DE19829466A1 - Verknüpfung von Verfahren zur Oligomerisation von Olefinen - Google Patents
Verknüpfung von Verfahren zur Oligomerisation von OlefinenInfo
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Description
Das Gebiet der Umwandlung von Olefinen wurde bereits häufig untersucht und
ist Gegenstand zahlreicher Patente. Interessante Verfahren sind insbesondere
solche, welche die Herstellung von langkettigen Oligomeren erlauben. Je nach
Anzahl der Kohlenstoffatome in der Kette werden diese Oligomeren eingesetzt
in der Chemie, in der Petrochemie oder sie werden in Benzin-Zusammenset
zungen verwendet. Die Reaktionen, die erfindungsgemäß von Interesse sind,
sind je nach Fall Dimerisationen, Co-Dimerisationen oder Oligomerisationen
von Olefinen.
In dem Stand der Technik gibt es bereits zahlreiche Patente. Unter ihnen her
vorzuheben sind die Patente, bei denen eine Katalyse-Reaktion in homogener
flüssiger Phase mit einem löslichen Katalysator durchgeführt wird, oder eine
heterogene Katalyse mit einem festen Katalysator. Diese Verfahren weisen
jedoch die folgenden Nachteile auf: die verwendeten Katalysatoren - häufig
solche auf Basis von Nickel - sind kostspielig. Die festen Katalysatoren werden
desaktiviert unter der Einwirkung von Schadstoffen (Pollutionsmitteln), so daß
sie regelmäßig regeneriert oder ersetzt werden müssen. Bei den löslichen
Katalysatoren enthält der Austrags-Abstrom Katalysator, der anschließend ab
getrennt werden muß, was unvermeidlich zusätzliche Kosten mit sich bringt.
Abgesehen von dem Umwandlungsgrad, der je nach dem zu behandelnden
Olefin variabel ist - für n-Butene beträgt der maximale Umwandlungsgrad, der
wirtschaftlich interessant bleibt, 80% - ist diese Reaktion im allgemeinen nicht
ausreichend selektiv; man erhält schließlich ein Produktgemisch - das man
nicht immer zu erhalten wünscht -, das aufgetrennt werden muß.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verknüpfung von Verfahren, um in zwei
Stufen eine Dimerisation, eine Co-Dimerisation oder eine Oligomerisation von
Olefinen durchzuführen, wobei unter dem nachstehend verwendeten Ausdruck
"Oligomerisation" diese drei Reaktions-Typen zu verstehen sind.
Die erste Stufe ist eine katalytische Oligomerisation entweder vom homogenen
Typ in flüssiger Phase oder vom heterogenen Typ. Unter dem hier verwende
ten Ausdruck "heterogene Katalyse-Reaktion" ist eine Reaktion zu verstehen,
in der zwei Phasen nebeneinander vorliegen, wobei der Katalysator fest ist.
Die zweite Stufe ist eine Katalyse in einem Zweiphasen-Medium, wobei der
Katalysator in einer polaren Phase gelöst ist, die mit der organischen Phase,
die mindestens ein Olefin enthält, nicht mischbar ist. Unter den Vorteilen die
ser Erfindung sind zu nennen eine starke Erhöhung der Reaktionsausbeute
sowie eine Erhöhung der Selektivität, so daß man die Reaktion besser als
Funktion der Moleküle, die man zu erhalten wünscht, ausrichten kann. Die
zweite Stufe der Reaktion ist insbesondere selektiv in bezug auf Dimere, wel
che die am häufigsten gewünschte Molekülart sind. Die Erfindung erlaubt au
ßerdem eine genaue Kontrolle der in der Anlage vorhandenen Schadstoffe
(Pollutionsmittel), wobei die Schadstoffe, die gegebenenfalls in der Ausgangs-
Beschickung vorhanden waren, zum Teil in der ersten Stufe eliminiert wurden.
Sie können bei Bedarf auch durch eine Zwischenbehandlung vollständig eli
miniert werden. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann
man auch die Katalysator-Abfälle vermindern durch eine bessere Ausnutzung
des Katalysators in einem Zweiphasen-Medium. Die erste Stufe des Verfah
rens ist dann eine homogene Katalyse, bei der man zusammen mit dem Ab
strom mindestens einen Teil des Katalysators zurückgewinnt (abtrennt). Dieser
Katalysator wird anschließend in der Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Katalyse-
Stufe verwendet.
Die Verfahren der homogenen Katalyse in flüssiger Phase oder der heteroge
ne Katalyse erlauben die Umwandlung von Beschickungen (Chargen), die
Olefine, insbesondere Propylen oder die n-Butene, enthalten. Diese Verfahren
erlauben die Behandlung von Beschickungen (Chargen), die 50 bis 100 Gew.-%
und meistens 70 bis 90 Gew.-% Olefine enthalten. Diese Verfahren sind
jedoch nicht auf die Behandlung dieser Beschickungen (Chargen) allein be
schränkt, insbesondere konnte festgestellt werden, daß sie auch auf Be
schickungen (Chargen) anwendbar sind, die Olefine enthalten, deren Kohlenstoff-
Kette 2, 5 oder 6 Kohlenstoffatome enthält. Für Beschickungen, die weniger
als 50 Gew.-% Olefine enthalten, insbesondere für Propylen oder die
n-Butene, wird das Verfahren wegen des Katalysatorverbrauchs oder wegen der
Größe der Reaktoren unwirtschaftlich, wobei die Mehrkosten um so höher
sind, je verdünnter die Beschickung und je weniger reaktionsfähig das Olefin
ist. Ferner sind diese Mehrkosten groß bei Olefinen, deren Kohlenstoffkette
mehr als 4 Kohlenstoffatome aufweist, weshalb diese Verfahren der homoge
nen Katalyse in flüssiger Phase oder der heterogenen Katalyse besonders
geeignet sind für Olefine, die 3 oder 4 Kohlenstoffatome enthalten. Anderer
seits hängt die Selektivität für ein Dimer - welches das am häufigsten ge
wünschte Produkt ist - sehr stark von der Umwandlung ab: für die Butene
übersteigt sie nicht 85% für eine Beschickung, die bis zu einem Grad von 80
Gew.-% umgewandelt worden ist. Das Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Verfahren
erlaubt die Umwandlung von verdünnten Beschickungen, d. h. solchen, die
weniger als 50 Gew.-% Olefine enthalten, und außerdem die Erzielung einer
höheren Selektivität an Dimeren, wobei diese Selektivität bis zu 95% gehen
kann; darüber hinaus macht dieses Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Verfahren die
Umwandlung in Dimere weniger abhängig von der Ausgangs-Beschickung.
Bei den heterogenen Katalyse-Verfahren des Standes der Technik, die in der
ersten Stufe der Erfindung angewendet werden können, werden Katalysatoren
verwendet, die ein Metall, vorzugsweise Nickel, auf einem Träger enthalten,
bei dem es sich beispielsweise um Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumdi
oxid-Aluminiumoxid, einen Zeolith oder ein Silicoaluminat handelt. Die Reakti
onstemperatur beträgt etwa 10 bis 250°C, wobei der Druck bei einem solchen
Wert gehalten wird, daß die Beschickung in flüssigem Zustand vorliegt. In dem
französischen Patent 2 608 594 ist ein Verfahren zur Dimerisation von Olefi
nen beschrieben, bei dem heterogene Katalysatoren verwendet werden, die
Nickel-Verbindungen enthalten, die auf Aluminiumoxid abgeschieden worden
sind. Die Katalysatoren der heterogenen Katalyse gemäß der ersten Stufe der
Erfindung können auch nur eine mineralische Verbindung sein, wobei diese
mineralische Verbindung dann beispielsweise ein Silicoaluminat, ein Zeolith
oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid ist. Die Firma IFP Enterprise bringt bei
spielsweise eine Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Verbindung unter der bezeich
net IP501 in den Handel.
Die Beschreibungen des Standes der Technik, die homogene Verfahren in
flüssiger Phase betreffen, schlagen die Verwendung verschiedener Katalysa
tor-Typen je nach den zu behandelnden Olefinen und auch je nach dem selek
tiv gewünschten Produkt vor, wobei diese Katalysatoren alle mindestens eine
Verbindung eines Metalls, vorzugsweise von Nickel, und ein Alkylaluminiumha
logenid enthalten. Die Reaktionstemperatur beträgt etwa -40 bis +100°C, der
Druck ist so groß, daß die Reagentien mindestens zum Teil, häufig zum über
wiegenden Teil, in flüssiger Phase gehalten werden, und die Rühr-Bedingun
gen sind solche, wie sie für die Umwandlung mindestens eines Teils der Be
schickung erforderlich sind.
