DE1960139B2 - Process for the production of alcohols by hydration of olefins with 2-3 carbon atoms - Google Patents
Process for the production of alcohols by hydration of olefins with 2-3 carbon atomsInfo
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Description
2020th
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkoholen durch Hydratisierung von Olefinen mit 2 — 3 C-Atomen an einem Festbettkatalysator in der Gas- oder Gas-Flüssig-Phase.The invention relates to a process for the preparation of alcohols by hydrating olefins with 2 - 3 carbon atoms on a fixed bed catalyst in the gas or gas-liquid phase.
Es ist bekannt, Alkohole durch direkte Gasphasenhydratation von Olefinen herzustellen. Die dabei übliche Technik besteht darin, daß man, bedingt durch ungünstige Gleichgewichtslage bei den anzuwendenden Reaktionstemperaturen, außer bei erhöhtem Druck -io auch mit sehr großen Umlaufgasmengen arbeiten muß.It is known to produce alcohols by direct gas phase hydration of olefins. The usual one Technology consists in the fact that, due to the unfavorable equilibrium of the to be used Reaction temperatures, except at elevated pressure -io must also work with very large amounts of circulating gas.
Bei dem bekannten Verfahren ist es üblich, die Konzentration des Umlaufgases auf einem Wert von etwa 85 Vol.-% zu halten. Das geschieht aus der Erwägung heraus, daß mit höherer Umlaufgaskonzentration zwar der Umsatz am Katalysator größer wird und sich dabei Energie- und Investitionskosten verringern, gleichzeitig jedoch die auszuschleusende Gasmenge erheblich ansteigt, da sich die Verunreinigungen im Umlaufgas nur geringfügig anreichern können. Arbeitet man dagegen mit einer niedrigeren Konzentration an Olefin im Umlaufgas, d. h. mit einer wesentlich höheren Konzentration an Verunreinigungen im Umlaufgas, so sinkt die auszuschleusende Gasmenge erheblich. Die Arbeitsweise mit Umlaufkonzentrationen wesentlich -»5 unterhalb 85 Vol.-°/o kommt jedoch deswegen nicht in Betracht, weil dabei der Olefinumsatz pro Durchgang bei sonst konstanten Bedingungen praktisch proportional der Abnahme der Olefinkonzentration im Umlaufgas abnimmt.In the known method, it is customary to reduce the concentration of the circulating gas to a value of hold about 85% by volume. This is because of the fact that the higher the concentration of circulating gas Although the conversion at the catalyst increases and energy and investment costs are reduced, at the same time, however, the amount of gas to be discharged increases significantly, since the impurities in the Can enrich circulating gas only slightly. If, on the other hand, you work with a lower concentration Olefin in the recycle gas; d. H. with a much higher concentration of impurities in the circulating gas, so the amount of gas to be discharged decreases considerably. The way of working with circulating concentrations is essential - »5 However, below 85% by volume is out of the question because the olefin conversion per pass under otherwise constant conditions practically proportional to the decrease in the olefin concentration in the circulating gas decreases.
Die Verunreinigungen, die aus dem Kreislaufgas ausgeschleust werden müssen, sind einerseits Stoffe, die mit dem Einsatz-Olefin eingebracht werden und zum anderen Nebenprodukte, die während der Hydratation von Olefinen entstehen. Die mit dem Einsatzolefin eingebrachten Verunreinigungen sind Stoffe, die teils niedriger als das Olefin sieden, bei Äthylen (Äthanolherstellung) z. B. Methan, Stickstoff, und teils höher sieden, wie Äthan und C3-Kohlenwasserstoffe; bei Propylen (Isopropanolherstellung) bei den niedriger als Propylen siedenden Stoffen, außer Methan und Stickstoff, noch Äthylen und bei den höher siedenden Verunreinigungen Propan und O-Kohlenwasserstoffe. Die während der Hydratation entstehenden Nebenprodukte sind insbesondere niedermolekulare Olefinpolymerisate, wie Dimere, Trimere und Tetramere, die während der Reaktion am Katalysator die entsprechenden Alkohole bilden können, und die entsprechenden gesättigtenThe impurities that have to be removed from the cycle gas are, on the one hand, substances that are introduced with the feed olefin and, on the other hand, by-products that occur during hydration arise from olefins. The impurities brought in with the olefin used are substances that in part boil lower than the olefin, with ethylene (ethanol production) z. B. methane, nitrogen, and some boil higher, like ethane and C3 hydrocarbons; in the case of propylene (isopropanol production) in the lower than propylene boiling substances, besides methane and nitrogen, also ethylene and the higher boiling impurities Propane and O-hydrocarbons. The by-products formed during hydration are particular low molecular weight olefin polymers, such as dimers, trimers and tetramers, which during the Reaction on the catalyst can form the corresponding alcohols, and the corresponding saturated
Kohlenwasserstoffe.Hydrocarbons.
