JP5614618B2 - Manufacturing method of ETBE - Google Patents

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Description

本発明は、ETBEの製造方法に関し、更に詳しくは、簡単な方法で高純度のETBEを収率良く得ることができ、装置の大型化や実用化が可能なETBEの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing ETBE, and more specifically, relates to a method for producing ETBE, which enables high-purity ETBE to be obtained in a high yield by a simple method, and enables the apparatus to be enlarged and put into practical use.

エチルターシャリーブチルエーテル(以下「ETBE」という。)は、オクタン価が高く(オクタン価:118)、水に溶けにくいため品質が安定している。このため、ETBEは、地球温暖化対策の燃料として期待されている。
近年、ETBEは、ガソリンの代替え燃料、特にハイオク燃料、又は、これらの燃料用添加剤として、欧米(特に欧州)では既に実用化されており、国内でも導入が検討されている。なお、フランスやスペインでは、ETBEをガソリンに約15%添加して使用している。
また、ETBEは、発ガン性の疑いから2004年以降国内で製造停止中の燃料用添加剤メチルターシャリーブチルエーテルの代替え品としても注目されている。
Ethyl tertiary butyl ether (hereinafter referred to as “ETBE”) has a high octane number (octane number: 118) and is stable in quality because it is hardly soluble in water. For this reason, ETBE is expected as a fuel for global warming countermeasures.
In recent years, ETBE has already been put into practical use in Europe and the United States (particularly Europe) as an alternative fuel for gasoline, in particular, high-octane fuel, or an additive for these fuels, and introduction into the country is also being studied. In France and Spain, ETBE is used by adding about 15% to gasoline.
ETBE is also attracting attention as a substitute for the fuel additive methyl tertiary butyl ether, which has been suspended in Japan since 2004 due to suspicion of carcinogenicity.

かかるETBEは、一般にエタノールとイソブテンとを触媒存在下で反応させることにより製造される。
例えば、ETBEを抽出する方法としては、水を用いて、エタノール−ETBE混合物からETBEを分離するエチル第三ブチルエーテルの分離方法(例えば、特許文献1又は2参照)が知られており、ETBEの合成方法としては、2段階の抽出蒸留を行う第三級エーテルの製造方法(例えば、特許文献3〜5参照)、薄膜法と蒸留を組み合わせたエチル第三ブチルエーテルの精製方法(例えば、特許文献6参照)、水洗浄塔を備えることによりエタノールの無水化を不要とした合成方法(例えば、特許文献7参照)、マイクロ波を利用するアルキルエーテルの製造方法(例えば、特許文献8参照)等が知られている。
Such ETBE is generally produced by reacting ethanol and isobutene in the presence of a catalyst.
For example, as a method for extracting ETBE, a method for separating ethyl tert-butyl ether (see, for example, Patent Document 1 or 2) for separating ETBE from an ethanol-ETBE mixture using water is known, and synthesis of ETBE is known. As a method, a tertiary ether production method (for example, see Patent Documents 3 to 5) that performs two-stage extractive distillation, a purification method for ethyl tertiary butyl ether that combines a thin film method and distillation (for example, see Patent Document 6). ), A synthesis method (for example, see Patent Document 7) that eliminates the need for dehydration of ethanol by providing a water washing tower, a method for producing an alkyl ether using microwaves (for example, see Patent Document 8), and the like. ing.

また、参考までに、エタノールとターシャリーブチルアルコールとからETBEを製造する方法が開示されている(例えば、特許文献9又は10参照)。   For reference, a method for producing ETBE from ethanol and tertiary butyl alcohol is disclosed (see, for example, Patent Document 9 or 10).

特開平5−65241号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-65241 特開平5−201906号公報JP-A-5-201906 特開平7−149681号公報JP 7-149681 A 特開平7−304703号公報JP-A-7-304703 特開2007−182441号公報JP 2007-182441 A 特開平7−278035号公報JP 7-278035 A 特開2006−151869号公報JP 2006-151869 A 特開2008−133250号公報JP 2008-133250 A 特開平7−149682号公報JP-A-7-149682 特開2007−126450号公報JP 2007-126450 A

しかしながら、特許文献1及び2に記載のエチル第三ブチルエーテルの分離方法は、水を加えることよる工程追加により、システムが複雑となり、コストも大きくなる。また、装置に水による錆等が発生し、装置の寿命が短くなる傾向にある。
特許文献3〜5に記載の第三級エーテルの製造方法は、2段階の抽出蒸留を行うものの、ETBEの収率が不十分である。また、特許文献4記載のエーテルの精製方法では、蒸留塔の必要段数が多くなり、装置コストが膨大なものとなり実用化が困難である。さらに、特許文献5記載のETBEの製造方法では、推算法である原子団寄与法によるUNIFAC法および圧力依存性のないvan der Waals型状態方程式であるPeng−Robinson(Peng−Robinson equation of state)式を使用してシステム構築の計算を行っているため、計算結果が不確実なものとなる場合があり、装置の実用化が困難である。
特許文献6記載のエチル第三ブチルエーテルの精製方法は、薄膜法を用いるので、スケールアップが困難であるという欠点がある。
特許文献7記載のETBEの合成方法においては、C4成分を常温で加圧液化させるので、触媒充填層とクッション層を備えた管型反応容器の大型化が必要であり、コストも増大するため、装置の実用化が困難である。
特許文献8記載のアルキルエーテルの製造方法は、装置の大型化が困難である。
However, the methods for separating ethyl tert-butyl ether described in Patent Documents 1 and 2 add complexity to the system and increase the cost due to the addition of water. Further, rust and the like due to water are generated in the device, and the life of the device tends to be shortened.
Although the tertiary ether production methods described in Patent Documents 3 to 5 perform two-stage extractive distillation, the yield of ETBE is insufficient. Further, in the method for purifying ether described in Patent Document 4, the number of necessary distillation towers is increased, the apparatus cost is enormous, and practical application is difficult. Furthermore, in the manufacturing method of ETBE described in Patent Document 5, the UNIFAC method based on an atomic group contribution method that is an estimation method and the Peng-Robinson (Peng-Robinson equation of state) equation that is a van der Waals type equation of state that does not depend on pressure Since the calculation of the system construction is performed using, the calculation result may be uncertain and it is difficult to put the device into practical use.
The method for purifying ethyl tert-butyl ether described in Patent Document 6 has a drawback that it is difficult to scale up because it uses a thin film method.
In the method of synthesizing ETBE described in Patent Document 7, since the C4 component is liquefied at room temperature, it is necessary to increase the size of the tubular reaction vessel provided with the catalyst packed layer and the cushion layer, and the cost also increases. It is difficult to put the device into practical use.
In the method for producing an alkyl ether described in Patent Document 8, it is difficult to increase the size of the apparatus.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な方法で高純度のETBEを収率良く得ることができ、装置の大型化や実用化が可能なETBEの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for producing ETBE capable of obtaining high-purity ETBE in a high yield with a simple method and capable of upsizing and practical use of the apparatus. With the goal.

本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、反応蒸留工程後の残渣を、所定の高圧条件下で反応蒸留することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above-mentioned problems. As a result, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by reactive distillation of the residue after the reactive distillation step under a predetermined high-pressure condition, thereby completing the present invention. It came to.

すなわち、本発明は、(1)エタノールに混在している水を、水吸着剤を用いてエタノール中の水分濃度を3000ppm以下とする脱水工程と、イソブテンを含む炭化水素とエタノールとを反応触媒存在下、反応させる主反応工程と、混合物を更に蒸留塔にて反応蒸留し、ETBEを得る反応蒸留工程と、反応蒸留工程における残渣を高圧条件下で反応蒸留し、ETBEを得るETBE蒸留工程と、を備え、エタノールが、リグノセルロースを加水分解して糖とし、該糖を発酵させて得られたものであり、主反応工程が加圧気液混相反応方式で施され、反応蒸留工程が反応蒸留方式で施されるETBEの製造方法に存する。 That is, the present invention includes (1) a dehydration step in which water mixed in ethanol is made to have a water concentration of 3000 ppm or less using a water adsorbent , a hydrocarbon containing isobutene and ethanol as a reaction catalyst. The main reaction step to be reacted below, the mixture is further reactively distilled in a distillation tower to obtain ETBE, the residue in the reactive distillation step is reactively distilled under high pressure conditions, and the ETBE distillation step to obtain ETBE, The ethanol is obtained by hydrolyzing lignocellulose into sugar and fermenting the sugar. The main reaction step is performed by a pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, and the reactive distillation step is a reactive distillation method. in resides in the method of manufacturing the decorated with Ru ETBE.

本発明は、(2)ETBE蒸留工程における高圧条件が0.23MPaより大きい上記(1)記載のETBEの製造方法に存する。   The present invention resides in (2) the method for producing ETBE according to the above (1), wherein the high-pressure condition in the ETBE distillation step is greater than 0.23 MPa.

本発明は、(3)炭化水素が、プロパン、イソブタン、1−ブテン、2−ブテン及びペンタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含む上記(1)記載のETBEの製造方法に存する。   The present invention resides in (3) the method for producing ETBE according to the above (1), wherein the hydrocarbon further comprises at least one selected from the group consisting of propane, isobutane, 1-butene, 2-butene and pentane.

本発明は、(4)脱水工程において、脱水温度を20〜200℃とする上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 The present invention (4) in the dehydration step, consists in ETBE method according to any one of the above you dehydration temperature 20~200 ℃ (1) ~ (3 ).

本発明は、(5)反応触媒が、イオン交換基として強酸基が導入された多孔質タイプのスチレン系樹脂からなる強酸性陽イオン交換樹脂であり、該強酸性陽イオン交換樹脂の粒径を0.5〜1.0mmとし、反応触媒の使用量を、エタノール1モルに対して、1〜90gとする上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 The present invention, (5) reaction catalyst, Ri strongly acidic cation exchange resin der made of a porous type styrene resin strong acid group is introduced as the ion exchange group, the particle size of said strong acid cation exchange resin was a 0.5 to 1.0 mm, the amount of reaction catalyst, with respect to ethanol 1 mole, the shall be the 1~90g (1) ~ (4) a method of manufacturing a ETBE according to any one of Exist.