Für die Oligomerisation und insbesondere für die Dimerisation und die Trime
risation von Olefinen schlägt das US-Patent 4 316 851 die Verwendung von
gemischten Nickel-Verbindungen vor, die der allgemeinen Formel entsprechen
(R1COO)(R2COO)Ni, worin R1 beispielsweise für einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Al
kenyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkaryl-Rest, der mindestens 5 Kohlenstoffatome
enthält, vorzugsweise für einen Alkylrest mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen steht,
wobei dieser Rest beispielsweise durch Hydroxygruppen substituiert sein
kann, und worin R2 einen Halogenalkylrest der Formel CmHpXq mit 1 bis 3
Kohlenstoffatomen darstellt, worin m = 1, 2 oder 3, p = 0 oder eine ganze Zahl
und q = eine ganze Zahl, unter der Bedingung, daß p + q = 2m + 1. Vorzugsweise
steht R2 für einen Halogenmethylrest CXnH3-n, worin X für Fluor, Chlor, Brom
oder Iod und n für eine ganze Zahl von 1 bis 3 stehen.
Es ist auch allgemein bekannt, Katalysatoren zur Dimerisation oder Co-
Dimerisation von C2-, C3- oder C4-Olefinen herzustellen, wobei diese Katalysa
toren erhalten werden beispielsweise durch Umsetzung von Halogeniden von
π-Allyl-nickelphosphin mit Lewis-Säuren (FR-A-1 410 430), durch Umsetzung
von Nickelphosphinhalogeniden mit Lewis-Säuren (US-A-3 485 881) oder
durch Umsetzung bestimmter Nickelcarboxylate mit Alkylaluminiumhalogeni
den (US-A-3 321 546). Desgleichen betrifft das US-Patent 4 404 415 die Di
merisation von Propylen zu höheren Oligomeren, Nonenen oder Gemischen
von Nonenen und Dodecenen, wobei der verwendete Katalysator-Typ ein
Komplex ist, in dem ein Metall, vorzugsweise Nickel, an mindestens einen un
gesättigten, substituierten oder unsubstituierten Kohlenwasserstoff-Rest, bei
spielsweise ein Bis-π-Allylnickel, ein Halogenid von π-Allyl-Nickel oder Bis
cyclooctadien-nickel, kombiniert mit einer Halogenverbindung von Aluminium,
gebunden ist. Ein anderer Typ von Katalysatoren besteht aus Komplexen, die
gebildet werden beim Mischen mindestens einer Nickel-Verbindung mit min
destens einer Alkylaluminium-Verbindung und gegebenenfalls einem Ligan
den, beispielsweise einem Phosphin. Eine bevorzugte Klassen von Katalysato
ren umfaßt die Katalysatoren, die durch Mischen von mindestens einem
Nickelcarboxylat (wobei der Carboxylat-Rest mindestens 6 Kohlenstoffatome auf
weist) mit mindestens einem Dichloralkylaluminium oder einem Alkylalumini
umsesquichlorid, wobei das Atom-Verhältnis Al/Ni zwischen 2 : 1 und 50 : 1 liegt,
erhalten werden.
Je nach den Verunreinigungen, die in den zu behandelnden Beschickungen
(Ausgangsmaterialien) enthalten sind, können Schwierigkeiten bei der indu
striellen Anwendung auftreten. Diese Schwierigkeiten wurden zum Teil über
wunden durch Verwendung von Katalysatoren mit verbesserten katalytischen
Zusammensetzungen, die mindestens eine bivalente Nickel-Verbindung zu
sammen mit mindestens einem Alkylaluminiumhalogenid und mindestens einer
organischen Brönsted-Säure enthalten (US-A-4 283 305) oder eine gemischte
Verbindung von Nickel in Kombination mit einer Alkylaluminium-Verbindung
enthalten (US-A-4 316 851, US-A-4 366 087 und US-A-4 389 049). Diese ver
besserten katalytischen Zusammensetzungen enthalten meistens eine Halo
gencarbonsäure, das entsprechende Anion oder ein Carbonsäureanhydrid wie
im Falle des Patents US-A-4 362 650. In dem Patent US-A-5 059 571 wird
vorgeschlagen, außer der Verbesserung der Eigenschaften der obengenann
ten Katalysatoren, die Schwierigkeiten bei der Durchführung des Verfahrens
zu überwinden durch Verwendung eines Katalysators, der mindestens eine
bivalente Nickel-Verbindung zusammen mit mindestens einem Alkylalumini
umhalogenid und mindestens einer Epoxyverbindung enthält.
Ein anderer verwendeter Katalysator-Typ, der insbesondere gute Ergebnisse
bei der Dimerisation von Butenen ergibt, ist in dem US-Patent 4 716 239 be
schrieben als Kombination einer bivalenten anorganischen Nickel-Verbindung
(beispielsweise eines Carbonats, Bicarbonats, basischen Carbonats (Hydroxy
carbonats), Hydroxids (oder Oxids) mit einer Halogenessigsäure (beispielswei
se Monochloressigsäure, Monofluoressigsäure, Dichloressigsäure, Trichlores
sigsäure, Difluoressigsäure oder Trifluoressigsäure) im Medium eines Carbon
säureesters der allgemeinen Formel R1COOR2, in der R1 und R2 jeweils eine
verzweigte oder lineare Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen bedeuten,
wobei R1 auch Wasserstoff sein kann. Diese Säureester können beispielswei
se Methylacetat, Methylformiat, n-Butylacetat, Isobutylacetat, Methylpropionat
und Isopropylformiat sein.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zweistufiges Verfahren, bei
dem die erste Stufe eine Katalyse in einer Reaktionszone in homogener Phase
ist, in der einer der weiter oben beschriebenen Katalysatoren verwendet wird.
Die Wahl des Katalysators erfolgt je nach dem zu behandelnden Olefin und je
nach dem Produkt, das man hauptsächlich zu erhalten wünscht. Die erste
Stufe kann auch eine Oligomerisation durch heterogene Katalyse sein. Bei
diesem Katalyse-Typ verwendet man im allgemeinen Nickel-Verbindungen, die
auf mineralischen Trägern abgeschieden sind, oder nur Träger. Diese Kataly
satoren haben jedoch den Nachteil, daß sie in bezug auf Dimere wenig selek
tiv sind, insbesondere wenn die Umwandlung hoch ist, wobei der Gehalt an
Trimeren und Tetrameren mehr als 30% der Produkte darstellen kann. Die in
dem französischen Patent 2 608 594 beschriebene Erfindung ist somit ein
Verfahren zur Herstellung von verbesserten Katalysatoren, die Nickel-
Verbindungen enthalten, die auf Aluminiumoxid abgeschieden sind. Ein Vorteil
der Verfahren durch auf einen Träger aufgebrachte Katalyse besteht darin,
daß der feste Katalysator in dem Reaktor bleibt, wobei das Problem der Tren
nung von Katalysator und Abstrom nicht zu lösen ist. Dagegen kann man ihn
nicht als Katalysator der zweiten Stufe bei der erfindungsgemäßen Verknüp
fung von Verfahren verwenden, wie dies der Fall ist bei einem Katalysator, der
bei der homogenen Katalyse in flüssiger Phase löslich ist.
Die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Katalyse in ei
nem Zweiphasen-Medium, wobei der Katalysator in einer polaren Phase, die
mit der die Olefine enthaltenden organischen Phase nicht mischbar ist, gelöst
ist.
Diese katalytischen Reaktionen in einem Zweiphasen-Medium werden bei ei
ner Temperatur unterhalb +100°C, beispielsweise zwischen -50 und +100°C,
durchgeführt, wobei der Druck bei einem Wert zwischen 0,01 und 20 MPa ge
halten wird, wobei die höchsten Drucke bei Ethylen angewendet werden.
Die obengenannten Arbeiten und insbesondere das französische Patent 2 611 700
beschreiben die Verwendung von Flüssigkeiten mit ionischem Charakter,
deren Zusammensetzungen nachstehend angegeben sind, als Lösungsmittel
für metallorganische Nickelkomplexe für die Dimerisation von Olefinen. Die
Verwendung solcher mit den aliphatischen Kohlenwasserstoffen sehr wenig
mischbaren Medien erlaubt eine bessere Ausnutzung der homogenen Kataly
satoren. Zur Durchführung dieser Oligomerisationen bringt man das Olefin mit
der polaren Phase, die den Nickelkomplex enthält, in Kontakt und man hält
den Kontakt zwischen den Phasen aufrecht durch energisches Rühren. Am
Ende der Reaktion trennt man die Phasen auf irgendeine geeignete Weise
voneinander, beispielsweise läßt man die Mischung dekantieren und zieht die
obere Phase ab, welche die Dimeren, Co-Dimeren und Oligomeren enthält.
Man kann auch das Medium kontinuierlich zuführen und die Phase der Dime
ren und Oligomeren kontinuierlich abziehen, wobei man darauf achten muß, im
Innern des Reaktors eine Zone aufrechtzuerhalten, die das Dekantieren der
beiden flüssigen Phasen erlaubt. Die Olefine, die beispielsweise durch diesen
Verfahrens-Typ behandelt werden können, sind beispielsweise Ethylen, Propy
len, die 1- und 2-Butene, Styrol, die Pentene oder Mischungen dieser Verbin
dungen.
