DE60105835T2

DE60105835T2 - Isomerizationsverfahren

Info

Publication number: DE60105835T2
Application number: DE60105835T
Authority: DE
Inventors: Marco Willem BOESVELD; Paul Beaconsfield GREENOUGH
Original assignee: BP Oil International Ltd
Current assignee: BP Oil International Ltd
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2021-10-06
Also published as: JP4286536B2; US6855857B2; ATE277147T1; EP1326947A1; CN1238472C; US20030187316A1; JP2004511493A; ES2227273T3; CN1479774A; WO2002031089A1; EP1326947B1; AU2001292117A1; CA2425390A1; DE60105835D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur selektiven Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen, um Triptan, (2,2,3-Trimethylbutan), zu erhalten.
Triptan ist ein hoch verzweigter Kohlenwasserstoff, der aufgrund seiner hohem Octanzahl als ein Treibstoffzusatz für Motor- und Flugzeugbenzin verwendet werden kann. Es wird im allgemeinen durch die Isomerisierung oder Umsetzung von aliphatischen, cycloaliphatischen und/oder Alkyl-aromatischen Kohlenwasserstoffen in Gegenwart eines Isomerisierungskatalysators hergestellt. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens wird in US 3766 286 beschrieben. Dieses Dokument beschreibt die Verwendung von Reaktionstemperaturen von –30 bis 100 °C und Kontaktzeiten von 0,1 bis 10 Stunden. Die bevorzugte Ausführungsform beschreibt beispielsweise die Isomerisierung von n-Heptan bei 25 °C für 5 bis 6 Stunden. Die erhaltenen Triptanausbeuten lagen zwischen 0,4 und 1,4 Gew.-%.
FR-A-2300749 beschreibt die Isomerisierung von aliphatischen und naphtenischen Kohlenwasserstoffen in der Gegenwart eines Katalysators, umfassend (a) eine Lewissäure (zum Beispiel Antimonpentafluorid), (b) eine Perfluoralkansulfonsäure und (c) Fluorwasserstoffsäure.
Wir haben nunmehr herausgefunden, daß durch sorgfältige Auswahl der Reaktionstemperatur und der Kontaktzeit, die Selektivität des Isomerisierungsverfahrens zu Triptan erhöht werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Triptan bereitgestellt, wobei dieses Verfahren:
Isomerisierung eines Kohlenwasserstoffrohsubstrates durch das Kontaktieren des Rohsubstrates mit einem Isomerisierungskatalysator bei einer Reaktionstemperatur von –50 bis 25 °C und einer Kontaktzeit von 0,01 bis 150 Stunden, so daß die Triptanselektivität der Isomerisierungsreaktion bei zumindest 5 % als ein Teil des Kohlenwasserstoffrohsubstrates liegt, umfaßt.
Vorzugsweise beträgt die Reaktionstemperatur –30 bis 15 °C, stärker bevorzugt –25 bis 10 °C, noch stärker bevorzugt –15 bis 5 °C, am stärksten bevorzugt –10 bis 0 °C.
Die Kontaktzeit kann 0,05 bis 50 Stunden betragen, vorzugsweise 0,08 bis 24 Stunden, stärker bevorzugt 0,1 bis 15 Stunden, noch stärker bevorzugt 1 bis 10 Stunden, noch stärker bevorzugt 2 bis 7 Stunden und am stärksten bevorzugt 4 bis 6 Stunden.
Die Triptanselektivität beträgt vorzugsweise zumindest 7 %, stärker bevorzugt zumindest 9 %. Zum Beispiel kann die Triptanselektivität zwischen 9 und 60 % des anfänglichen Kohlenwasserstoffrohsubstrates liegen.
Der verwendete Isomerisierungskatalysator ist vorzugsweise eine Supersäure. Geeignete Supersäuren umfassen die, die eine Lewissäure der Formel MX_n umfassen, worin M ein Element ist, ausgewählt aus der Übergangsmetallreihe, Gruppe 13, 14, 15 oder 16 des Periodensystems, X ein Halogen oder ein Anion ist, das aus Fluorschwefelsäure, Trifluormethansulfonsäure oder Trifluoressigsäure stammt, n eine ganze Zahl von 3 bis 6 ist. Brönstedsäuren, die aus HX ausgewählt sind, worin X dieselbe Bedeutung hat, wie oben erörtert, und Gemische hiervon können ebenso angewendet werden.
