DE2256949A1 - PROCESS FOR ALKYLATING HYDROCARBONS - Google Patents
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Description
Verfahren zum Alkylieren von KohlenwasserstoffenProcess for alkylating hydrocarbons
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Alkylieren von Kohlenwasserst offen ^ und zwar insbesondere Verfahren zur Herstellung von verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen durch Umsetzung gesättigter Kohlenwasserstoffe mit Olefinen in Gegenwart saurer Katalysatoren.The invention relates to processes for alkylating hydrocarbons open ^ and in particular processes for the production of branched-chain hydrocarbons by reacting saturated Hydrocarbons with olefins in the presence of acidic catalysts.
Kohlenwa.sserstoffumwandlungsverfahren durch sauer katalysierte Umsetzung von Alkanen mit Alkenen sind bekannt. Die Reaktionspartner werden im allgemeinen in flüssiger Phase und in einem breiten Temperaturbereich von etwa -73,3 bis +37,80G mit einem sauren Katalysator wie beispielsweise Schwefelsäure, Fluorschwefelsäure oder einer Halogensäure, wie Fluorwasserstoffsäure umgesetzt. Alkylierungsverfahren unter Verwendung von Fluorsehwefelsäure als Katalysator sind beispielsweise in denHydrocarbon conversion processes by acid-catalyzed conversion of alkanes with alkenes are known. The reactants are generally reacted in liquid phase and in a broad temperature range of about -73.3 to +37.8 0 G with an acid catalyst such as sulfuric acid, fluoro sulfuric acid or a halogen acid, such as hydrofluoric acid. Alkylation processes using fluorosulfuric acid as a catalyst are for example in US Pat
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US-PS 231 310 und 2 344 469 und in der GD-PS 537 589 beschrieben. Die Verwendung anderer Säuren wie beispielsweise Trifluormethansulfonsäure als Alkylierungskatalysator ist beispielsweise von T. Gramstad und R.N. Haszeldine, J. Chem. Soc., 1957, ΊΟ69-79, angegeben worden.U.S. Patents 231,310 and 2,344,469 and GD-PS 537,589. The use of other acids such as trifluoromethanesulfonic acid as an alkylation catalyst is for example by T. Gramstad and R.N. Haszeldine, J. Chem. Soc., 1957, ΊΟ69-79.
Alkylierungsverfahren dieser Art bereiten aber zahlreiche Schwierigkeiten, die sich aus der hohen Aktivität der in den Reaktionen verwendeten stark sauren Katalysatoren ergeben. Su leiten beispielsweise die intermediär in dem stark sauren Medium gebildeten Alkylcarboniumionen eine Reihe von Nebenreaktionen ein, die anfangs zu schwereren Kohlenwasserstoffen führen, die dann ihrerseits Crackreaktionen unter Bildung von unerwünschten leichten Kohlenwasserstoffen unterliegen. Daraus ergibt sich eine Abnahme der Bildung der erwünschten Cg- bis Cq-Kohlenwasserstoffe und eine Erniedrigung der Oktanzahl der Umsetzungsprodukte. Außerdem weisen Alkylierungsverfahren unter Verwendung stark saurer Katalysatoren einen ausgesprochenen Mangel an Selektivität in Hinblick auf die Bildung von Cg-Kohlen-Wasserstoffen auf. Da die Oktanzahl der alkylierten Umsetzungsmischungen durch hohe Konzentrationen an Cg-Kohlenwasserstoffen wesentlich verbessert wird, gilt Trimethylpentan als ein besonders wertvolles Alkylierungsprodukt.However, alkylation processes of this type present numerous difficulties resulting from the high activity of the in the Reactions used strongly acidic catalysts result. Su conduct, for example, the intermediate in the strongly acidic medium formed alkyl carbonium ions initiate a series of side reactions that initially lead to heavier hydrocarbons, which in turn are subject to cracking reactions with the formation of undesirable light hydrocarbons. From it there is a decrease in the formation of the desired Cg bis Cq hydrocarbons and a decrease in the octane number of the Conversion products. In addition, alkylation processes using strongly acidic catalysts have a pronounced effect Lack of selectivity with regard to the formation of Cg hydrocarbons on. Since the octane number of the alkylated reaction mixtures is caused by high concentrations of Cg hydrocarbons is significantly improved, trimethylpentane is considered a particularly valuable alkylation product.
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Bei Verwendung starker Säuren wie beispielsweise Fluorselwefel-säure ist bereits versucht worden3 die Nebenreaktionen so gering wie möglich und die Selektivität für Cg-Kohlenwasserstoffe durch Anwendung von niedrigen Reaktionstemperaturen wie beispielsweise etwa -80 bis -^l3 C so hoch wie möglich zu gestalten; allerdings ist die Aufrechterhaltung derartig niedriger Temperaturen während des ganzen Verfahrens so schwierigs daß diese Methoden wirtschaftlich nicht durchführbar sind» Außerdem wurde bereits versucht, die Selektivität für Cg-Kohlenwasserstoffe zu verbessern, indem die starken Säuren mit geringen Mengen von Zusatzstoffen vermischt werden,-wie beispielsweise gemäß US-PS 2 .366 731 mit BF3, gemäß US-PS 2 259 723 mit Halogenwasserstoffen oder gemäß US-PS 3 23I 633 mit oberflächenaktiven Verbindungen wie Methyl-isobutyl-oxoniumchlorid, Dimethyl-isopropyl-sulfoniumchlorid oder Schwefelsäure 9 wobei im letzteren Falle die Funktion der oberflächenaktiven Verbindung darin liegt, die sehr lange Induktionsperiode der Reaktion, (bis zu etwa 210 Stunden) in welcher überwiegend C12+-Alkylierungsprodukte auf Kosten der erwünschten Cg-Kohlenwasserstoffe gebildet werden, zu reduzieren« Bei Zusatz von Schwefelsäure zu der als Katalysator verwendeten Fluorschwefelsäure wurde eine Verkürzung der Induktrionsperiode auf etwa 125 Stunden festgestellt; allerdings ist dies immer noch eine aus wirtschaftlichen Gründen kaum tragbare Zeitspanne, da das angegebene Verfahren bei einer Temperatur von +100C und einem Druck von 7,03 kg/cmt'When using strong acids such as Fluorselwefel-acid has already been tried 3 as low as possible and the side reactions the selectivity of Cg-hydrocarbons by the use of low reaction temperatures such as about -80 to - C as high as possible to make ^ l3; However, maintaining such low temperatures throughout the process is so difficult s that these methods are not economically "are feasible addition, it has been attempted to improve the selectivity of Cg-hydrocarbons by the strong acids are mixed with small amounts of additives -like for example according to US-PS 2 .366 731 with BF 3, in accordance with US Patent 2,259,723 with hydrogen halides or according to US-PS 3 23I 633 with surface-active compounds such as methyl-isobutyl-oxoniumchlorid, dimethyl-isopropyl-sulfonium chloride or sulfuric 9 wherein in In the latter case, the function of the surface-active compound is to reduce the very long induction period of the reaction (up to about 210 hours) in which predominantly C 12 + -alkylation products are formed at the expense of the desired Cg hydrocarbons the fluorosulfuric acid used as a catalyst was a shortening of the Induction period found to be about 125 hours; however, this is still a time span that is hardly acceptable for economic reasons, since the specified process is carried out at a temperature of +10 0 C and a pressure of 7.03 kg / cm t '
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durchgeführt wird. Ferner ist bereits der Zusatz von Mercaptanen, die mindestens 8 C-Atome je Molekül enthalten müssen, in der US-PS 2 880 255 oder der Zusatz von Aminen in den US-PS 2 880 255 und 3 32*1 196 zu Fluorschwefelsäure versucht worden. Nachteilig an den bisher vorgeschlagenen Verfahren ist aber, daß sie im allgemeinen keine ausreichend hohe Selektivität zur Bildung der erwünschten Cg-Kohlenwasserstoffe entwickeln oder daß sie zum wirtschaftlichen Einsatz aus Kostengründen nicht geeignet sind.is carried out. Furthermore, the addition of mercaptans, which must contain at least 8 carbon atoms per molecule, is in in US Pat. No. 2,880,255 or the addition of amines in US Pat. Nos. 2,880,255 and 3,32,1196 to fluorosulfuric acid has been attempted. However, the disadvantage of the previously proposed processes is that they generally do not have a sufficiently high selectivity for Formation of the desired Cg hydrocarbons develop or that they are not suitable for economic use for reasons of cost.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, neue Alkylierungs· verfahren für Kohlenwasserstoffe mit hoher Selektivität zu entwickeln. The invention is therefore based on the object of providing new alkylation to develop processes for hydrocarbons with high selectivity.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen durch Umsetzung gesättigter Kohlenwasserstoffe mit Olefinen bei Umwandlungsbedingungen in einer Umwandlungszone unter Verwendung eines sauren Katalysators vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Katalysator eine größere Menge einer starken Säure und eine kleinere Menge eines Promotors aus der Gruppe von (a) Verbindungen mit einer Hydroxylgruppe oder mit einem Hydroxylgruppenpräcursor, (b) der gesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen Thiqäther, (c) der gesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen Thiole mit 1 bis 7 C-Atome je Molekül, (d) Difluor-phosphQrsäure .oder deren Mischungen enthg^g g ^ ^ / j jTo achieve the object a process for the conversion of hydrocarbons by reaction of saturated hydrocarbons with olefins under conversion conditions in a conversion zone using an acidic catalyst is proposed, which is characterized in that the catalyst consists of a major amount of a strong acid and a minor amount of a promoter the group of (a) compounds with a hydroxyl group or with a hydroxyl group precursor, (b) the saturated aliphatic or cycloaliphatic thiqethers, (c) the saturated aliphatic or cycloaliphatic thiols with 1 to 7 carbon atoms per molecule, (d) difluorophosphoric acid . or their mixtures contain ^ g g ^ ^ / jj
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überraschenderweise wurde festgestellt, daß Alkylierungsverfahren mit hoher UmwandlungsSelektivität durchgeführt werden können, wenn die Alkylierung in Gegenwart einer Katalysatormischung mit einem größeren Anteil einer starken Säure wie beispielsweise Halogenschwefelsäuren der Formel XSO-,Η, in der X ein Halogen bedeutet, Trihalogen-methansulfonsäuren· der Formel CX,SO,H, in der X ein Halogen bedeutet, oder deren Mischungen, in Kombination mit einer kleineren Menge eines oder mehrerer Katalysatorpromotoren wie Wasser, aliphatIsehe und -cycloaliphatische Alkohole, Thiole, Äther oder Thioäther, aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Sulfon- und Carbonsäuren oder deren Derivaten oder anorganischen Säuren durchgeführt, wird.Surprisingly, it has been found that alkylation processes can be carried out with high conversion selectivity can, if the alkylation in the presence of a catalyst mixture with a larger proportion of a strong acid such as for example halosulfuric acids of the formula XSO-, Η, in the X denotes a halogen, trihalomethanesulfonic acids of the formula CX, SO, H, in which X denotes a halogen, or mixtures thereof, in combination with a smaller amount of one or more Catalyst promoters such as water, aliphatic and cycloaliphatic Alcohols, thiols, ethers or thioethers, aliphatic, cycloaliphatic and aromatic sulfonic and carboxylic acids or their derivatives or inorganic acids is carried out.
Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das verbrauchte Katalysatorsystem gegebenenfalls regeneriert und in den Prozeß zurückgeführt werden kann, indem ein Olefin und ein Paraffin unter Alkylierungsbedingungen mit dem erfindungsgemäßen Alkylierungskatalysator mit einem Gehalt an Fluorschwefelsäure umgesetzt werden, wobei sich eine Kohlenwasserstoffphase mit einem Gehalt an dem Alkylierungsprodukt und einem Gehalt an mindestens einem Teil des Katalysators bildet, und indem dann mindestens ein Teil der Kohlenwasserstoffphase mit einem Säuregemisch mit .Schwefelsäure ausgewaschen wird, wobei sich eine Säurephase mit einem Gehalt an Fluorschwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure und Schwefelsäure und eine A particular advantage of the process according to the invention is that the spent catalyst system may optionally can be regenerated and returned to the process by using an olefin and a paraffin under alkylation conditions the alkylation catalyst according to the invention are reacted with a content of fluorosulfuric acid, with a hydrocarbon phase containing the alkylation product and containing at least a portion of the catalyst forms, and then at least a part of the hydrocarbon phase is washed out with an acid mixture with .Sulfuric acid is, wherein an acid phase with a content of fluorosulphuric acid, hydrofluoric acid and sulfuric acid and a
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Kohlenwasserstoffphase mit einem Gehalt an dem erwünschten Alkylierungsprodukt bildet, die Säurephase dann mit Wasser versetzt wird, so daß sich mindestens ein Teil der Fluorschwefelsäure in Fluorwasserstoff und Schwefelsäure spaltet, wobei mindestens ein Teil des Fluorwasserstoffs aus der so behandelten Säurephase durch Einwirkung eines Paraffins unter Bildung einer Kohlenwasserstoffphase mit einem Gehalt an Fluorwasserstoff entfernt wird und abschließend die so gebildete Kohlenwasserstoffphase unter Regenerierung der Fluorschwefelsäure mit Schwefeltrioxid behandelt wird, so daß mindestens ein Teil der regenerierten Fluorschwefelsäure wieder als Alkylierungskatalysator eingesetzt werden kann.Hydrocarbon phase with a content of the desired Forms alkylation product, the acid phase is then mixed with water, so that at least part of the fluorosulfuric acid splits into hydrogen fluoride and sulfuric acid, with at least part of the hydrogen fluoride from the so treated Acid phase due to the action of a paraffin with the formation of a hydrocarbon phase with a content of hydrogen fluoride is removed and finally the hydrocarbon phase thus formed with regeneration of the fluorosulfuric acid is treated with sulfur trioxide so that at least part of the regenerated fluorosulfuric acid is used again as an alkylation catalyst can be used.
Die Alkohole und Thiole enthalten vorzugsweise 1 bis 10 C-Atome und 1 bis 10 Hydroxy- oder Mercaptogruppen je Molekül. Besonders günstig verwendbar sind die niedermolekularen gesättigten Alkohole und Thiole mit 1 bis 7 C-Atomen und 1 bis k Hydroxy- oder Mercaptogruppen je Molekül. Verwendbare Äther und Thioäther sind vorzugsweise gesättigte Verbindungen mit meist 2 bis 10 und vorzugsweise 2 bis 5 C-Atomen je Molekül, von denen insbesondere Monoäther und Monothioäther und gegebenenfalls Verbindungen mit bis drei oder mehr Alkoxy- oder Thioalkoxygruppen verwendet werden. Die einsetzbaren SuIfon- und Carbonsäuren enthalten 1 bis 10 und vorzugsweise 1 bis 7 C-Atome je Molekül und können gegebenenfalls durch eine oder mehrere Carboxy- oderThe alcohols and thiols preferably contain 1 to 10 carbon atoms and 1 to 10 hydroxyl or mercapto groups per molecule. The low molecular weight saturated alcohols and thiols having 1 to 7 carbon atoms and 1 to k hydroxyl or mercapto groups per molecule can be used with particular advantage. Ethers and thioethers which can be used are preferably saturated compounds with mostly 2 to 10 and preferably 2 to 5 carbon atoms per molecule, of which in particular monoethers and monothioethers and optionally compounds with up to three or more alkoxy or thioalkoxy groups are used. The sulfonic and carboxylic acids that can be used contain 1 to 10 and preferably 1 to 7 carbon atoms per molecule and can optionally be replaced by one or more carboxy or
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SuIf©gruppen substituiert sein. Verwendbare Säurederivate sind Ester und Anhydride mit 2 bis 20 und Vorzugsweise 2 bis IQ C-Atomen je Molekül.SuIf © groups be substituted. Usable acid derivatives are Esters and anhydrides with 2 to 20 and preferably 2 to 1Q carbon atoms per molecule.
Der aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Molekülteil dieser Promotoren kann gegebenenfalls durch verschiedene Substituenten wie Halpgeriatome oder Hydroxy-, Mercapto-, C.-bis C^-Alkoxy-, .CL-bis Cc-Alkylthio-, G^- bis Cc-Perhaloalkyl-Cpbis Cg-Carbalkoxy-, Carboxy-, C^,- bis G10-Hy drocarbyl-', vorzugsweise C.τ bis Gc~Alkyl- oder G,- bis C.Q^Cyeloalkylgruppen oder durch mehrere dieser Gruppen substituiert sein.The aliphatic, cycloaliphatic or aromatic moiety of these promoters can optionally be replaced by various substituents such as halpgeriatoms or hydroxy, mercapto, C. to C ^ alkoxy, .CL to Cc alkylthio, G ^ to Cc perhaloalkyl Cp to Cg-carbalkoxy, carboxy, C ^, - to G 10 -Hy drocarbyl- ', preferably C.τ to Gc ~ alkyl or G, - to CQ ^ cyeloalkyl groups or be substituted by more of these groups.
