JP2006137824A - Etbe mixture, method for producing the same and apparatus therefor - Google Patents

Etbe mixture, method for producing the same and apparatus therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an ETBE (ethyl-tert-butyl ether) mixture useful as a high-performance fuel having a high octane number. <P>SOLUTION: The ETBE mixture is composed of a reaction product obtained by reacting hydrated ethanol with isobutene and comprises 60-90 vol.% of ethyl-tert-butyl ether, 5-20 vol.% of tert-butyl alcohol, 5-20 vol.% of ethanol and 0-3 vol.% of water. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ETBE(エチル−tert−ブチルエーテル)混合物及びその製造法並びにそのための装置に係り、特に、高性能な燃料として、MTBE(メチル−tert−ブチルエーテル)に代えて、有利に用いられ得るETBE混合物、及びそれを有利に製造する方法、並びにその製造に際して好適に用いられる装置に関するものである。   The present invention relates to an ETBE (ethyl-tert-butyl ether) mixture, a process for producing the mixture, and an apparatus therefor, and in particular, ETBE that can be advantageously used as a high-performance fuel instead of MTBE (methyl-tert-butyl ether). The present invention relates to a mixture, a method for producing it advantageously, and an apparatus suitably used in the production thereof.

従来から、自動車等の車両を始め、トラクターや耕運機、チェーンソー等の農業機械、更には、各種産業機械や建設機械等の各種の分野において、その動力源に、内燃機関が広く用いられてきている。また、そのような内燃機関の高性能な燃料としては、化石燃料であるガソリンが用いられているが、近年における地球環境問題の意識の高まりに伴い、かかるガソリンに代わる有効な代替燃料の出現が、要請されているのである。そして、そのような要請に応えるべく、自動車用ガソリンの含酸素オクタン価向上剤として、以下の化学反応式(1)にて示されるように、IB(イソブテン)とMeOH(メタノール)とを直接反応させて得られるMTBE(メチル−tert−ブチルエーテル)が、大量に用いられてきている。
IB+MeOH=MTBE・・・(1)
Conventionally, internal combustion engines have been widely used as power sources in various fields such as automobiles, agricultural machines such as tractors, cultivators, chainsaws, and various industrial machines and construction machines. . As a high-performance fuel for such an internal combustion engine, gasoline, which is a fossil fuel, is used. With the recent increase in awareness of global environmental problems, an effective alternative fuel to replace such gasoline has emerged. It is requested. In order to meet such a demand, as shown in the following chemical reaction formula (1), IB (isobutene) and MeOH (methanol) are directly reacted as an oxygen-containing octane improver for automobile gasoline. MTBE (methyl-tert-butyl ether) obtained in this manner has been used in large quantities.
IB + MeOH = MTBE (1)

なお、このようにして製造されるMTBEの諸物性値は、下記表1に示される通りである。また、かかる表1には、ガソリンの諸物性値、更には、他の物質であるETBE(エチル−tert−ブチルエーテル)、TBA(tert−ブチルアルコール)、EtOH(エタノール)、H2O (水)及びIB(イソブテン)の諸物性値も、併せて示されている。 Various physical properties of MTBE produced in this way are as shown in Table 1 below. Table 1 also shows various physical properties of gasoline, and other substances such as ETBE (ethyl-tert-butyl ether), TBA (tert-butyl alcohol), EtOH (ethanol), H 2 O (water). Various physical properties of IB (isobutene) are also shown.

Figure 2006137824
Figure 2006137824

ところで、かかる表1に示される諸物性値の対比から明らかなように、MTBE、ETBE、TBA及びEtOHは、その何れにおいても、オクタン価が高い物質であることが理解されるのであるが、それらの中で、MTBEは、常温において無色透明な強臭液体であり、水に溶けやすく、また、それを溶解した飲料水は、不快な臭いと味を呈する問題を内在しているのである。更に、MTBEは、発ガン性についても懸念がもたれており、その排出によって、環境汚染が惹起される問題も内在している。   By the way, it is understood that MTBE, ETBE, TBA, and EtOH are substances having a high octane number in any of them, as is clear from the comparison of various physical properties shown in Table 1. Among them, MTBE is a colorless and transparent strong odor liquid at room temperature, and is easily dissolved in water, and the drinking water in which it is dissolved has a problem of exhibiting an unpleasant odor and taste. Furthermore, MTBE is concerned about carcinogenicity, and there is a problem that environmental pollution is caused by its discharge.

このため、ガソリン代替燃料としては、上記したMTBEに代えて、再生可能なバイオマスの発酵及び蒸留操作によって製造され得る、無毒なバイオエタノールが、注目されて、使用されるようになってきている。しかしながら、EtOHは、単なる蒸留操作では、水との共沸混合物となってしまい、その濃度が、せいぜい95vol%程度の含水エタノールしか得ることが出来ないのである。そして、無水エタノールを得るには、そのような含水エタノールに対して、更に第3成分として、ベンゼンやシクロヘキサン等の溶剤を加えて、共沸蒸留することが必要となるのであり、このため、単価が高くなってしまう問題を有している。しかも、エタノールには、その引火点が高いことや、燃費の低下等の問題も、内在しているのである(表1参照)。   For this reason, non-toxic bioethanol, which can be produced by fermentation and distillation operations of renewable biomass, has been attracting attention and used instead of the above-described MTBE as a gasoline alternative fuel. However, EtOH becomes an azeotrope with water in a simple distillation operation, and it is possible to obtain only water-containing ethanol having a concentration of about 95 vol% at most. And in order to obtain absolute ethanol, it is necessary to add a solvent such as benzene or cyclohexane as the third component to such water-containing ethanol and perform azeotropic distillation. Has the problem of becoming high. Moreover, ethanol has inherent problems such as high flash point and low fuel consumption (see Table 1).

そこで、かくの如き問題を解決するべく、以下の化学反応式(2)にて示されるように、IB(イソブテン)とEtOH(エタノール)とを直接反応させて製造されるETBE(エチル−tert−ブチルエーテル)の利用が、考えられている。このETBEには、蒸気圧を低減する或いは揮発性を低下させるという利点があり、毒性も殆どないという特徴も有している(表1参照)。
IB+EtOH=ETBE・・・(2)
Therefore, in order to solve such a problem, as shown in the following chemical reaction formula (2), ETBE (ethyl-tert-) produced by directly reacting IB (isobutene) and EtOH (ethanol). The use of butyl ether) is considered. This ETBE has the advantages of reducing vapor pressure or lowering volatility, and also has the characteristics of almost no toxicity (see Table 1).
IB + EtOH = ETBE (2)

ところで、特許文献1には、イオン交換樹脂を充填した固定床反応器を備えた反応蒸留塔を用いて、IBを含むC4留分をEtOHと反応させて、ETBEを製造する手法が、明らかにされている。また、その他にも、多くの文献において、ETBEの合成法が検討されている(例えば、非特許文献1等参照)。しかしながら、それら従来からの技術においては、何れも、高価な無水エタノールが原料として用いられており、本発明の如き、安価な含水エタノールを用いることに言及した文献は、未だ見出されていない。   By the way, Patent Document 1 clearly discloses a method of producing ETBE by reacting a C4 fraction containing IB with EtOH using a reactive distillation column equipped with a fixed bed reactor filled with an ion exchange resin. Has been. In addition, in many other literatures, methods for synthesizing ETBE have been studied (see, for example, Non-Patent Document 1). However, in these conventional techniques, expensive anhydrous ethanol is used as a raw material, and no literature that mentions the use of inexpensive hydrous ethanol as in the present invention has yet been found.

