylen, Propylen und/oder Butene enthalten. Enthält die in Schritt H) als Produkt gewonnene C2-C4-Olefinmenge beispielsweise zu mindestens 85 Gew.-% Propylen, besteht Strom R zu mindestens 50 Gew.-% aus C ₄ -C6-Kohlenwasserstoffen. Der Kohlenwasserstoff- Rückführstrom R weist vor dem Vermischen im Allgemeinen eine Temperatur im Bereich von 100 bis 175 °C, bevorzugt im Bereich von 130 bis 160 °C auf. Der Kohlenwasserstoff-Rückführstrom R wird vorzugsweise durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf aufgeheizt und weist vor dem Aufheizen eine Temperatur von im Allgemeinen 30 bis 100 °C, bevorzugt von 50 bis 80 °C auf.

Der Produktstrom A des Dimethylether-Festbettreaktors wird weiterhin mit einem Wasserdampfstrom G2 gemischt. Der Wasserdampfstrom G2 weist im Allgemeinen eine Temperatur im Bereich von 100 bis 200 °C, bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 °C auf. Dieser Wasserdampfstrom wird erfindungsgemäß durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf aufgeheizt.

Der so erhaltene Einspeisungsstrom B enthält im Allgemeinen 15 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-% Wasserdampf. Er enthält im Allgemeinen weiterhin 5 bis 10 Gew.-% Methanol, 10 bis 20 Gew.-% Dimethylether und 25 bis 50 Gew.-% C2-C6-Kohlenwasserstoffe.

In einem Schritt C) wird der Einspeisungsstrom B in einem oder mehreren Wärmetauschern auf eine Temperatur im Bereich von 430 bis 500 °C aufgeheizt und in einen Olefin-Festbettreaktor eingespeist. Das Aufheizen kann auch vor dem Mischen einzelner Teilströme in Schritt B) stattfinden.

Im Allgemeinen weist der Einspeisungsstrom B beim Einspeisen in den Olefin-Festbettreaktor eine Temperatur im Bereich von 430 bis 500°C, beispielsweise von 470°C auf. Das Aufheizen des Einspeisungsstroms B erfolgt auf diese Temperatur erfolgt durch Wärmetausch mit dem (zweiten) Produktgasstrom D des Olefin-Festbettreaktors. Durch das erfindungsgemäße Aufheizen des Wasserdampfstroms G1 durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf kann in dem Einspeisungsstrom B durch Wärmetausch mit dem (zweiten) Produktgasstrom D eine Temperatur von 430 bis 500°C erreicht werden, ohne dass es im stationären Betrieb einer zusätzlichen Beheizung mit einem Brenner bedarf. Die geringen Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Gasströmen B und D erhöhen die erforderliche Wärmeübertragungsfläche. In Anlagen mit hoher Produktionskapazität kann dies zu unverhältnismäßig großen Wärmetauschern führen. In solchen Fällen kann der letzte Teil der Aufheizung des Einspeisungsstroms B auch mit einem elektrischen Wärmetauscher durchgeführt werden, was die Temperaturdifferenz in den Wärmetauschern zwischen Strom B und D erhöht. Dadurch wird die erforderliche Wärmeübertragungsfläche auf ein implementierbares Maß reduziert. Solange der elektrische Strom ohne Verbrennung fossiler Energieträger erzeugt wird, erfolgt das Aufheizen von Strom B weiterhin ohne CO2-Emissionen.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufheizen des zweiten Einspeisungsgasstroms B in Schritt C) zum Teil mittels eines elektrischen Wärmetauschers.

Es folgt in Schritt D) die katalytische Umsetzung in dem Olefin-Festbettreaktor zu einem Produktgasstrom D enthaltend Ethylen, Propylen, weitere C2-C6-Kohlenwasserstoffe, Methanol und Wasserdampf. Die Umsetzung erfolgt im Allgemeinen an einem Zeolith-Katalysator, bevorzugt an einem Katalysator auf Basis eines ZSM-5-Zeolithen. Die Reaktionstemperatur beträgt im Allgemeinen 430 bis 500°C, bevorzugt 460 bis 480°C. Der Druck beträgt im Allgemeinen 1 ,3 bis 4 bar. Der erhaltene zweite Produktgasstrom D ist vorzugsweise wie folgt zusammengesetzt: 1 bis 15 Gew.-% Ethylen, 1 bis 15 Gew.-% Propylen, 35 bis 70 Gew.-% Wasser, 20 bis 65 Gew.- % C2-C6-Kohlenwasserstoffe, sowie C6 ⁺ -Kohlenwasserstoffe und 0,1 bis 1 ,5 Gew.-% Methanol und DME.

Der Olefin-Festbettreaktor ist im Allgemeinen als Hordenreaktor ausgestaltet. Die Zahl der Horden beträgt vorzugsweise 4 bis 6. In einer Ausführungsform werden insgesamt bis zu 50 Gew.- % des Gasstroms A direkt einer oder mehreren Horden des Olefin-Festbettreaktors, vorzugsweise allen Horden des Olefin-Festbettreaktors, zugeführt. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Methanol enthaltender Strom direkt einer oder mehreren Horden des Olefin-Festbettreaktors, vorzugsweise allen Horden des Olefin-Festbettreaktors, zugeführt.