本発明は、(6)炭化水素中のイソブテン濃度を5重量%以上とし、原料のエタノールに対するイソブテンのモル比を0.1〜10モルとする上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 The present invention (6) and carbonizing the isobutene concentration in the hydrogen 5% by weight or more, you the molar ratio of isobutene to ethanol of the material and 0.1 to 10 moles of (1) to any one of (5) ETBE manufacturing method described in 1.

本発明は、(7)反応蒸留工程において、100℃以下の温度条件下、純度95重量%以上のETBEを缶出させる上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。   The present invention provides (7) production of ETBE according to any one of (1) to (6) above, wherein ETBE having a purity of 95% by weight or more is discharged under a temperature condition of 100 ° C. or lower in a reactive distillation step. Lies in the way.

本発明は、(8)加圧気液混相反応方式において、反応温度を100℃以下とし、反応時の気圧をエタノールが液相を保持できる圧力以上とし、イソブテンが気相を循環するようになっている上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 According to the present invention, (8) in a pressurized gas-liquid mixed phase reaction system, the reaction temperature is set to 100 ° C. or lower, the atmospheric pressure during the reaction is set to a pressure higher than that at which ethanol can maintain the liquid phase, and isobutene circulates in the gas phase. The method for producing ETBE according to any one of (1) to (7) above.

本発明は、(9)加圧気液混相反応方式において、反応圧力を0.3MPa以上とし、液空間速度を0.1〜10(m −エタノール/hr/m −触媒)とする上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 The present invention (9) In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, the reaction pressure was more than 0.3 MPa, the liquid hourly space velocity 0.1 to 10 (m 3 - ethanol / hr / m 3 - catalyst) shall be the above (1) It exists in the manufacturing method of ETBE as described in any one of (8).

本発明は、(10)反応蒸留工程において、蒸留塔の反応蒸留部の温度を100℃以下とし、蒸留塔の塔頂部の温度を30〜80℃とし、蒸留塔の塔底部の温度を90〜150℃とし、塔頂部圧力を0.7MPa以下とし、蒸留塔の還流比を0.1〜4となるように運転する上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 The present invention is (10) in the reactive distillation step, the temperature of the reactive distillation section of the distillation column is 100 ° C. or lower, the temperature of the top of the distillation tower is 30 to 80 ° C., and the temperature of the bottom of the distillation tower is 90 to 90 ° C. and 0.99 ° C., the column top pressure was 0.7MPa or less, you operated a reflux ratio of the distillation column such that 0.1 to 4 above (1) to the ETBE according to any one of (9) Lies in the manufacturing method.

本発明は、(11)ETBE蒸留工程において、蒸留塔の塔頂部の温度を50〜90℃とし、蒸留塔の塔底部の温度を130〜180℃とし、蒸留塔の塔頂部の圧力を0.23MPaより大きくし、純度95重量%以上のETBEを缶出させる上記(1)〜(10)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 In the (11) ETBE distillation step, the temperature at the top of the distillation column is set to 50 to 90 ° C., the temperature at the bottom of the distillation column is set to 130 to 180 ° C., and the pressure at the top of the distillation column is set to 0.1. greater than 23 MPa, consists in ETBE method according to any one of the above a purity of 95% or more by weight of ETBE Ru was issued can (1) to (10).

本発明は、(12)ETBE蒸留工程における残渣から未反応のイソブテンを回収するイソブテン回収工程と、イソブテン回収工程後の残渣から未反応のエタノールを回収するエタノール回収工程と、を更に備える上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載のETBEの製造方法に存する。 The present invention (12) and ETBE distillation step isobutene recovery step of recovering the unreacted isobutene from the residue in the ethanol recovery step of recovering the ethanol unreacted residue after isobutene recovery step, Ru further comprising the ( 1) It exists in the manufacturing method of ETBE as described in any one of (11).

本発明は、(13)イソブテン回収工程において、蒸留塔の塔頂部の圧力を0.5〜1.5MPaとする上記(12)記載のETBEの製造方法に存する。 The present invention (13) in isobutene recovery step consists in upper Symbol (12) SL mounting ETBE production method of you to the overhead pressure of the distillation column and 0.5~1.5MPa.

本発明は、(14)エタノール回収工程において、蒸留塔の塔頂部の圧力を常圧とし、蒸留塔の塔頂部の温度を65〜90℃とし、蒸留塔の塔底部の温度を90〜120℃とし、純度が96重量%以下のエタノールを留出させた後、該エタノールに混在している水を取り除く脱水工程を施し、再使用する上記(12)又は(13)記載のETBEの製造方法に存する。 In the (14) ethanol recovery step, the present invention provides that the pressure at the top of the distillation column is normal pressure, the temperature at the top of the distillation column is 65 to 90 ° C, and the temperature at the bottom of the distillation column is 90 to 120 ° C. and then, after purity was distilled ethanol 96 wt% or less, subjected to a dehydration step of removing water are mixed in the ethanol, the production of ETBE described above you reuse (12) or (13) Lies in the way.

本発明のETBEの製造方法においては、高圧条件下で施されるETBE蒸留工程を備えることにより、簡単な方法で高純度のETBEを収率良く得ることができる。
また、反応蒸留工程及びETBE蒸留工程は、いずれも特別な装置が不要であるので、装置の大型化や実用化が可能となる。なお、ETBE蒸留工程における圧力の条件は0.23MPaより大きいことが好ましい。
In the method for producing ETBE of the present invention, high-purity ETBE can be obtained with high yield by a simple method by including an ETBE distillation step performed under high-pressure conditions.
Moreover, since neither a reactive distillation process nor an ETBE distillation process requires a special apparatus, the apparatus can be enlarged and put into practical use. The pressure condition in the ETBE distillation step is preferably greater than 0.23 MPa.

本発明のETBEの製造方法においては、炭化水素が、プロパン、イソブタン、1−ブテン、2−ブテン及びペンタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含む混合ガスである場合、ETBEを選択的且つ効率的に製造することができる。   In the method for producing ETBE of the present invention, when the hydrocarbon is a mixed gas further containing at least one selected from the group consisting of propane, isobutane, 1-butene, 2-butene and pentane, ETBE is selectively and It can be manufactured efficiently.

本発明のETBEの製造方法においては、反応蒸留工程(又は主反応工程)の前に、エタノールに混在している水を取り除く脱水工程を更に備えると、ETBEの収率がより向上する。   In the method for producing ETBE of the present invention, if a dehydration step for removing water mixed in ethanol is further provided before the reactive distillation step (or main reaction step), the yield of ETBE is further improved.

本発明のETBEの製造方法においては、反応触媒が陽イオン交換樹脂であると、イソブテンとエタノールとの反応が速やかに進行する。   In the ETBE production method of the present invention, when the reaction catalyst is a cation exchange resin, the reaction between isobutene and ethanol proceeds rapidly.

本発明のETBEの製造方法においては、エタノールが、リグノセルロースを加水分解し発酵させて得られたものであると、低コスト且つ低環境負荷型のプロセスでETBEを製造することができる。   In the method for producing ETBE of the present invention, when ethanol is obtained by hydrolyzing and fermenting lignocellulose, ETBE can be produced by a low-cost and low environmental load type process.

本発明のETBEの製造方法においては、反応蒸留工程において、0.7MPa以下の圧力条件下、純度95重量%以上のETBEを缶出させるようにすると、効率良くETBEが得られる。   In the method for producing ETBE of the present invention, ETBE can be efficiently obtained by allowing ETBE having a purity of 95% by weight or more to be taken out in a reactive distillation step under a pressure condition of 0.7 MPa or less.

本発明のETBEの製造方法においては、反応蒸留工程の前に、炭化水素とエタノールとを反応させる主反応工程を備え、主反応工程が加圧気液混相反応方式で施され、反応蒸留工程が反応蒸留方式で施される場合、得られるETBEの収率がより向上する。なお、加圧気液混相反応方式においては、反応温度を100℃以下とし、反応時の気圧をエタノールが液相を保持できる圧力以上とし、イソブテンが気相を循環するようにすることが好ましい。   The ETBE production method of the present invention includes a main reaction step for reacting hydrocarbon and ethanol before the reactive distillation step, the main reaction step is performed by a pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, and the reactive distillation step is a reaction. When applied by distillation, the yield of ETBE obtained is further improved. In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, it is preferable that the reaction temperature is 100 ° C. or lower, the atmospheric pressure during the reaction is higher than the pressure at which ethanol can maintain the liquid phase, and isobutene circulates in the gas phase.

本発明のETBEの製造方法においては、エタノール回収工程及び/又はイソブテン回収工程、を更に備える場合、エタノール及び/又はイソブテンを効率よく回収することができる。回収したエタノール及び/又はイソブテンは、再び上述した工程に供することができる。なお、エタノール回収工程において、常圧条件下、蒸留塔上部より純度が96重量%以下のエタノールを留出させることが好ましい。また、イソブテン回収工程において、0.5〜1.5MPaの圧力条件下、イソブテンを回収することが好ましい。   In the method for producing ETBE of the present invention, when an ethanol recovery step and / or an isobutene recovery step are further provided, ethanol and / or isobutene can be efficiently recovered. The recovered ethanol and / or isobutene can be subjected to the above-described process again. In the ethanol recovery step, it is preferable to distill ethanol having a purity of 96% by weight or less from the top of the distillation column under normal pressure conditions. In the isobutene recovery step, isobutene is preferably recovered under a pressure condition of 0.5 to 1.5 MPa.

図1は、本実施形態に係るETBEの製造方法を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing ETBE according to this embodiment. 図2は、エタノールとイソブテンとからETBEを合成する反応の反応温度と、理想気体の平衡反応率との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the reaction temperature of the reaction for synthesizing ETBE from ethanol and isobutene and the equilibrium reaction rate of the ideal gas. 図3(a)は、エタノールとETBEとの蒸気圧線を示すグラフである。FIG. 3A is a graph showing vapor pressure lines of ethanol and ETBE. 図3(b)は、エタノールとETBEとの蒸気圧線を示すグラフである。FIG. 3B is a graph showing vapor pressure lines of ethanol and ETBE. 図3(c)は、エタノールとETBEとの蒸気圧線を示すグラフである。FIG.3 (c) is a graph which shows the vapor | steam pressure line of ethanol and ETBE. 図3(d)は、エタノールとETBEとの蒸気圧線を示すグラフである。FIG.3 (d) is a graph which shows the vapor | steam pressure line of ethanol and ETBE. 図4は、エタノールと水の常圧における気液平衡線を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a vapor-liquid equilibrium line at normal pressure of ethanol and water. 図5は、実施例におけるETBEの製造方法を示すフロー図である。FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing method of ETBE in the embodiment.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

本発明に係るETBEの製造方法において、イソブテンが含まれる炭化水素が、原油から流動接触分解装置により供給されるものであるとすると、炭化水素の成分はイソブテン、プロパン、イソブタン、1−ブテン、2−ブテン及びペンタンとなる。
この場合、ETBEの製造に関わる反応は以下の(1)〜(6)式で表される。
In the ETBE production method according to the present invention, assuming that the hydrocarbon containing isobutene is supplied from crude oil by a fluid catalytic cracker, the hydrocarbon components are isobutene, propane, isobutane, 1-butene, 2 -Butene and pentane.
In this case, the reaction related to the production of ETBE is represented by the following formulas (1) to (6).