また、TBA(tert−ブチルアルコール)も、ガソリンのオクタン価向上剤として価値があり(表1参照)、それは、以下の化学反応式(3)で示されるように、IB及びH2O より合成され、これについても、多くの文献が認められている(例えば、非特許文献2等参照)。
IB+H2O =TBA・・・(3)
TBA (tert-butyl alcohol) is also valuable as an octane number improver for gasoline (see Table 1), which is synthesized from IB and H 2 O as shown in the following chemical reaction formula (3). Also regarding this, many documents are recognized (for example, refer nonpatent literature 2 etc.).
IB + H 2 O = TBA (3)

一方、本発明者等は、上述の如き化学反応式において用いられるIBの供給不足を懸念して、その代替として、TBAを利用する研究を行ない、その結果を、報文として発表している(非特許文献3及び4)。なお、かかるTBAは、プロピレンオキサイド製造時の副産物であり、そのTBAと水分の多いバイオエタノールとを、触媒である強酸性陽イオン交換樹脂を充填した反応蒸留塔において、次の化学反応式(4)に従って、反応させるものである。
TBA+EtOH=ETBE+H2O ・・・(4)
On the other hand, the present inventors are concerned about the shortage of supply of IB used in the chemical reaction formula as described above, and as a substitute, conduct research on TBA, and publish the results as a report ( Non-patent documents 3 and 4). Such TBA is a by-product during the production of propylene oxide. In a reactive distillation column in which the TBA and bioethanol having a high water content are packed with a strong acidic cation exchange resin as a catalyst, the following chemical reaction formula (4 ).
TBA + EtOH = ETBE + H 2 O (4)

なお、IB成分は、通常、原油の精製によって得られるC4留分として用いられることとなるが、また、以下のように、バイオマスからも合成され得るものである。すなわち、先ず、バイオマスのメタン発酵により、CH4 とCO2 が発生せしめられる。なお、メタンは、天然ガス或いはメタンハイドレート等の地下資源からも得ることが可能である。そして、以下の化学反応式(5)に示されるように、二酸化炭素によるメタン改質反応によって、一酸化炭素(CO)と水素(H2 )にするのであり(例えば、非特許文献5)、更に、一酸化炭素と水素より、イソブテン(IB)が合成されるのである(例えば、非特許文献6、7)。
CH4 +CO2 =2CO+2H2 ・・・(5)
The IB component is normally used as a C4 fraction obtained by refining crude oil, but can also be synthesized from biomass as follows. That is, first, CH 4 and CO 2 are generated by biomass methane fermentation. Methane can also be obtained from underground resources such as natural gas or methane hydrate. Then, as shown in the following chemical reaction formula (5), carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) are formed by a methane reforming reaction with carbon dioxide (for example, Non-Patent Document 5), Furthermore, isobutene (IB) is synthesized from carbon monoxide and hydrogen (for example, Non-Patent Documents 6 and 7).
CH 4 + CO 2 = 2CO + 2H 2 (5)

米国特許第5248836号明細書US Pat. No. 5,248,836 Y-C.Tian, F.Zhao, B.H.Bisowarno, M.O.Tade, "Pattern-based predictive control for ETBE reactive distillation", J.Process Control, Vol.13, pp.57-67(2003)Y-C.Tian, F.Zhao, B.H.Bisowarno, M.O.Tade, "Pattern-based predictive control for ETBE reactive distillation", J. Process Control, Vol. 13, pp. 57-67 (2003) C.M.Zhang, A.A.Adesina, M.S.Wainwright, "Isobutene hydration in a countercurrent flow fixed bed reactor", Chem.Eng. Processing, Vol.43, pp.533-539(2004)C.M.Zhang, A.A.Adesina, M.S.Wainwright, "Isobutene hydration in a countercurrent flow fixed bed reactor", Chem. Eng. Processing, Vol. 43, pp. 533-539 (2004) A.Quitain, H.Itoh, S.Goto, "Reactive Distillation for Synthesizing Ethyl tert-Butyl Ether from Bioethanol", J.Chem.Eng.Japan, Vol.32, No.3, pp.280-287(1999)A.Quitain, H.Itoh, S.Goto, "Reactive Distillation for Synthesizing Ethyl tert-Butyl Ether from Bioethanol", J.Chem.Eng.Japan, Vol.32, No.3, pp.280-287 (1999) A.Quitain, H.Itoh, S.Goto, "Industrial-Scale Simulation of Proposed Process for Synthesizing Ethyl tert-Butyl Ether from Bioethanol", J.Chem.Eng.Japan, Vol.32, No.4, pp.539-543(1999)A.Quitain, H.Itoh, S.Goto, "Industrial-Scale Simulation of Proposed Process for Synthesizing Ethyl tert-Butyl Ether from Bioethanol", J.Chem.Eng.Japan, Vol.32, No.4, pp.539 -543 (1999) A.Takano, T.Tagawa, S.Goto, "Carbon Dioxide Reforming of Methane on Supported Nickel Catalysts", J.Chem.Eng.Japan, Vol.27, No.6, pp.727-731(1994)A. Takano, T. Tagawa, S. Goto, "Carbon Dioxide Reforming of Methane on Supported Nickel Catalysts", J. Chem. Eng. Japan, Vol. 27, No. 6, pp. 727-731 (1994) K.Maruya, T.Komiya, T.Hayakawa, L.Lu, M.Yashima, "Active sites on ZrO2 for the formation of isobutene from CO and H2", Journal of Molecular Catalysis A:Chemical, Vol.159, pp.97-102(2000)K.Maruya, T.Komiya, T.Hayakawa, L.Lu, M.Yashima, "Active sites on ZrO2 for the formation of isobutene from CO and H2", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, Vol.159, pp. 97-102 (2000) Y.Li, D.He, Q.Zhang, B.Xu, Q.Zhu, "Influence of reactor materials on i-C4 synthesis from CO hydrogenation over ZrO2 based catalysts", Fuel Process. Technol., Vol.85, pp.401-411(2004)Y.Li, D.He, Q.Zhang, B.Xu, Q.Zhu, "Influence of reactor materials on i-C4 synthesis from CO hydrogenation over ZrO2 based catalysts", Fuel Process. Technol., Vol.85, pp .401-411 (2004)

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、高オクタン価の高性能な燃料として有用なETBE混合物を提供することにあり(第一の課題)、また、そのようなETBE混合物を安価に製造することの出来る方法を提供することにあり(第二の課題)、更には、かかるETBE混合物を有利に製造し得る装置を提供することにある(第三の課題)。   The present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is to provide an ETBE mixture useful as a high-performance fuel having a high octane number (first). And a method capable of producing such an ETBE mixture at a low cost (second problem), and further providing an apparatus that can advantageously produce such an ETBE mixture. (Third issue)

そして、本発明にあっては、そのような第一の課題を解決するために、含水エタノールとイソブテンとを反応させて得られる反応生成物からなり、エチル−tert−ブチルエーテル:60〜90vol%、tert−ブチルアルコール:5〜20vol%、エタノール:5〜20vol%、及び水分:0〜3vol%を含むことを特徴とするETBE混合物を、その要旨とするものである。   And in this invention, in order to solve such a 1st subject, it consists of the reaction product obtained by making water-containing ethanol and isobutene react, and ethyl-tert- butyl ether: 60-90 vol%, The gist is an ETBE mixture characterized by containing tert-butyl alcohol: 5 to 20 vol%, ethanol: 5 to 20 vol%, and moisture: 0 to 3 vol%.

なお、かくの如き本発明に従うETBE混合物の望ましい態様の一つによれば、前記含水エタノール及び前記イソブテンのうちの少なくとも何れか一方が、バイオマスを原料として製造されることとなる。   In addition, according to one of the desirable embodiments of the ETBE mixture according to the present invention as described above, at least one of the hydrous ethanol and the isobutene is produced using biomass as a raw material.

加えて、本発明は、そのようなETBE混合物からなる内燃機関用高オクタン価燃料をも、その要旨とするものである。   In addition, the gist of the present invention is a high-octane fuel for an internal combustion engine comprising such an ETBE mixture.

また、本発明にあっては、前記した第二の課題の解決のために、含水エタノールとイソブテンとを原料として、それらを、固体触媒を充填した固定床反応器を用いて反応させ、少なくともエチル−tert−ブチルエーテルとtert−ブチルアルコールと未反応のエタノールとを含む反応生成物を得ることを特徴とするETBE混合物の製造法を、その要旨としている。   Further, in the present invention, in order to solve the second problem described above, hydrous ethanol and isobutene are used as raw materials, and they are reacted using a fixed bed reactor filled with a solid catalyst, and at least ethyl The gist of the method is a process for producing an ETBE mixture characterized in that a reaction product containing tert-butyl ether, tert-butyl alcohol and unreacted ethanol is obtained.

