NL8502791A - Werkwijze voor het opwerken van een gealkyleerd reactiemengsel. - Google Patents

Description

t N.0. 33479 i

Werkwijze voor het opwerken van een gealkyleerd reactiemengsel

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het opwerken van een gealkyleerd reactiemengsel.

De werkwijze voor het bereiden van gealkyleerde koolwaterstoffen door alkylering van benzeen met propeen onder toepassing van fosforzuur 5 bevattende katalysatoren voor de selectieve vorming van isopropylbenzeen (cumeen) is een bekende werkwijze en beschreven in "Hydrocarbon Processing", bladzijde 91 (maart 1976).

Ook de alkylering van benzeen met een mengsel van propeen en propaan onder toepassing van fosforzuur bevattende katalysatoren is een 10 bekende werkwijze, vergelijk de Amerikaanse octrooischriften 3.510.534, 3.499.826 en 3.520.944/5.

Deze alkyleringswerkwijzen worden met een overmaat aan benzeen bij aanwezigheid van geringe hoeveelheden water in reactoren met een vast bed onder een overdruk van ongeveer 35 bar en bij een temperatuur tot 15 235°C uitgevoerd.

Het ontstaande reactiemengsel bevat behalve cumeen, benzeen en propaan tengevolge van nevenreacties verontreinigingen, die voor een deel bij lagere temperatuur dan cumeen koken en worden aangeduid als "-IPB" en voor een deel (zoals di-isopropylbenzenen) bij hogere tempe-20 raturen dan cumeen koken en in het onderstaande worden aangeduid als "+IPB".

Als -IPB worden alle niet-aromatische bestanddelen aangeduid, die met een polaire scheidingskolom bij een gaschromatografisch scheidings-proces voor cumeen koken.

25 Bij de bekende werkwijzen wordt het reactiemengsel, dat de alkylering verlaat, door destillatie in daarop volgende rectificeerkolommen gescheiden in de commerciële produkten propaan, cumeen en cumeenresi-du (+IPB) en in kring!oopprodukten (recycle I en recycle II), die in het reactiesysteem (de alkylering) worden teruggeleid.

30 Gewoonlijk worden na een ontspanningstrap drie opwerkingen in recti ficeerkol ommen uitgevoerd, waarbij ook een werkwijze bekend is (Amerikaans octrooischrift 4.108.914), waarbij een van de opwerkingen in twee trappen wordt uitgevoerd.

Het reactiemengsel dat de alkylering verlaat (ongeveer 35 bar, 35 235°C) wordt in een ook als "flashchamber" bekende waskolom tot 16,5 bar ontspannen, waarbij overwegend de bij lagere temperatuur dan benzeen kokende bestanddelen, het proceswater en een deel van het benzeen alsmede een gering deel van de bij hoge temperatuur kokende bestandde- Söv2 791 2 len deze ontspanningstrap dampvormig verlaten en na gedeeltelijke condensatie in een rectificeerkolom (propaankolom) worden opgewerkt.

Propaan wordt als commercieel produkt boven uit de kolom afgevoerd. Zo ook de kleine hoeveelheid proceswater, die wordt weggedaan.

5 In het kookvat van de propaankolom komen alle andere bestanddelen terecht én deze worden naar het reactiesysteem teruggeleid (recycle I).

Het bodemprodukt van de ontspanningstrap (waskolom) - bestaande uit benzeen, -IPB, cumeen en +IPB - wordt in de tweede opwerkingstrap (benzeenkolom) in kringloopprodukt (recycle II) als topprodukt en in de 10 commerciële produkten cumeen en +IPB als bodemprodukt gescheiden.

In het Amerikaanse octrooi schrift 4.108.914 wordt een uit twee trappen bestaande opwerking van deze tweede opwerkingstrap beschreven. In plaats van een rectificeerkolom (benzeenkolom) worden twee rectifi-ceerkolommen met verschillende bedrijfsomstandigheden - in serie ge-15 schakeld - toegepast. Deze verdeling heeft men gekozen om uit de energie in de vorm van warmte van het topprodukt van de benzeenkolom waterdamp te kunnen winnen.

