DE102008007081A1 - Producing n-butene-oligomers and 1-butene from mixture-I made of hydrocarbons having four carbon atoms, comprises e.g. optionally washing the mixture to produce a mixture-II and removing 1,3-butadiene from mixture-I to produce a mixture-III - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von n-Buten-Oligomeren und 1-Buten aus technischen Mischungen I von C4-Kohlenwasserstoffen, die mindestens 1-Buten, Isobuten, Butane, 2-Butene und mehrfach ungesättigte C4-Kohlenwasserstoffe enthalten.The invention relates to a process for the preparation of n-butene oligomers and 1-butene from technical mixtures I of C 4 -hydrocarbons which contain at least 1-butene, isobutene, butanes, 2-butenes and polyunsaturated C 4 -hydrocarbons.
1-Buten wird, neben anderen C4-Kohlenwasserstoffen wie Isobuten und 2-Butenen, in großen Mengen aus technischen C4-Schnitten, beispielsweise dem C4-Schnitt aus Steamcrackern oder FCC-Einheiten, gewonnen. Diese C4-Schnitte bestehen im Wesentlichen aus Butadien, den Monoolefinen Isobuten, 1-Buten und den beiden 2-Butenen sowie den gesättigten Kohlenwasserstoffen Isobutan und n-Butan. Wegen der geringen Siedepunktsunterschiede der Inhaltsstoffe und deren geringen Trennfaktoren ist eine destillative Aufarbeitung schwierig und nicht wirtschaftlich. Die Gewinnung von linearen Butenen und von anderen Produkten erfolgt daher meistens durch eine Kombination von chemischen Umsetzungen und physikalischen Trennoperationen.1-Butene is obtained, in addition to other C 4 hydrocarbons such as isobutene and 2-butenes, in large quantities from technical C 4 cuts, for example the C 4 cut from steam crackers or FCC units. These C 4 cuts consist essentially of butadiene, the monoolefins isobutene, 1-butene and the two 2-butenes and the saturated hydrocarbons isobutane and n-butane. Because of the low boiling point differences of the ingredients and their low separation factors, a distillative work-up is difficult and not economical. The recovery of linear butenes and other products is therefore usually through a combination of chemical reactions and physical separation operations.
Der erste Schritt, den standardmäßig alle Aufarbeitungsvarianten gemeinsam haben, ist die Entfernung des größten Teils des enthaltenen Butadiens. Dies wird entweder mit Hilfe einer Extraktivdestillation abgetrennt oder selektiv zu Butenen hydriert. Zurück bleibt in beiden Fällen ein Kohlenwasserstoffgemisch (so genanntes Raffinat I oder hydriertes Crack-C4), das neben den gesättigten Kohlenwasserstoffen n-Butan und Isobutan die Olefine Isobuten, 1-Buten und 2-Butene (cis und trans) enthält und in dem mehrfach ungesättigte C4-Kohlenwasserstoffe typischer Weise in unter 1% Anteil vorliegen.The first step, common to all refining variants by default, is the removal of most of the butadiene it contains. This is separated either by means of extractive distillation or selectively hydrogenated to butenes. In both cases, a hydrocarbon mixture remains (so-called raffinate I or hydrogenated crack C 4 ), which contains the olefins isobutene, 1-butene and 2-butenes (cis and trans) in addition to the saturated hydrocarbons n-butane and isobutane polyunsaturated C 4 hydrocarbons are typically present in less than 1% proportion.
Aufgrund der eng beieinander liegenden Siedepunkte von 1-Buten und Isobuten kann auch aus diesen Mischungen kein 1-Buten über einfache Destillation wirtschaftlich abgetrennt werden. Aus Raffinat I oder hydriertem Crack-C4 wird daher durch eine selektive chemische Umsetzung Isobuten möglichst weitgehend entfernt. Nach der Entfernung des Isobutens bleibt ein Kohlenwasserstoffgemisch (Raffinat II), das die linearen Butene und die gesättigten Kohlenwasserstoffe Isobutan und n-Butan enthält. Dieses Gemisch kann destillativ weiter aufgetrennt werden, beispielsweise in Isobutan und 1-Buten und ein Gemisch aus den beiden 2-Butenen und n-Butan. Aus der 1-Buten-haltigen Fraktion kann in weiteren Destillationsschritten 1-Buten in hoher Reinheit erhalten werden, welches nur noch geringe Mengen an Isobuten enthält. Dies ist notwendig, da 1-Buten im großen Maße als Comonomer in der Ethylenpolymerisation eingesetzt wird, wo Isobuten-Verunreinigungen unerwünscht sind. Typische Spezifikationen von 1-Buten beschränken daher den Gehalt an Isobuten im 1-Buten auf unter 2000 ppm.Because of the closely spaced boiling points of 1-butene and isobutene, no 1-butene can be separated economically from these mixtures by simple distillation. From raffinate I or hydrogenated crack C 4 isobutene is therefore as far as possible removed by a selective chemical reaction. After removal of the isobutene remains a hydrocarbon mixture (raffinate II) containing the linear butenes and the saturated hydrocarbons isobutane and n-butane. This mixture can be further fractionated by distillation, for example in isobutane and 1-butene and a mixture of the two 2-butenes and n-butane. From the 1-butene-containing fraction 1-butene can be obtained in high purity, which contains only small amounts of isobutene in further distillation steps. This is necessary because 1-butene is widely used as a comonomer in ethylene polymerization where isobutene impurities are undesirable. Typical specifications of 1-butene therefore limit the content of isobutene in 1-butene to below 2000 ppm.
Für die selektive chemische Umsetzung des Isobutens sind verschiedene Verfahren bekannt. Eine Möglichkeit zur Abtrennung von Isobuten ist die Umsetzung mit Alkoholen, beispielsweise Methanol oder Ethanol, zu den entsprechenden tertiären Butylethern. Der Vorteil dieser Umsetzung besteht darin, dass das Isobuten in Gegenwart von linearen Butenen mit hoher Selektivität nahezu vollständig umgesetzt werden kann (ohne dass ein merklicher Umsatz an n-Butenen auftritt). Hierzu wurden diverse verfahrenstechnische Varianten entwickelt. Die Technik der Reaktivdestillation hat sich dabei als besonders nützlich zur Ereichung hoher Isobuten-Umsätze erwiesen.For the selective chemical reaction of isobutene are different Known method. A way to separate from Isobutene is the reaction with alcohols, for example methanol or ethanol, to the corresponding tertiary butyl ethers. The advantage of this reaction is that the isobutene in Presence of linear butenes with high selectivity almost can be fully implemented (without a noticeable Sales of n-butenes occurs). For this purpose, various procedural Variants developed. The technique of reactive distillation has become thereby particularly useful for the delivery of high isobutene sales proved.
Das technisch bedeutendste Verfahren ist die Umsetzung von Isobuten mit Methanol zu Methyl-tert.-butylether (MTBE), das hauptsächlich als Kraftstoffzusatz große Verwendung findet.The Technically most important process is the conversion of isobutene with methanol to methyl tert-butyl ether (MTBE), mainly as fuel additive finds great use.
Eine weitere Möglichkeit der chemischen Umsetzung des Isobutens besteht in der Umsetzung mit Wasser zu tert.-Butylalkohol (TBA). Dieser Weg ist wegen der geringen Löslichkeit von Wasser in C4-Kohlenwasserstoffen technisch aufwändiger als die Ethersynthese.Another possibility for the chemical reaction of the isobutene is the reaction with water to give tert-butyl alcohol (TBA). Because of the low solubility of water in C 4 hydrocarbons, this route is technically more complicated than the ether synthesis.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Isobuten zu oligomerisieren und das Oligomerisat abzutrennen. Nachteilig dabei ist, dass bei der vollständigen Isobuten-Entfernung durch Oligomerisation auch ein großer Teil der vorliegenden linearen Butene zu Co- oder Homooligomeren umgesetzt wird. Ein weiterer Nachteil ist die teilweise Isomerisierung von 1-Buten zu den 2-Butenen.A Another possibility is to oligomerise the isobutene and to separate the oligomerizate. The disadvantage here is that at complete isobutene removal by oligomerization also a large part of the present linear butenes too Co- or homo-oligomers is implemented. Another disadvantage is the partial isomerization of 1-butene to the 2-butenes.
Eine weitere Möglichkeit der chemischen Umsetzung des Isobutens in Gegenwart von anderen C4-Kohlenwasserstoffen ist die Umsetzung mit Formaldehyd. Die dabei erhaltenen Produkte werden beispielsweise zu Isopren weiterverarbeitet.Another possibility for the chemical reaction of isobutene in the presence of other C 4 hydrocarbons is the reaction with formaldehyde. The products thus obtained are further processed, for example, to form isoprene.
Viele
der bekannten Umsetzungen des Isobutens, beispielsweise zu tert.-Butylalkohol
(TBA) oder Isobutenoligomeren, liefern keinen vollständigen
Isobuten-Umsatz oder bei hohen Umsätzen in Gegenwart von linearen
Butenen nur schlechte Selektivitäten. Als eine Lösung
wird beispielsweise eine Kombination dieser Prozesse mit einer gleichzeitigen
(
In
In
In
In
In
Alle im Stand der Technik angeführten Verfahren zeigen nicht, wie aus einem technischen C4-Kohlenwasserstoffgemisch sowohl 1-Buten als auch n-Buten-Oligomere auf einfache Weise erhalten werden können.All of the processes cited in the prior art do not show how both 1-butene and n-butene oligomers can be obtained in a simple manner from a C 4 -hydrocarbon technical mixture.
Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren zur Herstellung von n-Buten-Oligomeren und 1-Buten bereitzustellen, welches vorzugsweise einen oder mehrere der Nachteile der Verfahren des Stands der Technik nicht aufweist.It Therefore, the object of the present invention was an alternative To provide processes for the preparation of n-butene oligomers and 1-butene, which preferably has one or more of the disadvantages of the methods of the prior art does not have.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass n-Buten-Oligomeren und 1-Buten aus technischen Mischungen I von C4-Kohlenwasserstoffen, die mindestens 1-Buten, Isobuten, Butane, 2-Butene und mehrfach ungesättigte C4-Kohlenwasserstoffe enthalten, auf einfache Weise durch optionales Waschen der technischen Mischung I unter Erhalt einer technischen Mischung II, Entfernen von Butadien aus der technischen Mischung I oder II unter Erhalt einer technischen Mischung III, Abtrennen des in einer technischen Mischung IIIa, die mit der technischen Mischung III identisch ist oder durch Mischen der Mischung III mit einem C4-Kohlenwasserstoffstrom erhalten wurde, enthaltenen Isobutens durch Umsetzung mit Methanol in einer zweistufigen Methyl-tert.-butylether-Synthese und Abtrennen des erhaltenen Methyl-tert.-butylethers (MTBE) unter Erhalt einer technischen Mischung IV, Entfernen von mehrfach ungesättigten C4-Kohlenwasserstoffen unter Erhalt einer technischen Mischung V, durch selektive Hydrierung der mehrfach ungesättigten C4-Kohlenwasserstoffe mit Wasserstoff in flüssiger Phase an einem Festbettkatalysator der 0,1 bis 2 Massen-% Palladium auf einem Träger aufweist, in Gegenwart von 0,05 bis 10 Massen-ppm Kohlenmonoxid, bezogen auf die Massen technischen Gemisches V, bei einer Temperatur von 0 bis 75°C, destillatives Auftrennen der technischen Mischung V in eine Leichtsiederfraktion L1, die 1-Buten und Isobuten aufweist und weitgehend frei von n-Butanen und 2-Butenen ist, und in eine Schwersiederfraktion S1, die 2-Butene und n-Butan aufweist, destillatives Auftrennen der Leichtsiederfraktion L1 in 1-Buten und Isobutan, optionales Behandeln der Schwersiederfraktion S1 mit einem Molekularsieb mit einem mittleren Porendurchmesser von größer 0,4 bis 1,5 nm bei einem Druck von 0,1 bis 5 MPa und einer Temperatur von 20 bis 160°C unter Erhalt einer technischen Mischung VI und Oligomerisieren der in der Schwersiederfraktion S1 oder der technischen Mischung VI enthaltenen n-Butene unter Erhalt von Oligomeren O bei Temperaturen von 0 bis 200°C und Drücken von 0,1 bis 7 MPa an einem festen Nickel, Silizium und Aluminium aufweisenden Katalysator, hergestellt werden können.Surprisingly, it has now been found that n-butene oligomers and 1-butene from technical mixtures I of C 4 hydrocarbons containing at least 1-butene, isobutene, butanes, 2-butenes and polyunsaturated C 4 hydrocarbons, in a simple manner by optionally washing the technical mixture I to obtain a technical mixture II, removing butadiene from the technical mixture I or II to obtain a technical mixture III, separating it into a technical mixture IIIa which is identical to the technical mixture III or by mixing the mixture III was obtained with a C 4 hydrocarbon stream, isobutene by reaction with methanol in a two-stage methyl tert-butyl ether synthesis and separating the resulting methyl tert-butyl ether (MTBE) to obtain a technical mixture IV, removing of polyunsaturated C 4 hydrocarbons to give a technical mixture V, by selective Hydri tion of polyunsaturated C 4 hydrocarbons with hydrogen in the liquid phase on a fixed bed catalyst of 0.1 to 2 mass% palladium on a support, in the presence of 0.05 to 10 mass ppm carbon monoxide, based on the masses techni rule mixture V, at a temperature of 0 to 75 ° C, distillative separation of the technical mixture V in a low-boiling fraction L1, which has 1-butene and isobutene and is substantially free of n-butanes and 2-butenes, and in a high-boiling fraction S1 which comprises 2-butenes and n-butane, distillative separation of the low-boiling fraction L1 into 1-butene and isobutane, optionally treating the high-boiling fraction S1 with a molecular sieve having an average pore diameter of greater than 0.4 to 1.5 nm at a pressure of 0 , 1 to 5 MPa and a temperature of 20 to 160 ° C to obtain a technical mixture VI and oligomerizing the n-butenes contained in the high-boiling fraction S1 or the technical mixture VI to obtain oligomers O at temperatures of 0 to 200 ° C and Pressing 0.1 to 7 MPa on a solid nickel, silicon and aluminum catalyst can be produced.