そして、この本発明に従うETBE混合物の製造法の望ましい態様の一つによれば、反応終期の反応温度が反応初期の反応温度よりも低くなるように、反応の進行に伴なって、反応系の冷却が行なわれることとなる。   Then, according to one of the desirable embodiments of the method for producing the ETBE mixture according to the present invention, as the reaction proceeds, the reaction temperature of the reaction system is reduced so that the reaction temperature at the end of the reaction is lower than the reaction temperature at the beginning of the reaction. Cooling will be performed.

また、本発明に従う製造方法の他の望ましい態様によれば、固体触媒としては強酸性陽イオン交換樹脂が用いられることとなり、更に、含水エタノールとしては、エタノールと水との共沸混合物が用いられることとなる。   According to another desirable embodiment of the production method according to the present invention, a strongly acidic cation exchange resin is used as the solid catalyst, and an azeotropic mixture of ethanol and water is used as the hydrous ethanol. It will be.

さらに、本発明にあっては、前記した第三の課題の解決のために、含水エタノールとイソブテンとを反応せしめて、少なくともエチル−tert−ブチルエーテルとtert−ブチルアルコールと未反応のエタノールとを含む反応生成物を製造するための装置にして、含水エタノールとイソブテンとを反応せしめるための、加熱・冷却手段を備えた多管式の多段固定床反応器と、該反応器から流出する反応粗製物を蒸留して、前記反応にて生じたエチル−tert−ブチルエーテルとtert−ブチルアルコールと共に、未反応のエタノールを含む缶出液を取り出す蒸留塔とを、有することを特徴とするETBE混合物の製造装置を、その要旨とするものである。   Furthermore, in the present invention, in order to solve the third problem, at least ethyl-tert-butyl ether, tert-butyl alcohol, and unreacted ethanol are reacted by reacting hydrous ethanol with isobutene. An apparatus for producing a reaction product, a multitubular multistage fixed bed reactor equipped with heating / cooling means for reacting hydrous ethanol and isobutene, and a reaction crude product flowing out from the reactor And a distillation column for taking out the bottoms containing unreacted ethanol together with ethyl-tert-butyl ether and tert-butyl alcohol produced in the reaction, and an apparatus for producing an ETBE mixture Is the gist of this.

なお、このような本発明に従うETBE混合物の製造装置の望ましい態様によれば、前記反応器と前記蒸留塔からなる反応ユニットの複数を用い、それら反応ユニットを直列に配設して、接続する一方、かかる直列に配設された複数の反応ユニットの最初の反応ユニットにおける反応器に対して前記イソブテンの供給手段を接続し、且つ最終の反応ユニットにおける反応器に対して前記含水エタノールの供給手段を接続すると共に、所定の反応ユニットにおける蒸留塔で取り出された缶出液を、一つ前の反応ユニットにおける反応器に対して還流せしめるように構成されている。   In addition, according to a desirable aspect of the ETBE mixture production apparatus according to the present invention, a plurality of reaction units including the reactor and the distillation column are used, and the reaction units are arranged and connected in series. The isobutene supply means is connected to the reactor in the first reaction unit of the plurality of reaction units arranged in series, and the hydrous ethanol supply means is connected to the reactor in the final reaction unit. At the same time, the bottoms taken out by the distillation tower in a predetermined reaction unit are refluxed to the reactor in the previous reaction unit.

また、かかる本発明に従うETBE混合物の製造装置の他の望ましい態様によれば、前記蒸留塔は、前記反応粗製物の蒸留を行なうと共に、該反応粗製物中に存在する未反応物の反応を進行せしめる反応蒸留塔にて、有利に構成されることとなる。   According to another desirable aspect of the apparatus for producing an ETBE mixture according to the present invention, the distillation column performs distillation of the reaction crude product and proceeds reaction of unreacted products present in the reaction crude product. In the reactive distillation column, the construction is advantageously made.

このように、本発明にあっては、メタン及び二酸化炭素から合成され若しくは石油プラントから生成されるC4留分中のIB成分、或いはMTBEの分解(前記式(1)の逆反応)で生成される純粋IBを加圧液化させた成分(以下、両者を含めて、C4成分と略称する)、及び含水エタノールを原料として、前記式(2)及び前記式(3)に従って、加圧下において液相反応にて反応せしめ、ETBEと共にTBAを合成するようにしたものであり、また、未反応のEtOHも、同時にETBE混合物の一つの構成成分となるようにしたのである。   Thus, in the present invention, the IB component in the C4 fraction synthesized from methane and carbon dioxide or produced from a petroleum plant, or MTBE is decomposed (reverse reaction of the above formula (1)). In accordance with the above formulas (2) and (3), a liquid phase under pressure is obtained by using a component obtained by liquefying pure IB (hereinafter abbreviated as C4 component) and water-containing ethanol as raw materials. The reaction was performed to synthesize TBA together with ETBE, and unreacted EtOH was simultaneously made one component of the ETBE mixture.

このため、本発明にあっては、原料としてのEtOHは、含水物において使用されることとなるところから、含水エタノールを無水化したり、高度に精留したものを使用したりする必要が全くなく、安価な原料を用い得ることとなり、また、採用される液相反応は、中温・中圧(100℃以下、2MPa以下)の穏やかな条件下において行われ得るものであるところから、ETBE混合物の製造コストも、一段と低減され得ることとなるのである。   For this reason, in the present invention, EtOH as a raw material is used in a hydrated product, so there is no need to dehydrate hydrated ethanol or use a highly rectified product. Inexpensive raw materials can be used, and the employed liquid phase reaction can be performed under moderate conditions of medium temperature and medium pressure (100 ° C. or less, 2 MPa or less). Manufacturing costs can be further reduced.

しかも、ETBEと共に、合成(副生)されるTBA及び未反応のEtOHは、前記した表1に示されるように、何れもオクタン価が高く、従って、本発明にあっては、それら成分を分離することなく、そのまま含有せしめて、ETBE混合物として利用することとしたのであり、これによって、自動車燃料等の内燃機関用高オクタン価燃料として、有利に用い得ることとなったのである。また、そのようなETBE混合物は、ガソリンに対して如何なる割合において混合されても、良好な燃料として使用され得るものであり、更には、自動車のみならず、チェーンソー等の他の機械装置の動力として用いられている内燃機関の燃料として、有利に使用可能である。   Moreover, TBA synthesized (by-product) together with ETBE and unreacted EtOH both have a high octane number as shown in Table 1 above. Therefore, in the present invention, these components are separated. Therefore, it was used as it is as an ETBE mixture, and as a result, it could be advantageously used as a high-octane fuel for internal combustion engines such as automobile fuel. In addition, such an ETBE mixture can be used as a good fuel regardless of the ratio of gasoline mixed with gasoline. Furthermore, it can be used not only for automobiles but also for other mechanical devices such as chainsaws. It can be advantageously used as a fuel for the internal combustion engine used.

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な幾つかの実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。   Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, some representative embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

先ず、図1には、本発明に従うETBE混合物を製造するために有利に用いられる反応器の一例に係る概念図が、示されている。この反応器の設計思想は、前記式(2)におけるETBE合成反応が35kJ/molの発熱反応であり、また、前記式(3)のTBA合成反応も、38kJ/molの発熱反応であって、除熱が必要であること、更に、それらの反応が可逆反応であって、温度が低い程、ETBE及びTBAの生成量が多くなること、しかし、温度が低くなり過ぎると、反応速度そのものが急激に遅くなるため、温度制御が重要であること、そして、それらの反応が進むにつれて、温度を低下させる方式が最適であること等に基づいており、そしてそのために、多管式の多段固定床反応器として、設計されているのである。   First, FIG. 1 shows a conceptual diagram of an example of a reactor that is advantageously used to produce an ETBE mixture according to the present invention. The design concept of this reactor is that the ETBE synthesis reaction in the formula (2) is an exothermic reaction of 35 kJ / mol, and the TBA synthesis reaction of the formula (3) is also an exothermic reaction of 38 kJ / mol, It is necessary to remove heat, and furthermore, these reactions are reversible, and the lower the temperature, the more ETBE and TBA are produced. However, if the temperature is too low, the reaction rate itself increases rapidly. Therefore, it is based on the fact that temperature control is important, and that the method of decreasing the temperature is optimal as the reaction proceeds, and for this reason, a multitubular multistage fixed bed reaction is performed. It is designed as a container.