Der (zweite) Produktgasstrom D weist bei Austritt aus dem Reaktor eine Temperatur von im Allgemeinen 430 bis 520°C, bevorzugt 460 bis 480°C auf.

In einem Schritt E) wird der Produktgasstrom D in einem oder mehreren Wärmetauschern auf eine Temperatur im Bereich von 160 bis 220°C durch Wärmetausch mit dem Einspeisungsgasstrom B abgekühlt. Nach diesem Abkühlschritt beträgt die Temperatur des (zweiten) Produktgasstroms D im Allgemeinen 160 bis 220°C, vorzugsweise 170 bis 210°C, beispielsweise 190°C.

In einem Schritt F) erfolgt eine weitere Abkühlung des Produktgasstroms D auf eine Temperatur im Bereich von 35 bis 60°C durch Inkontaktbringen mit einem oder mehreren wasserhaltigen Quench-Kreislaufströmen, wobei Wasser und Methanol auskondensiert werden und ein an Wasser und Methanol abgereicherter Kohlenwasserstoff-Produktgasstrom F erhalten wird. Der so erhaltene Kohlenwasserstoff-Produktgasstrom F enthält im Wesentlichen Ethylen, Propylen und weitere C2-C6-Kohlenwasserstoffe.

In einem Schritt G) wird ein Teil des Wassers des mindestens einen Quench-Kreislaufstroms K abgetrennt und dieser Teilstrom G1 erfindungsgemäß in einem oder mehreren Wärmetauschern durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf aufgeheizt und verdampft, oder dieser Teilstrom G1 wird durch elektrische Beheizung aufgeheizt und verdampft, wobei ein aufgeheizter Wasserdampfstrom G2 erhalten wird. Dieser aufgeheizte Wasserdampfstrom G2 wird in Schritt B) mit dem aus dem Dimethylether-Festbettreaktor stammenden ersten Produktstrom A (bzw. dem Einspeisungsstrom A) gemischt.

Im Allgemeinen wird der Wasser enthaltende Quench-Kreislaufstrom in Schritt G) zu mindestens 50%, bezogen auf die zugeführte Wärmemenge, durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf oder über eine elektrische Beheizung aufgeheizt. Zusätzlich kann der Teilstrom G1 des wasserhaltigen Quench-Kreislaufstroms in Schritt G) zusätzlich durch Wärmetausch mit dem Produktgasstrom D aufgeheizt und verdampft werden.

Vor dem Aufheizen ist der abgetrennte Teilstrom G1 des Quench-Kreislaufstroms K flüssig und weist im Allgemeinen eine Temperatur im Bereich von 70 bis 100 °C auf. Nach dem Aufheizen und Verdampfen weist der Wasserdampfstrom G1 eine Temperatur im Bereich von 100 bis 150 °C, bevorzugt 120 bis 140 °C, und entsprechend einen Druck von 1 bis 6 bar, vorzugsweise von 2 bis 4 bar auf.

In einer ersten Ausführungsform erfolgt das Aufheizen des dem Quench-Kreislauf entnommenen Wasserstroms G1 durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf. Mitteldruck-Wasserdampf im Sinne der vorliegenden Erfindung ist Wasserdampf mit einer Temperatur von mindestens 150 °C und einem Druck von mindestens 5 bar, vorzugsweise einer Temperatur im Bereich von 150 bis 250 °C, bevorzugt 150 bis 200 °C und entsprechend einem Druck im Bereich von 5 bis 17 bar, bevorzugt 5 bis 11 bar.

Alle angegebenen Drücke sind Absolutdrücke.

Der in Schritt G) eingesetzte Mitteldruck-Wasserdampfstrom stammt vorzugsweise aus einer dem Schritt A) vorgelagerten Methanol-Synthese und/oder aus einer dieser Methanolsynthese vorgelagerten Synthesegas-Herstellung. Der Mitteldruck-Wasserdampfstrom kann aus räumlich benachbarten, separaten Produktionsanlagen stammen.

In einer zweiten Ausführungsform erfolgt das Aufheizen des dem Quench-Kreislauf entnommenen Wasserstroms G1 durch elektrische Beheizung. Die elektrische Beheizung kann beispielsweise in einem Kessel mit eingebauten elektrischen Heizelementen erfolgen. Die der elektrischen Beheizung zugeführte elektrische Energie wird erfindungsgemäß überwiegend regenerativ, also ohne Verbrennung von fossilen Energieträgern, erzeugt. Die der elektrischen Beheizung zugeführte elektrische Energie wird somit weitgehend ohne klimaschädliche CC>2-Emissionen bereitgestellt.

Der Mitteldruck-Wasserdampf kann ebenfalls durch elektrische Beheizung erzeugt werden. Die elektrische Beheizung kann beispielsweise in einem Kessel mit eingebauten elektrischen Heizelementen erfolgen.

In einem Schritt H) werden aus dem Kohlenwasserstoff-Produktgasstrom F ein oder mehrere C2-C4-Olefine enthaltende Produktströme P abgetrennt und mindestens ein C2-Ce-Kohlenwas- serstoffe enthaltender Rückführstrom R gewonnen. Der Gesamtrückführstrom R wird im Allgemeinen aus mehreren einzelnen Rückführströmen zusammengesetzt. Im Allgemeinen enthält der gesamte, C2-C6-Kohlenwasserstoffe enthaltende Rückführstrom R im Wesentlichen, das heißt zu >95 Gew.-% C2-C6-Kohlenwasserstoffe.