・主反応
(CH)C=CH(V) + CHCHOH(L) → (CH)COCHCH(L) + 56.8kJ/mol (1)
・副反応1(エタノールに対し0.25モル%)
2CHCHOH(L) → HO(L) + (CH)O(V) − 16.3kJ/mol (2)
・副反応2(イソブテンに対し0.25モル%)
(CH)C=CH(V) + HO(L) → (CH)OH(L) + 56.3kJ/mol (3)
・副反応3(副反応4も含めエタノールに対し0.09モル%)
CHCHCH=CH(V) + CHCHOH(L) → CHCH(CH)CHOCHCH(L) + 109.1kJ/mol (4)
・副反応4
CHCH=CHCH(V) + CHCHOH(L) → CHCH(CH)CHOCHCH(L) + 101.8kJ/mol (5)
・副反応5(イソブテンに対し0.42モル%)
2(CH)C=CH(V) → (CH)CCHC(CH)=CH(L) + 111.4kJ/mol (6)
なお、(1)〜(6)式においてVは気相およびLは液相を示し、反応熱は25℃基準で、反応熱のプラス(+)は発熱反応、マイナス(−)は吸熱反応を意味する。
・ Main reaction
(CH 3 ) 2 C = CH 2 (V) + CH 3 CH 2 OH (L) → (CH 3 ) 3 COCH 2 CH 3 (L) + 56.8 kJ / mol (1)
-Side reaction 1 (0.25 mol% with respect to ethanol)
2CH 3 CH 2 OH (L) → H 2 O (L) + (C 2 H 5 ) 2 O (V) − 16.3 kJ / mol (2)
-Side reaction 2 (0.25 mol% with respect to isobutene)
(CH 3 ) 2 C = CH 2 (V) + H 2 O (L) → (CH 3 ) 3 OH (L) + 56.3 kJ / mol (3)
-Side reaction 3 (0.09 mol% with respect to ethanol including side reaction 4)
CH 3 CH 2 CH = CH 2 (V) + CH 3 CH 2 OH (L) → CH 3 CH 2 (CH 3 ) CHOCH 2 CH 3 (L) + 109.1 kJ / mol (4)
・ Side reaction 4
CH 3 CH = CHCH 3 (V) + CH 3 CH 2 OH (L) → CH 3 CH 2 (CH 3 ) CHOCH 2 CH 3 (L) + 101.8 kJ / mol (5)
-Side reaction 5 (0.42 mol% with respect to isobutene)
2 (CH 3 ) 2 C = CH 2 (V) → (CH 3 ) 3 CCH 2 C (CH 3 ) = CH 2 (L) + 111.4 kJ / mol (6)
In the formulas (1) to (6), V represents a gas phase and L represents a liquid phase, the reaction heat is 25 ° C., the reaction heat plus (+) is an exothermic reaction, and minus (−) is an endothermic reaction. means.

また、上述した各成分の標準沸点および反応熱の基礎となる標準生成熱を表1に示す。
〔表1〕

Figure 0005614618
Table 1 shows the standard boiling points of the above-described components and the standard heat of formation that is the basis of the heat of reaction.
[Table 1]
Figure 0005614618

図2は、エタノールとイソブテンとからETBEを合成する反応の反応温度と、理想気体の平衡反応率との関係を示すグラフであり、図3の(a)〜(d)は、エタノールとETBEとの蒸気圧線を示すグラフである。
図2に示すように、主反応(式(1))を促進させるためには、低温且つ高圧で反応させるのが有利であるが、各反応には反応平衡の制約がある。
イソブテン、エタノール及びETBEの標準沸点は、表1に示すように、それぞれ−6.9、78.3、72.8℃であり、エタノールとETBEの蒸気圧は、図3の(a)〜(d)に示すように、0.23MPa、102℃で交差し、且つ0.1MPa(66.3℃、ETBEモル分率0.65)、0.5MPa(121.9℃、ETBEモル分率0.5)、1.0MPa(151.5℃、ETBEモル分率0.35)で共沸が存在する。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the reaction temperature of the reaction for synthesizing ETBE from ethanol and isobutene and the equilibrium reaction rate of an ideal gas. FIGS. 3 (a) to 3 (d) show the relationship between ethanol and ETBE. It is a graph which shows the vapor pressure line.
As shown in FIG. 2, in order to promote the main reaction (formula (1)), it is advantageous to perform the reaction at a low temperature and a high pressure, but each reaction has a limitation of reaction equilibrium.
The normal boiling points of isobutene, ethanol, and ETBE are −6.9, 78.3, and 72.8 ° C., respectively, as shown in Table 1, and the vapor pressures of ethanol and ETBE are shown in FIGS. d) intersect at 0.23 MPa, 102 ° C. and 0.1 MPa (66.3 ° C., ETBE molar fraction 0.65), 0.5 MPa (121.9 ° C., ETBE molar fraction 0) .5), 1.0 MPa (151.5 ° C., ETBE molar fraction 0.35), azeotrope exists.

これらのことから、エタノールとETBEの蒸気圧が交差する0.23MPa未満でエタノールとETBEを蒸留分離する場合、塔頂部よりETBEが留出、塔底部より共沸物が缶出することになる。
一方、0.23MPaより大きく、エタノールとETBEの共沸が存在する圧力約1.3MPa以下の範囲で蒸留分離する場合、塔頂部よりエタノールが留出、塔底部より共沸物が缶出することになる。
なお、共沸がない約1.3MPa以上で蒸留分離する場合、塔頂部よりエタノールが留出、塔底部よりETBEが缶出することになる。
From these facts, when ethanol and ETBE are distilled and separated at a vapor pressure of less than 0.23 MPa where the vapor pressures of ethanol and ETBE intersect, ETBE is distilled from the top of the column and azeotrope is taken out from the bottom of the column.
On the other hand, when distilling at a pressure greater than 0.23 MPa and having an azeotrope of ethanol and ETBE of about 1.3 MPa or less, ethanol is distilled from the top of the column, and azeotrope is removed from the bottom of the column. become.
In addition, when carrying out distillation separation at about 1.3 MPa or more without azeotropy, ethanol will be distilled from the tower top part, and ETBE will be taken out from the tower bottom part.

これらのことから、本発明に係るETBEの製造方法の実施形態の一例を示す。   From these things, an example of embodiment of the manufacturing method of ETBE concerning the present invention is shown.

図1は、本実施形態に係るETBEの製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係るETBEの製造方法は、エタノールに混在している水を取り除く脱水工程S1と、イソブテンを含む炭化水素とエタノールとを反応触媒存在下、反応させる主反応工程S2と、混合物を更に蒸留塔にて反応蒸留し、ETBEを得る反応蒸留工程S3と、反応蒸留工程S3における残渣を高圧条件下で反応蒸留し、ETBEを得るETBE蒸留工程S4と、ETBE蒸留工程S4における残渣から未反応のイソブテンを回収するイソブテン回収工程S5と、イソブテン回収工程S5後の残渣から未反応のエタノールを回収するエタノール回収工程S6と、を備える。
FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing ETBE according to this embodiment.
The method for producing ETBE according to this embodiment includes a dehydration step S1 for removing water mixed in ethanol, a main reaction step S2 for reacting a hydrocarbon containing isobutene and ethanol in the presence of a reaction catalyst, and a mixture. Reactive distillation in a distillation column to obtain ETBE, the reactive distillation step S3, and the residue in the reactive distillation step S3 is reactively distilled under high-pressure conditions to obtain ETBE, and the ETBE distillation step S4 is unreacted from the residue An isobutene recovery step S5 for recovering the isobutene, and an ethanol recovery step S6 for recovering unreacted ethanol from the residue after the isobutene recovery step S5.

本実施形態に係るETBEの製造方法によれば、高圧条件下で施されるETBE蒸留工程S4を備えることにより、簡単な方法で高純度のETBEを収率良く得ることができる。
また、反応蒸留工程S3及びETBE蒸留工程S4は、いずれも特別な装置が不要であるので、装置の大型化や実用化が可能となる。
According to the manufacturing method of ETBE which concerns on this embodiment, by providing ETBE distillation process S4 performed on high pressure conditions, highly purified ETBE can be obtained with a sufficient yield with a simple method.
In addition, since both the reactive distillation step S3 and the ETBE distillation step S4 do not require a special apparatus, the apparatus can be enlarged and put into practical use.

以下、各工程について更に詳細に説明する。
(脱水工程)
脱水工程S1は、エタノールに混在している水を取り除く工程である。脱水工程S1を備えることにより、副反応が抑制され、ETBEの収率が向上する。なお、エタノールは、水と混ざりやすく、且つ水と共沸するものであるため、一般に水が混在されている。当然ながら、高純度のエタノールを用いる場合は、かかる工程は不要である。
Hereinafter, each step will be described in more detail.
(Dehydration process)
The dehydration step S1 is a step of removing water mixed in ethanol. By providing dehydration process S1, a side reaction is suppressed and the yield of ETBE improves. In addition, since ethanol is easily mixed with water and azeotropes with water, water is generally mixed therein. Of course, when using high purity ethanol, this step is not necessary.