Die verwendbaren anorganischen Säur,en sind im allgemeinen weni ger sauer als die stark sauren'Komponenten der Katalysatormischung und weisen vorzugsweise H^-Werte (d.h. -log h nach der Hammett-Aciditätsfunkti.o.n) (siehe E. Gould, Mechanism and Structure in Organic Chemistry, Hew Yprk, Holt j ftinehart and Winston, 1959* J06) .von weniger als -11 auf.. Bevorzugt werden anorganische Säuren mit 1 bis if Hydroxygruppen je Molekül eingesetzt. The inorganic acids which can be used are generally few Less acidic than the strongly acidic components of the catalyst mixture and preferably have H ^ values (i.e. -log h the Hammett acidity function o.n) (see E. Gould, Mechanism and Structure in Organic Chemistry, Hew Yprk, Holt j ftinehart and Winston, 1959 * J06) .from less than -11 to .. are preferred inorganic acids with 1 to 1 hydroxyl groups per molecule are used.
Diese Katalysatprpromofcoran kpnnen mit einer groJ2>en Anzahl starkej' Säuren .eingesetzt werden. Als stark ,saure Komponenten können in ßler Mischung miß starker S.äure un-d lately sat prprpmotor bsispi.elßW-eis^ Haloge^schWBfelsauren wie U1IuOrschwefelsäure, ChlorschwefelgäiLvrie jijid irpmschwßfelsäurfi, frihalpge«"These catalyst promoters can be used with a large number of strong acids. Strong, acidic components can be mixed with strong acid and lately sat prprpmotor bsispi.elßW-Eis ^ haloge ^ sulfuric acids such as U 1 , sulfuric acid, chlorosulfuric acid, chlorosulfuric acid, jijid irpmschwßfelsäurfi, frihalpge «"
methansulfonsäuren wie Trifluor-methansulfonsäure, Trichlormethansulfonsäure und Tribrom-methansulfonsäure oder deren Mischungen und ähnliche Verbindungen verwendet werden. Bevorzugt werden als starke Säuren Fluorschwefelsäure, Trifluor-methansulfonsäure oder deren Mischungen verwendet. Gegebenenfalls können auch die Phosphoranaloga der Trihalogenmethansulfonsäuren wie beispielsweise Trihalogen-methanphosphonsäuren als wirksame starke Säure Einsatz finden.methanesulfonic acids such as trifluoromethanesulfonic acid, trichloromethanesulfonic acid and tribromomethanesulfonic acid or mixtures thereof and similar compounds can be used. Preferred The strong acids used are fluorosulfuric acid, trifluoromethanesulfonic acid or their mixtures. Possibly can also use the phosphorus analogues of trihalomethanesulfonic acids such as, for example, trihalomethanephosphonic acids are used as an effective strong acid.
Geeignete Promotoren sind beispielsweise Wasser, Methanol, Äthanol, n-Propanol, Isobutanol, 3-Chlor-2-methyl-l-butanol, 6-Mercapto-^l-methoxy-2-hexanol, 2,2-Dimethyl-1J-methylthio-3-perfluormethyl-1-hexanol, 4,^-Dimethyl-3~phenolthio-l-heptanol, S-Carbäthoxy-'JjJl-dimethyl-l-pentanol, 2-Decanol, Cyclopropanol, Cyclopentanol, 2-Chlorcyclohexanol, 2-Methyl-3-methylthiocyclohexanol, Cyclodecanol, 1,2-Dihydroxyäthan, 1,2,3-Trihydroxypropan, 2,4,5-Trihydroxypentan, 1,3,5-Trihydroxycyclohexan, 1,2-Dihydroxycyclooctan, Pentaerythritol, n-Butanthiol, Cyclohexanthiol, Methanthiol, Äthanthiol, Methylsulfonsäure, 2-Chloräthylsulfonsäure, Propylsulfonsäure, Äthy1-propansulfonat, Methyl-2-phenoxy-äthansulfonat, Benzolsulfonsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Heptansäure, Decansäure, Benzolsäure, Äthylacetat, Methylbutanoat, Propyldecänoat, Ithylbenzoat, 2-Chlorbutansäure, 2-Hydroxy-5-methylhexansäure, Phenylacetat, Trifluoressigsäure, 3,3,3-Trlfluorpropionsäure, Acetanhydrid, Propionsäureanhydrid, Athansaureanhydrid, Butan-Suitable promoters are, for example, water, methanol, ethanol, n-propanol, isobutanol, 3-chloro-2-methyl-1-butanol, 6-mercapto- ^ l-methoxy-2-hexanol, 2,2-dimethyl- 1 J- methylthio-3-perfluoromethyl-1-hexanol, 4, ^ - dimethyl-3-phenolthio-1-heptanol, S-carbethoxy-'JjJl-dimethyl-1-pentanol, 2-decanol, cyclopropanol, cyclopentanol, 2-chlorocyclohexanol, 2 -Methyl-3-methylthiocyclohexanol, cyclodecanol, 1,2-dihydroxyethane, 1,2,3-trihydroxypropane, 2,4,5-trihydroxypentane, 1,3,5-trihydroxycyclohexane, 1,2-dihydroxycyclooctane, pentaerythritol, n-butanethiol , Cyclohexanethiol, methanethiol, ethanethiol, methylsulphonic acid, 2-chloroethylsulphonic acid, propylsulphonic acid, ethy1-propanesulphonate, methyl-2-phenoxy-ethanesulphonate, benzenesulphonic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, benzoic acid, propionic acid, benzoic acid, benzoic acid, methylbenzoate, benzoic acid, benzoic acid , 2-chlorobutanoic acid, 2-hydroxy-5-methylhexanoic acid, phenyl acetate, trifluoroacetic acid, 3,3,3-trifluoropropionic acid, acetic anhydr id, propionic anhydride, ethanoic anhydride, butane
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säureanhydrid, Oxalsäure, Malonsäure, Phthalsäure, Diäthyl- malonat, 1,2,3-Tricarboxypropan, Dimethyläther, Diäthylather, Dipropylather, Diphenylather, Diäthyl-thioäther, Dioctyläther, Äthyl-methyl-äther, Chlormethyl-äthyläther, Dicyclobutylthioäther, Dinonyl-thioäther, Decyl-nonyl-äther, 1-Methoxycyclopentyl-äthyl-äther, Äthylenoxid, Äthylensulfid, Tetrahydrothiofuran, Phosphorsäure, phosphorige Säure, Schwefelsäure, schweflige Säure, Monofluorphosphorsäure, Difluor-phosphorsäure, Orthophosphorsäure, Pyrophosphorsäure und Polyphosphorsäure.acid anhydride, oxalic acid, malonic acid, phthalic acid, diethyl malonate, 1,2,3-tricarboxypropane, dimethyl ether, diethyl ether, Dipropyl ether, diphenyl ether, diethyl thioether, dioctyl ether, Ethyl methyl ether, chloromethyl ethyl ether, dicyclobutyl thioether, Dinonyl thioether, decyl nonyl ether, 1-methoxycyclopentyl ethyl ether, Ethylene oxide, ethylene sulfide, tetrahydrothiofuran, phosphoric acid, phosphorous acid, sulfuric acid, sulphurous acid, monofluorophosphoric acid, difluorophosphoric acid, Orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid.
Bevorzugt verwendete Katalysatorpromotoren enthalten entweder eine Hydroxygruppe wie beispielsweise Alkohole oder einen Hydroxygruppenpräcursor wie beispielsweise Äther, die unter den stark sauren Bedingungen des Verfahrens unter Bildung von Alkoholen gespalten werden, eine Thiolgruppe wie beispielsweise Äthylthiol oder einen Thiolgruppenpräcufsor wie beispielsweise Diäthylthioäther. Besonders günstig sind Alkohole und Wasser als Promotoren verwendbar. Zwar werden die Promotoren und die starke Säure vorzugsweise vor der Zugabe in den Reaktor vermischt, gegebenenfalls kann sich das Katalysatorsystem aber auch in situ bilden.Catalyst promoters used with preference contain either a hydroxyl group, such as, for example, alcohols, or a hydroxyl group precursor such as ether, which under the strongly acidic conditions of the process with the formation of alcohols are cleaved, a thiol group such as ethylthiol or a thiol group precursor such as diethyl thioether. Alcohols and water can be used particularly favorably as promoters. True, the promoters and the strong Acid preferably mixed prior to addition to the reactor, if appropriate however, the catalyst system can also form in situ.
Im allgemeinen sind aromatische Verbindungen keine besonders günstig einsetzbaren Katalysatorpromotoren, da unter den Alkylierungsreaktionsbedingungen kompetitive Sulfonierungen der aroma-In general, aromatic compounds are not particularly useful catalyst promoters because under the alkylation reaction conditions competitive sulfonation of the aroma
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tischen Kerne eintreten können. Wenn allerdings die aromatischen Kerne durch geeignete elektrophile Substitution ausreichend deaktiviert sind, sind auch derartige Verbindungen wirksame Promotoren. Stark elektronenziehende Gruppen wie beispielsweise -COOH, -SO-H, -COOR und ähnliche deaktivieren aromatische Kerne ausreichend stark und erlauben ihre Verwendbarkeit im erfindungsgemäßen Verfahren. Im allgemeinen sind aromatische Ringsubstituenten mit G~~ . und C^_„„„ Hammettwerten in der Größen-Ordnung von oder über 0,01 einsetzbar. Detaillierte Angaben über die Bedeutung der Hammett-Gleichung und die elektrophile aromatische Substitution sind in E.S. Gould, Mechanism and Structure in Organic Chemistry, Holt, Rinehart & Winston, Inc., Seiten 220 bis 227 und 412 bis 463 gegeben. Außerdem ist zu beachten, daß starkbasische Verbindungen wie Amine, wie beispielsweise Triäthylamin unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht in den angegebenen Konzentrationen eingesetzt werden können, da sie mit den starken Säuren reagieren. table cores can occur. However, if the aromatic nuclei are sufficiently deactivated by suitable electrophilic substitution, such compounds are also effective promoters. Strongly electron-withdrawing groups such as -COOH, -SO-H, -COOR and the like deactivate aromatic nuclei sufficiently strong and allow them to be used in the process according to the invention. In general there are aromatic ring substituents with G ~~. and C ^ _ „„ „ Hammett values in the order of magnitude of or above 0.01 can be used. Detailed information on the meaning of the Hammett equation and the electrophilic aromatic substitution are given in ES Gould, Mechanism and Structure in Organic Chemistry, Holt, Rinehart & Winston, Inc., pages 220-227 and 412-463. It should also be noted that strongly basic compounds such as amines, such as, for example, triethylamine, cannot be used in the specified concentrations under the conditions of the process according to the invention, since they react with the strong acids.
Anorganische Säuren wie HCl, HBr und III sind zwar schon als Promotoren verwendet worden, ihre Wirksamkeit wird aber durch die Neigung zur Bildung stabiler Halogenide mit den olefinischen Umsetzungspartnern beeinträchtigt. Nur mit HF ist die HaIogenidbildung kein schwerwiegendes Problem. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß oxydierende Säuren, wie HNO.. und HClO1, aufgrundInorganic acids such as HCl, HBr and III have already been used as promoters, but their effectiveness is impaired by the tendency to form stable halides with the olefinic reaction partners. Halide formation is not a serious problem with HF alone. It should also be noted that oxidizing acids, such as HNO .. and HClO 1 , due to
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der oxydativen Nebenreaktionen mit den Olefinen nicht als Promotoren eingesetzt werden können.the oxidative side reactions with the olefins not as Promoters can be used.
Die Konzentration des Promotors in dem erfindungsgemäßen Zweikomponentenkatalysatorsystem bildet eine wichtige Variable bei der Herstellung hochwertiger Alkylierungsprodukte, Der Promotor wird mit der starken Säure in Mengen von etwa 5 bis ^5 Mol#, bezogen auf die Säure, meist von etwa 10 bis 30 Molj£ und vorzugsweise in Mengen von- 15 bis 25 Mol# wie beispielsweise 20 Moll vermischt. In bestimmten Fällen kann es aber in Hinblick auf gesteigerte Katalysatoraktivität oder Selektivität angebracht sein, etwas höhere oder niedrigere Konzentrationen des Promotors einzusetzen..The concentration of the promoter in the two-component catalyst system according to the invention forms an important variable in the production of high quality alkylation products, the promoter is used with the strong acid in amounts of about 5 to ^ 5 mol #, based on the acid, usually from about 10 to 30 Molj £ and preferably in amounts from 15 to 25 mol # such as, for example 20 minor mixed. In certain cases it can be in view be appropriate for increased catalyst activity or selectivity, slightly higher or lower concentrations of the promoter ..
In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen5 in der das Verhältnis zwischen Konzentration des KatalysatorprOTriotors und der Mot or oktanzahl (MOZ) von Cg+-ÄlkylierungsprodTikten grafisch dargestellt ist. Das Diagramm bezieht sich auf die Alkylierung von Isobutan mit Buten-! und gibt die Auswirkung der Wässerkonzentration im Katalysator auf die MOZ der Cg- und höheren Alkylierungsprodukte wieder. Aus der Darstellung ist zu entnehmen, daß optimale Resultate bei einem £eikalt von etwa 15 bis 2Q ffiolSS Wasser» bezogen auf die Säure-s verhalten werden. ' .In this context 2 of the accompanying drawings is to FIG. 5 taken in the relationship between concentration of KatalysatorprOTriotors and Mot or octane number (MON) is shown graphically by Cg + -ÄlkylierungsprodTikten. The diagram refers to the alkylation of isobutane with butene-! and shows the effect of the water concentration in the catalyst on the MOZ of the Cg and higher alkylation products. From the illustration that optimum results eikalt at a £ can be seen, from about 15 to 2Q ffiolSS water "referred to the acid - s will behave. '.
Bei Verwendung von hydroxygruppenhaltigen Promotoren oder Promotoren mit Hydroxygruppenpräcursoren, d.h. latenten Hydroxygruppen, kann die Konzentration des Promotors in dem gesamten Katalysatorsystem unter den oben angegebenen Konzentrationsbereich von etwa 5 bis ^5 Mol? fallen. Die Promotorwirksamkeit der Hydroxyverbindungen scheint direkt mit der insgesamt vorliegenden Anzahl von Hydroxygruppen oder latenten Hydroxygruppen im Molekül verknüpft zu sein, da beispielsweise Äthanol mit einer Hydroxygruppe in der Promotoraktivit.ät etwa 0,5 Mol Äthylenglykol mit 2 Hydroxygruppen entspricht. Daraus ergibt sich, daß, wenn die Anzahl der Hydroxygruppen oder latenten Hydroxygruppen im Promotormolekül ansteigt, die insgesamt benötigte Konzentration der Verbindung in der Katalysatormischung absinkt.When using promoters or promoters containing hydroxyl groups with hydroxyl group precursors, i.e. latent hydroxyl groups, the concentration of the promoter in the entire Catalyst system below the concentration range given above from about 5 to ^ 5 mol? fall. The promoter effectiveness the hydroxy compounds appear directly to the total number of hydroxy groups or latent hydroxy groups present to be linked in the molecule, since, for example, ethanol with a hydroxyl group in the promoter activity is about 0.5 mol Corresponds to ethylene glycol with 2 hydroxyl groups. It follows that if the number of hydroxyl groups or latent Hydroxy groups in the promoter molecule increases, the total required The concentration of the compound in the catalyst mixture decreases.
Die angegebenen Konzentrationsbereiche sind zwar im allgemeinen von der Art des jeweils verwendeten Promotors unabhängig, die bevorzugt anzuwendenden und optimalen Bereiche hängen jedoch bis zu einem gewissen Grade von der Struktur des Promotors, der Reaktionstemperatur, der Konzentration des Olefins im Einsatzmaterial und dor Durchströmgeschwindigkeit des Olefins ab.The concentration ranges given are in general regardless of the type of promoter used, the preferred and optimal ranges depend, however to some extent on the structure of the promoter, the reaction temperature, the concentration of the olefin in the feed and the flow rate of the olefin.