Der Kohlenwasserstoff-Rückführstrom R enthaltend C2-C6-Kohlenwasserstoffe kann ebenfalls durch Wärmetausch mit Mitteldruck-Wasserdampf aufgeheizt werden.

Der Kohlenwasserstoff-Rückführstrom R enthaltend C2-C6-Kohlenwasserstoffe kann vor dem Vermischen mit dem Strom A zum Einspeisungsstrom B durch Wärmetausch mit dem Produktgasstrom D aufgeheizt werden.

Im Allgemeinen umfasst der Schritt H) die Schritte H1) bis H7):

H1) Kompression des Kohlenwasserstoff-Produktgasstroms F, wobei ein Propylen, C4-, C5- und C6 ⁺ -Kohlenwasserstoffe enthaltender flüssiger Kohlenwasserstoffstrom H11 und ein Ethan, Ethen und Propylen enthaltender gasförmiger Kohlenwasserstoffstrom H12 gewonnen werden;

H2) Abtrennung von Wasser aus dem flüssigen Kohlenwasserstoffstrom H11 durch Phasentrennung, wodurch ein flüssiger Kohlenwasserstoffstrom H21 erhalten wird;

H3) Abtrennung eines Propylen enthaltenden Stroms H31 aus dem flüssigen Kohlenwasserstoffstrom H21 , wobei ein C ₄ -, C5- und C6 ⁺ -Kohlenwasserstoffe enthaltender Strom H32 erhalten wird; oder Abtrennung eines Propylen und C4-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Stroms H31 , wobei ein C4-, C5- und C6 ⁺ -Kohlenwasserstoffe enthaltender Strom H32 erhalten wird;

H4) Abtrennung eines C6 ⁺ -Kohlenwasserstoffe enthaltenden Stroms H41 aus dem C4-, C5- und C6 ⁺ -Kohlenwasserstoffe enthaltenden Strom H32, wobei ein C ₄ -, C5- und Cß-Kohlen- wasserstoffe enthaltender Strom H42 erhalten wird; gegebenenfalls enthält der Strom H41 aromatische Ce-Kohlenwasserstoffe und der Strom H42 aliphatische Ce-Kohlenwas- sertsoffe; H5) Abtrennung eines Propylen enthaltenden Stroms H51 aus dem Ethan, Ethen und Propylen enthaltenden gasförmiger Kohlenwasserstoffstrom H12, wobei ein Ethan und Ethen enthaltender Strom H52 erhalten wird;

H6) Abtrennung eines Butene enthaltenden Stroms H61 aus dem C4-, C5- und Ce-Kohlenwas- serstoffe enthaltender Strom H42, wobei ein C5- und Ce-Kohlenwasserstoffe enthaltender Strom H62 gewonnen wird; und/oder Abtrennung eines Propylen enthaltenden Stroms H63 aus dem Strom H31 , wobei ein Butene enthaltender Strom H64 erhalten wird;

H7) Gewinnung mindestens eines Rückführstroms R aus einem oder mehreren der Ströme ausgewählt aus dem C ₄ -, C5- und Cß-Kohlenwasserstoffe enthaltender Strom H42, dem C5- und Ce-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Strom H62, dem Propylen enthaltenden Strom H31 , dem Propylen enthaltenden Strom H51 , dem Propylen enthaltenden Strom H63, dem Butene enthaltenden Strom H61 , dem Butene enthaltenden Strom H64 und dem Ethan und Ethen enthaltenden Strom H52.

Die Schritte H3), H4), H5) und H6) werden in üblichen Destillationsvorrichtungen durchgeführt. Als Destillationsvorrichtungen kommen grundsätzlich die dem Fachmann für derartige Trennaufgaben bekannten Vorrichtungen in Frage. Neben dem eigentlichen Kolonnenkörper mit Einbauten enthält die Destillationskolonne wie üblich noch einen Kopfkondensator und einen Sumpfverdampfer. Der Kolonnenkörper kann beispielsweise mit Packungen, Füllkörpern oder Böden bestückt sein. Die Destillationsvorrichtungen können mit dem allgemeinen Wissen des Fachmanns ausgelegt und betrieben werden.

Vorzugsweise schließt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von C2-C ₄ -Ole- finen aus Dimethylether und gegebenenfalls Methanol an ein Verfahren zur Herstellung von Methanol an, wobei das Verfahren zur Herstellung von Methanol die folgenden Schritte umfasst:

(a) aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff (I) in einer Synthesegas-Erzeugungseinheit wird ein Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff enthaltendes Synthesegas (II) erzeugt;

(b) das Synthesegas (II) aus Stufe (a) wird einer Methanol-Syntheseeinheit zuführt und bei einer Temperatur von 150 bis 300°C und einem Druck von 5 bis 10 MPa abs in Gegenwart eines Methanol-Synthesekatalysators zu einem Methanol, Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Dimethylether und Methan enthaltenden Reaktionsgemisch umgesetzt, aus diesem ein mit Methanol und Wasser angereicherter Roh-Methanolstrom (III) auskondensiert, und der Roh-Methanolstrom (III) sowie ein Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und Methan enthaltenden gasförmigen Strom (IV) aus der Methanol- Syntheseeinheit abgeführt;

