Патент на изобретение №2320628

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2320628 (13) C1
(51) МПК

C07C2/08 (2006.01)
C07C41/06 (2006.01)
C07C11/02 (2006.01)
C07C43/04 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 08.11.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2006135199/04, 05.10.2006

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

05.10.2006

(46) Опубликовано: 27.03.2008

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2270828 А, 27.02.2006. US 5723687 А, 03.03.1998. RU 2137807 C1, 20.09.1999. RU 2144018 C1, 10.01.2000. RU 2177933 C1, 10.01.2002.

Адрес для переписки:

150000, г.Ярославль, Волжская наб., 43, кв.15, О.С. Павлову

(72) Автор(ы):

Павлов Олег Станиславович (RU),
Павлов Дмитрий Станиславович (RU),
Павлов Станислав Юрьевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Павлов Олег Станиславович (RU),
Павлов Дмитрий Станиславович (RU),
Павлов Станислав Юрьевич (RU)

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗОБУТЕНСОДЕРЖАЩЕЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ И СПИРТА C1 ИЛИ C2

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу переработки изобутенсодержащей углеводородной смеси и спирта C1 или С2, включающему совместные химические превращения изобутена и указанного спирта с образованием алкилтретбутилового эфира, димеров, тримеров изобутена и возможно содимеров и тримеров изобутена с н-бутенами в реакционной(ых) зоне(ах) при температуре от 30 до 100°С в присутствии сильнокислотного твердого катализатора и возможно примеси воды при общем молярном отношении спирта и изобутена в подаваемом(ых) в реакционную(ые) зону(ы) потоках от 0,1:1 до 0,9:1; отделение от реакционной смеси ректификацией как минимум потока, содержащего преимущественно непрореагировавшие углеводороды С4, и возможно последующую ректификационную отгонку из остающей(их)ся реакционной(ых) смеси(ей) потока, содержащего алкилтретбутиловый эфир, и потока, содержащего преимущественно димеры изобутена, возможно далее гидрируемого, при котором путем ограничения температуры и/или времени контакта с катализатором и возможно подачи дополнительного количества спирта как минимум в последнюю реакционную зону в выводимой из реакционной зоны смеси, включающей продукты химических превращений, поддерживают количество спирта C1 или C2 в концентрации не менее 0,33% мас., предпочтительно не менее 0,5% мас., но не превышающее его суммарного количества, допускаемого в целевых продуктах и отгоняемого с содержащимися в указанной реакционной смеси углеводородами С4, причем при отгонке реакционных продуктов в зависимости от состава поддерживают давление от 0,025 до 0,15 МПа и температуру в кубе(ах) от 80 до 180°С. Использование данного способа позволяет подавить олиго- и полимеризацию изобутена, за счет чего снижается степень дезактивации катализатора. 13 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил.

Изобретение относится в основном к области получения высокооктановых компонентов бензина, а также веществ, используемых для органических синтезов, в частности алкилтретбутиловых эфиров для получения из них чистого изобутена и ди- и тримеров изобутена для алкилирования ароматических соединений. В частности, среди получаемых высокооктановых компонентов метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) имеет октановое число по исследовательскому методу RON=118, этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ) RON=117, димеры изобутена RON=106, тримеры изобутена RON=96.

Известны способы совместного синтеза алкилтретбутиловых эфиров, АТБЭ (в частности, метилтретбутилового эфира, МТБЭ), димеров и тримеров изобутена в присутствии высококислотных катионитов при молярной подаче спирта, меньшей, чем молярная подача изобутена (последний обычно подают в составе смесей, содержащих преимущественно углеводороды С4).

В патенте US №5723687 03.03.1998 синтез проводят при температуре от 30 до 100°С и молярном отношении спирта(ов) и изобутена в питании от 0,2:1 до 0,7:1 с нагрузкой до 20 л/л кат.ч. Недостатком способа является отсутствие технического решения, исключающего образование более высокомолекулярных олигомеров, дезактивирующих катализатор (в частности, в конце реакционной зоны), а также отсутствие отделения АТБЭ от димеров и тримеров изобутена и отделения димеров изобутена от тримеров и олигомеров изобутена.