Wie bereits ausgeführt, hat sich Trifluor-methansulfonsäure als besonders wirksamer Alkylierungskatalysator bei Zusatz eines Promotore erwiesen. Die Eigenschaften der Verbindung sindAs already stated, has trifluoromethanesulfonic acid as a particularly effective alkylation catalyst when added of a promoter. The properties of the connection are
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in "Chemical and Engineering News", 18. Januar 1971 und in J. Org. Chem. 39 (D, 15· Januar 1971, beschrieben; demnach ist die Säure eine stabile, farblose Flüssigkeit mit starken stechendem Geruch, die in feuchter Luft stark raucht. Gegebenenfalls können auch die einfachen Alkylester der Säure als Alkylierungsmittel verwendet werden. Die Säure zeigt keine oxydierenden Eigenschaften und hat sich als eine der stärksten bekannten Protonensäuren erwiesen. Die Alkylierungsgeschwindigkeiten sind sehr hoch, aber andererseits laufen auch die Polymerisationsreaktionen sehr schnell ab, so daß sich die Wirksamkeit der Säure als Alkylierungslcatalysator dadurch vermindert. Außerdem ist die Selektivität für Cn-Alkylate nur niedrig. Diese Nachteile können durch Vermischen der Säure mit einem der erfindungsgemäßen Katalysatorpromotoren überwunden werden, da durch eine wesentliche Erniedrigung der Polymerisationsnebenreaktionen ein entsprechender Anstieg in der Selektivität für C^- Kohlenwasserstoffe im Vergleich zur reinen Säure eintritt.in "Chemical and Engineering News", January 18, 1971 and in J. Org. Chem. 39 (D, January 15, 1971; accordingly the acid is a stable, colorless liquid with a strong pungent odor that smokes heavily in moist air. Possibly can also use the simple alkyl esters of the acid as alkylating agents be used. The acid shows no oxidizing properties and has proven to be one of the strongest known Protonic acids proved. The alkylation rates are very high, but on the other hand the polymerization reactions also run very quickly, so that the effectiveness of the acid as an alkylation catalyst is reduced. aside from that the selectivity for Cn-alkylates is only low. These Disadvantages can be caused by mixing the acid with one of the inventive Catalyst promoters are overcome because of a substantial decrease in the polymerization side reactions a corresponding increase in the selectivity for C ^ - Hydrocarbons compared to pure acid enters.
Außer in den klassischen Alkylierungsreaktionen können die erfindungsgemäßen Katalysatorsysteme auch in Selbstalkylierungsverfahren verwendet werden. Selbstalkylierungen sind beispielsweise im allgemeinen in der US-PS 3 150 2OA beschrieben. Vorzugsweise werden dabei verzweigte Cg- bis C.. ,--Olefine und C1.-bis Cg-Isoparaffine in flüssiger Phase eingesetzt, da sich die Isoparaffine dimerisieren und die Olefine unter Bildung von hochwertigen Alkylierungsprodukvten absättigen. UnerwünschteIn addition to the classic alkylation reactions, the catalyst systems according to the invention can also be used in self-alkylation processes. For example, self-alkylations are generally described in US Pat. No. 3,150,20A. It is preferred to use branched Cg to C ... olefins and C 1 to Cg isoparaffins in the liquid phase, since the isoparaffins dimerize and the olefins are saturated with the formation of high-quality alkylation products. Unwanted
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Nebenreaktionen können durch Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatorsysteme unterdrückt werden, so daß sich auch in diesen Verfahren hohe Ausbeuten an den erwünschten Produkten erzielen lassen.Side reactions can be suppressed by using the catalyst systems according to the invention, so that in these processes can achieve high yields of the desired products.
Im allgemeinen beträgt die Menge des mit dem Katalysator in Berührung gebrachten Olefins etwa 0,05 bis 1.000 Volumina Olefin/Stunde/Volumeji der Gesamtkatalysatormenge im Reaktor (V/V/h), dies wird als Olefindurchsatzmenge bezeichnet. Meist beträgt die Olefindurchsatzmenge etwa 0,05 bis 10,0 V/V/h und vorzugsweise etwa 0,05 bis 1,0 wie beispielsweise 0,1 V/V/h. Die vol.j6ige Konzentration des Gesamtkatalysators in der Reaktionsmischung oder -emulsion beim Arbeiten in flüssiger Phase im Reaktor kann zwischen etwa *J0 bis 80 Vol.#, bezogen auf die Gesamtreaktionsmischung und vorzugsweise von etwa 50 bis 70 Vol.? liegen. Die Konzentration an Isoparaffinen einschließlich der Alkylate in der Kohlenwasserstoffphase beim Arbeiten in flüssiger Phase kann etwa ^iO bis 100 Vol. 56, bezogen auf das Gesamtvolumen der Kohlenwasserstoffphase, und vorzugsweise etwa 50 bis 90 Vol.% aufmachen. Diese Konzentrationen an Isoparaffinen können durch Rückleiten nicht umgesetzter Isoparaffine in den Reaktor aufrecht erhalten v/erden.In general, the amount of olefin contacted with the catalyst is about 0.05 to 1,000 volumes of olefin / hour / volume j of the total amount of catalyst in the reactor (v / v / h), this is referred to as the olefin flow rate. Usually the olefin throughput is about 0.05 to 10.0 V / V / h and preferably about 0.05 to 1.0 such as 0.1 V / V / h. The vol.j6ige concentration of the total catalyst in the reaction mixture or emulsion when working in the liquid phase in the reactor can be between about * J0 to 80 vol. #, Based on the total reaction mixture and preferably from about 50 to 70 vol. lie. The concentration of isoparaffins including the alkylates in the hydrocarbon phase when working in the liquid phase can make up about 10 to 100 vol. 56, based on the total volume of the hydrocarbon phase, and preferably about 50 to 90 vol. % . These concentrations of isoparaffins can be maintained by returning unconverted isoparaffins to the reactor.
Geeignete olefinische Umsetzungspartner sind beispielsweise Cp- bis C1„-Monoolefine mit end- oder mittelständiger Doppel-Suitable olefinic reaction partners are, for example, Cp- to C 1 "monoolefins with terminal or central double
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bindung wie Äthylen, Propylen, Isobutylen, Buten-1, Buten~2, Trimethyläthylen, isomere Pentene und ähnliche höhere monoolefinische Kohlenwasserstoffe mit gerader oder verzweigter Kette. Vorzugsweise werden die Cp- bis Cg-Monoolefine eingesetzt, obgleich gegebenenfalls auch die höher verzweigten C7- bis C-i?- Monoolefine verarbeitet werden können. Gegebenenfalls können die Reaktionsmischungen auch geringe Mengen Diolefine enthalten.bond such as ethylene, propylene, isobutylene, butene-1, butene ~ 2, trimethylethylene, isomeric pentenes and similar higher monoolefinic hydrocarbons with straight or branched chains. The Cp to Cg monoolefins are preferably used, although the more highly branched C 7 - to Ci? - monoolefins can optionally also be processed. The reaction mixtures can optionally also contain small amounts of diolefins.
Aus wirtschaftlichen Gründen werden meist die normalerweise gasförmigen Olefine als Umsetzungspartner verwendet, außerdem können aber auch die normalerweise flüssigen Olefine zugesetzt werden. Dazu gehören beispielsweise auch reaktive Polymere, Copolymere, Interpolymere und ähnliche Umsetzungsprodukte der oben erwähnten Olefine wie beispielsweise biisobutylen- und Triisobutylenpolymere, Codiraere aus normalen Butylenen und Isobutylenen, aus Butadien und Isobutylen und ähnliche Verbindungen. Außerdem können zwei oder mehr dieser Olefine in Mischung als.Einsatzmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.For economic reasons, these are usually the norm gaseous olefins are used as reaction partners, but the normally liquid olefins can also be added will. This also includes, for example, reactive polymers, copolymers, interpolymers and similar reaction products of above-mentioned olefins such as biisobutylene and Triisobutylene polymers, Codiraere made from normal butylenes and Isobutylenes, from butadiene and isobutylene and similar compounds. In addition, two or more of these olefins can be mixed als.Einsatzmaterial used for the method according to the invention will.
Die erfinäUngsgemäßen Katalysaiormi'sehungen sind besonders zur Verwendung in Raffineriealkylierungsprozessen geeignet. Als Einsatzmaterial können insbesondere verschiedene Raffinatschnitte Verwendung finden-, wie beispielsweise C?-, C,-, Cjl- und/oder C' "Qlofinüchni'tte aus thermischen und/oder katalytischenThe catalyst preparations according to the invention are particularly suitable for use in refinery alkylation processes. In particular, various raffinate cuts can be used as feed material, such as C ? -, C, -, Cjl- and / or C '"Qlofinüchni'tte from thermal and / or catalytic
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Crackeinheiten, vorher einer teilweisen Isomerisierung oder Dehydrogenierung unterworfene Feldbutane (field butanes), Sumpfprodukte aus Raffineriestabilisierkolonnen, verbrauchte Gase, normalerweise flüssige Produkte aus durch Schwefelsäure oder Phosphorsäure katalysierte Polymerisations- und Copolymerisationsverfahren und normalerweise flüssige Produkte aus thermischen und/oder katalytischen Crackeinheiten. Derartige Mischungen sind ausgezeichnete Einsätze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Einsätze werden vorzugsweise vor dem Einspeisen in den Reaktor zur Vermeidung einer zu starken Wasseraufnähme auf einen Wassergehalt von etwa 5 bis 15 ppm, bezogen auf das Gewicht, getrocknet.Cracking units, field butanes previously subjected to partial isomerization or dehydrogenation, Bottoms from refinery stabilization columns, consumed Gases, usually liquid products, from polymerization and copolymerization processes catalyzed by sulfuric acid or phosphoric acid and normally liquid products from thermal and / or catalytic cracking units. Such Mixtures are excellent uses for carrying out the process of the invention. The stakes are preferred before feeding into the reactor to avoid excessive water absorption to a water content of about 5 to 15 ppm, based on weight, dried.
Die mit den Olefinen umzusetzenden Kohlenwasserstoffeinsätzmaterialien enthalten vorzugsweise gerade- und/oder verzweigt-' kettige C„- bis C1Q-Paraffine wie Hexan, Butan und ähnliche Verbindungen und Cj.- bis C^-Isoparaffine wie Isobutan, Isopentan, Isohexan und. ähnliche Verbindungen. Vorzugsweise werden zwar offenkettige Kohlenwasserstoffe verarbeitet, gegebenenfalls können aber auch Cycloparaffine zum Einsatz kommen.The hydrocarbon feedstocks to be reacted with the olefins preferably contain straight and / or branched chain C "- to C 1Q -paraffins such as hexane, butane and similar compounds and Cj. - to C ^ -isoparaffins such as isobutane, isopentane, isohexane and. similar connections. Although open-chain hydrocarbons are preferably processed, cycloparaffins can also be used if necessary.
Das Olefin wird vor dem Einspeisen in den Reaktor vorzugsweise erst mit dem Paraffin verdünnt, so daß die Olefinkonzentration im Paraffineinsatzmaterial bei etwa 0,5 bis ?5 Vol.?» bezogen auf den gesamten Einsatz, und vorzugsweise unter 10 Vol.5? liegt.The olefin is preferably first diluted with the paraffin before it is fed into the reactor, so that the olefin concentration in the paraffin feed material at about 0.5 to? 5 vol.? » based on the entire use, and preferably below 10 Vol.5? lies.
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Bezogen auf Volumenverhältnisse ergibt sich, daß hohe Volumenverhältnisse von Paraffin : Olefin von etwa 10:1 bis 200:1 oder höher bevorzugt werden, in besonderen Fällen können auch niedrigere Verhältnisse wie beispielsweise ~5:1 Verwendung finden. Entsprechend hohe Volumenverhältnisse von Paraffin:Olefin sollten vorzugsweise auch in der Reaktionszone vorliegen, wie beispielsweise Paraffin : Olefin-Verhältnisse von etwa 20:1 bis 2000:1 oder höher.In relation to volume ratios, it follows that high volume ratios of paraffin: olefin of about 10: 1 to 200: 1 or higher are preferred; in special cases, lower ratios such as ~ 5: 1 can also be used. Correspondingly high paraffin: olefin volume ratios should preferably also be present in the reaction zone, such as, for example, paraffin: olefin ratios of about 20: 1 to 2000: 1 or higher.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann chargenweise und aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden. Es ist allgemein bekannt, daß bei Alkylierungsverfahren umso bessere Ausbeuten an gesättigten Produkten erhalten werden, je besser und inniger der Kontakt zwischen dem Einsatzmaterial und dem Katalysator ist. Wenn also das erfindungsgemäße Verfahren chargenweise durchgeführt wird, sollten zur Verbesserung des Kontaktes die Umsetzungspartner und der Katalysator mechanisch kräftig gerührt oder geschüttelt werden;The process according to the invention can be carried out batchwise and from economic Reasons are preferably carried out continuously. It is well known that in alkylation processes the better the yields of saturated products, the better and more intimate the contact between the feedstock and the catalyst is. So if the process according to the invention is carried out in batches, should be for improvement of contact, the reaction partners and the catalyst are mechanically stirred or shaken vigorously;
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bei kontinuierlichem Betrieb die Reaktionspartner durch geeignete Druck- und 'Temperaturverhältnisse in der flüssigen Phase gehalten, so daß sie dann kontinuierlich durch Dispersionsvorrichtungen in die Reäktionszone eingespeist werden können. Als Dispersionsvorrichtungeii können Düsen, poröse Platten oder ähnlichesIn a preferred embodiment of the invention are at continuous operation, the reactants are kept in the liquid phase by means of suitable pressure and temperature conditions, so that they can then be fed continuously into the reaction zone through dispersing devices. As a dispersing device can be nozzles, porous plates or the like
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eingesetzt werden. Die Reaktionspartner werden dann durch an sich bekannte Mischvorrichtungen wie beispielsweise mechanische Rührwerke mit dem Katalysatorsystem vermischt, so daß nach einer ausreichend langen Zeit das Umsetzungsprodukt kontinuierlich von dem Katalysator abgetrennt und aus der Reaktionszone abgezogen werden kann, während der teilweise verbrauchte Katalysator in den Reaktor zurückgeleitet wird. Gegebenenfalls kann ein Teil der Katalysatormischung kontinuierlich in geeigneter Weise regeneriert oder reaktiviert und in den Alkylierungsreaktor zurückgeleitet werden.can be used. The reactants are then mixed by known mixing devices such as mechanical Agitators mixed with the catalyst system, so that after a sufficiently long time the reaction product is continuous separated from the catalyst and withdrawn from the reaction zone while the partially consumed catalyst is returned to the reactor. If necessary, a Part of the catalyst mixture is continuously regenerated or reactivated in a suitable manner and fed into the alkylation reactor be returned.
Wie auch bei anderen Alkylierungsverfahren läßt sich eine bessere Kontrolle über die Qualität des Endproduktes dann erzielen, wenn der Reaktor mit einem Rückleitungssystem ausgerüstet ist, in dem die teilweise umgewandelten Kohlenwasserstoffe mit frischem Einsatzmaterial vermischt und erneut zu den Einspeisungsvorrichtungen des Reaktors rückgeführt werden. Da aber das erfindungsgemäße Verfahren zu einer sehr hohen Umwandlungsrate führt, kann die Alkylierung vorzugsweise auch in einem Einschrittverfahren mit kurzen Reaktionszeiten durchgeführt werden.As with other alkylation processes, better control over the quality of the end product can be achieved if the reactor is equipped with a return system in which the partially converted hydrocarbons with fresh The feedstock can be mixed and recycled to the feeders of the reactor. But since the invention Process leads to a very high conversion rate, the alkylation can preferably also be carried out in a one-step process can be carried out with short response times.
Allgemein kann das erfindungsgemäße Verfahren nach den Reaktions- und/oder Wiedergewinnungsschemata und mit den an sich bei Verwendung von flüssigen sauren Katalysatorsystemen bekannten Vorrichtungen durchgeführt werden. Anwendbare VerfahrenstechnikenIn general, the process according to the invention can be used according to the reaction and / or recovery schemes and with the per se of liquid acidic catalyst systems known devices are carried out. Applicable process technologies
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und Vorrichtungen sind beispielsweise in den US-PS 2.4.33 2 479 366, 2 701 184, 2 717 913 und ,2 775 636 und in den GB-PS 543 046, 577 869, 731 806, 738 348» 803 458, 804 966 und 881 892 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.and devices are disclosed, for example, in U.S. Patent 2.4.33 2,479,366, 2,701,184, 2,717,913 and, 2,775,636 and in GB-PS 543 046, 577 869, 731 806, 738 348 »803 458, 804 966 and 881 892, to which reference is hereby made.
