KR820001586B1 - Process for production of tertiary butyl methyl ether - Google Patents

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KR820001586B1
KR820001586B1 KR7902034A KR790002034A KR820001586B1 KR 820001586 B1 KR820001586 B1 KR 820001586B1 KR 7902034 A KR7902034 A KR 7902034A KR 790002034 A KR790002034 A KR 790002034A KR 820001586 B1 KR820001586 B1 KR 820001586B1
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butyl methyl
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더블류 ㆍ 멜폴더 프랭크
ㆍ 웨인 웬츠 하이머 더블류
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블루처 에스ㆍ타프
어틀랜틱 리취필드 캄파니
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C41/01Preparation of ethers
    • C07C41/05Preparation of ethers by addition of compounds to unsaturated compounds
    • C07C41/06Preparation of ethers by addition of compounds to unsaturated compounds by addition of organic compounds only

Abstract

C4 Hydrocarbon streams contg. 5-60 wt.% isobutene were contacted with MeOH(MeOH-isobutene molar ratio 1.02-1.20) over acid ion exchange resins at 90-170↿F and 12-25 atm to give the title ether. A stream contg. 4% isobutene was contacted with MeOH(7% excess) over Dower 50 at 150↿F and -20 atm. to give the title ether.

Description

3급 부틸 메틸 에테르의 제조방법Process for preparing tert-butyl methyl ether

제1도는 메탄올과 이소부틸렌의 몰비를 변화시켰을 때 폴리머 형성과의 상호관계를 나타내는 그래프.1 is a graph showing the correlation between polymer formation when the molar ratio of methanol and isobutylene is changed.

제2도는 압력을 변화시켰을 때 메탄올-부텐 공비 혼합물 농도와의 상호관계를 나타내는 그래프.2 is a graph showing the correlation with the methanol-butene azeotrope concentration when the pressure is changed.

제3도는 이소부텐의 전환율 93%에 있어서 메탄올과 이소부텐의 몰비를 변화시켰을 때 3급부틸 메틸 에테르로부터 메탄올을 모두 제거하는데 필요한 탈부텐탑 압력과의 상호관계를 나타내는 그래프.FIG. 3 is a graph showing the correlation between the debutene column pressure required to remove all methanol from tert-butyl methyl ether when the molar ratio of methanol to isobutene was changed at 93% conversion of isobutene.

제4도는 본 발명에 따라 TBME를 제조하는 공정도.4 is a process diagram for producing a TBME according to the present invention.

본 발명은 디이소부틸렌 및/또는 트리이소부틸렌의 형성을 억제하며 조(粗) 생성물을 정제하여 3급부틸 메틸 에테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for inhibiting the formation of diisobutylene and / or triisobutylene and purifying crude product to produce tert-butyl methyl ether.

선행기술에서, 럼등은 제2,480,940호에 산성이온 교환촉매를 사용하여 3급 올레핀을 알콜로 선택적으로 에테르화 시키는 방법에 관하여 기술하였고, 하운쉴드는 제3,629,478호에 청정기(clean-up reactor)로서 이온교환수지를 사용하여 2단계로 3급부틸 메틸 에테르를 제조하는 방법에 대해 기술하였으며, 오펜아우스등은 공고 독일연방공화국 공개명세서 제2,629,769호(1978. 1. 5 공고)에 상승압에서 뒤이어 대기압에서 공비 증류하고 반응기에서 방출된 유출물로 부터 반응되지 않은 C4탄화수소를 분리함으로써 TBME로 부터 메탄올을 공비 분리하는 방법에 관해 기술하였다. 이 독일연방공화국 특허에는 TBME 및 메탄올의 공비 혼합물 형성의 특성이 강조되어 있다.In the prior art, Rum et al. Described a method for selectively etherifying tertiary olefins with alcohols using an acidic ion exchange catalyst in US Pat. No. 2,480,940, and Hound Shield in US Pat. No. 3,629,478 as a clean-up reactor. A process for preparing tertiary butyl methyl ether in two stages using an exchange resin was described. Offenaus et al., Published in the German Federal Republic Publication No. 2,629,769 (published on Jan. 5, 1978) followed by elevated pressure. A method for azeotropic separation of methanol from TBME has been described by azeotropic distillation and separation of unreacted C 4 hydrocarbons from the effluent discharged from the reactor. This German patent emphasizes the formation of azeotropic mixtures of TBME and methanol.

많은 사람들이 수십년동안 TBME의 제조에 꾸준한 노력을 해왔음에도 불구하고 아직도 디이소부틸렌, 메탄올 및 유사한 불순물이 함유되지 않는 TBME를 제조하기 위한 노력이 계속되고 있다.Although many people have made steady efforts in the manufacture of TBME for decades, efforts are still underway to produce TBME free of diisobutylene, methanol and similar impurities.