Zu den verschiedenen Zusammensetzungen der polaren Phase und den ver
schiedenen katalytischen Zusammensetzungen zur Dimerisation, Co-
Dimerisation und Oligomerisation gehören die Beispiele der folgenden Paten
te: das französische Patent 2 611 700 betrifft ein Medium mit ionischem Cha
rakter, das bei den üblichen Temperaturen zur Dimerisation flüssig ist und
mindestens ein Aluminiumhalogenid und mindestens ein quaternäres Ammo
niumhalogenid enthält. Die Nickelkomplexe, die bekannt dafür sind, daß sie
Olefine dimerisieren, co-dimerisieren und oligomerisieren und die in den Me
dien mit ionischem Charakter löslich sind, können insbesondere nullvalente,
monovalente oder divalente neutrale Komplexe sein, wobei letztere minde
stens eine Nickel-Kohlenstoff- oder Nickel-Wasserstoff-Bindung aufweisen
müssen, oder ionische Komplexe, die eine Nickel-Kohlenstoff- oder Nickel-
Wasserstoff-Bindung aufweisen. Die Beschreibung in dem US-Patent 5 104 840
betrifft eine nicht-wäßrige flüssige Zusammensetzung mit ionischem Cha
rakter, die man erhält beim Kontaktieren mindestens eines Alkylaluminiumdiha
logenids mit mindestens einem quaternären Ammoniumhalogenid und/oder
mindestens einem quaternären Phosphoniumhalogenid. Die genannte Zu
sammensetzung ist flüssig unterhalb etwa +80°C, beispielsweise zwischen
etwa -70°C und etwa +40°C. Die Verbindungen, die in die Zusammensetzung
eingeführt werden, können in einer beliebigen Reihenfolge miteinander ge
mischt werden. Die Mischung kann erfolgen als einfaches Kontaktieren der
genannten Verbindungen und anschließendes Rühren, bis man eine homoge
ne flüssige Phase erhält. Das Mischen kann auch in vorteilhafter Weise erfol
gen in Gegenwart eines gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoff-Lösungs
mittels, das beispielsweise das (die) Alkylaluminiumdihalogenid(e) löst; in die
sem Fall wird nach der Bildung der beiden durchsichtigen flüssigen Phasen
die überstehende Phase, die im wesentlichen das Kohlenwasserstoff-Lö
sungsmittel enthält, eliminiert, um nur noch die verwendbare flüssige Zusam
mensetzung zurückzulassen. Die in einer Zusammensetzung mit ionischem
Charakter verwendbaren Katalysatoren sind beliebige Nickelkomplexe. In den
US-Patenten 5 550 306 und 5 502 018 sind Verfahren zur Dimerisation, Co-
Dimerisation und Oligomerisation von Olefinen und insbesondere von Propy
len beschrieben, in diesen Verfahren können jedoch Ethylen, n-Butene und n-
Pentene, allein oder im Gemisch, die rein oder durch ein Alkan verdünnt sind,
wie man sie bei "Fraktionen (Schnitten)" findet, die bei Erdöl-Raffinierungs-
Verfahren wie der katalytischen Crackung oder der Wasserdampf-Crackung
erhalten werden, ebenfalls verwendet werden. Bei dem Verfahren zur Dimeri
sation, Co-Dimerisation und Oligomerisation mindestens eines Olefins werden
die Verbindungen in einer beliebigen Reihenfolge miteinander in Kontakt ge
bracht. Die Reaktionstemperatur kann zwischen -40 und +70°C, vorzugsweise
zwischen -20 und +50°C, liegen, der Druck kann zwischen Atmosphärendruck
und 20 MPa, vorzugsweise zwischen Atmosphärendruck und 5 MPa, liegen.
Die in dem US-Patent 5 550 306 beschriebene Zusammensetzung wird erhal
ten beim Auflösen einer Nickel-Verbindung, die mit mindestens einem tertiären
Phosphin gemischt oder komplex gebunden ist, gelöst mindestens zum Teil in
einer flüssigen Mischung mit ionischem Charakter eines quaternären Ammoni
umhalogenids und/oder eines quaternären Phosphoniumhalogenids, Alumini
umhalogenids, aromatischen Kohlenwasserstoffs und gegebenenfalls eines
Alkylaluminiums. Insbesondere umfaßt die katalytische Zusammensetzung
mindestens eine Nickel-Verbindung, die mit mindestens einem tertiären Phos
phin gemischt oder komplex gebunden ist, gelöst mindestens zum Teil in ei
nem Medium mit ionischem Charakter, das man erhält beim Kontaktieren min
destens eines Aluminiumhalogenids mit mindestens einem quaternären Am
moniumhalogenid und/oder mindestens einem quaternären Phosphoniumhalo
genid und mit mindestens einer aromatischen Kohlenwasserstoff-Verbindung.
Die in dem US-Patent 5 502 018 beschriebene Zusammensetzung erhält man
bei Mischen eines Äquivalents eines bivalenten Nickelkomplexes, der zwei
Moleküle eines tertiären Phosphins enthält, mit einem Äquivalent eines biva
lenten Nickelkomplexes, der kein Wasser und kein Phosphin enthält. Die Mi
schung der beiden Typen von Nickel-Verbindungen muß notwendigerweise mit
einem Alkylaluminiumhalogenid kombiniert sein, wobei diese Mischung bei
klassischen Anwendungen der Reaktion, d. h. ohne Lösungsmittel oder in Ge
genwart einer halogenierten oder nicht-halogenierten Kohlenwasserstoff-
Verbindung, verwendet werden kann. Diese Mischungen sind insbesondere
verwendbar in flüssigen Zusammensetzungen mit ionischem Charakter, wie
sie die quaternären Ammoniumhalogenide und/oder die quaternären Phos
phoniumhalogenide mit Aluminiumhalogeniden und gegebenenfalls mit aroma
tischen Kohlenwasserstoff-Verbindungen bilden. Die allerneuesten Forschun
gen, die in dem französischen Patent 2 736 562 beschrieben sind, die Verfah
ren zur Oligomerisation von Olefinen in einem Zweiphasen-Medium betreffen,
beschreiben eine katalytische Zusammensetzung, die ein Gemisch von Lithi
umhalogenid, Alkylaluminiumhalogenid und mindestens einer Verbindung ei
nes katalytischen Elements, insbesondere einen Nickelkomplex und minde
stens eine Kohlenwasserstoff-Phase umfaßt. Diese Mischung bietet den Vor
teil, daß sie zu Beginn der Reaktion flüssig ist und sich zunehmend in einen
Feststoff umwandelt, der von der Kohlenwasserstoff-Phase leicht abgetrennt
werden kann. Die Olefine, auf die das Verfahren angewendet werden kann,
sind beispielsweise das Ethylen, das Propylen, die n-Butene, die n-Pentene,
die allein oder in Mischung verwendet werden können. Das oder die Olefine
können in reiner Form oder verdünnt mit gesättigten Kohlenwasserstoffen, z. B.
solchen, wie man sie in den Fraktionen (Schnitten) findet, die bei verschiede
nen Verfahren zur Raffinierung von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise von
Ethan aus Ethylen, von Propan aus Propylen, von Butanen aus Butenen erhal
ten werden, verwendet werden. Die Reaktionstemperatur liegt zwischen -30
und +100°C, vorzugsweise zwischen -10 und +50°C. Der Druck kann zwischen
Atmosphärendruck oder einem Druck unterhalb Atmosphärendruck und 10
MPa, vorzugsweise zwischen Atmosphärendruck und 1 MPa liegen, dieser
Druck muß jedoch ausreichen, um das oder die Olefine mindestens zum Teil in
flüssiger Phase zu halten.