Bei de? Durchführung von Alkylierungen mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorsystem kann in einem weiten Temperaturbereich von etwa -62 bis +3>8 C gearbeitet werden. Meist werden jedoch verhältnismäßig niedrige Reaktionstemperaturen von etwa -62 bis +21 und vorzugsweise von etwa -29 bis +4 C bevorzugt. Bei Verwendung von Schwefelsäure als Promotor liegt der bevorzugte Temperaturbereich zwischen -29 bis -1 C, insbesondere um etwa -18 bis -70C9 da sich hierdurch die in der US-PS 3 231 633 beschriebene Induktionsperiode im wesentlichen vermeiden läßt. Wenn die Reaktion bei Temperaturen über -120C durchgeführt wird, muß 'gleichzeitig unter Druck gearbeitet werden, um sowohl die Umsetzungspartner als auch den Katalysator im wesentlichen in flüssiger Phase zu halten.. Alley lierungsreakt ionen, werden meist bei Drucken von etwa 1 bis 20 .atm durchgeführt, im allgemeinen werden die anzuwendenden Sraefce ausreichend sein, um die Umsetzungspar tner in flüssiger Phase zu halten^ gegebenenfall-s kann die Umsetzung auch in der Dampfphase durchgeführt werden. Um in flüssiger Phase arbeiten zu können, können selbstkühlende Reaktoren oder ähnliche Vorrichtungen herangezogen werden. Das -gciifläße Verfahren kann vorzugsweise ohne LosungsmittelAt de? Carrying out alkylations with the catalyst system according to the invention can be carried out in a wide temperature range from about -62 to +3> 8 ° C. In most cases, however, relatively low reaction temperatures of about -62 to +21 and preferably of about -29 to +4 C are preferred. When using sulfuric acid as promoter the preferred temperature range between -29 to -1 is C, in particular about -18 9 since this can substantially avoid to -7 0 C, the induction period as described in U.S. Patent No. 3,231,633. If the reaction is carried out at temperatures above -12 0 C, must 'work simultaneously under pressure in order to keep both the reaction partners and the catalyst essentially in the liquid phase .. Alley lierungsreakt ions are usually at pressures of about 1 to 20 .atm carried out, in general, the applied sraefce will be sufficient to keep the implementation partners in the liquid phase, if necessary, the reaction can also be carried out in the vapor phase. In order to be able to work in the liquid phase, self-cooling reactors or similar devices can be used. The process can preferably be carried out without a solvent
oder gegebenenfalls mit Lösungs- oder Verdünnungsmitteln durchgeführt werden.or optionally carried out with solvents or diluents will.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Katalysatormischung auf einem geeigneten festen Träger aufgebracht werden, wobei dieser feste Träger unter den Reaktionsbedingungen sich gegenüber der Katalysatormischung im wesentlichen inert verhalten muß. Aktive Träger können durch eine Beschichtung mit inerten Materialien wie beispielsweise Antimon-trifluorid oder Aluminium-trifluorid inert gemacht werden. Geeignete Träger sind beispielsweise Kieselgel, wasserfreies AlP1., Aluminiumphosphat, Kohlenstoff, Koks, Schamottsteine und ähnliches. Bei Verwendung von auf einem Träger aufgebrachten Katalysatormischungen werden die Umsetzungspartner in Dampfform und/oder flüssiger Form mit den Katalysatorteilchen unter Alkylierungsbedingungen in Berührung gebracht. Die Katalysatoren können in der Reaktionszone als festes Bett, bewegtes Bett oder Wirbelbett untergebracht sein.In another preferred embodiment of the invention, the catalyst mixture can be applied to a suitable solid support, this solid support having to be essentially inert towards the catalyst mixture under the reaction conditions. Active carriers can be made inert by coating them with inert materials such as antimony trifluoride or aluminum trifluoride. Suitable carriers are, for example, silica gel, anhydrous AlP 1. , Aluminum phosphate, carbon, coke, firebricks and the like. When using catalyst mixtures applied to a carrier, the reaction partners are brought into contact in vapor form and / or liquid form with the catalyst particles under alkylation conditions. The catalysts can be accommodated in the reaction zone as a fixed bed, moving bed or fluidized bed.
Die erwähnten Olefine und gesättigten Kohlenwasserstoffe werden mit der Katalysatormischung für eine zur Erzielung des gewünschten Alkylierungsgrades ausreichend lange Zeit in Berührung gebracht. Die Kontaktzeit kann in weiten Grenzen variiert werden und ist teilweise von der Reaktionsteinperatur, dem verwendeten Olefin und der Konzentration der Kaialysatormischunf,The mentioned olefins and saturated hydrocarbons are with the catalyst mixture for one to achieve the desired Degree of alkylation brought into contact for a sufficiently long time. The contact time can be varied within wide limits and depends in part on the reaction stone temperature used Olefin and the concentration of the analyzer mixture,
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Beispielsweise können Kontaktzeiten von etwa 5 Minuten bis 1 Stunde oder darüber und gegebenenfalls auch wesentlich kürzere Kontaktzeiten wie beispielsweise etwa 0,1 Sekunden zu guten Resultaten führen. Anteile der Katalysatormischung 3 die in das alkylierte Produkt übergeschleppt werden, können'nach dem irn folgenden detailliert beschriebenen Verfahren wiedergewonnen und regeneriert werden.For example, contact times of about 5 minutes to 1 hour or more and possibly also significantly shorter contact times, such as about 0.1 seconds, can lead to good results. Portions of the catalyst mixture 3 which are carried over into the alkylated product can be recovered and regenerated according to the method described in detail below.
Dieses Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.This method is explained in more detail below with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt in einem Flußdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren. 1 shows the method according to the invention in a flow chart.
Fig. 2 zeigt in grafischer Darstellung das Verhältnis zwischen Konzentration des Katalysatorpromotors und der MOZ der C6 +-Alkylate.FIG. 2 shows a graph of the relationship between the concentration of the catalyst promoter and the MOZ of the C 6 + -alkylates.
Aus Fig. 1 ergibt sich, daß das durch eine Leitung 2 zugeführte Olefin vorzugsweise mit dem aus den Leitungen 4 und 6 zugeführten Paraffinen vermischt wird, bevor der kombinierte Strom in einen Reaktor 8 eingespeist wird. Gegebenenfalls können der Olefin- und Paraffinstrom auch direkt in den Reaktor.8 eingespeist werden., Die Olefinkonzentration im Einsatz beträgt etwa 0,5 bis 25 Vol.# und vorzugsweise unter 10 Vol.%, bezogen aufFrom Fig. 1 it can be seen that the olefin fed in through a line 2 is preferably mixed with that fed in from the lines 4 and 6 Paraffins is mixed before the combined stream is fed into a reactor 8. If necessary, the Olefin and paraffin stream also fed directly into the reactor. 8 are., The olefin concentration in the feed is about 0.5 to 25 vol. # and preferably below 10 vol.%, based on
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den gesamten Einsatz. Auf Volumenverhältnisse bezogen bedeutet dies, daß hohe Volumenverhältnisse von Paraffin : Olefin von etwa 10:1 bis 200:1 oder höher bevorzugt werden, obgleich in besonderen Fällen auch etwas geringere Verhältnisse wie beispielsweise 3:1 eingesetzt werden können. Entsprechend hohe Volumenverhältnisse von Paraffin : Olefin werden auch in der Reaktionszone bevorzugt, in der dieses Verhältnis etwa 20:1 bis 2000:1 oder höher betragen sollte. Die Katalysatormischung aus Fluorschwefelsäure und einem Promotor wie Wasser wird in den Reaktor durch eine Leitung 10 eingespeist; zusätzliches Wasser kann in den Reaktor durch eine Leitung 12 eingeführt werden.all the effort. In terms of volume ratios, this means that high volume ratios of paraffin: olefin of about 10: 1 to 200: 1 or higher are preferred, although in special cases somewhat lower ratios such as, for example 3: 1 can be used. Correspondingly high Paraffin: olefin volume ratios are also preferred in the reaction zone where this ratio is from about 20: 1 to 2000: 1 or higher. The catalyst mixture of fluorosulfuric acid and a promoter such as water is in the Reactor fed through line 10; additional water can be introduced into the reactor through line 12.
Das Verfahren kann chargenweise oder aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden. Es ist bekannt, daß bei Alkylierungen eine umso größere Ausbeute an gesättigtem Produkt erhalten wird, je inniger der Kontakt zwischen dem Einsatzmaterial und der Katalysatormischung ist. Aus diesem Grunde wird das erfindungsgemäße Verfahren bei chargenv/eiser Durchführung so geleitet, daß die Reaktionspartner und die Katalysatormischung kräftig mechanisch gerührt oder geschüttelt werden.The process can be carried out batchwise or, for economic reasons, preferably continuously. It is known, that in alkylations, the greater the yield of saturated product, the more intimate the contact between the feed and the catalyst mixture. For this reason, the method according to the invention is used in batches The procedure is conducted in such a way that the reactants and the catalyst mixture are vigorously mechanically stirred or shaken will.
Bei der in der Zeichnung dargestellten kontinuierlichen Verfahrensweise werden die Umsetzungspartner unter solchen Dvuck- und Temporatui'bedlngungon gehalten,· daß sie im wesentlichenIn the continuous procedure shown in the drawing the implementation partners are kept under such pressure and time constraints that they essentially
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im flüssigen Zustand vorliegen und kontinuierlich durch Dispersionsvorrichtungen in die Reaktionszone eingespeist werden können. Die Dispersionsvorrichtuhgen können Düsen, poröse Platten oder ähnliches sein. Die Reaktionspartner werden anschließend mit der Katalysatormischung in dem Reaktor 8 durch an sich bekannte- und nicht dargestellte Mischvorrichtungen wie beispielsweise mechanische Rührvorrichtungen oder ähnliches vermischt. Die Älkylierungsreaktion kann in einem Temperaturbereich von etwa -62 bis 380C, meist bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen wie etwa von -62 bis +21 C und vorzugsweise bei etwa -29 bis +h C durchgeführt werden. Beim Arbeiten bei Reaktionstemperaturen von über etwa -12°C muß die Reaktion unter Überdruck durchgeführt werden, damit sowohl die ümsetzungspartner als auch die Katalysatormischung im wesentlichen im flüssigen Z.ustand verbleiben. Im allgemeinen werden die Alkylierungs-•reaktionen bei Drucken von etwa 1 bis 20 atm durchgeführt.are in the liquid state and can be fed continuously into the reaction zone through dispersion devices. The dispersion devices can be nozzles, porous plates or the like. The reactants are then mixed with the catalyst mixture in the reactor 8 by mixing devices which are known per se and are not shown, such as, for example, mechanical stirring devices or the like. The Älkylierungsreaktion, in a temperature range of about -62 to 38 0 C, usually at relatively low temperatures such as from -62 to +21 C, and preferably at about -29 to + h C are performed. When working at reaction temperatures above about -12 ° C, the reaction must be carried out under excess pressure so that both the reaction partners and the catalyst mixture remain essentially in the liquid state. In general, the alkylation • reactions are carried out at pressures of about 1 to 20 atm.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zwar vorzugsweise bei einem solchen Druck durchgeführt, daß die Reaktionspartner im flüssi-•gen Zustand vorliegen, gegebenenfalls kann aber auch in der Dampfphase gearbeitet werden. Zur Aufrechterhaltung des Betriebs in flüssiger Phase· können selbstkühlende Reaktoren oder ähnliche Vorrichtungen vorgesehen sein. Die Reaktionen werden meist ohne Lösungsmittel durchgeführt, obgleich gegebenenfalls in bestimmten Fällen Lösungs- oder Verdünnungsmittel zugesetzt werden .hormon,The process according to the invention is preferably carried out at such a pressure that the reactants are in the liquid State, but may also be in the Steam phase can be worked. Self-cooling reactors or similar can be used to maintain operation in the liquid phase Devices may be provided. The reactions are mostly without Solvent carried out, although possibly in certain In some cases, solvents or thinners can be added .hormone,
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Nach einer ausreichend langen Verweilzeit in der Reaktionszone von meist etwa 5 Minuten bis zu einer Stunde oder darüber wird die Reaktionsmischung aus dem Reaktor durch eine Leitung 14 abgezogen und in einen Absetztank überführt. Die Reaktionsmischung trennt sich in dem Absetztank 16 in eine schwere Säurephase aus Fluorschwefelsäure und Promotor und eine Kohlenwasserstoffphase mit Gehalt an Alkylierungsprodukten zusammen mit kleineren Mengen darin gelösten und/oder dispergierten Wassers, Fluorschwefelsäure und Fluorwasserstoff. Die Säurephase wird aus dem Absetztank 16 durch eine Leitung 18 abgezogen und mindestens ein Teil dieser Phase kann durch eine Leitung 10 in den Reaktor 8 zurückgeleitet oder gegebenenfalls in einen anderen Alkylierungsreaktor überführt werden. Gegebenenfalls kann aus der Leitung 18 auch ein Teil der Säurephase 20 zum Reinigen in eine Regenerationsstufe abgezogen werden. Die Kohlenwasserstoffphase wird aus dem Absetztank 16 durch eine Leitung 22 abgezogen und in einen Wäscher 2k überführt, in der sie innig mit durch eine Leitung 26 zugeführter Schwefelsäure vermischt wird. Die Schwefelsäure wird vorzugsweise in konzentrierter Form als 99,5 bis 100 !ige HpSO1. eingesetzt, aber etwas verdünntere Säuren (97 bis 98 %) können ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit des Verfahrens verwendet v/erden. Die Erneuerung der Schwefelsäure in der Leitung 26 erfolgt durch Zuführung durch eine Leitung 25·After a sufficiently long residence time in the reaction zone of usually about 5 minutes to an hour or more, the reaction mixture is withdrawn from the reactor through a line 14 and transferred to a settling tank. The reaction mixture separates in the settling tank 16 into a heavy acid phase composed of fluorosulfuric acid and promoter and a hydrocarbon phase containing alkylation products together with smaller amounts of water, fluorosulfuric acid and hydrogen fluoride dissolved and / or dispersed therein. The acid phase is withdrawn from the settling tank 16 through a line 18 and at least a portion of this phase can be returned to the reactor 8 through a line 10 or, if necessary, transferred to another alkylation reactor. If necessary, part of the acid phase 20 can also be withdrawn from the line 18 for cleaning in a regeneration stage. The hydrocarbon phase is drawn off from the settling tank 16 through a line 22 and transferred to a scrubber 2k , in which it is intimately mixed with sulfuric acid fed in through a line 26. The sulfuric acid is preferably in concentrated form as 99.5 to 100% HpSO 1 . used, but more dilute acids (97 to 98 %) can be used without affecting the effectiveness of the process. The renewal of the sulfuric acid in the line 26 is carried out by feeding it through a line 25
3 0 9 0 7 /, / Π 3 73 0 9 0 7 /, / Π 3 7
Die Kohlenwasserstoffphase enthält im gelösten und/oder dispergierten Zustand Fluorschwefelsäure, Wasser und Fluorwasserstoff aus der teilweisen Dissoziation der verwendeten Säure sowie andere sauer reagierende Bestandteile wie beispielsweise Schwefeldioxid, überraschenderweise wurde festgestellt, daß die sauren in der Kohlenwasserstoffphase gelösten und/oder dispergierten Bestandteile durch Waschen der Kohlenwasserstoffphase mit konzentrierter Schwefelsäure wirksam entfernt werden können. Das Waschen kann in an sich bekannter Weise wie beispielsweise durch Zuführen der Schwefelsäure und der Kohlenwasserstoffmischung durch Mischdüsen, Gegenstromkontakttürme oder durch. Einspeisen in'eine Kreiselpumpe erfolgen, vorausgesetzt, daß dabei ein enger Kontakt zwischen der Kohlenwasserstoffphase und der Schwefelsäure stattfindet. Das Verhältnis von Säure zu Kohlenwasserstoffen ist nicht kritisch und kann etwa 5 bis 95 % des Kohlenwasserstoffstroms betragen. Dieses Verhältnis wird durch Rückführung der Säure aus der Leitung kO durch eine Leitung 1Jl in die Leitung 26 kontrolliert. Die Temperatur beim Waschvorgang beträgt im allgemeinen etwa -7 bis 38 C; die Drucke können zwischen Atmosphärendruck und etwa 35>2 kg/cm liegen. Nach dem Vermischen im Wäscher trennen sich die resultierenden Phasen.The hydrocarbon phase contains in the dissolved and / or dispersed state fluorosulfuric acid, water and hydrogen fluoride from the partial dissociation of the acid used as well as other acidic components such as sulfur dioxide, surprisingly it was found that the acidic components dissolved and / or dispersed in the hydrocarbon phase by washing the Hydrocarbon phase can be effectively removed with concentrated sulfuric acid. The washing can be carried out in a manner known per se, for example by feeding the sulfuric acid and the hydrocarbon mixture through mixing nozzles, countercurrent contact towers or through. Feeding into a centrifugal pump takes place, provided that there is close contact between the hydrocarbon phase and the sulfuric acid. The acid to hydrocarbon ratio is not critical and can be about 5 to 95 percent of the hydrocarbon stream. This ratio is controlled by feedback of the acid from line kO through a line 1 into the conduit Jl 26th The temperature during the washing process is generally about -7 to 38 C; the pressures can be between atmospheric pressure and about 35> 2 kg / cm. After mixing in the washer, the resulting phases separate.
