DE960631C - Verfahren zur Herstellung von Polymethylbenzolen durch katalytische Methylierung von Benzol und Toluol - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Polymethylbenzolen durch katalytische Methylierung von Benzol und Toluol

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DE960631C
DE960631C DEU2941A DEU0002941A DE960631C DE 960631 C DE960631 C DE 960631C DE U2941 A DEU2941 A DE U2941A DE U0002941 A DEU0002941 A DE U0002941A DE 960631 C DE960631 C DE 960631C
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benzene
toluene
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xylene
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Dr Fritz Huebenett
Dr Nicolaus Schnack
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Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
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Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/86Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation between a hydrocarbon and a non-hydrocarbon
    • C07C2/862Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation between a hydrocarbon and a non-hydrocarbon the non-hydrocarbon contains only oxygen as hetero-atoms
    • C07C2/864Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation between a hydrocarbon and a non-hydrocarbon the non-hydrocarbon contains only oxygen as hetero-atoms the non-hydrocarbon is an alcohol
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Polymethylbenzolen durch katalytische Methylierung von Benzol und Toluol Es ist bekannt, daß man aromatische Kohlenwasserstoffe mit aliphatischen Alkoholen, gegebenen. falls auch mit deren Äthern in Gegenwart verschie. dener Katalysatoren, wie z. B. Zinkchlorid, Phosphor. säure, mit Säuren aktivierten Silikaten und Aluminiumsilikaten, alkylieren kann. Es ist ferner bekannt, daß für die Methylierung mit Methanol und/ oder Dimethyläther solche Katalysatoren besonders vorteilhaft sind, wie sie in der Literatur für das katalytische Kracken angegeben sind, z. B. Kornbinationen aus Oxyden des Aluminiums und/oder des Magnesiums und Siliciums gegebenenfalls mit Zusätzen anderer Metalloxyde, z. B. Chromoxyd.
  • Dieses Verfahren wurde so ausgeführt, daß die höher methylierten Produkte, also Trialkyle und höhere, in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden, wodurch sich die auf Benzol bzw. Toluol bezogene Ausbeute an Xylolen, insbesondere die an p-Xylol, besonders günstig gestaltet.
  • Es wurde nun gefunden, daß man zur Herstellung von Xylolisomeren aus Benzol bzw. Benzol und Toluol durch Alkylieren mit Methanol und/oder Dimethyläther besonders vorteilhaft arbeiten kann, wenn man die katalytische Umsetzung von Methanol und/oder Dimethyläther mit dem im Kreislauf zu führenden, bei der Reaktion des Benzols entstehen. den Toluol, gegebenenfalls auch unter Zusatz von weiterem Frischtoluol, in einem zweiten Reaktor unter anderen Bedingungen als im ersten Reaktor, in dem die Umsetzung des Benzols erfolgt, vor sich gehen läßt.
  • Die getrennte Umsetzung von Benzol und Toluol -in verschiedenen Reaktoren hat zur Folge, daß durch Einhaltung unterschiedlicher ReakticMlsbedin- gungen für die Umsetzung des Benzols einerseits und des Toluols andererseits die Zusammensetzung der Polymethylbenzole, insbesondere das Verhältnis der Xylolisomeren zueinander, beeinflußt werden kann. Zur Erzielung höherer Umsätze ist es nämlich vorteilhaft, die Reaktion bei höheren Temperaturen vorzunehmen; dies bedingt aber gleichzeitig, wie gefunden wurde eine vermlehrte Produktion von m-Xylol auf Kosten von p- und o-Xylol. Da aber gerade p-Xylol als Vorprodukt der Terephthalsäure und o-Xylol als einer der möglichen Ausgangsstoffe für die Phthalsäure besonders wertvolle Reaktionsprodukte darstellen, bietet die getrennte Umsetzung von Benzol und Toluol die Möglichkeit, durch Einhaltung höherer Temperaturen im Benzol ofen einen hohen Benzolumsatz, durch Anwendung milderer Bedingungen im ToluolDfen aber eine günstigere Verteilung der Xylolisomeren zu erreichen.