(c) der Roh-Methanolstrom (III) aus Stufe (b) wird in einer Entspannungseinheit auf einen Druck von 0,1 bis 2 MPa abs entspannt und ein Kohlendioxid und Methan enthaltendes Entspannungsgas (V) sowie ein mit Methanol und Wasser angereicherter entgaste Roh- Methanolstrom (VI) erhalten; (d) aus dem entgasten Roh-Methanolstrom (VI) aus Stufe (c) wird in einer Destillationsvorrichtung ein Kohlendioxid und Dimethylether enthaltender Leichtsiederstrom (VII) destillativ abgetrennt und ein mit Methanol und Wasser angereicherten Sumpfstrom (VIII) erhalten; und

(e) optional wird aus dem Sumpfstrom (VIII) aus Stufe (d) wird in einer weiteren Destillationsvorrichtung ein Wasser enthaltender Schwersiederstrom (IX) abgetrennt und Methanol destillativ als Strom (X) gewonnen. Schritt (e) kann auch entfallen, da wasserfreies Methanol nicht erforderlich ist.

In das erfindungsgemäße Verfahren können der mit Methanol und Wasser angereicherte Sumpfstrom (VIII) oder gegebenenfalls der Methanol-Reinstrom (X) eingesetzt werden.

Der in Schritt G) der Propylen-Herstellung erfindungsgemäß eingesetzte Mitteldruck-Wasserdampfstrom stammt vorzugsweise aus der Synthesegas-Erzeugungseinheit des Schrittes (a) der Methanol-Herstellung und/oder der Methanol-Syntheseeinheit des Schrittes (b) der Methanol-Herstellung.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Herstellung von Methanol noch die folgenden Schritte:

(f) die werthaltigen Komponenten Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Dimethylether und Methan der Ströme (IV) sowie von mindestens einem der beiden Ströme (V) und (VII) werden einer Verbrennungseinheit zugeführt und darin unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases (XI), welches einen Sauerstoffgehalt von 30 bis 100 VoL-% aufweist, verbrannt und koh- lendioxidhaltiges Rauchgas (XII) gebildet;

(g) aus dem kohlendioxidhaltigen Rauchgas (XII) aus Stufe (f) wird in einer Kohlendioxid- Rückgewinnungseinheit unter Bildung eines Abgasstroms (XIII) ein mit Kohlendioxid angereicherter Strom (XIV) abgetrennt; und

(h) der in der Kohlendioxid-Rückgewinnungseinheit abgetrennte und mit Kohlendioxid angereicherten Strom (XIV) aus Stufe (g) wird zur Synthesegas-Erzeugungseinheit der Stufe (a) und/oder zur Methanol-Syntheseeinheit der Stufe (b) rückgeführt.

Ein derartiges Verfahren, umfassend die Schritte (f), (g) und (h), ist in WO 2020/048809 A1 beschrieben.

Der in Schritt G) der Herstellung von C2-C ₄ -Olefinen eingesetzte Mitteldruck-Wasserdampfstrom stammt vorzugsweise aus der Synthesegas-Erzeugungseinheit des Schrittes (a) der Methanol- Herstellung und/oder der Methanol-Syntheseeinheit des Schrittes (b) der Methanol-Herstellung. Als Synthesegas erzeugende Einsatzstoffe können bei diesem Verfahren die verschiedensten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe eingesetzt werden, unabhängig davon, ob diese fest, flüssig oder gasförmig vorliegen, und unabhängig von deren chemischer Natur. So können zur Erzeugung von Synthesegas beispielsweise sowohl Kohle als auch Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltende Verbindungen eingesetzt werden. Als bevorzugte kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe genannt seien Erdgas, Biogas, Kohle, Holz, Kunststoffe, Erdöl, Bionaphtha oder kohlenwasserstoffhaltige Ströme aus der Erdöl- oder Erdgasverarbeitung, aus chemischen Produktionsverfahren, aus nachwachsenden Rohstoffen oder aus dem Kunststoff- Recycling. Im Falle von Kohle oder Holz erfolgt die Synthesegas-Erzeugung beispielsweise durch einen Vergasungsprozess, auch Kohlevergasung beziehungsweise Holzvergasung genannt. Geeignete Einsatzstoffe aus der Erdöl- oder Erdgasverarbeitung sind beispielsweise Naphtha, LPG, Benzin, Schweröl oder Vakuumrückstand. Unter kohlenwasserstoffhaltige Ströme aus chemischen Produktionsverfahren sind beispielsweise kohlenwasserstoffhaltige Ströme zu verstehen, die als Nebenprodukte anfallen und anstelle einer rein thermischen Verwertung auch als Einsatzstoff zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden können.

Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Methan-haltigen Strömen und ganz besonders bevorzugt von Erdgas oder Biogas. Dabei ist es möglich und sogar vorteilhaft, im Erdgas sowie vor allem im Biogas vorhandenes Kohlendioxid ebenfalls der Synthesegas-Erzeugungseinheit zuzuführen.