Im Schwefelsäurewäscher werden zwar die größten Mengen des in der Kohlenwasserstoffphase vorhandenen sauer reagierenden Mate-In the sulfuric acid scrubber, the largest amounts of the acidic reacting material present in the hydrocarbon phase are
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rials entfernt, allerdings bleiben Spuren sauer reagierender Verbindungen, hauptsächlich HpSOj., in der aus dem Wäscher ausströmenden Phase zurück. Die abströmenden Kohlenwasserstoffe werden aus dem Schwefelsäurewäscher durch eine Leitung 28 abgezogen und zur Entfernung der spurenweise noch vorhandenen Säuren in eine Alkalibehandlungsanlage 30 überführt. Diese Alkalibehandlungsanlage kann eine übliche Bauart aufweisen, in der beispielsweise feste Alkalioxide wie Kaliumoxid und Natriumoxid mit Schwefelsäure unter Bildung von Kaliumsulfat, Kaliumfluorid, Natriumsulfat, Natriumfluorid und V/asser reagieren, die dann aus der Kohlenwasserstoffphase beispielsweise durch eine Leitung 32 abgezogen werden können. Die Kohlenwasserstoffphase wird aus der Anlage zur Alkalibehandlung durch eine Leitung 3*1 abgezogen und in eine Trennanlage zur Abtrennung von Isobutan 36 überführt, die eine an sich bekannte zur Abtrennung von Isobutan geeignete Kolonne sein kann, in der aus der Kohlenwasserstoffphase ein Isobutanstrom abgezogen wird, der dann durch eine Leitung 6 abgezogen und in den Alkylierungsreaktor 8 rückgeführt werden kann. Das Endprodukt des Alkylierungsverfahrens wird durch eine Leitung 38 abgezogen. Gegebenenfalls wird das Isobutan nicht in den Reaktor rückgeleitet, sondern kann für die Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.rials removed, but traces of acidic compounds, mainly HpSOj., remain in the one flowing out of the scrubber Phase back. The outflowing hydrocarbons are drawn off from the sulfuric acid scrubber through a line 28 and transferred to an alkali treatment plant 30 to remove the acids still present in traces. These Alkali treatment plant may be of a conventional type in which, for example, solid alkali oxides such as potassium oxide and sodium oxide react with sulfuric acid to form potassium sulfate, potassium fluoride, sodium sulfate, sodium fluoride and water, which can then be withdrawn from the hydrocarbon phase, for example through a line 32. The hydrocarbon phase is withdrawn from the system for alkali treatment through a line 3 * 1 and into a separation system for the separation of Isobutane 36 transferred, the one known per se for the separation of isobutane can be a suitable column in which an isobutane stream is withdrawn from the hydrocarbon phase, which then withdrawn through a line 6 and recycled to the alkylation reactor 8. The end product of the alkylation process is withdrawn through a line 38. Possibly the isobutane is not fed back into the reactor, but can be made available for further processing.
In der Waschanlage 2'I wird der Schwefelsäurestrom durch eine Leitung '(O abgezogen und gegebenenfalls mit dem zur ReinigungIn the washing plant 2'I the sulfuric acid flow is through a Line '(O removed and, if necessary, with the one for cleaning
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bestimmten Strom 20 vereinigt. Die vereinigten Ströme fließen durch eine Leitung 42 in einen Umwandlungsturm 44, in den durch eine Leitung 46 so viel Wasser eingespeist wird, daß sich die Fluorschwefelsäure entsprechend der folgenden Gleichung in freien Fluorwasserstoff und Schwefelsäure zersetzt:certain stream 20 combined. The combined streams flow through conduit 42 into a conversion tower 44, in the so much water is fed through a line 46 that the fluorosulphuric acid according to the following equation decomposed in free hydrogen fluoride and sulfuric acid:
Ho0+HS0,F H0SO ..+HF 4 + WärmeH o 0 + HS0, FH 0 SO .. + HF 4 + heat
In einer bevorzugten Ausführungsform- der Erfindung \fird bis zu 1 Mol Wasser im Überschuß über die stöchiometrisch benötigte Menge zugegeben, meist werden weniger als 0,5 Mol überschüssiges Wasser zugesetzt. Die resultierende Mischung aus Wasser, Fluorwasserstoff, Schwefelsäure und Fluorschwefelsäure wird aus dem Umwandlungsturm 44 durch eine Leitung 48 abgezogen und in eine Stripperkolonne 50 überführt, in der der Fluorwasserstoff aus der Mischung durch innigen Kontakt mit einem durch eine Leitung 52 zugeführten Kohlenwasserstoffstrom abgezogen wird. Vorzugsweise wird hierzu η-Butan verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden der Umwandlungsturm und die Stripperkölonne eine Einheit. In einem oberen Teil 54 der Stripperkolonne 50 wird der Fluorwasserstoff mit Schwefeltrioxid entsprechend folgender Gleichung umgesetzt:In a preferred embodiment of the invention \ fird bis to 1 mol of water is added in excess over the stoichiometrically required amount, usually less than 0.5 mol of excess Water added. The resulting mixture of water, hydrogen fluoride, sulfuric acid and fluorosulfuric acid is made from the Conversion tower 44 withdrawn through a line 48 and into a Stripper column 50 transferred, in which the hydrogen fluoride from the mixture is withdrawn by intimate contact with a hydrocarbon stream fed through line 52. Preferably η-butane is used for this. In a preferred embodiment According to the invention, the conversion tower and the stripping tower form a unit. In an upper part 54 of the Stripper column 50, the hydrogen fluoride is converted with sulfur trioxide according to the following equation:
HF + SO-. -> HSO-.F + WärmeHF + SO-. -> HSO-.F + heat
3 33 3
309824/1'1 37309824 / 1'1 37
tantan
Das Schwefeldioxid wird durch eine Leitung 56 zugeführt und regeneriert die Fluorschwefelsäure-Katalysatormischung, die dann zusammen mit den Kohlenwasserstoffen und etwas Wasser am Kopf durch eine Leitung 58 abgezogen, in einer Kondensieranlage 60 kondensiert und in einer Trennanlage 62 überführt wird. Hier wird die Fluorschwefelsäure von den im Gemisch -vorhandenen Kohlenwasserstoffen abgetrennt. Die regenerierte Fluorschwefelsäure mit Gehalt an Wasser wird aus der Trennanlage durch eine Leitung 6^4 abgezogen und mindestens ein Teil dieser Mischung wird mit dem Rücklaufstrom 18 zur Rückführung in den Reaktor 8 durch die Leitung 10 vereint. Die Kohlenwasserstoffphase wird aus der Trennanlage 62 durch eine Leitung 66. zur weiteren Aufarbeitung entnommen oder zur Temperaturkontrolle durch Leitungen 55» 63, 4 3 und 1J 5 zum Turm M und zur Stripperkolonne 50 zurückgeleitet. Außerdem kann ein Teil dieses Kohlenwasserstoffstromes als Strippmittel in der Stripperkolonne 50 eingesetzt werden,* wenn dieser Teil durch eine Leitung 52 zugeführt wird. Weitere Kohlenwasserstoffstrippmittel können der Stripperkolonne durch eine Leitung 53 zugeführt werden. Die zur Reinigung verwendete Schwefelsäure kann vom Boden des Regenerationsturmes 50 durch eine Leitung 68 abgezogen und zu einer nicht dargestellten Schwefelsäureregenerationsanlage zur Entfernung von Kohlenstoff und Rekonzentration geleitet oder als Abfall abgelassen werden. Die Stripperkolonne 50 wird meist bei Temperaturen von etwa 50 bis 1500C und vorzugsweise von etwa 66 bis 93 C undThe sulfur dioxide is fed in through a line 56 and regenerates the fluorosulfuric acid catalyst mixture, which is then drawn off together with the hydrocarbons and some water at the top through a line 58, condensed in a condenser 60 and transferred to a separation system 62. Here the fluorosulfuric acid is separated from the hydrocarbons present in the mixture. The regenerated fluorosulfuric acid containing water is withdrawn from the separation system through a line 6 ^ 4 and at least part of this mixture is combined with the return stream 18 for recycling into the reactor 8 through line 10. The hydrocarbon phase from the separation system 62 taken through a line 66 for further processing or for temperature control by lines 55 "63, 4, 3 and 1 5 J returned to the tower M and stripper column 50th In addition, part of this hydrocarbon stream can be used as a stripping agent in the stripping column 50 if this part is fed in through a line 52. Additional hydrocarbon stripping agents can be added to the stripping column through line 53. The sulfuric acid used for cleaning can be withdrawn from the bottom of the regeneration tower 50 through a line 68 and passed to a sulfuric acid regeneration plant (not shown) for the removal of carbon and re-concentration, or it can be discharged as waste. The stripper column 50 is usually at temperatures of about 50 to 150 0 C and preferably from about 66 to 93 C and
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bei Drucken von etwa 2,11 bis 7*03 kg/cm betrieben; allerdings können diese Temperaturen und Drucke zur Aufrechterhaltung eines geeigneten Phasenverhältnisses variiert werden.operated at pressures of about 2.11 to 7 * 03 kg / cm; Indeed these temperatures and pressures can be varied to maintain a suitable phase relationship.
Zum Abstreifen in der Stripperkolonne 50 können alle gesättigten Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden; es hat sich aber als besonders vorteilhaft erwiesen, η-Butan einzusetzen, da dieses bei der Einwirkung von Fluorwasserstoff und Fluorschwefelsäure in der Kolonne teilweise in das als Einsatzmaterial für den Alkylierungsreaktor benötigte Isobutan isomerisiert wird. Die aus der Trennanlage 62 abgezogene Kohlenwasserstoffphase enthält dann beträchtliche Mengen Isobutan, die nach dem Waschen in der Trennanlage zum Abtrennen von Isobutan 36 abgetrennt und durch die Leitung 6 direkt mit dem Olefineinsatzmaterial in der Leitung 2 vermischt werden können.For stripping in the stripping column 50, all saturated Hydrocarbons are used; but it has proven to be particularly advantageous to use η-butane, since this with the action of hydrogen fluoride and fluorosulfuric acid in the column partially in the as feedstock for the Alkylation reactor required isobutane is isomerized. The hydrocarbon phase withdrawn from the separation system 62 contains then considerable amounts of isobutane, which are separated off after washing in the separation plant for the separation of isobutane 36 and can be mixed directly with the olefin feed in line 2 through line 6.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Falls nicht anders angegeben, beziehen sich alle Prozent- und Teilangaben auf das Gewicht.The following examples are intended to explain the invention in more detail. Unless otherwise stated, all percentages and parts are based on weight.
Die Isoparaffin-Olefin-Alkylierungsreaktionen wurden in kontinuierlicher Arbeitsweise durchgeführt. Für die Versuche wurden folgende Geräte eingesetzt:The isoparaffin-olefin alkylation reactions were in continuous Working method carried out. The following devices were used for the experiments:
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(1) Bei Alkylierungen mit niedrigen Kohlenwasserstoffdurchsatzmengen von beispielsweise 13 bis 18 V/V/h, bezogen auf Säure, wurde ein zylindrischer Glasreaktor mit einem Volumen von 300 ecm verwendet. Der Reaktor war mit einem mechanischen Rührer mit flachem Blatt ausgerüstet, so daß die Reaktionspartner und die Katalysatormischung gleichmäßig miteinander in Berührung kamen. Weiterhin war der Reaktor mit einem mit Trockeneis gekühltem Rückflußkühler versehen, durch den das kondensierte Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial aus mit Olefinen verdünnten Isoparaffinen zugeführt wurde, sowie mit einem zu einem gekühlten Aufnahmebehälter zur Sammlung des Alkylates führenden seitlichen Hals und mit einem Stickstoffeinleitungsrohr, durch welches Stickstoff eingeleitet wurde, um zu verhindern, daß sich die Katalysatormischung und das einströmende Einsatzmaterial entmischten.(1) For alkylations with low hydrocarbon throughput rates of, for example, 13 to 18 V / V / h, based on acid, a cylindrical glass reactor with a volume of 300 ecm used. The reactor was mechanical Equipped with a stirrer with a flat blade, so that the reactants and the catalyst mixture are uniform with one another came into contact. Furthermore, the reactor was provided with a dry ice-cooled reflux condenser through which the condensed hydrocarbon feed from isoparaffins diluted with olefins was fed, as well as with a to a cooled receptacle for collecting the alkylate on the side neck and with a nitrogen inlet tube, through which nitrogen was introduced to prevent the catalyst mixture and the incoming Separate feedstock.
(2) Bei Versuchen mit höhen Kohlenwasserstoffdurchsatzmengen wie beispielsweise 9.1 V/V/h, bezogen auf Säure, wurde ein länglicher Glasreaktor mit einem Volumen von 35 ecm eingesetzt, der mit einer Vorrichtung zur Rückführung des mit dem Produkt übergerissenen Katalysators versehen und sonst ähnlich konstruiert wie der Reaktor in (1) war.(2) For tests with high hydrocarbon flow rates such as 9.1 V / V / h, based on acid, an elongated glass reactor with a volume of 35 ecm was used, the with a device for returning what was torn over with the product Provided catalyst and otherwise constructed similar to the reactor in (1) was.
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Diese Glasreaktoreri für den kontinuierlichen Betrieb wurden in eine Kühlmischung wie beispielsweise eine Trockeneis-AlkohGl-Mischung eingetaucht, damit die Umsetzungspartner und die Katalysatormischling in flüssiger Phase verblieben. Zuerst wurde dann die Katalysatormischung in die Reaktoren eingefüllt und auf die gewünschte Temperatur gekühlt, anschließend wurde die Katalysatormischung mit Isoparaffinen verdünnt und dann das mit weiteren Mengen Isoparaffin verdünnte Olefin durch den Rückflußkühler in den Reaktor zugegeben. Das alkylierte Produkt wurde kontinuierlich entnommen, in einem Auffanggefäß gesammelt und mit einer Trockeneis-Alkohol-Mischung gekühlt. Das alkylierte Produkt wurde dann mit 10 #iger NaOH-Lösung gewaschen und analysiert. Die starke Säurekomponente der Katalysatormischung wurde regelmäßig vor der Verwendung destilliert.These glass reactors for continuous operation were converted into a cooling mixture such as, for example, a dry ice-alcohol mixture immersed so that the reaction partners and the catalyst mixture remained in the liquid phase. First the catalyst mixture was then poured into the reactors and cooled to the desired temperature, then was the catalyst mixture is diluted with isoparaffins and then the olefin diluted with further amounts of isoparaffin was added through the reflux condenser into the reactor. The alkylated product was continuously withdrawn, collected in a collecting vessel and cooled with a dry ice-alcohol mixture. The alkylated Product was then washed with 10 # NaOH solution and analyzed. The strong acid component of the catalyst mixture was regularly distilled prior to use.
Bei Arbeiten mit sehr kurzen Kontaktzeiten wurde ein Kapillarreaktor eingesetzt. Die Kätalysatormischung und der Kohlenwasserstoffeinsatz wurden getrennt durch Kapillarrohre bei einem Druck von etwa 10,0 bis 17,6 kg/cm in eine Mischkammer mit den Maßen 0,127 x 0,127 cm eingepreßt,~die mit einem 2,1J bis 3,0 m langen Kanülenrohr aus rostfreiem Stahl Nr. 18 verbunden war. Die Zuführungsrohre, die Mischkammer und die Kapillarrohre waren in einem bei der gewünschten Temperatur gehaltenen Trockeneis-Alkohol-Kühlbad eingetaucht. Die aus domA capillary reactor was used when working with very short contact times. The Kätalysatormischung and the hydrocarbon feed were separated by capillary tubes pressed at a pressure of about 10.0 to 17.6 kg / cm in a mixing chamber with dimensions of 0.127 x 0.127 cm, ~ long with a 2, 1 J to 3.0 m No. 18 stainless steel cannula tube was connected. The feed tubes, mixing chamber, and capillary tubes were immersed in a dry ice-alcohol cooling bath maintained at the desired temperature. The one from dom
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Kapillarreaktor entweichende Mischung aus Katalysatormischung und Kohlenwasserstoffen wurde in einem Aufnahmebehälter aufgefangen und mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Anschließend wurden die Kohlenwasserstoffe zum Schmelzen gebracht, von der Säure dekantiert, mit 10 55iger NaOH-Lösung gewaschen und analysiert. The mixture of catalyst mixture and hydrocarbons escaping from the capillary reactor was collected in a receptacle and cooled with liquid nitrogen. The hydrocarbons were then melted, from which Acid decanted, washed with 10 55% NaOH solution and analyzed.
In den Tabellen I und II sind die bei Verwendung mit Fluorschwefelsäure in Mischung mit Wasser oder Schwefelsäure als Promotoren erzielten Resultate im Vergleich zur Verwendung reiner Fluorschwefelsäure als Katalysator für kontinuierliche Alkylierungen in Glas- und Kapillarreaktoren zusammengestellt.In Tables I and II are those when used with fluorosulfuric acid in a mixture with water or sulfuric acid as promoters obtained results compared to the use pure fluorosulfuric acid as a catalyst for continuous alkylations in glass and capillary reactors.
