FI79695B - Foerfarande foer kontinuerlig framstaellning av alkoholer. - Google Patents

Description

1 79695

Menetelmä alkoholien valmistamiseksi jatkuvatoimisesti

Keksintö koskee menetelmää 1-5 hiiliatomia sisältävien alkoholien valmistamiseksi jatkuvatoimisesti pilk-5 komalla eettereitä, joiden kaava on R - 0 - R, , jossa R ja Rj tarkoittavat 1-5 hiiliatomia sisältävää al-10 kyyliryhmää, sekä tällaisten eetterien seoksia happaman katalyytin läsnäollessa ja kohotetussa lämpötilassa ja kohotetussa paineessa.

Tavallisesti eettereitä pilkotaan puhtaiden olefii-nien saamiseksi. Tätä pilkkomista käsittelevissä lukuisis-15 sa julkaisuissa toimitaan tavallisesti siten, että ensin valmistetaan eettereitä olefiinipitoisista alkoholiseok-sista ioninvaihtimien läsnäollessa ja sitten pilkotaan eetterit happaman katalyytin läsnäollessa puhtaaksi ole-fiiniksi ja alkoholiksi. DE-hakemusjulkaisun 28 02 199, 20 EP 3 305, mukaan saadaan tällä tavoin esim. C4-hiilivety-virroista C3, C4-alkoholien avulla ja kulloisenkin tert-butyylieetterin kautta puhdasta isobuteenia.

Syntetisoitaessa alkoholeja hydratoimalla olefiine-ja happamasti syntyy ei-toivottuna sivutuotteena vastaava 25 eetteri. Eetterin muodostuminen voidaan tunnetusti estää palauttamalla alkoholeista tislaamalla erotetut eetterit takaisin prosessiin. Niinpä jo US-patenttijulkaisussa 2 050 445, jossa valmistetaan etanolia käyttäen katalyyttinä vesipitoista fosforihappoa, mainitaan (sivu 3, vasen 30 palsta, rivit 44-54), että palauttamalla dietyylieetteri kierrätyskaasun mukana voidaan estää eetterin lisämuodos-tuminen. CA-patenttijulkaisussa 867 797 kuvataan di-iso-propyyli eetteri n palauttaminen kierrätyskaasuun, joka syntyy syntetisoitaessa isopropyylialkoholia propyleenistä. 35 On myös kauan ollut tunnettua, että etanoli- ja isopropyy- 2 79695 lialkoholisynteesin saantoa voidaan parantaa palauttamalla muodostunut määrä vastaavaa eetteriä kierrätyskaasuun.

Myös DE-hakemusjulkaisussa 27 59 237 kuvataan muodostuneiden sivutuotteiden palauttamista reaktoriin ennen 5 lähtötuotteen lisäämistä.

Eetterin muodostumisen täydelliseen estämiseen, joka tapahtuu palauttamalla eetteri reaktorin syöttövirtaan, liittyy huomattavia haittoja. Niinpä on omilla kokeilla, jotka liittyvät esim. IPA-synteesiin, todettu, 10 että tällä toimenpiteellä pienenee tilavuus-aikasaanto 30-50 %:lla käytetyn propyleenin konsentraatiosta riippuen. Kun kierrätyskaasumäärät ovat suuria, ts. kun kaasun reagoiminen työvuoroa kohti on vähäinen, on lisäksi palautettava huomattavia määriä eetteriä kierrätykseen. Syöttövir-15 rassa olevan runsaan eetterimäärän höyrystäminen merkitsee energiankulutuksen kasvua.

Eetteri voidaan vaihtoehtoisesti pilkkoa erikseen johtamalla se höyrytilassa alumiinioksidin yli, ks. Hou-benWeyl, Methoden der Organischen Chemie VI/3 (1965), 143. 20 Mutta di-isopropyylieetterin reaktiossa saadaan pääasiassa propeenia ja vain pieni määrä alkoholia.

Keksinnön tehtävänä on tarjota menetelmä, joka mahdollistaa eetterin muuttumisen suoraan ja kvantitatiivisesti vastaaviksi alkoholeiksi.