具体的には、図1に示されているように、反応器10は、上下方向に延びる所定長さの缶体の内部が、水平方向の仕切り12によって、独立した八つの室14a〜14hに仕切られており、その最下端の室14aが、原料供給室とされている一方、その最上端の室14hが、製品取出室とされている。なお、原料供給室14aには、外部から、原料としての含水エタノール(EtOH)及びイソブテン(IB)とが、加圧下において、一般に、反応に必要な化学量論的割合において、それぞれポンプ等によって供給されるようになっているのであり、また、製品取出室14hには、含水EtOHとIBの反応によって生じた、本発明に係るETBE混合物が集められて、外部に製品として取り出され得るようになっている。   Specifically, as shown in FIG. 1, the reactor 10 includes a can body having a predetermined length extending in the vertical direction into eight independent chambers 14 a to 14 h by horizontal partitions 12. The lowermost chamber 14a is partitioned as a raw material supply chamber, and the uppermost chamber 14h is a product take-out chamber. The raw material supply chamber 14a is supplied with water-containing ethanol (EtOH) and isobutene (IB) as raw materials from outside by a pump or the like, generally in a stoichiometric proportion necessary for the reaction under pressure. In the product take-out chamber 14h, the ETBE mixture according to the present invention produced by the reaction of the water-containing EtOH and IB can be collected and taken out as a product to the outside. ing.

そして、かかる反応器10内において、上下の仕切り12、12によって独立した空間として仕切られた中間の各室14b〜14gは、それぞれ、含水EtOHとIBとの反応を行なわしめるための反応室とされているのである。また、それら独立した反応室14b〜14gには、それぞれ、熱水供給路16及び冷水供給路18が接続されており、それら反応室14b〜14gに対して、それぞれ独立して、熱水又は冷水が供給されて、それぞれの反応室における反応温度が制御され得るようになっている。特に、ここでは、上方の反応室へ行く程、反応温度が低くなるように、冷水が供給されて、制御されるようになっている。   In the reactor 10, the intermediate chambers 14b to 14g partitioned as independent spaces by the upper and lower partitions 12 and 12 are reaction chambers for carrying out the reaction between the water-containing EtOH and IB, respectively. -ing In addition, a hot water supply path 16 and a cold water supply path 18 are connected to the independent reaction chambers 14b to 14g, respectively, and hot water or cold water is independently connected to the reaction chambers 14b to 14g. Is supplied so that the reaction temperature in each reaction chamber can be controlled. In particular, here, cold water is supplied and controlled so that the reaction temperature becomes lower as it goes to the upper reaction chamber.

また、各反応室14b〜14g内には、図2(a)及び(b)に示される如く、複数本の反応管20が、互いに並行に、所定間隙を隔てて立設されており、そして、上下の仕切り12、12に対して、それぞれの反応室14b〜14gからは液密及び圧力密となるように、取り付けられている。従って、反応室14b〜14g内に導かれる熱水や冷水は、それら反応管20の間隙を通過することによって、それら反応管20を、所定の温度に加熱乃至は冷却した後、室外に排出されることとなるのである。また、各反応管20内には、一般に、粒状、ペレット状等の所定形状の固体触媒22が充填されており、その上下の端部に通液性のフィルター24が取り付けられて、固体触媒22の流出を阻止しつつ、含水EtOHとIBの混合物からなる反応液のみが上下方向に(ここでは、下から上に)流通せしめられるようになっている。これによって、含水EtOHとIBとの反応が、固体触媒22の存在下において、効果的に進行せしめられ、以て、目的とするETBEやTBAが生成せしめられるようになっているのである。   In each reaction chamber 14b-14g, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a plurality of reaction tubes 20 are erected in parallel with each other with a predetermined gap therebetween, and The upper and lower partitions 12 and 12 are attached so as to be liquid-tight and pressure-tight from the respective reaction chambers 14b to 14g. Accordingly, hot water or cold water introduced into the reaction chambers 14b to 14g passes through the gaps between the reaction tubes 20 to heat or cool the reaction tubes 20 to a predetermined temperature, and then is discharged to the outside. It will be. Each reaction tube 20 is generally filled with a solid catalyst 22 having a predetermined shape such as a granular shape or a pellet shape, and a liquid-permeable filter 24 is attached to the upper and lower ends of the solid catalyst 22. Only the reaction liquid composed of a mixture of hydrous EtOH and IB can be allowed to flow in the vertical direction (here, from bottom to top). As a result, the reaction between the water-containing EtOH and IB is effectively advanced in the presence of the solid catalyst 22, and thus the desired ETBE and TBA are generated.

なお、各反応室間の仕切り12は、下方の室から上方の室内へ、反応管20内を流通させられる反応液のみを導き得るようになっており、例えば、反応室14b〜14gの下方のものから上方のものへ、反応液を導く場合において、下方の室に配された反応管20から流出する反応液が、直接に、上方の室の反応管20内に導かれ得るようになっている他、下方の室に配された複数本の反応管20からそれぞれ導かれる反応液を、一旦、仕切り12内に設けた共通の反応液集合空間に導き、そしてそこから、再び上方の室内に配した複数の反応管20内に反応液を分配して、流入させるようにした構造等が、適宜に採用され得るようになっている。   In addition, the partition 12 between each reaction chamber can guide only the reaction liquid which distribute | circulates the inside of the reaction tube 20 from a lower chamber to an upper chamber, for example, below reaction chamber 14b-14g. When the reaction liquid is guided from one to the upper one, the reaction liquid flowing out from the reaction tube 20 arranged in the lower chamber can be directly guided into the reaction tube 20 in the upper chamber. In addition, the reaction liquid led from the plurality of reaction tubes 20 arranged in the lower chamber is once led to a common reaction liquid collecting space provided in the partition 12, and then again into the upper chamber. A structure or the like in which the reaction liquid is distributed and allowed to flow into the plurality of reaction tubes 20 arranged can be appropriately employed.

ところで、このような反応器10を用いて、本発明に従うETBE混合物を製造するに際して用いられる原料の一つたるIB(イソブテン)は、前述せるように、地下資源又はバイオマスから供給されるものが好適に使用され得、また、含水EtOH(エタノール)にあっても、バイオマスの発酵によって得られたものが有利に用いられることとなる。特に、再生可能な資源としてのバイオマスのみを原料として、エタノール発酵やメタン発酵から供給される原料を用いることが、推奨されるのである。なお、含水EtOHの水分量としては、一般に、30vol%以下とすることが望ましく、特に、EtOHと水との共沸混合物を用いることが推奨される。   By the way, IB (isobutene), which is one of the raw materials used in producing the ETBE mixture according to the present invention using such a reactor 10, is preferably supplied from underground resources or biomass as described above. In addition, even in hydrous EtOH (ethanol), the one obtained by fermentation of biomass is advantageously used. In particular, it is recommended to use raw materials supplied from ethanol fermentation or methane fermentation using only biomass as a renewable resource as raw materials. In general, the water content of the hydrous EtOH is preferably 30 vol% or less, and it is particularly recommended to use an azeotropic mixture of EtOH and water.

また、そのような含水EtOHとIBとの反応は、液相において、一般に、100℃以下の中程度の温度、特に、60〜100℃程度の温度で、有利に実施されることとなる。また、反応装置、具体的には反応管20内において反応物を液相に保つために、圧力としては、一般に、2MPa程度以下、特に1.3〜2MPa程度の圧力が好適に採用されて、反応器10内においては、液相反応が進行せしめられることとなる。   Further, such a reaction between hydrous EtOH and IB is advantageously carried out in the liquid phase, generally at a medium temperature of 100 ° C. or less, particularly at a temperature of about 60 to 100 ° C. Further, in order to keep the reactant in a liquid phase in the reaction apparatus, specifically the reaction tube 20, generally, a pressure of about 2 MPa or less, particularly about 1.3 to 2 MPa is suitably employed as the pressure, In the reactor 10, the liquid phase reaction is allowed to proceed.