Je nach Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene Vorteile erzielt werden. Durch eine optionale Wäsche der Mischung I von C4-Kohlenwasserstoffen zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Katalysatorgifte, die sowohl bei der Entfernung von mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffen, als auch bei der MTBE-Synthese und der Oligomerisierung stören könnten, sehr früh aus dem Verfahren abgetrennt. Dadurch wird nicht nur eine Desaktivierung der jeweiligen Katalysatoren vermieden sondern auch die Bildung von Nebenprodukten, die durch Umsetzung der Katalysatorgifte mit einem der Edukte oder durch von einem der Katalysatorgifte katalysierte Reaktion der Edukte untereinander entstehen können.Depending on the embodiment of the method according to the invention, various advantages can be achieved. By an optional wash of the mixture I of C 4 hydrocarbons at the beginning of the process according to the invention, catalyst poisons which could interfere both in the removal of polyunsaturated hydrocarbons and in the MTBE synthesis and the oligomerization are separated from the process very early. As a result, not only a deactivation of the respective catalysts is avoided but also the formation of by-products which can be formed by reacting the catalyst poisons with one of the starting materials or by one of the catalyst poisons catalyzed reaction of the reactants with each other.
Durch die Wärme-Integration von mehreren Verfahrensstufen kann die für den Gesamtprozess benötigte Energie optimiert eingesetzt werden, in dem z. B. abzuführende Wärme an anderer Stelle des Verfahrens zu Heizzwecken verwendet wird.By the heat integration of several process steps can optimizes the energy needed for the overall process be used in the z. B. dissipated heat used elsewhere in the process for heating purposes.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung, deren Schutzbereich sich aus den Ansprüchen und der gesamten Beschreibung ergibt, darauf beschränkt sein soll. Auch die Ansprüche selbst gehören zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung. Sind im nachfolgenden Text Bereiche bzw. Vorzugsbereiche angegeben, so sollen auch alle in diesen Bereichen liegenden, theoretisch möglichen Teilbereiche und Einzelwerte zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung gehören, ohne dass diese aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit explizit genannt worden sind.following the process according to the invention becomes exemplary described, without the invention whose scope is made the claims and the entire description, on it should be limited. Also the claims themselves belong to the disclosure of the present invention. are in the following text ranges or preferred ranges indicated, so should also all lying in these areas, theoretically possible Subareas and individual values to the disclosure content of the present The invention includes, without these for reasons have been explicitly mentioned for better clarity.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von n-Buten-Oligomeren und 1-Buten aus technischen Mischungen I von C4-Kohlenwasserstoffen, die mindestens 1-Buten, Isobuten, Butane, 2-Butene und mehrfach ungesättigte C4-Kohlenwasserstoffe enthalten, zeichnet sich dadurch aus, dass es zumindest die Verfahrensschritte
- a) optionales Waschen der technischen Mischung I unter Erhalt einer technischen Mischung II,
- b) Entfernen von Butadien aus der technischen Mischung I oder II unter Erhalt einer technischen Mischung III,
- c) Abtrennung des in einer technischen Mischung IIIa, die mit der technischen Mischung III identisch ist oder durch Mischen der Mischung III mit einem C4-Kohlenwasserstoffgemisch erhalten wurde, enthaltenen Isobutens durch Umsetzung mit einem Überschuss an Methanol in einer zweistufigen Methyl-tert.-butylether-Synthese und Abtrennen des erhaltenen Methyl-tert.-butylethers und des nicht umgesetzten Methanols unter Erhalt einer technischen Mischung IV, wobei die erste Stufe der Methyl-ter.-butylether-Synthese in drei Festbettreaktoren und die zweite Stufe der Methyl-tert.-butylether-Synthese an einem festen sauren Ionenaustauscherharz, das Sulfonsäuregruppen aufweist, in einer Reaktivdestillationskolonne, die in einem Druckbereich von 0,5 bis 1,5 MPa und bei einer Temperatur in der Reaktionszone von 50°C bis 90°C bei einem Rücklaufverhältnis zwischen 0,5 und 1,5 betrieben wird, durchgeführt wird,
- d) Entfernen von mehrfach ungesättigten C4-Kohlenwasserstoffen unter Erhalt einer technischen Mischung V, durch selektive Hydrierung der mehrfach ungesättigten C4-Kohlenwasserstoffe mit Wasserstoff in flüssiger Phase an einem Festbettkatalysator der 0,1 bis 2 Massen-% Palladium auf einem, vorzugsweise inerten Träger aufweist, in Gegenwart von 0,05 bis 10 Massenppm Kohlenmonoxid, bezogen auf die Massen technischen Gemisches V, bei einer Temperatur von 0 bis 75°C,
- e) Destillative Auftrennung der technischen Mischung V in eine Leichtsiederfraktion L1, die 1-Buten und Isobutan aufweist und weitgehend frei von n-Butanen und 2-Butenen ist, und in eine Schwersiederfraktion S1, die 2-Butene und n-Butan aufweist,
- f) Destillative Auftrennung der Leichtsiederfraktion L1 in 1-Buten und Isobutan,
- g) optionale Behandlung der Schwersiederfraktion S1 mit einem Molekularsieb mit einem mittleren Porendurchmesser von größer 0,4 bis 1,5 nm bei einem Druck von 0,1 bis 5 MPa und einer Temperatur von 20 bis 160°C unter Erhalt einer technischen Mischung VI und
- h) Oligomerisierung der in der Schwersiederfraktion S1 oder der technischen Mischung VI enthaltenen n-Butene unter Erhalt von Oligomeren O bei Temperaturen von 0 bis 200°C und Drücken von 0,1 bis 7 MPa an einem heterogenen Nickel, Silizium und Aluminium aufweisenden Katalysator,
- a) optional washing of the technical mixture I to obtain a technical mixture II,
- b) removing butadiene from the technical mixture I or II to obtain a technical mixture III,
- c) separation of the isobutene contained in a technical mixture IIIa which is identical to the technical mixture III or obtained by mixing the mixture III with a C 4 -hydrocarbon mixture by reaction with an excess of methanol in a two-stage methyl-tert. butyl ether synthesis and separation of the obtained methyl tert-butyl ether and the unreacted methanol to obtain a technical mixture IV, wherein the first stage of the methyl tert-butyl ether synthesis in three fixed bed reactors and the second stage of methyl tert. butyl ether synthesis on a solid acidic ion exchange resin having sulfonic acid groups in a reactive distillation column operating in a pressure range of 0.5 to 1.5 MPa and at a temperature in the reaction zone of 50 ° C to 90 ° C at a reflux ratio between 0.5 and 1.5 is operated,
- d) removing polyunsaturated C 4 hydrocarbons to obtain a technical mixture V, by selective hydrogenation of the polyunsaturated C 4 hydrocarbons with hydrogen in the liquid phase over a fixed bed catalyst of 0.1 to 2 mass% palladium on one, preferably inert Carrier, in the presence of 0.05 to 10 ppm by mass carbon monoxide, based on the masses of technical mixture V, at a temperature of 0 to 75 ° C,
- e) Distillative separation of the technical mixture V into a low-boiling fraction L1 which comprises 1-butene and isobutane and is substantially free of n-butanes and 2-butenes, and into a high-boiling fraction S1 which comprises 2-butenes and n-butane,
- f) Distillative separation of the low-boiling fraction L1 into 1-butene and isobutane,
- g) optional treatment of the high-boiling fraction S1 with a molecular sieve having an average pore diameter of greater than 0.4 to 1.5 nm at a pressure of 0.1 to 5 MPa and a temperature of 20 to 160 ° C to obtain a technical mixture VI and
- h) Oligomerization of those contained in the high-boiling fraction S1 or the technical mixture VI n-butenes to give oligomers O at temperatures of 0 to 200 ° C and pressures of 0.1 to 7 MPa on a heterogeneous nickel, silicon and aluminum catalyst,
Verfahrensschritt a): Waschen der technischen MischungProcess step a): washing the technical mixture
Das optionale Waschen der technischen Mischung I kann mit Wasser oder einer wässrigen Lösung als Waschmedium erfolgen. Bevorzugt wir vollentsalztes Wasser oder Trinkwasser als Waschmedium eingesetzt.The optional washing of the technical mixture I can with water or an aqueous solution as a washing medium. We prefer demineralized water or drinking water as a washing medium used.
Durch die Wasserwäsche können hydrophile Komponenten aus der technischen Mischung I ganz oder teilweise entfernt werden. Solche hydrophilen Verbindungen können etwa. Stickstoffverbindungen oder Sauerstoffverbindungen sein. Beispiele für Stickstoffverbindungen sind etwa Acetonitil oder N-Methylpyrrolidon, die aus einer 1,3-Butadien-Extraktivdestilltion stammen können. Ein Beispiel für eine Sauerstoffverbindung ist etwa Aceton, welches aus FC-Crackern stammen kann. Die Wäsche kann ein oder mehrstufig erfolgen. Entsprechend wird die technische Ausgestaltung angepasst, beispielsweise als Extraktionskolonne oder als Mixer-Settler Kombination. Bevorzugt wird eine einstufige Wäsche durch Mischung der C4-Kohlenwasserstoffe mit dem Waschmedium und anschließender Phasentrennung durchgeführt. Die Phasentrennung kann dabei durch Einsatz spezieller Filter unterstützt werden.By washing the water, hydrophilic components of the technical mixture I can be completely or partially removed. Such hydrophilic compounds can be about. Nitrogen compounds or oxygen compounds. Examples of nitrogen compounds are, for example, acetonitrile or N-methylpyrrolidone, which can originate from a 1,3-butadiene extractive distillation. An example of an oxygen compound is acetone, which may be from FC crackers. The laundry can be done in one or more stages. Accordingly, the technical design is adapted, for example as an extraction column or as a mixer-settler combination. Preferably, a single-stage wash is carried out by mixing the C 4 hydrocarbons with the washing medium and subsequent phase separation. The phase separation can be supported by using special filters.
Vorzugsweise beträgt das Massen-Verhältnis von Waschmedium zu technischer Mischung I 1 zu 1 bis 1 zu 100, bevorzugt 1 zu 3 bis 1 zu 30.Preferably is the mass ratio of washing medium to technical mixture I 1 to 1 to 1 to 100, preferably 1 to 3 to 1 to 30.
Die technische Mischung I ist nach einer Wasserwäsche mit wässrigem Waschmedium mit Wasser gesättigt. Um eine Zweiphasigkeit in den nachfolgenden Prozessschritten im Reaktor zu vermeiden, sollte dort die Reaktionstemperatur um ca. 10°C über der Temperatur der Wasserwäsche liegen.The I technical mixture is after a water wash with watery Wash medium saturated with water. To a two-phase should be avoided in the subsequent process steps in the reactor There, the reaction temperature about 10 ° C over the temperature of the water wash lie.
Verfahrensschritt b): Entfernen von ButadienProcess step b): removal of butadiene
Das Entfernen von Butadien aus der technischen Mischung I oder, falls der optionale Verfahrenschritt a) durchgeführt wurde, aus der technischen Mischung II unter Erhalt einer technischen Mischung III, kann auf verschiedene Weisen erfolgen.The Removing butadiene from the technical mixture I or, if the optional process step a) has been carried out the technical mixture II to obtain a technical mixture III, can be done in different ways.
So
kann das Entfernen von Butadien, insbesondere durch Abtrennen des
1,3-Butadiens durch Extraktion, z. B. mit N-Methylpyrrolidon, wie
in
Die
selektive Hydrierung des Butadiens zu Butenen erfolgt vorzugsweise
in der Flüssigphase mit Wasserstoff an einem festen Katalysator.
Bevorzugt wird die selektive Hydrierung, wie in
Abhängig von seiner Herkunft kann die eingesetzte technische Mischung I oder II z. B. von 30 bis 75 Massen-%, bevorzugt von 30 bis 60 Massen-% an mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffen aufweisen. Beispielsweise liegt der Gehalt an 1,3-Butadien in der C4-Fraktion eines Steamcrackers häufig bei ca. 45 Massen-%. Die technische Mischung I oder II kann trocken oder gegebenenfalls feucht eingesetzt werden.Depending on its origin, the technical mixture used I or II z. B. from 30 to 75% by mass, preferably from 30 to 60% by mass of polyunsaturated hydrocarbons. For example, the content of 1,3-butadiene in the C 4 fraction of a steam cracker is often about 45% by mass. The technical mixture I or II can be used dry or optionally wet.