25 Keksintö koskee menetelmää 1-5 hiiliatomia sisältä vien alkoholien valmistamiseksi jatkuvatoimisesti pilkkomalla eettereitä, joilla on yleinen kaava R - ° - Rx 30 jossa R ja Rx tarkoittavat 1-5 hiiliatomia sisältävää al-kyyliryhmää, ja niiden seoksia happaman hydratointikata-lyytin, kuten sulfonihappotyyppisen happaman orgaanisen ioninvaihtajan, läsnäollessa veden ylimäärällä lämpötilas-35 sa 100-180°C ja paineessa 10-100 bar ja palauttaen reagoi- li 3 79695 maton eetteri. Menetelmälle on tunnusomaista, että menetelmä suroitetaan nestefaasissa vesi:eetteri-moolisuhteen ollessa yli 10:1, syöttövirrasta laskettuna, reaktorista poistetaan eetteri/alkoholi-faasi ja vesi/alkoholi-faasi, 5 eetterifaasi palautetaan kiertoon ja vesipitoisesta faa sista otetaan alkoholi talteen sinänsä tunnetulla tavalla.

US-patenttijulkaisusta 2 519 061 on tunnettua, että eettereitä voidaan pilkkoa kaasufaasimenetlemällä, jossa alifaattinen eetteri, julkaisun mukaan dietyylieetteri, 10 pilkotaan alkoholiksi (etanoliksi), olefiiniksi (etylee-niksi) ja vedeksi. Muodostunut olefiini ylläpitää paineen reaktorissa. Selektiviteetin ja alkoholin saannon lisäämiseksi käyteätän etyleenin lisäosapainetta, ks. vaatimus 2 ja sarake 4, r. 37-47. Tämän tunnetun menetelmän mukaises-15 ti yksi ainoa tuotevirta (tuotevirta 3) johdetaan pois reaktorista. Tuotevirta sisältää alkoholin ja ylijäämäve-den lisäksi myös suuria määriä eetteriä ja olefiinia, päinvastoin kuin keksinnön mukaisessa menetelmässä. Tuote-virta erotetaan sitten tavanomaiseen tapaan osakondensaa-20 tiolla, faasierotuksella ja tislauksella. Ei halutut tuotteet palautetaan useiden tavanomaisten erotusvaiheiden jälkeen reaktoriin, ja vaikuttavat siinä menetelmän selek-tiivisyyden parantamiseen. Verrattaessa mainittua tunnettua menetelmää ja esillä olevan keksinnön mukaista mene-25 telmää toisiinsa ilmenee, että prosessinkulku on erilainen, ja lisäksi tuotteita käsitellään eri tavalla. Keksinnön mukaisesti käytetään kahta nestemäistä faasia, alko-holi/vesi ja eetteri/alkoholi, joista ainoastaan vesifaasi poistetaan tuotevirtana. Alkoholi voidaan suoraan reakto-30 rissa vesifaasin päältä erottaa eetteristä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä olefiinia ei siirry tuotevirtaan, ja myös eetterijäämä on selvästi pienempi kuin tunnetussa menetelmässä. Molemmissa menetelmissä eetteri palautetaan. Keksinnön mukaisesti ei kuitenkaan suoriteta kondensatiota 35 eikä tislausta ennen palautusta, joten keksinnön mukainen 4 79695 menetelmä eroaa tässäkin suhteessa tunnetusta ja on tälläkin tavalla selvästi edullisempi kuin tunnettu menetelmä.

Myös US-patenttijulkaisussa 4 374 286 on selvästi esitetty, että reaktiotuotetta saadaan alkoholia ja ole-5 fiiniä. Julkaisun esimerkistä V kuvataan eetterin pilkkomista 200°C:ssa ja paineessa 400 psi ioninvaihtohartsin Amberlite XE-365 läsnäollessa, vaikka yksityiskohtia ei kerrota. Alan ammattimiehelle ei ole tämän esimerkin perusteella ilmeistä, miksi julkaisun mukaisella menetelmäl-10 lä saadaan alkoholia ja olefiinia, kun taas keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan ainoastaan alkoholeja. Ainoa ero on lämpötila, joka em. viitejulkaisun mukaisesti on paljon korkeampi kuin keksinnön mukaisessa menetelmässä.