Bevorzugt wird M aus den Gruppen 13 und 15 des Periodensystems ausgewählt. Stärker bevorzugt ist M Sb, X kann F, Cl, Br oder I sein und ist vorzugsweise F oder Cl. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird M in seinem höchsten Wertigkeitszustand mit dem ausgewählten Halogen angewendet. Beispielsweise ist in einer am stärksten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Lewissäure SbF₅.
M kann alternativ aus der Übergangsmetallreihe ausgewählt werden. Wo M ein Übergangsmetall ist, so ist es vorzugsweise ein Metall aus der Gruppe IV oder V der Übergangsmetallreihe. Bevorzugte Übergangsmetalle umfassen, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta. Stärker bevorzugt wird M aus Ti, Nb und Ta ausgewählt und am stärksten bevorzugt ist M Ta.
Die Brönstedsäure ist Fluorschwefelsäure.
Der Isomerisierungskatalysator ist HSO₃F-SbF₅.
Das Molverhältnis von Brönstedsäure zu Lewissäure kann im Bereich von etwa 20 : 1 bis 1 : 5 liegen. Vorzugsweise wird ein Molverhältnis von 5 : 1 bis 1 : 1 verwendet. Die Menge des angewendeten Katalysators kann im Hinblick auf die Gemsamtmenge an verwendetem Kohlenwasserstoff im Bereich von etwa 0,01 bis 100 Gew.-teilen Katalysator pro Gew.-teil Kohlenwasserstoff liegen. Vorzugsweise beträgt die Menge an verwendetem Katalysator 1 bis 10 Gew: teile Katalysator pro Gew.-teil Kohlenwasserstoff.
Der Katalysator kann als die reine Flüssigkeit, als eine verdünnte Lösung oder adsorbiert auf einem festen Träger verwendet werden. Bezüglich des verdünnten Katalysators kann jedes Verdünnungsmittel verwendet werden, daß unter den Reaktionsbedingungen inert ist. Um optimale Ergebnisse zu erhalten, können die Verdünnungsmittel vorbehandelt werden, um Katalysatorgiftstoffe wie Wasser, ungesättigte Verbindungen und dergleichen, zu entfernen. Typische Verdünnungsmittel umfassen Schwefelchloridfluorid, Schwefelfluorid, fluorierte Kohlenwasserstoffe und Gemische hiervon. Protische Säuren, die selbst Fluorschwefelsäure, Schwefelsäure, Trifluormethansulfonsäure und dergleichen umfassen, können als Verdünnungsmittel verwendet werden. Das Verdünnungsmittel Katalysatorvolumenverhältnis kann im Bereich von etwa 50 : 1 bis 1 : 1 liegen, und vorzugsweise im Bereich von 10 : 1 bis 2 : 1.
Der Katalysator kann alternativ mit einem geeigneten Träger oder Trägermaterial versehen werden. Es kann jedes Katalysatorträgermaterial verwendet werden, daß unter den Reaktionsbedingungen gegenüber dem Katalysator im wesentlichen inert ist. Das Trägermaterial kann beispielsweise durch Erwärmen, chemische Behandlung oder Beschichtung vorbehandelt werden, um im wesentlichen jegliches Wasser und/oder Hydroxylstellen, die vorhanden sein können, zu entfernen. Aktive Trägermaterialien können durch deren Beschichten mit einem inerten Material wie Antimontrifluorid oder Aluminiumtrifluorid inert gemacht werden. Geeignete feste Trägermaterialien umfassen Kohlenstoff (z. B. Graphit), Fluorid-behandelte oder beschichtete Harze wie sulfonierte Kationenaustauschharze, Fluoridbehandelte saure Chalzide wie Aluminiumoxid und Aluminosilikate und Säure-beständige Molekularsiebe wie Zeolit, zum Beispiel Faujasit. Die getragenen Katalysatoren können auf jede geeignete Weise hergestellt werden, wie beispielsweise durch herkömmliche Verfahren, umfassend Trockenmischen, Co-Ausfällung oder Imprägnierung. In einer Ausführungsform wird der getragene Katalysator durch die Imprägnierung eines geeigneten deaktivierten Trägers mit einem Metallfluorid wie Antimonpentafluorid und dann mit einer Bröndstedsäure wie Fluorschwefelsäure, hergestellt.