В патенте RU №2137807, 20.09.1999 “Способ получения высокооктановых компонентов и смесей” в реакционной(ых) зоне(ах) осуществляют совместно синтез ди- и тримеров треталкенов (в частности, изобутена) и алкилтреталкилового эфира АТАЭ из спирта(ов) и треталкена(ов), содержащихся в углеводородных смесях, в присутствии гетерогенного(ых) кислого(ых) катализатора(ов) (в частности, сульфокатионитов) с последующим разделением реакционной смеси ректификацией. При этом первоначально отгоняют поток непрореагировавших углеводородов, а затем выделяют ректификацией поток, содержащий преимущественно АТАЭ (в примере 1 содержание МТБЭ в потоке 85,9%), и поток, содержащий преимущественно димеры треталкенов, в частности димеры изобутена (в примере 4 в нем 85% димеров изобутена). Предпочтительно (но не обязательно) как минимум часть отгоняемого потока, содержащего АТАЭ и/или спирт, рециркулируют в реакционную(ые) зону(ы). Как вариант, димеры треталкенов (изобутена) и/или их тримеры подвергают каталитическому гидрированию с получением сильно разветвленных алканов. При димеризации изобутена преимущественно образуются 2,4,4-триметилпентен-1 и 2,4,4-триметилпентен-2, а при их гидрировании – 2,4,4-триметилпентан.

Недостатком патента является отсутствие технического решения (признака), который гарантировал бы отсутствие образования олигомеров в конечной части реакционной зоны и дезактивации катализатора.

В патенте RU №2144018, 10.01.2000, в отличие от RU №2137807, предусмотрено выделение из реакционной смеси ректификацией олигомеров алкенов с требуемым числом углеродных атомов, например 99,3% тримеров пропена (пример 3) или 97,3% тримеров третпентенов (пример 5).

В патенте RU 2177933, 30.10.2000 защищена многофункциональная установка для получения высокооктановых продуктов и способ получения высокооктановых продуктов. При этом предусмотрена возможность без изменения оборудования (лишь путем включения или выключения тех или иных запорных устройств) в зависимости от потребности (конъюнктуры) производить АТАЭ, ди- и тримеры треталкенов (в частности, изобутена) либо их смеси. При этом предусмотрена отгонка АТАЭ и образующего его спирта от димеров и/или тримеров изобутена.

Опубликован пат. RU 2270828 на «Способ совместного получения метилтретбутилового эфира и димеров изобутена».

Согласно ему, осуществляют совместный синтез метилтретбутилового эфира и димеров изобутена путем жидкофазного взаимодействия изобутан-изобутеновой фракции и метанола в присутствии сульфокатионита при 40-100°С с последующим разделением реакционной смеси на МТБЭ, фракцию димеров изобутена и отработанную изобутановую фракцию, причем используют мольное отношение (МО) метанол:изобутен от 0,05:1 до 0,5:1, объемную скорость подачи реагентов не менее 2,0 ч-1 с последующей дистилляцией или ректификацией при пониженном давлении 0,007-0,02 МПа и выделением фракции димеров изобутена, состоящей на 98,5% из изомеров 2,4,4-триметилпентена-1 и 2,4,4-триметилпентена-2 в пропорции не менее 75:25.

В аспекте условий синтеза он в основном повторяет условия, описанные в пат. US 5723687 и пат. RU 2137807, причем понижен нижний уровень интервала МО спирт:изобутен до 0,05:1 и дано требование проведения дистилляции или ректификации при пониженном давлении 0,007-0,02 МПа.

Недостатками пат. RU 2270828 являются:

– отсутствие действенных приемов подавления олиго- и полимеризации изобутена в реакционной зоне и предотвращения дезактивации сульфокатионита. При чрезмерно низком исходном МО метанол:изобутен, особенно при МО=0,05:1, содержание метанола (указано 0,19% мас., 0,32% мас.) в выходящей реакционной смеси (а следовательно, и в конечной части реакционной зоны) мало и недостаточно для подавления олиго- и полимеризации изобутена и дезактивации катализатора. В примере 3 (где исходное МО=0,05:1) проведение баланса по вводимому метанолу и образующемуся МТБЭ приводит к выводу о практическом отсутствии метанола на выходе из реакционной зоны;

– требование чрезмерно низкого давления (0,007-0,02 МПа) в зонах ректификации, в том числе в зоне отгонки углеводородов С4, не диктуется необходимостью, усложняет и удорожает процесс, ведет к снижению производительности оборудования и возможности подсоса воздуха с образованием пероксидов.