Die erste Stufe der katalytischen Oligomerisation des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorzugsweise eine homogene Katalyse in flüssiger Phase oder
eine heterogene Katalyse mit einem festen Katalysator. Der Typ der Katalyse
sowie der Katalysator werden gewählt als Funktion des Olefins oder der Olefi
ne, das (die) behandelt werden soll(en), sowie als Funktion des oder der Pro
dukte, die man hauptsächlich zu erhalten wünscht. Wie weiter oben angege
ben, ist im Falle einer homogenen Katalyse in flüssiger Phase die katalytische
Zusammensetzung vorzugsweise die folgende: der Katalysator ist eine Nickel-
Verbindung oder eine Mischung von Nickel-Verbindungen, der Co-Katalysator
ist eine Aluminiumalkyl-Verbindung oder eine Mischung von Aluminiumalkyl-
Verbindungen oder eine Aluminiumhalogenalkyl-Verbindung oder eine Mi
schung von Aluminiumhalogenalkyl-Verbindungen oder eine Halogenessigsäu
re oder eine Mischung von Halogenessigsäuren und das eventuelle Katalysa
toradditiv kann eine Verbindung mit saurem Charakter, das dieser Säure ent
sprechende Anion, ein Carbonsäureester, eine Epoxy-Verbindung oder ein
Phosphin sein. Die Katalysatoren, die Co-Katalysatoren und die eventuellen
Additive werden in einen Reaktor eingeführt, dessen Innen-Temperatur etwa
-40 bis +100°C beträgt, wobei der Druck so hoch ist, daß die Reagentien min
destens zum Teil, häufig überwiegend, in flüssiger Phase gehalten werden und
die Rühr-Bedingungen sind diejenigen Bedingungen, die für die Umwandlung
mindestens eines Teils der Beschickung erforderlich sind. Ein energisches
mechanisches Rühren wird so angewendet, daß man einen maximalen Um
wandlungsgrad in Oligomere erhält. Nach dieser ersten Reaktionsstufe kann
man gegebenenfalls die erhaltenen Oligomeren isolieren und/oder die Kataly
satoren inhibieren und/oder den Abstrom waschen.
Die Fig. 1 zeigt einen Fall der Oligomerisation ohne Behandlung zwischen den
beiden Stufen, wobei die Gesamtheit des Abstroms, der die Reaktionszone der
ersten Stufe verläßt - und gegebenenfalls der in der ersten Stufe verwendete
flüssige Katalysator - in die Reaktionszone der zweiten Stufe eintreten. In der
Fig. 2 werden die nach der ersten Stufe erhaltenen Produkte von den Verbin
dungen isoliert, die nicht reagiert haben, wobei nur diese Verbindungen der
Reaktion in der zweiten Stufe unterworfen werden. Die in der ersten Stufe ge
bildeten Oligomeren und diese Produkte in der zweiten Stufe werden anschlie
ßend miteinander vereinigt und gewaschen. Wenn nach der ersten Stufe der
Gesamtabstrom gewaschen wird, muß dieser Abstrom anschließend getrock
net werden, bevor die Katalyse-Stufe in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-
Medium (Fig. 3) durchgeführt wird. Unter dem Waschen versteht man eine Be
handlung mit einer, vorzugsweise basischen, wäßrigen Lösung, es sind aber
auch saure Lösungen verwendbar, auf die gegebenenfalls ein Waschen mit
Wasser folgt.
Für den Fall, daß die erste Stufe eine heterogene Katalyse ist, beträgt die Re
aktionstemperatur etwa +10 bis +250°C, vorzugsweise etwa +30 bis +100°C,
der Druck wird bei einem solchen Wert gehalten, daß die Beschickung minde
stens zum Teil und häufig überwiegend in flüssigem Zustand vorliegt. Nach
einer heterogenen Katalyse ist kein vorheriges Waschen bei einer Flüssig-
Flüssig-Zweiphasen-Katalyse erforderlich (Fig. 1 und 4). Wenn es jedoch bei
einer speziellen Ausführungsform vorteilhaft ist, die erhaltenen Oligomeren zu
isolieren oder den Abstrom der ersten Stufe zu waschen, kann man eine Be
handlung (Waschen des Abstroms, Trennung der Bestandteile der Abströme,
Entfernung von Schadstoffen (Polutionsmitteln)) zwischen den beiden Stufen
des Verfahrens vorsehen (Fig. 2 und 3).
Die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Oligomerisation
in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Medium. Das reaktionsfähige Medium ist
ein Medium mit ionischem Charakter, das mit der organischen Phase nicht
oder kaum mischbar ist, die mindestens einen Katalysator enthält, bei dem es
sich häufig um einen Nickelkomplex oder eine Mischung von Nickelkomplexen
und gegebenenfalls mindestens ein Katalysator-Additiv handelt. Die polare
Phase kann ebenfalls ein ionisches Medium sein, das mit der organischen
Phase, die keinen Katalysator enthält, nicht mischbar ist, wobei der Katalysa
tor für die Oligomerisations-Reaktion in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-
Medium dann der in der ersten Stufe verwendete Katalysator ist (in diesem
Fall ist die erste Stufe eine homogene Katalyse). Der Katalysator wird dann in
den Reaktor zusammen mit dem Abstrom aus dem Austrag des Reaktors der
ersten Stufe eingeführt.
Das Medium mit ionischem Charakter umfaßt mindestens ein Salz der Formel
Q⁺A⁻, worin Q⁺ ein quaternäres Ammonium- oder Phosphonium-Kation oder
eine Mischung der beiden oder ein Lithiumkation und A⁻ ein Liganden- oder
Nicht-Liganden-Anion, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Halogen
aluminaten, Organohalogenaluminaten, Organogallaten, Organohalogengalla
ten oder einer Mischung von mindestens zwei dieser Verbindungen, bedeuten.
Nach dem Injizieren der zu behandelnden Beschickung erhält man ein Zwei
phasen-Medium, das stark gerührt werden muß, um einen guten Kontakt zwi
schen den beiden Phasen zu gewährleisten, wobei dieser Kontakt erforderlich
ist, um einen guten Umwandlungsgrad in Oligomere zu erhalten. Bei einer
Ausführungsform, welche die Erzielung von guten Ausbeuten erlaubt, wird das
Rühren teilweise gewährleistet durch eine Recyclisierung der Mischung der
beiden Reaktions-Flüssigkeiten: man zieht dabei die Emulsion, die in dem Re
aktor enthalten ist, den man einer Dekantation unterwirft, kontinuierlich ab.
Nach der Dekantation erhält man zwei Phasen: eine überstehende organische
Phase, die man isoliert und die man dann in einem Wärmeaustauscher ab
kühlt. Diese Abkühlung erlaubt es, die Temperaturen im Innern des Reaktors
konstant zu halten und durch eine kontinuierliche Kontrolle zu verhindern, daß
der Katalysator beschädigt wird. Eine Menge an frischer polarer Phase, die
gleich der Menge der polaren Phase ist, die abgezogen und der Dekantation
unterworfen worden ist, wird in den Reaktor injiziert. In der Fig. 5 ist die ein
fachste Anordnung zur Durchführung der Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-
Katalyse dargestellt.
Nach dieser Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Katalyse wird der Abstrom aus dem
Reaktorauslaß mit einer basischen Lösung und dann mit Wasser gewaschen,
die erhaltenen Oligomeren werden isoliert. Dieses Waschen kann gegebenen
falls gemeinsam mit dem Waschen der in der ersten Stufe gebildeten Oligome
ren, wenn es durchgeführt wird, durchgeführt werden.
Die Fig. 1 bis 4 beschreiben die geläufigsten Ausführungsformen der Verknüp
fung von Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, sie schränken jedoch
in keinem Fall den Umfang der vorliegenden Erfindung ein.
In der Fig. 1 ist die einfachste Durchführung beschrieben. Die eingeführte
Charge enthält Olefine mit n Kohlenstoffatomen (als Cn bezeichnet). n beträgt
im allgemeinen 2, 3, 4, 5 oder 6. Das gesuchte Produkt ist in diesem Fall das
Dimere (als C2n bezeichnet). Der Ausdruck "C(2n+1)+" steht für die gebildeten
Olefine, die eine längere Kohlenstoffkette als diejenige des gewünschten Di
mers haben.
Die zu behandelnde Fraktion (Schnitt), die mindestens ein Olefin (als Cn be
zeichnet) enthält, wird durch die Leitung 1 in eine Reaktionszone R1 einge
führt, in der sie in einer ersten Stufe einer katalytischen Oligomerisation ent
weder vom homogenen Typ in flüssiger Phase oder vom heterogenen Typ mit
einem festen Träger unterworfen wird. Der gebildete Abstrom wird durch die
Leitung 2 in einen Wärmeaustauscher E1 eingeführt, der von einer Kühlflüs
sigkeit durchströmt wird. Der Abstrom wird dann abgekühlt, bevor er durch die
Leitung 3 in eine zweite Reaktionszone R2 eingeführt wird, in der er einer kata
lytischen Oligomerisation in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Medium un
terworfen wird. Nach der Reaktion wird der Abstrom durch die Leitung 4 in eine
Zone L1 eingeführt, in der er gewaschen wird. Nach dem Waschen wird die
Kohlenwasserstoff-Fraktion durch die Leitung 5 in den Separator S1 eingeführt.
Die Fraktion, welche die Olefine enthält, die nicht reagiert haben (als Cn be
zeichnet) wird von der Fraktion der gebildeten Oligomeren abgetrennt, diese
Fraktion Cn wird durch die Leitung 6 aus der Anlage abgezogen. Wenn man
nach der Reaktion ein Gemisch von Oligomeren erhält, wird die letztgenannte
Fraktion durch die Leitung 7 in eine Zone eingeführt, in der sie einer zweiten
Trennung unterworfen wird, um die gewünschten Produkte (die man durch die
Leitung 8 abtrennt) von der durch die Lösung 8 abgezogenen Mischung
C(2n+1)+ zu isolieren.