Tässä voidaan apuna käyttää US-patenttijulkaisun 15 4 393 256 esimerkkiä III. Esimerkin mukaan, jossa kuvataan samaa menetelmää kuin US-patenttijulkaisun 4 374 286 esimerkissä V, noin 26 % dietyylieetteristä muuttuu alkoholiksi 200°C:ssa. Moolisuhde vesi/dietyylieetteri oli 5:1. Esimerkissä III mainitaan lisäksi, että vesi/dietyylieet-20 teri-seoksen hydrolyysissä 158°C:ssa ja paineessa 240 psig ioninvaihtajan Amberlite 15 läsnäollessa ainoastaan 3 % dietyylieetteristä muuttui etaoliksi.

Keksinnön mukaisen menetelmän suositeltavassa toteuttamismuodossa nestemäisestä eetterifaasista poistetaan 25 ennen sen palauttamista pilkkomisreaktoriin faasin sisältämä alkoholi uuttamalla ja erityisesti uuttamalla vedellä.

Tällä tavoin keksinnön mukainen menetelmä mahdollistaa eetterien muuttamisen suoraan ja kvantitaviisesti 30 alkoholeiksi. Prosessista poistetaan olennaisesti vain muodostuneen alkoholin sisältävä vesifaasi. Alkoholi (liuenneen eetterin pienen määrän kera) voidaan sitten seuraavassa menettelyvaiheessa erottaa tästä alkoholipitoisesta liuoksesta tavalliseen tapaan tislaamalla.

35 Keksinnön mukaista menetelmää toteutettaessa ei yl lättäen saada juuri lainkaan olefiinia. Reaktiosysteemistä li 5 79695 ei poisteta kaasua. Di-isopropyylieetteriä pilkottaessa orgaanisessa faasissa on tasapainotilassa liuenneena vain 2-3 % propyleeniä, joka erottamatta palautetaan jatkuvasti eetterivirran myötä reaktoriin.

5 Oheinen piirustus selventää toteuttamisesimerkkejä.

Piirustuksen kuvio 1 on kaaviokuva reaktorista, joka tässä on esitetty pohjafaasireaktorina ja kuvio 2 esittää toimintakaaviota, joka käsittää 10 myös uuttolaitteen.

Kuviossa 1 johdon 1 kautta tuleva eetteri ja johdon 3 kautta tuleva vesi syötetään yhdessä jatkuvatoimisesti johdon 4 kautta ioninvaihtimella täytettyyn putkireakto-riin 6. Tapahtuu hapon katalysoima monifaasireaktio koho-15 tetussa paineessa ja kohotetussa lämpötilassa, jolloin eetteri hydrolysoituu. Muodostunut alkoholi ja molemmat uutteet jakautuvat kahdeksi sekoittumattomaksi nestefaasiksi eli alkoholi/vedeksi ja eetteri/alkoholiksi. Tällöin on prosessille eduksi se, että alkoholi liukenee huomat-20 tavasti paremmin vesifaasiin. Faasien toisistaan erottamisen jälkeen voidaan haluttu reaktiotuote ja sen mukaan hieman eetteriä ja veden ylimäärä poistaa johdon 5 kautta. Reagoimatta jäänyt eetteri ja mahdollinen pieni määrä ole-fiineja, joka erottuu reaktorin yläpäässä yläfaasina, pa-25 lautetaan välikäsittelyttä johdon 7 kautta reaktoriin 6. Seoksen pilkkomiseksi, jonka eetteriosuus on suuri (yli 90 %) ja molempien faasien sekoittamiseksi perusteellisesti reaktorin yläpäässä erottuva kevyempi faasi (eetteri/ alkoholi) palautetaan suhteellisen suurella kierrätysno-30 peudella reaktorin pohjaosaan. Jollei lasketa mukaan tuo-teveden mukana poistettua eetteriä, joka sekin voidaan tislauksen jälkeen palauttaa prosessiin, eetterisyöte pysyy täysin reagoimaan alkoholiksi, koska myös prosessiin palautetut olefiinit hydratoituvat reaktio-olosuhteissa 35 alkoholeiksi. Ilman alkoholin mukana poistetun eetterin 6 79695 palauttamista konversio on 90-93 % (ks. esimerkki 1). Eetterin palautuksella konversio on lähes täydellinen.