Eine Abtrennung dieser Alkohole von dem Hauptalkoholprodukt ist nicht einfach. Die niedermolekularen Olefinpolymeren können aber auch zu höheren Kohlenwasserstoffen weiterpolymerisieren, die in Form von feinsten Nebeln mit dem Kreislaufgas mitgeführt werden und äußerst schwierig abzuscheiden sind. Letztere bewirken durch Belegung des Katalysators einen Rückgang seiner Aktivität und eine Verringerung der Lebensdauer.Separation of these alcohols from the main alcohol product is not easy. The low molecular weight Olefin polymers can also polymerize further to give higher hydrocarbons, which are in the form are carried along by the finest mists with the circulating gas and are extremely difficult to separate. By occupying the catalyst, the latter cause a decrease in its activity and a reduction the service life.
Das ausgeschleuste Gas wurde bisher entweder verbrannt oder in einer Anlage, die die Verwertung von Olefinen niedrigerer Konzentration gestattet, eingesetzt (z. B. Alkylierung von Benzol) oder in die Olefingewinnung zurückgeführt oder aber am Ort destillativ aufgearbeitet.The discharged gas has so far either been burned or in a plant that allows the recovery of Olefins of lower concentration permitted to be used (e.g. alkylation of benzene) or in the Recirculated olefin recovery or worked up on site by distillation.
So wird bereits in DE-AS 12 10 768 eine destillative Aufarbeitung der Olefine erwähnt. Die destillative Aufarbeitung wird entsprechend dem Stand der Technik bei niedrigen bis mittleren Drücken und entsprechend niedriger Temperatur durchgeführt, d. h. unter Bedingungen, die weit unter den kritischen Daten der Olefine liegen. Der Nachteil dieser Verfahrensweise ist u.a. darin zu sehen, daß mehrstufige Kälteaggregate für die Kondensation und Kolonnen mit größerem Radius eingesetzt werden müssen; außerdem ist wegen der höheren Verdampfungswärme der Olefine bei niedrigeren Temperaturen ein höherer Energieaufwand zur Verdampfung und Kondensation erforderlich. Nach den bisher in der Technik üblichen destillativen Trennverfahren (U 11 m a η η, Enzyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, Band 10, Seite 150-161) für niedrigsiedende Olefine sind für die Abtrennung von niedriger und höher siedenden Verunreinigungen zwei Kolonnen erforderlich, wobei in der ersten Kolonne die niedrig siedenden Verunreinigungen abgetrennt werden, während in der zweiten Kolonne die höher siedenden Verunreinigungen im Sumpf der Kolonne und das aufkonzentrierte Olefin am Kopf der Kolonne abgezogen werden.For example, DE-AS 12 10 768 mentions a work-up of the olefins by distillation. The distillative Work-up is carried out in accordance with the prior art at low to medium pressures and accordingly carried out at a low temperature, d. H. under conditions well below the critical olefin data lie. The disadvantage of this procedure can be seen, among other things, in the fact that multi-stage refrigeration units for the Condensation and columns with a larger radius must be used; besides is because of the higher heat of evaporation of the olefins at lower temperatures a higher energy expenditure for Evaporation and condensation required. According to the distillative separation processes customary in the art up to now (U 11 m a η η, Encyclopedia of Technical Chemistry, 3rd Edition, Volume 10, Pages 150-161) for low boiling olefins are two for the separation of lower and higher boiling impurities Columns required, the low-boiling impurities being separated off in the first column, while in the second column the higher-boiling impurities in the bottom of the column and the concentrated olefin can be drawn off at the top of the column.
Gemäß Asinger, Chemie und Technologie der Monoolefine, 1957, Seite 576, ist es des weiteren bekannt, bei der Herstellung von Äthylalkohol 97%iges Äthylen einzusetzen. Es handelt sich dabei ebenfalls um den Einsatz von Äthylen, das nach zum Stand der Technik gehörenden Verfahren auf diese Konzentration gebracht wurde.According to Asinger, Chemistry and Technology of Monoolefins, 1957, page 576, it is further known to use 97% ethylene in the production of ethyl alcohol. It is also about the use of ethylene, the process belonging to the state of the art on this concentration was brought.
