KR810001024B1 - Method for producing tert-butyl alcohol - Google Patents

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KR810001024B1
KR810001024B1 KR7802339A KR780002339A KR810001024B1 KR 810001024 B1 KR810001024 B1 KR 810001024B1 KR 7802339 A KR7802339 A KR 7802339A KR 780002339 A KR780002339 A KR 780002339A KR 810001024 B1 KR810001024 B1 KR 810001024B1
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KR
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isobutylene
water
reactor
catalyst
reaction
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KR7802339A
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마사오 이마이즈미
미츠오 야스다
코 사까다
노보루 히라노
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오까다 카즈유끼
니뽕 세끼유 가부시끼가이샤
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/12Monohydroxylic acyclic alcohols containing four carbon atoms

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Abstract

Tert-butylalcohol was prepd. by the hydration of isobutene over a strongly acidic cation exchanger catalyst. The catalyst was introduced to a reactor and the isobutene and water were contacted at 50-150oC in a continuous phase. The water descends from the surface of the particles at rate of 1 ml hr with an empty receiver. The reaction mixt. was withdrawn continuously. Pref. the catalyst has surface area 0.2-120 m2/g, porosity>0.03ml/ml, particle size 0.1-5mm, and ion exchange capacity>1 m eq.

Description

3급-부틸 알코올의 제조방법Method for preparing tert-butyl alcohol

제1도는 본 발명에 따른 방법의 예를 설명하는 유출 개요도식.1 is an outflow schematic illustrating an example of a method according to the invention.

제2도는 부분적인 확대도로서 이소부틸렌과 촉매입자가 서로 접촉하는 상태를 보여준다.2 is a partially enlarged view showing a state in which isobutylene and catalyst particles are in contact with each other.

본 발명은 촉매로서 강산성 양이온 교환수지를 사용하여 이소부틸렌과 물로부터 3급-부틸 알코올(TBA로 생략)을 연속적으로 수득률이 높게 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the continuous high yield of tert-butyl alcohol (omitted by TBA) from isobutylene and water using a strongly acidic cation exchange resin as a catalyst.

특히 본 반응은, 반응보조제같은 제물질을 첨가하지 않고, TBA의 수득률을 높게, 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.In particular, the present reaction relates to a method of continuously producing a high yield of TBA without adding an agent such as a reaction aid.

다양한 농도를 갖는 황산으로 이소부틸렌을 수화시켜 TBA를 제조하는 방법은 공지이다. 이 방법은 TBA의 수득률은 높으나, 부산물로서 이소부틸렌 중합체를 생산하며, 부식성이 있는 황산을 사용하기 때문에 장치를 오랜기간 유지못하고, 또 황산을 소비하는 결점이 있다.It is known to produce TBA by hydrating isobutylene with sulfuric acid having various concentrations. This method has a high yield of TBA, but produces an isobutylene polymer as a by-product and uses a corrosive sulfuric acid, which does not maintain the device for a long time and consumes sulfuric acid.

인산을 촉매로 사용하여 이소부틸렌을 직접 수화하는 것은 공지이나, 이 방법은 고온 및 압력의 조건이 필요하며, TBA의 수득률로 낮다.It is known to directly hydrate isobutylene using phosphoric acid as a catalyst, but this method requires conditions of high temperature and pressure and is low in yield of TBA.

또한 양이온 교환수지 촉매로 직접 수화하여, TBA를 합성하는 방법도 많이 제안되었다. 예를 들면 Indusrrial and Engineering Chemistry, Vol. 53, No. 3, PP209-211에, 이온교환수지촉매를 사용하여, 이소부틸렌을 연속적으로 수화시키는 방법이 발표되었으나, 이소부틸렌의 전환율은 최대 30%정도 이다.In addition, many methods for synthesizing TBA by direct hydration with a cation exchange resin catalyst have also been proposed. See, eg, Indusrrial and Engineering Chemistry, Vol. 53, No. 3, PP209-211 discloses a method of continuously hydrating isobutylene using an ion exchange resin catalyst, but the conversion of isobutylene is up to 30%.

사실 물과 이소부틸렌은 불균일계를 형성하기 때문에, 전술한 촉매존재하에서, 단순히 이소부틸렌을 물과 접촉시켜, 반응을 효과적으로 달성하기는 어렵다. 이 사실은 일본국 특허공고 번호 제50-32116, 50-126603, 50-137906 및 51-59802의 명세서에 명백히 서술되었다. 이러한 결점을 없애기 위하여, 반응보조제로서, 반응계에 유기산을 가하거나(일본국 특허공보 제50-32116과 50-126603), 알코올을 가하거나(일본국 특허공보 제50-137906), 에틸셀로솔브 및 디옥산같은 극성용매를 사용하고 또 필요하면 유화제를 사용하는 방법(일본국 특허공보 제51-59802)등의 여러 방법들이 많은 기술자에 의해 지금까지 연구되어 왔다. 그러나 반응보조제를 가하는 이 모든 방법들은, 제3의 물질을 가하거나, 반응 보조제를 분리 및 회수하거나, TBA를 함유하는 수층으로부터 TBA를 분리하는데 있어서, 많은 불편과 곤란이 있다.In fact, since water and isobutylene form a heterogeneous system, in the presence of the above-described catalyst, it is difficult to simply contact isobutylene with water to effectively achieve the reaction. This fact is clearly described in the specifications of Japanese Patent Publication Nos. 50-32116, 50-126603, 50-137906 and 51-59802. In order to eliminate this drawback, as the reaction aid, an organic acid is added to the reaction system (Japanese Patent Publication Nos. 50-32116 and 50-126603), alcohol is added (Japanese Patent Publication No. 50-137906), or ethyl cellosolve And various methods such as using a polar solvent such as dioxane and using an emulsifier if necessary (Japanese Patent Publication No. 51-59802) have been studied by many technicians until now. However, all these methods of adding reaction aids present a great deal of inconvenience and difficulty in adding a third material, separating and recovering reaction aids, or separating the TBA from the aqueous layer containing the TBA.

또 이소부틸렌을, 현탁액상태의 이온교환수지를 사용하여 수화하는 방법은 공지이다(일본국 특허공보 제40-2408). 이 방법은 반응기에 이소부틸렌, 물 및 촉매를 넣어 혼화하고 교반하여 현탁액을 형성한다.Moreover, the method of hydrating isobutylene using the ion-exchange resin of suspension state is well-known (Japanese Patent Publication No. 40-2408). In this method, isobutylene, water and a catalyst are mixed in a reactor, mixed and stirred to form a suspension.

다음 반응기로부터 반응혼합물을 수층 및 유층으로 분리하여, 현탁액에 촉매를 함유하는 수층을 반응기로 재순환시키는 방법이다. 이 방법에는 그 나름대로의 이점도 있으나, 촉매를 현탁상으로 유지하기 위하여 교반하여야 하는 결점과, 현탁된 촉매를 함유하는 액상을 재순환처리하여야 하는 곤란이 있다. 실제로 이 방법을 산업적으로 수행하기는 어렵다.Then, the reaction mixture is separated from the reactor into an aqueous layer and an oil layer, and the aqueous layer containing the catalyst in the suspension is recycled to the reactor. Although this method has its own advantages, there are disadvantages in that it requires stirring to keep the catalyst in a suspended phase, and difficulty in recycling the liquid phase containing the suspended catalyst. In practice, this method is difficult to perform industrially.