Um eine hohe Selektivität der Bildung von linearen Butenen zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, die Konzentration an mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffen, vorwiegend 1,3-Butadien, im Zulauf zur ersten Stufe des Verfahrenschritts b) zu begrenzen. Die Zulaufkonzentrationen der mehrfach ungesättigten C4-Verbindungen in der technischen Mischung I oder II beträgt vorzugsweise kleiner 20 Massen-%, bevorzugt von 3 bis 15 Massen-% und besonders bevorzugt von 5 bis 10 Massen-%. Bei Einsatz von technischen Mischungen I oder II mit einer höheren Konzentration an mehrfach ungesättigten C4-Verbindungen wird der Reaktionsaustrag der ersten Stufe vorzugsweise zurückgeführt, das heißt der erste Reaktor (die erste Stufe) wird in Schlaufenfahrweise betrieben.In order to achieve a high selectivity of the formation of linear butenes, it may be advantageous to limit the concentration of polyunsaturated hydrocarbons, predominantly 1,3-butadiene, in the feed to the first stage of process step b). The feed concentrations of the polyunsaturated C 4 compounds in the technical mixture I or II is preferably less than 20% by mass, preferably from 3 to 15% by mass and more preferably from 5 to 10% by mass. When technical mixtures I or II with a higher concentration of polyunsaturated C 4 compounds are used, the first stage reaction product is preferably recycled, that is to say the first reactor (the first stage) is operated in loop mode.
In der zweiten Stufe wird der adiabatische Festbettreaktor vorzugsweise unter Rückführung von Produkt betrieben. Das Verhältnis von Rückführung zu Frischzulauf beträgt dabei vorzugsweise von 50/1 bis 2/1, bevorzugt von 35/1 bis 5/1.In the second stage, the adiabatic fixed bed reactor is preferably operated with recycling of product. The ratio of recirculation to fresh feed is preferably from 50/1 to 2/1, preferably from 35/1 to 5/1.
Die selektive Hydrierung gemäß der Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise bei einer Temperatur in der Reaktionszone von 10 bis 100°C, bevorzugt von 25 bis 80°C durchgeführt. Diese mittleren Hydriertemperaturen können bei der Verwendung mehrerer Reaktoren in diesen Reaktoren gleich oder verschieden sein.The selective hydrogenation according to the embodiment The process of the present invention is preferably incorporated herein by reference a temperature in the reaction zone of 10 to 100 ° C, preferably carried out from 25 to 80 ° C. These medium hydrogenation temperatures may be in use be the same or different of several reactors in these reactors.
Der als Edukt eingesetzte Butadien-haltige Strom (technische Mischung I oder II) stellt die flüssige Phase in dem Dreiphasensystem dar. Daher werden derartige Hydrierungen vorzugsweise bei einem Druck von 0,5 bis 5 MPa, bevorzugt von 0,5 bis 3 MPa und ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 2 MPa, gemessen jeweils am Eintritt der Reaktoren durchgeführt.Of the used as starting material butadiene-containing stream (technical mixture I or II) represents the liquid phase in the three-phase system Therefore, such hydrogenations are preferably in a Pressure of 0.5 to 5 MPa, preferably from 0.5 to 3 MPa and very particularly preferably from 0.5 to 2 MPa, measured in each case at the inlet of the reactors carried out.
Die Leerrohrgeschwindigkeiten der Flüssigphase in Verfahrenschritt b) können in weiten Bereichen variieren. Insbesondere kann sie über den laminaren Bereich deutlich hinausgehen. Bevorzugte Leerrohrgeschwindigkeiten mit welchen der erfindungsgemäße Verfahrensschritt b) durchgeführt werden kann, betragen von 50 bis 700 m3/m2/h, bevorzugt von 100 bis 450 m3/m2/h. Die Leerrohrgeschwindigkeiten kann beim Vorhandensein mehrerer Reaktoren in den verschiedenen Reaktoren gleich oder verschieden sein.The empty tube velocities of the liquid phase in process step b) can vary within wide limits. In particular, it can go beyond the laminar range significantly. Preferred empty tube velocities with which the method step b) according to the invention can be carried out are from 50 to 700 m 3 / m 2 / h, preferably from 100 to 450 m 3 / m 2 / h. The empty tube velocities may be the same or different in the presence of multiple reactors in the different reactors.
Im
Falle, dass mehr Gas (Wasserstoff) in den Reaktor eingespeist wird,
als in der zugeführten Flüssigkeit löslich
ist, kann mit Hilfe von Statikmischern dieses Gas dispergiert werden.
Geeignete Mischer sind beispielsweise in der Anmeldung
Das zur Hydrierung verwendete Gas kann reiner Wasserstoff oder ein Wasserstoff aufweisendes Gas, wie z. B. Wasserstoff sein, das bis zu 50 Volumen-% Inertgase (Gase, die weder mit den Edukten und/oder dem Produkt reagieren noch die Aktivität des Katalysators verändern) aufweist. Inertgase können beispielsweise Stickstoff oder Methan, nicht jedoch Kohlenmonoxid sein. Der Gehalt an Kohlenmonoxid im Gas sollte wegen seiner durch ihn häufig bewirkten Herabsetzung der Katalysatoraktivität im Bereich von wenigen Volumen-ppm liegen, vorzugsweise kleiner als 10 Volumen-ppm betragen. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt Wasserstoff mit einer Reinheit größer 99,5 Volumen-% als Gas eingesetzt.The The gas used for the hydrogenation can be pure hydrogen or a hydrogen having gas, such as. B. hydrogen that is up to 50% by volume Inert gases (gases that are incompatible with the educts and / or the product still react to change the activity of the catalyst) having. Inert gases may be, for example, nitrogen or Methane, but not carbon monoxide. The content of carbon monoxide in the gas should be because of its reduction often caused by him the catalyst activity in the range of a few ppm by volume preferably less than 10 ppm by volume. In the invention Process is preferably hydrogen with a purity greater 99.5% by volume used as gas.
Für die selektive Butadien-Hydrierung werden vorzugsweise Palladium-Trägerkatalysatoren eingesetzt. Die Palladiumkonzentration im Trägerkatalysator beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 2,0 Massen-%, bevorzugt von 0,2 bis 1,0 Massen-%. Als Trägermaterialien können beispielsweise MgO, Al2O3, SiO2, TiO2, SiO2/Al2O3, CaCO3 oder Aktivkohle oder Mischungen davon verwendet werden. Bevorzugte Trägermaterialien sind Al2O3 und SiO2. Für die Hydrierung können insbesondere Schalenkatalysatoren eingesetzt werden, d. h. Katalysatoren, bei denen sich die hydrieraktiven Stoffe in der Randzone des Katalysatorkörpers befinden.Palladium-supported catalysts are preferably used for the selective butadiene hydrogenation. The palladium concentration in the supported catalyst is preferably from 0.1 to 2.0% by mass, preferably from 0.2 to 1.0% by mass. As carrier materials, for example MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , SiO 2 / Al 2 O 3 , CaCO 3 or activated carbon or mixtures thereof can be used. Preferred support materials are Al 2 O 3 and SiO 2 . For the hydrogenation in particular shell catalysts can be used, ie catalysts in which the hydrogenation-active substances are in the edge zone of the catalyst body.
Die Katalysatoren werden bevorzugt in einer Form eingesetzt, in der sie einen geringen Strömungswiderstand bieten, z. B. in Form von Granalien, Pellets oder Formkörpern wie Tabletten, Zylindern, Kugeln, Strangextrudaten oder Ringen. In den einzelnen Reaktoren bzw. Reaktionszonen können gleiche oder verschiedene Katalysatoren eingesetzt werden.The Catalysts are preferably used in a form in which they offer a low flow resistance, z. In Form of granules, pellets or shaped articles such as tablets, Cylinders, balls, extruded extrusions or rings. In each of Reactors or reaction zones may be the same or different Catalysts are used.
Verfahrensschritt c): MTBE-SyntheseProcess step c): MTBE synthesis
Aus der in Verfahrensschritt b) erhaltene technische Mischung III oder einer Mischung IIIa, die durch Mischen der Mischung III mit einem C4-Kohlenwasserstoffgemisch erhalten wurde, wird in Verfahrensschritt c), Isobuten mittels einer MTBE Synthese abgetrennt. Die zum Erhalt der technischen Mischung IIIa eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffgemische weisen vorzugsweise einen Gehalt an 1,3-Butadien von kleiner 1 Mol-% auf. Typische C4-Kohlenwasserstoffgemische, die mit der technischen Mischung III zu einer Mischung IIIa vermischt werden können, sind z. B. Raffinat I und Raffinat II.From the technical mixture III obtained in process step b) or a mixture IIIa obtained by mixing the mixture III with a C 4 -hydrocarbon mixture, isobutene is separated off in process step c) by means of an MTBE synthesis. The C 4 -hydrocarbon mixtures used to obtain the technical mixture IIIa preferably have a content of 1,3-butadiene of less than 1 mol%. Typical C 4 -hydrocarbon mixtures which can be mixed with the technical mixture III to a mixture IIIa are, for. B. Raffinate I and Raffinate II.
Unter Raffinat I wird im allgemeinen ein C4-Kohlenwasserstoffgemisch verstanden, welches durch vollständiges oder weitgehendes Entfernen des 1,3-Butadiens (maximale Restkonzentration an 1,3-Butadien von 1 Massen-%, bevorzugt 0,1 Massen-%) aus einem C4-Kohlenwasserstoffgemisch, welches Butadien, Olefine wie Isobuten, 1-Buten und 2-Butene sowie gesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Isobuten und n-Butan aufweist, wie z. B. Crack-C4, erhalten wurde. Unter Raffinat II wird im allgemeinen ein Raffinat I verstanden, aus dem Isobuten, z. B. durch Umsetzung von Isobuten mit Methanol oder Ethanol zu Methyl-tert.-butylether bzw. Ethyl-tert.-butylether und Abtrennung der Ether, vollständig oder weitgehend entfernt wurde.Raffinate I is generally understood to mean a C 4 -hydrocarbon mixture which is obtained by complete or substantial removal of the 1,3-butadiene (maximum residual concentration of 1,3-butadiene of 1% by mass, preferably 0.1% by mass) from a C 4 hydrocarbon mixture comprising butadiene, olefins such as isobutene, 1-butene and 2-butenes and saturated hydrocarbons such as isobutene and n-butane, such as. B. Crack-C 4 , was obtained. By raffinate II is generally a raffinate I understood from the isobutene, z. B. by reaction of isobutene with methanol or ethanol to methyl tert-butyl ether or ethyl tert-butyl ether and separation of the ether, was completely or substantially removed.
In
Verfahrenschritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das in den Mischungen III oder IIIa der C4-Kohlenwasserstoffe
enthaltene Isobuten durch Umsetzung mit einem Überschuss
an Methanol in einer zweistufigen Methyl-tert.-butylether-Synthese
(MTBE-Synthese) abgetrennt. Prinzipiell kann die MTBE-Synthese,
wie in
Die erste Stufe der MTBE-Synthese im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt c) wird in Festbettreaktoren durchgeführt, die zweite Stufe der Umsetzung erfolgt in einer Reaktivdestillation. Die erste Stufe der Methyl-tert.-butylether-Synthese wird vorzugsweise in drei Festbettreaktoren durchgeführt. Als Reaktoren, in denen Methanol mit dem Isobuten bis nahe an das thermodynamische Gleichgewicht umgesetzt wird, können herkömmliche Festbettreaktoren (Rohrbündelreaktoren, adiabatische Festbettreaktoren, Kreislaufreaktoren) eingesetzt werden. Sie können mit oder ohne partieller Rückführung, wobei ggf. der Rückführungsstrom gekühlt werden kann, betrieben werden.The first stage of MTBE synthesis in the invention Process step c) is carried out in fixed bed reactors, the second stage of the reaction is carried out in a reactive distillation. The first stage of methyl tertiary butyl ether synthesis is preferred carried out in three fixed bed reactors. As reactors, in which methanol with the isobutene close to the thermodynamic Balance can be implemented, conventional Fixed bed reactors (tube bundle reactors, adiabatic fixed bed reactors, Circulation reactors) can be used. You can with or without partial recycle, where appropriate, the recycle stream can be cooled, operated.
In der ersten Stufe erfolgt der Umsatz des Isobutens bis zur Einstellung des thermodynamischen Gleichgewichts aus MTBE, Methanol und Isobuten, wobei vorzugsweise ein Isobuten-Umsatz von 94 und 96% eingestellt bzw. erreicht wird. Als Katalysatoren werden vorzugsweise dieselben Katalysatoren eingesetzt, die in der zweiten Stufe eingesetzt werden. Die Reaktoren der ersten Stufe werden vorzugsweise bei einer Temperatur von 20 bis 110°C, bevorzugt 25 bis 70°C und einem Druck von 0,5 bis 5 MPa, vorzugsweise 0,7 bis 2 MPa betrieben.In In the first stage, the turnover of the isobutene takes place up to the setting the thermodynamic equilibrium of MTBE, methanol and isobutene, preferably adjusted to an isobutene conversion of 94 and 96% or is reached. As catalysts, they are preferably the same Catalysts used in the second stage. The first stage reactors are preferably at a temperature from 20 to 110 ° C, preferably 25 to 70 ° C and a Pressure of 0.5 to 5 MPa, preferably 0.7 to 2 MPa operated.