Es wurde nun gefunden, daß entgegen den allgemeinen Regeln der Kinetik, nach denen bei erhöhter Konzentration ein erhöhtes Zusammentreffen der Reaktionsteilnehmer und damit im vorliegenden Falle auch eine erhöhte Polymerisatbildung eintreten müßte, die Bildung der niederen Polymerisate mit steigender Olefinkonzentration im Umlaufgas abnimmt.It has now been found that, contrary to the general rules of kinetics, according to which at increased Concentration an increased coincidence of the reaction participants and thus in the present case an increased polymer formation would also have to occur, the formation of the lower polymers with increasing Olefin concentration in the recycle gas decreases.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß man entgegen dem in der Technik bestehenden Vorurteil die niedermolekularen Olefine, wie Äthylen und Propylen, mit Vorteil unter Betriebsbedingungen nahe den kritischen Daten dieser Olefine reinigen und aufkonzentrieren kann. Damit ist es möglich, das Umlaufgas aus der Olefinhydratation bei höheren Drücken und Temperaturen als bisher üblich zu reinigen. Bei dieser Arbeitsweise wurde überraschenderweise gefunden, daß sich ein Teil der niedriger als das zu reinigende Olefin siedenden Verunreinigungen im Sumpf der Kolonne befindet und damit bereits hier abgetrennt werden kann.It has surprisingly been shown that, contrary to the prejudice existing in technology, the low molecular weight olefins, such as ethylene and propylene, with advantage under operating conditions close to the can purify and concentrate critical data of these olefins. This makes it possible to turn off the circulating gas the olefin hydration at higher pressures and temperatures than usual to purify. At this Working method has surprisingly been found that part of the lower than that to be cleaned Olefin-boiling impurities are located in the bottom of the column and are thus already separated here can be.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zurThe invention is therefore a method for
Herstellung von Alkoholen durch Hydratisierung von Olefinen mit 2-3C-Atomen an einem Festbettkatalysator in der Gas- oder Gas-Flüssig-Phase, dadurch gekennzeichnet, daß man das den Reaktor mit dem Reaktionsgemisch verlassende, nicht umgesetzte Olefingas nach Kondensation von Wasser und Alkohol und Abtrennung derselben teilweise destilh'.iv unter Bedingungen nahe dem kritischen Punkt der Olefine aufkonzentriert, wobei außer den höher als Olefin siedenden Verunreinigungen und den höher polymeri- ι υ sierten Kohlenwasserstoffen auch die niedriger als das Olefin siedenden Verunreinigungen über den Sumpf der Destillationskolonne abgetrennt werden.Production of alcohols by hydration of olefins with 2-3C-atoms on a fixed bed catalyst in the gas or gas-liquid phase, thereby characterized in that the unreacted olefin gas leaving the reactor with the reaction mixture after condensation of water and alcohol and separation of the same partly distilh'.iv under conditions concentrated near the critical point of olefins, except for those higher than olefin boiling impurities and the higher polymeric ι υ the lower boiling than the olefin impurities via the sump of the hydrocarbons Distillation column are separated.
Bei der entsprechenden erfindungsgemäßen Arbeitsweise entfällt die Kolonne zur Abtrennung dieser niedrig siedenden Verunreinigungen. Ein weiterer, überraschender Vorteil der Arbeitsweise bei Destillationsbedingungen nahe dem kritischen Punkt des Olefins ist darin zu sehen, daß die Kolonne auf ein Mehrfaches der Auslegungsbelastung gesteigert werden kann, ohne daß dabei der Energieverbrauch erhöht werden muß. Trotz des so reduzierten Rücklaufes ist die Trennwirkung der Kolonne weiterhin sehr gut. Die bisher durch die in der Technik üblichen Abscheidevorrichtungen für Ölnebel nicht oder nur höchst unvollkommen abscheidbaren Produkte können dabei leicht und vollständig aus dem Umlaufgas abgetrennt werden. Dadurch sind diese ölnebel in dem erneut zur Hydratation eingesetzten Olefin nunmehr in entsprechend der Belastung der Aufkonzentrierung geringerer Menge vorhanden; der Hydratationskatalysator wird entsprechend geschont. Die erfindungsgemäße destillative Aufkonzentrierung unter Bedingungen nahe dem kritischen Punkt der Olefine erfolgt also in Gegenwart von bei der Hydratation entstehenden Ölen. Bei den bei 3r> der Hydratation entstehenden Ölen handelt es sich neben Äther und geringeren Mengen an höheren Alkoholen überwiegend um Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich bis zu 3500C. Als verfahrensfremde Waschstoffe kommen z. B. Paraffinöle ähnlicher Siede- >o lage in Betracht.In the corresponding procedure according to the invention, the column for separating off these low-boiling impurities is omitted. Another surprising advantage of the procedure under distillation conditions close to the critical point of the olefin is to be seen in the fact that the column can be increased to a multiple of the design load without having to increase the energy consumption. Despite the reflux being reduced in this way, the separating effect of the column is still very good. The products that were previously not or only extremely imperfectly separated by the separation devices for oil mist customary in technology can be separated easily and completely from the circulating gas. As a result, these oil mists are now present in the olefin used again for hydration in a smaller amount corresponding to the stress of the concentration; the hydration catalyst is protected accordingly. The distillative concentration according to the invention under conditions close to the critical point of the olefins thus takes place in the presence of oils formed during hydration. In the case of r in 3> of hydration resulting oils are next ether and lesser amounts of higher alcohols predominantly hydrocarbons having a boiling range up to 350 0 C. As a method foreign substances washing z come. B. paraffin oils similar boiling > o situation into consideration.