Die Fig. 2 beschreibt den Fall, bei dem die Beschickung Olefine mit n Kohlen
stoffatomen (als Cn bezeichnet) enthält. n steht im allgemeinen für die Zahl 2,
3, 4, 5 oder 6. Das gewünschte Produkt ist in diesem Fall das Dimer (als C2n
bezeichnet). Der Ausdruck C(2n+1)+ steht für die gebildeten Olefine, die eine
längere Kohlenstoffkette als das gewünschte Dimer haben.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die zu behandelnde Fraktion, die
mindestens ein Olefin (als Cn bezeichnet) enthält, durch die Leitung 1 in eine
Reaktionszone R1 eingeführt, in der sie in einer ersten Stufe einer katalyti
schen Oligomerisation vom homogenen Typ in flüssiger Phase oder vom hete
rogenen Typ mit einem festen Träger unterworfen wird. Nach der ersten Reak
tion wird mit dem Abstrom eine Trennung durchgeführt. Die Kopffraktion, wel
che die Olefine enthält, die nicht reagiert haben, wird von der Fraktion der
gebildeten Oligomeren mit Hilfe eines Separators S2 abgetrennt. Die Kopffrak
tion wird durch die Leitung 10 in einen Wärmeaustauscher E1 eingeführt, in
dem eine Kühlflüssigkeit fließt. Nachdem sie abgekühlt worden ist, wird sie
durch die Leitung 3 in eine zweite Reaktionszone R2 eingeführt, in der sie ei
ner katalytischen Oligomerisation in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-
Medium unterworfen wird. Vor dem Waschen (in der Zone L1) des Abstroms
aus der zweiten Stufe kombiniert man diese Phase mit der Phase der in der
ersten Stufe gebildeten Oligomeren und transportiert sie durch die Leitung 12.
Nach dem Waschen wird die Kohlenwasserstoff-Fraktion durch die Leitung 5
in den Separator S1 eingeführt, die Fraktion, welche die Olefine enthält, die
nicht reagiert haben (mit Cn bezeichnet), wird von der Fraktion der gebildeten
Oligomeren abgetrennt, diese Fraktion Cn wird aus der Anlage durch die Lei
tung 5 abgezogen. Wenn man nach der Reaktion ein Oligomerengemisch er
hält, wird die zuletzt genannte Fraktion durch die Leitung 7 in eine Zone einge
führt, in der sie einer zweiten Trennung unterworfen wird, um die gewünschten
Produkte (die man durch die Leitung 8 abzieht) von der Mischung C(2n+1)+, die
durch die Leitung 9 abgezogen wird, zu isolieren.
In der Fig. 3 ist der Fall beschrieben, bei dem die Beschickung Olefine mit n
Kohlenstoffatomen (als Cn bezeichnet) enthält. n steht im allgemeinen für die
Zahl 2, 3, 4, 5 oder 6. Das gewünschte Produkt ist in diesem Fall das Dimer
(mit C2n bezeichnet). Der Ausdruck C(2n+1)+ steht für die gebildeten Olefine, die
eine längere Kohlenstoffkette als das gewünschte Dimer haben.
Nach der Fig. 3 wird die zu behandelnde Fraktion, die mindestens ein Olefin
(als Cn bezeichnet) enthält, durch die Leitung 1 in eine Reaktionszone R1 ein
geführt, in der sie in einer ersten Stufe einer katalytischen Oligomerisation
vom homogenen Typ in flüssiger Phase oder vom heterogenen Typ mit einem
festen Träger unterworfen wird. Der Abstrom wird durch die Leitung 2 in eine
Zone L2 überführt, in der er gewaschen wird, dann werden die Verbindungen,
die nicht reagiert haben, von den gebildeten Oligomeren mit einem Separator
S2 abgetrennt. Wenn man ein Oligomeren-Gemisch erhält, muß das ge
wünschte Produkt noch von der Mischung abgetrennt werden, anschließend
wird es durch eine Leitung 12 in einen zweiten Separator überführt. Die Kopf
fraktion, die den Separator S2 verläßt, wird durch die Leitung 10 in eine Zone
eingeführt, in der sie mit Wasser gewaschen und dann getrocknet wird. An
schließend wird sie durch die Leitung 13 in einen Wärmeaustauscher E1 ein
geführt, in dem eine Kühlflüssigkeit fließt. Der Abstrom wird dann abgekühlt,
bevor er durch die Leitung 3 in eine zweite Reaktionszone R2 eingeführt wird,
in der er einer katalytische Oligomerisation in einem Flüssig-Flüssig-Zweipha
sen-Medium unterworfen wird. Nach der Reaktion wird der Abstrom durch die
Leitung 4 in eine Zone L1 eingeführt, in der er gewaschen wird. Nach dem Wa
schen wird die Kohlenwasserstoff-Fraktion durch die Leitung 5 in den Separa
tor S1 eingeführt, die Fraktion, welche die Olefine enthält, die nicht reagiert
haben (als Cn bezeichnet), wird von der Fraktion der gebildeten Oligomeren
abgetrennt, diese Fraktion Cn wird durch die Leitung 6 aus der Anlage abge
zogen. Wenn man nach der Reaktion ein Oligomeren-Gemisch erhält, wird
diese letzte Fraktion durch die Leitung 7 in eine Zone eingeführt, in der sie
einer zweiten Trennung unterworfen wird, um die gewünschten Produkte (die
man durch die Leitung 8 gewinnt) von der Mischung C(2n+1)+, die durch die
Leitung 9 abgezogen wird, zu isolieren.
Die Anordnungen gemäß den Fig. 2 und 3 werden vorzugsweise verwendet,
wenn die erste Stufe eine katalytische Oligomerisations-Reaktion vom homo
genen Typ in flüssiger Phase ist.
In der Fig. 4 ist der Fall beschrieben, bei dem die Beschickung Olefine mit n
Kohlenstoffatomen (als Cn bezeichnet) enthält. n steht im allgemeinen für die
Zahl 2, 3, 4, 5 oder 6. Das gewünschte Produkt ist in diesem Fall das Dimer
(als C2n bezeichnet). Der Ausdruck C(2n+1)+ steht für die gebildeten Olefine, die
eine längere Kohlenstoffkette als das gewünschte Dimer haben.
Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 4 wird die zu behandelnde Fraktion,
die mindestens ein Olefin (als Cn bezeichnet) enthält, durch die Leitung 1 in
eine Reaktionszone R1 eingeführt, in der sie in einer ersten Stufe einer kataly
tischen Oligomerisation entweder vom homogenen Typ in flüssiger Phase oder
vom heterogenen Typ mit einem festen Träger unterworfen wird. Nach der er
sten Reaktion wird eine Trennung mit dem Abstrom durchgeführt. Die Kopf
fraktion, welche die Olefine enthält, die nicht regiert haben, wird von der Frak
tion der gebildeten Oligomeren unter Verwendung eines Separators S2 abge
trennt. Wenn man ein Oligomeren-Gemisch erhält, muß das gewünschte Pro
dukt noch von der Mischung abgetrennt werden, es wird dann durch die Lei
tung 12 in einen zweiten Separator S2 eingeführt. Die in dem Separator S2 er
haltene Kopffraktion wird durch die Leitung 10 in einen Wärmeaustauscher E1
eingeführt, in dem eine Kühlflüssigkeit fließt. Nachdem sie auf eine Tempera
tur zwischen etwa -30 und +60°C, vorzugsweise zwischen -30 und +40°C, ab
gekühlt worden ist, wird sie durch die Leitung 3 in eine zweite Reaktionszone
R2 eingeführt, in der sie einer katalytischen Oligomerisation in einem Flüssig-
Flüssig-Zweiphasen-Medium unterworfen wird. Nach dem Waschen wird die
Kohlenwasserstoff-Fraktion durch die Leitung 5 in den Separator S1 eingeführt,
die Fraktion, welche die Olefine enthält, die nicht reagiert haben (als Cn be
zeichnet), wird von der Fraktion der gebildeten Oligomeren abgetrennt. Diese
Fraktion Cn wird durch die Leitung 6 aus der Anlage abgezogen. Wenn man
nach der Reaktion ein Oligomer-Gemisch erhält, wird diese letzte Fraktion
durch die Leitung 7 in eine Zone eingeführt, in der eine zweite Trennung
durchgeführt wird, um die gewünschten Produkte (die man durch die Leitung 8
gewinnt) von der Mischung C(2n+1)+, die durch die Leitung 9 abgezogen wird, zu
isolieren.
Die Anordnung gemäß der Fig. 4 wird vorzugsweise angewendet, wenn die
erste Stufe eine katalytische Oligomerisations-Reaktion vom heterogenen Typ
mit einem festen Träger ist.