특히 사용한 강산양이온 교환수지는 촉매로 사용하며 다수의 미세다공성물질 또는 세포들 때문에 촉매의 고갈 및 분리가 현저하다. 본 발명에 따라 유기산, 알코올, 에틸 셀로솔브디옥산 계면활성제등의 반응 보조제를 가하는 방법으로 촉매를 사용하여 반응계에 반응시키면 반응보조제의 다공 그룹에 기인하는 수지의 팽창 및 변형은 현저하고, 촉매의 수명은 크게 단축된다. 그러므로 높은 촉매성을 지니는 강산 양이온 교환수지를 사용하는 이 방법을 상업적으로 수행하기는 매우 어렵다.In particular, the strong acid cation exchange resin used is used as a catalyst, and the depletion and separation of the catalyst are remarkable because of a large number of microporous materials or cells. According to the present invention, when a reaction is carried out using a catalyst by adding a reaction aid such as an organic acid, alcohol, ethyl cellosolvedioxane surfactant, expansion and deformation of the resin due to the porous group of the reaction aid are remarkable. The life is greatly shortened. Therefore, it is very difficult to carry out this process commercially using strong acid cation exchange resin with high catalytic properties.

이러한 방법들의 결점들을 제거하기 위한 많은 방법들을 연구하여 연속적으로 TBA를 제조하는 방법을 발견한 결과, 물을 강산양이온 교환수지 촉매입자의 표면에서 전술한 방법으로 물과 비균일 또는 불균일 혼합물을 형성하는 이소부틸렌과 접촉시키면 매우 효과적으로 TBA를 얻을 수 있다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.Many methods to eliminate the drawbacks of these methods have been found to continuously produce TBA, which results in the formation of a non-uniform or non-uniform mixture with water in the manner described above on the surface of the strong acid cation exchange resin catalyst particles. The present invention was completed by the discovery that contacting isobutylene with very effective TBA can be obtained.

본 발명은 강산선양이온 교환수지 촉매의 존재하에서 이소부틸렌을 물과 반응시켜 TBA를 제조하는 방법, 특히 반응기에 촉매입자를 채우고, 액상의 이소부틸렌을 촉매입자와의 사이에 연속상으로 채워 50 내지 150℃에서 물과 연속적으로 접촉시키고 평균 선속도(線速度)를 1.0m/hr. 또는 그 이상(빈용기 기준)으로하여 촉매입자의 표면을 물이 흘러내리게 하여 반응기로부터 연속적으로 반응생성물을 유출하는 것을 특징으로 하여 TBA를 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 강산 양이온 교환수지촉매 존재하에서 이소부틸렌을 물과 반응시켜 TBA를 제조하는 다른방법 즉 표면적이 0.2 내지 120㎡/g, 다공성이 0.03ml/ml 또는 그 이상, 교환능이 1.0meq/g 또는 그 이상 및 입자크기가 0.1 내지 5mm인 강산성양이온 교환수지 촉매를 반응기에 건조시켜 채우고, 촉매입자와의 사이에 연속적으로 액상이소부틸렌을 채워 액상의 이소부틸렌을 50 내지 150℃에서 물과 연속적으로 접촉시켜, 평균 선속도를 1.0m 또는 그 이상/hr. (빈 용기즉 반응기 기준)으로 하여 촉매입자의 표면을 물이 흘러내리게 하고 있어서 반응기로부터 연속적으로 반응생성물을 배출하는 것을 특징으로 하여 TBA를 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for preparing TBA by reacting isobutylene with water in the presence of a strong acid cation exchange resin catalyst, in particular, filling the catalyst particles in the reactor, and filling the liquid isobutylene in a continuous phase between the catalyst particles. Continuous contact with water at 50 to 150 ° C. and an average linear velocity of 1.0 m / hr. Or more than (empty container basis) relates to a method for continuously producing a TBA characterized in that the surface of the catalyst particles to flow down the water to flow out the reaction product from the reactor continuously. The present invention also provides another method for preparing TBA by reacting isobutylene with water in the presence of a strong acid cation exchange resin catalyst, that is, surface area of 0.2 to 120 m 2 / g, porosity of 0.03 ml / ml or more, exchange capacity of 1.0 meq / g or more and a strong acid cationic exchange resin catalyst having a particle size of 0.1 to 5 mm was dried in the reactor and filled with liquid isobutylene continuously between the catalyst particles to form a liquid isobutylene at 50 to 150 ° C. In continuous contact with an average linear velocity of 1.0 m or more / hr. It relates to a method for continuously producing TBA, characterized in that water is flowed down the surface of the catalyst particles in an empty container, that is, based on a reactor, and the reaction product is continuously discharged from the reactor.

본 발명은 강산성양이온 교환수지를 촉매로 사용하여, 물과 이소부틸렌으로부터 연속적으로 TBA 수득률을 높게 제조하는 방법을 목적으로 한다. 또한 예를 들어 유기산, 알코올, 에틸셀로솔브, 디옥산 및 계면활성제 등의 반응촉진제인 제3물질을 가하지 않고 TBA를 연속적으로 많이 수득하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to produce a high TBA yield continuously from water and isobutylene using a strong acid cationic exchange resin as a catalyst. It is also an object of the present invention to continuously obtain a large amount of TBA without adding a third substance which is a reaction accelerator such as, for example, an organic acid, alcohol, ethyl cellosolve, dioxane, and a surfactant.

또한 부식성과 유해성이 있는 황산을 사용하지 않고 상업적 규모로 TBA를 연속적으로 제조하는 방법도 본 발명의 목적이다.It is also an object of the present invention to continuously prepare TBA on a commercial scale without the use of sulfuric acid, which is corrosive and harmful.

본 발명에 있어서의 이소부틸렌이란 이소부틸렌 자체, 이소부틸렌혼합물, 부텐 및/또는 부탄의 혼합물 및 이소부틸렌과 다른 불활성 탄화수소와의 혼합물같은 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 사용한다. 산업적인 목적으로는 석유의 열분해, 접촉분해 및 증기분해로부터 얻은 탄소수 4의 탄화수소혼합물 특히 부라디엔을 제거한 탄소수의 탄화수소 혼합물을 사용한다. 이 혼합물중의 이소부틸렌의 농도는, 일반적으로 80%이하이며, 대략 20 내지 50%의 범위이다. 특히 본 발명은 상기 탄화수소를 함유하는 이소부틸렌으로 부터 TBA를 효과적으로 합성하는 방법을 제공한다.Isobutylene in the present invention uses a hydrocarbon containing isobutylene, such as isobutylene itself, isobutylene mixture, a mixture of butene and / or butane, and a mixture of isobutylene and other inert hydrocarbons. For industrial purposes, hydrocarbon mixtures of 4 carbon atoms obtained from pyrolysis, catalytic cracking and steam cracking of petroleum are used, in particular hydrocarbon mixtures having carbon dioxide removed. The concentration of isobutylene in this mixture is generally 80% or less and in the range of approximately 20-50%. In particular, the present invention provides a method for effectively synthesizing TBA from isobutylene containing such hydrocarbons.

본 발명에서 언급되는 강산성 양이온 교환수지는 강한 산성인 양이온 교환수지이며, 스티렌설폰산형수지 및 페놀설폰산형 수지가 대표적인 예이다. 스티렌과 디비닐 벤젠같이 불포화도가 높은 화합물을 공중합하여 얻은 수지를 설폰화하여 스티렌설폰산형 수지를 얻어 설폰산 그룹(-SO3H)을 가교될 공중합체에 도입한다.The strong acid cation exchange resin mentioned in the present invention is a strong acid cation exchange resin, and styrenesulfonic acid resins and phenolsulfonic acid resins are typical examples. The resin obtained by copolymerizing a high unsaturation compound such as styrene and divinyl benzene is sulfonated to obtain a styrene sulfonic acid type resin and introducing sulfonic acid group (-SO 3 H) into the copolymer to be crosslinked.