Aus dem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff (I) wird in der Synthesegas-Erzeugungseinheit zunächst ein Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff enthaltendes Synthesegas (II) erzeugt. Erdgas enthält üblicherweise 75 bis 100 VoL-% Methan. Als Begleitstoffe neben Methan seien vor allem die höheren Kohlenwasserstoffe Ethan, Propan, Butan aber auch Ethen genannt. Biogas enthält üblicherweise 40 bis 75 VoL-% Methan und als Begleitstoffe im Wesentlichen Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff und Sauerstoff.

Üblicherweise erfolgt die Erzeugung des Synthesegases (II) durch die im technischen Maßstab üblicherweise verwendeten Erzeugungsverfahren, wobei hier auch die Art des kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes (I) eine Rolle spielt. Bei Methan-haltigen Einsatzstoffen, wie etwa im Falle von Erdgas oder Biogas, erzeugt man in Stufe (a) das Synthesegas (II) bevorzugt durch Dampfreformierung, durch autotherme Reformierung, durch eine Kombination aus Dampfreformierung und autothermer Reformierung oder durch partielle Oxidation.

Ein besonderer Vorteil der partiellen Oxidation liegt darin, dass der Synthesegas-Erzeugungseinheit kein separates Brenngas zugeführt werden muss und somit auch kein Kohlendioxid haltiges Rauchgas gebildet wird. Bei der partiellen Oxidation wird die zur Synthesegas-Erzeugung erforderliche Energie direkt durch partielle Oxidation aus dem Methan-haltigen Einsatzstoff gewonnen und die dabei gebildeten Verbrennungsgase Kohlendioxid und Kohlenmonoxid ebenfalls in der Methanolsynthese verwendet. Daher ist die partielle Oxidation von Methan-haltigen Strömen, wie beispielsweise von Erdgas oder Biogas bevorzugt. Der Produktstrom der partiellen Oxidation muss gekühlt werden. Dies geschieht über Wärmetauscher mit Wasser als Kühlmedium. Das Wasser wird dabei verdampft und überhitzt, wobei sich Hochdruckdampf (p = 100 - 130 bar, T = 300 - 450 °C) gebildet wird. Dieser Hochdruckdampf kann auf das benötigte Druck- und Temperaturniveau von Mitteldruck-Wasserdampf im Bereich von 150 bis 250 °C und 5 bis 17 bar entspannt werden. Alternativ entsteht bei der Wärmeabfuhr aus dem Methanol-Synthesereaktor Heizdampf im Druckbereich von 5 bis 17 bar.

Das erzeugte Synthesegas (II) enthält Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff, wobei deren Konzentration zusammen üblicherweise 50 bis 100 Vol.-%, bevorzugt > 80 VoL-% und besonders bevorzugt > 90 VoL-% beträgt. Als mögliche Begleitstoffe seien vor allem nichtumgesetzte Bestandteile des eingesetzten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffs sowie Nebenprodukte aus dessen Umsetzung genannt, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Wasser oder Methan. Üblicherweise enthält das Synthesegas (II) neben Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff herstellungsbedingt auch Methan, sowie Stickstoff und Argon, welches beispielsweise durch den Einsatz von Luft in der Synthesegaserzeugung eingebracht wurde.

Die Umsetzung des Synthesegases (II) erfolgt in einer Methanol-Syntheseeinheit bei einer Temperatur von 150 bis 300°C und einem Druck von 5 bis 10 MPa abs in Gegenwart eines Methanol-Synthesekatalysators. Das Synthesegas (II) wird hierzu üblicherweise durch einen Kompressor auf den gewünschten Druck verdichtet und in einem Reaktor unter den genannten Bedingungen umgesetzt.

Die Umsetzung erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von > 170°C und besonders bevorzugt bei > 190°C sowie bevorzugt bei < 280°C und besonders bevorzugt bei < 260°C. Die Umsetzung erfolgt bevorzugt bei > 6 MPa abs sowie bevorzugt bei > 9 MPa abs.

Als Reaktoren können grundsätzlich alle Reaktoren eingesetzt werden, die für die exotherm verlaufende Umsetzung von Synthesegas zu Methanol unter den genannten Verfahrensbedingungen geeignet sind. Reaktoren zur Synthese von Methanol aus Synthesegas sind dem Fachmann allgemein bekannt. Beispielhaft seien hierzu die in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Kapitel "Methanol", Sektion 5.2.1 "Reactor Design", 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany genannten adiabaten und quasi-isothermen Reaktoren, vari- obar Reaktoren und sogenannte doppelwandige Superconverter erwähnt.

Methanol-Synthesekatalysatoren sind dem Fachmann allgemein bekannt. Beispielhaft seien Kupfer und Zink enthaltenen Heterogenkatalysatoren erwähnt. Im Allgemeinen enthalten diese noch weitere Elemente, wie beispielsweise Aluminium, Seltene Erden oder Chrom.