Es wird angenommen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Olefinreinigung der Destillation eine Waschextraktion durch die im Kreislaufgas befindlichen ölnebel, die in der Hauptsache aus höher molekularen Kohlenwasserstoffen bestehen, überlagert ist, wodurch die ausgezeichneten Trenneffekte erzielt werden. Diese Ausnahme wird durch Versuche gestützt, bei denen ein synthetisches Gemisch aus reinen Gasen entsprechend der Zusammensetzung des Kreislaufgases einmal mit und einmal ohne eingedüstes öl der Destillation unterworfen wird. Dabei zeigt sich, daß die im Sumpf der Kolonne abgezogene Menge an Verunreinigungen bei Einspritzen von Öl um den Faktor 8 größer ist als bei der Destillation ohne ölzusatz.It is believed that in the process of the invention for olefin purification of the distillation Washing extraction by the oil mist in the circulating gas, which mainly consists of higher molecular weight Hydrocarbons exist, is superimposed, whereby the excellent separation effects are achieved. These The exception is supported by experiments in which a synthetic mixture of pure gases is appropriate the composition of the cycle gas once with and once without the oil from the distillation being injected is subjected. It can be seen that the amount of impurities drawn off at the bottom of the column when injecting oil is 8 times greater than when distilling without the addition of oil.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahmen sind beachtlich. So können die sich im Einsatzolefin immer befindlichen, niedriger siedenden Verunreinigungen nicht mehr im Umlaufgas anreichern. Sie werden in einfacher Weise zusammen mit den höher siedenden w Verunreinigungen und den Kohlenwasserstoffölen über den Sumpf der Destillationskolonne entfernt, wodurch spezielle Kolonnen zur Abtrennung der Leichtsieder entfallen. Aus dem im Sumpf der Kolonne anfallenden Gemisch können außerdem Äther und andere Alkohole h-j gewonnen werden. Ferner ist es möglich, die Aufkonzentrierungskolonnen erheblich geringer zu dimensionieren, der Energieaufwand ist wegen der in der Nähe des kritischen Punktes geringeren Verdampfungswärme bedeutend niedriger, die Verflüssigung erfolgt verhältnismäßig leicht durch geringen Wärmeentzug bei relativ hoher Temperatur, so daß billigere Kühlmittel verwendet werden können. Für die Rückführung des gereinigten Olefins, sofern es gasförmig am Kopf der Kolonne abgezogen wird, auf den Betriebsdruck der Hydratationsanlage ist ebenfalls wegen des höheren Betriebsdrucks der Trennkolonne nur eine entsprechend geringere Energie erforderlich. Außerdem müssen an den Wassergehalt des zu destillierenden Olefins keine zu hohen Anforderungen gestellt werden, da die Gefahr der Bildung fester Hydrate, die zu Verstopfungen führen, bei höherer Temperatur entsprechend geringer ist.The advantages of the measures according to the invention are considerable. In this way, the lower-boiling impurities that are always in the feed olefin can no longer accumulate in the circulating gas. They are easily removed together with the higher boiling w impurities and hydrocarbon oils via the bottom of the distillation column, thereby eliminating special columns for the separation of the low boilers. Ether and other alcohols hj can also be obtained from the mixture obtained in the bottom of the column. It is also possible to dimension the concentration columns considerably smaller, the energy consumption is significantly lower because of the lower heat of evaporation in the vicinity of the critical point, the liquefaction takes place relatively easily by low heat extraction at a relatively high temperature, so that cheaper coolants can be used. For the recycling of the purified olefin, if it is withdrawn in gaseous form at the top of the column, to the operating pressure of the hydration system, only a correspondingly lower energy is required, likewise because of the higher operating pressure of the separating column. In addition, the water content of the olefin to be distilled does not have to meet too high requirements, since the risk of the formation of solid hydrates, which lead to blockages, is correspondingly lower at a higher temperature.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise verläuft ebenso das Hydratationsverfahren vorteilhafter, da sich bei gleichem Olefingehalt im Kreislaufgas bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ein wesentlich geringerer Gehalt an ölnebeln befindet. Da diese ölnebel sich zum Teil auf dem Katalysator niederschlagen und damit dessen aktive Zentren blockieren, wird so die Abnahme der Aktivität des Katalysators in großem Maße verhindert. Durch die verstärkte Abtrennung von ölnebeln aus dem Umlaufgas sinkt dessen Dichte. Als Vorteil ergibt sich daraus für das Hydratationsverfahren, daß sich der Energiebedarf sowohl für den Umlaufkompressor als auch für den Überhitzer reduziert.When using the procedure according to the invention, the hydration process is also more advantageous, because with the same olefin content in the cycle gas when applying the measures according to the invention there is a much lower content of oil mist. Because this oil mist is partly on the catalytic converter precipitate and thus block its active centers, the decrease in the activity of the Catalyst prevented to a large extent. Due to the increased separation of oil mist from the circulating gas its density decreases. The advantage of this for the hydration process is that the energy requirement is reduced reduced for both the circulation compressor and the superheater.