Температуры кипения компонентов (°С):

изобутана – минус 11,7°, изобутена – минус 6,9°, МТБЭ – +55,2°, димеров изобутена – 101,4-104,9°, тримеров изобутена – 177-181°, позволяют проводить отгонку углеводородов С4 и МТБЭ без применения вакуума (для отгонки углеводородов С4 необходимо повышенное давление), а отгонку димеров от тримеров – при менее глубоком вакууме.

В RU №2270828 длительность пробегов в примерах не указана. Известно, что одной из важнейших функций метанола в процессе является подавление олигомеризации изобутена и уплотнения димеров с образованием олигомеров с большим числом углеродных атомов, способных дезактивировать катализатор.

Проведенная нами экспериментальная проверка показала, что в условиях длительного пробега (3 месяца) при исходном МО метанол:изобутен 0,05:1-0,1:1 при концентрации спирта (метанола) в выходящей реакционной смеси менее 0,2% мас. в реакционной зоне имеет место образование олигомеров с числом углеродных атомов 4 и постепенная дезактивация катализатора.

Нами найдено техническое решение, исключающее указанные недостатки.

Мы заявляем:

Способ переработки изобутенсодержащей углеводородной смеси и спирта C1 или С2, включающий совместные химические превращения изобутена и указанного спирта с образованием алкилтретбутилового эфира, димеров, тримеров изобутена и возможно содимеров и сотримеров изобутена с н-бутенами в реакционной(ых) зоне(ах) при температуре от 30 до 100°С в присутствии сильнокислотного твердого катализатора и возможно примеси воды при общем молярном отношении спирта и изобутена в подаваемом(ых) в реакционную(ые) зону(ы) потоках от 0,1:1 до 0,9:1, отделение от реакционной смеси как минимум потока, содержащего преимущественно непрореагировавшие углеводороды С4, и возможно последующую ректификационную отгонку из остающей(их)ся реакционной(ых) смеси(ей) потока, содержащего алкилтретбутиловый эфир, и потока, содержащего преимущественно димеры изобутена, возможно далее гидрируемого, при котором путем ограничения температуры и/или времени контакта с катализатором и возможно подачи дополнительного количества спирта как минимум в последнюю реакционную зону в выводимой из реакционной зоны смеси, включающей продукты химических превращений, поддерживают количество спирта C1 или C2 в концентрации не менее 0,33% мас., предпочтительно не менее 0,5% мас., но не превышающее его суммарного количества, допускаемого в целевых продуктах и отгоняемого с содержащимися в указанной реакционной смеси углеводородами С4, причем при отгонке реакционных продуктов в зависимости от состава поддерживают давление от 0,025 до 0,15 МПа и температуру в кубе(ах) от 80 до 180°С.

В качестве дополнительных технических решений, способствующих эффективному осуществлению указанного по п.1 способа, мы заявляем способы, при которых:

– как минимум поступающий спирт и возможно поступающую углеводородную смесь распределяют на два или несколько потоков, которые подают в последовательные реакционные зоны;

– указанные химические превращения проводят в жидком состоянии в двух или нескольких прямоточных реакционных зонах, из которых и/или между которыми осуществляют удаление выделяющейся реакционной теплоты;

– указанные химические превращения осуществляют в реакционно-ректификационной системе, включающей реакционную зону с катализатором и соединенные с ней противоточными потоками жидкости и пара укрепляющую и исчерпывающую ректификационные зоны, причем из укрепляющей зоны выводят как минимум часть непрореагировавших углеводородов С4, а из исчерпывающей зоны выводят смесь, содержащую указанные продукты химических превращений;

– указанные химические превращения осуществляют в реакционно-ректификационной системе, содержащей одну или несколько реакционных зон с катализатором, соединенную(ых) с ректификационной зоной выходящим(и) и входящим(и) боковыми потоками, и из укрепляющей части выводят как минимум часть непрореагировавших углеводородов С4, а из исчерпывающей части смесь, содержащую указанные продукты химических превращений;

– указанные химические превращения первоначально проводят в прямоточной(ых) зоне(ах), а затем в реакционно-ректификационной системе;

– в потоке реакционной смеси, подаваемом на ректификацию(и), проводят нейтрализацию свободной(ых) кислоты(кислот);