また、本発明に従って、含水EtOHとIBとを反応させるべく、反応管20内に充填せしめられる固体触媒22としては、公知の各種のものが、適宜に用いられ得るものであるが、一般に、陽イオン交換樹脂、中でも触媒用の強酸性陽イオン交換樹脂が、有利に用いられることとなる。そのような強酸性陽イオン交換樹脂としては、イオン交換基としてスルホン酸基(−SO3 H)等の強酸基が導入された多孔質タイプ(MR形)のスチレン系樹脂が、好適に使用可能である。また、そのような強酸性陽イオン交換樹脂としては、市販のものが何れも採用され得て、例えば、「Amberlyst」、「Amberlite」(米国:ローム・アンド・ハース社)、「ダイヤイオン」(三菱化学)、「Dowex」(米国:ダウ・ケミカル社)、「Duolite」(米国:Diamond Shamrock社)等の名称にて販売されているものが、適宜に用いられることとなる。なお、そのような強酸性陽イオン交換樹脂の粒径は、通常、0.5〜1.0mm程度である。 In addition, according to the present invention, various known catalysts can be appropriately used as the solid catalyst 22 filled in the reaction tube 20 in order to react hydrated EtOH with IB. Ion exchange resins, especially strong acidic cation exchange resins for catalysts, are advantageously used. As such a strongly acidic cation exchange resin, a porous type (MR type) styrene resin into which a strong acid group such as a sulfonic acid group (—SO 3 H) is introduced as an ion exchange group can be suitably used. It is. Moreover, as such a strongly acidic cation exchange resin, any commercially available one can be adopted, for example, “Amberlyst”, “Amberlite” (USA: Rohm and Haas), “Diaion” ( Products sold under the names such as Mitsubishi Chemical), “Dowex” (US: Dow Chemical), “Duolite” (US: Diamond Shamrock) will be used as appropriate. In addition, the particle size of such a strongly acidic cation exchange resin is usually about 0.5 to 1.0 mm.

そして、かくの如き反応器10を用いて、含水EtOHとIBとを反応させることにより、生成したETBEとTBAと共に、未反応のEtOHを含む反応生成物が得られることとなるが、本発明においては、そのような反応生成物において、ETBEが60〜90vol%、TBAが5〜20vol%、EtOHが5〜20vol%、そして、水分が0〜3vol%の割合で、それぞれ含まれるような組成において、反応系から取り出され、本発明に従うETBE混合物とされるのである。特に、このような組成範囲のETBE混合物として調製することにより、それは、内燃機関用高オクタン価燃料として、有利に用いられ得、また、オクタン価向上剤として、ガソリンに添加されて、優れた燃費特性を発揮したりする。   Then, by using the reactor 10 as described above, the water-containing EtOH and IB are reacted to obtain a reaction product containing unreacted EtOH together with the generated ETBE and TBA. In such a composition that ETBE is contained in a proportion of 60-90 vol%, TBA 5-20 vol%, EtOH 5-20 vol%, and moisture 0-3 vol%, respectively. Is taken from the reaction system and made into an ETBE mixture according to the invention. In particular, by preparing it as an ETBE mixture in such a composition range, it can be advantageously used as a high-octane fuel for internal combustion engines, and as an octane improver, it can be added to gasoline to provide excellent fuel economy characteristics. To demonstrate.

また、図3には、上述の如き反応器10を用いたETBE混合物の製造装置の一例に係る配置図が示されている。この図3に示される製造装置は、IB原料として、IB100%のものを用いる場合における装置の好適な一例に係るものであって、IB原料タンク30から導かれた100%IBは、IB原料供給流路31を通じて、熱交換器32において熱交換されて加熱された後、ポンプ34によって、反応器10に供給されるようになっている。また、EtOH原料タンク36から取り出された含水EtOHは、サージタンク38を通じて、EtOH供給流路39にて供給され、ポンプ40によって、所定の圧力下に反応器10に対して供給されるようになっている。なお、それらポンプ34及び40にて圧送される100%IBと含水EtOHとは、加熱器42にて、水蒸気により100℃以下の所定温度に加熱されて、反応器10内に導かれ、以て、ETBEとTBAの生成反応が進行せしめられるようになっているのである。   FIG. 3 is a layout diagram illustrating an example of an apparatus for producing an ETBE mixture using the reactor 10 as described above. The manufacturing apparatus shown in FIG. 3 relates to a preferred example of an apparatus when IB 100% is used as the IB raw material, and 100% IB led from the IB raw material tank 30 is IB raw material supply. Heat is exchanged and heated in the heat exchanger 32 through the flow path 31 and then supplied to the reactor 10 by the pump 34. Further, the water-containing EtOH taken out from the EtOH raw material tank 36 is supplied through the surge tank 38 in the EtOH supply flow path 39 and supplied to the reactor 10 by the pump 40 under a predetermined pressure. ing. The 100% IB and the water-containing EtOH pumped by the pumps 34 and 40 are heated to a predetermined temperature of 100 ° C. or less by the water vapor in the heater 42 and introduced into the reactor 10. ETBE and TBA production reaction is allowed to proceed.

そして、かかる反応器10内において生成したETBE及びTBAの所定量を含み、更に、未反応のEtOHや残余の水分を含む反応粗製物は、取出し流路44を通じて取り出され、蒸留塔46に供給される。この蒸留塔46においては、所定の蒸留操作によって、供給された反応粗製物が蒸留されて、その底部から、缶出液として製品が取り出される一方、蒸留塔46の塔頂部からは、反応粗製物より蒸留によって分離された未反応のIBからなる留出物が、冷却水による冷却によって液化されて取り出され、回収流路48を通じて、IB原料タンク30から供給される100%IB原料に混合せしめられて、有効利用され得るようになっている。また、蒸留塔46の底部から取り出された缶出液は、本発明に従うETBE混合物として、製品タンク50に製品流路52を通じて導かれ、貯留されるようになっている。なお、この製品タンク50に導かれる缶出液の廃熱が、熱交換器32において、製品流路52とIB原料供給流路31との間で熱交換が行なわれることによって、その有効利用が図られ得るようになっている。また、上記の蒸留塔46において、反応粗製物から、反応系に蓄積した炭化水素を取り除くようにすることも、必要に応じて採用されることとなる。   The reaction crude product containing a predetermined amount of ETBE and TBA generated in the reactor 10 and further containing unreacted EtOH and residual moisture is taken out through the take-out flow path 44 and supplied to the distillation column 46. The In the distillation column 46, the supplied reaction crude product is distilled by a predetermined distillation operation, and a product is taken out from the bottom as a bottoms. On the other hand, from the top of the distillation column 46, the reaction crude product is removed. The distillate composed of unreacted IB separated by distillation is liquefied by cooling with cooling water, taken out, and mixed with the 100% IB raw material supplied from the IB raw material tank 30 through the recovery channel 48. Can be used effectively. Further, the bottoms taken out from the bottom of the distillation column 46 is guided and stored in the product tank 50 through the product channel 52 as an ETBE mixture according to the present invention. The waste heat of the bottoms led to the product tank 50 is effectively used by heat exchange between the product flow path 52 and the IB raw material supply flow path 31 in the heat exchanger 32. It can be illustrated. Further, in the distillation column 46 described above, removing hydrocarbons accumulated in the reaction system from the reaction crude product is also employed as necessary.

ところで、このような図3に示される構成の装置において、100%IB原料を用い、月産6000kLとした時の商業プラントの物質収支をまとめると、以下の表2に示される通りである。なお、その際、IB原料タンク30からの100%IBの供給量は、89L/minとし、また、EtOH原料タンク36からの92vol%の含水EtOHの供給量は、64L/minとして、算出されている。そして、この表2に示される物質収支から、ETBE混合物の組成が、本発明の要求に合致していることが、良く理解されるのである。   By the way, in the apparatus shown in FIG. 3, the mass balance of a commercial plant when 100% IB raw material is used and the monthly production is 6000 kL is summarized as shown in Table 2 below. At this time, the supply amount of 100% IB from the IB raw material tank 30 is calculated as 89 L / min, and the supply amount of 92 vol% hydrous EtOH from the EtOH raw material tank 36 is calculated as 64 L / min. Yes. From the mass balance shown in Table 2, it is well understood that the composition of the ETBE mixture meets the requirements of the present invention.