Beispiel 1 (Vergleich)Example 1 (comparison)
Hydratation von Äthylen
(Stand der Technik, vgl. Schema)Hydration of ethylene
(State of the art, see scheme)
In einer Betriebsanlage werden vom Umlaufverdichter 3 über Leitung 12 45 000 Nm3 Äthylen (85°/oig) zusammen mit 2100 NmVh Frischäthylen (99,9% ig) von dem Frischäthylenkompressor 1 über Leitung 10 in die Wärmeaustauscher 4 gefahren. Mit der Prozeßwasserpumpe 2 werden über Leitung 11 16mVh entgastes deionisiertes Wasser eingespeist. Die Reaktanden werden in den Wärmetauschern 4 im Gegenstrom durch die den Reaktor 6 verlassenden Produkte aufgewärmt und verdampft, anschließend im Überhitzer 5 auf die Reaktionstemperatur von 265° C gebracht und dann über Leitung 13 dem Reaktor 6 zugeführt. Der Druck am Reaktoreintritt beträgt 70 atü. Der Reaktor ist mit 38 m3 Katalysator gefüllt, der durch Auslaugen eines kugelförmigen Crackkatalysators von ca. 5 mm 0 auf Basis Bentonit mit Salzsäure und anschließender Tränkung mit Phosphorsäure so hergestellt wurde, daß der Al2O3-Gehalt 3,7%, das Porenvolumen 0,85 ml/g Katalysator und die innere Oberfläche 185m2/g Katalysator und der HsPOi-Gehalt nach Tränkung und Trocknung 41,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht, beträgt. Die Reaktionsprodukte werden über Leitung 14 den Wärmeaustauschern 4 zugeführt, wo sie unter Abkühlung und teilweiser Kondensation die Reaktanden aufwärmen. Das Gas-FIüssigkeits-Gemisch wird im Sumpf des Waschers 7 getrennt, das aufsteigende Gas wird im Gegenstrom bei einer Temperatur von 60° C durch Waschen mit 4,5 m3/h Wasser vom Alkohol befreit und dann über Leitung 15 dem Umlaufkompressor 3 zugeführt. Die im Sumpf des Waschers 7 anfallende Flüssigkeit wird in Leitung 17 entspannt und im Rohalkohollagertank 8 gelagert. Von hier wird sie über Leitung 19 der Destillation zugeführt. Das bei der Entspannung freiwerdende Gas 18 — ca. 75 NmVh —In one plant, the circulation compressor 3 drives 45,000 Nm 3 of ethylene (85%) together with 2100 NmVh of fresh ethylene (99.9%) from the fresh ethylene compressor 1 via line 10 into the heat exchanger 4 via line 12. With the process water pump 2, 16mVh of degassed deionized water are fed in via line 11. The reactants are heated and evaporated in the heat exchangers 4 in countercurrent by the products leaving the reactor 6, then brought to the reaction temperature of 265 ° C. in the superheater 5 and then fed to the reactor 6 via line 13. The pressure at the reactor inlet is 70 atm. The reactor is filled with 38 m 3 of catalyst, which was produced by leaching a spherical cracking catalyst of approx. 5 mm 0 based on bentonite with hydrochloric acid and subsequent impregnation with phosphoric acid so that the Al 2 O 3 content was 3.7% The pore volume is 0.85 ml / g of the catalyst and the inner surface area is 185 m 2 / g of the catalyst and the HsPOi content after impregnation and drying is 41.5%, based on the total weight. The reaction products are fed via line 14 to the heat exchangers 4, where they warm up the reactants with cooling and partial condensation. The gas-liquid mixture is separated in the sump of the washer 7, the rising gas is freed from alcohol by washing with 4.5 m 3 / h of water in countercurrent at a temperature of 60 ° C. and then fed to the circulation compressor 3 via line 15 . The liquid that accumulates in the sump of the washer 7 is expanded in line 17 and stored in the raw alcohol storage tank 8. From here it is fed to the distillation via line 19. The gas released during the expansion 18 - approx. 75 NmVh -
wird der Verbrennung zugeführt.is fed to the incineration.
In 8 fallen pro Stunde 23,0 t Rohalkohol folgender Zusammensetzung an:In 8 there are 23.0 t of raw alcohol per hour with the following composition:
17,40% Äthanol17.40% ethanol
0,32% Diethylether0.32% diethyl ether
0,03% Acetaldehyd0.03% acetaldehyde
0,05% Butanole0.05% butanols
0,09% Kohlenwasserstoffe0.09% hydrocarbons
Rest WasserRest water
Der Rohalkohol enthält 195 ppm Phosphorsäure, die vor Eintritt 14 in den Wascher 7 durch Zugabe von Natronlauge neutralisiert wird. Als Ersatz werden stündlich 4,5 kg Phosphorsäure (100%ig gerechnet) in den freien Raum des Reaktors oberhalb des Katalysators versprüht.The raw alcohol contains 195 ppm of phosphoric acid, which before entry 14 into the washer 7 by adding Sodium hydroxide solution is neutralized. As a substitute, 4.5 kg of phosphoric acid (calculated 100%) per hour are added in sprayed the free space of the reactor above the catalyst.