페놀설폰산형 수지는 -SO3H 그룹을 페놀과 포름알데하이드의 축합생성물에 도입하여 얻은 수지이다.The phenol sulfonic acid type resin is a resin obtained by introducing a -SO 3 H group into a condensation product of phenol and formaldehyde.

본 발명에 따르면 강산이온 교환수지는 일반적으로 평균입자크기가 약 0.1 내지 10mm 특히 0.3 내지 2mm인 입자형을 사용한다.According to the present invention, the strong acid ion exchange resin generally uses a particle type having an average particle size of about 0.1 to 10 mm, particularly 0.3 to 2 mm.

본 발명이 사용되는 강산성 양이온 교환수지는 스티렌-디비닐벤젠공중합체를 골격으로 하며 성질을 나타내는 요소로는 이온교환능, 입자크기 비중, 교차결합도, 표면적 및 다공성등이 특히 중요하다. 특정한 범위내의 표면적, 다공성, 이온교환능 및 입자크기를 갖는 강산양이온 교환수지가 이소부틸렌과 물로부터 TBA를 합성하는 촉매로서 매우 유용하다.Strongly acidic cation exchange resins to which the present invention is used are based on styrene-divinylbenzene copolymers, and the elements exhibiting properties are particularly important in terms of ion exchange capacity, particle size specific gravity, crosslinking degree, surface area and porosity. Strong acid cation exchange resins having a specific surface area, porosity, ion exchange capacity and particle size are very useful as catalysts for synthesizing TBA from isobutylene and water.

표면적은 0.2 내지 120㎡/g의 범위로 0.4 내지 100㎡/g이 바람직하다. 표면적의 측정은 진공중, 80℃에서 6시간 건조시킨 양이온 교환수지를 사용하여 질소를 사용하여 BET의 표면적 측정법으로 수행한다. 수치가 0.2㎡/g의 이하이면 목적하는 수화반응의 속도가 지연되고 120㎡/g 보다 크게될 때는 상기 수지의 내구력과 기계의 강도에 문제가 생기게 된다. 다공성은 수은을 사용하여 Prac. Natl. Acad, Soci., Vol. 7, P., 115(1921)에 서술된 방법으로 정한다. 상기 수지의 수치가 0.03ml/ml 또는 그 이상일 때 유용하며 0.05 내지 1.0ml/ml의 범위가 특히 유용하다.The surface area is preferably 0.4 to 100 m 2 / g in the range of 0.2 to 120 m 2 / g. The measurement of the surface area is performed by measuring the surface area of BET using nitrogen using a cation exchange resin dried at 80 ° C. for 6 hours in a vacuum. If the value is 0.2 m 2 / g or less, the rate of the desired hydration reaction is delayed, and when it is larger than 120 m 2 / g, problems arise in the durability of the resin and the strength of the machine. Porosity was achieved using Prac. Natl. Acad, Soci., Vol. 7, P., 115 (1921). It is useful when the value of the resin is 0.03 ml / ml or more, with the range of 0.05 to 1.0 ml / ml being particularly useful.

다공성이 작으면 목적하는 수화반응의 속도를 지연시킨다. 겔-형이라 불리우는 수지는 이 다공성의 범위에 들지 않는다. 본 발명에서는 구조중에 상기의 작은 구멍들을 갖는 수지가 바람직하게 사용된다.Small porosity slows down the desired rate of hydration. Resins called gel-types are not within this porosity range. In the present invention, a resin having the above small holes in the structure is preferably used.

본 발명에 사용된 강산양이온 교환수지는 이온교환능이 1.0meq/g 또는 그 이상이고 (2.0 내지 6.0meq이 바람직)입자키기가 0.1 내지 5mm이며 비중은 1.0 내지 1.4이다. 이온교환능은 건조촉매입자 1g에 함유된 설폰산 그룹의 mg량으로 나타낸다. 이온교환능이 1.0 또는 그 이하일때, TBA의 수득률은 감소된다.The strong acid cation exchange resin used in the present invention has an ion exchange capacity of 1.0 meq / g or more (preferably 2.0 to 6.0 meq), particle size of 0.1 to 5 mm and specific gravity of 1.0 to 1.4. The ion exchange capacity is expressed in mg amount of sulfonic acid group contained in 1 g of dry catalyst particles. When the ion exchange capacity is 1.0 or less, the yield of TBA is reduced.

입자크기가 0.1mm 또는 그 이하인 경우에는 채워진 고정대에 사용할 수 없으며 5mm 또는 그 이상일때에는 수지의 촉매 작용을 감소시킨다. 본 발명의 강산양이온 교환수지는 수지구조(교차결합도)에 디비닐벤젠 및 이들의 성질을 1 내지 15% 함유하는 것이 바람직하다.If the particle size is 0.1mm or less, it cannot be used for the filled holder, and when 5mm or more, the catalytic action of the resin is reduced. The strong acid cation exchange resin of the present invention preferably contains 1 to 15% of divinylbenzene and its properties in the resin structure (crosslinking degree).

본 발명의 성질을 갖는 강산 양이온 교환수지는 당량체에 좋고 팽윤중합체에는 적합치 않은 3급-아밀알코올, 2급-부틸 알코올 및 이소옥탄등의 용매를 사용하여 중합반응시키고 스티렌과 디비닐벤젠을 공중합시켜 얻은 고분자량의 중합체를 설폰화하여 제조한다. 본 발명은 상기 촉매입자의 표면에서 상기의 방법으로 촉매로서 강산 양이온 교환수지를 사용하여 이소부틸렌을 물과 접촉시켜 TBA를 수득율이 높게 연속적으로 제조하는 방법을 제공한다.The strong acid cation exchange resin having the properties of the present invention is polymerized using a solvent such as tert-amyl alcohol, secondary-butyl alcohol and isooctane, which is suitable for an equivalent and not suitable for a swelling polymer, and copolymerizes styrene and divinylbenzene. The obtained high molecular weight polymer is prepared by sulfonation. The present invention provides a method of continuously producing a high yield of TBA by contacting isobutylene with water using a strong acid cation exchange resin as a catalyst on the surface of the catalyst particles as described above.

본 발명은 첨부된 도면으로 더 설명할 수 있다. 제1도에서, 촉매입자 1은 반응기에 채우고 2는 고정대의 상태이다. 반응기는 세로로 길며 입상의 촉매를 채운 밑바닥에는 철망 또는 다공판이 있다. 반응대 3은 반응기내에 촉매 입자가 채워진 곳으로 촉매입자와의 사이에 액상의 이소부틸렌이 채워졌다.The invention can be further illustrated by the accompanying drawings. In FIG. 1, catalyst particles 1 are charged to the reactor and 2 is in a stationary state. The reactor is longitudinally long and there is a wire mesh or perforated plate at the bottom filled with granular catalyst. Reaction zone 3 was filled with catalyst particles in the reactor and filled with liquid isobutylene between the catalyst particles.

물을 반응기의 상부에서 분배기(distributor)6을 통하여 액상으로 연속하여 채운다.Water is continuously charged into the liquid phase through a distributor 6 at the top of the reactor.

이소부틸렌과 촉매입자가 접촉하는 방법은 제2도에서 명백히 표시하였다. 제2도에서 촉매입자는 1로 표시하고 이소부틸렌 7을 연속상 및 액상에 채운다. 8로 표시한 물은 촉매입자의 표면을 따라 흐른다. 물이 촉매입자의 모든 표면을 흘러내릴 필요는 없으나 물에 덮힌 표면적이 넓을 수록 더욱 바람직하다. 물이 아래로 흐르는 것은 중력 때문이며 물의 비중은 연속상을 형성하는 이소부틸렌의 비중보다 크다.The way in which isobutylene and catalyst particles are contacted is clearly indicated in FIG. In FIG. 2, the catalyst particles are labeled with 1 and isobutylene 7 is filled in the continuous phase and the liquid phase. The water labeled 8 flows along the surface of the catalyst particles. It is not necessary for water to run down all the surfaces of the catalyst particles, but the greater the surface area covered in the water, the better. Water flows downward due to gravity and the specific gravity of water is greater than that of isobutylene forming a continuous phase.