ここで、用いられるエタノールは、特に限定されないが、リグノセルロースを加水分解して糖とし、糖を発酵させて得られたものであることが好ましい。この場合、低環境負荷型のプロセスでETBEを製造することができる。
例えば、リグニン、セルロース及びヘミセルロースを含むリグノセルロース(木質系バイオマス)を、粉砕、軟化等させた後、酵素に接触させて糖化させ、得られた糖を発酵させることにより、エタノールが得られる。
この場合、エタノール濃度が90重量%以上のエタノール水溶液を用いることが好ましい。
Here, the ethanol used is not particularly limited, but is preferably obtained by hydrolyzing lignocellulose into sugar and fermenting the sugar. In this case, ETBE can be manufactured by a low environmental load type process.
For example, lignocellulose (woody biomass) containing lignin, cellulose and hemicellulose is ground, softened, etc., then contacted with an enzyme to saccharify, and ethanol is obtained by fermenting the resulting sugar.
In this case, it is preferable to use an ethanol aqueous solution having an ethanol concentration of 90% by weight or more.

脱水工程S1においては、水吸着剤を用いて脱水が施される。
ここで、水吸着剤としては、モレキュラーシーブ(合成又は天然産ゼオライト、カーボンモレキュラーシーブ等)、シリカゲル、活性アルミナ、イオン交換樹脂、硫酸塩無水物、炭酸塩無水物、活性炭、又は澱粉質等が挙げられる。なお、これらは、一種類を単独で用いても、複数種類を混合して用いてもよい。
これらの中でも、水吸着剤は、モレキュラーシーブを用いるのが好ましい。具体的には、天然産ゼオライト、合成ゼオライト、カーボンモレキュラーシーブ等の市販の粒状モレキュラーシーブが好適に用いられる。
In the dehydration step S1, dehydration is performed using a water adsorbent.
Here, as the water adsorbent, molecular sieve (synthetic or natural zeolite, carbon molecular sieve, etc.), silica gel, activated alumina, ion exchange resin, sulfate anhydride, carbonate anhydride, activated carbon, starch, etc. Can be mentioned. In addition, these may be used individually by 1 type, or may be used in mixture of multiple types.
Among these, it is preferable to use a molecular sieve as the water adsorbent. Specifically, commercially available granular molecular sieves such as naturally occurring zeolite, synthetic zeolite, and carbon molecular sieve are preferably used.

粒状モレキュラーシーブの形状は、球状、円柱状、ペレット状、破砕状、顆粒状等、解く限定されない。
粒状モレキュラーシーブの粒径は、3〜30メッシュの範囲の大きさのものであることが好ましく、特に、平均細孔直径が0.2〜0.5nmであるものがより好ましい。
The shape of the granular molecular sieve is not limited to a spherical shape, a cylindrical shape, a pellet shape, a crushed shape, a granular shape, or the like.
The particle size of the granular molecular sieve is preferably in the range of 3 to 30 mesh, and more preferably the average pore diameter is 0.2 to 0.5 nm.

具体的には、粒状のゼオライト3A、ゼオライト4A、ゼオライト5A又はNSC−4カーボンモレキュラーシーブ等が好ましく用いられ、市販の粒状モレキュラーシーブとしてはモレキュラーシーブ3A(和光純薬工業株式会社製)、ゼオライト4A(東ソー株式会社製)等が好ましく用いられる。   Specifically, granular zeolite 3A, zeolite 4A, zeolite 5A, or NSC-4 carbon molecular sieve is preferably used. As the commercially available granular molecular sieve, molecular sieve 3A (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), zeolite 4A is used. (Manufactured by Tosoh Corporation) is preferably used.

脱水工程S1において、脱水温度は20〜200℃とすることが好ましく、40〜100℃とすることがより好ましい。
また、脱水後、原料エタノール中の水分濃度を3000ppm以下とすることが好ましい。
In the dehydration step S1, the dehydration temperature is preferably 20 to 200 ° C, more preferably 40 to 100 ° C.
Further, after dehydration, the water concentration in the raw ethanol is preferably 3000 ppm or less.

(主反応工程)
主反応工程S2は、イソブテンを含む炭化水素とエタノールとを反応触媒存在下、反応させる工程である。かかる工程を施すことにより、イソブテンとエタノールとの反応を平衡状態とすることができ、後述する反応蒸留工程S3において、平衡状態を偏らせることにより、効率よくETBEを得ることができる。
(Main reaction process)
The main reaction step S2 is a step in which a hydrocarbon containing isobutene and ethanol are reacted in the presence of a reaction catalyst. By performing this step, the reaction between isobutene and ethanol can be brought into an equilibrium state, and ETBE can be efficiently obtained by biasing the equilibrium state in the reactive distillation step S3 described later.

主反応工程S2においては、上述したように、炭化水素が、エチレンプラントや、原油から流動接触改質装置又は流動接触分解装置から供給されるものである場合、炭酸水素ガスには、イソブテン、プロパン、イソブタン、1−ブテン、2−ブテン及びペンタンが含まれる。この場合であっても、本実施形態に係るETBEの製造方法においては、ETBEを選択的且つ効率的に製造することができる。なお、炭化水素中のイソブテン濃度は、5重量%以上であることが好ましく、15重量%以上であることがより好ましい。   In the main reaction step S2, as described above, when the hydrocarbon is supplied from an ethylene plant or a crude fluidized catalytic reformer or fluidized catalytic cracker, crude hydrogen gas includes isobutene, propane. , Isobutane, 1-butene, 2-butene and pentane. Even in this case, the ETBE can be selectively and efficiently manufactured in the ETBE manufacturing method according to the present embodiment. The isobutene concentration in the hydrocarbon is preferably 5% by weight or more, and more preferably 15% by weight or more.

原料のエタノールに対するイソブテンのモル比は0.1〜10モルであることが好ましく、0.5〜2モルであることがより好ましい。
モル比が0.1未満であると、モル比が上記範囲内にある場合と比較して、エタノールが原料コストに占める割合が高くなるので、比例費増大となる欠点があり、モル比が10を超えると、モル比が上記範囲内にある場合と比較して、副反応が多くなる欠点がある。
The molar ratio of isobutene to ethanol as a raw material is preferably 0.1 to 10 mol, and more preferably 0.5 to 2 mol.
If the molar ratio is less than 0.1, the proportion of ethanol in the raw material cost is higher than in the case where the molar ratio is within the above range, so there is a disadvantage that the proportional cost increases, and the molar ratio is 10 When the ratio exceeds 1, there is a drawback that side reactions increase compared to the case where the molar ratio is within the above range.

主反応工程S2において、反応触媒は陽イオン交換樹脂であることが好ましい。この場合、イソブテンとエタノールとの反応が速やかに進行する。
かかる陽イオン交換樹脂としては、強酸性陽イオン交換樹脂が好適に用いられる。こ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(−SOH)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ましい。
市販のものとしては、例えば、「アンバーリスト」(オルガノ)、「ダイヤイオン」(三菱化学)、「Amberlyst」、「Amberlite」(米国:ローム・アンド・ハース社)、「Dowex」(米国:ダウ・ケミカル社)、「Duolite」(米国:Diamond Shamrock社)等が挙げられる。
In the main reaction step S2, the reaction catalyst is preferably a cation exchange resin. In this case, the reaction between isobutene and ethanol proceeds promptly.
As such a cation exchange resin, a strongly acidic cation exchange resin is preferably 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 is preferable.
Examples of commercially available products include “Amberlist” (organo), “Diaion” (Mitsubishi Chemical), “Amberlyst”, “Amberlite” (USA: Rohm and Haas), “Dowex” (USA: Dow)・ Chemicals), “Duolite” (USA: Diamond Shamrock).

また、強酸性陽イオン交換樹脂の粒径は、0.5〜1.0mmであることが好ましい。   The particle size of the strongly acidic cation exchange resin is preferably 0.5 to 1.0 mm.

反応触媒の使用量は、エタノール1モルに対して、1〜90gであることが好ましく、1〜90gであることがより好ましく、4〜9gであることが更に好ましい。
使用量が1g未満であると、使用量が上記範囲内にある場合と比較して、反応が完結しなくなるおそれがあり、使用量が90gを超えても、触媒効果は頭打ちとなり、コスト高となる。
The amount of the reaction catalyst used is preferably 1 to 90 g, more preferably 1 to 90 g, and still more preferably 4 to 9 g with respect to 1 mol of ethanol.
When the amount used is less than 1 g, the reaction may not be completed as compared with the case where the amount used is within the above range, and even if the amount used exceeds 90 g, the catalytic effect reaches its peak, resulting in high costs. Become.

主反応工程S2において、反応触媒の使用方法は、特に限定されず、固定床、流動床、懸濁床の状態で反応に用いることができる。
また、イソブテンとエタノールとを反応させる形式は、特に制限はないが、エタノールが液相を保持出来る加圧気液混相反応方式で施すことが好ましい。この場合、得られるETBEの収率がより向上する。
In the main reaction step S2, the method of using the reaction catalyst is not particularly limited, and the reaction catalyst can be used in the state of a fixed bed, a fluidized bed, or a suspended bed.
In addition, the form of reacting isobutene and ethanol is not particularly limited, but it is preferably applied by a pressurized gas-liquid mixed phase reaction method in which ethanol can maintain a liquid phase. In this case, the yield of ETBE obtained is further improved.

加圧気液混相反応方式においては、イソブテンが気相を循環するようにすることが好ましい。
このとき、気相部分(主に炭化水素)の循環流量と新たな供給量との重量比率は0.5〜10の範囲とすることが好ましく、循環ガス送風機の消費電力コストの観点から、2〜3の範囲とすることがより好ましい。
In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction system, it is preferable that isobutene circulates in the gas phase.
At this time, the weight ratio between the circulation flow rate of the gas phase portion (mainly hydrocarbon) and the new supply amount is preferably in the range of 0.5 to 10, and from the viewpoint of the power consumption cost of the circulation gas blower, 2 More preferably, it is in the range of ˜3.

加圧気液混相反応方式においては、反応時の気圧をエタノールが液相を保持できる圧力以上とすることが好ましい。
このとき、液相部分(主にエタノールとETBE)は部分的に循環させることが好ましく、場合によっては循環流を冷却することが好ましい。このとき、循環流量と新たな供給量との重量比率は0.5〜20の範囲とすることが好ましく、実用的には2〜3の範囲とすることがより好ましい。
In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction system, the atmospheric pressure during the reaction is preferably set to be equal to or higher than the pressure at which ethanol can maintain the liquid phase.
At this time, the liquid phase portion (mainly ethanol and ETBE) is preferably partially circulated, and in some cases, the circulating flow is preferably cooled. At this time, the weight ratio between the circulation flow rate and the new supply amount is preferably in the range of 0.5 to 20, more practically in the range of 2 to 3.