Da das thermodynamische Gleichgewicht zwischen Methanol/Isobuten und Ether bei tiefer Temperatur überwiegend auf der Seite des Ethers liegt, ist es bevorzugt, den ersten der Reaktoren bei höherer Temperatur zwecks hoher Reaktionsgeschwindigkeit als die Folgenden, in denen der Gleichgewichtslage ausgenutzt wird, zu betreiben. Vorzugsweise wird der erste der Reaktoren bei einer Temperatur von 35 bis 70°C betrieben und die nachfolgenden Reaktoren werden bei einer Temperatur von 25 bis 50°C betrieben.There the thermodynamic equilibrium between methanol / isobutene and Ether at low temperature predominantly on the side of Ethers lies, it is preferred, the first of the reactors at higher Temperature for the purpose of high reaction rate than the following, in which the equilibrium position is exploited to operate. Preferably becomes the first of the reactors at a temperature of 35 to 70 ° C operated and the subsequent reactors are at a temperature operated from 25 to 50 ° C.
Das molare Verhältnis von Methanol zu Isobuten im Zulauf zum ersten Reaktor der ersten Stufe des Verfahrensschrittes c) liegt vorzugsweise im Bereich von 10 zu 1 bis 1 zu 1, besonders bevorzugt von 5 zu 1 bis 1,1 zu 1 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1,8 zu 1 bis 1,2 zu 1.The molar ratio of methanol to isobutene in the feed to first reactor of the first stage of process step c) is located preferably in the range of 10 to 1 to 1 to 1, more preferably from 5 to 1 to 1.1 to 1, and most preferably in the range from 1.8 to 1 to 1.2 to 1.
Die
zweite Stufe der Methyl-tert.-butylether-Synthese wird in einer
Reaktivdestillationskolonne, die in einem Druckbereich mit Überdruck
von 0,5 bis 1,5 MPa, vorzugsweise 0,75 bis 1,0 MPa und bei einer
Temperatur in der Reaktionszone von 50°C bis 90°C,
vorzugsweise 55 bis 70°C bei einem Rücklaufverhältnis
zwischen 0,5 und 1,5, bevorzugt zwischen 0,7 und 0,9 betrieben wird,
an einem sauren Ionenaustauscherharz, durchgeführt. Als
Rücklaufverhältnis bezeichnet man definitionsgemäß das
Verhältnis des Rücklaufstromes in die Kolonne
zum abgeführten Destillatstrom. Das relativ geringe Rücklaufverhältnis
kann zu einer signifikanten Dampfeinsparung führen, wodurch
das erfindungsgemäße Verfahren einen geringen
Energiebedarf besitzt. Überraschenderweise wird trotz der
relativ geringen Rückflussverhältnisse und Temperaturen
in den Katalysator-Packungen ein relativ hoher Isobuten-Umsatz erreicht.
Dies ist insbesondere überraschend, da in der Literatur,
beispielsweise von
Durch die zweistufige MTBE-Synthese können insbesondere Isobuten-Restkonzentrationen in der technischen Mischung IV von kleiner 1000 Massen-ppm (wppm), bevorzugt 800 wppm und besonders bevorzugt kleiner 500 wppm (bezogen auf das C4-Gemisch im Destillat) erhalten werden.By means of the two-stage MTBE synthesis, in particular isobutene residual concentrations in the technical mixture IV of less than 1000 ppm by mass (wppm), preferably 800 ppm by weight and particularly preferably less than 500 ppm by weight (based on the C 4 mixture in the distillate) can be obtained.
Die Temperatur des Kolonnenzulaufs liegt unabhängig von dessen Zusammensetzung, dem Reaktionsdruck in der Kolonne und dem Durchsatz vorzugsweise zwischen 50°C und 90°C, vorzugsweise zwischen 60°C und 75°C.The Temperature of the column inlet is independent of this Composition, the reaction pressure in the column and the throughput preferably between 50 ° C and 90 ° C, preferably between 60 ° C and 75 ° C.
Der Zulauf zur Reaktivdestillationskolonne kann oberhalb oder unterhalb, vorzugsweise unterhalb der Katalysatorzone erfolgen. Der Zulauf zur Reaktivdestillationskolonne erfolgt vorzugsweise unterhalb der reaktiven Packung, bevorzugt 3 bis 13, besonders bevorzugt 4 bis 10 theoretische Trennstufen unterhalb der reaktiven Packung.Of the Feed to the reactive distillation column can be above or below, preferably carried out below the catalyst zone. The feed to the reactive distillation column is preferably carried out below the reactive packing, preferably 3 to 13, more preferably 4 to 10 theoretical plates below the reactive packing.
Im Kolonnenzulauf der zweiten Stufe kann mehr Methanol enthalten sein, als für die vollständige Umsetzung des noch vorhandenen Isobutens gebraucht wird. Der Methanolüberschuss sollte jedoch derart begrenzt werden, dass einerseits eine ausreichende Methanolmenge für das sich bildende Azeotrop aus Methanol und C4-Kohlenwasserstoffen vorhanden ist, andererseits nicht so viel, dass Methanol ins Sumpfprodukt geriete, so dass bevorzugt ein MTBE mit einem Methanolgehalt unter 5000 wppm erhalten wird. Der Restgehalt an Isobuten im Zulauf zur zweiten Stufe beträgt vorzugsweise kleiner 2 Massen-%, bevorzugt kleiner 1 Massen-%.In the column feed the second stage may be more methanol than is needed for the complete implementation of the remaining isobutene. However, the methanol excess should be limited in such a way that on the one hand a sufficient amount of methanol for the forming azeotrope of metha nol and C 4 hydrocarbons is present, on the other hand, not so much that methanol geriete in the bottom product, so that preferably a MTBE is obtained with a methanol content below 5000 wppm. The residual content of isobutene in the feed to the second stage is preferably less than 2% by mass, preferably less than 1% by mass.
Optional kann zusätzliches Methanol in die zweite Stufe eingespeist werden. Dies kann zusammen mit dem Zulauf aus der ersten Stufe oder aber auch an einer Stelle oder an mehreren Stellen der Reaktivdestillationskolonne erfolgen, z. B. am Kolonnenkopf und/oder auf, zwischen und/oder unter dem Katalysatorbett.optional additional methanol can be fed to the second stage become. This can be done together with the feed from the first stage or but also at one point or at several points of the reactive distillation column done, z. B. at the top of the column and / or on, between and / or under the catalyst bed.
Die
Reaktivdestillationskolonne enthält vorzugsweise in der
Verstärkersäule den Katalysator und unter- und
oberhalb der Katalysatorpackung befinden sich vorzugsweise Trennböden
oder Destillationspackungen. Der Katalysator kann entweder in einer
Packung integriert sein, wie beispielsweise in KataMax®-Packungen
(
Bevorzugt weist die Reaktivdestillationskolonne oberhalb der Katalysatorpackung einen Bereich rein destillativer Trennung auf. Bevorzugt weist die Zone oberhalb der Katalysatorpackung 5 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Trennstufen auf. Die Trennzone unterhalb des Katalysators umfasst 12 bis 36, insbesondere 20 bis 30 Trennstufen. Die Katalysatorzone kann mit einer destillativen Wirkung von 1 bis 5 theoretischer Trennstufen pro Meter Packungshöhe abgeschätzt werden. Die Höhe der Katalysatorzone/Reaktivzone lässt sich in Abhängigkeit vom gewünschten Isobuten-Umsatz durch einfache Vorversuche ermitteln. Die Katalysatormenge wird vorzugsweise so groß gewählt, dass ein Isobuten-Umsatz von 75 bis 99%, vorzugsweise von 85 bis 98% und besonders bevorzugt von 95 bis 97% bezogen auf den Isobutengehalt im Zulauf zur Reaktivdestillation erreicht wird.Prefers indicates the reactive distillation column above the catalyst packing a range of purely distillative separation. Preferably, the Zone above the catalyst packing 5 to 20, in particular 10 to 15 stages on. The separation zone below the catalyst comprises 12 to 36, in particular 20 to 30 separation stages. The catalyst zone can with a distillative effect of 1 to 5 theoretical plates per Meter pack height be estimated. The height the catalyst zone / reactive zone can be dependent of the desired isobutene conversion by simple preliminary tests determine. The amount of catalyst is preferably chosen so large that an isobutene conversion of 75 to 99%, preferably 85 to 98% and more preferably from 95 to 97% based on the isobutene content is reached in the feed to the reactive distillation.
Die
Reaktivdestillationskolonne in der zweiten Stufe des Verfahrensschrittes
c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise
mit einer hydraulischen Belastung der katalytischen Packung von
10% bis 110%, vorzugsweise 20% bis 70% ihrer Flutpunktbelastung
betrieben. Unter hydraulischer Belastung einer Destillationskolonne
wird die gleichmäßige strömungstechnische
Beanspruchung des Kolonnenquerschnitts durch den aufsteigenden Dampf-Massenstrom
und den rücklaufenden Flüssigkeits-Massenstrom
verstanden. Die obere Belastungsgrenze kennzeichnet die maximale
Belastung durch Dampf und Rücklaufflüssigkeit, oberhalb
derer die Trennwirkung infolge Mitreißens oder Stauens
der Rücklaufflüssigkeit durch den aufsteigenden Dampfstrom
absinkt. Die untere Belastung kennzeichnet die minimale Belastung,
unterhalb derer die Trennwirkung absinkt oder zusammenbricht infolge
unregelmäßiger Strömung oder Leerlaufen
der Kolonne – z. B. der Böden. (
Am
Flutpunkt werden die vom Gas an die Flüssigkeit übertragenen
Schubspannungen so groß, dass die gesamte Flüssigkeitsmenge
in Form von Tropfen mit dem Gas mitgerissen wird oder dass es zu
Phaseninversion in der Kolonne kommt (
Als Katalysatoren werden in der MTBE-Synthese feste saure Ionenaustauscherharze, die Sulfonsäuregruppen aufweisen, eingesetzt. Geeignete Ionenaustauscherharze sind beispielsweise solche, die durch Sulfonierung von Phenol/Aldehyd-Kondensaten oder von Cooligomeren von aromatischen Vinylverbindungen hergestellt werden. Beispiele für aromatische Vinylverbindungen zur Herstellung der Cooligomere sind: Styrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalin, Vinylethylbenzol, Methylstyrol, Vinylchlorbenzol, Vinylxylol und Divinylbenzol. Insbesondere werden die Cooligomeren, die durch Umsetzung von Styrol mit Divinylbenzol entstehen, als Vorstufe für die Herstellung von. Ionenaustauscherharzen mit Sulfonsäuregruppen verwendet. Die Harze können gelförmig, makroporös oder schwammförmig hergestellt werden. Die Eigenschaften dieser Harze, insbesondere spezifische Oberfläche, Porosität, Stabilität, Quellung bzw. Schrumpfung und Austauschkapazität, können durch den Herstellprozess variiert werden.When Catalysts become solid acidic ion exchange resins in MTBE synthesis, have the sulfonic acid groups used. suitable Ion exchange resins are, for example, those obtained by sulfonation of phenol / aldehyde condensates or of cooligomers of aromatic Vinyl compounds are produced. Examples of aromatic Vinyl compounds for the preparation of the cooligomers are: styrene, vinyltoluene, Vinylnaphthalene, vinylethylbenzene, methylstyrene, vinylchlorobenzene, Vinylxylol and divinylbenzene. In particular, the cooligomers, which are formed by reaction of styrene with divinylbenzene, as Preliminary stage for the production of. ion exchange resins used with sulfonic acid groups. The resins can gel-shaped, macroporous or sponge-shaped getting produced. The properties of these resins, especially specific ones Surface, porosity, stability, swelling or shrinkage and exchange capacity, can by the manufacturing process can be varied.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können die Ionenaustauscherharze in ihrer H-Form eingesetzt werden. Stark saure Harze des Styrol-Divinylbenzol-Typs werden u. a. unter folgenden Handelsnamen verkauft: Duolite C20, Duolite C26, Amberlyst 15, Amberlyst 35, Amberlite IR-120, Amberlite 200, Dowex 50, Lewatit SPC 118, Lewatit SPC 108, K2611, K2621, OC 1501. Vorzugsweise werden als Ionenaustauscherharze die Typen Amberlyst® 15, Amberlyst® 35 (jeweils Rohm & Haas) oder Lewatit® K2621 (Lanxess) eingesetzt.In the process according to the invention, the ion exchange resins can be used in their H form. Strong acid resins of the styrene-divinylbenzene type are sold, inter alia, under the following trade names: Duolite C20, Duolite C26, Amberlyst 15, Amberlyst 35, Amberlite IR-120, Amberlite 200, Dowex 50, Lewatit SPC 118, Lewatit SPC 108, K2611, K2621 , OC 1501 are preferably used (each Rohm & Haas) or Lewatit ® K2621 (Lanxess) as ion exchange resins, the types Amberlyst ® 15, Amberlyst ® 35th
Das Porenvolumen der als Katalysatoren eingesetzten Ionenaustauscherharze beträgt vorzugsweise von 0,3 bis 0,9 ml/g, insbesondere von 0,5 bis 0,9 ml/g. Die Korngröße der Harze beträgt bevorzugt von 0,3 mm bis 1,5 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 1,0 mm. Die Korngrößenverteilung kann enger oder weiter gewählt werden. So können beispielsweise Ionenaustauscherharze mit sehr einheitlicher Korngröße (monodisperse Harze) eingesetzt werden. Die Kapazität des Ionenaustauscher beträgt, bezogen auf die Lieferform, bevorzugt von 0,7 bis 2,0 eq/l, insbesondere von 1,1 bis 2,0 eq/l bzw. vorzugsweise von 0,5 bis 5,5 mol/kg, insbesondere von 0,8 bis 5,5 mol/kg. Die Angaben zur Kapazität in mol/kg beziehen sich auf das jeweils bis zur Gewichtskonstanz im warmen Stickstoffstrom bei z. B. 105°C getrocknete Ionentauscherharz.The Pore volume of the ion exchange resins used as catalysts is preferably from 0.3 to 0.9 ml / g, in particular from 0.5 to 0.9 ml / g. The grain size of the resins is preferably from 0.3 mm to 1.5 mm, in particular of 0.5 mm to 1.0 mm. The particle size distribution can be elected narrower or wider. So, for example Ion exchange resins with very uniform grain size (Monodisperse resins) are used. The capacity of the Ion exchanger is, based on the delivery form, preferred from 0.7 to 2.0 eq / l, in particular from 1.1 to 2.0 eq / l or preferably from 0.5 to 5.5 mol / kg, in particular from 0.8 to 5.5 mol / kg. The Capacities in mol / kg refer to each to constant weight in a warm stream of nitrogen at z. 105 ° C dried ion exchange resin.