Bei der Umsetzung des Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases (II) bilden sich Methanol und Wasser. Als typisches Nebenprodukt bildet sich Dimethylether. Zudem entsteht durch vollständige Hydrierung von Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlendioxid auch Methan als weiteres Nebenprodukt. Das im Reaktor erzeugte Reaktionsgemisch enthält somit Methanol, Wasser, Dimethylether, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und Methan. Des Weiteren bilden sich unter den genannten Reaktionsbedingungen jedoch üblicherweise auch noch weitere Nebenprodukte, wie beispielsweise Methylformiat, Essigsäure, höhere Alkohole mit Kohlenstoffzahlen von > 2, Ester und Ether mit Kohlenstoffzahlen von > 2, sowie auch Paraffine.

Zur Auftrennung des komplexen Reaktionsgemischs wird zunächst ein mit Methanol und Wasser angereicherter Roh-Methanolstrom (III) auskondensiert. Hierzu wird üblicherweise das im Reaktor erzeugte Reaktionsgemisch einem Kondensator zugeführt. Als Kondensatoren können die dem Fachmann bekannten Apparate eingesetzt werden, welche geeignet sind, unter den vorliegenden Bedingungen durch eine gezielte Abkühlung ein mit Methanol und Wasser angereichertes Kondensat zu erhalten. Im Allgemeinen wird das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes von Methanol abgekühlt. Entsprechend der Löslichkeiten und Dampfdrücke der im Reaktionsgemisch enthaltenen Komponenten enthält der mit Methanol und Wasser angereicherte Roh-Methanolstrom (III) noch darin gelöste Gase wie beispielsweise Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Dimethylether, Methan, sowie höher als Methanol siedende Komponenten. Der auskondensierte Roh-Methanolstrom (III) wird dann zur weiteren Aufarbeitung aus der Methanol-Syntheseeinheit ausgeschleust und zu Stufe (c) geführt.

Der nicht auskondensierte Gasstrom enthält insbesondere die nicht umgesetzten Einsatzstoffe Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff, sowie Methan. Um einen hohen Partialdruck der Synthesegaskomponenten Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zu er halten, wird üblicherweise ein Teil des nicht auskondensierten Gasstroms ausgeschleust. Wenn es erforderlich ist, wird dieser ausgeschleuste Gasstrom einer Wasserstoffabtrennung zugeführt um den Partialdruck von Wasserstoff im Reaktor zu erhöhen. Ein höherer Partialdruck von Wasserstoff im Reaktor reduziert die Bildung von Nebenkomponenten und drängt insbesondere auch die Fi- scher-Tropsch-Reaktion zurück. Der überwiegende Teil des nicht auskondensierten Gasstroms wird in die Methanol-Syntheseeinheit als Kreislaufgas zurückgeführt und über den Methanol- Synthesekatalysator geleitet um eine möglichst gute Ausnutzung des Synthesegases und somit hohe Ausbeuten an Methanol zu erzielen.

Demgemäß enthält die Methanol-Syntheseeinheit in Stufe (b) vorteilhafterweise einen Kompressor zur Verdichtung des Synthesegases (II), einen Reaktor zur Umsetzung des Synthesegases (II), einen Kondensator zur Auskondensation des Roh-Methanolstroms (III) und eine Leitung zur Rückführung von nicht auskondensiertem Gas zum Reaktor.

Der nicht als Synthesekreisgas rückgeführte, nicht auskondensierte Gasstrom wird als gasförmiger Strom (IV) aus der Methanol-Syntheseeinheit ausgeschleust und gegebenenfalls zur Stufe (f) geführt. In Stufe (c) des Verfahrens wird der in Stufe (b) auskondensierte und aus der Methanol-Syntheseeinheit ausgeschleuste Roh-Methanolstrom (III) in einer Entspannungseinheit auf einen Druck von 0,1 bis 2 MPa abs entspannt und ein Kohlendioxid und Methan enthaltendes Entspannungsgas (V) sowie ein mit Methanol und Wasser angereicherter entgaster Roh-Metha- nolstrom (VI) erhalten. Die Entspannung erfolgt üblicherweise in einen Apparat, in dem sich Gasphase und Flüssigphase gut voneinander trennen lassen. Üblicherweise handelt es sich bei dem Apparat um einen Flüssigkeitsabscheider. Geeignete Apparate hierfür sind dem Fachmann bekannt.

Die Entspannung erfolgt bevorzugt auf einen Druck von > 0,2 MPa abs und besonders bevorzugt auf > 0,4 MPa abs sowie bevorzugt auf < 1,5 MPa abs und besonders bevorzugt auf < 1 MPa abs. Im Allgemeinen beträgt die Temperatur des entspannten Gemisches 0 bis 150°C, bevorzugt > 10°C und besonders bevorzugt > 20°C sowie bevorzugt < 120°C und besonders bevorzugt < 60°C.

Der entgaste Roh-Methanolstrom (VI) ist an Methanol und Wasser weiter angereichert, enthält jedoch entsprechend der Löslichkeiten und Dampfdrücke der im Roh-Methanolstrom (III) enthaltenen Komponenten auch noch weitere Komponenten, wie beispielsweise darin gelöste Gase wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Dimethylether, Methan oder höher als Methanol siedende Komponenten.

Das Kohlendioxid und Methan enthaltende Entspannungsgas (V) wird bevorzugt zur Stufe (f) geführt. Alternativ kann das Entspannungsgas (V) jedoch auch aus der Methanol-Syntheseanlage ausgeleitet und beispielsweise thermisch verwertet oder anderweitig entsorgt werden. Bevorzugt ist jedoch dessen Nutzung innerhalb der Methanol- Syntheseanlage als Zufuhrstrom zur Verbrennungseinheit der Stufe (f).