– при ректификационной отгонке углеводородов С4 из реакционной смеси дистиллят и/или боковой(ые) поток(и) ректификационной зоны рециркулируют в реакционную(ые) зону(ы);

– при ректификационной отгонке углеводородов С4 из реакционной смеси выводят боковой отбор, содержащий преимущественно углеводороды С4, алкилтретбутиловый эфир и частично спирт C1-C2, из которого ректификацией выделяют алкилтретбутиловый эфир в качестве кубового остатка;

– при ректификационной отгонке углеводородов С4 из реакционной смеси из нижней части ректификационной зоны выводят боковой поток, содержащий преимущественно алкилтретбутиловый эфир, а в качестве кубового остатка выводят поток, содержащий димеры и тримеры изобутена и возможно остальное количество алкилтретбутилового эфира;

– из реакционной смеси, содержащей алкилтретбутиловый эфир, димеры и тримеры изобутена, отделяют ректификацией дистиллят, содержащий преимущественно алкилтретбутиловый эфир, и в качестве кубового остатка или бокового отбора выводят поток, содержащий преимущественно димеры изобутена и возможно частично алкилтретбутиловый эфир и/или тримеры изобутена;

– из смеси, содержащей димеры и тримеры изобутена, выводят в качестве дистиллята димеры изобутена и выводят кубовый остаток, содержащий тримеры изобутена и более высококипящие примеси;

– из смеси, содержащей тримеры изобутена и более высококипящие примеси, отгоняют поток, содержащий преимущественно тримеры изобутена;

– в качестве катализатора используют сульфокатионит(ы) в мелкозернистой или укрупненной форме, предпочтительно в форме массообменной насадки.

Применение изобретения не приводит к завышенному (против допустимого) содержанию спирта C1-C2 в продуктах. Оно (при их использовании в качестве компонентов бензина) определяется нормами содержания в бензине.

В настоящее время в бензине допускается: метанола до 1% мас., этанола до 5-10% мас. Допускаемое содержание в бензине: МТБЭ – 13,5% мас., ЭТБЭ ˜16% мас. Практикуемое введение в бензин димеров изобутена (с примесью до 10% тримеров) составляет 15-25% мас.

Отгоняемые из реакционной смеси углеводороды С4 содержат ˜3% мас. метанола в связи с азеотропией. Таким образом, введение в бензин всей массы получаемых по предлагаемому способу продуктов, даже при содержании в них 2,5% мас. метанола, не превысит допустимой его концентрации в бензине. При большем содержании в них метанола имеется достаточно простая возможность отмывки их от метанола водой.

При необходимости использовать димеры изобутена для иных целей, например в органическом синтезе, метанол полностью отгоняется от димеров изобутена с МТБЭ, образуя с ним азеотроп.

Использование способа иллюстрируется фиг.1-3 и примерами. Указанные фиг.1-3 и примеры не исключают применения иных технических решений при соблюдении признаков (условий) пункта 1 формулы изобретения.

Согласно фиг.1 процесс ведут с использованием одного или нескольких прямоточных реакторов, обобщенно обозначенного(ых) на фиг.1 как реакционный узел (РУ), и одной или нескольких ректификационных колонн.

Изобутенсодержащую углеводородную смесь подают в систему по линии 1, спирт C1 или С2 – по линии 2. Как минимум часть потоков 1 и 2 подают далее по линиям 1а и 2а, возможно смешивают с рециркуляционным потоком (линия 9), нагревают (до или после смешивания с потоком 9) и вводят в РУ.

РУ снабжен устройством(ами) для удаления как минимум части реакционной теплоты (показано пунктирной стрелкой, где на ее входе ХА – хладагент).

Возможно часть потока(ов) 2 и/или 1 по линиям 2б и/или 2в, и/или 1б подают в промежуточную(ые) зону(ы) РУ.

РУ может включать одну или несколько реакционных зон, которые могут быть выполнены в виде кожухотрубчатого(ых) реактора(ов) и/или адиабатического(их) реактора(ов) с катализатором, и/или колонного многозонного реактора с охлаждением движущегося жидкого потока между зонами (например, с помощью змеевиков, в которые подают хладагент).

Из РУ по линии 3 выводят реакционную смесь. Как минимум часть потока 3 предпочтительно нейтрализуют в нейтрализаторе Н (подача по линии 3а) и по линии 4 подают в ректификационную колонну К-1. Возможно часть потока 3 рециркулируют по линии 3б (далее 9) на вход в РУ (возможно после частичного охлаждения).