Aus dem Rohalkohol 19 werden durch Destillation 4,0 t/h Äthanol gewonnen, was einer Ausbeute von 95,0% entspricht.From the raw alcohol 19 4.0 t / h of ethanol are obtained by distillation, which is a yield of 95.0%.
Die Dichte des Umlaufgases auf der Druckseite des Umlaufkompressors 3 beträgt 168 g/l (75 atü und 76°C). Pro t erzeugten Alkohol (100%ig gerechnet) beläuft sich der Energiebedarf am Überhitzer 5 auf 1,725 · 106 kcal und für den Antrieb des Umlaufkompressors auf 0,11 · 10* kcal.The density of the circulating gas on the pressure side of the circulation compressor 3 is 168 g / l (75 atmospheres and 76 ° C.). Per ton of alcohol produced (calculated 100%) the energy requirement for superheater 5 is 1.725 · 10 6 kcal and for driving the circulation compressor is 0.11 · 10 * kcal.
Beispiel 2 (Vergleich)Example 2 (comparison)
Hydratation von PropylenHydration of propylene
(Stand der Technik)(State of the art)
In der im Beispiel 1 beschriebenen Betriebsanlage werden pro Stunde über den Katalysator im Reaktor folgende Mengen gefahren:In the plant described in Example 1, per hour over the catalyst in the reactor the following quantities:
37 000 Nm3
2 000Nm3
8,5 m3
36 atü
178° C37,000 Nm 3
2 000Nm 3
8.5 m 3
36 atü
178 ° C
Propylen (85%ig) im Kreislauf 15 Frischpropylen (99,6%ig) 10 entgastes deionisiertes Prozeßwasser 11 Druck am Reaktoreintritt 13 Temperatur am Reaktoreintritt 13Propylene (85%) in the circuit 15 Fresh propylene (99.6%) 10 Degassed deionized process water 11 Pressure at reactor inlet 13 Temperature at reactor inlet 13
Energieverbrauch für den Antrieb des Umlaufverdichters 3 beträgt 0,09 · 106 kcal und am Überhitzer 5 0,86 ■ 106kcal pro t erzeugten lsopropanol (100%ig gerechnet). Die Dichte des Umlaufgases an der Druckseite des Umlaufverdichters 3 wurde bei 45,6 atü und 1060C zu 128 g/l gemessen.Energy consumption for the driving of the circulation compressor 3 is 0.09 x 10 6 kcal and (calculated 100%) on the superheater 5 0.86 ■ 10 6 kcal per ton produced isopropanol. The density of the circulating gas on the pressure side of the circulation compressor 3 was measured at 45.6 atmospheres and 106 ° C. to be 128 g / l.
a) Hydratation von Äthylen
mit gereinigtem Umlaufgas (Erfindung)a) hydration of ethylene
with purified circulating gas (invention)
Man schleust nicht, wie in Beispiel 1 beschrieben, über Leitung 18 75 NmVh Umlaufgas aus dem System aus, sondern komprimiert diese Menge mit dem Frischäthylenkompressor 1 und führt sie somit in die Anlage über Leitung 11 zurück. Dafür werden aus dem Umlaufgas nach dem Wascher 7 über Leitung 16 pro Stunde 400 Nm3 der Destillationskolonne 9 zugeführt. Das aufkonzentrierte Kopfprodukt wird über Leitung 20 wieder dem Kreislaufgas beigemischt, während im Sumpf 10Nm3 eines Gases folgender Zusammensetzunganfällt: As described in Example 1, 75 NmVh of circulating gas are not discharged from the system via line 18, but this amount is compressed with the fresh ethylene compressor 1 and thus returned to the system via line 11. For this purpose, 400 Nm 3 per hour are fed to the distillation column 9 from the circulating gas downstream of the washer 7 via line 16. The concentrated top product is added to the cycle gas again via line 20, while 10 Nm 3 of a gas of the following composition is obtained in the sump:
4040
Es werden 38 m3 Katalysator eingesetzt. Der Phosphorsäuregehalt des Katalysators beträgt 26,3 Gew.-%.38 m 3 of catalyst are used. The phosphoric acid content of the catalyst is 26.3% by weight.
Das durch Abkühlung in 4 teilweise vom gebildeten lsopropanol befreite Umlaufgas wird bei einer Temperatur von 950C im Wascher 7 im Gegenstrom mit 24,5 m3 Wasser mit einer Temperatur von 98° C gewaschen. Als Waschwasser wird ein Teil des bei der Destillation des rohen Isopropylalkohols im Sumpf der Rektifizierkolonne anfallenden Wassers benutzt.The by cooling in 4 partially freed from the formed isopropanol recycle gas is at a temperature of 95 0 C in the scrubber 7 in countercurrent with 24.5 m 3 of water with a temperature of 98 ° C washed. A portion of the water obtained in the sump of the rectification column during the distillation of the crude isopropyl alcohol is used as washing water.