물이 촉매입자를 흐를때 이소부틸렌이 물에 침투되며 용해하여 촉매표면에서 물과 이소부틸렌이 접촉반응을 하게된다.When water flows through the catalyst particles, isobutylene penetrates into the water and dissolves, causing water and isobutylene to be in contact with each other at the surface of the catalyst.

접촉반응이 이러한 방법으로 수행될 경우 TBA의 수득율은 높고 이소부틸렌중합체의 부산물은 거의 생성되지 않는다.When the catalytic reaction is carried out in this way, the yield of TBA is high and little by-product of the isobutylene polymer is produced.

이러한 TBA의 월등한 합성효과의 이유는 분명하지 않으나 촉매입자상에서의 특수한 접촉방법 및 이소부틸렌과 물의 촉매표면에서의 친화력 및 흡착조건등이 TBA의 높은 수득률에 영향을 미치는 것으로 보인다.The reason for the superior synthesis effect of TBA is not clear, but the specific contact method on the catalyst particles, the affinity and adsorption conditions of the isobutylene and water on the catalyst surface appear to influence the high yield of TBA.

연속상을 형성하는 이소부틸렌을 액상으로 하여 수번선을 따라 연속적으로 채우고 전술한 바와 같이 접촉시킨 반응혼합물은 9번선을 거쳐 유출시킨다. 이소부틸렌을 채워 연속상을 형성시킬때 이소부틸렌의 일부는 반응기에서 아래로 이동한다.The isobutylene forming the continuous phase is continuously filled along the number line with the liquid phase, and the reaction mixture contacted as described above flows out through the number 9 line. When isobutylene is charged to form a continuous phase, some of the isobutylene moves down in the reactor.

제1도에서는 연속상의 이소부틸렌이 반응기의 상부에서 하부로 이동하는 것을 보여준다. 그러기 본 발명에서는 이소부틸렌을 반응기의 하부에서 넣어 점점 상부로 이동시켜 전체적으로 연속상을 형성하고 반응기의 상부에서 유출시키는 방법(도면에는 표시하지 않았음)이 사용된다.1 shows the continuous phase isobutylene moving from the top of the reactor to the bottom. Thus, in the present invention, a method of putting isobutylene in the lower part of the reactor and gradually moving upwards to form a continuous phase as a whole and flowing out of the upper part of the reactor (not shown in the drawing) is used.

다음과 같은 방법으로 본 발명에 따른 접촉법을 효과적으로 수행한다.The contact method according to the present invention is effectively performed in the following manner.

즉, 액상의 탄화수소(이소부틸렌을 함유하는 탄화수소 또는 불활성 탄화수소)를 먼저 반응기에 채우고, 이소부틸렌을 5번선을 통하여 공급하고 몬을 4번선으로 공급한후 온도를 서서히 올려 반응을 시작한다. 시작단계에서 이소부틸렌과 물을 각각 5번선과 4번선을 통하여 공급하였으나 이소부틸렌을 반응기에 채우고 온도를 높이기 위하여 3번선을 통하여 물을 유출시킨다.That is, the liquid hydrocarbon (hydrocarbon or inert hydrocarbon containing isobutylene) is first charged to the reactor, isobutylene is supplied through No. 5 line and mon is fed into No. 4 line, and then the temperature is gradually raised to start the reaction. In the initial stage, isobutylene and water were supplied through lines 5 and 4, respectively, but isobutylene was charged into the reactor and water was discharged through line 3 to increase the temperature.

본 발명에 사용하는 양이온 교환수지는 처음부터 물로 충분히 적신후 사용하는 것이 바람직하다. 물로 적실 때 양이온 교환수지를 온도가 0°내지 100℃인 다량의 물에 1분 내지 24시간 침수시킨다.The cation exchange resin used in the present invention is preferably used after sufficiently wetting with water from the beginning. When wetted with water, the cation exchange resin is immersed in a large amount of water having a temperature of 0 ° to 100 ° C for 1 minute to 24 hours.

본 발명에서 미리 충분히 물로 적신 양이온 교환수지를 사용하면 2차적인 반응생성물 특히 이소부틸렌 중합체의 생성이 저해되고 촉매의 활성의 분해가 현저히 감소된다. 미리 물로 충분히 적신 양이온 교환수지를 사용하는 경우, 건조된 수지를 반응기에 채우고 물을 채워 상기의 수지와 접촉하게 한후 물을 빼고 이소부틸렌을 상기의 방법으로 반응기에 채우는 방법이 바람직하게 수행된다.The use of a cation exchange resin sufficiently moistened with water in the present invention inhibits the production of secondary reaction products, in particular isobutylene polymers and significantly reduces the degradation of the activity of the catalyst. In the case of using a cation exchange resin sufficiently wetted with water in advance, a method in which the dried resin is filled into the reactor, filled with water to come into contact with the resin, followed by draining the water and filling the reactor with isobutylene in the above-described manner is preferably performed.

본 발명에서 반응온도는 50°내지 150℃의 범위이고 60°내지 100℃가 바람직하다. 반응온도가 50℃ 이하일 때 반응속도는 느려지며 TBA는 효과적으로 생성되지 않는다. 반대로 150℃ 이상이면 이소부틸렌 2량체, 이소부틸렌 3량체 및 2급-부틸 알코올 등의 부산물이 다량 생성되며 동시에 촉매의 질이 크게 저하한다.In the present invention, the reaction temperature is in the range of 50 ° to 150 ° C and preferably 60 ° to 100 ° C. When the reaction temperature is lower than 50 ℃ reaction rate is slowed down and TBA is not produced effectively. On the contrary, if it is 150 degreeC or more, by-products, such as an isobutylene dimer, an isobutylene trimer, and a secondary-butyl alcohol, are produced | generated abundantly and the quality of a catalyst will fall significantly.

본 반응에 따르면 반응압력에는 특정한 제한이 없고 이소부틸렌 또는 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소와 물이 상기의 반응온도에서 액상을 형성할 수 있는 정도의 압력이면 된다. 2 내지 50kg/㎠. G의 압력이 수월하며 5 내지 40kg/㎠. G가 바람직하다.According to the present reaction, there is no particular limitation on the reaction pressure, and the pressure is such that hydrocarbon and water containing isobutylene or isobutylene can form a liquid phase at the reaction temperature. 2 to 50 kg / cm 2. G pressure is easy and 5 to 40 kg / cm 2. G is preferred.

본 반응에서 물은 빈반응기를 기준으로 한 평균선속도가 1.0m/hr 또는 그 이상으로, 1.0 내지 30m/hr가 바람직하며 1.5 내지 20m/hr의 속도가 특히 바람직하다.In this reaction, water has an average linear velocity of 1.0 m / hr or more based on the empty reactor, preferably 1.0 to 30 m / hr, and particularly preferably 1.5 to 20 m / hr.

상기의 물의 선속도를 유지하기 위하여 전술한 양의 물을 연속적으로 채우는 외에 반응기로 부터 유출되는 미반응의 물을 재순환 및 공급시킨다. 평균선속도가 1.0m/hr이하일 때는 이소부틸렌이 TBA로 전환되는 율은 저하하고 바람직하지 못한 부텐의 공중합반응이 추진되기 쉽다.In order to maintain the linear velocity of the water, in addition to continuously filling the above-mentioned amount of water, the unreacted water flowing out of the reactor is recycled and supplied. When the average linear velocity is 1.0 m / hr or less, the rate at which isobutylene is converted to TBA decreases and undesirable copolymerization of butene is likely to be promoted.