In Stufe (d) des Verfahrens wird der in Stufe (c) erhaltene entgaste Roh-Methanolstrom (VI) in einer Destillationsvorrichtung in einen Kohlendioxid und Dimethylether enthaltenden Leichtsiederstrom (VII) und einen mit Methanol und Wasser angereicherten Sumpfstrom (VIII) destillativ getrennt.

Der destillativ abgetrennte Leichtsiederstrom (VII) enthält vornehmlich Kohlendioxid und Dimethylether als abgetrennte Leichtsieder und basierend auf der Zusammensetzung des entgasten Roh-Methanolstroms (VI) noch weitere Leichtsieder, wie beispielsweise Methan, so wie abhängig von Trennleistung und Fahrweise der Destillationsvorrichtung auch Methanol oder höher als Methanol siedende Komponenten wie beispielsweise Wasser. Der Kohlendioxid und Dimethylether enthaltende Leichtsiederstrom (VII) wird ebenfalls bevorzugt zur der Stufe (f) geführt. Falls das Entspannungsgas (V) zur Verbrennungseinheit der Stufe (f) geleitet und somit bereits innerhalb der Methanol-Syntheseanlage wiederverwendet wird, kann der Leichtsiederstrom (VII) alternativ auch aus der Methanol-Syntheseanlage ausgeleitet und beispielsweise thermisch verwertet oder anderweitig entsorgt werden. Bevorzugt ist jedoch dessen Nutzung innerhalb der Methanol-Syntheseanlage als Zufuhrstrom zur Verbrennungseinheit der Stufe (f). Der mit Methanol und Wasser angereicherten Sumpfstrom (VIII) enthält zudem auch noch weitere, höher als Methanol siedende Komponenten, wie beispielsweise höher als Methanol siedende Nebenprodukte aus der Methanolsynthese, wie etwa Essigsäure, höhere Alkohole, höhere Ester, höhere Ether oder Paraffine.

Zur Gewinnung des Methanols wird schließlich in Stufe (e) von dem in Stufe (d) erhaltenen Sumpfstrom (VIII) in einer weiteren Destillationsvorrichtung ein Wasser enthaltender Schwersiederstrom (IX) abgetrennt und Methanol destillativ als Strom (X) gewonnen.

Der Schwersiederstrom (IX) enthält Wasser sowie auch noch weitere, höher als Methanol siedende Komponenten, wie beispielsweise höher als Methanol siedende Nebenprodukte aus der Methanolsynthese, wie etwa Essigsäure, höhere Alkohole, höhere Ester, höhere Ether oder Paraffine. Dieser Strom kann beispielsweise einer Abwasserbehandlung zugeführt werden.

Über Strom (X) kann Methanol in einer hohen Reinheit von > 95 Gew.-%, bevorzugt > 98 Gew.- % und besonders bevorzugt > 99 Gew.-% gewonnen werden. Als Begleitstoffe seien Restmengen an destillativ nicht vollständig abgetrennten Leicht- und Schwersiedern zu nennen, insbesondere Wasser, und sehr geringe Mengen an Ethanol, Ester und Ether.

Bei der stufenweisen Aufarbeitung des Reaktionsgemischs zur Gewinnung des Methanols als Strom (X) werden die Ströme (IV), (V) und (VII) abgetrennt. Diese enthalten jedoch noch werthaltige Komponenten, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und Dimethylether. Angestrebt wird eine weitgehende stoffliche Wiederverwendung des Kohlenstoffs dieser werthaltigen Komponenten zur weiteren Synthese von Methanol unter gleichzeitiger Vermeidung einer Kohlendioxid-Emission. Durch die zusätzlichen Verfahrensschritte (f), (g) und (h) ist es möglich, den Kohlenstoff der werthaltigen Komponenten gezielt für die weitere Synthese vom Methanol wiederzuverwenden, also weiteres Wertprodukt zu erzeugen, und gleichzeitig eine Emission von Kohlendioxid aus der Methanolsynthese zu vermeiden. Die Schritte (f), (g) und (h) sind im Einzelnen in der WO 2020/048809 A1 beschrieben.

Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 10 näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine nicht-erfindungsgemäße Fahrweise unter Verwendung eines Brenners 4 zur Aufheizung des Einspeisungsstroms B, wobei ein DME enthaltender Teilstrom A-2 nach Kühlung im Wärmetauscher HE8 zur Kühlung des Reaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird.

Figur 2 eine erfindungsgemäße Fahrweise, wobei ein DME enthaltender Teilstrom A-2 nach Kühlung im Wärmetauscher HE8 zur Kühlung des Olefin-Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird.

Figur 3 eine erfindungsgemäße Fahrweise, wobei ein DME enthaltender Teilstrom A-2 nach

Kühlung im Wärmetauscher HE8 zur Kühlung des Olefin-Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird. Gleichzeitig wird elektrischer Wärmetausche EH1 verwendet, um die Temperaturdifferenz im Apparat HE4 zu erhöhen und damit die Wärmeübertragungsfläche deutlich zu reduzieren.