Aus dem in der zweiten Stufe der MTBE-Synthese erhaltenen Reaktionsgemisch werden der erhaltene Methyl-tert.-butylether und das nicht umgesetzte Methanol unter Erhalt einer technischen Mischung IV abgetrennt. Die Abtrennung des MTBE aus dem Reaktionsgemisch erfolgt bereits in: der Reaktivdestillationskolonne, wo das MTBE als Sumpfprodukt anfällt. Als Kopfprodukt der Reaktivdestillationskolonne wird ein Methanol-haltiger Strom erhalten, der 1-Buten, 2-Butene und Butane enthält.Out the reaction mixture obtained in the second step of the MTBE synthesis are the obtained methyl tert-butyl ether and the unreacted Separated methanol to obtain a technical mixture IV. The separation of the MTBE from the reaction mixture already takes place in: the reactive distillation column, where the MTBE as the bottom product accrues. As the top product of the reactive distillation column a methanol-containing stream is obtained, the 1-butene, 2-butenes and contains butane.
Der
in der Reaktivdestillationskolonne als Sumpfprodukt anfallende MTBE
kann für verschiedene Zwecke genutzt werden. Da er nur äußerst
geringe Mengen an Methyl-sec.-butylether (MSBE) enthält,
ist er für die Herstellung von hochreinem Isobuten durch
seine Rückspaltung geeignet, da praktisch keine linearen
Butene durch Rückspaltung des Methyl-sec.-butylethers entstehen
können. Die MTBE-Spaltung kann z. B. gemäß
Vorzugsweise wird der Verfahrensschritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens so durchgeführt wird, dass in der zweiten Stufe ein Kopfprodukt, enthaltend Methanol und ein C4-Kohlenwasserstoffgemisch, mit einem Isobuten-Gehalt von weniger als 1000 wppm, bezogen auf das C4-Kohlenwasserstoffgemisch, sowie ein Sumpfprodukt, enthaltend MTBE erhalten wird, und dass das Kopfprodukt in eine technische Mischung IV und Methanol getrennt wird. Eine weitere Reinigung des MTBE ist nicht mehr erforderlich, wenn es als Komponente für Ottokraftstoffe eingesetzt wird. Aus dem Kopfprodukt kann das Methanol beispielsweise über Adsorption an Molsieben, Membranverfahren, Schleppmitteldestillation oder Extraktion, vorzugsweise durch Extraktion unter Erhalt einer Methanol-armen bzw. -freien technischen Mischung IV abgetrennt werden.Preferably, the process step c) of the inventive method is carried out so that in the second stage, a top product containing methanol and a C 4 hydrocarbon mixture having an isobutene content of less than 1000 wppm, based on the C 4 hydrocarbon mixture, and a bottom product containing MTBE is obtained, and that the overhead product is separated into a technical mixture IV and methanol. Further purification of the MTBE is no longer required when used as a component for gasoline fuels. From the top product, the methanol can be separated, for example, by adsorption on molecular sieves, membrane processes, entrainer distillation or extraction, preferably by extraction to obtain a methanol-lean or -free technical mixture IV.
Die Abtrennung des Methanols aus dem Kopfprodukt kann insbesondere durch Extraktion mit Wasser oder einer wässrigen Lösung als Waschmedium erfolgen. Bevorzugt wird eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert von größer-gleich 8, bevorzugt von 8 bis 12 eingesetzt. Die Einstellung des pH-Werts kann z. B. durch Zugabe von Natronlauge und/oder Schwefelsäure erfolgen. Diese Extraktion nach den bekannten Standardverfahren der Technik, kann beispielsweise in einer Extraktionskolonne oder in einer Kaskade von Mixern und Trennbehältern erfolgen. Gegenüber den anderen Verfahren weist sie verschiedene Vorteile auf, beispielsweise geringes Investment und niedrige Betriebskosten.The Separation of the methanol from the top product can in particular by Extraction with water or an aqueous solution take place as a washing medium. Preference is given to an aqueous Solution with a pH greater than or equal 8, preferably used from 8 to 12. The adjustment of the pH can z. B. by adding sodium hydroxide solution and / or sulfuric acid respectively. This extraction according to the known standard methods The technique can, for example, in an extraction column or in a cascade of mixers and separation tanks. Compared to the other methods, it has different Benefits, such as low investment and low operating costs.
Bevorzugt erfolgt die Abtrennung des Methanols aus dem Kopfprodukt der Reaktivdestillationskolonne mit Wasser oder einer wässrigen Lösung als Waschmedium in einer Extraktionskolonne. Der Restgehalt an Alkohol wird dabei bevorzugt auf unter 0,2 Massen-%, besonders bevorzugt auf unter 500 wppm, ganz besonders bevorzugt auf unter 50 wppm abgesenkt. Die Extraktionskolonne weist bevorzugt von 2 bis 25, besonders bevorzugt von 5 bis 15 theoretische Trennstufen auf und wird bevorzugt bei Temperaturen von 10 bis 90°C und Drücken von mindestens 0,1 MPa über dem Dampfdruck der C4-Kohlenwasserstoffe betrieben. Das Massen-Verhältnis von Waschmedium zu zugeführtem Kopfprodukt (technische Mischung IV plus Methanol) beträgt vorzugsweise von 1 zu 5 bis 1 zu 40 beträgt.Preferably, the separation of the methanol from the top product of the reactive distillation column is carried out with water or an aqueous solution as a washing medium in an extraction column. The residual content of alcohol is preferably lowered to below 0.2% by mass, more preferably below 500 ppm by weight, very particularly preferably below 50 ppm by weight. The extraction column preferably has from 2 to 25, more preferably from 5 to 15 theoretical plates and is preferably operated at temperatures of 10 to 90 ° C and pressures of at least 0.1 MPa above the vapor pressure of the C 4 hydrocarbons. The mass ratio of washing medium to top product fed (technical mixture IV plus methanol) is preferably from 1 to 5 to 1 to 40.
Das mit Alkohol beladene Waschwasser aus der Extraktion wird bevorzugt in einer separaten Einheit aufgearbeitet und zumindest teilweise in die Extraktion zurückgeführt. Die Aufarbeitung kann beispielsweise durch eine Destillation erfolgen, bei der eine praktisch alkoholfreie Wasserfraktion im Sumpf und Methanol als Kopfprodukt erhalten werden. Das Methanol kann zurück in die MTBE-Synthese gefahren werden.The Alcohol-laden wash water from the extraction is preferred worked up in a separate unit and at least partially returned to the extraction. The workup can be done for example by a distillation in which a virtually alcohol-free water fraction in the bottom and methanol as top product to be obtained. The methanol can be returned to the MTBE synthesis be driven.
Bevorzugt wird das Kopfprodukt der Reaktivdestillationskolonne in eine Extraktionskolonne überführt, in die im Gegenstrom ein Extraktionsmittel, wie z. B. Wasser, über einen am Kopf befindlichen Zulauf eingespeist wird. Das Extraktionsmittel kann über den Ablauf am Sumpf der Kolonne entnommen werden. Am Kopf der Extraktionskolonne kann als Produkt der Extraktion eine technische Mischung IV erhalten werden.Prefers the overhead product of the reactive distillation column is transferred to an extraction column, in in countercurrent an extractant such. As water, over a feed located at the top is fed. The extractant can be removed via the drain at the bottom of the column. At the top of the extraction column can as a product of the extraction of a technical mixture IV are obtained.
Verfahrensschritt d): Selektiv-HydrierungProcess step d): Selective hydrogenation
Aus
der in Verfahrensschritt c) erhaltenen technischen Mischung IV werden
mehrfach ungesättigte C4-Kohlenwasserstoffe
unter Erhalt einer technischen Mischung V, durch selektive Hydrierung
der mehrfach ungesättigten C4-Kohlenwasserstoffe
mit Wasserstoff entfernt. Die Hydrierung erfolgt vorzugsweise analog
zu dem in
Die Hydrierung erfolgt in flüssiger Phase an einem Palladium-haltigen Festbettkatalysator mit Wasserstoff unter Zusatz von Kohlenmonoxid als Moderator.The Hydrogenation takes place in the liquid phase on a palladium-containing Fixed bed catalyst with hydrogen with the addition of carbon monoxide as a moderator.
Wasserstoff und Kohlenmonoxid sind dabei im Kohlenwasserstoffgemisch vollständig gelöst. Als Wasserstoffmenge wird mindestens die zugegeben, die stöchiometrisch für die Hydrierung der mehrfach ungesättigten Verbindungen zu den Monoenen notwendig ist. Sie lässt sich aus der Zusammensetzung des zu hydrierenden technischen Gemisches IV berechnen.hydrogen and carbon monoxide are complete in the hydrocarbon mixture solved. At least the amount of hydrogen added is the stoichiometric for the hydrogenation of the multiply unsaturated compounds to the monoenes is necessary. It can be made from the composition of the to be hydrogenated calculate technical mixture IV.
Die
auf die Masse des technischen Gemisches IV zu beziehende CO-Menge
beträgt mindestens 0,05 ppm. Mengen von über 20
ppm führen standardmäßig zu keiner weitern
wesentlichen Verbesserung der Hydrierergebnisse, so dass Mengen
von 0,05 bis 10 ppm bevorzugt sind. Die im jeweiligen Prozess optimal
zu dosierende Menge an CO kann leicht experimentell, wie in
Der Katalysator weist 0,1 bis 2 Massen-% Palladium auf einem, vorzugsweise inerten Träger auf. Zu solchen Trägern gehören beispielsweise Aluminiumoxid, Silicagel, Alumosilikat und Aktivkohle. Pro Liter eingesetztem Katalysator wird vorzugsweise eine Kohlenwasserstoffmenge im Bereich von 5 bis 300 Litern durchgesetzt.Of the Catalyst has 0.1 to 2 mass% of palladium on one, preferably inert carrier. Belong to such carriers For example, alumina, silica gel, aluminosilicate and activated carbon. Per liter of catalyst used is preferably an amount of hydrocarbon in the range of 5 to 300 liters enforced.
Die Temperatur, bei der die Hydrierung durchgeführt wird, beträgt von 0 bis 75°C. Damit kein freies Wasser anfällt, wird die Hydrierung zweckmäßig bei höherer Temperatur als die Extraktion in Verfahrensschritt c) betrieben.The Temperature at which the hydrogenation is carried out is from 0 to 75 ° C. So that no free water is generated, the hydrogenation is appropriate at higher Temperature operated as the extraction in step c).
Der Verfahrensdruck muss hinreichend groß sein, um die Flüssigphase bei der gewählten Temperatur aufrecht zu erhalten und um eine ausreichende Menge an Wasserstoff und Kohlenmonoxid in Lösung zu bringen. Der Reaktionsdruck beträgt vorzugsweise kleiner 6 MPa, bevorzugt kleiner 2 MPa. Ein typischer Reaktionsdruck beträgt 1,5 MPa.Of the Process pressure must be sufficiently large to allow the liquid phase upright at the chosen temperature and around a sufficient amount of hydrogen and carbon monoxide in solution bring to. The reaction pressure is preferably smaller 6 MPa, preferably less than 2 MPa. A typical reaction pressure is 1.5 MPa.
Bevorzugt wird die Hydrierung mehrstufig, besonders bevorzugt zweistufig, durchgeführt. Die Einspeisung von Wasserstoff erfolgt dabei vor jedem der Reaktoren, die von Kohlenmonoxid vorzugsweise in den ersten der Reaktoren. Die Reaktoren können unter Rückführung von Produkt betrieben werden.Prefers the hydrogenation is multi-stage, particularly preferably two-stage, carried out. The supply of hydrogen takes place before each of the reactors, preferably of carbon monoxide in the first of the reactors. The reactors can be under recirculation be operated by product.
Verfahrensschritt e): DestillationProcess step e): distillation
Der Verfahrensschritt e) umfasst eine destillative Auftrennung der technischen Mischung V in eine Kopffraktion L1, die im wesentlichen 1-Buten, Iso-Butan und gegebenenfalls Leichtsieder aufweist und weitgehend frei von n-Butanen und 2-Butenen ist, und eine Sumpffraktion S1, die mindestens 2-Butene und n-Butan aufweist.Of the Process step e) comprises a distillative separation of the technical Mixture V into a top fraction L1 which is essentially 1-butene, Iso-butane and optionally low-boiling and largely is free from n-butanes and 2-butenes, and a bottoms fraction S1, which has at least 2-butenes and n-butane.