De samenstelling van de topprodukten (recycle II) bij deze werk-wijzevariant is echter wat betreft de som vergelijkbaar met de andere 20 bekende werkwijzen, waarbij in deze opwerkingstrap (benzeenkolom) alleen een rectificatietrap voor de scheiding in topprodukt (recycle II) en in bodemprodukt cumeen en +IPB worden toegepast.

Verder wordt bij de bekende werkwijze het bodemprodukt van de opwerkingstrap (benzeenkolom) in een andere rectificeerkolom (cumeenko-25 lom) in de commerciële produkten cumeen als topprodukt en +IPB als bodemprodukt gescheiden.

Bij de bekende werkwijzen laat men de bij de alkylering ontstaande en ook gedeeltelijk met de uitgangsmaterialen in het proces gebrachte verontreinigingen (-IPB) in het proces doordat de kringloop recycle II 30 wordt geconcentreerd. Het gehalte aan verontreinigingen in recycle II is door de keuze van een hoeveelheid te verwijderen materiaal uit recycle II, waarin de bijprodukten in de hoeveelheid van procenten aanwezig zijn, beïnvloedbaar en derhalve van economisch belang. Bij de bekende werkwijzen worden de bijprodukten tot een gehalte van 10 gew.% van de.

35 kringloophoeveelheid recycle II geconcentreerd.

Het gehalte aan verontreinigingen in recycle I is onvermijdelijk met het proces verbonden.

De bekende werkwijzen hebben het nadeel, dat de uit het reactiesy-steem komende, niet-aromatische reactie-bijprodukten (-IPB) op grond 40 van het concentreren in recycle II bij terugleiden in het reactiesy- 8502 79 1 r :· ^ 3 steem aldaar het reactiesysteem belasten. -IPB is ten dele ook reactief en daardoor reactiepartner voor niet-gewenste nevenreacties.

Een ander nadeel van de bekende werkwijze is, dat de kosten van rectificatie door de concentratiemethode (-IPB in recycle II) in de op-5 werkingstrap (benzeenkolom) aanzienlijk zijn omdat het onder uit de kolom afgevoerde materiaal, bestaande uit cumeen en residu (+IPB) ten hoogste 0,1 gew.% bestanddelen mag bevatten, die bij een lagere temperatuur dan cumeen koken om een kwalitatief aanvaardbaar commercieel produkt te winnen.

10 Om fysische redenen moet in de benzeenkolom een bepaalde hoeveelheid cumeen aan de bovenzijde in de kringloop (recycle II) worden afgevoerd opdat het uit het kookvat van de kolom afgevoerde materiaal geen grotere gehalten dan 0,1 gew.% bestanddelen bevat, die bij lagere temperatuur dan cumeen koken.

15 Het cumeengehalte in het topprodukt van de benzeenkolom (recycle II) is door de keuze van de scheidingstrappen-inbouwsels in deze recti-ficeerkolom qua constructie te befvloeden, dat wil zeggen een kwestie van investeren.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding zijn de investeringskosten 20 voor de opwerkingstrap (benzeenkolom) geringer dan bij de bekende werkwijzen omdat het uit het kookvat van de kolom afgevoerde materiaal meer dan tienmaal zoveel bestanddelen, die bij lagere temperatuur dan cumeen koken, bevat.

Volgens de uitvinding worden de nadelen van de bekende werkwijze 25 vermeden doordat reeds in de na-verwerkingstrap (benzeenkolom) in het procédé zodanig wordt gewerkt, dat het uit het kookvat van de kolom af-gevoerde materiaal, dat bij de bekende werkwijze geen benzeen bevat, tot 4 gew.%, bij voorkeur maximaal 1 gew.% benzeen bevat.

Deze benzeenrest van het uit het kookvat van de kolom van de ver-30 werkingstrap (benzeenkolom) afgevoerde materiaal wordt tezamen met de bijprodukten "-IPB", die koken in het gebied tussen de kooktemperatuur van benzeen en cumeen, in een nieuwe, in het procédé ingevoegde recti-ficeerkolom (voor-cumeenkolom) als topprodukt afgevoerd.