Das bei der Entspannung des gebildeten Alkohols in 8 freiwerdende Gas 18 wird zum Teil wieder in den Prozeß zurückgegeben; pro Stunde werden 120Nm3 ausgeschleust und der Verbrennung zugeführt.The gas 18 released during the expansion of the alcohol formed in 8 is partly returned to the process; 120 Nm 3 are discharged per hour and fed to the incineration.
Durch Destillation wird aus dem Rohisopropylalkohol 19 4,91 Isopropylalkohol gewonnen, was einer Ausbeute von 95,8% entspricht.By distillation, 19 4.91 isopropyl alcohol is obtained from the crude isopropyl alcohol, which is a Yield of 95.8% corresponds.
In 8 fallen pro Stunde etwa 36,6 t Rohisopropylalkohol folgender Zusammensetzung an: t>oIn 8, about 36.6 tons of crude isopropyl alcohol fall per hour the following composition: t> o
13,45% Isopropylalkohol13.45% isopropyl alcohol
0,15% Diisopropyläthcr0.15% diisopropyl ether
0,005% Aceton0.005% acetone
0,08% n-Propanol0.08% n-propanol
0,04% Hexanole0.04% hexanols
0,03% Kohlenwasserstoffe0.03% hydrocarbons
Rest WasserRest water
0,2 Vol.-%0.2% by volume
0,4 Vol.-%0.4% by volume
19,5Vol.-%19.5% by volume
47,1 Vol.-%47.1% by volume
15,6 Vol.-%15.6% by volume
Stickstoff
Methan
Äthan
Äthylen
Isobutan)
η-Butan Jnitrogen
methane
Ethane
Ethylene
Isobutane )
η-butane J.
Butene 12,1 Vol.-%Butene 12.1% by volume
Butadiene 0,2 Vol.-%Butadiene 0.2% by volume
Unbekannt 5,0 Vol.-%Unknown 5.0 vol%
(weitere Einzelheiten siehe Beispiel 3b)(for further details see example 3b)
Es stellt sich durch diese Fahrweise eine Umlaufgaskonzentration von 95,1 Vol.-% Äthylen ein. Der Äthylenumsatz am Katalysator steigt auf 2400 NmVh und die Äthylenausbeute, bezogen auf umgesetztes Äthylen, auf 97,4%. Die Dichte des Umlaufgases beträgt nun an der Druckseite des Umlaufverdichters 3 noch 106 g/l (75 atü und 76°C). Der Energieverbrauch für den Umlaufverdichter 3 ist auf 0,06 · 10* kcal und für den Überhitzer 5 ist auf 0,56 · 106 kcal pro Tonne erzeugten Äthanols (100%ig gerechnet) zurückgegangen.This procedure results in a circulating gas concentration of 95.1% by volume of ethylene. The ethylene conversion on the catalyst increases to 2400 NmVh and the ethylene yield, based on the converted ethylene, to 97.4%. The density of the circulating gas on the pressure side of the circulating compressor 3 is now 106 g / l (75 atmospheres and 76 ° C.). The energy consumption for the rotary compressor 3 has decreased to 0.06 · 10 * kcal and for the superheater 5 has decreased to 0.56 · 10 6 kcal per ton of ethanol produced (calculated at 100%).
Unter den Bedingungen des Beispiels 3 hat der Katalysator in einem Zeitraum von 5 Monaten nur 12,7% der Aktivität verloren, die der Katalysator unter den Bedingungen des Beispiels 1 eingebüßt hat.Under the conditions of Example 3, the catalyst only worked in a period of 5 months 12.7% of the activity that the catalyst has lost under the conditions of Example 1 is lost.