Wird ein getragener Katalysator verwendet, kann das Gewichtsverhältnis der Lewissäure zu dem Trägermaterial im Bereich von 1 : 100 bis 1 : 10 und vorzugsweise zwischen 1 : 50 bis 1 : 35 liegen. Das Gewichtsverhältnis der Brönstedsäure zu dem Trägermaterial kann im Bereich von 1 : 100 bis 1 : 10 und vorzugsweise zwischen 1 : 50 und 1 : 35 liegen.
Das Kohlenwasserstoffrohsubstrat, das im betreffenden Verfahren verwendet werden kann, umfaßt Paraffine, Alkyl-substituierte aromatische Kohlenwasserstoffe und Gemische hiervon. Wie hierin definiert, umfassen die Paraffine aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, die bei Raumtemperatur im wesentlichen in der flüssigen Phase vorliegen. Die aliphatischen Kohlenwasserstoffe (gerad- und verzweigtkettige Materialien) können 4 bis 20 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, vorzugsweise 4 bis 8 Kohlenstoffatome und können durch n-Butan, n-Pentan, Methylpentan, Methylhexan und dergleichen beispielhaft dargestellt werden. Die cycloaliphatischen Kohlenwasserstof fe (Naphtene) können 6 bis 20 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, vorzugsweise 6 bis 12 Kohlenstoffatome, und können durch Methylcyclopentan, die Dimethylcyclopentane, Ethylcyclohexan, n-Pentylcylohexan und dergleichen beispielhaft dargestellt werden. In Abhängigkeit der Reaktionsbedingungen, kann die Zusammenstellung des Rings, das heißt, Ringausdehnung oder -kontraktion mit der Seitenkettenisomerisierung konkurrieren. Die Alkyl-substituierten aromatischen Kohlenwasserstoffe können 7 bis 20 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, vorzugsweise 7 bis 12 Kohlenstoffatome, und können im Prinzip alle isomerisierbaren Alkyl-aromatischen oder Polyalkyl-aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie die Xylene, n-Butylbenzene und dergleichen umfassen. Sowohl die positionelle Isomerisierung der Alkylgruppen, die an dem Ring substituiert sind, als auch die Seitenkettenisomerisierung können in Abhängigkeit der Reaktionsbedingungen auftreten. Andere aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffe, die üblicherweise in herkömmlichen Erdölkohlenstoff-Leichtbenzin-Strömen zu finden sind, können ebenso vorhanden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, umfaßt das Kohlenwasserstoffrohsubstrat ein C₁-C₅-Alkan, zum Beispiel ein C₇-Alkan. Zum Beispiel können C₇-Benzinströme verwendet werden. Beispiele geeigneter C₇-Alkane, umfassen n-Heptan, 2-Methylhexan, 3-Methylhexan, Ethylpentan, 2,3-Dimethylpentan, 3,3-Dimethylpentan, 2,2-Dimethylpentan und 2,4-Dimethylpentan. Das Kohlenwasserstoffrohsubstrat kann im wesentlichen aus einem dieser C₇-Alkane bestehen, oder kann ein Gemisch aus zwei oder mehr von ihnen umfassen. Geeignete Alkangemische umfassen Gemische aus 3-Methylhexan und 2,3-Dimethylpentan und Gemische aus Heptan und 2,4-Dimethylpentan. Die C₇-Alkane können in Kombination mit anderen Kohlenwasserstoffspezies wie Naphthenen (z. B. 0 bis 40 %, vorzugsweise 30 bis 36 %) und aromatischen Stoffen wie Toluen (z. B. 0 bis 10 %, vorzugsweise 2 bis 5 %) vorliegen. Ein Beispiel solch einer Kombination umfaßt 25 bis 40 %, vorzugsweise 32 bis 38 % n-Heptan; 10 bis 28 %, vorzugsweise 15 bis 23 % mono-verzweigtes Heptan; 5 bis 15 %, vorzugsweise 7 bis 11 % diverzweigtes Heptan; 20 bis 40 %, vorzugsweise 32 bis 38 % Naphthene und 0 bis 5 %, zum Beispiel 2 bis 3 % aromatische Stoffe. Vorzugsweise ist der Gehalt an aromatischen Stoffen der Einspeisungen jedoch gering, zum Beispiel kleiner als 1 %. Die C₇-Alkane können in der Einspeisung ebenso zusammen mit anderen Alkanen, wie C₅, C₆ und C₈-Alkanen vorliegen. Ein Beispiel eines solchen Gemisches ist ein Alkylat-C₇-Strom, umfassend 2 bis 6, vorzugsweise 4 % i-C₅; 3 bis 7, vorzugsweise 5 % C₆; 50 bis 70, vorzugsweise 60 bis 62 % 2,3-Dimethylpentan; 20 bis 30, vorzugsweise 22 bis 26 % 2,4-Dimethylpentan und 2 bis 8, vorzugsweise 4 bis 6 % C₈.