이소부틸렌은 빈반응기를 기준으로 한 평균 선속도를 0.2 내지 50m/hr로 하여 채우며 1.0m/hr 이상(예 1 내지 30m/hr)이 바람직하다.Isobutylene is filled with an average linear velocity of 0.2 to 50 m / hr based on the empty reactor, and preferably 1.0 m / hr or more (Examples 1 to 30 m / hr).

촉매와 비교하여 LHSV로 나타낸 물과 이소부텐의 공급량은 각각 0.1 내지 5.0hr-1이며, 0.2 내지 4hr-1이 바람직하고 0.3 내지 1.5hr-1이 가장 바람직하다.The supply amount of water and isobutene indicated by the LHSV compared to the catalyst is from 0.1 to 5.0hr -1, respectively, 0.2 to 4hr -1 are preferred, and most preferred from 0.3 to 1.5hr -1.

빈용기를 기준으로 한 물의 선속도가 1.0m/hr 이상, 예를 들어 0.1 내지 30m/hr이고 본 발명에서 술된 범위 밖의 성질을 지니는 양이온 교환수지를 촉매로 사용하는 경우, 수화반응의 접촉작용은 저하하여 만족할만한 접촉작용을 얻기 위하여 많은 양의 촉매가 필요하여져서, 결과적으로 반응기가 전반적으로 세로가 길어진 형이 된다. 이러한 사실들 때문에 물이 촉매입자 표면을 따라 흐르기가 어려워지며 더 많은 물이 관벽을 따라 흐르게 되며, TBA의 생산이 감소하고 반응열을 제거하는데 효과적인 조개 및 관형의 반응기의 제조가 어렵게 된다.When a cation exchange resin having a linear velocity of water based on an empty container of 1.0 m / hr or more, for example, 0.1 to 30 m / hr and having properties outside the range described in the present invention as a catalyst, the contact action of the hydration reaction is A large amount of catalyst is required to lower and obtain a satisfactory contact action, resulting in an overall lengthwise reactor. These facts make it difficult for water to flow along the surface of the catalyst particles, and more water flows along the tube walls, making production of shell and tubular reactors effective in reducing TBA production and removing heat of reaction.

본 발명에 따른 촉매를 사용하고 본 발명에 따른 반응물과 촉매입자와의 특수한 접촉방법을 사용하지 않는 경우에는, 촉매표면에서의 물과 이소부틸렌과의 접촉반응은 일정하게 진행되기 어려우며, 반면 촉매의 높은 활성으로 바람직하지 않은 부반응이 일어나기 쉽다.In the case of using the catalyst according to the present invention and not using a special method of contacting the reactant with the catalyst particles according to the present invention, the contact reaction between water and isobutylene on the catalyst surface is difficult to proceed constantly, whereas the catalyst High side activity tends to cause undesirable side reactions.

또한 예를 들어 현탁액의 조건하에서 본 반응의 특수촉매를 사용하여 교반하면서 접촉반응을 수행하는 경우에는 촉매의 고갈 및 분리가 야기된다.In addition, when the catalytic reaction is carried out while stirring, for example, using a special catalyst of the present reaction under the conditions of the suspension, catalyst depletion and separation are caused.

전술한 바와 같이 접촉반응시킨 반응혼합물은 9번선을 따라 유출하여, TBA를 분리하고 통상의 방법으로 회수한다. 이 경우 9번선을 따라 나온 반응혼합물을 13번선을 통하여 반응기로 재순환시킨다. 이와 같이 재순환시킬때 접촉반응을 더욱 효과적으로 하기 위하여 반응기에서 온도를 조절하고 일정한 반응을 수행한다.The reaction mixture subjected to the contact reaction as described above flows out along line 9 to separate the TBA and recover by a conventional method. In this case, the reaction mixture along line 9 is recycled to the reactor via line 13. In this way, in order to make the contact reaction more effective when recycling, the temperature is controlled in the reactor and a constant reaction is performed.

본 발명에서, 상기의 접촉반응은 여러 단계를 거쳐 수행된다. 이 경우 제1도에 보여준 예처럼, 첫단계에서 9번선을 통하여 반응기 2로부터 유출된 반응혼합물을 침전기 10에 도입하여 탄화수소상과 수상으로 분리한다. 첫단계에서와 동일하게 5'선을 통하며 2' 반응기에 탄화수소상을 보내고 침전기 10의 하부에서 수상을 유출시켜 종류 또는 공비증류 장치같은 분리 및 회수장치(도면에 표시되지 않았음)에 이동시켜 TBA를 회수한다. 2단계에서 4'선 및 분기 6'를 통하여 물을 반응기 2'의 상부에서 공급한다. 2단계의 반응기에서는 1단계반응기에서의 접촉반응과 동일한 반응이므로 수행한다.In the present invention, the contact reaction is carried out in several steps. In this case, as shown in FIG. 1, in the first step, the reaction mixture discharged from Reactor 2 through Line 9 is introduced into Precipitator 10 to separate the hydrocarbon phase and the water phase. As in the first stage, the hydrocarbon phase is sent through the 5 'line to the 2' reactor and the aqueous phase is discharged from the lower part of the settler 10 to transfer to a separation and recovery device (not shown) such as a kind or azeotropic distillation unit. TBA is recovered. In step 2, water is fed from the top of reactor 2 'through line 4' and branch 6 '. In the two-stage reactor, the reaction is the same as the contact reaction in the one-stage reactor.

그러므로 형성된 반응형성물을 9'선을 따라 유출시켜 침전기 10'로 도입시킨다. 침전기 10'에서의 반응혼합물을 탄화수소상과 수상으로 나눈다. 나눈 탄화수소상을 12번선을 통하여 유출시키고 수상은 11'선으로 유출시켜 동일방법으로 TBA를 분리하고 회수한다.Therefore, the formed reaction product flows out along the 9 'line and is introduced into the precipitator 10'. The reaction mixture in precipitator 10 'is divided into a hydrocarbon phase and an aqueous phase. The separated hydrocarbon phase flows out through line 12, and the water phase flows out through line 11 'to separate and recover TBA in the same manner.

본 반응을 더욱 분명히 설명하기 위하여 몇개의 실시예를 다음에 나타낸다.To illustrate the reaction more clearly, some examples are given below.

[실시예 1]Example 1

직경이 10cm이고 내용적이 15.7ℓ인 실린더형의 반응기에 강산 양이온 교환수지(효과적인 직경이 0.45 내지 0.6mm, 이온교환능이 3.5meq/g)를 촉매로 채운다. 촉매수지는 스티렌과 디비닐벤젠을 공중합(디비닐벤젠함량 12%)시켜 제조한 수지를 설폰화하여 얻으며 넣기전에 충분히 물로 적신다. 물과 액상이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 피스톤펌프로 반응기에 연속적으로 채운다. 액상이소부틸렌를 함유하는 탄화수소로는 석유나프타를 증기분해하여 얻은 분류로부터 부타디엔을 추출하여 제조한 것을 사용한다. 조성은 다음과 같다.In a cylindrical reactor having a diameter of 10 cm and a volume of 15.7 liters, a strong acid cation exchange resin (effective diameter of 0.45 to 0.6 mm, ion exchange capacity of 3.5 meq / g) is charged with a catalyst. Catalytic resin is obtained by sulfonating a resin prepared by copolymerizing styrene and divinylbenzene (divinylbenzene content 12%) and soaking with water sufficiently before adding. Hydrocarbons containing water and liquid isobutylene are continuously charged to the reactor with a piston pump. As a hydrocarbon containing liquid isobutylene, one obtained by extracting butadiene from a fraction obtained by steam cracking petroleum naphtha is used. The composition is as follows.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

반응을 시작하기 전에 반응기를 5℃로 냉각시키고 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 반응기에 채워 연속상을 형성시킨다. 물과 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 각각 처음에는 0.5ℓ/hr의 율로 하여 점점 증가하여 16ℓ/hr가 되게 하여 반응기의 상부에서 반응기에 넣는다. 이때의 반응기를 기준으로 한 물의 선속도는 2m/hr이다.Before starting the reaction, the reactor is cooled to 5 ° C. and hydrocarbons containing liquid isobutylene are charged to the reactor to form a continuous phase. Hydrocarbons containing water and isobutylene are initially added to the reactor at the top of the reactor, gradually increasing at a rate of 0.5 l / hr to 16 l / hr. The linear velocity of water based on the reactor at this time is 2 m / hr.