加圧気液混相反応方式において、反応温度は、圧力、液空間速度、触媒量、更には目標の反応率等によって広い範囲で選び得るが、後述する反応触媒の失活を抑制する観点から、100℃以下であることが好ましく、10〜100℃であることがより好ましく、実用性の観点から40〜90℃であることが更に好ましい。
反応温度が低すぎる場合、実用的な反応速度が得られず、反応温度が高すぎる場合には副反応の併発や反応触媒の失活を招きやすい。
In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, the reaction temperature can be selected in a wide range depending on the pressure, the liquid space velocity, the catalyst amount, the target reaction rate, etc., but from the viewpoint of suppressing the deactivation of the reaction catalyst described later, 100 It is preferably not higher than ° C., more preferably 10 to 100 ° C., and further preferably 40 to 90 ° C. from the viewpoint of practicality.
When the reaction temperature is too low, a practical reaction rate cannot be obtained, and when the reaction temperature is too high, side reactions are liable to occur and the reaction catalyst is easily deactivated.

加圧気液混相反応方式において、反応圧力は0.3MPa以上であることが好ましく、実用性の観点から0.4〜1.0MPaであることがより好ましい。この場合、エタノールの液体状態を保持できる。   In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, the reaction pressure is preferably 0.3 MPa or more, and more preferably 0.4 to 1.0 MPa from the viewpoint of practicality. In this case, the liquid state of ethanol can be maintained.

加圧気液混相反応方式において、液空間速度は0.1〜10(m−エタノール/hr/m−触媒)であることが好ましく、実用性の観点から3〜7(m−エタノール/hr/m−触媒)であることがより好ましい。 In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, the liquid space velocity is preferably 0.1 to 10 (m 3 -ethanol / hr / m 3 -catalyst), and 3 to 7 (m 3 -ethanol / hr / m 3 -catalyst).

加圧気液混相反応方式において、蒸留は、流通式、回分式、半回分式いずれの形式も用いることができる。   In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction system, distillation can be performed in any of a flow system, a batch system, and a semi-batch system.

主反応工程S2を経たイソブテンを含む炭化水素、エタノール、及びETBEは、混合物のまま反応蒸留工程S3に供せられる。   The hydrocarbons, ethanol, and ETBE containing isobutene that have undergone the main reaction step S2 are supplied to the reactive distillation step S3 as a mixture.

(反応蒸留工程)
反応蒸留工程S3は、上記混合物を高圧条件下で反応蒸留し、ETBEを得る工程である。なお、反応蒸留工程S3においては、上述した主反応工程S2と同様に、イソブテンと、エタノールとを反応触媒存在下、反応させる。
(Reactive distillation process)
The reactive distillation step S3 is a step of obtaining ETBE by reactive distillation of the above mixture under high pressure conditions. In the reactive distillation step S3, isobutene and ethanol are reacted in the presence of a reaction catalyst, similarly to the main reaction step S2 described above.

まず、反応蒸留工程S3においては、主反応工程S2を経た残渣に含まれるイソブテンとエタノールとを反応させる。
かかる反応は、比較的反応温度の低い低温の反応熱を有効利用できる反応蒸留方式で施される。
First, in the reactive distillation step S3, isobutene and ethanol contained in the residue after the main reaction step S2 are reacted.
Such a reaction is performed by a reactive distillation method in which a low-temperature reaction heat having a relatively low reaction temperature can be effectively used.

反応蒸留工程S3において、蒸留塔の反応蒸留部(中間部分)の温度は、反応触媒の失活を抑制する観点から、100℃以下であることが好ましい。蒸留塔の塔頂部の温度は30〜80℃であることが好ましく、実用性の観点から40〜60℃であることがより好ましい。蒸留塔の塔底部の温度は90〜150℃であることが好ましく、実用性の観点から100〜130℃であることがより好ましい。   In the reactive distillation step S3, the temperature of the reactive distillation part (intermediate part) of the distillation column is preferably 100 ° C. or less from the viewpoint of suppressing the deactivation of the reaction catalyst. The temperature at the top of the distillation column is preferably 30 to 80 ° C, and more preferably 40 to 60 ° C from the viewpoint of practicality. The temperature at the bottom of the distillation column is preferably 90 to 150 ° C, and more preferably 100 to 130 ° C from the viewpoint of practicality.

また、塔頂部圧力は、0.7MPa以下であることが好ましく、0.5MPa以下であることがより好ましい。   Further, the tower top pressure is preferably 0.7 MPa or less, and more preferably 0.5 MPa or less.

反応蒸留工程S3において、蒸留塔の還流比は0.1〜4で運転されることが好ましく、0.2〜0.8で運転されることがより好ましい。
また、蒸留塔の蒸留分離段は、反応触媒の上方への必要理論段数が5〜20理論段であり、実用性の観点から7〜10理論段であることが好ましい。反応触媒の下方への必要理論段数が2〜30理論段であり、実用性の観点から3〜10理論段であることが好ましい。
蒸留塔への供給は、充填物の下方への必要理論段数が2〜13理論段であり、実用性の観点から3〜10理論段であることが好ましい。
In the reactive distillation step S3, the reflux ratio of the distillation column is preferably operated at 0.1 to 4, more preferably 0.2 to 0.8.
The distillation separation stage of the distillation column has 5 to 20 theoretical plates required above the reaction catalyst, and preferably 7 to 10 theoretical plates from the viewpoint of practicality. The number of theoretical plates required below the reaction catalyst is 2 to 30 theoretical plates, and 3 to 10 theoretical plates are preferable from the viewpoint of practicality.
The supply to the distillation column has a required number of theoretical plates of 2 to 13 theoretical plates below the packing, and is preferably 3 to 10 theoretical plates from the viewpoint of practicality.

ここで、上記充填物としては、1理論段が0.2〜1.0mの範囲であるスルザーパッキン(スルザー社製品)、ロンボパッキン(クーニ社製品)、モンツパッキン(モンツ社製品)等の規則充填物、又は、1理論段が0.8〜2.0mの範囲であるポールリング(ノートン社製品)、ラシヒリング、カスケードミニリング(ドットウェル社製品、登録商標)等の不規則充填物、が挙げられる。   Here, as the above-mentioned packing, regular packing such as Sulzer packing (product of Sulzer), Lombo packing (product of Kunii), Monz packing (product of Monz), etc. in which one theoretical plate is in the range of 0.2 to 1.0 m. Or irregular packing such as pole ring (Norton product), Raschig ring, cascade mini-ring (Dotwell product, registered trademark) whose one theoretical plate is in the range of 0.8 to 2.0 m. It is done.

上記規則充填物への反応触媒(陽イオン交換樹脂)の組み込みは、エタノールへの触媒活性を考慮すると、密な充填が好ましいが、気体の通気性の観点からは、粗な充填が好ましい。
また、規則充填物に陽イオン交換樹脂を組み込む方法は、特に限定されず、直接組み込んでもよく、反応に不活性なファイバーグラス布又はテフロン(登録商標)布等に包み込み充填してもよい。
この触媒区域は、充填物高さ1mあたり1〜3の理論段相当の蒸留作用が想定される。
Incorporation of the reaction catalyst (cation exchange resin) into the regular packing is preferably dense packing in view of catalytic activity to ethanol, but rough packing is preferable from the viewpoint of gas permeability.
The method of incorporating the cation exchange resin into the regular packing is not particularly limited, and may be directly incorporated, or may be wrapped and filled in a fiberglass cloth or Teflon (registered trademark) cloth that is inert to the reaction.
In this catalyst zone, a distillation action equivalent to 1 to 3 theoretical plates per 1 m of packing height is assumed.

蒸留塔に組み込まれる陽イオン交換樹脂の量は、蒸留塔へのエタノール供給量に対して、50〜95モル%の反応率が達成されるような量、好ましくは、70〜85モル%の反応率が達成されるような量である。   The amount of the cation exchange resin incorporated into the distillation column is such that a reaction rate of 50 to 95 mol% is achieved, preferably 70 to 85 mol%, with respect to the amount of ethanol supplied to the distillation column. An amount such that the rate is achieved.

反応蒸留工程S3においては、0.7MPa以下の圧力条件下、純度95重量%以上のETBEを缶出させるようにすることが好ましい。この場合、効率良くETBEが得られる。   In the reactive distillation step S3, it is preferable that ETBE having a purity of 95% by weight or more is taken out under a pressure condition of 0.7 MPa or less. In this case, ETBE can be obtained efficiently.

(ETBE蒸留工程)
ETBE蒸留工程S4は、反応蒸留工程S3における残渣を高圧条件下で反応蒸留し、ETBEを得る工程である。
(ETBE distillation process)
The ETBE distillation step S4 is a step of obtaining ETBE by reactive distillation of the residue in the reactive distillation step S3 under high pressure conditions.

ETBE蒸留工程S4において、蒸留塔の塔頂部の圧力は、0.23MPaより大きいことが好ましく、0.3〜1.5MPaであることがより好ましい。   In the ETBE distillation step S4, the pressure at the top of the distillation column is preferably greater than 0.23 MPa, and more preferably 0.3 to 1.5 MPa.

蒸留塔の温度は、塔頂部が50〜90℃であり、塔底部の温度が130〜180℃であることが好ましい。   The temperature of the distillation tower is preferably 50 to 90 ° C. at the top and 130 to 180 ° C. at the bottom.

蒸留塔の所要理論段数は、10〜30理論段であることが好ましく、実用性の観点から15〜25理論段であることがより好ましい。
還流比は、0.1〜5の範囲で運転されることが好ましく、実用性の観点から2.0〜3.0の範囲で運転されることがより好ましい。
The number of required theoretical plates of the distillation column is preferably 10 to 30 theoretical plates, and more preferably 15 to 25 theoretical plates from the viewpoint of practicality.
The reflux ratio is preferably operated in the range of 0.1 to 5, and more preferably in the range of 2.0 to 3.0 from the viewpoint of practicality.