b) Abtrennung der Verunreinigungenb) Separation of the impurities
aus dem Umlaufgas der katalytischen Hydratationfrom the catalytic hydration recycle gas
von Äthylen (Erfindung)of ethylene (invention)
In eine Siebbodenkolonne 9, 380 mm innerer Durchmesser, 78 Böden, Bodenstand 160 mm, mit Umlaufverdampfer und der Kolonne aufgeflanschten Rückflußkühler werden aus der Äthanolsynthese über Leitung 16 pro Stunde 400 Nm3 Umlaufgas mit einem Äthanolgehalt von 95,1 Vol.-% zusammen mit 0,5 1 Äthylenglykol — zur Verhinderung der Hydratbildung — am 44. Boden eingespeist. Der Betriebsdruck beträgt am Kopf der Kolonne 42 atü, die Kopftemperatur +20C und die Sumpftemperatur 116°C. Der Dampfverbrauch beträgt 0,048 · 106 kcal/h. Am Kopf des Kühlers 20 werden pro Stunde 390 Nm3 gasförmig abgezogen und über den Frischäthylenkompressor 1 dem Umlaufgas zugespeist. Die Äthylenkonzentration am Kopf beträgt 96,3%. Die über Leitung 21 aus dem Sumpf der Kolonne 9 abgezogene Flüssigkeit wird nach der Entspannung in Gas und Flüssigkeit getrennt. Das anfallende Gas —In a sieve tray column 9, 380 mm inner diameter, 78 trays, bottom stand 160 mm, with a reflux condenser flanged to the column and the ethanol synthesis through line 16 per hour 400 Nm 3 of circulating gas with an ethanol content of 95.1 vol .-% together with 0.5 1 ethylene glycol - to prevent hydrate formation - fed in at the 44th floor. The operating pressure is atü the top of column 42, the head temperature +2 0 C and the bottom temperature 116 ° C. The steam consumption is 0.048 · 10 6 kcal / h. At the top of the cooler 20, 390 Nm 3 per hour are withdrawn in gaseous form and fed via the fresh ethylene compressor 1 to the circulating gas. The ethylene concentration at the head is 96.3%. The liquid withdrawn from the bottom of the column 9 via line 21 is separated into gas and liquid after the expansion. The resulting gas -
10 NmVh, Zusammensetzung siehe Beispiel 3 — wird verbrannt. Die Flüssigkeit wird im Dekanteur in zwei Schichten getrennt. Aus der unteren Schicht wird durch Destillation das Wasser abgetrennt; das Äthylenglykol kehrt in die Kolonne 9 zurück. Die obere Schicht, etwa 40 l/h, kann destillativ zu Diäthyläther aufgearbeitet werden. Die obere Schicht enthält ca. 38% Diäthyläther, 5,5% C2-C4-Kohlenwasserstoffe, 0,3% Äthanol und 2,7% Butanole. Der Rest sind höhere Alkohole und Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich bis zu 315° C. Durch Elementaranalyse wurde als Summenformel für das oberhalb 115°C siedende Gemisch Ct3H26O ermittelt.10 NmVh, composition see example 3 - is burned. The liquid is separated into two layers in the decanter. The water is separated from the lower layer by distillation; the ethylene glycol returns to column 9. The upper layer, about 40 l / h, can be worked up to diethyl ether by distillation. The upper layer contains approx. 38% diethyl ether, 5.5% C 2 -C 4 hydrocarbons, 0.3% ethanol and 2.7% butanols. The remainder are higher alcohols and hydrocarbons with a boiling range of up to 315 ° C. Elemental analysis was used to determine the empirical formula for the mixture boiling above 115 ° C. Ct 3 H 26 O.
Hydratation von Propylen
mit gereinigtem Umlaufgas (Erfindung)Hydration of propylene
with purified circulating gas (invention)
Die Anlage wird wie in Beispiel 2 betrieben. Durch Ausschleusen von 400Nm3 Umlaufgas von der Druck-The plant is operated as in Example 2. By discharging 400Nm 3 circulating gas from the pressure
seile des Umlaufkompressors 3, ehe Prozeßwasser 11 und Frischpropylen 10 eingespeist sind, in eine Siebbodenkolonne von 100 Böden, die bei einem Druck von 22 atü betrieben wird, wird im Umlaufgas ein Spiegel von 96,2% eingestellt. Das bei der Entspannung des Rohisopropanols in 8 freiwerdende Gas wird dagegen restlos über den Kompressor 1 in das Kreislaufgas zurückgefahren. Der Propylenumsatz steigt auf 2250 Nm3/h und die Ausbeute an Isopropanol, bezogen auf umgesetztes Propylen, auf 97,6%. Die Dichte des Umlaufgases beträgt nun an der Druckseite des Umlaufverdichters 3 bei 45,6 atü und 106cC 120,5 g/l. Als Energieverbrauch wird für den Kompressor 3 0,05 · 106 kcal, für den Überhitzer 5 0,48 ■ ΙΟ6 kcal pro Tonne erzeugten Alkohols (100%ig gerechnet) gemessen. Die Aktivitätsabnahme des Katalysators im Zeitraum von 7 Monaten betrug nur 27,3% der Aktivitätsabnahme des Katalysators in Beispiel 2.ropes of the circulation compressor 3, before process water 11 and fresh propylene 10 are fed into a sieve tray column of 100 trays, which is operated at a pressure of 22 atmospheres, a level of 96.2% is set in the circulation gas. The gas released during the expansion of the crude isopropanol in 8, on the other hand, is completely returned to the cycle gas via the compressor 1. The propylene conversion increases to 2250 Nm 3 / h and the yield of isopropanol, based on converted propylene, to 97.6%. The density of the circulating gas is now on the pressure side of the circulation compressor 3 at 45.6 atmospheres and 106 c C 120.5 g / l. The energy consumption measured for the compressor is 3 0.05 · 10 6 kcal, for the superheater 5 0.48 · ΙΟ 6 kcal per ton of alcohol produced (calculated at 100%). The decrease in activity of the catalyst over the period of 7 months was only 27.3% of the decrease in activity of the catalyst in Example 2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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