Die Fig. 5 zeigt die Reaktionszone R2 im Detail, in der die katalytische Oligo
merisation in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Medium durchgeführt
wird. Gemäß der Fig. 5 wird die Beschickung, die mindestens ein Olefin ent
hält, durch die Leitung 3 in die Reaktionszone R'2 eingeführt. Durch die Lei
tung 16 wird der Reaktor oder die Reihe von Reaktoren beschickt mit einer
Charge, die durch die Leitung 3 zugeführt wird, und Alkylaluminium, das durch
die Leitung 20 zugeführt wird. Nach der Reaktion wird der Abstrom durch die
Leitung 14 in einen Dekanter D1 eingeführt, der mit einer Pumpe zur Zirkulati
on der Reaktions-Flüssigkeiten ausgestattet ist. Nach dem Dekantieren erhält
man eine überstehende Phase, welche die Olefine enthält, und eine dichtere
polarere Phase, die den Katalysator enthält. Vor dem erneuten Injizieren der
Phase mit ionischem Charakter in den Reaktor durch die Leitung 17 zieht man
eine verbrauchte Menge der Phase mit ionischem Charakter durch die Leitung
18 ab und ersetzt sie durch die gleiche Menge an frischer Phase mit ionischem
Charakter, die durch die Leitung 19 eingeführt wird. Ein Teil der Phase, welche
die Olefine enthält, wird durch die Leitung 15 recyclisiert (im Kreislauf geführt).
Sie wird umgepumpt; dann wird sie in allen Fällen mit einem Wärmeaustau
scher E2 gekühlt, in dem eine Kühlflüssigkeit fließt. Diese Phase wird erneut
durch die Leitung 16 in den Reaktor R'2 eingeführt, nachdem sie vorher durch
die Leitung 20 an Alkylaluminium und dann durch die Leitung 3 an frischer Be
schickung angereichert worden ist.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne jedoch ihren
Schutzumfang zu beschränken.
Dieses Beispiel wurde in einer Anlage entsprechend der Fig. 2 durchgeführt.
Eine Beschickung, deren Zuführungsrate 10 kg/h beträgt, die Olefine mit 4
Kohlenstoffatomen enthält, die zu 60 Gew.-% aus Butenen und zu 40 Gew.-%
aus n-Butan bestehen, wird in einer Reihe von zwei Reaktoren, die in homo
gener flüssiger Phase arbeiten, mit Hilfe eines kontinuierlich injizierten lösli
chen Katalysators in Oligomere umgewandelt. Die Zusammensetzung und die
Art der Herstellung des in diesem Beispiel verwendeten Katalysators sind Ge
genstand des US-Patents 4 716 239. Die Reaktion wird bei +45°C und bei ei
nem Druck von 1,3 MPa durchgeführt, die Umwandlung der Butene am Ende
der ersten Stufe beträgt 70 Gew.-%.
Der Abstrom wird durch Destillation in zwei Fraktionen aufgetrennt. Die erste
Fraktion enthält Olefine mit 4 Kohlenstoffatomen, die zu 31% aus Butenen,
die nicht reagiert haben, und zu 69% aus n-Butan besteht, diese Fraktion wird
mit einem Durchsatz von 5,8 kg/h destilliert, die zweite Fraktion enthält die
Octene und Kohlenwasserstoffe, deren Kohlenstoffkette mindestens 9 Koh
lenstoffatome enthält, ihr Durchsatz beträgt 4,2 kg/h.
Die Ausbeute an Octenen, bezogen auf die eingeführten Butene, beträgt 60
Gew.-%.
Die Olefine mit 4 Kohlenstoffatomen, die nicht reagiert haben, werden mit ei
nem Wärmeaustauscher auf eine Temperatur von +10°C gebracht, anschlie
ßend werden sie in eine Reaktionszone eingeführt. Die Olefine werden auf
diese Weise in einen Reaktor mit einem Volumen von 5 l injiziert, wobei die
Reaktionsbedingungen die folgenden sind: eine Temperatur von +10°C und
ein Druck von 0,7 MPa. Nach der Reaktion wird der Abstrom in einen Dekanter
mit einem Volumen von 5 l überführt, der mit einer Zirkulationspumpe für die
Reaktions-Flüssigkeiten ausgestattet ist. Nachdem er mittels einer Pumpe in
Zirkulation versetzt worden ist, wird der Abstrom in einem Wärmeaustauscher,
in dem ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit fließt (Fig. 5), auf eine Temperatur von
+10°C abgekühlt.
Der Reaktor enthält 1512 g einer polaren Phase, welche die folgende flüssigen
katalytische Zusammensetzung umfaßt: 746 g Aluminiumchlorid, 694 g Butyl
methylimidazoliumchlorid und 72 g Nickelchlorid.
Man zieht kontinuierlich 1,2 g/h der polaren Phase, die den Katalysator ent
hält, aus der Reaktionszone ab und injiziert in diese kontinuierlich 1,2 g/h einer
frischen polaren Phase mit der gleichen Zusammensetzung wie vorstehend
angegeben.
In die Reaktionszone werden außerdem 9,6 g/h einer 50 gew.-%igen Lösung
von Dichlorethylaluminium (EADC) in Hexan eingeführt. Diese Lösung wird
zusammen mit dem in die Waschzone eingeführten Abstrom abgezogen.
Die Phase, welche die Olefine enthält, wird von der polaren Phase durch De
kantieren abgetrennt, dann wird sie mit der Phase der in der ersten Stufe ge
bildeten Oligomeren vereinigt. Um den löslichen Katalysator in der Phase der
gebildeten Oligomeren zu eliminieren, wird das Ganze mit einer basischen
wäßrigen Lösung und dann mit Wasser behandelt.
Nach dem Waschen trennt man die verschiedenen Bestandteile durch Destil
lation voneinander und erhält so: Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen
mit einer Durchsatzmenge von 4,36 kg/h. Diese Fraktion enthält im wesentli
chen Butan (nicht-reaktiv) und eine geringe Menge Butene, die nicht reagiert
haben. Die schwerste Fraktion, welche die gewünschten Octene enthält, wird
anschließend in eine zweite Trennungszone überführt, aus der man als Kopf
fraktion die Octene mit einer Durchsatzmenge von 1,30 kg/h und eine Boden
fraktion, welche die Oligomeren umfaßt, die mindestens 9 Kohlenstoffatome
enthalten, mit einer Durchsatzmenge von 0,14 kg/h gewinnt.
Die Gewichtsausbeute an Octenen in der zweiten Stufe beträgt 72%, die Ge
samtausbeute an Octenen beträgt 81%.
Die relative Ausbeute an Octenen wurde um 35% erhöht durch Verknüpfung
von Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber dem traditionel
len Verfahren in einer Stufe.
Dieses Beispiel wurde in einer Anlage, wie sie Fig. 3 entspricht, durchgeführt.
Eine Beschickung von Olefinen mit 4 Kohlenstoffatomen, die 80 Gew.-% Bute
ne und 20 Gew.-% n-Butan enthält, in einer Zugabemenge von 10 kg/h wird in
einer Reihe von zwei Reaktoren, die in homogener flüssiger Phase arbeiten, in
Oligomere umgewandelt. Der in diesem Beispiel verwendete lösliche Katalysa
tor ist in dem US-Patent 4 716 239 beschrieben, er wird kontinuierlich in den
Reaktor injiziert. Die Reaktion wird bei +45°C und bei einem Druck von 1,3
MPa durchgeführt. Der Abstrom wird von dem gelösten Katalysator befreit
durch eine Behandlung mit einer basischen wäßrigen Lösung und danach mit
Wasser.
Anschließend wird er durch Destillation in zwei Fraktionen aufgetrennt: die
erste Fraktion wird mit einer Durchsatzmenge von 3,6 kg/h destilliert, sie um
faßt die Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen, bestehend zu 44% aus
Butenen, die nicht reagiert haben, und zu 56% aus n-Butan, die zweite Frakti
on enthält die gewünschten Octene und Oligomere, deren Kette mindestens 9
Kohlenstoffatome umfaßt. Diese zweite Fraktion wird anschließend destilliert,
um die Octene, die man in einer Durchsatzmenge von 5,1 kg/h erhält, abzu
trennen von den Oligomeren, deren Kette mindestens 9 Kohlenstoffatome
umfaßt, die in einer Durchsatzmenge von 1,3 kg/h erhalten werden.
Die Ausbeute an Octenen beträgt 64 Gew.-%, bezogen auf das eingeführte
Buten.