본 발명에 의하면, TBME를 제조하기 위해 반응되지 않은 C4탄화수소를 유출물로 부터 분리시키는데 사용되는 압력은 7 내지 25기압이며 디이소부틸렌, 트리이소부틸렌 및 다른 바람직하지 못한 부산물의 형성을 억제하기 위하여 반응혼합물에는 2 내지 20%의 잉여 메탄올이 함유되도록 조절하여야 한다.According to the present invention, the pressure used to separate unreacted C 4 hydrocarbons from the effluent to prepare TBME is 7 to 25 atm and prevents the formation of diisobutylene, triisobutylene and other undesirable byproducts. In order to suppress, the reaction mixture should be adjusted to contain 2 to 20% excess methanol.

도면 4에 나타나 있듯이, n-부텐 및 5% 내지 60%의 이소부텐이 함유된 C4탄화수소 유분 11을 적당량의 메탄올 유분 12와 혼합하여 메탄올 : 이소부텐의 단위 몰비가 1.02 내지 1.20, 바람직하게는 1.03 내지 1.07인 반응혼합물 유분 13을 얻는다. 이 단위 몰비는 화학식 양적 반응몰 비율에 관하여 2 내지 20%의 잉여 메탄올로 할수도 있다. 특히 주의할 것은 반응혼합물에 잉여메탄올이 함유될 경우 디이소부틸렌, 트리이소부틸렌의 형성을 억제한다는 점이다. 2 내지 20%의 잉여 메탄올을 함유한 새로운 공급 혼합유분 13을 산성 이온교환 수지의 촉매상(bed)을 함유한 반응기 14에 도입시킨다. 에테르화 반응은 시간당, 무수 촉매의 중량당, 총공급물 중량 2 내지 20의 공간속도에서 수행한다. 반응기의 온도는 90 내지 170℉을 사용하며 온도 조절을 위해서는 반응기 유출물의 일부를 기계적인 조작으로 재순환시킬 수 있다. 반응기 14로부터 유출된 유분 15를 가압공비 증류대 16으로 도입시키는데 공비증류대 16의 압력은 7 내지 25기압으로 유지시킨다. 공비증류유분 17은, 메탄올과 C4탄화수소의 혼합물의 몰농도가 5 내지 15%인, n-부텐과 메탄올과의 혼합물이며, 반응되지 않은 이소부텐도 이 증류액의 일부이다. 특히 중요한 것은, 밑바닥 유분 18에는 메탄올이 거의 없는 순수도가 높은 3급부틸 메틸 에테르로 구성되므로 TBME를 가솔린에 연료성분으로 사용하기 전에 물로 세척할 필요가 없다.As shown in FIG. 4, the C 4 hydrocarbon fraction 11 containing n-butene and 5% to 60% isobutene is mixed with an appropriate amount of methanol fraction 12 so that the unit molar ratio of methanol to isobutene is 1.02 to 1.20, preferably Obtain a reaction mixture fraction 13 which is 1.03 to 1.07. This unit molar ratio may be 2 to 20% excess methanol with respect to the formula quantitative reaction molar ratio. Particular attention is paid to the formation of diisobutylene and triisobutylene when the reaction mixture contains excess methanol. Fresh feed mixture 13 containing 2-20% excess methanol is introduced into reactor 14 containing the catalyst bed of acidic ion exchange resin. The etherification reaction is carried out at an hourly space, per weight of dry catalyst, at a space velocity of 2 to 20 total feed weight. The reactor temperature is in the range of 90 to 170 ° F. and for temperature control a portion of the reactor effluent may be recycled by mechanical operation. The fraction 15 exited from the reactor 14 is introduced into a pressurized azeotropic distillation zone 16 while maintaining the pressure of the azeotropic distillation zone 16 at 7-25 atmospheres. The azeotropic distillate 17 is a mixture of n-butene and methanol with a molar concentration of 5 to 15% of the mixture of methanol and C 4 hydrocarbons, and unreacted isobutene is part of this distillate. Of particular importance, bottom oil 18 is composed of high purity tert-butyl methyl ether with little methanol, eliminating the need to wash TBME with water before using it as a fuel component in gasoline.

증류에 필요한 최대온도는 같은 압력에서 TBME를 증류할 때 보다도 낮은 온도를 사용한다.The maximum temperature required for distillation uses a lower temperature than when distilling TBME at the same pressure.

본 발명의 여라가지 변형에 있어서, 메탄올 : 이소부텐의 몰비를 1.02 내지 1.2(즉 2 내지 20%의 과잉)로 변화시키는 것은 용이하며 이것은 본 발명의 이점을 여전히 갖는다.In various variations of the invention, it is easy to change the molar ratio of methanol to isobutene to 1.02 to 1.2 (i.e. excess of 2 to 20%), which still has the advantages of the present invention.