Kuten kuviosta 2 ilmenee, johdetaan palautusvirtaus johdon 8 välityksellä uuttolaitteeseen 8, jossa palautus-5 virtauksessa vielä jäljellä oleva suhteellisen suuri alkoholipitoisuus poistetaan vesipesulla matalammassa lämpötilassa, erityisesti 80-100°C:ssa. Sitten palautusvirta, josta alkoholi on poistettu, lämmitetään uudelleen johdon 12 kautta ja palautetaan pilkkomisreaktoriin.

10 Eetteripilkkomisen katalyyttinä käytetään olefii- nien hydratoinnissa tavanomaista nestemäistä ja erityisesti kiinteätä hapanta katalyyttiä. Erityisen suositeltavia ovat tällöin lämmönkestävät, sulfonihappotyyppiset ioni-ninvaihtimet.

15 Pilkkomisreaktorin lämpötila on 100-180°C, jolloin lämpötilan yläraja määräytyy orgaanisia ioninvaihtimia käytettäessä katalyytin lämmönkestävyyden mukaan. Paine on alueella 10-100 bar. Eetterinpilkkomismenetelmä on pitkältä paineesta riippumaton. Paineen päätehtävänä on pitää 20 molemmat faasit nestetilassa.

Keksinnön mukaisessa eetterinpilkkomisessa eetteriä kolmea moolia kohti vettä. Moolisuhde on erityisesti yksi moolia eetteriä kymmentä moolia kohti vettä ja vesi/eet-teri-moolisuhde on edullisesti noin 50-100:1. Moolisuhteet 25 on tällöin aina laskettu syöttövirrasta.

Tilavuus-aikasaanto on 1-2 moolia alkoholia/lkat.h ja jos alkoholi poistetaan palautusvirrasta uuttamalla vedellä tämä saanto kohoaa arvoon 3,5 mol/1 kat.h ja enempään.

30 Vesifaasin alkoholipitoisuus virran 5 vesifaasissa on DIPE-pilkkomisessa 10-15 paino-%:iin saakka ja enemmänkin ja vesifaasin eetteripitoisuus on enintään 1 paino-% ja yleensä alle tämän.

Seuraavat esimerkit selventävät keksintöä kuvion 1 35 Ja kuvion 2 avulla. Kaikki prosenttiarvot ovat painopro-senttej a.

7 79695

Esimerkki 1

Kuvion 1 mukainen laitteiston reaktoriin 6, jonka sisäläpimita oli 26 mm ja pituus 5 m ja joka oli täytetty 2,5 litralla voimakkaasti hapanta ioninvaihdinta Amberlite 5 252 katalyyttinä, syötettiin johdon 1 kautta tunnissa 254 g di-isopropyylieetteriä (DIPE) ja johdon 3 kautta 2225 g deionoitua vettä. Johdon 7 kautta palautettiin tunnissa reaktorin 6 pohjaosaan 23 litraan reaktorissa muodostunutta orgaanista yläfaasia, jossa oli 72 % pilkkoutu-10 matta jäänyttä eetteriä, 20 % isopropyylialkoholia, 5 % vettä ja 3 % propyleeniä, syöte-eetterin kanssa. Reaktorissa ylläpidettiin vaippakuumennuksen avulla reaktioläm-pötila 155°C. Reaktorissa ylläpidettiin paine 50 bar.