물은 촉매입자의 표면을 따라 아래로 흐른다. 반응기의 온도는 처음에는 5℃이고 점차 상승하여 90℃로 된다. 계속 압력은 액체량을 연속적으로 유출시키고 공급량으로 균형을 맞추면서 표준압을 30kg/㎠로 유지한다.Water flows down along the surface of the catalyst particles. The temperature of the reactor is initially 5 ° C. and gradually rises to 90 ° C. Continued pressure maintains the standard pressure at 30 kg / cm 2 while continuously discharging the liquid volume and balancing with the feed volume.

수화반응은 상기 조건하에서 비균일상태 중에서 수행한다. 얻어진 결과는 다음과 같다.The hydration reaction is carried out in a non-uniform state under the above conditions. The obtained result is as follows.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

결과에서도 명백한 것 같이 이소부틸렌이 TBA로 전환되는 율은 약 50%이며 부산물의 생성은 매우 적다.As is clear from the results, the conversion rate of isobutylene to TBA is about 50% and the generation of by-products is very small.

[실시예 2]Example 2

직경이 7cm이고 내용적이 4.2ℓ인 실린더형의 반응기에 실시예 1에서와 동일한 강산 양이온 교환수지(디비닐벤젠함량이 2%, 효과적인 직경이 0.4 내지 0.6mm, 이온교환능이 3.3meq/g)를 촉매로 넣는다.In a cylindrical reactor having a diameter of 7 cm and a volume of 4.2 L, the same strong acid cation exchange resin as in Example 1 (divinylbenzene content of 2%, effective diameter of 0.4 to 0.6 mm, ion exchange capacity of 3.3 meq / g) Put into catalyst.

처음에 이온교환수지를 반응기내 반응온도에서 순수한 물로 충분히 적신다. 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 공급하고 물을 흘려 보내어 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소의 연속상을 반응기내에 형성한다. 이때 사용하는 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소는 기체오일을 접촉분해하여 얻은 것이며, 조성은 다음과 같다.Initially, the ion exchange resin is sufficiently moistened with pure water at the reaction temperature in the reactor. A hydrocarbon containing liquid isobutylene is fed and water is flowed to form a continuous phase of the hydrocarbon containing isobutylene in the reactor. The hydrocarbon containing liquid isobutylene used at this time is obtained by catalytic decomposition of gas oil, and the composition is as follows.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

전술한 상태에서 상기의 액상이소부틸렌을 함유하는 탄화수소와 물을 90℃, 속도를 5ℓ/hr, 상부의 압력을 20kg/㎠.G로 유지한 반응기에 각각 채운다. 이때 빈용기를 기준으로 한 물의 선속도는 1.3m/hr이고 물은 촉매입자로 표면을 따라 흘러내린다. 계의 압력은 공급량에 상용하는 액체량을 연속적으로 유출하여 20kg/㎠.G로 유지한다. 얻어진 반응생성물은 다음과 같다.In the above-described state, the hydrocarbon and water containing the liquid isobutylene are charged in a reactor kept at 90 ° C., a speed of 5 L / hr, and a pressure of 20 kg / cm 2 .G. At this time, the linear velocity of water based on the empty container is 1.3 m / hr, and water flows down the surface with catalyst particles. The pressure of the system continuously flows out the amount of liquid compatible with the supply amount and maintains it at 20 kg / cm 2 .G. The reaction product obtained is as follows.

Figure kpo00004
Figure kpo00004

결과에서 명백한 것 같이 이소부틸렌이 TBA로 전환되는 율은 51%이며, 부산물은 아주 미량밖에 생성되지 않는다.As is clear from the results, the conversion of isobutylene to TBA is 51%, and only a very small amount of by-products are produced.

[실시예 3]Example 3

내용적이 15㎥인 조개 및 관형의 반응기에 스티렌-디비닐벤젠공중합체를 설폰화하여 제조한 설폰산형양이온 교환수지(이온교환능 2.9meq/g), 입자크기 0.35 내지 1.2mm)을 촉매로서 넣는다. 실시예 1에서와 같은 방법으로, 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소의 연속상을 형성한다. 원료인 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소는 나프타를 증기분해하여 얻은 탄소수 4의 탄화수소혼합물로부터 부탄디엔을 추출하여 얻은 탄화수소혼합물이며 이소부틸렌의 함량은 46.4중량% 이다. 반응대의 온도를 냉수로 조절하면서 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소와 물을 반응기의 상부에서 연속적으로 넣는다. 공급속도는 각각 8㎥/hr로 유지하며 반응온도는 90℃가 되도록 냉수로 조절한다. 정지상태에서의 빈용기를 기준으로 한 물의 선속도는 10.8m/hr이고 물은 촉매입자의 표면을 따라 흘러내린다. 액체량을 연속적으로 유출시키면서 물과 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 넣어 균형을 맞추면서 반응기의 압력을 20kg/㎠.G로 유지한다.A sulfonic acid type cation exchange resin (ion exchange capacity of 2.9 meq / g) and a particle size of 0.35 to 1.2 mm prepared by sulfonating a styrene-divinylbenzene copolymer into a shell and tubular reactor having an inner volume of 15 m 3 is added as a catalyst. In the same manner as in Example 1, a continuous phase of a hydrocarbon containing liquid isobutylene is formed. The hydrocarbon containing isobutylene as a raw material is a hydrocarbon mixture obtained by extracting butanediene from a hydrocarbon mixture having 4 carbon atoms obtained by steam cracking naphtha, and the content of isobutylene is 46.4% by weight. While controlling the temperature of the reaction zone with cold water, hydrocarbon and water containing liquid isobutylene are continuously added at the top of the reactor. The feed rate is maintained at 8 ㎥ / hr, respectively, and the reaction temperature is adjusted to cold water to 90 ℃. The linear velocity of water, based on the empty container at rest, is 10.8 m / hr and the water flows down the surface of the catalyst particles. The pressure of the reactor is maintained at 20 kg / cm 2 .G while balancing the amount of hydrocarbon containing water and isobutylene while continuously flowing the liquid amount.

반응을 상기와 같은 조건하에서 수행하여 얻어진 반응혼합물을 분석한다. 결과는 다음과 같다 :The reaction mixture obtained by carrying out the reaction under the above conditions is analyzed. The result is as follows:

Figure kpo00005
Figure kpo00005

결과에서 명백한 것과 같이 이소부틸렌이 TBA로 전환되는 율을 60.8%이며 부산물은 미량 생성된다.As is clear from the results, the conversion rate of isobutylene to TBA is 60.8% and minor by-products are produced.