Aus der in Verfahrensschritt d) erhaltenen technischen Mischung V, in der Fachliteratur oft auch als Raffinat II bezeichnet, können Isobutan und 1-Buten destillativ, vollständig oder teilweise, abgetrennt werden. Die zurückbleibende Mischung S1, auch als Raffinat III bezeichnet, enthält üblicherweise hauptsächlich 2-Butene, n-Butan und gegebenenfalls einen Anteil an 1-Buten. Die Mischung S1 ist Einsatzstoffgemisch für den Verfahrensschritt g) des erfindungsgemäßen Verfahrens.Out the technical mixture V obtained in process step d), in The specialist literature often referred to as Raffinate II, can Isobutane and 1-butene by distillation, in whole or in part, be separated. The remaining mixture S1, too referred to as raffinate III, usually contains mainly 2-butenes, n-butane and optionally one Proportion of 1-butene. The mixture S1 is feed mixture for the process step g) of the invention Process.
Die destillative Trennung kann in für die Auftrennung solcher Kohlenwasserstoffgemische üblicherweise eingesetzten Apparaturen, z. B. Destillations- oder Fraktionierungskolonnen, erfolgen.The Distillative separation can be used for separation of such Hydrocarbon mixtures usually used equipment, z. B. distillation or Fraktionierungskolonnen done.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die destillative Auftrennung in einer Superfraktionierkolonne durchgeführt. Der Zulauf zu dieser Kolonne erfolgt vorzugsweise in der unteren Hälfte, bevorzugt im unteren Drittel der Kolonne. Wegen der engen Siedelage des zu trennenden Gemisches wird Verfahrensschritt e) vorzugsweise in einer Kolonne, die mehr als 100, bevorzugt mehr als 125, besonders bevorzugt mehr als 150 theoretische Trennstufen und ganz besonders bevorzugt von 150 bis 200 theoretische Trennstufen aufweist, durchgeführt. Die Kolonne kann als Packungs- oder Bodenkolonne ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Ausführung als Bodenkolonne ausgeführt.In a preferred embodiment, the distillative separation is carried out in a Superfraktionierkolonne. The feed to this column is preferably in the lower half, preferably in the lower third of the column. Because of the close boiling position of the mixture to be separated, process step e) is preferably carried out in a column which has more than 100, preferably more than 125, more preferably more than 150 theoretical plates and very preferably from 150 to 200 theoretical plates. The column can be designed as a packed or tray column. Preferably, the Ausfüh tion designed as a tray column.
Das Rücklaufverhältnis (Rücklaufmenge zu Destillatabnahme) in der Kolonne beträgt, in Abhängigkeit von der realisierten Stufenzahl und vom Betriebsdruck, vorzugsweise kleiner-gleich 20, bevorzugt kleiner 14, besonders bevorzugt kleiner 11. Die Kondensation kann gegen Kühlwasser oder Luft durchgeführt werden. Der Destillatbehälter wird vorzugsweise als Flüssigkeit-Flüssigkeit-Abscheiden ausgeführt. Dadurch kann gegebenenfalls im Zulaufstrom enthaltenes Wasser als zweite Phase im Destillatbehälter abgetrennt werden und es kann ein technisch wasserfreies Sumpfprodukt S1 erhalten werden.The Return ratio (return flow to Distillate) in the column, depending on the realized number of stages and the operating pressure, preferably less than or equal to 20, preferably less than 14, more preferably less 11. The condensation can be carried out against cooling water or air become. The distillate container is preferably deposited as liquid-liquid executed. As a result, if appropriate, in the feed stream contained water as a second phase in the distillate tank be separated and it may be a technically anhydrous bottom product S1 are obtained.
Die Trennung gemäß Verfahrensschritt e) wird vorzugsweise bei einem Druck von 0,4 bis 1,0 MPaabsolut, bevorzugt bei einem Druck von 0,5 bis 0,7 MPaabsolut durchgeführt. Die Temperatur, bei welcher die Trennung durchgeführt wird, beträgt vorzugsweise von 35 bis 80°C, bevorzugt 40 bis 65°C.The separation according to process step e) is preferably carried out absolutely at a pressure of 0.4 to 1.0 MPa absolute , preferably at a pressure of 0.5 to 0.7 MPa. The temperature at which the separation is carried out is preferably from 35 to 80 ° C, preferably 40 to 65 ° C.
Zur Beheizung des Verdampfers der in Verfahrensschritt e) eingesetzten Kolonne kann ein üblicher Wärmeträger, wie z. B. Dampf oder Warmwasser sowie bevorzugt Abwärme aus anderen Prozessen eingesetzt werden. In letzterem Fall kann es vorteilhaft sein, die Kolonne mit mehr als einem Verdampfer auszustatten. Die Kolonne wird bevorzugt als einfache Kolonne mit mindestens einem Verdampfer und mindestens einem Kondensator ausgerüstet. Wegen des hohen Energiebedarfs und der kleinen Temperaturdifferenz zwischen Sumpf und Kopf der Kolonne sind Energiesparschaltungen besonders bevorzugte Ausführungsformen. Exemplarisch sei hier auf die Methode der Brüdenverdichtung verwiesen. Eine weitere besonders bevorzugte Schaltung ist die Zweidruckschaltung (double effect distillation) in Integration mit einer zweiten Kolonne. Die zweite Kolonne kann bevorzugt eine parallelgeschaltete Kolonne mit gleicher oder unterschiedlicher Trennaufgabe sein. Dabei wird eine der Kolonnen bei so hohem Druck gefahren, dass ihre Kondensationstemperatur zur Beheizung der anderen Kolonne ausreicht. Bei der wärmetechnischen Verschaltung von Kolonnen mit unterschiedlichen Trennaufgaben kann prinzipiell jede geeignete Kolonne aus dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch eine Kolonne, die außerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens am Anlagenstandort vorhanden ist, mit der Kolonne des Verfahrensschrittes e) verschaltet werden. Besonders bevorzugt ist die zweite Kolonne die C4-Trennkolonne aus Verfahrensschritt f).For heating the evaporator of the column used in step e), a conventional heat transfer medium, such as. As steam or hot water and preferably waste heat from other processes can be used. In the latter case, it may be advantageous to equip the column with more than one evaporator. The column is preferably equipped as a simple column with at least one evaporator and at least one condenser. Because of the high energy demand and the small temperature difference between the bottom and top of the column energy saving circuits are particularly preferred embodiments. As an example, reference is made to the method of vapor compression. Another particularly preferred circuit is the double-effect distillation in integration with a second column. The second column may preferably be a parallel-connected column with the same or different separation task. In this case, one of the columns is driven at such high pressure that their condensation temperature is sufficient to heat the other column. In the thermal connection of columns with different separation tasks, in principle any suitable column from the process according to the invention but also a column which is present outside the process according to the invention at the plant location, with the column of process step e) are connected. The second column is particularly preferably the C 4 separating column from process step f).
Verfahrensschritt f): 1-Buten-AbtrennungProcess step f): 1-butene separation
Der Verfahrensschritt f) beinhaltet die destillative Auftrennung der Leichtsiederfraktion L1 aus Verfahrensschritt e) in 1-Buten und Isobutan sowie gegebenenfalls Leichtsieder.Of the Process step f) involves the distillative separation of Low-boiling fraction L1 from process step e) in 1-butene and Isobutane and optionally low boilers.
Aus der aus Verfahrensschritt e) erhaltenen Kopffraktion L1, die im Wesentlichen 1-Buten, Isobutan und gegebenenfalls Leichtsieder aufweist, wird destillativ 1-Buten abgetrennt. Die Abtrennung des 1-Butens kann durch Destillation der Fraktion L1 in einer oder mehreren Destillationskolonnen erfolgen.Out the top fraction L1 obtained from process step e), which in Essentially comprises 1-butene, isobutane and optionally low-boiling components, is separated by distillation 1-butene. The separation of the 1-butene can by distillation of fraction L1 in one or more distillation columns respectively.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abtrennung des 1-Butens in einer Destillationskolonne, in der als Sumpfprodukt sehr reines 1-Buten erhalten wird. Als Kopfprodukt wird eine Isobutan-reiche Fraktion erhalten, die zudem gegebenenfalls Leichtsieder (beispielsweise C3-Kohlenwasserstoffe) enthält.In a preferred embodiment, the separation of the 1-butene is carried out in a distillation column in which very pure 1-butene is obtained as the bottom product. The top product obtained is an isobutane-rich fraction which optionally also contains low boilers (for example C 3 hydrocarbons).
Bevorzugt wird die Trennung in einer Superfraktionierkolonne durchgeführt. Der Zulauf zu dieser Kolonne erfolgt vorzugsweise in die obere Hälfte, bevorzugt in die untere Hälfte der oberen Hälfte der Kolonne. Wegen der engen Siedelage des zu trennenden Gemisches wird die Kolonne mit vorzugsweise mehr als 100, bevorzugt mehr als 125, besonders bevorzugt mehr als 150 und ganz besonders bevorzugt von 150 bis 200 theoretischen Trennstufen ausgeführt. Die Kolonne wird vorzugsweise als Packungs- oder Bodenkolonne ausgeführt, bevorzugt als Bodenkolonne. Das Rücklaufverhältnis (Rücklaufmenge zu Destillatabnahme) ist, in Abhängigkeit von der realisierten Stufenzahl und vom Betriebsdruck, vorzugsweise kleiner-gleich 100, bevorzugt kleiner 70, besonders bevorzugt kleiner 60. Ganz besonders bevorzugt beträgt das Rücklaufverhältnis von 30 bis 60. Die Kondensation kann gegen Kühlwasser oder Luft durchgeführt werden. Der Destillatbehälter wird vorzugsweise als flüssig-flüssig-Abscheider ausgeführt. Dadurch kann gegebenenfalls im Zulaufstrom enthaltenes Wasser als zweite Phase im Destillatbehälter abgetrennt werden und es kann ein technisch wasserfreies Sumpfprodukt erhalten werden.Prefers the separation is carried out in a Superfraktionierkolonne. The feed to this column is preferably in the upper half, preferably in the lower half of the upper half the column. Because of the tight Siedelage of the mixture to be separated the column is preferably greater than 100, preferably more than 125, more preferably more than 150 and most preferably run from 150 to 200 theoretical plates. The Column is preferably carried out as a packed or tray column, preferably as a tray column. The return ratio (Return amount to distillate decrease) is dependent of the realized number of stages and the operating pressure, preferably less than or equal to 100, preferably less than 70, particularly preferably less 60. Most preferably, the reflux ratio from 30 to 60. The condensation can be against cooling water or Air to be done. The distillate container is preferably as a liquid-liquid separator executed. As a result, if appropriate, in the feed stream contained water as a second phase in the distillate tank be separated and it may be a technically anhydrous bottom product to be obtained.
Zur Beheizung des Verdampfers der Kolonne kann ein üblicher Wärmeträger, wie z. B. Dampf oder Warmwasser, sowie bevorzugt Abwärme aus anderen Prozessen eingesetzt werden. In letzterem Fall kann es vorteilhaft sein, die Kolonne mit mehr als einem Verdampfer auszustatten. Die Kolonne wird bevorzugt als einfache Kolonne mit mindestens einem Verdampfer und mindestens einem Kondensator ausgerüstet. Wegen des hohen Energiebedarfs und der kleinen Temperaturdifferenz zwischen Sumpf und Kopf der Kolonne sind Energiesparschaltungen besonders bevorzugte Ausführungsformen. Exemplarisch sei hier auf die Methode der Brüdenverdichtung verwiesen. Eine weitere besonders bevorzugte Schaltung ist die Zweidruckschaltung (double effect distillation) in Integration mit einer zweiten Kolonne. Die zweite Kolonne kann bevorzugt eine parallelgeschaltete Kolonne mit gleicher oder unterschiedlicher Trennaufgabe sein. Dabei wird eine der Kolonnen bei so hohem Druck gefahren, dass ihre Kondensationstemperatur zur Beheizung der anderen Kolonne ausreicht. Bei der wärmetechnischen Verschaltung von Kolonnen mit unterschiedlichen Trennaufgaben kann prinzipiell jede geeignete Kolonne aus dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch eine Kolonne, die außerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens am Anlagenstandort vorhanden ist, mit der erfindungsgemäßen Kolonne des Verfahrensschrittes f) verschaltet werden. Besonders bevorzugt ist die zweite Kolonne die C4-Trennkolonne aus Verfahrensschritt e). Dabei wird eine der Kolonnen bei so hohem Druck gefahren, dass ihre Kondensationstemperatur zur Beheizung der anderen Kolonne ausreicht.For heating the evaporator of the column, a conventional heat transfer medium, such as. As steam or hot water, and preferably waste heat from other processes can be used. In the latter case, it may be advantageous to equip the column with more than one evaporator. The column is preferably equipped as a simple column with at least one evaporator and at least one condenser. Because of the high energy demand and the small temperature difference between the bottom and top of the column are Energy saving circuits particularly preferred embodiments. As an example, reference is made to the method of vapor compression. Another particularly preferred circuit is the double-effect distillation in integration with a second column. The second column may preferably be a parallel-connected column with the same or different separation task. In this case, one of the columns is driven at such high pressure that their condensation temperature is sufficient to heat the other column. In the thermal engineering connection of columns with different separation tasks, in principle any suitable column from the process according to the invention but also a column which is present outside the process according to the invention at the plant location, can be connected to the column according to the invention of process step f). The second column is particularly preferably the C 4 separating column from process step e). In this case, one of the columns is driven at such high pressure that their condensation temperature is sufficient to heat the other column.