Figure 2006137824
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さらに、図4には、100%IB原料ではなく、IBと共に他の炭化水素をも含むIB系原料、例えばC4留分等を用いる場合における、ETBE混合物の製造装置の一例に係る配置図が示されている。そこでは、図3に示される反応器10と蒸留塔46とからなる反応ユニットの二組が直列に接続されてなる構成が、採用されているのである。なお、ここでは、理解を容易にするために、図3の装置と同様な構成には、同様な番号を付することとする。   Furthermore, FIG. 4 shows a layout view of an example of an apparatus for producing an ETBE mixture in the case of using an IB-based material containing not only 100% IB material but also other hydrocarbons together with IB, for example, a C4 fraction. Has been. In this case, a configuration in which two sets of reaction units including the reactor 10 and the distillation column 46 shown in FIG. 3 are connected in series is employed. Here, in order to facilitate understanding, the same components as those in the apparatus of FIG.

かかる図4に示される製造装置においては、第一反応器10aと第一蒸留塔46aとからなる反応ユニットと、第二反応器10bと第二蒸留塔46bからなる反応ユニットとが、直列に接続されているのであり、IB原料タンク30から取り出されたC4留分からなるIB原料は、熱交換器32を経て、第一反応器10a内に導かれるようになっている。一方、EtOH原料タンク36からポンプ54にて取り出された含水EtOHは、第一蒸留塔46aの塔頂部から取り出された留出物がポンプ56にて圧送されるものと共に、加熱器42において、水蒸気にて所定温度に加熱された後、第二反応器10b内に導入されて、含水EtOHとIBとの反応が、更に進行せしめられるようになっている。   In the production apparatus shown in FIG. 4, a reaction unit composed of the first reactor 10a and the first distillation column 46a and a reaction unit composed of the second reactor 10b and the second distillation column 46b are connected in series. Thus, the IB raw material consisting of the C4 fraction taken out from the IB raw material tank 30 is introduced into the first reactor 10a via the heat exchanger 32. On the other hand, the water-containing EtOH taken out from the EtOH raw material tank 36 by the pump 54 is supplied with the distillate taken out from the top of the first distillation column 46a by the pump 56, Then, it is introduced into the second reactor 10b, and the reaction between the hydrous EtOH and IB is allowed to proceed further.

そして、第二蒸留塔46bの塔頂部から取り出される留出物は、未反応IB含有量の少ない副生物であって、副生物タンク56内に収容せしめられるようになっている一方、第二蒸留塔46bの底部から取り出される缶出液は、更に引き続き反応が進行せしめられるべく、サージタンク38からポンプ40にて第一反応器10aに圧送せしめられるようになっている。また、第一反応器10aにおいては、このポンプ40にて圧送された含水EtOHリッチな缶出液と、IB原料タンク30からポンプ34にて供給されるIB原料(C4留分)とが反応せしめられ、そして、それによって得られた反応粗製物が、第一蒸留塔46aにおいて蒸留操作に付され、その底部から取り出された缶出液が、目的とするETBE混合物(製品)として、製品タンク50内に収容せしめられる一方、その塔頂部から取り出された留出物は、未反応のIBを含むものであるところから、それは、再び、ポンプ56によって第二反応器10b内に供給されて、ポンプ54にて供給される含水EtOHとの反応に供せしめられるようになっているのである。   And the distillate taken out from the top of the second distillation column 46b is a by-product having a low unreacted IB content, and is accommodated in the by-product tank 56, while the second distillation. The bottoms taken out from the bottom of the column 46b is pumped from the surge tank 38 to the first reactor 10a by the pump 40 so that the reaction can proceed further. In the first reactor 10a, the water-containing EtOH-rich bottoms pumped by the pump 40 reacts with the IB raw material (C4 fraction) supplied from the IB raw material tank 30 by the pump 34. The reaction crude product thus obtained is subjected to a distillation operation in the first distillation column 46a, and the bottoms taken out from the bottom thereof are used as a target ETBE mixture (product) as a product tank 50. On the other hand, since the distillate taken out from the top of the column contains unreacted IB, it is fed again into the second reactor 10b by the pump 56 and supplied to the pump 54. It can be used for the reaction with the hydrous EtOH supplied.

このように、反応器10と蒸留塔46とからなる反応ユニットの複数を組み合わせ、IB原料(C4留分)の原料入口を最初の反応器である第一反応器10aとする一方、含水EtOHの原料入口を最後の反応器である第二反応器10bとして、それぞれ別々に供給するようにすることによって、可逆反応の制約を効果的に緩和することが出来ることとなるのであり、そして、ETBE濃度の高いETBE混合物を製品として、最初の蒸留塔である第一蒸留塔46aから、その缶出液として有利に取り出すことが出来るのである。なお、最後の蒸留塔である第二蒸留塔46bの留出物として取り出される副生物には、IBの含有が少なく、従って、そのようにして得られる副生物を、他の用途に有利に使うことが可能となる。   In this way, a plurality of reaction units composed of the reactor 10 and the distillation column 46 are combined, and the raw material inlet of the IB raw material (C4 fraction) is used as the first reactor 10a which is the first reactor, while water-containing EtOH is contained. By supplying the raw material inlet separately as the second reactor 10b which is the last reactor, the restriction of the reversible reaction can be effectively relaxed, and the ETBE concentration The high ETBE mixture can be advantageously taken out as a product from the first distillation column 46a, which is the first distillation column. In addition, the by-product taken out as a distillate of the second distillation column 46b which is the last distillation column has a low content of IB. Therefore, the by-product thus obtained is advantageously used for other applications. It becomes possible.

そして、下記表3には、IBの含有量が53wt%のC4留分であるラフィネート−1を用いて、含水EtOHと反応させるときの、月産6000kLの商業プラントの物質収支が示されている。そこにおいて、ラフィネート−1の供給量は、168L/minであり、92vol%の含水EtOHの供給量は、68L/minであるとして、算出されている。なお、表3における略号は、以下の化合物を表わしている。1−B:1−ブテン、C−2−B:シス−2−ブテン、N−B:N−ブタン、T−2−B:トランス−2−ブテン、IBU:イソブタン、1,3−B:1,3−ブタジエン、C5+:炭素数5以上の炭化水素。   Table 3 below shows the mass balance of a commercial plant with a monthly production of 6000 kL when it is reacted with hydrous EtOH using raffinate-1, which is a C4 fraction with an IB content of 53 wt%. . In this case, the supply amount of raffinate-1 is 168 L / min, and the supply amount of 92 vol% hydrous EtOH is calculated to be 68 L / min. In addition, the symbol in Table 3 represents the following compounds. 1-B: 1-butene, C-2-B: cis-2-butene, NB: N-butane, T-2-B: trans-2-butene, IBU: isobutane, 1,3-B: 1,3-butadiene, C5 +: a hydrocarbon having 5 or more carbon atoms.

Figure 2006137824
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なお、かかる図4に示される如き製造装置において、第一反応器10aと第一蒸留塔46aからなる反応ユニットと、第二反応器10bと第二蒸留塔46bからなる反応ユニットとの間に、更に、1又はそれ以上の反応ユニットを配して、直列に接続せしめるようにすることも、可能である。その場合において、それぞれの蒸留塔の底部から取り出される缶出液は、更に反応を進行せしめるべく、その上流側の反応ユニットの反応器、特にその一つ前の反応器に対して、適当なポンプ手段によって、圧送せしめられることとなる。   In the production apparatus as shown in FIG. 4, between the reaction unit consisting of the first reactor 10a and the first distillation column 46a, and the reaction unit consisting of the second reactor 10b and the second distillation column 46b, It is also possible to arrange one or more reaction units and connect them in series. In that case, the bottoms taken out from the bottom of each distillation column are suitable pumps for the reactor of the upstream reaction unit, in particular the previous reactor, in order to proceed further. By means, it will be pumped.