De concentratiemethode (-IPB in recycle II) van de bekende werk-35 wijzen met de indirecte verwijdering van maximaal 10 gew.% -IPB als bestanddeel van de kringloophoeveelheid (recycle II) wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding niet meer toegepast.

De -IPB bestanddelen die koken in het gebied tussen de kooktemperatuur van benzeen en die van cumeen, worden continu (direkt) zoals ze 40 gevormd worden, met het topprodukt van de voor-cumeenkolom, afgevoerd.

:? 5 3 2 7 91 3 4

Bij de werkwijze volgens de uitvinding bevat het topprodukt (recycle II) van de verwerkingstrap (benzeenkolom) niet meer het -IPB, dat kookt bij een temperatuur in het gebied tussen de kooktemperatuur van benzeen en cumeen, en ook geen cumeen meer omdat ook cumeen, wanneer 5 het terug in het reactiesysteem (alkylering) wordt geleid, reactiepart-ner voor niet-gewenste bijprodukten is en tot opbrengst-verliezen leidt.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt met de kringloop recycle II geen cumeen in het reactiesysteem (alkylering) teruggeleid en 10 daardoor wordt de opbrengst verbeterd.

De uitvinding heeft als voordeel dat de energiekosten geringer zijn omdat het topprodukt (recycle II) noch -IPB, dat kookt in het gebied tussen de kooktemperatuur van benzeen en die van cumeen, noch cumeen bevat (zoals hiervoor is uiteengezet) en en bezit bovendien als 15 voordeel dat de katalysatoropbrengst wordt verbeterd omdat minder nevenreacties plaatsvinden. Volgens de uitvinding is het eveneens mogelijk dat als vervanging voor de wegvallende bijprodukten het reactiesysteem met de overeenkomstige aan de reactie deelnemende stoffen, die tot cumeen gealkyleerd worden, kan worden gevuld zonder dat daardoor 20 het reactiesysteem kinetisch hoger belast wordt.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt aan de hand van bijgaande tekening, waarin ter vereenvoudiging de vereiste meet- en regelinstru-menten alsmede de transportpompen niet zijn weergegeven, toegelicht.

784 kmol/h van een alkeen/paraffine-mengsel, bestaande uit 95 25 mol% propeen en 4,98 mol% paraffinen, wordt door leiding 1 in leiding 2 geleid, waarin 4049 mol/h, het topprodukt van de benzeenkolom (recycle II) met een samenstelling van 0,002 mol% alkeen, 5,24 mol% propaan, 4,28 mol% -IPB met een kooktemperatuur, die ligt beneden die van benzeen en 90,47 mol% benzeen vloeien. In het vat 3 worden deze materiaal-30 stromen gemengd en dan door leiding 4 naar de warmte-uitwisselaars 6 en 7 gepompt.

Voor de warmte-uitwisselaars 6 en 7 worden 4587 kmol/h, het bodem-produkt van de propaankolom 17 (recycle I) bestaande uit 32 mol% propaan, 61 mol% benzeen, 5 mol% -IPB met een kooktemperatuur die ligt be-35 neden die van cumeen en 2 mol% cumeen, via leiding 5 gemengd met deze stroom van materialen.

Na warmte-uitwisseling met het topprodukt van de eerste verwerkingstrap (waskolom) 13 wordt het reactiemengsel door leiding 8 naar de warmteuitwisselaar 10 gepompt, waar het op starttemperaturen van meer 40 dan 180°C wordt verhit. Tevoren wordt aan het reactiemengsel via lei- 35 0 2 79 1 t , *4' . ' ^ 5 ding 9 nog een kleine hoeveelheid water toegevoegd, hetgeen bij deze werkwijze vereist is.

In de reactor 11 wordt onder een druk van ongeveer 35 bar benzeen met propeen onder toepassing van een fosforzuur bevattende katalysator 5 tot isopropylbenzeen (cumeen) gealkyleerd.

Het reactiemengsel verlaat de reactor door leiding 12 en stroomt naar ontspanningstrap (waskolom) 13. Hier wordt het mengsel ontspannen tot ongeveer 16,5 bar, waardoor een scheiding in 4239 kmol/h dampvormig topprodukt plaatsvindt, dat door leiding 14 naar de opwerkingstrap 10 (propaankolom) 17 vloeit.