  • Setzte man Benzol und Toluol in einem gemeinsamen Reaktor um, dann ist entweder nur ein höherer Umsatz oder eine günstigere Isomerenverteilung der Xylole zu erreichen. Nach dem erflndungsgemäßen Verfahren erhält man dagegen sowohl einen guten Umsatz als auch eine gute Isomerenver teilung.
  • Bei der katalytischen Umsetzung von Benzol odler Benzol unid Toluol mit Methanol und/oder Dimethyläther wird stets auch Äthylbenzol in größerer Menge gebildet. Die Xylolfraktion enthält dabei je nach den angewandten Bedingungen bis zu 2500 Äthylbenzol. Setzt man dagegen Toluol in Abwesenheü von Benzol mit Methanol und/oder Dimethyläther um, dann entstehen nur sehr geringe, meist kaum nachweisbare Mengen von Äthylbenzol. Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der weitaus größere Teil der Xylolfraktion in dem Reaktor entsteht, in dem das Toluol methyliert wird, enthält das bei der gemeinsamen Aufarbeitung der Reaktionsprodukte der beiden Reaktoren anfallende Xylolgemisch nur etwa 5 bis 1 oO/o Äthylbenzol. Die aus einem gegebenen Xylolgemisch nach bekannten Verfahren isolierbare Menge p-Xylol ist. abhängig von dem Verhältnis der Isomeren zueinander und von der Konzentration des p-Xylols im Gemisch.
  • Die Anwesenheit größerer Mengen Äthylbenzol ist danach für die Gewinnung des p-Xylols durch Ausfrieren sehr nachteilig, insbesondere auch deshalb, weil Äthylbenzol durch einfache Manipulationen nicht aus dem Xylolgemisch entfernt werden kann, während z. B. die Entfernung des o-Xylols durch Destillation der Xylole zu einer Anreicherung des p-Xylols und damit zu einer Ausbteuteerhöhung führt. Aus einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhabenen Xylolgemisch mit kleinem Äthylh enzolgehalt ist daher eine größere Ausbeute an p-Xylol zu erreichen als aus einer durch gemeinsame Methylierung von Benzol und Toluol gewonnenen Xylolfraktion.
  • Wie gefunden wurde, steigt die Reaktivität der Aromaten mit der Zahl der Alkylgruppen. Unter gleichen Bedingungen setzt sich also Toluol erheb liah schneller zu alkylierten Produkten um als Benzol. Bei gleicher Xylolproduktion ist daher der Toluolkreislauf bei einem Einofenverfahren wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa gleich groß, der Benzolkreislauf des Einofenver£ahrens kann aber die Menge des im erflndungsgemäßen Verfahren umlaufenden Benzols erheblich überschreiten. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt also zur Aufarbeitung der anfallenden Produkte kleinere Anlagen als ein Einofenverfahlren.
  • Nach der Patentanmeldung U 2318 IV b / I 2 0 werden die bei der katalytischen Umsetzung des Benzols und/oder Toluols mit Methanol und/oder Dimethyläther entstehenden Polymethylbenzole mit mehr als zwei Methylgruppen in den Reaktionskreislauf zurückgeführt. Dadurch fallen die gewünschten Produkte, z. B. Xylole, in besonders hoher Ausbeute an.