Figur 4 eine nicht-erfindungsgemäße Fahrweise unter Verwendung eines Brenners 4 zur Aufheizung des Einspeisungsstroms B, wobei ein DME enthaltender Teilstrom A-2 ohne Kühlung in einzelne Horden des Olefin-Festbettreaktors 2 eingespeist wird, und der Reaktor 2 isotherm betrieben wird.

Figur 5 eine erfindungsgemäße Fahrweise, wobei ein DME enthaltender Teilstrom A-2 ohne Kühlung in einzelne Horden des Olefin-Festbettreaktors 2 eingespeist wird, und der Reaktor 2 isotherm betrieben wird.

Figur 6 eine erfindungsgemäße Fahrweise, wobei ein DME enthaltender Teilstrom A-2 ohne Kühlung in einzelne Horden des Olefin-Festbettreaktors 2 eingespeist wird, und der Reaktor 2 isotherm betrieben wird. Gleichzeitig wird elektrischer Wärmetausche EH1 verwendet, um die Temperaturdifferenz im Apparat HE4 zu erhöhen und damit die Wärmeübertragungsfläche deutlich zu reduzieren.

Figur 7 eine nicht-erfindungsgemäße Fahrweise unter Verwendung eines Brenners 4 zur Aufheizung des Einspeisungsstroms B, wobei ein Methanol-Teilstrom A1-2 zur Kühlung des Olefin- Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird.

Figur 8 eine erfindungsgemäße Fahrweise, wobei ein Methanol-Teilstrom A1-2 zur Kühlung des Olefin-Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird.

Figur 9 eine erfindungsgemäße Fahrweise, wobei ein Methanol-Teilstrom A1-2 zur Kühlung des Olefin-Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird. Gleichzeitig wird elektrischer Wärmetausche EH1 verwendet, um die Temperaturdifferenz im Apparat HE4 zu erhöhen und damit die Wärmeübertragungsfläche deutlich zu reduzieren.

Figur 10 eine nicht-erfindungsgemäße Fahrweise ohne DME-Vorreaktor unter Verwendung eines Brenners 4 zur Aufheizung des Einspeisungsstroms B, wobei ein DME-Teilstrom A-2 zur Kühlung des Olefin-Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird.

Figur 11 eine erfindungsgemäße Fahrweise ohne DME-Vorreaktor, wobei ein DME-Teilstrom A- 2 zur Kühlung des Olefin-Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird.

Figur 12 eine erfindungsgemäße Fahrweise ohne DME-Vorreaktor, wobei ein DME-Teilstrom A- 2 zur Kühlung des Olefin-Festbettreaktors 2 in einzelne Horden des Reaktors 2 eingespeist wird. Gleichzeitig wird elektrischer Wärmetausche EH1 verwendet, um die Temperaturdifferenz im Apparat HE4 zu erhöhen und damit die Wärmeübertragungsfläche deutlich zu reduzieren. Figur 13 eine nicht-erfindungsgemäße Fahrweise ohne DME-Vorreaktor unter Verwendung eines Brenners 4 zur Aufheizung des Einspeisungsstroms B, wobei ein DME-Teilstrom A-2 in einzelne Horden des Olefin-Festbettreaktors 2 eingespeist wird und der Reaktor 2 isotherm betrie- ben wird.

Figur 14 eine erfindungsgemäße Fahrweise ohne DME-Vorreaktor, wobei ein DME-Teilstrom A- 2 in einzelne Horden des Olefin-Festbettreaktors 2 eingespeist wird und der Reaktor 2 isotherm betrieben wird.

Figur 15 eine erfindungsgemäße Fahrweise ohne DME-Vorreaktor, wobei ein DME-Teilstrom A- 2 in einzelne Horden des Olefin-Festbettreaktors 2 eingespeist wird und der Reaktor 2 isotherm betrieben wird. Gleichzeitig wird elektrischer Wärmetausche EH1 verwendet, um die Temperaturdifferenz im Apparat HE4 zu erhöhen und damit die Wärmeübertragungsfläche deutlich zu reduzieren.

Bezugszeichenliste:

1 DME-Vorreaktor

2 Olefin-Festbettreaktor

3 Produktgasquench

4 Brenner

5 Produktauftrennsektion

6 Kompressor

HE1 bis HE9 Wärmetauscher

EH1 Elektrischer Wärmetauscher

A1 Methanol enthaltender Strom

A1-1 , A1-2 Teilströme von A1

A DME enthaltender Strom

A-1 , A-2 Teilströme von A

B DME, rückgeführte Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf enthaltender Einspeisungsstrom in den Olefin-Festbettreaktor

D Produktgasstrom des Olefin-Festbettreaktors F Kohlenwasserstoffe enthaltender Produktgasstrom G1 , G2, G3 Wasserströme

H 1 Kohlenwasserstoff-Rückführstrom

K Quenchwasser-Kreislaufstrom

P Produkt-Kohlenwasserstoffe

W Abwasserstrom

Q1 bis Q12 Wärmeströme

Beispiele

Die Wärmeströme Q1 bis Q11 gemäß den Fahrweisen entsprechend den Figuren 1 bis 15 wurden beispielhaft für eine Produktion von 60 t/h Propylen mit minimaler Produktion von Ethylen und Butylen berechnet. Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.