디이소부틸렌 또는 트리이소부틸렌의 형성을 억제하기 위해서는 반응 혼합물내에 잉여 메탄올이 충분히 있어야 한다.In order to inhibit the formation of diisobutylene or triisobutylene, there should be enough excess methanol in the reaction mixture.

도면 1로서, 메탄올 : 부텐의 몰비가 감소할수록 폴리머 형성이 증가함을 알 수 있다. 더우기 적당한 공간속도와 온도에서 3급부틸 메틸 에테르의 형성을 촉진시키기 위해서는 잉여 메탄올을 유지시키는 것이 바람직하다. 3급부틸 메틸 에테르를 이론적 평형농도에 도달하도록할 필요는 없으며, 이것은 기계조작이 좋은 소형의 반응기와 높은 공간속도를 사용하여 적합한 선택도로 적합한 전환을 함으로써 성취될 수 있다.As shown in Figure 1, it can be seen that the polymer formation increases as the molar ratio of methanol: butene decreases. Furthermore, it is desirable to maintain excess methanol to promote the formation of tert-butyl methyl ether at suitable space velocities and temperatures. It is not necessary to bring the tert-butyl methyl ether to reach the theoretical equilibrium concentration, which can be achieved by suitable conversion with suitable selectivity using small reactors with good machine operation and high space velocities.

반응기에는 온도를 조절하기 위한 기계적 온도조절 장치를 설치할 수 있다. 3급부틸 메틸 에테르를 생성하는데 있어 이소부텐의 선택성은 새로운 공급물 내에 메탄올 : 이소부텐의 단위몰비가 1.02 내지 1.20일 때가 바람직하다.The reactor may be equipped with a mechanical thermostat for controlling the temperature. The selectivity of isobutene in producing tert-butyl methyl ether is preferred when the unit molar ratio of methanol to isobutene in the fresh feed is 1.02 to 1.20.

다량의 잉여 메탄올은 사용하지 않아야 하는데 그 이유는 이 잉여분이 부텐의 공비 증류로써 완전히 제거되지 않기 때문이다. 만일 새로운 공급물 C4탄화수소 유분중 이소부텐의 농도가 너무 커서 메탄올의몰비를 1.2로 하여도 반응되지 않은 잉여 메탄올과 부텐을 모두 공비 제거할 수 없을 경우에는 부텐의 일부를 재순환시켜 총공급물 C4탄화수소 유분중 이소부텐의 농도가 60%를 넘지 않도록 한다. 또한 총 C4탄화수소 공급물중 이소부텐의 농도가 5% 이하인 경우 비용이 많이 들므로 이소부텐의 농도는 5% 내지 60%일 때가 바람직하다.Large amounts of excess methanol should not be used because this excess is not completely removed by azeotropic distillation of butenes. If the concentration of isobutene in the new feed C 4 hydrocarbon fraction is too high to azeotropically remove both unreacted excess methanol and butene even with a molar ratio of methanol of 1.2, recycle some of the butenes and total feed C 4 The concentration of isobutene in the hydrocarbon fraction should not exceed 60%. It is also expensive when the concentration of isobutene in the total C 4 hydrocarbon feed is 5% or less, so it is preferred that the concentration of isobutene is between 5% and 60%.

도면 1,2 및 3에 의하면, 압력을 높이면 공비 혼합물중 메탄올의 농도가 증가한다는 것을 알 수 있는데 이는 놀라운 발견이다. 더우기 적합한 전환에서, 반응물의 단위 몰비와 공비증류대 내의 압력은 공업용 3급부틸 메틸에테르를 함유한 밑바닥 유분으로 부터 메탄올을 완전히 제거하는데 영향을 미칠 수 있다.According to figures 1,2 and 3, it can be seen that increasing the pressure increases the concentration of methanol in the azeotropic mixture, which is a surprising finding. Furthermore, in a suitable conversion, the unit molar ratio of the reactants and the pressure in the azeotropic distillation zone can affect the complete removal of methanol from the bottom fraction containing industrial tertiary butyl methyl ether.

도면 4로서 일목요연하게 알 수 있다.As can be seen clearly in FIG. 4.

C4탄화수소 증류액을 세정하는데 있어서 메탄올을 물로 세척함으로써 탄화수소로부터 추출하여 재순환시킨다.In washing the C 4 hydrocarbon distillate, methanol is extracted from the hydrocarbon by washing with water and recycled.

증류하는 과정에서는 재순환을 위해 메탄올을 회수할 수 있다.In the distillation process, methanol can be recovered for recycle.

바람직한 태양에서는, 새로운 C4탄화수소에는 40%의 이소부텐이 함유되며, 반응 유출물은 재 순환시키지 않는다.In a preferred embodiment, the fresh C 4 hydrocarbon contains 40% of isobutene and the reaction effluent is not recycled.