さらに、図5に示される本発明に従うETBE混合物の製造装置にあっては、図4に示される装置と同様なC4留分を原料として用いるために、図3に示される装置において、蒸留塔46に代えて、反応蒸留塔60が用いられ、そして、この反応蒸留塔60から取り出される留出物が、副生物タンク58に導かれるようになっているのである。なお、かかる反応蒸留塔60においては、その内部に、反応器10と同様な、含水アルコールとイソブテンとを反応させるための固体触媒22が収容されて、それら成分の反応が進行せしめられる一方、反応粗製物の蒸留操作も同時に行われ得るようになっているのであり、このため、反応器10から取り出された反応粗製物は、更に、反応蒸留塔60において、反応が進行せしめられることとなるのである。このように、単なる蒸留塔(46)の代わりに、反応蒸留塔60を用いることによって、反応中の分離が可能となるのであり、それ故に、可逆反応での逆反応を効果的に抑制することが出来、以て、ETBE混合物の所定の組成とIBの少ない副生物を製造することが出来ることとなるのである。   Further, in the apparatus for producing an ETBE mixture according to the present invention shown in FIG. 5, in order to use a C4 fraction similar to the apparatus shown in FIG. 4 as a raw material, in the apparatus shown in FIG. Instead, a reactive distillation column 60 is used, and a distillate taken out from the reactive distillation column 60 is led to a by-product tank 58. In the reactive distillation column 60, a solid catalyst 22 for reacting hydrous alcohol with isobutene is accommodated in the reaction column 60, and the reaction of these components is allowed to proceed. Since the distillation operation of the crude product can be performed simultaneously, the reaction crude product taken out from the reactor 10 is further allowed to proceed in the reactive distillation column 60. is there. Thus, by using the reactive distillation column 60 instead of the simple distillation column (46), separation during the reaction becomes possible. Therefore, the reverse reaction in the reversible reaction is effectively suppressed. As a result, a predetermined composition of the ETBE mixture and a by-product with less IB can be produced.

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、これは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、上記の記載によって、何等の制約をも受けるものではないことが、理解されるべきである。従って、その他一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において、実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に含まれるものであることは、言うまでもないところである。   The exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above. However, this is merely an example, and the present invention is not limited by the above description. Should be understood. Therefore, although not enumerated one by one, the present invention can be implemented in a mode with various changes, modifications, improvements and the like based on the knowledge of those skilled in the art. Needless to say, all are included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

以下に、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明をパイロットプラントにて実施した結果を、明らかにすることとする。   Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, the results of carrying out the present invention in a pilot plant will be clarified.

先ず、パイロットプラントとして、図1に示される如き6段の反応室を備えた反応器を製作した。反応器の内径は15cm、一段の高さは30cmであった。なお、各反応室の温度制御は、図2に示される構造とは異なり、各反応室内に螺旋状に配置された熱水供給パイプと冷水供給パイプを用いて、それぞれの反応室内に充填された固体触媒(強酸性陽イオン交換樹脂)を加熱・冷却することにより、行なった。また、用いた強酸性陽イオン交換樹脂は、「Amberlyst 15」(米国:ローム・アンド・ハース社)であり、また、この触媒としての強酸性陽イオン交換樹脂の全使用量は22.9Lとなり、更に、乾燥陽イオン交換樹脂の質量は、4.94kgであった。そして、伝熱面積と乾燥陽イオン交換樹脂の質量との比は、0.62m2 /kg・dry・resinであった。 First, as a pilot plant, a reactor having a six-stage reaction chamber as shown in FIG. 1 was manufactured. The inner diameter of the reactor was 15 cm, and the height of one stage was 30 cm. The temperature control of each reaction chamber is different from the structure shown in FIG. 2, and the reaction chambers are filled with hot water supply pipes and cold water supply pipes arranged spirally in each reaction chamber. The solid catalyst (strongly acidic cation exchange resin) was heated and cooled. The strong acid cation exchange resin used was “Amberlyst 15” (USA: Rohm and Haas), and the total amount of the strong acid cation exchange resin used as the catalyst was 22.9 L. Furthermore, the mass of the dry cation exchange resin was 4.94 kg. The ratio between the heat transfer area and the mass of the dry cation exchange resin was 0.62 m 2 / kg · dry · resin.

また、かかる反応器における温度設定は、反応室を下から上に第1段から第6段とすると、第1段:80℃、第2段:90℃、第3段:85℃、第4段:80℃、第5段:75℃、第6段:70℃となるようにして、熱水と冷水の供給量を調節することにより、それぞれ温度制御を行なった。なお、反応器の最下段である第1段の反応室における反応温度を、その上の第2段の反応室よりも低めの温度に設定したのは、入口付近での急激な反応を抑制し、温度制御を容易にするためである。そして、第1段の上の第2段の反応室における温度を最高温度(90℃)と為し、その後は、上方の反応室に行く程、温度を5℃ずつ低くした。   Further, the temperature setting in such a reactor is as follows. First stage: 80 ° C. Second stage: 90 ° C. Third stage: 85 ° C. The temperature was controlled by adjusting the supply amounts of hot water and cold water so that the stage: 80 ° C., the fifth stage: 75 ° C., and the sixth stage: 70 ° C. Note that the reaction temperature in the first-stage reaction chamber, which is the lowest stage of the reactor, was set to a temperature lower than that of the second-stage reaction chamber above it to suppress a rapid reaction near the inlet. This is to facilitate temperature control. Then, the temperature in the second stage reaction chamber above the first stage was set to the maximum temperature (90 ° C.), and thereafter, the temperature was lowered by 5 ° C. toward the upper reaction chamber.

そして、上述の如き反応条件下において、IBと含水EtOHとを反応せしめて得られる結果のうち、下記の表4に、100%IBを原料とした時の実測値と計算値とが、比較して示されている。この表4の結果から明らかなように、それらの数値がよく一致していることを認めることが出来る。なお、計算は、回分反応器で得た実験データをもとに、反応速度式を誘導し、管型反応器の基礎式にて求めた。他の全ての反応器シミュレーションも、同じ方法によって求めた。   Of the results obtained by reacting IB with hydrous EtOH under the reaction conditions as described above, the measured values and calculated values when 100% IB is used as a raw material are compared in Table 4 below. Is shown. As is apparent from the results in Table 4, it can be recognized that the numerical values are in good agreement. The calculation was derived from the experimental equation obtained in the batch reactor, and the reaction rate equation was derived to obtain the basic equation of the tubular reactor. All other reactor simulations were determined by the same method.

Figure 2006137824
Figure 2006137824

また、石油プラントにおいて得られる、IBを多く含むC4留分であるラフィネート−1を、IB原料として用いた場合における実測値と計算値を、下記表5に、比較して示した。なお、ここで用いたラフィネート−1におけるIB含有量は、47wt%であった。この表5の結果より明らかな如く、それら実測値と計算値がよく一致していることを認めることが出来る。
Further, Table 5 below shows a comparison between measured values and calculated values when raffinate-1, which is a C4 fraction containing a lot of IB, obtained in an oil plant is used as an IB raw material. In addition, IB content in the raffinate-1 used here was 47 wt%. As is apparent from the results in Table 5, it can be recognized that the measured values and the calculated values are in good agreement.

Figure 2006137824
Figure 2006137824

かかる表4及び表5の結果の何れにおいても、ETBE混合物は、本発明にて規定される所定の組成範囲内にあり、高オクタン価の自動車用燃料等の内燃機関用燃料として、適合していることが認められる。この事実を明らかにするために、表5に示される組成のETBE混合物を用いて、レギュラーガソリンとの燃費比較を、50cc原動機付自転車と125ccオートバイにて走行実験を行い、下記表6に、燃料消費率の結果において示した。そして、この表6の結果からも明らかなように、レギュラーガソリンに比べて、本発明に従うETBE混合物を用いた場合にあっては、燃料消費率が著しく(2割以上)改善されていることが認められるのである。   In any of the results of Table 4 and Table 5, the ETBE mixture is within the predetermined composition range defined in the present invention, and is suitable as a fuel for an internal combustion engine such as a high octane number automobile fuel. It is recognized that In order to clarify this fact, a fuel consumption comparison with regular gasoline was conducted using an ETBE mixture having the composition shown in Table 5, and a running experiment was conducted on a 50 cc motor bicycle and a 125 cc motorcycle. Shown in the consumption rate results. As is apparent from the results in Table 6, the fuel consumption rate is remarkably improved (20% or more) when the ETBE mixture according to the present invention is used as compared with the regular gasoline. It is recognized.