Das Kohlenwasserstoffrohsubstrat kann verschiedene Spaltungsinhibitoren oder -moderatoren wie Wasserstoff und/oder iso-Butan enthalten. Die Inhibitoren agieren so, daß sie die übermäßigen Spaltungsreaktionen, die während der Isomerisierung auftreten können, unterdrücken. Wird Wasserstoff oder iso-Butan verwendet, wird es in Mengen, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 mol-%, basierend auf der Kohlenwasserstoffeinspeisung, verwendet.
Das Verfahren kann als Batch- oder kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. Im allgemeinen können die verschiedenen Mittel, die normalerweise bei Extraktionsverfahren verwendet werden, um die Kontaktfläche zwischen der Kohlenwasserstoffphase und der Katalysatorphase zu erhöhen, verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung können die Kohlenwasserstoffphase und die Katalysatorphase im wesentlichen in der flüssigen Phase kontaktiert werden. Der angewandte Apparat kann ein herkömmlicher sein. Beispielsweise kann der Apparat einen Einzelreaktor wie einen Fließbettreaktor oder Mehrfachreaktoren, die beispielsweise mit effizienten Rührvorrichtungen ausgestattet sind, wie mechanischen Rührern, Ultraschallrührern, Düsen mit begrenztem inneren Durchmesser und Turbomischern, umfassen. Die Kohlenwasserstoffphase und die Katalysatorphase können durch einen oder mehrere konkurrierende Reaktoren, im Kreuz- oder Gegenstrom, laufen. Nicht umgesetzte Reaktanten, Katalysatoren, Inhibitoren und schwerere Produkte aus der Reaktion können aus dem gewünschten isomeren Produkt und von einander durch Destillation getrennt und zusammen oder getrennt in die Isomerisierungsreaktion rückgeführt werden. Das resultierende Produkt kann weiter verarbeitet werden, wie zum Beispiel durch Alkylierung und dergleichen oder kann direkt als ein Benzinverschnittmittel mit hoher Octanzahl verwendet werden.
Das Triptanprodukt kann aus dem Produktgemisch unter Verwendung jeglicher geeigneter Technik rückgewonnen werden. Beispiele umfassen Destillation, Extraktionsdestillation und selektive Kristallisation. Membranen können ebenso angewendet werden.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein kontinuierliches Verfahren für die Herstellung von Triptan bereitgestellt, wobei das Verfahren:

Die Einspeisung eines Kohlenwasserstoffrohsubstrates in einen Reaktor,
das Kontaktieren des Rohsubstrates mit einem Isomerisierungskatalysator unter Reaktionsbedingungen, die zur Herstellung eines Produktgemisches, umfassend Triptan, effektiv sind, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Produktgemisch zumindest zwei flüssige Phasen umfaßt, wobei eine flüssige Phase dichter ist als die andere.

Die beiden flüssigen Phasen können durch einfache Trennungstechniken, wie Dekantierung, getrennt werden. Dieser Trennungsschritt kann kontinuierlich oder in periodischen Intervallen durchgeführt werden.
Die dichtere der beiden flüssigen Phasen ist normalerweise eine polare oder eine ionische Phase, umfassend den Isomerisierungskatalysator, und gegebenenfalls irgendein Katalysatorverdünndungsmittel und/oder einen Katalysatorträger, der bei der Reaktion verwendet wird. Die dichtere flüssige Phase kann in dem Reaktor verbleiben. Alternativ kann die dichtere flüssige Phase aus dem Reaktor rückgewonnen und recycelt werden, vorzugsweise sobald zumindest etwas von dem Katalysatorverdünnungsmittel aus der rückgewonnen Phase entfernt worden ist. Der Katalysator kann ebenso vor dem Recyceln regeneriert werden. Es sollte angemerkt werden, daß die dichtere der beiden flüssigen Phasen als eine Emulsion vorliegen kann.