[실시예 4]Example 4

실시예 3과 같은 방법으로 반응을 수행하고 반응혼합물을 액상으로 하여 침전기에 도입하여 탄화수소상과 수상으로 나눈다. 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 포함하는 미반응의 이소부틸렌의 첫번째 반응기로 부터의 유출속도는 5.74㎥/hr이고 상기 탄화수소의 이소부틸렌함량은 25.3중량%이다.The reaction is carried out in the same manner as in Example 3, the reaction mixture is introduced into the precipitator in a liquid phase, and divided into a hydrocarbon phase and an aqueous phase. The outflow rate from the first reactor of unreacted isobutylene containing hydrocarbons containing isobutylene is 5.74 m 3 / hr and the isobutylene content of the hydrocarbon is 25.3% by weight.

이 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 두번째 반응기의 상부에서 새로 공급하는 물과 함께 연속적으로 공급한다. 물의 공급속도는 5㎥/hr이고 빈 용기를 기준으로 한 선속도는 6.75m/hr이다.The hydrocarbon containing this isobutylene is fed continuously with freshly fed water at the top of the second reactor. The feed rate of water is 5 m3 / hr and the linear velocity based on the empty container is 6.75 m / hr.

두번째 반응기도 실시예 3에서 사용한 반응기와 같은 형이다. 두번째 반응기의 반응온도는 85℃로 유지하고, 압력은 20kg/㎠G로 조절한다.The second reactor was also of the same type as the reactor used in Example 3. The reaction temperature of the second reactor is maintained at 85 ℃, the pressure is adjusted to 20kg / ㎠G.

이러한 상태에서, 두번째 반응기로부터 얻은 반응생성물의 양과 첫번째 및 두번째에서 얻은 총량은 다음과 같다 :In this state, the amount of reaction product obtained from the second reactor and the total amount obtained in the first and second are as follows:

Figure kpo00006
Figure kpo00006

[비교 실시예 1]Comparative Example 1

직경이 10cm이고 내용적이 4.2ℓ인 실린더형의 반응기에 실시예 1에 사용한 것과 동일한 강산 양이온 교환수지를 넣는다. 처음에 반응기에 공급한 순수한 물로 이온교환수지를 충분히 적시고 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 반응기에 넣어 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소의 연속상을 형성한다. 이때 사용하는 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소는 나프타를 증기분해하여 얻은 것으로부터 부타디엔을 추출하여 얻은 것과 동일하다. 조성은 실시예 1에서와 동일하다.The same strong acid cation exchange resin as used in Example 1 is placed in a cylindrical reactor having a diameter of 10 cm and a volume of 4.2 liters. Pure water initially supplied to the reactor is sufficiently moistened with an ion exchange resin and a hydrocarbon containing liquid isobutylene is introduced into the reactor to form a continuous phase of hydrocarbon containing isobutylene. The hydrocarbon containing liquid isobutylene used at this time is the same as that obtained by extracting butadiene from what was obtained by steam cracking naphtha. The composition is the same as in Example 1.

상기와 같은 상태에서, 연속상을 형성하는 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소와 물을 2ℓ/hr의 속도로 반응기의 상부에서 넣는다. 이 경우 반응기는 90℃, 20kg/㎠ G 및 빈용기를 기준으로 한 물의 선속도를 0.25m/hr로 유지시킨다. 반응개시후 6시간동안 정지상태를 하면 물의 선속도가 너무 작아 이소부틸렌 중합체의 생성물은 다음과 같다.In this state, hydrocarbon and water containing liquid isobutylene forming a continuous phase are charged at the top of the reactor at a rate of 2 l / hr. In this case, the reactor maintains a linear velocity of water at 0.25 m / hr based on 90 ° C., 20 kg / cm 2 G and the empty container. After stopping the reaction for 6 hours after the start of the reaction, the linear velocity of water is so small that the product of isobutylene polymer is as follows.

Figure kpo00007
Figure kpo00007

결과에서 명백한 것과 같이 TBA의 생성율은 28%이고 부반응산물이 다량 생성된다.As is clear from the results, the production rate of TBA is 28% and a large amount of side reaction products are produced.

[비교 실시예 2]Comparative Example 2

직경이 10cm이고 내용적이 4.2ℓ인 실린더형의 반응기에 실시예 1에 사용한 것과 동일한 강산 양이온 교환수지를 넣는다. 나프타를 증기분해하여 얻은 분류로부터 부타디엔을 추출하여 제조된 것으로 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 이소부틸렌을 함유한 탄화수소와 증기를 100℃, 대기압하에서 반응기에 연속적으로 공급한다. 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 넣는 율은 800ℓ/hr(GHSV, 190/hr)이고 증기는 1000ℓ/hr(GHSV, 240/hr)의 율로 넣는다. 생성된 TBA의 양은 적으며 생성율은 다음과 같다.The same strong acid cation exchange resin as used in Example 1 is placed in a cylindrical reactor having a diameter of 10 cm and a volume of 4.2 liters. Butadiene was extracted from the fraction obtained by steam cracking naphtha, and hydrocarbons and vapors containing the same isobutylene as used in Example 1 were continuously supplied to the reactor at 100 ° C. under atmospheric pressure. The rate of adding hydrocarbon containing isobutylene is 800 l / hr (GHSV, 190 / hr) and the steam is charged at 1000 l / hr (GHSV, 240 / hr). The amount of TBA produced is small and the production rate is as follows.

Figure kpo00008
Figure kpo00008

상기 결과에서 명백한 바와 같이, 이소부틸렌과 물이 모두 증기상태에서 반응하는 경우 TBA의 생성율은 1%도 안되며 많은 부산물이 생성된다.As is apparent from the above results, when both isobutylene and water react in the vapor state, the production rate of TBA is less than 1% and many by-products are produced.

[실시예 5]Example 5

직경이 15cm이고 내용적이 38ℓ인 실린더형 반응기에 강산 양이온 교환수지(표면적 54.1㎡/g : 다공성 0.36㎖/㎖ : 이온교환능 3.8meq/g : 교환결합도 13.1%, 입자크기 0.2 내지 1.5mm)을 촉매로 넣는다. 촉매수지는 스티렌과 디비닐벤젠을 공중합하여 제조한 수지를 설폰화하여 얻으며 넣기전에 물로 충분히 적신다. 반응을 시작하기전에 반응기를 5℃로 냉각하고 액상의 이소부틸렌을 함유한 탄화수소를 반응기에 채워 이 탄화수소의 연속상을 형성한다. 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소는 석유 나프타를 증기분해하여 얻은 탄소수 4의 탄화수소분류로부터 부타디엔을 추출 및 제거하여 제조한 것을 사용한다. 조성은 다음과 같다.A strong acid cation exchange resin (surface area 54.1 m 2 / g: porosity 0.36 ml / ml: ion exchange capacity 3.8 meq / g: exchange rate of 13.1%, particle size 0.2 to 1.5 mm) was put in a cylindrical reactor having a diameter of 15 cm and a volume of 38 l. Put into catalyst. Catalytic resin is obtained by sulfonating a resin produced by copolymerizing styrene and divinylbenzene and sufficiently wetted with water before adding. Before starting the reaction, the reactor is cooled to 5 ° C. and a hydrocarbon containing liquid isobutylene is charged to the reactor to form a continuous phase of this hydrocarbon. Hydrocarbons containing isobutylene are prepared by extracting and removing butadiene from a hydrocarbon group having 4 carbon atoms obtained by steam cracking petroleum naphtha. The composition is as follows.