Reaktorista 6 poistettiin tunnissa johdon 5 kautta 15 2455 g vedellistä nestefaasia, joka sisälsi 11,0 % isopro pyylialkoholia ja 1 % di-isopropyylieetteriä. Katalyytti-litraa ja tuntia kohti muodostui 108 g isopropyylialkoholia (1,8 ml). Kaasufaasia ei saatu lainkaan.

Esimerkki 2 20 Esimerkissä 1 kuvattu koe toistettiin sillä erolla, että reaktiopaine alennettiin 225 baariin. Saadut tulokset olivat samat kuin esimerkissä 1.

Esimerkki 3

Esimerkki 1 toistettiin kuvion 2 esittämässä lait-25 teistossa sillä erolla, että kun ylempi orgaaninen faasi oli lämmönvaihtimen 13 avulla jäähdytetty 100°C:seen, se syötettiin vielä johdon 8 kautta uuttolaitteeseen 9 iso-propyylialkoholin poistamiseksi osittain kierrätyseette-ristä. Tämän toteuttamiseksi eetterisyöte johdon 1 kautta 30 lisättiin arvoon 450 g/h ja vesisyöte arvoon 3292 g/h ja uuttolaitteeseen 9 syötettiin tunnissa johdon 10 kautta 2058 g vettä. Tällä tavoin saatiin johdon 5 kautta 3440 g 5,9 %:ista isopropyylialkoholia, joka vielä sisälsi 0,5 % eetteriä. Johdon 11 kautta saatiin tunnissa lisää 2361 g 35 vedellistä isopropyylialkoholia. Tässä faasissa isopropyy- 8 79695 lialkoholin pitoisuus oli keskimäärin 11,9 % ja isopropyy-lieetteripitoisuus oli 0,9 %.

Katalyyttilitraa kohti saatiin tunnissa yhteensä 194 g (3,2 mol) isopropyylialkoholia.

5 Esimerkki 4

Esimerkissä 1 kuvattuun laitteistoon (kuvio 1) syötettiin tunnissa johdon 1 kautta 600 g metyyli-tert.-bu-tyylieetteriä ja johdon 3 kautta 3100 g demineralisoitua vettä. Johdon 7 kautta palautettiin tunnissa reaktorin 6 10 pohjaosaan 23 1 reaktorissa muodostunutta orgaanista ylä-faasia, jossa oli 24 % reagoimatonta eetteriä, 46 % tert.-butyylialkoholia, 18 % vettä, 5 % metyylialkoholia ja 17 % iso-buteenia, syöte-eetterin kanssa. Reaktorissa ylläpidettiin lämpötila 110°C ja paine 50 bar. Reaktorista 15 6 poistettiin tunnissa johdon 5 kautta 3700 g vesipitoista nestefaasia, joka sisälsi 463 g TBA, 200 g metanolia ja 48 g MTBE. Katalyyttilitraa ja tuntia kohti muodostui 185,2 g ΤΒΆ (2,5 mol). Kaasufaasia ei lainkaan poistettu reaktorista.

Claims (2)

9 79695

1. Menetelmä 1-5 hiiliatomia sisältävien alkoholien valmistamiseksi jatkuvatoimisesti pilkkomalla eettereitä, 5 joilla on yleinen kaava R - O - Rj jossa R ja Rx tarkoittavat 1-5 hiiliatomia sisältävää al-10 kyyliryhmää, ja niiden seoksia happaman hydratointikata-lyytin, kuten sulfonihappotyyppisen happaman orgaanisen ioninvaihtajan, läsnäollessa veden ylimäärällä lämpötilassa 100-180°C ja paineessa 10-100 bar ja palauttaen reagoimaton eetteri, tunnettu siitä, että menetelmä suo-15 ritetaan nestefaasissa vesi:eetteri-moolisuhteen ollessa yli 10:1, syöttövirrasta laskettuna, reaktorista poistetaan eetteri/alkoholi-faasi ja vesi/alkoholi-faasi, eet-terifaasi palautetaan kiertoon ja vesipitoisesta faasista otetaan alkoholi talteen sinänsä tunnetulla tavalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen eetterifaasin palauttamista reaktoriin siitä uutetaan alkoholi vedellä. 10 79695