Neben dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes f) ist es auch möglich, aus der Kopffraktion L1 in einer ersten Destillationskolonne zunächst gegebenenfalls vorhandene Leichtsieder als Kopfprodukt abzutrennen wobei im Sumpf der Kolonne eine Mischung erhalten wird, die hauptsächlich 1-Buten und Isobutan enthält. In einer zweiten Kolonne, die wie die oben beschriebene Superfraktionierkolonne ausgeführt sein kann, kann diese Sumpfmischung in 1-Buten, welches als Sumpfprodukt anfällt, und eine Isobutan-reiche Fraktion (Kopfprodukt), aufgetrennt werden.Next this preferred embodiment of the method step according to the invention f) it is also possible from the top fraction L1 in one first distillation column initially optionally present Separate low boilers as top product while in the bottom of the column a mixture is obtained, mainly 1-butene and isobutane. In a second column, like carried out the above-described Superfraktionierkolonne may be, this sump mixture in 1-butene, which is obtained as bottoms, and an isobutane-rich fraction (overhead product) are separated.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes, reines 1-Buten enthält vorzugsweise weniger als 5000 wppm (Massen-ppm), bevorzugt weniger als 2000 wppm und besonders bevorzugt weniger als 1500 wppm Isobuten und ist ein gefragtes Zwischenprodukt. Es kann beispielsweise als Comonomer bei der Herstellung von Polyethylen (LLDPE oder HDPE) sowie von Ethylen-Propylen-Mischpolymeren eingesetzt werden. Es findet weiterhin Einsatz als Alkylierungsmittel und ist Ausgangsstoff für die Herstellung von Butan-2-ol, Butenoxid, Valeraldehyd. Eine weitere Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten nahezu Isobuten-freien 1-Butens ist die Herstellung von n-Buten-Oligomeren, insbesondere nach dem Octol-Prozess.With produced by the process according to the invention, Pure 1-butene preferably contains less than 5000 wppm (Mass ppm), preferably less than 2000 wppm, and more preferably less than 1500 wppm isobutene and is a sought after intermediate. It can be used, for example, as a comonomer in the production of polyethylene (LLDPE or HDPE) and used by ethylene-propylene copolymers become. It is still used as alkylating agent and is Starting material for the production of butan-2-ol, butene oxide, Valeraldehyde. Another use of the invention produced almost isobutene-free 1-butene is the preparation of n-butene oligomers, especially after the octol process.
Neben dem 1-Buten fallen, je nach Ausgangszusammensetzung der C4-Kohlenwasserstoffe, bei der destillativen Aufarbeitung in Verfahrensschritt f) Isobutan-reiche Fraktionen an. Diese können weiter, vorzugsweise zu reinem Isobutan, aufgereinigt werden. Das bei der Aufarbeitung gewonnene Isobutan hat vorzugsweise eine Reinheit von mindestens 90 Massen-% Isobutan, besonders bevorzugt 95 Massen-% Isobutan und enthält bevorzugt weniger als 1000 wppm, besonders bevorzugt weniger als 200 wppm Olefine. Eine Aufreinigung zu reinem Isobutan kann beispielsweise durch vollständige Hydrierung der noch enthaltenen Alkene zu Alkanen und anschließende Destillation erfolgen.In addition to the 1-butene fall, depending on the starting composition of C 4 hydrocarbons, in the working up by distillation in process step f) isobutane-rich fractions. These can be purified further, preferably to pure isobutane. The isobutane obtained in the work-up preferably has a purity of at least 90% by mass of isobutane, particularly preferably 95% by mass of isobutane and preferably contains less than 1000 ppm by weight, more preferably less than 200 ppm by weight olefins. Purification to pure isobutane can be carried out, for example, by complete hydrogenation of the alkenes still present to give alkanes and subsequent distillation.
Verfahrensschritt g): Molekularsieb-BehandlungProcess step g): molecular sieve treatment
Die
in Verfahrensschritt e) erhaltene Schwersiederfraktion S1 kann in
einem optionalen Verfahrensschritt g) mit einem Adsorber behandelt
werden um Spurenkomponenten zu entfernen, die in Verfahrensschritt h)
den Katalysator vergiften oder seine Aktivität herabsetzen
könnten. Geeignete Adsorber sind beispielsweise in
Bevorzugt werden Molekularsiebe als Adsorber eingesetzt, die einen mittleren Porendurchmesser von 0,4 bis 1,5 nm aufweisen. Bei den Molekularsieben kann es sich sowohl um kristalline, natürliche Aluminiumsilikate, wie z. B. Schichtgittersilikate, als auch um synthetisch hergestellte Molekularsiebe handeln. Darunter fallen beispielsweise auch kommerziell erhältliche Zeolithe vom A-, X- und Y-Typ. Die Molekularsiebe können zudem andere Metalle, beispielsweise Kupfer, Silber, Zink oder Mischungen dieser Metalle enthalten. Der Gehalt an diesen Metallen liegt vorzugsweise bei kleiner 2 Massen-%.Prefers Molecular sieves are used as adsorbers, which have a medium Pore diameter of 0.4 to 1.5 nm. At the molecular sieves can be both crystalline, natural aluminum silicates, such as As layered silicates, as well as synthetically produced Act molecular sieves. These include, for example, commercial available zeolites of the A, X and Y type. The molecular sieves In addition, other metals, such as copper, silver, Zinc or mixtures of these metals. The content of these Metals are preferably less than 2 mass%.
Der erfindungsgemäße Verfahrensschritt g) wird vorzugsweise bei einem Druck von 0,1 bis 5 MPa und einer Temperatur von 20 bis 160°C in der Flüssigphase durchgeführt. Typische Spurenkomponenten, die über die Reinigung mit dem Adsorber entfernt werden, sind z. B. Schwefel-, Stickstoff-, Sauerstoff- und/oder Halogenverbindungen.Of the Process step g) according to the invention is preferably at a pressure of 0.1 to 5 MPa and a temperature of 20 to 160 ° C in the liquid phase. Typical trace components that come with the cleaning the adsorber are removed, for. As sulfur, nitrogen, Oxygen and / or halogen compounds.
Verfahrensschritt h): OligomerisierungProcess step h): Oligomerization
Die
in der in Verfahrensschritt g) erhaltene technischen Mischung VI
oder die in der in Verfahrensschritt e) enthaltenen Fraktion S1
enthaltenen n-Butene werden unter Erhalt von Oligomeren O an einem
heterogenen Nickel, Silizium und Aluminium aufweisenden Katalysator,
oligomerisiert. Das diesem Verfahrensschritt zu Grunde liegende
Verfahren hat Eingang in die Literatur als OCTOL-Prozess gefunden,
der in
Die
Oligomerisierung erfolgt in Gegenwart von heterogenen Nickel-haltigen
Trägerkatalysatoren. Als Trägermaterialien können
die Katalysatoren beispielsweise Siliciumdioxid und Aluminiumoxid,
Alumosilikate oder Zeolithe aufweisen. Die Träger können
gegebenenfalls sulfatiert sein. Zudem kann der Katalysator Schwefel
enthalten. Derartige Katalysatoren sind in der Fachliteratur bekannt
und beispielsweise in
Für die Herstellung der eingesetzten Nickelträgerkatalysatoren gibt es verschiedene Wege. Beispielsweise können solche Katalysatoren durch gemeinsames Fällen von Nickelverbindungen und Trägermaterial, wie z. B. Aluminium- und Siliziumverbindungen, Filtrieren und anschließendes Tempern hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Nickelverbindungen auf eines der oben genannten Trägermaterialien aufzubringen, beispielsweise durch Imprägnieren oder Aufsprühen, und anschließend den Katalysatorvorläufer zu calcinieren. Zur Herstellung der Katalysatoren können Nickelverbindungen, wie beispielsweise Nickelnitrat, Nickelchlorid oder Aminkomplexe, eingesetzt werden. Als Trägermaterialien eignen sich kommerziell erhältliche Träger wie z. B. Alumosilikate der Firma Grace mit der Typenbezeichnung Grace DAVICAT oder pyrogene Alumosilikate oder amorphe Zeolithe (MCM4) von Mobil Oil.For the preparation of the used nickel-supported catalysts There are different ways. For example, such Catalysts by co-precipitation of nickel compounds and carrier material, such as. B. aluminum and silicon compounds, Filtration and subsequent annealing are made. A Another possibility is to nickel compounds to apply one of the abovementioned carrier materials, for example, by impregnation or spraying, and then calcining the catalyst precursor. To prepare the catalysts, nickel compounds, such as nickel nitrate, nickel chloride or amine complexes, be used. Suitable carrier materials are commercially available available carriers such. B. aluminosilicates of Company Grace with the type designation Grace DAVICAT or pyrogenic Aluminosilicates or amorphous zeolites (MCM4) from Mobil Oil.
Besonders bevorzugt werden Titan-freie Träger bzw. Trägerkatalysatoren eingesetzt die formal im Wesentlichen aus Nickeloxid, Aluminiumoxid und Siliciumoxid bestehen. Diese Katalysatoren enthalten vorzugsweise von 5 bis 50 Massen-% Nickel, insbesondere von 10 bis 30 Massen-%. Die Gehalte an Aluminium liegen im Bereich von 5 bis 30 Massen-%, insbesondere im Bereich von 7 bis 20 Massen-%. Die Anteile an Silizium liegen im Bereich von 10 bis 40 Massen-%, insbesondere im Bereich von 20 bis 30 Massen-% (jeweils bezogen auf den gesamten Metallanteil). Als weitere Komponenten können diese Katalysatoren 0,1 bis 2 Massen-% Alkalioxid, Erdalkalioxid, Lanthanoxid oder Oxide der seltenen Erden und gegebenenfalls Formgebungshilfsmittel enthalten.Especially Titanium-free carriers or supported catalysts are preferred The formally used essentially consists of nickel oxide, aluminum oxide and silica. These catalysts preferably contain from 5 to 50% by mass of nickel, in particular from 10 to 30% by mass. The contents of aluminum are in the range of 5 to 30% by mass, in particular in the range of 7 to 20% by mass. The proportions of silicon are in the range of 10 to 40% by mass, in particular in the range of 20 to 30 mass% (in each case based on the total metal content). When other components, these catalysts can be 0.1 to 2% by mass of alkali metal oxide, alkaline earth oxide, lanthanum oxide or oxides of rare earths and possibly forming aids.
Die Nickelkatalysatoren werden zweckmäßig in einer Form eingesetzt, in der sie einen geringen Strömungswiderstand bieten, z. B. in Form von Granalien, Pellets oder Formkörpern, wie Tabletten, Zylinder, Kugeln, Strangextrudaten oder Ringen.The Nickel catalysts are useful in one Form used in which they have a low flow resistance offer, for. In the form of granules, pellets or shaped bodies, such as tablets, cylinders, spheres, extruded extrudates or rings.
Die Oligomerisierung in Verfahrensschritt h) wird bei (Reaktions-)Temperaturen von 0 bis 200°C, bevorzugt 50 bis 130°C, und Drücken von 0,1 bis 70 MPa, bevorzugt von 0,1 bis 10 MPa und besonders bevorzugt von 0,5 bis 3 MPa, durchgeführt.The Oligomerization in process step h) is at (reaction) temperatures from 0 to 200 ° C, preferably 50 to 130 ° C, and pressures from 0.1 to 70 MPa, preferably from 0.1 to 10 MPa, and more preferably from 0.5 to 3 MPa.
Die Oligomerisierung gemäß Verfahrensschritt h) wird vorzugsweise mehrstufig betrieben. Jede der Stufen besteht aus einem Reaktionsteil, der durch einen oder mehrere Reaktoren oder Reaktionszonen gebildet werden kann, in dem die Oligomeren gebildet werden, und einer Destillation, die die Oligomeren von den C4-Kohlenwasserstoffen trennt. Die abgetrennten C4-Kohlenwasserstoffe werden bevorzugt zum Teil als Recyclestrom in den Reaktionsteil zurückgeführt, der Rest wird in die nächste Reaktionsstufe gefahren. Die Anzahl der Stufen beträgt vorzugsweise von 2 bis 6, bevorzugt 2 bis 4.The oligomerization according to process step h) is preferably operated in multiple stages. Each of the stages consists of a reaction part which can be formed by one or more reactors or reaction zones in which the oligomers are formed and a distillation which separates the oligomers from the C 4 hydrocarbons. The separated C 4 hydrocarbons are preferably recycled partly as a recycle stream in the reaction part, the rest is driven to the next reaction stage. The number of stages is preferably from 2 to 6, preferably 2 to 4.
Technisch wird die Oligomerisierungsreaktion vorzugsweise in einem oder mehreren Rohrbündelreaktoren durchgeführt. Dabei werden die C4-Kohlenwasserstoffe (Mischung VI oder Fraktion S1), gegebenenfalls zusammen mit einem C4-Recyclestrom, durch die mit Katalysator bestückten Rohre geführt. Die entstehende Reaktionswärme kann über eine Kühlflüssigkeit auf der Mantelseite abgeführt werden, so dass ein flaches Temperaturprofil über den Katalysator in den Rohren erhalten bleibt. Es können einer oder mehrere Reaktoren zum Einsatz kommen, wobei diese parallel oder in Reihe geschaltet werden können. Der Betrieb in Reihe kann beispielsweise vorteilhaft sein, um die Reaktorlänge zu begrenzen oder um die Möglichkeit zu nutzen, die Reaktoren bei unterschiedlichen Temperaturen zu betreiben. Bei letzterer Option kann zusätzlich zwischen den Rektoren eine Aufheizung oder Abkühlung der Reaktionsmischung erfolgen.Technically, the oligomerization reaction is preferably carried out in one or more shell and tube reactors. The C 4 -hydrocarbons (mixture VI or fraction S1), optionally together with a C 4 -Recyclestrom, passed through the tubes equipped with catalyst. The resulting heat of reaction can be removed via a cooling liquid on the shell side, so that a flat temperature profile is maintained over the catalyst in the tubes. One or more reactors can be used, which can be connected in parallel or in series. For example, in-line operation may be advantageous to limit the reactor length or to take advantage of the ability to operate the reactors at different temperatures. In the latter option, heating or cooling of the reaction mixture can additionally take place between the rectors.