ETBE蒸留工程S4において、0.23MPaより大きい圧力条件下、純度95重量%以上のETBEを缶出させるようにすると、効率良くETBEが得られ、未反応のイソブテン及びエタノールの回収損失を減らすことができる。   In the ETBE distillation step S4, when ETBE having a purity of 95% by weight or more is taken out under a pressure condition of more than 0.23 MPa, ETBE can be obtained efficiently, and recovery loss of unreacted isobutene and ethanol can be reduced. it can.

(イソブテン回収工程)
イソブテン回収工程S5は、ETBE蒸留工程S4における残渣から未反応のイソブテンを回収する工程である。
(Isobutene recovery process)
The isobutene recovery step S5 is a step of recovering unreacted isobutene from the residue in the ETBE distillation step S4.

イソブテン回収工程S5においては、蒸留塔の塔頂部の圧力は加圧されることが好ましい。具体的には、圧力が0.5〜1.5MPaであることが好ましい。
蒸留塔の所要理論段数は2〜15理論段の範囲で運転させることが好ましく、実用性の観点から3〜7理論段の範囲で運転させることがより好ましい。
蒸留塔の熱負荷を削減するため供給物質の顕熱を利用することにより、蒸留塔への供給段は蒸留塔最下部とし、蒸留塔での新たな熱負荷がない方法、又は、塔最上部より水を供給し還流を行わないことが好ましい。
蒸留塔に充填する充填物としては、上述した規則充填物又は不規則充填物を使用することができるが、経済性の観点から、不規則充填物を使用することが好ましい。
In the isobutene recovery step S5, the pressure at the top of the distillation column is preferably increased. Specifically, the pressure is preferably 0.5 to 1.5 MPa.
The required number of theoretical plates of the distillation column is preferably operated in the range of 2 to 15 theoretical plates, and more preferably in the range of 3 to 7 theoretical plates from the viewpoint of practicality.
A method in which the supply stage to the distillation column is at the bottom of the distillation column by using sensible heat of the feed material to reduce the heat load of the distillation column, or there is no new heat load at the distillation column, or the top of the column It is preferable to supply more water and not reflux.
As the packing to be packed in the distillation column, the above-mentioned regular packing or irregular packing can be used, but from the viewpoint of economy, it is preferable to use the irregular packing.

なお、得られたイソブテンは、ETBEの製造方法の原料として、再利用することができる。   In addition, the obtained isobutene can be reused as a raw material of the manufacturing method of ETBE.

(エタノール回収工程)
エタノール回収工程S6は、イソブテン回収工程S5における残渣から未反応のエタノールを回収する工程である。
(Ethanol recovery process)
The ethanol recovery step S6 is a step of recovering unreacted ethanol from the residue in the isobutene recovery step S5.

エタノール回収工程S6において、エタノールを回収する際には、水を蒸留分離する必要がある。
ここで、エタノールと水との気液平衡特性及び設備費等の問題を鑑みると、常圧で蒸留分離する方が有利であるといえる。また、エタノールを回収する際には、図4に示すエタノールと水の気液平衡特性より多くの蒸留理論段が必要とされる。
In the ethanol recovery step S6, water must be distilled and separated when recovering ethanol.
Here, it can be said that it is more advantageous to carry out distillation separation at normal pressure in view of problems such as gas-liquid equilibrium characteristics of ethanol and water and equipment costs. Further, when recovering ethanol, more theoretical distillation stages are required than the vapor-liquid equilibrium characteristics of ethanol and water shown in FIG.

これらのことから、エタノール回収工程S6においては、蒸留塔の塔頂部の圧力を常圧とする。
蒸留塔の温度は、塔頂部が65〜90℃、塔底部が90〜120℃であることが好ましい。
蒸留塔への供給段は、蒸留塔供給段温度と供給する物質の温度がほぼ等しい蒸留段、塔頂部より8〜12理論段に供給するのが好ましい。
蒸留塔の所要理論段数は8〜30理論段であることが好ましく、実用性の観点から10〜20理論段とすることがより好ましい。
還流比は、2〜20の範囲で運転させることが好ましく、実用性の観点から8〜12の範囲で運転させることがより好ましい。
蒸留塔に充填する充填物としては、上述した規則充填物が好ましい。
For these reasons, in the ethanol recovery step S6, the pressure at the top of the distillation column is set to normal pressure.
The temperature of the distillation tower is preferably 65 to 90 ° C. at the top and 90 to 120 ° C. at the bottom.
The supply stage to the distillation column is preferably supplied to 8 to 12 theoretical stages from the top of the distillation stage where the temperature of the substance to be supplied is substantially equal to the temperature of the supply stage of the distillation tower.
The number of required theoretical plates of the distillation column is preferably 8 to 30 theoretical plates, and more preferably 10 to 20 theoretical plates from the viewpoint of practicality.
The reflux ratio is preferably operated in the range of 2 to 20, and more preferably in the range of 8 to 12 from the viewpoint of practicality.
The packing packed in the distillation column is preferably the above-described ordered packing.

エタノール回収工程S6においては、常圧条件下、純度が96重量%以下のエタノールを留出させた後、該エタノールに混在している水を取り除く脱水工程を施し、再使用することが好ましい。   In the ethanol recovery step S6, it is preferable to distill ethanol having a purity of 96% by weight or less under normal pressure conditions, and then to perform a dehydration step for removing water mixed in the ethanol and reuse it.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、本実施形態に係るETBEの製造方法においては、イソブテンとエタノールとを反応触媒存在下反応させる主反応工程S2を備えているが、必ずしも備える必要はない。   For example, the ETBE production method according to the present embodiment includes the main reaction step S2 in which isobutene and ethanol are reacted in the presence of a reaction catalyst, but it is not always necessary.

イソブテン回収工程S5及びエタノール回収工程S6は、必ずしも必須ではなく、経る順序も特に限定されない。
また、回収されたエタノール及びイソブテンは、そのまま主反応工程S2又は反応蒸留工程S3に流通させてもよく、脱水工程S1等を介して主反応工程S2又は反応蒸留工程S3に流通させてもよく、一時的に取り出し、別途ETBEの製造に用いてもよい。
The isobutene recovery step S5 and the ethanol recovery step S6 are not necessarily essential, and the order in which they pass is not particularly limited.
The recovered ethanol and isobutene may be directly passed to the main reaction step S2 or the reactive distillation step S3, or may be passed to the main reaction step S2 or the reactive distillation step S3 via the dehydration step S1 or the like. You may take out temporarily and use for manufacture of ETBE separately.

図5は、実施例におけるETBEの製造方法を示すフロー図である。
以下、図5に示す実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing method of ETBE in the embodiment.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on the example shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to the following example.

(脱水工程)
エタノールを流路100及び流路280から脱水塔A100に供給した。脱水塔A100は、内容積500mlの撹拌機付き槽型ステンレス反応容器にモレキュラーシーブ3A(水吸着剤、和光純薬工業株式会社製)150mlが充填され、反応容器の空間部を窒素ガスでシールしたものである。
脱水塔A100において、温度67℃、圧力0.101MPaで脱水工程を施した。なお、脱水により分離された水は流路120を経て系外に排出した。
こうして得られたエタノールは、カールフィッシャー水分分析計で水分を測定したところ、含水率が2055ppmであった。
(Dehydration process)
Ethanol was supplied from the channel 100 and the channel 280 to the dehydration tower A100. In the dehydration tower A100, a tank type stainless steel reaction vessel with an internal volume of 500 ml was filled with 150 ml of molecular sieve 3A (water adsorbent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the reaction vessel space was sealed with nitrogen gas. Is.
In the dehydration tower A100, the dehydration step was performed at a temperature of 67 ° C. and a pressure of 0.101 MPa. The water separated by dehydration was discharged out of the system through the flow path 120.
The water content of the ethanol thus obtained was 2055 ppm as measured with a Karl Fischer moisture analyzer.

(主反応工程)
得られたエタノールを、流路130、液ポンプP100(液ポンプのポンプ効率90%)、流路140を経て加圧気液混相反応容器R100に入れ、もう一方の反応の原料となる炭化水素(イソブテン17.5重量%、プロパン2.5重量%、イソブタン26.0重量%、1−ブテン44.8重量%、ブタン7.9重量%及びペンタン1.4重量%)を、流路110から加圧気液混相反応容器R100に供給した(エタノール/イソブテンのモル比1/1.1)。なお、加圧気液混相反応容器R100は、内容積100mlの撹拌機付き槽型ステンレス反応容器からなり、陽イオン交換樹脂(反応触媒、オルガノ社製)15mlが充填されている。
(Main reaction process)
The obtained ethanol is put into the pressurized gas-liquid mixed phase reaction vessel R100 through the flow path 130, the liquid pump P100 (pump efficiency 90% of the liquid pump) and the flow path 140, and the hydrocarbon (isobutene) as the raw material for the other reaction 17.5% by weight, propane 2.5% by weight, isobutane 26.0% by weight, 1-butene 44.8% by weight, butane 7.9% by weight and pentane 1.4% by weight). The pressure-gas / liquid mixed phase reaction vessel R100 was supplied (ethanol / isobutene molar ratio 1 / 1.1). The pressurized gas-liquid mixed phase reaction vessel R100 is composed of a tank type stainless steel reaction vessel with a stirrer having an internal volume of 100 ml and filled with 15 ml of a cation exchange resin (reaction catalyst, manufactured by Organo).

そして、温度70℃、圧力0.507MPaで、エタノール及びイソブテンを反応容器の上部から供給し、気相部分は循環する方式として、ETBEの製造を行った。このときのエタノール反応率は45.3モル%であり、ETBE収率は99.3モル%であった。   Then, ethanol and isobutene were supplied from the top of the reaction vessel at a temperature of 70 ° C. and a pressure of 0.507 MPa, and the gas phase portion was circulated to produce ETBE. The ethanol reaction rate at this time was 45.3 mol%, and the ETBE yield was 99.3 mol%.