  • Es hat sich nun gezeigt, daß es Vorteile haben kann, wenn man die bei der Methylierung des Benzols und Toluols anfallenden, höher als 1500 siedenden Nebenprodukte nicht oder nur teilweise in den Reaktionskreislauf zurückführt. Einmal bedingt eine Fahrweise ohne oder mit nur teilweiser Rückführung von höhersiedenden Reaktionsprodukten eine geringere Koksabscheidung auf den verwendeten Katalysatoren, hat also sowohl einen höheren Gesamtanfall an verwendbaren Produkten als auch die Möglichkeit zur Folge, längere Umsetzungsperioden zwischen der R,egeneration der Kontakte zu verfahren. Zum anderen stellen die bei der Methylierung anfallenden, höhersiedenden Produkte zum Teil selbst gesuchte und hochwertige Produkte dar. Beispielsweise liegen in der Fraktion des Siediebereiches 150 bis 2000 im wesentlichen Trimethyl- neben Tetramethyl- und Methyläthylbenzolen vor, die als Lösungsmittel oder als hochwertiger Zusatz zu Benzinen zur Verbesserung der Oktanzahl Verwendung finden können. Insbesondere für den letztgenannten Verwendungszweck sind sie besonders geeignet, weil diese Fraktion, neblen Benzol und seinen niederen Homologen angewandt, als :Bellzinzusatz eine gleichmäßigere Verteilung der Aromaten über den ganzen Siedehereich der üblichen Benzine bedingt. Alle Polyalkylbenzole sind weiterhin gut als Ausgangsmaterial für die Gewinnung der verschiedenen Benzolpolycarbonsäuren geeignet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht deshalb eine elastische Anpassung der Polaqnethylbenzolproduktion an die Marktiage vor.
  • Man kann beispielsweise -erstens die neben den Xylole entstehenden Polyalkylbenzole isolieren und gegebenenfalls nach Trennung - in verschiedene Fraluionen geeigneten Verwendungszwecken zuführen oder zweitens nur die von 150 bis 2000 und oberhalb 2700 siedenden Fraktionen anderen Verwendungszwecken zuführen, die von 200 bis 270° siedenden Nebenprodukte aber in den Reaktionskreislauf zurückgeben, oder drittens einzelne gewünschte Fraktionen oder Stoffe, wie Durol oder Hexamethylbenzol, aus den Reaktionsprodukten gewinnen und die nicht erwünschten Stoffe in den Reaktionskreislauf zurückführen.
  • In jedem Falle ist es dabei zweckmäßig, die höher als das höchstsiedende Polymethylbenzol (265°) siedenden Reaktionsprodukte nicht zurückzuführen, da diese Stoffe eine stärkere KOksr abscheidung auf dem Kontakt und damit dessen Inaktivierung fördern.
  • Wenn irgendwelche höhersiedenden Reaktionsprodukte zurückgeführt werden, ist es zwecki,ßig, sowohl dem Benzol- wie dem Toluolreaktor dem jeweiligen Umsatz entsprechende Mengen zuzuführen. Dies kann auf Grund einer analytischen Überwachung der Reaktionsprodukte der einzelnen Reaktoren geschehen. Nach einiger Zeit stellt sich dann ein Gleichgewicht ein, bei dem keine Vermehrung -der rückgeführten Produkte mehr eintritt.
  • Die Lage des Gleichgewichtes ist dabei von den angewandten Reaktionsbedingungen, insbesondere der Temperatur, dem Durchsatz und der zugesetzten Methanol- bzw. Dimethyläthermenge abhängig. Bei einer Temperatur von 3800 im Benzolreaktor und 330" im Toluolreaktor liegt das Gleichgewicht unter sonst gleichen Bedingungen z. B. etwa bei einem Eingangsgewichtsverhältnis von Benzol: Fraktion 160 bis 270 = 100: 5 und Toluol: Fraktion I60 bis 2700=100:23.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet katalytisch bei Temperaturen zwischen dem Siedepunkt der Eingangsaromaten und 5500, vorzugsweise bei 300 bis 400c, und bei normalem oder erhöhtem Druck, vorzugsweise zwischen 10 und 50 atü. Als Katalysatoren eignen sich alle der oben angegebenen Art, vorzugsweise die angegebenen Krackkatalysatoren. Man kann besonders vorteilhaft auch so arbeiten, daß man die Dämpfe der Reaktionsteilnehmer nicht über einen fest angeordneten Kontakt leitet, sondern daß man den Kontakt durch den Reaktionsraum hindurchfließen läßt und auf diese Weise für eine ständige Ernteuer;ng des wirksamen Kontaktes im Reaktionsraum sorgt, da die Umsätze bei einer stark reduzierten Berührungsdauer von Kontakt und Reaktionsteilnehmer - am höchsten liegen. In einem besonderben Regenerator kann der Kontakt erneuert werden.