메탄올 농도는 화학식량 보다 많은 7% 과잉을 나타내며, 반응기는 평균 150℉의 온도와, 시간당, 도웩스(Dowex) 50산성 이온교환 수지의 중량당, 총 공급물 7중량의 공간속도를 유지시킨다. 유출물은 20기압으로 유지시킨 증류탑으로 이동된다. 시스템의 대부분은 19 내지 21기압을 유지시킨다.The methanol concentration shows a 7% excess above the formula weight, and the reactor maintains an average temperature of 150 ° F. and an hourly space velocity of 7 times the total feed, per weight of Dowex 50 acidic ion exchange resin. The effluent is transferred to a distillation column maintained at 20 atmospheres. Most of the system maintains 19 to 21 atmospheres.

공비증류물은 12% 메탄올화 88% C4탄화수소를 함유한다. 공비혼합물을 25용적%의 물로 억류 세척하고 추출물을 증류하여 재순환에 메탄올을 회수한다. 공비 증류물의 밑바닥 유분인 3급부틸 메틸 에테르는 정제하여 가솔린에 사용하며 이것에는 메탄올이 거의 함유되어 있지 않으므로 물로 세척할 필요도 없고 TBME를 증류할 필요도 없다.The azeotrope contains 12% methanolated 88% C 4 hydrocarbons. The azeotrope is detained with 25% by volume of water and the extract is distilled off to recover methanol in recycle. Tertiary butyl methyl ether, the bottom fraction of the azeotropic distillate, is purified and used for gasoline, which contains little methanol and therefore does not require washing with water or distillation of TBME.

본 발명의 여러가지 변형도 가능하며 이도 본 발명의 영역에 속한다.Many variations of the invention are possible and are within the scope of the invention.

Claims (1)

n-부텐과 다량의 이소부텐을 함유한 C4탄화수소를 산성이온 교환수지 촉매 존재하에 메탄올과 반응시켜 3급부틸 메틸에테르를 제조함에 있어서 탄화수소, C4유분내의 이소-부텐의 농도를 총공급물중 C4탄화수소 유분의 중량에 기준하여 5 내지 60%로 조절하고, 총공급물중 메탄올 : 이소부텐의 단위 몰비를 1.02 내지 1.20으로 하여 반응기내에 디이소부틸렌의 형성을 억제한후, 메탄올, 이소부텐 및 다른 C4탄화수소를 함유한 총공급 혼합물(여기서 총공급물은 메탄올 : 이소부텐의 단위 몰비가 1.02 내지 1.20임)을 90 내지 170℉에서 시간당 2 내지 20의 중량속도 하에, 산성 이온교환 촉매가 함유된 반응기에 통과시켜 3급부틸 메틸 에테르, C4탄화수소 및 과잉 메탄올로 이루어진 유출물을 얻고, 이 유출물을 공비 증류대로 이동시켜 7 내지 25기압에서 유출물로부터 C4탄화수소를 증류하여 상기 유출물중 메탄올을 거의 모두 C4탄화수소와 함께 공비적으로 제거함으로써 3급부틸 메틸에테르를 회수함을 특징으로 하는 3급부틸 메틸에스테르로부터 메탄올을 거의 모두 제거한 다음, 가압공비 증류대로부터 밑바닥 유분인 정제된 3급부틸 메틸에테르의 제조방법.In the preparation of tertiary butyl methyl ether by reacting a C 4 hydrocarbon containing n-butene and a large amount of isobutene with methanol in the presence of an acidic ion exchange resin catalyst, the concentration of iso-butene in the hydrocarbon and C 4 fractions was determined. After adjusting to 5 to 60% based on the weight of the C 4 hydrocarbon fraction in the water, and suppressing the formation of diisobutylene in the reactor by the unit molar ratio of methanol to isobutene in the total feed of 1.02 to 1.20, methanol, Acidic ion exchange of a total feed mixture containing isobutene and other C 4 hydrocarbons, wherein the total feed is methanol to isobutene has a unit molar ratio of 1.02 to 1.20 at a weight rate of 2 to 20 per hour at 90 to 170 ° F. tert passed through a reactor containing the catalyst-butyl methyl ether, C 4 to obtain an effluent comprising a hydrocarbon and an excessive amount of methanol to move this distillate as the azeotropic distillate emanating from 7 to 25 atm From the removal of substantially all of the methanol from tertiary-butyl methyl ester, it characterized in that the recovery of tert-butyl methyl ether by removing azeotropically with methanol in the effluent almost all of the C 4 hydrocarbons by distilling a C 4 hydrocarbon and then, A process for producing purified tertiary butyl methyl ether as a bottom oil from a pressurized azeotropic distillation table.
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