(反応蒸留工程)
次に、これらの混合物を、流路150を経て反応蒸留塔RD100に供給した。
反応蒸留塔RD100は、内径15mm、長さ200mmの反応管に、陽イオン交換樹脂(オルガノ社製)10mlを充填されたものであり、塔頂部より上部の蒸留分離段8理論段、反応蒸留段6理論段(陽イオン交換樹脂が充填)、下部の蒸留分離段9理論段より構成されている。なお、触媒層温度を60℃、反応圧力を0.5MPa、エタノール/イソブテンのモル比を1/1.1とし、モレキュラーシーブで脱水したエタノール供給量の触媒容量に対する液空間速度を4.00/hとした。
(Reactive distillation process)
Next, these mixtures were supplied to the reactive distillation column RD100 via the flow path 150.
A reactive distillation column RD100 is a reaction tube having an inner diameter of 15 mm and a length of 200 mm filled with 10 ml of a cation exchange resin (manufactured by Organo). It consists of 6 theoretical plates (filled with cation exchange resin) and a lower distillation separation stage 9 theoretical stages. The catalyst layer temperature was 60 ° C., the reaction pressure was 0.5 MPa, the ethanol / isobutene molar ratio was 1 / 1.1, and the liquid space velocity with respect to the catalyst capacity of the ethanol supply amount dehydrated by molecular sieve was 4.00 / h.

反応蒸留塔RD100において、混合物を塔頂部から15理論段に供給し、塔頂部圧力を0.355MPa、塔頂部温度を51℃、反応蒸留部温度を70℃、塔底部を118℃及び還流比を0.3として反応蒸留を行った。このときのエタノール反応率は80.6モル%であり、ETBE収率は99.3モル%であった。   In the reactive distillation column RD100, the mixture is fed from the top of the column to 15 theoretical plates, the pressure at the top of the column is 0.355 MPa, the temperature at the top of the column is 51 ° C., the temperature of the reactive distillation is 70 ° C., the bottom of the column is 118 ° C., and the reflux ratio is Reactive distillation was performed at 0.3. The ethanol reaction rate at this time was 80.6 mol%, and the ETBE yield was 99.3 mol%.

反応蒸留塔RD100の塔頂部から流出する気相部分(主に未反応の炭化水素、蒸気圧相当分のエタノール及び未分離ETBE)は、流路180、圧縮機C100(圧縮機の断熱効率80%)を経て、ETBE蒸留塔D100に供給し、液相部分(主に溶解平衡分の未反応炭化水素、エタノール及び未分離ETBE)は、流路170、液ポンプP200(液ポンプのポンプ効率90%)、流路190を経てETBE蒸留塔D100に供給した。
反応蒸留塔RD100の塔底部からは、純度98.0重量%ETBEを、流路160、流路230を経て缶出した。
The gas phase portion (mainly unreacted hydrocarbon, ethanol corresponding to the vapor pressure and unseparated ETBE) flowing out from the top of the reactive distillation column RD100 is composed of a flow path 180, a compressor C100 (adiabatic efficiency of compressor 80%). ) To the ETBE distillation column D100, and the liquid phase part (mainly unreacted hydrocarbons, ethanol and unseparated ETBE for the dissolution equilibrium) are flow path 170, liquid pump P200 (the pump efficiency of the liquid pump is 90%) ), And supplied to the ETBE distillation column D100 via the flow path 190.
From the bottom of the reactive distillation column RD100, ETBE having a purity of 98.0% by weight was taken out through the flow channel 160 and the flow channel 230.

(ETBE蒸留工程)
ETBE蒸留塔D100は、18理論段で構成されている。
上記気相部分及び上記液相部分をETBE蒸留塔D100の塔頂部から9理論段に供給し、塔頂部圧力を1.013MPa、塔頂部温度を76℃、塔底部を166℃及び還流比を3.0として蒸留分離を行った。
ETBE蒸留塔D100の塔頂部から流出する残渣(主に未反応炭化水素、エタノール、未分離ETBE)を、流路220を経て熱交換器EX100で73℃にて冷却し、流路240を経て未反応イソブテン蒸留塔D200に供給した。
また、塔底部からは純度98.0重量%のETBEを缶出させ、流路210を経、流路230に合流してETBEを得た。
(ETBE distillation process)
The ETBE distillation column D100 is composed of 18 theoretical plates.
The gas phase part and the liquid phase part are supplied to 9 theoretical plates from the top of the ETBE distillation column D100, the top pressure is 1.013 MPa, the top temperature is 76 ° C., the bottom is 166 ° C., and the reflux ratio is 3 0.0.
The residue (mainly unreacted hydrocarbon, ethanol, unseparated ETBE) flowing out from the top of the ETBE distillation column D100 is cooled at 73 ° C. in the heat exchanger EX100 through the flow path 220, and unreacted through the flow path 240. The reaction was supplied to the isobutene distillation column D200.
Further, ETBE having a purity of 98.0% by weight was taken out from the bottom of the tower, and joined to the flow path 230 through the flow path 210 to obtain ETBE.

(イソブテン回収工程)
未反応イソブテン蒸留塔D200は、5理論段で構成され、流路310より還流の水を塔頂部へ供給し、塔頂部圧力を1.013MPa、塔頂部温度を66℃、塔底部を30℃として蒸留分離を行った。
未反応イソブテン蒸留塔D200の塔頂部から流出する成分(主に未反応炭化水素、蒸気圧相当の水、エタノール、ETBE)は、流路260を経て系外に排出した。また、塔底部より缶出する未反応エタノールは、流路250を経て未反応エタノール蒸留塔D300に供給した。
(Isobutene recovery process)
The unreacted isobutene distillation column D200 is composed of 5 theoretical plates, and supplies reflux water from the flow path 310 to the top of the column. The column top pressure is 1.013 MPa, the column top temperature is 66 ° C., and the column bottom is 30 ° C. Distillation separation was performed.
Components (mainly unreacted hydrocarbon, water corresponding to vapor pressure, ethanol, ETBE) flowing out from the top of the unreacted isobutene distillation column D200 were discharged out of the system through the flow path 260. The unreacted ethanol taken out from the bottom of the column was supplied to the unreacted ethanol distillation column D300 via the flow path 250.

(エタノール回収工程)
未反応エタノール蒸留塔D300は、横幅100mm、高さ1200mm、奥行60mmの蒸留塔に理論段数が20段相当になるように不規則充填物が充填されている。蒸留条件は塔頂温度を79℃、供給するエタノール濃度を10wt%とした。また、上記未反応エタノールは塔の中心の高さから5.0kg/hとなるように連続的に供給した。さらに、塔頂部の還流量は4.8kg/hとした。
(Ethanol recovery process)
The unreacted ethanol distillation column D300 is a distillation column having a width of 100 mm, a height of 1200 mm, and a depth of 60 mm filled with irregular packing so that the number of theoretical plates is equivalent to 20. The distillation conditions were such that the tower top temperature was 79 ° C. and the ethanol concentration supplied was 10 wt%. The unreacted ethanol was continuously supplied so as to be 5.0 kg / h from the height of the center of the tower. Furthermore, the reflux amount at the top of the column was 4.8 kg / h.

未反応エタノール蒸留塔D300は、23理論段で構成されている。
未反応エタノール蒸留塔D300において、未反応エタノールを塔頂部から19理論段に供給し、塔頂部圧力を0.101MPa、塔頂部温度を75℃、塔底部温度を100℃及び還流比を10.0として、蒸留分離を行った。
その結果回収したエタノールの濃度は90wt%以上であった。
The unreacted ethanol distillation column D300 is composed of 23 theoretical plates.
In the unreacted ethanol distillation column D300, unreacted ethanol is supplied from the top to the 19th theoretical plate, the top pressure is 0.101 MPa, the top temperature is 75 ° C., the bottom temperature is 100 ° C., and the reflux ratio is 10.0. As a result, distillation separation was performed.
As a result, the recovered ethanol concentration was 90 wt% or more.

未反応エタノール蒸留塔D300塔頂部より流出する純度94.4重量%エタノールは流路280を経て脱水塔A100に供給して再使用した。塔底部より缶出する水は流路270を経て、未反応イソブテン蒸留塔D200塔頂部より流出する蒸気圧相当の水を補給するための水を供給する流路290と合流し、流路300、液ポンプP300、流路310を経て熱交換器EX200で70℃に冷却し、流路320を経て未反応イソブテン蒸留塔D200塔頂部に供給した。   The purity 94.4 wt% ethanol flowing out from the top of the unreacted ethanol distillation tower D300 was supplied to the dehydration tower A100 via the flow path 280 and reused. The water discharged from the bottom of the tower passes through the flow path 270 and merges with the flow path 290 for supplying water for replenishing water corresponding to the vapor pressure flowing out from the top of the unreacted isobutene distillation tower D200. The solution was cooled to 70 ° C. by the heat exchanger EX200 through the liquid pump P300 and the flow path 310, and supplied to the top of the unreacted isobutene distillation tower D200 through the flow path 320.

本実施例におけるETBEの製造方法の計算を行った(米国:Simuration Sciences, Inc.の汎用プロセスシミュレータPROII使用し、計算式はSRKM(Soave-Redlich-Kwong Modified)式を用いペンタン/水、ETBE/エタノール、の系については気液平衡データを組み込んだ。)。
なお、各流路における温度、圧力、各成分組成を表2〜4に示す。また、以下の表において、各成分組成の欄の「L」は液体、「V」は気体、「M」は気液混合状態を示す。
The calculation method of ETBE in this example was calculated (US: General-purpose process simulator PROII of Simuration Sciences, Inc. was used, and the calculation formula was SRKM (Soave-Redlich-Kwong Modified) using pentane / water, ETBE / Vapor-liquid equilibrium data were incorporated for the ethanol system.)
In addition, the temperature in each flow path, a pressure, and each component composition are shown to Tables 2-4. In the table below, “L” in the column of each component composition indicates liquid, “V” indicates gas, and “M” indicates a gas-liquid mixed state.

〔表2〕

Figure 0005614618












[Table 2]
Figure 0005614618












〔表3〕

Figure 0005614618





















[Table 3]
Figure 0005614618





















〔表4〕

Figure 0005614618
[Table 4]
Figure 0005614618

本実施例に係るETBEの製造方法において、エタノール57.41トンと低純度イソブテン中のイソブテン76.84トンから純度98重量%のETBEを119.14トンを得ることができた。なお、ETBEの成分組成は、ETBE98.01重量%、イソブタン0.02重量%、1ブテン0.06重量%、ブタン0.02重量%、ジエチルエーテル0.01重量%、ペンタン0.17重量%、エタノール0.69重量%、ターシャリーブタノール0.30重量%、エチル2−ブチルエーテル0.21重量%、イソブチレン0.52重量%(常温でガス状の物質イソブタン、1ブテン、ブタンは溶解平衡分)であった。   In the method for producing ETBE according to this example, 119.14 tons of ETBE having a purity of 98% by weight could be obtained from 57.41 tons of ethanol and 76.84 tons of isobutene in low-purity isobutene. The component composition of ETBE is ETBE 98.01% by weight, isobutane 0.02% by weight, 1 butene 0.06% by weight, butane 0.02% by weight, diethyl ether 0.01% by weight, pentane 0.17% by weight. 0.69% by weight of ethanol, 0.30% by weight of tertiary butanol, 0.21% by weight of ethyl 2-butyl ether, 0.52% by weight of isobutylene (isobutane, a gaseous substance at room temperature, 1 butene and butane are dissolved equilibrium components) )Met.