Figure 2006137824
Figure 2006137824

本発明に従うETBE混合物の製造のために用いられる反応器の一例を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing an example of a reactor used for the production of an ETBE mixture according to the present invention. 図1に示される反応器における反応室の一例を示す断面説明図であって、(a)は、反応室の横断面説明図であり、(b)は、(a)におけるA−A断面部分説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows an example of the reaction chamber in the reactor shown by FIG. 1, Comprising: (a) is a cross-sectional explanatory drawing of a reaction chamber, (b) is the AA cross-section part in (a). It is explanatory drawing. 本発明に従うETBE混合物の製造装置の一例を示す配置構成図である。It is an arrangement block diagram which shows an example of the manufacturing apparatus of the ETBE mixture according to this invention. 本発明に従うETBE混合物の製造装置の他の一例を示す配置説明図である。It is arrangement | positioning explanatory drawing which shows another example of the manufacturing apparatus of the ETBE mixture according to this invention. 本発明に従うETBE混合物の製造装置の更に別の一例を示す配置説明図である。It is arrangement | positioning explanatory drawing which shows another example of the manufacturing apparatus of the ETBE mixture according to this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 反応器 12 仕切り
14a〜14h 反応室 16 熱水供給路
18 冷水供給路 20 反応管
22 固体触媒 24 フィルター
30 IB原料タンク 31 IB原料供給流路
32 熱交換器 34 ポンプ
36 EtOH原料タンク 38 サージタンク
39 EtOH供給流路 40 ポンプ
42 加熱器 44 取出流路
46 蒸留塔 48 回収流路
50 製品タンク 52 製品流路
54、56 ポンプ 58 副生物タンク
60 反応蒸留塔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reactor 12 Partition 14a-14h Reaction chamber 16 Hot water supply path 18 Cold water supply path 20 Reaction tube 22 Solid catalyst 24 Filter 30 IB raw material tank 31 IB raw material supply flow path 32 Heat exchanger 34 Pump 36 EtOH raw material tank 38 Surge tank 39 EtOH supply flow path 40 Pump 42 Heater 44 Extraction flow path 46 Distillation tower 48 Recovery flow path 50 Product tank 52 Product flow path 54, 56 Pump 58 By-product tank 60 Reactive distillation tower

Claims (10)

含水エタノールとイソブテンとを反応させて得られる反応生成物からなり、エチル−tert−ブチルエーテル:60〜90vol%、tert−ブチルアルコール:5〜20vol%、エタノール:5〜20vol%、及び水分:0〜3vol%を含むことを特徴とするETBE混合物。   It consists of a reaction product obtained by reacting hydrous ethanol with isobutene. Ethyl-tert-butyl ether: 60-90 vol%, tert-butyl alcohol: 5-20 vol%, ethanol: 5-20 vol%, and water: 0 ETBE mixture characterized by containing 3 vol%. 前記含水エタノール及び前記イソブテンのうちの少なくとも何れか一方が、バイオマスを原料として製造されている請求項1に記載のETBE混合物。   The ETBE mixture according to claim 1, wherein at least one of the hydrous ethanol and the isobutene is produced using biomass as a raw material. 請求項1又は請求項2に記載のETBE混合物からなることを特徴とする内燃機関用高オクタン価燃料。   A high octane fuel for an internal combustion engine comprising the ETBE mixture according to claim 1 or 2. 含水エタノールとイソブテンとを原料として、それらを、固体触媒を充填した固定床反応器を用いて反応させ、少なくともエチル−tert−ブチルエーテルとtert−ブチルアルコールと未反応のエタノールとを含む反応生成物を得ることを特徴とするETBE混合物の製造法。   Using hydrous ethanol and isobutene as raw materials, they are reacted using a fixed bed reactor packed with a solid catalyst, and a reaction product containing at least ethyl-tert-butyl ether, tert-butyl alcohol and unreacted ethanol is obtained. A process for producing an ETBE mixture, characterized in that it is obtained. 反応終期の反応温度が反応初期の反応温度よりも低くなるように、反応の進行に伴なって、反応系の冷却を行なう請求項4に記載のETBE混合物の製造法。   The process for producing an ETBE mixture according to claim 4, wherein the reaction system is cooled as the reaction proceeds so that the reaction temperature at the end of the reaction is lower than the reaction temperature at the beginning of the reaction. 前記含水エタノールが、エタノールと水との共沸混合物である請求項4又は請求項5に記載のETBE混合物の製造法。   The method for producing an ETBE mixture according to claim 4 or 5, wherein the hydrous ethanol is an azeotropic mixture of ethanol and water. 前記固体触媒が、強酸性陽イオン交換樹脂である請求項4乃至請求項6の何れかに記載のETBE混合物の製造法。   The method for producing an ETBE mixture according to any one of claims 4 to 6, wherein the solid catalyst is a strongly acidic cation exchange resin. 含水エタノールとイソブテンとを反応せしめて、少なくともエチル−tert−ブチルエーテルとtert−ブチルアルコールと未反応のエタノールとを含む反応生成物を製造するための装置にして、
含水エタノールとイソブテンとを反応せしめるための、加熱・冷却手段を備えた多管式の多段固定床反応器と、
該反応器から流出する反応粗製物を蒸留して、前記反応にて生じたエチル−tert−ブチルエーテルとtert−ブチルアルコールと共に、未反応のエタノールを含む缶出液を取り出す蒸留塔とを、
有することを特徴とするETBE混合物の製造装置。
An apparatus for producing a reaction product containing at least ethyl-tert-butyl ether, tert-butyl alcohol and unreacted ethanol by reacting hydrous ethanol with isobutene,
A multitubular multistage fixed bed reactor equipped with heating and cooling means for reacting hydrous ethanol with isobutene;
A distillation column for distilling the crude reaction product flowing out from the reactor and taking out a bottom liquid containing unreacted ethanol together with ethyl-tert-butyl ether and tert-butyl alcohol produced in the reaction,
An apparatus for producing an ETBE mixture, comprising:
前記反応器と前記蒸留塔からなる反応ユニットの複数を用い、それら反応ユニットを直列に配設して、接続する一方、かかる直列に配設された複数の反応ユニットの最初の反応ユニットにおける反応器に対して前記イソブテンの供給手段を接続し、且つ最終の反応ユニットにおける反応器に対して前記含水エタノールの供給手段を接続すると共に、所定の反応ユニットにおける蒸留塔で取り出された缶出液を、一つ前の反応ユニットにおける反応器に対して還流せしめるように構成したことを特徴とする請求項8に記載のETBE混合物の製造装置。   Using a plurality of reaction units comprising the reactor and the distillation column, the reaction units are arranged and connected in series, and the reactor in the first reaction unit of the plurality of reaction units arranged in series The isobutene supply means is connected to the final reaction unit, and the water-containing ethanol supply means is connected to the reactor in the final reaction unit, and the bottoms taken out in the distillation column in the predetermined reaction unit, The apparatus for producing an ETBE mixture according to claim 8, wherein the apparatus is configured to reflux the reactor in the previous reaction unit. 前記蒸留塔が、前記反応粗製物の蒸留を行なうと共に、該反応粗製物中に存在する未反応物の反応を進行せしめる反応蒸留塔である請求項8又は請求項9に記載のETBE混合物の製造装置。
10. The ETBE mixture according to claim 8 or 9, wherein the distillation column is a reactive distillation column that performs distillation of the reaction crude product and promotes the reaction of unreacted substances present in the reaction crude product. apparatus.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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