Bei Verwendung einer starken Säure in Mischung mit einem Promotor ergibt sich im Vergleich zur Verwendung der reinen starken Säure ein bedeutender Anstieg in den ROZ und MOZ des Alkylates. Wasser und Schwefelsäure sind besonders wirksame Katalysatorpromotoren, und zwar insbesondere bei Konzentrationen von etwa 20 Mol?, bezogen auf die eingesetzte Säure. Außerdem fördern hohe Volumenverhältnisse von Isoparaffinen : Olefinen und niedrige Olefindurchsatzgeschwindigkeiten von etwa 0,1 % die selektive Bildung großer Mengen Cg-Alkylate.When using a strong acid mixed with a promoter, there is a significant increase in the RON and MON of the alkylate compared to the use of the pure strong acid. Water and sulfuric acid are particularly effective catalyst promoters, in particular at concentrations of about 20 mol?, Based on the acid used. In addition, high volume ratios of isoparaffins: olefins and low olefin throughput rates of about 0.1 % promote the selective formation of large amounts of Cg alkylates.
Außerdem ergibt sich aus diesen Tabellen, daß die bei Alkylierungen im Kapillarreaktor mit sehr kurzen Kontaktzeiten undIn addition, it can be seen from these tables that the alkylations in the capillary reactor with very short contact times and
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hohen Olefindurchsätzen erhaltenen Resultate mit denen bei Verwendung von Glasreaktoren bei kontinuierlicher Arbeitsweise übereinstimmen.results obtained with high olefin throughputs with those obtained when using glass reactors in continuous operation to match.
In der Tabelle III sind die Ergebnisse bei Verwendung von Trifluor-methansulfonsäure CF,SO,H zusammen mit Promotoren zusammengefaßt. Die Arbeitsweisen und Reaktionsbedingungen entsprachen den in Beispiel 1 angegebenen. - ·Table III shows the results when using trifluoromethanesulfonic acid CF, SO, H combined with promoters. The procedures and reaction conditions corresponded to those given in Example 1. - ·
Auch hier ist festzustellen, daß die Verwendung eines Katalysatorpromotors zusammen mit CF,SO,H oder FSO,H/CF,SO,H zu verbesserten ROZ und MOZ des Alkylates führt.Again, it should be noted that the use of a catalyst promoter together with CF, SO, H or FSO, H / CF, SO, H to improve RON and MON of the alkylate leads.
In der Tabelle IV sind die Ergebnisse von Alkylierungsversuchen unter Verwendung anderer Olefine anstelle von Buten-1 wie Raffinerieolefinströmen als Einsatzmaterial aufgeführt. Die Reaktionsbedingungen entsprachen den bereits angegebenen. Die Zusammensetzung des Raffinerie-C|.-01efinstroms war wie folgt:In Table IV are the results of alkylation experiments using other olefins in place of butene-1 such as Refinery olefin streams listed as feed. the The reaction conditions corresponded to those already given. The composition of the refinery C |. Oil stream was as follows:
Gew.Weight %%
Propan ' 0,96Propane 0.96
Propylen 0,1-4Propylene 0.1-4
Isobutan, 35>13Isobutane, 35> 13
η-Butan . 12,89η-butane. 12.89
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Gew.%Weight%
Buten-1 11,46Butene-1 11.46
Isobutylen 7,55Isobutylene 7.55
trans-Buten-2 16,15trans-butene-2 16.15
cis-Buten-2 11,67cis-butene-2 11.67
Isopentan 3,21Isopentane 3.21
n-Pentan 0,02n-pentane 0.02
3-Methylbuten-l 0,523-methylbutene-1 0.52
Butadien 0,02 Penten-1 . 0,11Butadiene 0.02 pentene-1. 0.11
2-Methyl-buten-l 0,162-methyl-butene-l 0.16
Gesamtolefingehalt in Gew.% 47,78 Total olefin content in% by weight 47.78
Die Resultate zeigen die breite Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems bei zahlreichen Olefinen. Sogar Äthylen, das mit Schwefelsäure nicht wirksam alkyliert werden kann, wird ohne Schwierigkeiten bei Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatormischung in ein hochwertiges Alkylat überführt. Gemischte Raffinerieolefinströme mit einem hauptsächlichen Gehalt an C^-Olefinen ergeben große Ausbeuten hochwertiger Alkylate.The results show the broad applicability of the invention Catalyst system for numerous olefins. Even ethylene, which cannot be effectively alkylated with sulfuric acid can, is converted into a high quality alkylate without difficulties when using the catalyst mixture according to the invention. Mixed refinery olefin streams with a major Content of C ^ olefins result in large yields of higher quality Alkylates.
Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß Isobutylen (vergleiche Versuch 4) unter Verwendung der erfindungsgemUßen Katalysatormischung in hochoktanige Alkylate überführt werden kann. Dies ist besonders überraschend, da Isobutylen bei Verwendung üblicher HF- oder H-SOj -Alkylierungiskatalysatoren extrem schwierig zu alkylieren ist.It should also be noted that isobutylene (compare Experiment 4) using the catalyst mixture according to the invention can be converted into high-octane alkylates. This is particularly surprising since isobutylene is more common when used HF or H-SOj alkylation catalysts are extremely difficult is to be alkylated.
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Mehrere chargenweise Versuche wurden mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorsystem auf einem festen Träger durchgeführt. In diesen Versuchen wurden die Katalysatormischung und der feste Träger in einem 1-Liter-Dreihalskolben mit Rührer, einem mit Trockeneis gekühlten Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr und Gaseinleitungsrohr eingebracht. Isobutan wurde 7>5 Minuten lang in den Kolben mit einer Durchsatzmenge von 5,5 1 Gas je Minute eingeleitet. 5 Minuten nach Beginn der Isobutanzuführung wurde Buten-1 mit einer Durchflußmenge von 0,055 1 Gas je Minute während einer Gesamtzeit von 9 Minuten zugeführt. Nachdem die Zuführung der Kohlenwasserstoffe unterbrochen worden war, wurde die Reaktion noch 6 Minuten unter Rückfluß weitergeführt, dann wurde die Reaktionsmischung schnell in Trockeneis-Alkohol gekühlt und ein Teil der Kohlenwasserstoffphase dekantiert, mit 10 #iger NaOH-Lösung gewaschen und analysiert. Die Resultate dieser Versuche sind in Tabelle V zusammengestellt.Several batch tests were carried out with the catalyst system according to the invention on a solid support. In these The catalyst mixture and the solid support were tested in a 1 liter three-necked flask with a stirrer, one with Introduced dry ice-cooled reflux condenser with calcium chloride tube and gas inlet tube. Isobutane became 7> 5 minutes long into the flask with a flow rate of 5.5 liters of gas per minute initiated. 5 minutes after the start of the isobutane feed was Butene-1 with a flow rate of 0.055 liters of gas per minute supplied for a total of 9 minutes. After the supply of hydrocarbons had been interrupted, was the reaction was continued under reflux for a further 6 minutes, then the reaction mixture was rapidly cooled in dry ice-alcohol and part of the hydrocarbon phase decanted, with Washed 10 # NaOH solution and analyzed. The results these experiments are summarized in Table V.
Die erhaltenen Resultate sind nicht so gut wie bei den Arbeiten mit Reaktoren im kontinuierlichen Betrieb, sie liegen aber in der gewünschten Richtung und "zeigen, daß die Katalysatormischung nach Imprägnierung auf festen Trägern in Alkylierungsreaktionen eingesetzt werden kann.The results obtained are not as good as when working with reactors in continuous operation, but they are in the desired direction and "show that the catalyst mixture after impregnation on solid supports in alkylation reactions can be used.
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Weitere Versuche wurden mit verschiedenen Katalysatorproraotoren unternommen. Die experimentellen Bedingungen entsprachen den in den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen. Die Resultate sind in der Tabelle VI zusammengefaßt.Further attempts were made with various catalyst promoters. The experimental conditions corresponded to those in Examples 1 to 3 described. The results are summarized in Table VI.
Die Ergebnisse zeigen, daß Promotoren wie Trifluoressigsäure und Chlorschwefelsäure nicht so selektiv zur Erzeugung von Alkylaten mit einem hohen Gehalt an Trimethylpentan sind. Hingegen erweisen sich Difluorphosphorsäure, Diäthyläther, Äthanol und Benzolsulfonsäure als wirksame Promotoren zur Herstellung von hochwertigen Alkylaten.The results show that promoters such as trifluoroacetic acid and chlorosulfuric acid are not as selective for the production of Are alkylates with a high content of trimethylpentane. On the other hand turn out to be difluorophosphoric acid, diethyl ether, ethanol and benzenesulfonic acid as effective promoters for production of high quality alkylates.
In der Tabelle VII sind die Wirkungen der Wasserkonzentrationen in der Säure auf die Qualität des Alkylates zusammengestellt. Dabei fällt die steigende Menge von Trimethylpentanen im Alkylat bei steigender Wasserkonzentration bis etwa 20 lAol%, bezogen auf die Säure, auf, worin anschließend ein scharfer Abfall in der Konzentration dieser Verbindungen bei Wasserkonzentrationen über etwa 20 h1ol% erfolgt. Die Ergebnisse sind grafisch in Fig. 2 dargestellt.Table VII summarizes the effects of water concentrations in the acid on the quality of the alkylate. The increasing amount of trimethylpentanes in the alkylate with increasing water concentration of up to about 20 mol%, based on the acid, is noticeable, followed by a sharp drop in the concentration of these compounds at water concentrations above about 20 hectol% . The results are shown graphically in FIG.
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Versuch Nr. : 1 Experiment no .: 1
OlefinOlefin
IsoparaffinIsoparaffin
Isoparaffin/Olefin , , ■ (Volumenverhältnis in Einsatz) Temperatur in 0C . ■ .Isoparaffin / olefin,, ■ (volume ratio in use) temperature in 0 C. ■.
Durchsatzmenge KW V/V/h bezogen auf Katalysator Olefindurchsatzmenge V/V/h,Throughput amount KW V / V / h based on the catalyst olefin throughput amount V / V / h,
bezogen auf Katalysator katalysator - Säure o - Promotorbased on catalyst catalyst - acid o - promoter
CD ,CD,
ooKatalysatorvolumen m cnr foVolumen Ck+ Alkylatausbeute/ ■^Volumen Olefin (3)oo catalyst volume m cnr fo volume Ck + alkylate yield / ■ ^ volume olefin (3)
-^Produktzusammensetzung in Gew. % (2) co"5- ^ product composition in% (2) co '5.
Gesamt Co
TrimethylpentaneTotal Co
Trimethylpentanes
Cg-Cg Alkylat ROZ (3) Cg-Cg Alkylat MOZ .(5) Cg+ Alkylat MOZ (3)Cg-Cg alkylate RON (3) Cg-Cg alkylate MOZ. (5) Cg + alkylate MOZ (3)
(1) Versuche in Glasreaktor.bei kontinuierlichem Betrieb(1) Experiments in a glass reactor with continuous operation
(2) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer 90 m langen Kapillarröhre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-550 Siliconö.l sowie Wasserstoff-Flammenionisationsdetektor .(2) Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m long capillary tube with 0.025 cm clear width and coating with DC-550 silicone oil and hydrogen flame ionization detector .
"(3) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie (4) Bezogen auf Fluorschwefelsäure"(3) Computer calculation from analysis of gas-liquid chromatography (4) Based on fluorosulfuric acid
-17,811/1
-17.8
-17,8·11/1
-17.8
-17,8176.9 / 1
-17.8
-17,8 .176.9 / 1
-17.8.
■-17,811/1
■ -17.8
FSO3H
14 Mol %
H2O
15,78.63
FSO3H
14 mol %
H 2 O
15.7
FSO3H
(4) 20 Mol. #(4)
*157.55
FSO3H
(4) 20 moles. # (4)
* 15
100 % FSO3H
1000.08
100 % FSO 3 H
100
FSO3H .
20 Mol SS(4).
H2O
1000.08
FSO3H.
20 moles SS (4).
H 2 O
100
100 % FSCH,
158.63
100 % FSCH,
15th
Versuch Nr.Attempt no.
OlefinOlefin
IsoparaffinIsoparaffin
Isoparaffin/Olefin (Volumenverhältnis in Einsatz) Temperatur in 0C Volumen % Säure im Reaktor Olefindurchsatzmenge V/V/h, bezogen auf Katalysator Katalysator - SäureIsoparaffin / olefin (volume ratio in use) Temperature in 0 C% by volume of acid in the reactor Olefin throughput V / V / h, based on catalyst catalyst - acid
PromotorPromoter
Volumen Cc+ Alkylatausbeute/
Volumen Olefin (3) Säurebeschickung, Volumen Olefin/ Volumen Säure
Kontaktzeit in SekundenVolume Cc + alkylate yield / volume olefin (3) acid feed, volume olefin / volume acid
Contact time in seconds
Produktzusammensetzung in Gew.% (2)Product composition in wt.% (2)
°6"°7
Gesamt C° 6 "° 7
Overall C
Trimethylpentane Cq +Trimethylpentanes Cq +
C^-Co Alkylat ROZ C^-Cq Alkylat MOZ Cc+ Alkylate MOZC ^ -Co alkylate RON C ^ -Cq alkylate MOZ Cc + alkylate MOZ
(3) (3) (3)(3) (3) (3)
IsobutanButene-1
Isobutane
IsobutanButene-1
Isobutane
4,4
50,588.4
4.4
50.5
4,4
40,788.4
4.4
40.7
100 % FSO5H34.81
100 % FSO 5 H
FSO 3H
20 Mol % (4) H2O53.3
FSO 3H
20 mole percent (4) H 2 O
1,130.011
1.13
1,100.016
1.10
(1) Versuche im Kapillarreaktor(1) Experiments in a capillary reactor
(2) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer 90 m langen Kapillarröhre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-550 Siliconöl sowie Wasserstoff-Flammenionisationsdetektor(2) Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m long Capillary tube with 0.025 cm clear width and coating with DC-550 silicone oil as well Hydrogen flame ionization detector
(3) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie (ü) Bezogen auf Fluorschwefelsäure(3) Computer calculation from analysis of gas-liquid chromatography ( ü ) based on fluorosulfuric acid
I—araffin/ÖlI-araffin / oil
finfin
COCO
CL *rir.iürchsatzmenge V/Y/h, je regen auf Katalysator katalysator :V · Säure., - PromotorCL * rir. Quantity V / Y / h, each rain on catalyst catalyst: V acid., - promoter
•z• z
Katalysatorvolumen in cm.Catalyst volume in cm.
'•"o lumen S^+ Alkylat ausbeute/'• "o lumen S ^ + alkylate yield /
Produktzusammensetzung in.Gew.%' (4)Product composition in weight % ' (4)
TrimethylpentaneTrimethylpentanes
Co+ ' ' '' ' C.-Cg Alkylat. ROZ .' (5); C .-C^ Alkylat MOZ' C5)' C^+ Alkylat- MQZ ,... .Co + '''''C.-Cg alkylate. RON. '(5); C.-C ^ alkylate MOZ 'C5)' C ^ + alkylate- MQZ, ....
-17,883.4 / 1
-17.8
COCD
CO
10054 CF3SO3H
151.02
10054 CF3SO3H
15th
-17,8 v 176.9 / 1
-17.8
-17,8176.9 / 1
-17.8
.; ·' 15 ;.■-,■ '0.51
.; · '15;. ■ -,
3O3H/CF3SO3
20 Mol %
H2O (3)
150.51
3O3H / CF3SO3
20 mole %
H 2 O (3)
15th
OX1 'S O/v-' "2 J
20 Mol
H2O' (■ 0.51
OX 1 'SO / v-'"2 J
20 moles
H 2 O '(■
(1) Versuche in; Glasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb .';'(1) experiments in ; Glass reactor in continuous operation . ';'
(2) I-iolyeriiältnis 1:1. ;:.■:.■■> <.:■■■· ( - .-(2) Iolyester ratio 1: 1. ;:. ■:. ■■><.: ■■■ · ( - .-
(3) Bezogen!.auf'GesamtsiCüre"'(3) In relation to the 'overall picture' '
(4) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter-Verwendung einer-$Q m, röhre'mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-550 Siliconöl sowie (4) Determination by gas-liquid chromatography using a - $ Q m, tube 'with 0.025 cm inside diameter and coating with DC-550 silicone oil as well
langen Kapillar-Wasserstoff-long capillary hydrogen
Flammeniqnisationsdetektor VjJ VOFlame intelligence detector VjJ VO
imputerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeits-chromatographieinput calculation from analysis of gas-liquid chromatography
Versuch Nr.
Reaktionsbedingungen (1) Attempt no.
Reaction conditions (1)
Λ >-. ^ ν.
•J iSi 4. ΓιΛ > -. ^ ν.