Die weniger dichte der beiden flüssigen Phasen ist normalerweise eine wenig oder nicht polare Phase, umfassend das Triptanprodukt. Gegebenenfalls können ebenso andere ölige Produkte wie Nebenprodukte aus der Reaktion in der zweiten Phase vorliegen. Beispiele möglicher Nebenprodukte umfassen aliphatische Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel die, die 3 bis 10 Kohlenstoffatome umfassen. Andere Nebenprodukte umfassen aromatische und polymere Arten (C₁₂ und darüber). Solche Arten können fluoriert und/oder sulfoniert sein. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die weniger dichte Phase von der dichteren Phase getrennt und aus dem Reaktor rückgewonnen.
Zusätzlich zu den beiden flüssigen Phasen kann das Produktgemisch ebenso eine Dampfphase umfassen. Die Dampfphase kann Triptan, andere leicht aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel C₁ bis C₉), Wasserstoff und iso-Butan umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest etwas von der Dampfphase aus dem Reaktor abgezogen. Die Dampfphase kann durch Kondensation und Destillation gereinigt werden, um einen Triptan-enthaltenden Strom zu erzeugen.
Jegliches Triptan, das aus der Dampfphase rückgewonnen wird, kann bei der Herstellung von Motor- oder Flugzeugbenzin, insbesondere bleifreiem Motor- oder bleifreiem Flugzeugbenzin, verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der kondensierte Dampf beispielsweise durch Destillation weiter gereinigt, um seine Triptankonzentration zu erhöhen. Der Rest des kondensierten Dampfes kann zu dem Reaktor rückgeführt werden. Dann kann zumindest ein Motor- oder Flugzeugtbenzinzusatzstoff zu dem Triptan-erhöhten Produkt zugegeben werden. Das resultierende Gemisch kann als ein Motor- oder Flugzeugbenzin oder als ein Zusatzstoff hiervon, insbesondere als ein bleifreies Motor- oder Flugzeugbenzin, verwendet werden.
Die Inhalte des Reaktors können vermischt werden. Dieser Mischschritt kann unter Verwendung jeglicher geeigneter Technik, beispielsweise unter Verwendung eines mechanischen Rührers, eines Ultraschallrührers und/oder durch Einführen eines Gases oder einer Flüssigkeit in den Reaktor, durchgeführt werden. Es kann jeder geeignete mechanische Rührer verwendet werden. Gase, die durch den Reaktor geblasen werden können, um seine Inhalte zu bewegen, umfassen Stickstoff, Argon, Wasserstoff und leichte Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel Methan, Isobutan). Außerdem oder alternativ kann das Mischen einfach als ein Ergebnis dessen erhalten werden, daß die Reaktanten und/oder der Katalysator in den Reaktor eingebracht werden.
Obgleich das Mischen zur Erleichterung der Reaktion wichtig ist, kann es ebenso die Trennung der beiden flüssigen Phasen inhibieren. Dieses Problem kann durch die Verringerung der Rührgeschwindigkeit ausgeräumt werden. Vorzugsweise wird jedoch zumindest ein Teil des Produktgemisches zumindest teilweise vor der gesamten Kraft des Rührens abgeschirmt, so daß es sich in zumindest zwei flüssige Phasen trennen kann.
Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Triptan bereitgestellt, wobei das Verfahren:

die Bereitstellung eines Reaktors mit einer Reaktionszone und einer Abtrennungszone,
die Einspeisung eines Kohlenwasserstoffrohsubstrates in den Reaktor,
das Kontaktieren des Rohsubstrates mit einem Isomerisierungskatalysator, unter Reaktionsbedingungen, die zur Herstellung eines Produktgemisches, umfassend Triptan, effektiv sind, umfaßt,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, das sich zumindest ein Teil des Produktgemisches in der Abtrennungszone befindet, so daß es sich in zumindest zwei flüssige Phasen trennen kann.