Die Fraktion der Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen wird mit Wasser
gewaschen und dann einer azeotropen Destillation unterworfen, um das gelö
ste Wasser zu entfernen. Diese Fraktion wird, nachdem sie mit einem Wärme
austauscher auf eine Temperatur von +10°C gebracht worden ist, anschlie
ßend in eine Reaktionszone eingeführt. Auf diese Weise werden die Olefine in
einen Reaktor mit einem Volumen von 5 l injiziert, nach der Reaktion wird der
Abstrom in einen Dekanter mit einem Volumen von 5 l eingeführt, der mit einer
Zirkulationspumpe für die dekantierte Flüssigkeit ausgestattet ist. Die Reaktion
wird bei +10°C und bei einem Druck von 0,7 MPa durchgeführt. Nachdem er
mittels der Pumpe in Zirkulation versetzt worden ist, wird der Abstrom in einem
Wärmeaustauscher, in dem eine Flüssigkeit fließt (Fig. 5), auf eine Temperatur
von +10°C abgekühlt.
Der Reaktor enthält 1260 g einer polaren Phase, in der ein Katalysator gelöst
ist. Die Zusammensetzung des flüssigen Katalysators ist die folgende: 622 g
Aluminiumchlorid, 578 g Butylmethylimidazoliumchlorid, 60 g Nickelchlorid.
Man zieht kontinuierlich mit einem Durchsatz von 1,0 g/h polare Phase, die
den Katalysator enthält, aus der Reaktionszone ab und injiziert in diese konti
nuierlich mit einem Durchsatz von 1,0 g/h frische polare Phase mit der glei
chen Zusammensetzung wie vorstehend beschrieben.
In die Reaktionszone werden außerdem 7,2 g/h einer 50 gew.-%igen Lösung
von Dichlorethylaluminium (EADC) in Hexan eingeführt, wobei das Hexan mit
dem Abstrom entfernt wird. Diese Lösung wird zusammen mit dem in die
Waschzone eingeführten Abstrom abgezogen.
Die Phase, welche die Olefine enthält, wird nach der Abtrennung durch Dekan
tation von der polaren Phase in dem Dekanter mit einer basischen wäßrigen
Lösung und dann mit Wasser behandelt.
Diese Phase wird einer Destillation unterworfen, wobei erhalten werden kön
nen: Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen, die im wesentlichen das
Butan (nicht reaktiv) und eine geringe Menge Butene, die nicht reagiert haben,
enthält, wobei diese Fraktion mit einer Durchsatzmenge von 2,32 kg/h erhalten
wird. Die schwerere Fraktion, welche die gewünschten Octene enthält, wird
anschließend in eine zweite Trennzone eingeführt, aus der man gewinnt als
Kopffraktion die Octene mit einer Durchsatzmenge von 1,15 kg/h und als Bo
denfraktion die Oligomeren, die mindestens 9 Kohlenstoffatome enthalten, mit
einer Durchsatzmenge von 0,13 kg/h.
Die Gewichtsausbeute an Octenen in der zweiten Stufe beträgt 72%, die Ge
samtausbeute an Octenen beträgt 78%.
Die relative Ausbeute an Octenen wurde um 22% erhöht durch Verknüpfung
der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bezogen auf das traditionel
le Verfahren in einer Stufe.
Dieses Beispiel wurde in einer Anlage entsprechend der Fig. 4 durchgeführt.
Eine Beschickung, deren Durchsatzmenge 10 kg/h beträgt und die Olefine mit
4 Kohlenstoffatomen enthält, die zu 80 Gew.-% aus Butenen und zu 20 Gew.-%
aus n-Butan bestehen, wird in einem Reaktor, der in einem Fixbett mit ei
nem Katalysator arbeitet, der Nickelsulfat enthält, das auf Aluminiumoxid ab
geschieden ist, in Oligomere umgewandelt. Der Katalysator und sein Herstel
lungsverfahren sind in dem französischen Patent 2 608 594 beschrieben. Die
Umwandlung der Butene beträgt 70% und die Selektivität für Octene beträgt
75% entsprechend einer Ausbeute an Octenen von 52,5%. Die Reaktion wird
bei +50°C, bei einem Druck von 1,3 MPa und mit einer Raumgeschwindigkeit
(stündlichen Volumen-Geschwindigkeit) von 0,8 h-1 durchgeführt.
Der Abstrom wird anschließend durch Destillation in zwei Ströme aufgetrennt:
man erhält so eine Fraktion von Kohlenwasserstoffen mit 4 Kohlenstoffatomen,
die 55% Butene, die nicht reagiert haben, sowie 45% n-Butan (nicht reaktiv)
enthält, in einer Durchsatzmenge von 4,4 kg/h und eine Oligomer-Fraktion,
deren Kohlenstoffkette mindestens 8 Kohlenstoffatome umfaßt, in einer Durch
satzmenge von 5,6 kg/h.
Die Fraktion der Olefine mit 4 Kohlenstoffatomen, die in einem Wärmeaustau
scher auf eine Temperatur von +10°C gebracht worden ist, wird anschließend
in eine Reaktionszone eingeführt, die einen Reaktor mit einem Volumen von 5
l umfaßt, hinter dem ein Dekanter mit einem Volumen von 5 l, der mit einer
Zirkulationspumpe für die dekantierte Flüssigkeit ausgestattet ist, angeordnet
ist. Nachdem der Abstrom mittels der Pumpe in Zirkulation versetzt worden ist,
wird er in einem Wärmeaustauscher, durch den eine Flüssigkeit fließt (Fig. 5),
auf eine Temperatur von +10°C abgekühlt. Die Reaktion wird bei +10°C und
einem Druck von 0,7 MPa durchgeführt.
Der Reaktor enthält 1260 g einer polaren Phase, die den flüssigen Katalysator
mit der folgenden Zusammensetzung enthält: 622 g Aluminiumchlorid, 578 g
Butylmethylimidazoliumchlorid und 60 g Nickelchlorid.
Man zieht kontinuierlich 1,0 g/h der polaren Phase, die den Katalysator ent
hält, aus der Reaktionszone ab und injiziert kontinuierlich 1,0 g/h einer fri
schen polaren Phase mit der gleichen Zusammensetzung wie vorstehend an
gegeben.
Außerdem führt man in die Reaktionszone 7,2 g/h einer 50 gew.-%igen Lösung
von Dichlorethylaluminium (EADC) in Hexan ein. Diese Lösung wird zusam
men mit dem Abstrom, der in die Waschzone eingeführt wird, abgezogen.
Der Abstrom, der durch Dekantieren der polaren Phase in dem Dekanter abge
trennt worden ist, wird mit einer basischen wäßrigen Lösung und danach mit
Wasser behandelt.
Er wird durch Destillation aufgetrennt, wobei man gewinnen kann: eine Koh
lenwasserstoff-Fraktion mit 4 Kohlenstoffatomen, die im wesentlichen das
Butan und eine geringe Menge Butene enthält, in einer Durchsatzmenge von
2,48 kg/h. Die schwerere Fraktion, welche die gewünschten Octene enthält,
wird anschließend in eine zweite Trennzone eingeführt, aus der man als Kopf
fraktion die Octene mit einer Durchsatzmenge von 1,73 kg/h und als Boden
fraktion die Oligomeren, die mindestens 9 Kohlenstoffatome enthalten, in einer
Durchsatzmenge von 0,19 kg/h erhält.
Die Gesamtausbeute an Octenen beträgt 74 Gew.-%.
Die relative Ausbeute an Octenen wurde um 41% erhöht durch Verknüpfen
von Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber dem traditionel
len Verfahren in einer Stufe.
Dieses Beispiel wurde in einer Anlage gemäß der Fig. 4 durchgeführt.
Eine Beschickung, deren Durchsatzmenge 8,2 kg/h beträgt, die Olefine mit 4
Kohlenstoffatomen enthält, bestehend aus 87,4 Gew.-% Butenen, 10,1 Gew.-%
Butan und 2,5 Gew.-% Isobutan, wird durch eine Fixbett-Katalyse-Reaktion
(die Reaktion wird in zwei hintereinander angeordneten Reaktoren von 5 l und
10 l durchgeführt) in Oligomere umgewandelt. Die Reaktion wird bei +100°C
und bei einem Druck von 3 MPa und mit einer Raumgeschwindigkeit
(stündlichen Volumen-Geschwindigkeit) von 1 h-1 durchgeführt.
Der verwendete Katalysator auf Basis von Siliciumdioxid-Aluminiumoxid wird
von der Firma IFP Enterprise unter der Bezeichnung IP501 in den Handel ge
bracht.
Der Abstrom wird anschließend durch Destillation in zwei Fraktionen aufge
trennt: eine Fraktion von Kohlenwasserstoffen mit 4 Kohlenstoffatomen, die
35,7 Gew.-% Buten, das nicht reagiert hat, enthält, wird in einer Durchsatz
menge von 1,6 kg/h erhalten, und eine Fraktion, welche die Oligomeren ent
hält. Diese letztgenannte Fraktion wird anschließend aufgetrennt in eine Ben
zin-Fraktion (deren Spezifikationen die folgenden sind: ein anfänglicher Destil
lationspunkt von 35°C und ein 95%-Destillationspunkt von 230°C), die in einer
Durchsatzmenge von 6,27 kg/h erhalten wird, und eine schwere Fraktion, die
in einer Durchsatzmenge von 0,33 kg/h erhalten wird.