Figure kpo00009
Figure kpo00009

물과 액상의 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 반응기의 상부에서 피스톤펌프로 연속적으로 반응기에 넣는다. 물과 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소는 각각 처음에는 0.5ℓ/hr로 하여 점차 증가하여 26ℓ/hr로 유지하면서 넣는다. 빈용기를 기준으로 한 물의 선속도는 1.5m/hr이고 물은 촉매일자의 표면을 따라 흘러내린다. 반응기의 반응온도는 5°로 부터 점점 증가하여 92℃에 이른다. 계의 압력을 30kg/㎠로 유지하기 위하여 반응기의 하부로부터 액체량을 유출시키면서 계속 공급하여 균형을 유지한다.Hydrocarbons containing water and liquid isobutylene are continuously introduced into the reactor with a piston pump at the top of the reactor. Hydrocarbons containing water and isobutylene are initially added at 0.5 l / hr and gradually increased to 26 L / hr. The linear velocity of water based on the empty container is 1.5 m / hr and the water flows down the surface of the catalyst date. The reaction temperature of the reactor gradually increases from 5 ° to 92 ° C. In order to maintain the pressure of the system to 30kg / ㎠ to continue to supply the liquid amount from the bottom of the reactor while maintaining the balance.

상기와 같은 조건하에서는 수화반응이 비균일상태에서 수행된다. 얻어진 결과는 다음과 같다.Under such conditions, the hydration reaction is carried out in a non-uniform state. The obtained result is as follows.

Figure kpo00010
Figure kpo00010

결과에서 명백한 것과 같이 이소부틸렌이 TBA로 전환되는 율은 57.4%이며, 부산물은 매우 적게 생성된다.As is evident from the results, the conversion of isobutylene to TBA is 57.4% and very little byproducts are produced.

[실시예 6]Example 6

내용적이 15㎥인 조개 및 관형의 반응기에 스티렌-디비닐벤젠중량체를 설폰화하여 제조한 강산양이온 교환수지(표면적 3.4㎡/g, 다공성 0.11㎖/㎖ : 이온교환능 3.6meq/g : 입자크기 0.2 내지 1.5mm)를 촉매로 넣는다. 실시예 5와 같은 방법으로 액상으로 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소의 연속상을 반응기에 형성시킨다. 원료물질인 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소는 나프타를 증기분해하여 제조된 탄소수 4의 탄화수소로부터 부타디엔을 추출하여 얻은 것이며 이소부틸렌함량은 46.4%이다. 반응대의 온도를 냉수로 조절하면서 물과 이소부틸렌을 반응기의 상부로부터 연속적으로 반응기에 채운다. 각각의 공급속도는 최종적으로 7.2㎥/hr으로 유지한다. 반응온도를 물로 조절하여 91℃가 되게 한다. 빈용기를 기준으로 한 정지상태에서의 물의 선속도는 9.7m/hr이며 물은 촉매 입자의 표면을 따라 흘러내린다. 반응압은 계속 공급하는 물과 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소양에 상응하는 액체량을 연속적으로 유출시켜 20kg/㎠ G로 유지한다. 반응은 상기와 같은 조건하에서 수행한다. 생성된 반응 혼합물을 분석하여 얻은 결과는 다음과 같다.Strong acid cation exchange resin prepared by sulfonating styrene-divinylbenzene weight in a shell and tubular reactor with an inner surface of 15m3 (surface area of 3.4㎡ / g, porosity 0.11ml / ml: ion exchange capacity 3.6meq / g: particle size) 0.2 to 1.5 mm) as a catalyst. In the same manner as in Example 5, a continuous phase of hydrocarbon containing isobutylene in the liquid phase is formed in the reactor. Hydrocarbons containing isobutylene as a raw material are obtained by extracting butadiene from hydrocarbons having 4 carbon atoms by steam cracking naphtha, and isobutylene content is 46.4%. Water and isobutylene are charged continuously to the reactor from the top of the reactor while controlling the temperature of the reaction zone with cold water. Each feed rate is finally maintained at 7.2 m3 / hr. The reaction temperature is adjusted to water to 91 캜. The linear velocity of water at standstill relative to the empty container is 9.7 m / hr and the water flows along the surface of the catalyst particles. The reaction pressure is maintained at 20 kg / cm 2 G by continuously flowing out the liquid amount corresponding to the amount of hydrocarbons containing water and isobutylene continuously supplied. The reaction is carried out under the above conditions. The result obtained by analyzing the resulting reaction mixture is as follows.

Figure kpo00011
Figure kpo00011

결과에서 이소부틸렌이 TBA로 전환되는 율은 67.0이며 부산물은 극미량 생성이된다.In the results, the conversion rate of isobutylene to TBA is 67.0 and the by-products are produced in trace amounts.

[실시예 7]Example 7

반응을 실시예 6에 기술된 방법에 따라 수행한 후 반응 혼합물을 액상으로 침전기에 도입하여 탄화수소상과 주상으로 분리한다. 미반응의 이소부틸렌을 포함하는 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소의 첫번째 반응기로부터의 유출속도는 5.31㎥/hr이고 분류의 이소부틸렌은 17.3중량%이다. 새로이 공급되는 물과 함께 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소를 두 번째 탑상부에서 연속적으로 공급한다. 물의 공급량은 5.3㎥/hr이고 빈용기를 기준으로 한 선속도는 7.16m/hr이다. 두 번째 반응기는 실시예 6에서 사용한 반응기와 동일한 형이다. 이소부틸렌을 함유하는 탄화수소의 연속상은 두 번째 반응기에는 이미 형성되었으며 두 번째 반응기의 온도 및 압력은 각각 85℃ 및 20kg/㎠로 조절한다.After the reaction is carried out according to the method described in Example 6, the reaction mixture is introduced into the precipitator in the liquid phase to separate the hydrocarbon phase and the main phase. The outflow rate from the first reactor of the hydrocarbon containing isobutylene including unreacted isobutylene was 5.31 m 3 / hr and the fraction of isobutylene was 17.3% by weight. Hydrocarbons containing isobutylene, along with freshly fed water, are continuously fed in the top of the second column. The amount of water supplied is 5.3 m3 / hr and the linear velocity based on the empty container is 7.16 m / hr. The second reactor is of the same type as the reactor used in Example 6. A continuous phase of hydrocarbon containing isobutylene has already been formed in the second reactor and the temperature and pressure of the second reactor are controlled at 85 ° C. and 20 kg / cm 2, respectively.

상기와 같은 조건하에서 두 번째 반응기로 부터 얻어진 반응생성물의 양과 첫번째 및 두 번째 반응기로 부터 얻은 반응생성물의 총량은 다음과 같다.Under the above conditions, the amount of reaction product obtained from the second reactor and the total amount of reaction product obtained from the first and second reactors are as follows.

Figure kpo00012
Figure kpo00012

Claims (1)

촉매로서 강산성 양이온 교환수지 존재하에서 물을 액상의 이소부틸렌과 반응시켜 3급-부틸 알코올을 제조하는 방법에서, 상기 촉매입자를 반응기에 채우고 액상의 이소부틸렌을 촉매입자와의 사이에 연속상으로 채운 조건하에서 50 내지 150℃로 물과 연속적으로 접촉시키고 평균선 속도를 1.0m/hr 또는 그 이상(반응기 기준)으로 하여 물이 촉매입자표면을 따라 흘러내리게 하여 반응 혼합물을 반응기로부터 연속적으로 유출시키는 것을 특징으로 하여 연속적으로 3급-부틸 알코올을 제조하는 방법.In a method of preparing tert-butyl alcohol by reacting water with liquid isobutylene in the presence of a strongly acidic cation exchange resin as a catalyst, the catalyst particles are charged to a reactor and the liquid isobutylene is continuously separated between the catalyst particles. Continuous contact with water at 50 to 150 ° C. under conditions filled with water and with an average linear velocity of 1.0 m / hr or more (reactor based) allowing water to flow along the surface of the catalyst particles to continuously discharge the reaction mixture from the reactor. Characterized in that continuously preparing tert-butyl alcohol.
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