Die Reaktionszone und die Trennungszone stehen bevorzugt in Flüssigkeitskommunikation miteinander. Die Reaktionszone und die Trennungszone können in einem einzelnen Apparatteil, beispielsweise unter Verwendung eines Reaktors mit einer Reaktionszone und einer Trennungszone, bereitgestellt werden. Ein Vorteil dieser Anordnung ist der, das sie die Leitungs-Arbeitserfordernisse auf einem Minimum hält, was die Materialkosten des ganzen Reaktors senkt. Es sollte angemerkt werden, daß es jedoch möglich ist, die Reaktionszone und die Trennungszone unter Verwendung separater Apparatteile, beispielsweise durch Verknüpfen eines Reaktors mit einem Trennungstank, bereitzustellen. Es können viele Reaktionszonen und/oder Trennungszonen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Reaktor mit einer Reaktionszone und einer Trennungszone an einen separaten Trennungstank gekoppelt werden.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird ein Reaktor mit zumindest einer Reaktionszone und zumindest einer Trennungszone verwendet. Beispielsweise können die Reaktions- und Trennungszonen unter Verwendung einer oder mehrerer Gitter und/oder perforierter Platten getrennt werden. Im Gebrauch kann das Produktgemisch frei zwischen den Reaktions- und Trennungszonen durch die Öffnungen oder Perforationen in dem Gitter und/oder der Platte fließen. Werden die Inhalte des Reaktors auf einer Seite der Platte/des Giftes gemischt, werden die Reaktorinhalte auf der gegenüberliegenden Seite der Platte/des Giftes zumindest teilweise von der vollen Kraft des Mischens abgeschirmt. Daher befinden sich die Reaktorinhalte auf der gegenüberliegenden Seite des Giftes in der Trennungszone und können in zumindest zwei Phasen getrennt werden. Der Rührer kann in Kombination mit einer oder mehreren Prallplatten verwendet werden, die in dem Reaktor angebracht sein können, um den Mischeffekt in der Reaktionszone zu erhöhen.
Das Gitter oder die perforierte Platte können in dem Reaktor eingebracht sein und auf 0 bis 60°, vorzugsweise 0 bis 45°, stärker bevorzugt 0 bis 30° und am stärksten bevorzugt 0 bis 15° horizontal eingestellt sein. In einer Ausführungsform ist das Gitter oder die Platte im wesentlichen horizontal ausgerichtet. Die Reaktorinhalte unter dem Gitter oder der Platte werden bewegt, was es ermöglicht, daß sich über dem Gitter oder der Platte die Trennungszone bilden kann. Die Ecke(n) des Gitters oder der Platte grenzen vorzugsweise an die inneren Wände des Reaktors. Die Ecke(n) können räumlich beabstandet sein oder sich in physikalischer Anordnung mit den inneren Wänden des Reaktors befinden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform können die Inhalte des Reaktors relativ frei durch die Öffnungen oder die Perforationen des Gitters und/oder der Platte fließen. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Fluß des Produktgemisches von der Reaktionszone zu der Trennungszone durch einen mechanischen Schnellrührer oder durch den Gaslifteffekt irgendwelcher Blasen in dem Reaktor vorangetrieben werden. Der Fluß durch die Trennungszone auf diese Art kann beispielsweise durch Anbringen einer Sperre oder eines Überlaufes zwischen der Reaktionszone und der Trennungszone und Kontrolle der Antriebskraft hierdurch durch Kontrolle der Flüssig/Dampf- oder Flüssig/Flüssig-Grenzflächenniveaus auf beiden Seiten, kontrolliert werden. Daher kann das Produktgemisch aus der Reaktionszone zu der Trennungszone entweder kontinuierlich oder in periodischen Intervallen fließen.
Das Kohlenwasserstoffrohsubstrat kann kontinuierlich oder in periodischen Intervallen eingebracht werden. Vorzugsweise wird das Rohsubstrat kontinuierlich in den Reaktor eingebracht. Das Rohsubstrat kann bei einer Geschwindigkeit von mehr als 25 g Kohlenwasserstoff pro kg Katalysator pro Stunde, zum Beispiel 50 bis 2.500 g Kohlenwasserstoff pro kg Katalysator pro Stunde in den Reaktor eingebracht werden.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine schematische Darstellung eines Apparates ist, der zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung geeignet ist, und
2 eine schematische Darstellung eines alternativen Apparates ist, der zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung geeignet ist.