In de leiding 14 worden 371 kmol/h benzeen door leiding 15 en aan de bovenzijde van de waskolom 13 eveneens 370 kmol/h benzeen door leiding in het proces geleid.

43 kmol/h propaan worden evenals een kleine hoeveelheid proceswa-15 ter via leiding 18 resp. 19 boven uit de propaankolom afgevoerd. 4807 kmol/h bodemprodukt van de waskolom 13 - bestaande uit benzeen, -IPB, cumeen en opgeloste hoeveelheden van bestanddelen die koken bij lagere temperatuur - worden via leiding 20 naar de benzeenkolom 21 geleid.

In de benzeenkolom 21 worden aan de bovenzijde benzeen en alle be-20 standdelen, die bij lagere temperatuur dan benzeen koken, afgevoerd.

Het topprodukt wordt als "recycle II" aangeduid en stroomt door leiding 2 in de richting van reactor 11.

Het bodemprodukt van de benzeenkolom 21 - bestaande uit minder dan 4 gew.% benzeen, alle produkten, die koken bij een temperatuur in het 25 gebied tussen de kooktemperatuur van benzeen en die van cumeen (niet-aromaten) alsmede cumeen en +IPB - wordt via leiding 22 naar de voor-cumeenkolom 23 geleid. In de voor-cumeenkolom 23, die de functie van een stripkolom heeft, worden aan de bovenzijde alle bestanddelen, die bij een lagere temperatuur dan cumeen koken, afgevoerd en via leiding 30 24 uit het proces verwijderd. In totaal bedraagt de hoeveelheid afgevoerd materiaal 12 kmol/h, bestaande uit gelijke gewichtshoeveelheden benzeen, -IPB en cumeen. Het -IPB is op overeenkomstige wijze geconcentreerd.

Het bodemprodukt van de voor-cumeenkolom 23, bestaande uit cumeen 35 en de bestanddelen, waarvan de kooktemperatuur hoger is dan die van cumeen, wordt via leiding 26 naar de laatste rectificeerkolom (cumeenko-lom) geleid. In de cumeenkolom worden als topprodukt 716 kmol/h cumeen afgevoerd en leiding 28 verwijderd, terwijl in het kookvat van de cumeenkolom 32 kmol/h +IPB worden verkregen en via leiding 29 het proces 40 verlaten.

é·' r? Λ Λ · -? Λ «4

^ ς- u ί 7 S I

6 h

Indien gewenst kan de koeling van de topprodukten van de reet if i-· ceermolom 23 en 27 voor het winnen van stoom worden gebruikt, die bij 25 resp. 29 wordt afgevoerd.

8502 79 1

Claims (4)

1. Werkwijze voor het opwerken van het bij de alkylering van benzeen met eventueel propaan bevattend propeen onder toepassing van fos-forzuur bevattende katalysatoren verkregen reactiemengsel door afschei - 5 den van het propaan en een deel van het benzeen met behulp van een ont-spanningstrap en een rectificeerkolom, waarin propaan en water van benzeen worden gescheiden, afscheiden van de rest van het benzeen en de bij lagere temperatuur dan cumeen kokende bijprodukten in de achter elkaar geschakelde tweede en derde rectificeerkolom en afscheiden van het 10 cumeen van de bij hogere temperaturen kokende bijprodukten in een vierde rectificeerkolom, met het kenmerk, dat het onder uit de tweede rectificeerkolom afgevoerde materiaal een aanzienlijk verminderd benzeengehalte bevat en deze resterende hoeveelheid benzeen tezamen met de bijprodukten met een kookgebied tussen de kooktemperatuur van benzeen 15 en die van cumeen in de derde rectificeerkolom wordt afgevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het onder uit de tweede rectificeerkolom afgevoerde materiaal minder dan 4 gew.%, bij voorkeur minder dan 1 gew.% benzeen bevat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de 20 tweede rectificeerkolom onder een druk van 3-6 bar wordt bedreven.

4. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-3, met het kenmerk·, dat de derde rectificeerkolom onder een druk van 1,5-3 bar wordt bedreven. S502 78 1