Die Fraktion der Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen wird, nachdem
sie in einem Wärmeaustauscher, durch den eine Kühlflüssigkeit fließt, auf eine
Temperatur von 10°C gebracht worden ist, in einen Reaktor mit einem Volu
men von 2 l eingeführt. Die Reaktion wird bei +10°C und einem Druck von 0,7
MPa durchgeführt. Nach der Reaktion wird der Abstrom in einen Dekanter mit
einem Volumen von 2 l, der mit einer Zirkulationspumpe für die organische
Phase ausgestattet ist, eingeführt. Nachdem der Abstrom umgepumpt worden
ist, wird er in einem Wärmeaustauscher, durch den eine Flüssigkeit fließt (Fig.
5) auf eine Temperatur von +10°C gebracht.
Der Reaktor enthält 525 g einer polaren Phase, die den flüssigen Katalysator
enthält, dessen Zusammensetzung die folgende ist: 259 g Aluminiumchlorid,
241 g Butylmethylimidazoliumchlorid und 25 g Nickelchlorid.
Aus der Reaktionszone zieht man kontinuierlich 0,5 g/h polare Phase ab, die
den Katalysator enthält, und man injiziert kontinuierlich 0,5 g/h einer frischen
polaren Phase mit der gleichen Zusammensetzung wie vorstehend angege
ben.
Außerdem führt man in die Reaktionszone 4,8 g/h einer 25 gew.-%igen Lösung
von Dichlorethylaluminium (EADC) in Hexan ein. Diese Lösung wird zusam
men mit dem Abstrom, der in die Waschzone eingeführt wird, abgezogen.
Der Abstrom, der durch Dekantieren von der polaren Phase in den Dekanter
abgetrennt worden ist, wird mit einer basischen wäßrigen Lösung und dann mit
Wasser behandelt.
Anschließend wird er durch Destillation aufgetrennt, wobei man erhalten kann:
eine Fraktion von Kohlenwasserstoffen mit 4 Kohlenstoffatomen, die im we
sentlichen Butan (nicht reaktiv) und 10 Gew.-% Butene, die nicht reagiert ha
ben, enthält, in einer Durchsatzmenge von 1,15 kg/h und eine Fraktion, welche
die Oligomeren enthält. Diese letztgenannte Fraktion wird anschließend in ei
ne Benzin-Fraktion aufgetrennt (deren Spezifikationen die folgenden sind: ein
anfänglicher Destillationspunkt von 35°C und ein 95%-Destillationspunkt von
230°C), die in einer Durchsatzmenge von 0,45 kg/h erhalten wird, und eine
schwere Fraktion.
Die Gesamtmenge an gebildetem Benzin beträgt 6,72 kg/h. Die Benzin-
Ausbeute beträgt 93,7%.
Die Kombination der beiden Oligomerisations-Reaktionen erlaubt eine Steige
rung der Ausbeute an Benzin und eine Verminderung des Gehaltes an Buten
von 35,7% auf 10% der restlichen Kohlenwasserstoff-Beschickung mit 4
Kohlenstoffatomen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Durchführung einer Dimerisations-, Co-Dimerisations- oder
Oligomerisations-Reaktion bei einer organischen Beschickung (Charge),
die mindestens ein Olefin enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es minde
stens zwei aufeinanderfolgende Katalyse-Stufen unterschiedlichen Typs um
faßt, von denen mindestens eine eine Oligomerisation in Gegenwart minde
stens eines katalytischen Elements in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-
Medium ist, das ein Medium mit ionischem Charakter enthält, das mit der or
ganischen Phase nicht oder kaum mischbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei auf
einanderfolgende Katalyse-Stufen unterschiedlichen Typs umfaßt, wobei die
zweite Stufe eine Oligomerisation in Gegenwart mindestens eines katalyti
schen Elements in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-Medium ist, das ein
Medium mit ionischem Charakter enthält, das mit der organischen Phase nicht
oder kaum mischbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu
behandelnde Beschickung mindestens ein Olefin, dessen Kette 2 bis 6 Koh
lenstoffatome enthält, oder eine Mischung dieser Olefine enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens der Teil der Beschickung, der in der ersten Stufe nicht rea
giert hat, gegebenenfalls nach einer Behandlung zur Inhibierung des Katalysa
tors, in ein Zweiphasen-Medium eingeführt wird, dessen Temperatur etwa -50
bis +100°C und dessen Druck etwa 0,01 bis 20 MPa betragen, wobei das Rüh
ren mindestens zum Teil durch gemeinsames Zirkulierenlassen der Mischung
der beiden Reaktionsflüssigkeiten gewährleistet wird, und daß der Abstrom
nach der Reaktion einer Dekantation unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der für die Oligomerisation in einem Zweiphasen-Medium verwendete
Katalysator ein Nickelkomplex oder eine Mischung von Nickelkomplexen ist
und das Medium mit ionischem Charakter mindestens ein Salz der Formel Q⁺A⁻
enthält, in der Q⁺ ein quaternäres Ammonium- oder Phosphoniumkation oder
eine Mischung der beiden oder ein Lithiumkation und A ein Liganden- oder
Nicht-Liganden-Anion bedeuten.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anion
ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Halogenaluminaten, Or
ganohalogenaluminaten, Organogallaten, Organohalogengallaten oder einer
Mischung von mindestens zwei dieser Verbindungen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß nach Durchführung einer Oligomerisations-Reaktion in einem Zweipha
sen-Medium und anschließender Dekantation der Mischung der Reaktions
flüssigkeiten der Abstrom gewaschen wird und dann die gebildeten Oligome
ren von den Kohlenwasserstoffen, die nicht reagiert haben, abgetrennt wer
den.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der nach der ersten Katalyse-Stufe erhaltene Abstrom gewaschen wird,
daß die gebildeten Oligomeren isoliert werden, daß die Verbindungen, die in
dieser ersten Stufe nicht reagiert haben, getrocknet werden, bevor sie in einer
zweiten Stufe einer Oligomerisation in einem Flüssig-Flüssig-Zweiphasen-
Medium unterworfen werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß auf die erste Stufe und die Oligomerisation in einem Zweiphasen-Medium
Waschgänge folgen, wobei das Waschen, das auf die erste Stufe folgt, in der
gleichen Zone durchgeführt wird wie das Waschen, das auf die Oligomerisati
on in dem Zweiphasen-Medium folgt.
10. Verfahren zur Durchführung einer Oligomerisations-Reaktion mit einer
organischen Beschickung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die erste Stufe durch homogene Katalyse in flüssiger Pha
se durchgeführt wird.
11. Verfahren zur Durchführung einer Oligomerisations-Reaktion bei einer
organischen Beschickung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in
der ersten Stufe der Katalysator eine Nickelverbindung oder eine Mischung
von Nickel-Verbindungen ist, und der Co-Katalysator eine Alkylaluminium-
Verbindung oder eine Mischung von Alkylaluminium-Verbindungen oder eine
Halogenalkylaluminium-Verbindung oder eine Mischung von Halogenalkyla
luminium-Verbindungen ist.
12. Verfahren zur Durchführung einer Oligomerisations-Reaktion bei einer
organischen Beschickung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich
net, daß ein Katalysator-Additiv, bei dem es sich um eine Verbindung mit sau
rem Charakter oder um das entsprechende Anion dieser Säure, einen Carbon
säureester, eine Epoxy-Verbindung oder ein Phosphin oder eine Mischung
dieser Verbindungen handelt, eingeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß in der ersten Stufe das oder die zu behandelnden Olefine kontinuier
lich in eine Reaktionszone eingeführt werden, der kontinuierlich eine katalyti
sche Zusammensetzung bei einer Temperatur von etwa -40 bis +100°C, bei
einem solchen Druck, daß die Reagentien mindestens zum Teil in flüssiger
Phase gehalten werden, und unter Rührbedingungen zugeführt wird, die erfor
derlich sind, um einen maximalen Umwandlungsgrad der Beschickung in Di
mere, Co-Dimere, Oligomere oder mindestens eine Mischung von zwei dieser
Verbindungstypen zu erzielen.
14. Verfahren zur Durchführung einer Oligomerisations-Reaktion bei einer
organischen Beschickung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die erste Stufe durch eine heterogene Katalyse mit einem
festen Katalysator durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der
heterogenen Katalyse verwendete Katalysator-Typ eine Nickelverbindung auf
einem Träger oder nur ein Träger ist.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reaktionstemperatur etwa 10 bis 250°C beträgt, wobei der Druck bei einem
solchen Wert gehalten wird, daß die Beschickung mindestens zum Teil im
flüssigen Zustand vorliegt.
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