Bezogen auf 1 umfaßt der Apparat einen Reaktor 10, der durch ein Gitter 16 in eine Reaktionszone 12 und eine Trennungszone 14 geteilt wird. Der Reaktor ist mit einem Paar an Prallplatten 18, 20 und mit einem mechanischen Rührer 22 ausgestattet. Der Rührer 22 erstreckt sich in die Reaktionszone 12.
Im Betrieb wird die Reaktionszone 12 mit 30 mol-% SbF₅ in FSO₃H mittels Leitung „A" gefüllt. Ein Reaktantenstrom, der Benzin umfaßt, wird ebenso kontinuierlich in die Reaktionszone 12 mittels Leitung „B" eingebracht und die Inhalte der Reaktionszone 12 werden durch den mechanischen Rührer 22 gerührt. Die Reaktionszone 12 wird bei –30 bis 10 °C und bei einem Druck von weniger als 50 bar gehalten. Unter diesen Reaktionsbedingungen wird das Benzin isomerisiert, um ein Produktgemisch, das Triptan umfaßt, zu erzeugen.
Die Inhalte des Reaktors 10 können frei zwischen der Reaktionszone 12 und der Trennungszone 14 durch die Öffnungen (nicht gezeigt) des Gitters 16 fließen. Das Gitter 16 schirmt jedoch das Produktgemisch in der Trennungszone zumindest teilweise von der vollen Kraft des Mischens, hervorgerufen durch den Rührer 22, ab. Daher kann sich das Produktgemisch in der Trennungszone 14 absetzen und sich in eine weniger dichte Phase und eine dichte Phase trennen. Die weniger dichte Phase enthält das Triptanprodukt und wird kontinuierlich aus der Trennungszone mittels Leitung „C" rückgewonnen. Die dichtere Phase kann aufgrund der Bewegungskräfte in der Reaktionszone 12 als eine Emulsion vorliegen.
2 veranschaulicht einen alternativen Apparat für die Durchführung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Apparat umfaßt einen Reaktor 110, der durch eine Trennvorrichtung 116 in eine Reaktionszone 112 und eine Trennungszone 114 geteilt wird. Die Trennvorrichtung 116 umfaßt einen Einlaß 118 und einen Auslaß 120. Der Reaktor 110 ist ebenso mit einem mechanischen Rührer 122 ausgestattet, der sich in die Reaktionszone 112 erstreckt.
Im Betrieb wird die Reaktionszone 112 mit 30 mol % SbF₅ in FSO₃H mittels Leitung „A" gefüllt. Ein Reaktantenstrom, der Benzin umfaßt, wird ebenso kontinuierlich in die Reaktionszone 112 mittels Leitung „B" eingebracht und die Inhalte der Reaktionszone 112 werden durch den mechanischen Rühren 122 gerührt. Die Reaktionszone 112 wird bei –30 bis 10 °C und bei einem Druck von weniger als 50 bar gehalten. Unter diesen Reaktionsbedingungen wird das Benzin isomerisiert, um ein Produktgemisch, das Triptan umfaßt, zu erzeugen.
Das Reaktionsgemisch aus der Reaktionszone 112 liegt aufgrund der Bewegungskräfte, die durch den Rühren 122 hervorgerufen werden, als eine Emulsion vor. Das Reaktionsgemisch aus der Reaktionszone 112 kann jedoch frei aus der Reaktionszone 112 in die Trennungszone 114 mittels des Auslasses 120 der Trennvorrichtung 116 fließen. In der Trennungszone wird das Reaktionsgemisch von der vollen Kraft des Mischens, hervorgerufen durch den Rühren 122, abgeschirmt. Daher kann sich das Reaktionsgemisch absetzen und in drei Phasen trennen: eine weniger dichte Phase 124, eine mittlere Phase 126 und eine dichte Phase 128. Die weniger dichte Phase 124 enthält das Triptanprodukt und wird kontinuierlich aus der Trennungszone mittels Leitung „C" rückgewonnen. Die dichte Phase 128 umfaßt den Säurekatalysator (30 mol-% SbF₅ in FSO₃H). Etwas von dieser Phase 128 kann in die Reaktionszone 112 mittels des Einlasses 118 zurückfließen.