• J iSi 4th Γι
Isoparaffin
Isoparaffin/Olefin (Volumenverhältnis in Einsatz)
• Temperatur in 0C Durensatznenge KW V/V/h,
bezogen auf /katalysator Olefindurchsatzmenge V/V/h, bezogen auf Katalysator
Katalysator - SäureIsoparaffin
Isoparaffin / olefin (volume ratio in use) • Temperature in 0 C dura- tion rate KW V / V / h, based on / catalyst olefin throughput rate V / V / h, based on catalyst catalyst - acid
PromotorPromoter
σ Katalysatorvolumen in cm-^ Volumen C-+ Alkylatausbeute/ Γ*? Volumen Oiefin (3) σ catalyst volume in cm- ^ volume of C- + alkylate yield / Γ *? Volume Oiefin (3)
4^ Produktzusammensetzung in Gew. % (2) 4 ^ product composition in wt.% (2)
~o Gesamt C0 ~ o total C 0
TrimethylpentaneTrimethylpentanes
C^-C0 Alkylat ROZ (3) C^-Cg Alkylat MOZ (3) C1J+ Alkylat MOZ (3)C ^ -C 0 alkylate RON (3) C ^ -Cg alkylate MOZ (3) C 1 J + alkylate MOZ (3)
IsobutanPropylene
Isobutane
IsobutanPropylene
Isobutane
IsobutanEthylene
Isobutane
IsobutanIsobutylene
Isobutane
-17,8184/1
-17.8
-17,8184/1
-17.8
-17,8180/1
-17.8
-17,8176.6 / 1
-17.8
FSO3H
20 Mol 55(4)
H2O
150.50 (5)
FSO 3 H
20 moles 55 (4)
H 2 O
15th
FSO3H
20 Mol 1(4)
H2O
1000.07 (5)
FSO 3 H
20 moles 1 (4)
H 2 O
100
FSO3H
20 Mol 55(4)
H2O
1000.08 (5)
FSO 3 H
20 moles 55 (4)
H 2 O
100
FSO3H
20 Mol %W
H2O
1000.10 (5)
FSO 3 H
20 mole % W
H 2 O
100
1,62 1,561.62 1.56
1,72(5)1.72 (5)
1,731.73
cnhü
cn
(1) Versuche in Glasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb(1) Experiments in a glass reactor with continuous operation
(2) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer 90 m rohre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit* DC-550 Siliconöl sowie Flammenionisationsdetektor(2) Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m pipes with a clear width of 0.025 cm and coating with * DC-550 silicone oil as well as Flame ionization detector
\Z) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie \ Z) Computer calculation from analysis of gas-liquid chromatography
langen Kapillar-Wasserstoff- long capillary hydrogen
^•i-r^ • i-r
uf riuorschwefelsäureon fluorosulfuric acid
f "f "
IMlr.ertingswertIMlr.ertingswert
CO
O
CD
OOCO
O
CD
OO
Versuch Nr.Attempt no.
Reaktionsbedingungen (1) Olefin Reaction Conditions (1) olefin
Isoparaffin
Isoparaffin/Olefin (Volumenverhältnis in Einsatz) Temperatur in 0C
Durchsatzmenge KW V/V/h, bezogen auf Katalysator Olefindurchsatzmenge V/V/h, bezogen auf Katalysator
Katalysator - SäureIsoparaffin
Isoparaffin / olefin (volume ratio in use) Temperature in 0 C Flow rate KW V / V / h, based on the catalyst Olefin throughput V / V / h, based on the catalyst catalyst - acid
PromotorPromoter
Katalysatorvolumen in cm Volumen Cc+ Alkylatausbeute/ Volumen Olefin (3)Catalyst volume in cm volume Cc + alkylate yield / volume olefin (3)
Produktzusammensetzung in Gew.Product composition in wt. % % (2)(2)
Gesamt COverall C
TrimethylpentaneTrimethylpentanes
C6-Cg Alkylat ROZ Cg-Cg Alkylat MOZ Cg+ Alkylat MOZC 6 -Cg alkylate RON Cg-Cg alkylate MOZ Cg + alkylate MOZ
(3) (3) (3)(3) (3) (3)
buten-2
Isobutan2-methyl
butene-2
Isobutane
Ci|-01efine
IsobutanRefinery-
Ci | -01efine
Isobutane
Ci|-01efine
IsobutanRefinery-
Ci | -01efine
Isobutane
C/4-Olefine
IsobutanRefinery-
C / 4 olefins
Isobutane
-17,8170/1
-17.8
-17,8113.4 / 1
-17.8
-17,8181.5 / 1
-17.8
-17,8181.5 / 1
-17.8
■ FSO3H
20 Mol %(4)
H2O
15'0.50 (5)
■ FSO3H
20 mol% (4)
H 2 O
15 '
100$ FSO3H
100 ■0.14 (5)
$ 100 FSO3H
100 ■
FSO3H
20 Mol %(k)
H2O
' 150.50 (5)
FSO3H
20 mol % (k)
H 2 O
'15
FSO3H
20 Mol %(k)
H2O
1000.07 (5)
FSO3H
20 mol % (k)
H 2 O
100
(1) Versuche in Glasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb(1) Experiments in a glass reactor with continuous operation
(2) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer 90 m röhre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-550 Siliconöl sowie Flammenionisationsdetektor(2) Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m tube with 0.025 cm clear width and coating with DC-550 silicone oil and flame ionization detector
(3) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie(3) Computer calculation from analysis of gas-liquid chromatography
(4) Bezogen auf Fluorschwefelsäure (5) Näherungswert(4) Based on fluorosulfuric acid (5) Approximate value
langen Kapillar-Wasserstoff- long capillary hydrogen
σ
co
coσ
co
co
Versuch Nr.Attempt no.
Reaktionsbedingungen
Olefin
Isoparaffin
Träger Reaction conditions
Olefin
Isoparaffin
carrier
Gewicht des Trägers
im Katalysator in g
Isoparaffin/Ölefin
(Volumenverhältnis in Einsatz) Temperatur in 0C
Olefindurchsatzmenge in V/V/h, bezogen auf Katalysator
Reaktionszeit in Minuten
Katalysator - SäureWeight of the wearer
in the catalyst in g
Isoparaffin / olefin
(Volume ratio in use) Temperature in 0 C
Olefin throughput in V / V / h, based on the catalyst
Response time in minutes
Catalyst - acid
PromotorPromoter
Volumen Cc+ Alkylatausbeute/
Volumen Olefin (5)Volume Cc + alkylate yield /
Volume olefin (5)
Produkt Zusammensetzung in Gew.Product composition in wt. % % (4)(4)
1(1) 2(2)1 (1) 2 (2)
3(1)3 (1)
ρ — c ρ - c
6 7
Gesamt C6 7
Overall C
Trimethylpentane
C^-Co Alkylat ROZTrimethylpentanes
C ^ -Co alkylate RON
0 00 0
Qr+ Alkylat MOZQr + alkylate MOZ
wasserfreies AlF.anhydrous AlF.
2020th
110,6/1 -11,7110.6 / 1 -11.7
15 100 % FSO3H15 100 % FSO 3 H
3,133.13
4,994.99
85,7385.73
71,4071.40
6,15 95,60 93,806.15 95.60 93.80
— Buten-1 - butene-1
— Isobutan - isobutane
wasserfreies AlF.anhydrous AlF.
2020th
110,6/1 -11,7110.6 / 1 -11.7
0,13 200.13 20
Mol %:H2O(6) 1,78Mol %: H 2 O (6) 1.78
5,825.82
5,80 79,38 70,685.80 79.38 70.68
9,00 97,40 94,609.00 97.40 94.60
calciniertescalcined
SilicagelSilica gel
2525th
11,1/1 -11,711.1 / 1 -11.7
60 % FSO3H60 % FSO 3 H
6,026.02
4,514.51
84,6084.60
73,5273.52
4,874.87
96,7096.70
94,7094.70
ro ro οι cn coro ro οι cn co
-P-* CD-P- * CD
(1) Versuche im Glasreaktor bei ph,argenweisem Betrieb(1) Experiments in a glass reactor at pH, mixed operation
(2) Versuche in-GLasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb(2) Experiments in a glass reactor with continuous operation
(3) Gewicht FSO3K auf Träger - %5 g(3) Weight of FSO 3 K on carrier - % 5 g
(4) Bestimmung durch Gäe-Fiüssifskeitschromatographie unter Verwendung ^4¥i»i**5Q π langen "kapillarrohre mit 0,025 cm lichter V'eitet und Eescnichtit^iHnii DC-550 Siliconöl sowie Wasserstoff-?lammenionisatiodidetektorLong (4) Determination by Gäe-Fiüssifskeitschromatographie using ^ 4 ¥ i "i ** 5Q π capillary tubing" with 0.025 cm clear V'eite t and Eescnichtit ^ iHnii DC-550 silicone oil, hydrogen? Lammenionisatiodidetektor
(5) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitsehromatographi(5) Computer calculation from analysis of the gas-liquid chromatography
(6) Bezogen auf Säure(6) Based on acid
tU \T-k. tU \ Tk.
r.g-.ktionsbedingungen (1), rg-.ction conditions (1) ,
Iscparaffin- ■<■·■■■ Isoparaffin/Qlefin (Volurnenverhäitnis in Einsatz) Temperatur in 0C Clefinaurchsatzmenge in V/V/h, belegen auf Katalysator Katalysator *· SäureIsoparaffin- ■ <■ · ■■■ Isoparaffin / Qlefin (volume ratio in use) temperature in 0 C Clefine throughput in V / V / h, prove on catalyst catalyst * · acid
- Proinotor- Proinotor
Volumen C^+ Alkylatausbeute/ Volumen Olefin (3)Volume of C ^ + alkylate yield / volume of olefin (3)
Gesamt COverall C
Trimethylpentane, C + Trimethylpentanes, C +
C^-Cp Alkylat ROZ C.-Cg Alkylat MOZ Alkylat MOZC ^ -Cp alkylate RON C.-Cg alkylate MOZ Alkylate MOZ
r + r +
G6 G 6
(3) (3) (3)(3) (3) (3)
20 Mol % (5) CF^COÖH20 mole percent (5) CF ^ COÖH
1,731.73
0,75 - 0,840.75-0.84
95,5595.55
84,6484.64
2,862.86
97,6097.60
• 95,80• 95.80
95,6095.60
•-'' Buten-1 ■ ·- Isobutan• - '' butene-1 ■ · - Isobutane
110,6/1 -17,8110.6 / 1 -17.8
■ 0,12 ■■ 0.12 ■
Mol % (5)Mole % (5)
HF2PO2 '■ 'HF 2 PO 2 '■'
1,741.74
0,49 ' 0,53 98,260.49 '0.53 98.26
1 0,f2 1 0, f2
100,|o 98,30 98,20100, | o 98.30 98.20
20 Mol % (5) ClSO H20 mole percent (5) ClSO H
'■*■%>'■ * ■%>
1,971.97
2,522.52
94,1394.13
72,0072.00
1,381.38
90,90 90,8090.90 90.80
cncn
CD CD 4>· CDCD CD 4> CD
(1) Versuche im Glasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb ■ · .(1) Experiments in a glass reactor with continuous operation ■ ·.
(2) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer 90 m langen Kapillarröhre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-550 Siliconöl sowie Wasserstoff-Flammenionisationsdetektor ■ , . .·.(2) Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m long capillary tube with 0.025 cm clear width and coating with DC-550 silicone oil and hydrogen flame ionization detector ■,. . ·.
(3) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie(3) Computer calculation from analysis of gas-liquid chromatography
(4) Als Monohydrat - wirksamer Hydroxylgruppengehalt 20 MoI^, bezogen auf Fluorschwe.felsäure(4) As a monohydrate - effective hydroxyl group content 20 mol, based on fluorosulfuric acid
(5) Bezogen auf Fluorsciwefelsäure(5) Based on fluorosciulfuric acid
OJOJ
OOOO
Versuch Nr.Attempt no.
Olefin
Isoparaffin
Isoparaffin/Olefin (Vclunenverhältnis in Einsatz)
"ί',;οτ.?ί;νγ. j_>-. Of)
Clefindurchsatznenge in V/V/h,
bezogen auf Katalysator katalysator - SäureOlefin
Isoparaffin
Isoparaffin / olefin (Vclun ratio in use) "ί ',; οτ.? Ί; νγ. J _> -. Of) Cleind throughput in V / V / h, based on catalyst catalyst - acid
PromotorPromoter
Volumen Zzy Alkylatausbeute/ Volumen Olefin (3)Volume Zzy Alkylate Yield / Volume Olefin (3)
Produkt zusammensetzung in Gew.Product composition in wt. % % (2)(2)
C -C -
j e s sum; ο ρ
Trimethylpentane j es sum; ο ρ
Trimethylpentanes
C^-Ca Alkylat ROZ (3)
Cg-Cg Alkylat MOZ (3) Cr* Alkylat MOZ (3)
Tabelle VI (Fortsetzung)
4C ^ -Ca alkylate RON (3) Cg-Cg alkylate MOZ (3) Cr * alkylate MOZ (3) Table VI (continued)
4th
0,120.12
Mol % (4)
CgH5SO3HMole % (4)
CgH 5 SO 3 H
1,731.73
0,110.11
0,12
98,89
95,270.12
98.89
95.27
0,880.88
100,50100.50
98,5098.50
98,4098.40
Buten-1 ■
IsobutanButene-1 ■
Isobutane
110,6/1 ■
-17,8 ·110.6 / 1 ■
-17.8
0,120.12
■ ^ T? ^ C^ τ τ _^ ^- ___ mmm ■ ^ T? ^ C ^ τ τ _ ^ ^ - ___ mmm
Μοϊ % (5)Μοϊ % (5)
1,721.72
0,00
0,140.00
0.14
99,3399.33
95,9295.92
0,530.53
100,70100.70
98,4098.40
98,3098.30
0,130.13
20 Mol % (5) Äthanol20 mole percent (5) ethanol
1,731.73
0,430.43
0,380.38
98,4498.44
95,4495.44
0,750.75
100,80100.80
98,4098.40
98,3098.30
ro cn cn coro cn cn co
(1)(1)
(2}(2}
Versuche im Glasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer 90 m langen Kapillarröhre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-550 Siliconöl sowie Wasserstoff-Flammenionisationsdetektor Experiments in a glass reactor with continuous operation Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m long capillary tube with 0.025 cm clear width and coating with DC-550 silicone oil and hydrogen flame ionization detector
Ccmputerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie Als Xonohydrat - wirksamer Hydroxylgruppengehalt 20 'MoIJS, bezogen auf Fluorschwefelsäure Bezogen auf FluorschwefelsäureComputer calculation from analysis of gas-liquid chromatography As xonohydrate - effective hydroxyl group content 20 'MoIJS, based on fluorosulfuric acid Based on fluorosulfuric acid
Versuch Nr.Attempt no.
Reaktionsbedingungen (1) Olefin
Isoparaffin
Isoparaffin/Olefin (Volumenverhältnis in Einsatz)
Temperatur in 0C Durchsatzmenge KV/ in V/V/h,
bezogen auf Katalysator Olefindurchsatz'menge in V/V/h, bezogen auf Katalysator Katalysator - Säure ■ «-
Promotor Reaction Conditions (1) olefin
Isoparaffin
Isoparaffin / olefin (volume ratio in use) Temperature in 0 C throughput KV / in V / V / h, based on the catalyst Olefin throughput in V / V / h, based on the catalyst, catalyst - acid - promoter
U3 Katalysatorvolumen in cmU 3 catalyst volume in cm
oo Volumen Cc+ Alkylatausbeute/ ro Volumen Olefin ·(3) ;oo volume of Cc + alkylate yield / ro volume of olefin · (3);
"^ Produktzusammensetzung in Gew. % (2) "% ^ Product composition in wt. (2)
TrimethylpentaneTrimethylpentanes
68 Alkylat ROZ. (3) C6-C3 Alkylat MOZ (3) C6 + Alkylat MOZ (3) 68 alkylate RON. (3) C 6 -C 3 alkylate MOZ (3) C 6 + alkylate MOZ (3)
roro
ro
co.cn
co
ui
I4 =
ui
I.
-17,8110.6 / 1
-17.8
-17,8176.9 / 1
-17.8
-17,8176.9 / 1
-17.8
-17,8110.6 / 1
-17.8
FSO3H
H2O ·
1000.13
FSO3H
H 2 O
100
FSO3H
20 Mol %(H
H2O
1000.08
FSO3H
20 mol % (H.