Das aus den Reaktoren erhaltene Reaktionsgemisch wird in jeder Stufe in einer Destillationskolonne in C4-Kohlenwasserstoffe und eine Oligomere O aufweisende Fraktion aufgetrennt. Die Destillation erfolgt vorzugsweise bei einem Druck von 0,1 bis 2 MPa, bevorzugt bei 0,2 bis 0,5 MPa.The reaction mixture obtained from the reactors is separated in each stage in a distillation column into C 4 hydrocarbons and a fraction having oligomers O fractionated. The distillation is preferably carried out at a pressure of 0.1 to 2 MPa, preferably at 0.2 to 0.5 MPa.
In
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrensschrittes
h) werden die im Sumpf der Destillationskolonnen anfallenden Oligomere
O aus den vorderen Stufen in die Destillationskolonne der letzten
Stufe geführt und dort gemeinsam mit dem in der letzten
Stufe anfallenden Reaktionsaustrag aufdestilliert. Eine solche bevorzugte
Ausführungsform des Verfahrensschrittes h) ist in
Durch die Oligomerisierung der in S1 oder VI enthaltenen n-Butene werden als Oligomeren O insbesondere Olefine mit acht, zwölf, sechzehn, zwanzig oder mehr Kohlenstoffatomen erhalten. Diese Olefine können z. B. zur Herstellung von Weichmacheralkoholen (C9- oder C13-Alkohole) oder von Alkoholen (C13-, C17- oder C21-Alkohole) zur Herstellung von Waschmittelrohstoffen verwendet werden. Bevorzugt werden sie vor der weiteren Verarbeitung destillativ in eine oder mehrere Fraktionen aufgearbeitet, wobei bevorzugt die Trennung in eine Fraktion mit Dibutenen (hauptsächlich C8-Olefine), eine Fraktion mit Tributen (C12-Olefine) und eine Fraktion mit höheren Oligomere (C16+-Olefine) erfolgt. Aus den Dibutenen sind durch Hydroformylierung, Hydrierung und Destillation Isononylalkohole erhältlich, die im großen Maße als Weichmacheralkohole Verwendung finden. Aus den Tributenen können durch analoge Umsetzungen Isotridecylalkohole erhalten werden. Aus der C16+-Fraktion sind durch Hydrierung zu den Parafinen Mischungen hochreiner Parafine zugänglich.Oligomerization of the n-butenes contained in S1 or VI gives in particular olefins having eight, twelve, sixteen, twenty or more carbon atoms as oligomers O. These olefins can z. B. for the production of plasticizer alcohols (C 9 - or C 13 alcohols) or of alcohols (C 13 -, C 17 - or C 21 alcohols) are used for the preparation of detergent raw materials. Preferably, they are worked up before further processing by distillation into one or more fractions, wherein preferably the separation into a fraction with dibutene (mainly C 8 olefins), a fraction with tributes (C 12 olefins) and a fraction with higher oligomers (C 16+ olefins). Hydroformylation, hydrogenation and distillation of the dibutene give isononyl alcohols, which are widely used as plasticizer alcohols. From the tributene can be obtained by analogous reactions Isotridecylalkohole. From the C 16+ fraction, hybrids to the paraffins give access to mixtures of highly pure paraffins.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die destillative Auftrennung der Oligomere in je eine Dibuten-, Tributen- und C16+-Fraktion in zwei unter Vakuum betriebenen Kolonnen. In der ersten Kolonne wird bei einem Druck von 100 bis 800 hPaabsolut das Dibuten als Kopfprodukt erhalten. Das Sumpfprodukt wird in einer zweiten Kolonne bei einem Druck von 10 bis 300 hPaabsolut in Tributen (Kopfprodukt) und die C16+-Fraktion (Sumpfprodukt) getrennt.In a preferred embodiment, the distillative separation of the oligomers is carried out in each case a dibutene, tributene and C 16+ fraction in two operated under vacuum columns. In the first column, the dibutene is obtained as the top product completely at a pressure of 100 to 800 hPa. The bottom product is separated in a second column at a pressure of 10 to 300 hPa absolute in tributes (top product) and the C 16+ fraction (bottom product).
Die
Fraktionen können bei Bedarf weiter aufgetrennt werden,
beispielsweise die C16+-Fraktion in Tetrabuten
und C20+-Olefine. Auch das Dibuten kann
für bestimmte Anwendungen weiter aufgetrennt werden, eine
solche Auftrennung ist beispielsweise in
Neben den Oligomeren wird in Verfahrensschritt h) ein technisches Gemisch VII erhalten, welches die in Verfahrensschritt h) nicht umgesetzten C4-Kohlenwasserstoffe wie Butan und ggf. n-Butene aufweist.In addition to the oligomers, a technical mixture VII is obtained in process step h), which has the unreacted in process step h) C 4 hydrocarbons such as butane and optionally n-butenes.
Verfahrensschritt i): Optionale weitere Aufarbeitung der Rest-C4-Kohlenwasserstoffe VIIProcess step i): Optional further work-up of the residual C 4 -hydrocarbons VII
Da ein vollständiger Umsatz der Butene in der Oligomerisierung (Verfahrensschritt h) ökonomisch üblicherweise nicht sinnvoll ist, fällt als Gemisch VII eine Mischung von n-Butenen und Butan an, die rein destillativ nicht wirtschaftlich aufgetrennt werden kann. Dieses Gemisch VII kann direkt weiter verwendet werden, beispielsweise als Rohstoff in einem Hydrocracker. Bevorzugt wird dieses Gemisch VII jedoch entweder zu n-Butan aufgearbeitet oder durch extraktive Destillation in eine Buten-angereicherte und Buten-verarmte Fraktion getrennt.There a complete conversion of butenes in the oligomerization (Process step h) economically usually does not make sense, falls as mixture VII a mixture of n-butenes and butane, the purely distillative not economical can be separated. This mixture VII can be used directly be, for example, as a raw material in a hydrocracker. Prefers However, this mixture VII is worked up either to n-butane or by extractive distillation in a butene-enriched and Butene-depleted fraction separated.
Die Aufarbeitung zu n-Butan kann durch vollständige Hydrierung der noch enthaltenen Butene erfolgen. Technisch wird die Hydrierung gemäß dem Stand der Technik vorzugsweise an Festbettkatalysatoren vorgenommen. Bevorzugt ist dabei der Einsatz von Palladium-Trägerkatalysatoren.The Work-up to n-butane can be achieved by complete hydrogenation the still contained butenes take place. Technically, the hydrogenation according to the prior art, preferably on fixed-bed catalysts performed. Preference is given to the use of palladium-supported catalysts.
Das aus der Hydrierung erhaltene n-Butan kann weiter aufgereinigt werden, beispielsweise durch destillative Abtrennung von Isobutan oder C5-Kohlenwasserstoffen.The n-butane obtained from the hydrogenation can be further purified, for example by distillative separation of isobutane or C 5 hydrocarbons.
Eine weitere Reinigung des erhaltenen, n-Butane aufweisenden Stroms, kann z. B. dadurch erfolgen, dass dieser z. B. in einer Waschkolonne mit Wasser oder einer wässrigen Lösung gewaschen wird. Der mit Wasser gesättigte n-Butane enthaltende Strom, der bei dieser Wäsche erhalten wird, kann dann in einer weiteren Destillationskolonne in einen nahezu wasserfreien n-Butane enthaltenden Strom aufgearbeitet werden. Zu diesem Zweck kann diese Destillationskolonne einen Dekanter aufweisen, in welchem das kondensierte Kopfprodukt in eine organische Phase, die zu 50 bis 100 Massen-% in die Kolonne zurückgefahren wird, und eine wässrige Phase, die ausgeschleust wird, aufgetrennt wird. Der nicht in die Kolonne zurückgefahrene Strom, der Leichtsieder wie beispielsweise Isobutan enthält, kann anderweitig weiterverwendet werden. Das in dieser Destillationskolonne erhaltene n-Butane enthaltende Sumpfprodukt weist einen Wassergehalt von kleiner 50 wppm (Massen-ppm), besonders bevorzugt kleiner 5 wppm auf. Diese Destillationskolonne wird vorzugsweise mit einer Kopftemperatur von 40 bis 60°C, besonders bevorzugt mit einer Kopftemperatur von 45 bis 55°C betrieben. Durch die Wäsche und/oder anschließende Abtrennung des Wassers aus dem n-Butane aufweisenden Strom können polare Verunreinigungen, die insbesondere den Geruch der n-Butane beeinflussen, weitestgehend abgetrennt werden.Further purification of the obtained, n-butane-containing stream, z. B. be done by this z. B. is washed in a wash column with water or an aqueous solution. The water-containing n-butane-containing stream which is obtained in this wash can then be worked up in a further distillation column into an almost anhydrous n-butane-containing stream. For this purpose, this distillation column can have a decanter in which the condensed overhead product is separated into an organic phase, which is recycled to the column at 50 to 100 mass%, and an aqueous phase which is discharged. The stream not recycled to the column, which contains low boilers such as isobutane, can be reused elsewhere. The n-butane-containing bottom product obtained in this distillation column has a water content of less than 50 ppm by weight (ppm by mass), more preferably less than 5 ppm by weight. This distillation column is before preferably with a head temperature of 40 to 60 ° C, more preferably operated with a head temperature of 45 to 55 ° C. By washing and / or subsequent separation of the water from the stream having n-butanes, polar impurities, which in particular influence the odor of the n-butanes, can be separated as far as possible.
Um Spuren von weiteren Verunreinigungen zu entfernen kann es vorteilhaft sein, den n-Butane enthaltenden Strom zusätzlich einer Nachreinigung zuzuführen, in welcher eine Behandlung mit einem oder mehreren Adsorbern, z. B. in Adsorberbetten, erfolgt. Gebräuchliche Adsorbentien sind z. B. Aktivkohle und Molekularsiebe.Around It may be advantageous to remove traces of other impurities In addition, the current containing n-butanes in addition to one Subsequent purification, in which a treatment with one or more adsorbers, for. B. in adsorbent beds takes place. Common adsorbents are z. As activated carbon and molecular sieves.
Die
Trennung von Butenen und n-Butan durch extraktive Destillation ist
ebenfalls Stand der Technik und wird beispielsweise in
Einsatzstoffefeedstocks
In
dem erfindungsgemäßen Verfahren können
alle üblicherweise zur Verfügung stehenden technischen
C4-Kohlenwasserstoffgemische eingesetzt
werden. Geeignete Isobuten-haltige C4-Ströme
sind beispielsweise Leichtbenzinfraktionen aus Raffinerien, C4-Fraktionen aus Crackern (beispielsweise
Steamcracker, Hydrocracker, Katcracker), Gemische aus Fischer-Tropsch-Synthesen,
Gemische aus der Dehydrierung von Butanen, Gemische aus Skelettisomerisierung
linearer Butene und Gemische, entstanden durch Metathese von Olefinen.
Diese Techniken sind in der Fachliteratur beschrieben (
Bevorzugt eingesetzt werden C4-Fraktionen aus Steamcrackern, die primär zur Produktion von Ethen und Propen betrieben werden und in denen als Rohstoffe beispielsweise Raffineriegase, Naphtha, Gasöl, LPG (liquified Petroleum gas) und NGL (natural gas liquid) eingesetzt werden, oder C4-Fraktionen aus Katcrackern. Die als Nebenprodukt anfallenden C4-Schnitte enthalten je nach Crack-Verfahren unterschiedliche Mengen an Isobuten, 1,3-Butadien, 1-Buten, c-2-Buten, t-2-Buten, n-Butan und i-Butan.C 4 fractions are preferably used from steam crackers which are operated primarily for the production of ethene and propene and in which, for example, refinery gases, naphtha, gas oil, LPG (liquefied petroleum gas) and NGL (natural gas liquid) are used as raw materials, or C. 4 fractions from cat crackers. Depending on the cracking process, the by-produced C 4 cuts contain different amounts of isobutene, 1,3-butadiene, 1-butene, c-2-butene, t-2-butene, n-butane and i-butane.
Die
in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten
Kohlenwasserstoffmischungen mit Isobuten und linearen Butenen weisen
bevorzugt die folgenden Zusammensetzungen auf. Tabelle 1: Typische Zusammensetzungen
von technischen Kohlenwasserstoffgemischen, die im erfindungsgemäßen
Verfahren eingesetzt werden können.
Erläuterungexplanation
- – CC4(S): typisch für eine C4 Mischung, die aus dem Crack-C4 eines Steamcrackers (High Severity) erhalten wird.- CC 4 (S): typical of a C 4 mixture obtained from the crack C 4 of a steam cracker (High Severity).
- – CC4(K): typische Zusammensetzung eines Crack-C4, das aus einem Katcracker erhalten wird.- CC 4 (K): typical composition of a Crack-C 4 obtained from a Katcracker.
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
An
Hand der Figur
In
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