Beispiele
Ein Kohlenwasserstoff (100 ml) wurde mit einem dichten Katalysator, der aus 30 mol-% SbF₅ in FSO₃H besteht, in einem Batch-Autoklaven bei einer Temperatur von –30 bis 10 °C gründlich gemischt. Um gutes Mischen sicher zu stellen, wurde eine Prallplatte verwendet und das Reaktionsgemisch wurde bei 2.000 U/min gerührt. Proben wurden aus dem Reaktionsgemisch bei zeitlich festgelegten Intervallen entnommen und durch Gaschromatographie analysiert. Die Ergebnisse werden nachstehend in der Tabelle 1 gezeigt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Triptan, wobei das Verfahren: die Isomerisierung eines Benzinstromes, der eine Hauptmenge an C₅-C₈-Kohlenwasserstoffen umfaßt und der ein C₇-Benzinstrom ist, der zumindest eines von n-Heptan, 2-Methylhexan, 3-Methylhexan, Ethylpentan, 2,3-Dimethylpentan, 3,3-Dimethylpentan, 2,2-Dimethylpentan und 2,4-Dimethylpentan umfaßt, durch das Kontaktieren des Rohsubstrates mit einem Isomerisierungskatalysator, der eine Supersäure ist, umfassend HSO₃F-SbF₅, bei einer Reaktionstemperatur von –50 bis 25 °C und einer Kontaktzeit von 0,01 bis 150 Stunden umfaßt, so daß die Triptanselektivität der Isomerisierungsreaktion zumindest 5 % als ein Teil des Kohlenwasserstoffrohsubstrates beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktionstemperatur –30 bis 15 °C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktzeit 0,08 bis 24 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Triptanselektivität zwischen 9 und 60 % des anfänglichen Kohlenwasserstoffrohsubstrates liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Katalysator als eine Lösung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Katalysator in einem Verdünnungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sulfurylchloridfluorid, Sulfurylfluorid, florierten Kohlenwasserstoffen, Fluorschwefelsäure, Schwefelsäure, Trifluormethansulfonsäure und Gemischen hiervon, gelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Katalysator getragen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das in Batch-Art oder kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Triptan ist, wobei das Verfahren ferner: die Einspeisung eines Kohlenwasserstoffrohsubstrates in einen Reaktor, die Kontaktierung des Rohsubstrates mit einem Isomerisierungskatalysator unter Reaktionsbedingungen, die für die Herstellung eines Produktgemisches, umfassend Triptan, effektiv ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktgemisch zumindest zwei flüssige Phasen umfaßt, wobei eine flüssige Phase dichter ist als die andere.
Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine der beiden flüssigen Phasen von der anderen durch Dekantierung getrennt wird.
Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die dichtere der beiden flüssigen Phasen entweder in dem Reaktor verbleibt oder aus dem Reaktor rückgewonnen, gereinigt und recycelt wird.
Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die weniger dichte der beiden flüssigen Phasen von der dichteren Phase abgetrennt wird, aus dem Reaktor rückgewonnen wird und gegebenenfalls gereinigt wird, um ihre Triptankonzentration zu erhöhen.
Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Produkt zusätzlich zu den beiden flüssigen Phasen ebenso eine Dampfphase umfaßt.
Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Dampfphase kondensiert und gegebenenfalls gereinigt wird, um einen Triptan-enthaltenden Strom zu erzeugen.
Kontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, umfassend: Bereitstellen eines Reaktors mit einer Reaktionszone und einer Abtrennungszone, Einspeisung eines Kohlenwasserstoffrohsubstrates in einen Reaktor, Kontaktieren des Rohsubstrates mit einem Isomerisierungskatalysator unter Reaktionsbedingungen, die zur Herstellung eines Produktgemisches, umfassend Triptan, effektiv sind, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß sich zumindest ein Teil des Produktgemisches in der Abtrennungszone befindet, so daß es in mindestens zwei flüssige Phasen getrennt werden kann.
Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Reaktionszone und die Abtrennungszone miteinander in Flüssigkeitskommunikation stehen.
Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Reaktionszone und die Abtrennungszone unter Verwendung einer oder mehrerer Gitter und/oder perforierter Platten getrennt werden.
Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Reaktorinhalte auf einer Seite des Gitters oder der Platte bewegt werden, was es ermöglicht, das sich auf der gegenüberliegenden Seite des Gitters oder der Platte die Abtrennungszone bildet.