H 2 O
100
FSO3H
.. 1000.08
FSO3H
.. 100
FSO3H
5 Mol %(4) 10
HpO
960.13
FSO3H
5 mole percent (4) 10
HpO
96
0,730.40
0.73
0,320, 'l6
0.32
1,901.37
1.90
1,630.91
1.63
(1) Versuche in Glasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb(1) Experiments in a glass reactor with continuous operation
(2.) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer 90 m langen Kapillarrohre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-55O Siliconöl sowie Wasserstoff-Flammenionisationsdetektor (2.) Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m long capillary tube with 0.025 cm clear width and coating with DC-55O silicone oil and hydrogen flame ionization detector
(3) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie . ,(3) Computer calculation from analysis of gas-liquid chromatography. ,
(4) Besoden auf Säure(4) Besoden for acid
versuento try
OlefinOlefin
IsoparaffinIsoparaffin
Isoparaffin/OlefinIsoparaffin / olefin
(Volumenverhältnis in Einsatz)(Volume ratio in use)
Temperatur in 0CTemperature in 0 C
Durchsatsmenge KW in V/V/h,Flow rate KW in V / V / h,
bezogen auf Katalysatorbased on catalyst
Ölefindurensatzmenge in V/V/h,Amount of oil index in V / V / h,
bezogen auf Katalysatorbased on catalyst
Katalysator - SäureCatalyst - acid
Promoterpromoter
Katalysatorvolumen in cm
Volumen C^+ Alkylatausbeute/
Volumen Olefin (3)Catalyst volume in cm
Volume C ^ + alkylate yield /
Volume olefin (3)
-ν. Produktzusammensetzung in Gew. % (2) _» C,--ν. Product composition in wt% (2) _ "C. -
ω C6"C7ω C 6 " C 7
*·* Gesamt C0 * · * Total C 0
TrimethylpentaneTrimethylpentanes
C-:-Cg Alkylat ROZ (3)
Cg-Cg Alkylat MOZ (3)
Cr+ Alkylat MOZ (3)C -: - Cg alkylate RON (3)
Cg-Cg alkylate MOZ (3)
Cr + alkylate MOZ (3)
1,721.72
0,490.49
1,901.90
94,5494.54
88,0288.02
3,073.07
99,2099.20
96,8096.80
96,50 Buten-1 ■
Isobutan96.50 butene-1 ■
Isobutane
88,4/1
-17,888.4 / 1
-17.8
91,091.0
1,02
FSO3H1.02
FSO 3 H
Mol %(4)
H2OMole% (4)
H 2 O
..
1,671.67
1,001.00
2,33
84,66
79,34
12,03
98,40
96,20
95,102.33
84.66
79.34
12.03
98.40
96.20
95.10
11,1/1 -17,811.1 / 1 -17.8
91,091.0
7,55 FSO3H Mol JS (4)7.55 FSO 3 H moles JS (4)
H2O 15.H 2 O 15.
1,501.50
1,981.98
3,05 50,82 46,63 43,85 98,10 95,20 91,603.05 50.82 46.63 43.85 98.10 95.20 91.60
CD CD -Ο-CD CD CD -Ο-CD
(1) Versuche in Glasreaktor bei kontinuierlichem Betrieb(1) Experiments in a glass reactor with continuous operation
(2) Bestimmung durch Gas-Flüssigkeitschronatographie unter Verwendung einer 90 m langen Kapillarrönre mit 0,025 cm lichter Weite und Beschichtung mit DC-550 Siliconöl sowie Wasserstoff-Flammenicnisationsdetektor (2) Determination by gas-liquid chromatography using a 90 m long capillary tube with 0.025 cm clear width and coating with DC-550 silicone oil and hydrogen flame icnisation detector
(3) Computerberechnung aus Analyse der Gas-Flüssigkeitschromatographie(3) Computer calculation from analysis of gas-liquid chromatography
(4) Bezogen auf Säure(4) Based on acid
Eine Probe eines käuflichen Alkylates mit einem Gehalt an Fluorschwefeisäure wurde in zwei Teile A und B aufgeteilt» Der Teil A wurde sorgfältig mit verdünnter Natriumhydroxidlösung gewaschen, die wässrige Phase abgetrennt und auf Sulfat untersucht. Die gefundene Sulfatmenge entsprach 0,121 Gew.# Fluorschwefelsäure, bezogen auf die Kohlenwasserstoffmenge. Der Teil B wurde 30 Minuten mit konzentrierter Schwefelsäure gerührt. Nach dem Absetzen der Mischung wurde die Kohlenwasserstoff phase abgetrennt und mit überschüssiger verdünnter Natriumhydroxidlosung gewaschen. Die wässrige Phase wurde nach dem Waschen abgetrennt und auf Sulfat untersucht. Die gefundene '.-Sulfatmenge entsprach 0,0116 Gew.# Fluorschwefeisäure, bezogen auf die Kohlenwasserstoffmenge. Aus diesen Versuchen ergibt sich deutlich, daß etwa 91,7 % der Fluorschwefelsäure aus der Köhlenwasserstoffphase durch Schwefelsäure entfernt werden können. ■A sample of a commercially available alkylate containing fluorosulfuric acid was divided into two parts A and B. Part A was carefully washed with dilute sodium hydroxide solution, the aqueous phase was separated off and examined for sulfate. The amount of sulfate found corresponded to 0.121% by weight of fluorosulfuric acid, based on the amount of hydrocarbons. Part B was stirred with concentrated sulfuric acid for 30 minutes. After the mixture had settled, the hydrocarbon phase was separated off and washed with excess dilute sodium hydroxide solution. The aqueous phase was separated off after washing and examined for sulfate. The 'found .- sulfate amount corresponded to 0.0116 wt. # Fluorschwefeisäure, based on the amount of hydrocarbon. These experiments clearly show that about 91.7 % of the fluorosulfuric acid can be removed from the hydrocarbon phase by sulfuric acid. ■
1.600 g h-Hexan mit einem Gehalt an Fluorschwefelsäure wurden in.zwei Teile A und B aufgeteilt, Teil A dann mit überschüssiger verdünnter Natronlauge gewaschen, die. wässrige Phase abgetrennt und auf Sulfat untersucht. Der Sulfätgehalt entsprach 0,632' Gew./ Fluorschwefelsäure, bezogen auf die Kohlenwasserstoffmenge. Teil B wurde durch 100 ecm einer mit 500 bis.550 U/min kräftig1,600 g of h-hexane containing fluorosulfuric acid were used divided into two parts A and B, part A then with excess diluted caustic soda washed that. separated aqueous phase and examined for sulfate. The sulphate content corresponded to 0.632% w / Fluorosulfuric acid, based on the amount of hydrocarbons. Part B was vigorous through 100 ecm one at 500 to 550 rpm
30982A/ 1 1 3 730982A / 1 1 3 7
gerührten konzentrierten (97 bis 98 %) Schwefelsäure bei Raumtemperatur mit einer Durchsatzmenge von etwa 8,7 V/V/h, bezogen auf die Säure, in einer Gesamtmenge von 1.000 ecm η-Hexan durchgepumpt. Das nach dieser Wäsche gesammelte η-Hexan wurde dann mit überschüssiger verdünnter Natriumhydroxidlösung gewaschen, die entstehende wässrige Phase wurde abgetrennt und auf Sulfat untersucht. Die gefundene Sulfatmenge entsprach 0,0037 Gew.% Fluorschwefelsäure, bezogen auf die Kohlenwasserstoffmenge. Durch die Behandlung mit Schwefelsäure wurden aus dem Kohlenwasserstoff gemisch also etwa 99,5 % der darin enthaltenen Fluorschwefelsäure entfernt.stirred concentrated (97 to 98 %) sulfuric acid at room temperature with a throughput of about 8.7 V / V / h, based on the acid, in a total amount of 1,000 ecm η-hexane. The η-hexane collected after this wash was then washed with excess dilute sodium hydroxide solution, and the resulting aqueous phase was separated off and examined for sulfate. The amount of sulphate found corresponded to 0.0037 wt.% Fluorine sulfuric acid, based on the amount of hydrocarbon. The treatment with sulfuric acid removed about 99.5% of the fluorosulfuric acid contained in the hydrocarbon mixture.
Ein Einsatz aus Olefinen und frischem Isobutan mit einem Gehalt an n-C.Hß, C^Hg, i-Cj,H10 und n-C^H..» wird bei einer Durchflußmenge von 10.000 Barrel/Tag mit einem Rückflußisobutanstrom mit einem Gehalt an n-C,Hg, 1-C1-H10 und n-Cj.H10 mit einer Durchströmgeschwindigkeit von 28.560 Barrel/Tag zusammengeleitet und vermischt. Der gemischte Strom wird dann bei einer Gesamtdurchflußmenge von 38·560 Barrel/Tag in einen Alkylierungsreaktor geleitet, in dem er mit einer Katalysatormischung aus 80 Mol# Fluorschwefelsäure und 20 Mol# Wasser, bezogen auf den Säuregehalt, vermischt wird. Die Olefindurchsatzmenge, bezogen auf die Säure, wird bei etwa 0,27 V/V/h konstant gehalten. Der selbstkühlende Reaktor wird bei einer Temperatur von etwaA feed of olefins and fresh isobutane with a content of nC.Hß, C ^ Hg, i-Cj, H 10 and nC ^ H .. »is carried out at a flow rate of 10,000 barrels / day with a reflux isobutane stream with a content of nC, Hg, 1-C 1 -H 10 and n-Cj.H 10 are brought together and mixed at a flow rate of 28,560 barrels / day. The mixed stream is then passed at a total flow rate of 38 x 560 barrels / day into an alkylation reactor in which it is mixed with a catalyst mixture of 80 mol # fluorosulfuric acid and 20 mol # water, based on the acid content. The olefin throughput, based on the acid, is kept constant at about 0.27 V / V / h. The self-cooling reactor is at a temperature of about
309824/1137309824/1137
-6,65°C und einem Druck von -1,07 kg/cm betrieben. Die Umsetzungspartner
und die Katalysatormischung werden im Reaktor durch Turbinenmischer innig vermischt. Der volumenprozentuale
Gehalt an Säure in der im Reaktor vorliegenden Emulsion wird
bei etwa 50 % konstant gehalten.-6.65 ° C and a pressure of -1.07 kg / cm. The reaction partners and the catalyst mixture are intimately mixed in the reactor by means of a turbine mixer. The percentage by volume of acid in the emulsion present in the reactor is
held constant at about 50 %.
Das in Mengen von 37.055 Barrel/Tag anfallende etwa 70
Isobutan enthaltende Alkylierungsprodukt wurde in einen Absetztank
überführt, in dem es sich von dem in .Mengen von etwa
37·055 Barrel/Tag vorliegenden Katalysatorsystem in eine Kohlenwasserstoff-
und Säurephase trennt. Die Kohlenwasserstoffphase enthält etwa 600 ppm Fluorschwefelsäure und etwa 200. ppm
Fluorwasserstoff. Von der Säurephase werden etwa 37·Ο45 Barrel/
Tag in den Reaktor zurückgeführt und etwa 10 Barrel/Tag mit
einem Gehalt an Fluorschwefelsäure und Feststoffen gereinigt
und in das Katalysatorregenerationssystem überführt. Die Kohlenwasserstoffphase wird durch eine Mischdüse zusammen mit 100
Barrel/Tag oder weniger frischer konzentrierter Schwefelsäure geleitet, so daß die gesamte Säuredurchflußmenge von frischer
und rückgeführter Säure etwa 1.860 Barrel/Tag beträgt, von denen I.76O Barrel/Tag rückgeführt werden. Durch intensives Vermischen
der Kohlenwasserstoff- und Schwefelsäurephase wird der überwiegende Teil der Fluorschwefelsäure und des Fluorwasserstoffs
in die Schwefelsäurephase überführt.The amount of 37,055 barrels per day is around 70
Isobutane-containing alkylation product was transferred to a settling tank in which it was in .Mengen of about
37 · 055 barrels / day present catalyst system separates into a hydrocarbon and acid phase. The hydrocarbon phase contains about 600 ppm fluorosulfuric acid and about 200 ppm hydrogen fluoride. About 37 · 45 barrels / day of the acid phase are returned to the reactor and about 10 barrels / day with it
cleaned with a content of fluorosulfuric acid and solids
and transferred to the catalyst regeneration system. The hydrocarbon phase is fed through a mixing nozzle together with 100
Barrels / day or less of fresh concentrated sulfuric acid such that the total acid flow rate of fresh and recycled acid is approximately 1,860 barrels / day, of which 1,760 barrels / day are recycled. Intensive mixing of the hydrocarbon and sulfuric acid phase converts the major part of the fluorosulfuric acid and the hydrogen fluoride into the sulfuric acid phase.
3098 2-54/11373098 2-54 / 1137
Die Kohlenwasserstoff- und die Säurephase trennen sich durch Absetzen. Die Schwefelsäurephase mit einem Gehalt an Fluorwasserstoff und Fluorschwefelsäure wird dann mit dem aus dem Absetztank kommenden Säurestrom vereint und zu einem Regenerationsturm für Fluorschwefelsäure geleitet. Die Kohlenwasserstoffphase enthält nach dem Waschen nur noch geringe Mengen Säure, die durch überleiten der Kohlenwasserstoffphase über festes Kaliumoxid und Natriumoxid beseitigt werden. Die entsäuerte Kohlenwasserstoffphase wird anschließend in eine Trennkolonne zur Abtrennung von Isobutan überführt. Die vereinigten Säureströme, nämlich die Säure aus dem Absetztank und die Säurephase aus dem Wäscher werden in den unteren Teil einer Fluorschwefelsäureregenerationsanlage überführt, wo sie mit flüssigem η-Butan bei einer Temperatur von etwa 80 bis 120°C kräftig vermischt werden, da das flüssige η-Butan teilweise verdampft.The hydrocarbon and acid phases separate by settling. The sulfuric acid phase with a content of hydrogen fluoride and fluorosulfuric acid is then combined with the acid stream coming from the settling tank and form a regeneration tower headed for fluorosulfuric acid. After washing, the hydrocarbon phase only contains small amounts Acid produced by passing the hydrocarbon phase over solid potassium oxide and sodium oxide are eliminated. The deacidified hydrocarbon phase is then transferred to a separation column transferred to the separation of isobutane. The combined acid streams, namely the acid from the settling tank and the acid phase from the scrubber are transferred to the lower part of a fluorosulfuric acid regeneration plant transferred, where they vigorously with liquid η-butane at a temperature of about 80 to 120 ° C be mixed because the liquid η-butane partially evaporates.
Im Regenerationsturm wird das η-Butan teilweise zu Isobutan isomerisiert, während die Fluorschwefelsäure mit Wasser unter Bildung von Fluorwasserstoff und Schwefelsäure reagiert. Fluorwasserstoff, Isobutan und Reste der noch nicht zersetzten Schwefelsäure bilden eine Gasphase, die aufwärts durch eine Reihe von Kolonnen in den oberen Teil des Turmes strömt, in dem gasförmiges oder flüssiges Schwefeldioxid eingespeist wird, so daß sich das Schwefeltrioxid mit Fluorwasserstoff unter Bildung von Fluorschwefelsäure umsetzt.In the regeneration tower, the η-butane is partially isomerized to isobutane, while the fluorosulfuric acid is mixed with water Formation of hydrogen fluoride and sulfuric acid reacts. Hydrogen fluoride, isobutane and remnants of the not yet decomposed Sulfuric acid form a gas phase that flows upward through a series of columns into the top of the tower, in which Gaseous or liquid sulfur dioxide is fed in, so that the sulfur trioxide is formed with hydrogen fluoride of fluorosulfuric acid.
309824/1 137309824/1 137
Bei den Im Regenerationstürm ablaufenden Umsetzungen"wird ständig Wärme entwickelt, die entsprechend kontinuierlich aus dem Umsetzungsraum abgeführt werden muß. Die Abführung der Wärme und die Trennung der Fluorsehwefelsäure können gleichzeitig erreicht werden, wenn die gasförmige Phase vom Kopf des Turmes abgezogen und der gemischte Strom bei einer Temperatur vori: etwa 37,8 C und einem Druck von etwa 4,2-Bis '4,9 kg/dm In eine Kondensieranlage eingeleitet wird. Der gemischte g'ekühlte Strom wird dann in eine Trennanlage^ überführt \ aus der Fluorschwefel-· säure mit· einem geringen Gehalt an Wasser am Böden abgezogen und in den AIkyIierungsreaktor zurückgeführt -werden kann* Die- · Kohlenwasserstoffphase enthält üeträehtllche Mengen Isobutan und kann entweder zum Kühlen' des Kopfes "der ■ Stripperkoloiine ■ ■ bei Verwendung als'Rückflüßmittel- oder als Einsatzmäterial für' . den Alkylierungsreaktor eingesetzt werden. Die nach der Abtren^- nung des Isobutan zurückbleibende Kohlenwasserstoffphase enthält die Alkylierungsprödukte· und außerdem-nur etwa :L· bis. .5 ppm Fluorsehwefelsäure. - - ' ,.·■-,·-. · ..,..·In the case of the reactions taking place in the regeneration tower, heat is constantly developed, which must accordingly be continuously removed from the reaction space a temperature vori: about 37.8 C and a pressure of about 4.2-bis' 4.9 kg / dm in a Kondensieranlage is introduced g'ekühlte the mixed stream is then transferred to a separation plant ^ \ from the Fluorschwefel-. · Acid with · a low content of water on the soil can be withdrawn and returned to the alkylation reactor as input material for '. the alkylation reactor can be used. The hydrocarbon phase remaining after the isobutane has been separated off contains the alkylation products and also only about: L to. .5 ppm fluorosulfuric acid. - - ',. · ■ -, · -. · .., .. ·
30 9 8 2Ά7 1 13 7 .- ·30 9 8 2Ά7 1 13 7 .- ·
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