以上より、ETBE回収率96.0%、未反応エタノール回収率97.4%(エタノール水溶液のエタノール純度94.4重量%)であった。なお、未回収ETBEおよびエタノールは未反応低純度イソブテンとともに蒸気圧相当分として系外に排出されている。
従って、本システムではETBEを製造、精製し未反応エタノールを再利用すると同時に、反応熱の有効利用を図り装置コストおよび操業費等の点から熱利用性の高い、ETBEを製造できることが確認された。
Based on the above, the ETBE recovery rate was 96.0%, and the unreacted ethanol recovery rate was 97.4% (ethanol purity of the ethanol aqueous solution 94.4% by weight). Note that unrecovered ETBE and ethanol are discharged out of the system together with unreacted low-purity isobutene as a portion corresponding to the vapor pressure.
Therefore, in this system, it was confirmed that ETBE can be manufactured and refined, and unreacted ethanol can be reused, and at the same time, the reaction heat can be effectively used to produce ETBE with high heat utilization in terms of equipment cost and operating cost. .

100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,280,290,300,310,320・・・流路
100A・・・脱水塔
C100・・・圧縮機
D100・・・ETBE蒸留塔
D200・・・未反応イソブテン蒸留塔
D300・・・未反応エタノール蒸留塔
P100,P200,P300・・・液ポンプ
R100・・・加圧気液混相反応容器
RD100・・・反応蒸留塔
S1・・・脱水工程
S2・・・主反応工程
S3・・・反応蒸留工程
S4・・・ETBE蒸留工程
S5・・・イソブテン回収工程
S6・・・エタノール回収工程
100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 280, 290, 300, 310, 320... ..Dehydration tower C100 ... Compressor D100 ... ETBE distillation tower D200 ... Unreacted isobutene distillation tower D300 ... Unreacted ethanol distillation tower P100, P200, P300 ... Liquid pump R100 ... Addition Pressure-liquid mixed phase reaction vessel RD100 ... Reactive distillation column S1 ... Dehydration step S2 ... Main reaction step S3 ... Reactive distillation step S4 ... ETBE distillation step S5 ... Isobutene recovery step S6 ... Ethanol recovery process

Claims (14)

エタノールに混在している水を、水吸着剤を用いてエタノール中の水分濃度を3000ppm以下とする脱水工程と、
イソブテンを含む炭化水素とエタノールとを反応触媒存在下、反応させる主反応工程と、
混合物を更に蒸留塔にて反応蒸留し、ETBEを得る反応蒸留工程と、
前記反応蒸留工程における残渣を高圧条件下で反応蒸留し、ETBEを得るETBE蒸留工程と、
を備え
前記エタノールが、リグノセルロースを加水分解して糖とし、該糖を発酵させて得られたものであり、
前記主反応工程が加圧気液混相反応方式で施され、
前記反応蒸留工程が反応蒸留方式で施されるETBEの製造方法。
A dehydration step of mixing water in ethanol with a water adsorbent to reduce the water concentration in ethanol to 3000 ppm or less;
A main reaction step in which a hydrocarbon containing isobutene and ethanol are reacted in the presence of a reaction catalyst ;
Reactive distillation of the mixture in a distillation column to obtain ETBE; and
An ETBE distillation step in which the residue in the reactive distillation step is reactively distilled under high-pressure conditions to obtain ETBE;
Equipped with a,
The ethanol is obtained by hydrolyzing lignocellulose into a saccharide and fermenting the saccharide.
The main reaction step is performed by a pressurized gas-liquid mixed phase reaction method,
Method for producing ETBE said reactive distillation step Ru decorated with reactive distillation method.
前記ETBE蒸留工程における高圧条件が0.23MPa以上である請求項1記載のETBEの製造方法。   The method for producing ETBE according to claim 1, wherein a high-pressure condition in the ETBE distillation step is 0.23 MPa or more. 前記炭化水素が、プロパン、イソブタン、1−ブテン、2−ブテン及びペンタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含む請求項1記載のETBEの製造方法。   The method for producing ETBE according to claim 1, wherein the hydrocarbon further contains at least one selected from the group consisting of propane, isobutane, 1-butene, 2-butene and pentane. 前記脱水工程において、脱水温度を20〜200℃とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。 In the dehydration step, ETBE method according to any one of claims 1 to 3 you a dehydration temperature and 20 to 200 ° C.. 前記反応触媒が、イオン交換基として強酸基が導入された多孔質タイプのスチレン系樹脂からなる強酸性陽イオン交換樹脂であり、
該強酸性陽イオン交換樹脂の粒径を0.5〜1.0mmとし、
前記反応触媒の使用量を、エタノール1モルに対して、1〜90gとする請求項1〜4のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。
The catalyst is, Ri strongly acidic cation exchange resin der made of a porous type styrene resin strong acid group is introduced as an ion-exchange group,
The particle size of the strongly acidic cation exchange resin is 0.5 to 1.0 mm,
Wherein the amount of reaction catalyst, with respect to ethanol 1 mole, ETBE method according to claim 1 shall be the 1~90G.
前記炭化水素中のイソブテン濃度を5重量%以上とし、
原料の前記エタノールに対する前記イソブテンのモル比を0.1〜10モルとする請求項1〜5のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。
The isobutene concentration in the hydrocarbon is 5 wt% or more,
Method for producing ETBE according a molar ratio of the isobutene to said ethanol feedstock to any one of claims 1 to 5 shall be the 0.1 to 10 mol.
前記反応蒸留工程において、100℃以下の温度条件下、純度95重量%以上のETBEを缶出させる請求項1〜6のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。   The method for producing ETBE according to any one of claims 1 to 6, wherein in the reactive distillation step, ETBE having a purity of 95% by weight or more is discharged under a temperature condition of 100 ° C or lower. 前記加圧気液混相反応方式において、反応温度を100℃以下とし、反応時の気圧を前記エタノールが液相を保持できる圧力以上とし、前記イソブテンが気相を循環するようになっている請求項1〜7のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。 In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction process, the reaction temperature was 100 ° C. or less, the pressure during the reaction and the ethanol than the pressure that can hold a liquid phase, according to claim 1 wherein the isobutene that are adapted to circulate a vapor-phase The manufacturing method of ETBE as described in any one of -7. 前記加圧気液混相反応方式において、反応圧力を0.3MPa以上とし、液空間速度を0.1〜10(m −エタノール/hr/m −触媒)とする請求項1〜のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。 In the pressurized gas-liquid mixed phase reaction method, the reaction pressure was more than 0.3 MPa, a liquid space velocity from 0.1 to 10 either with to that claim. 1 to 8 (m 3 - catalyst - ethanol / hr / m 3) A method for producing ETBE according to claim 1 . 前記反応蒸留工程において、蒸留塔の反応蒸留部の温度を100℃以下とし、蒸留塔の塔頂部の温度を30〜80℃とし、蒸留塔の塔底部の温度を90〜150℃とし、塔頂部圧力を0.7MPa以下とし、蒸留塔の還流比を0.1〜4となるように運転する請求項1〜のいずれか1項に記載のETBEの製造方法。 In the reactive distillation step, the temperature of the reactive distillation section of the distillation tower is 100 ° C. or less, the temperature of the top of the distillation tower is 30 to 80 ° C., the temperature of the bottom of the distillation tower is 90 to 150 ° C., and the top of the tower and the pressure of the 0.7MPa or less, ETBE method according to any one of claims 1-9 operated so that a reflux ratio of the distillation column becomes 0.1 to 4. 前記ETBE蒸留工程において、蒸留塔の塔頂部の温度を50〜90℃とし、蒸留塔の塔底部の温度を130〜180℃とし、蒸留塔の塔頂部の圧力を0.23MPaより大きくし、純度95重量%以上のETBEを缶出させる請求項1〜10のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。 In the ETBE distillation step, the temperature at the top of the distillation column is 50 to 90 ° C., the temperature at the bottom of the distillation column is 130 to 180 ° C., the pressure at the top of the distillation column is greater than 0.23 MPa, ETBE method according to any one of claims 1 to 10 Ru was out cans 95% or more by weight of ETBE. ETBE蒸留工程における残渣から未反応のイソブテンを回収するイソブテン回収工程と、
イソブテン回収工程後の残渣から未反応のエタノールを回収するエタノール回収工程と、
を更に備える請求項1〜11のいずれか一項に記載のETBEの製造方法。
An isobutene recovery step of recovering unreacted isobutene from the residue in the ETBE distillation step;
An ethanol recovery step of recovering unreacted ethanol from the residue after the isobutene recovery step;
Further ETBE method according to any one of claims 1 to 11, Ru comprising a.
前記イソブテン回収工程において、蒸留塔の塔頂部の圧力を0.5〜1.5MPaとする請求項12記載のETBEの製造方法。 Wherein the isobutene recovery step claim 12 ETBE method according to the pressure of column top shall be the 0.5~1.5MPa distillation column. 前記エタノール回収工程において、蒸留塔の塔頂部の圧力を常圧とし、蒸留塔の塔頂部の温度を65〜90℃とし、蒸留塔の塔底部の温度を90〜120℃とし、
純度が96重量%以下のエタノールを留出させた後、該エタノールに混在している水を取り除く脱水工程を施し、再使用する請求項12又は13記載のETBEの製造方法。
In the ethanol recovery step, the pressure at the top of the distillation column is normal pressure, the temperature at the top of the distillation column is 65 to 90 ° C, the temperature at the bottom of the distillation column is 90 to 120 ° C,
After purity was distilled ethanol 96 wt% or less, subjected to a dehydration step of removing water are mixed in the ethanol, ETBE method according to claim 12 or 13 you reuse.
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