  • Aus der Fig. 1 geht eine der möglichen Ausführungsformen des erflndungsgemäßen Verfahrens hervor. In dem Reaktor A werden durch die Leitung X Methanol und/oder Dimethyläther, durch die Leitung 2 Frischbenzoi und durch die Leitung 3 Kreislaufhenzol eingeführt, analog wird der Reaktor B durch die Leitungen 4 mit Methanol undjoder Dimethyläther und durch Leitung 5 mit Kre¢slauftoluol gespeist, dem gegebeneiifalls Frischtolnol zugesetzt werden kann. Die ofenprodukte von A und B werden durch die Leitung 6 einem Trenngefäß C zugeführt, in dem geringe Gasmengen und Reaktionswasser abgeschieden werden. In der Kolonne D geht nicht umgesatztes Benzol über Kopf und wird dem Reaktor A wieder durch Leitung 3 zugeführt. Aus dein Sumpfprodulu von D wird in der Kolonne Toluol über Kopf destilliert und durch Leitung 5 in den Reaktor zurückgeführt. Das Sumpfprodukt von E wird in der Kolonne in ein Xylolgemisch als Kopfprodukt und ein in der Kolonne G in lteichter- und schwerersiedende Anteile aufzuteilendes Nebenproduktengemisch getrennt. Die über den Kopf von F gehenden Xylole werden dann einer Anlage zur Trennung der gewünschten Xylolisomeren zugeführt, während das Kopfprodukt von G beispielsweise Benzinfraktionien, das Sumpfprodukt eventuell noch zu verarbeitenden Erdölrüchständen zugesetzt werden kann. Durch die Leitungen 7 können etwa nicht absetzbare Nebenprodukte ganz oder teilweise in den Reaktionskreislauf zurückgeführt werden. An Stelle von Reinbenzol kann man auch preisgünstigere, homologenhaltige Benzole einsetzen. Um unter diesen Bedingungen die Bildung von aus dem Homologengemisch im Reaktor A entstehenden, ungünstigeren Xylolgemischen zu verhindern, kann es dann zweckmäßig -sein, das Frischbenzol statt durch die Leitung 2 dem Reaktor A durch die Leitung 8 dem Of!enprodukt zuzusetzen, um das Frischgemisch zunächst in den Kolonnen in seine Komponenten zu trennen.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE.
    I. Verfahren zur Herstellung von Polymethylbenzolen durch katalytische Methylierung von Benzol und Toluol mit Methanol und/oder Dimethyläther, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung des Benzols einerseits und die des bei der Reaktion neu gebildeten Toluols', des gegebenenfalls in den Ausgangsprodukten des Verfahrens enthaltenen Toluols und des gegebenenfalls frisch zugesetzten Toluols andererseits in getrennten Reaktoren durchführt, wobei die Umsetzung des Benzols unter schär feren, die des Toluols unter milderen Bedingungen hinsichtlich Temperatur und/oder Druck und/oder Verweilzeit erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsprodukte der breiden Reaktoren in einer gemeinsamen Anlage aufarbeitet,,
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Verwendung eines homologenhaltigen Benzols als Ausgangsprodulkt dieses nicht in den ersten Reaktor einführt, sondern mit den Reaktionsprodukten der Aufbereitungsanlage zuführt, um es vor der Reaktion destillativ in seine Bestandteile zu zerlegen.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch g-ekennzeichnet, daß ,man den Kontakt kontinuierlich durch den Reaktionsraum fließen läßt und in einem getrennten Raum regeneriert.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die höher als die Xylole siedenden Reaktionsprodukte ganz oder teilweise in den Reaktionskrtislauf zurückführt.
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