В К-1 осуществляют в основном отгонку непрореагировавших углеводородов С4 от продуктов химических превращений (алкилтретбутилового эфира, АТБЭ, димеров и тримеров изобутена). Поток дистиллята (линия 5) как минимум частично выводят по линии 5а (далее поток 5а отмывают водой от спирта и спирт отгоняют из водного раствора известным(и) способом(ами) – на фиг.1 не показано).

Возможно часть потока 5 рециркулируют по линии 5б (далее 9) в РУ. Возможно из укрепляющей части колонны К-1 по линии 7 выводят поток, содержащий АТБЭ, углеводороды и частично спирт, который рециркулируют в РУ по линии 7а (далее 9) и/или подают по линии 7б в колонну К-4. В К-4 отделяют (отгоняют) углеводороды С4 и как минимум частично спирт (линия 5в) и в качестве кубового остатка получают (выводят) АТБЭ (линия 8).

Возможно из исчерпывающей части колонны К-1 по линии 10 выводят поток с повышенным содержанием спирта, который рециркулируют в РУ. Возможно из нижней части колонны К-1 выводят поток 11 с повышенным содержанием АТБЭ и наличием димеров изобутена.

Снизу К-1 выводят поток 6, содержащий как минимум димеры и тримеры изобутена и возможно АТБЭ. Его подают по линии 6а в ректификационную колонну К-2 и/или выводят по линии 6б.

В качестве дистиллята колонны К-2 выводят поток 12, содержащий АТБЭ. Возможно из укрепляющей части К-2 выводят боковой поток 13, являющийся в основном смесью АТБЭ и димеров изобутена. Возможно из исчерпывающей части К-1 выводят поток 14, содержащий преимущественно димеры изобутена. Его затем выводят по линии 14а и/или подают по линии 14б в ректификационную колонну К-3.

Снизу К-2 выводят поток 15. Поток 15 – при отсутствии или незначительности вывода димеров изобутена с потоками 13 и/или 14 – содержит преимущественно димеры и тримеры изобутена. При выводе большей части димеров изобутена с потоком(ами) 13 и/или 14 поток 15 содержит преимущественно тримеры изобутена. Далее поток 15 подают по линии 15а в колонну К-3 и/или выводят по линии 15б.

В качестве дистиллята колонны К-3 (если она используется) выводят поток 16 с высокой концентрацией димеров изобутена. Снизу К-3 выводят поток 17, который содержит в основном смесь димеров изобутена (оставшегося количества) и тримеров изобутена либо преимущественно тримеры изобутена. Его направляют по линии 17а в узел каталитического гидрирования Г и/или выводят по линии 17б. Возможно, из исчерпывающей части К-3 выводят поток 18, содержащий преимущественно димеры изобутена. Его далее выводят по линии 18а и/или по линии 18б, направляют на каталитическое гидрирование в узел Г.

Возможно в узел гидрирования Г направляют потоки 6б и/или 14а, и/или 15б из колонн К-1 и К-2.

В узел Г по линии 19 подают водород или водородсодержащую газовую смесь. Из узла Г выводят по линии 20 поток, содержащий преимущественно 2,4,4,-триметилпентан или его смесь с димерами, тримерами изобутена и продуктами гидрирования тримеров изобутена.

Согласно фиг.2 химические превращения и отгонку непрореагировавших углеводородов проводят в реакционно-ректификационной системе, включающей реакционную зону РЗ и ректификационные зоны (колонны): укрепляющую (УК) и исчерпывающую (ИК).

Изобутенсодержащую смесь подают в процессе по линии 1 (далее как минимум по линии 1а и возможно частично по линии 1б). Спирт подают по линии 2 (далее как минимум по линии 2а и возможно частично по линии 2б).

В качестве дистиллята выводят поток 5, содержащий непрореагировавшие углеводороды и примесь спирта (рекуперацию спирта – см. в описании к фиг.1). По линии 6 выводят смесь, содержащую АТБЭ, димеры и тримеры изобутена. Далее поток 6 подают по линии 6а в систему ректификации (К-2 и возможно К-3), аналогичную показанной (в этой части) на фиг.1, и/или выводят по линии 6б. Из исчерпывающей части (ИК) может быть выведен боковой поток 7, обогащенный эфиром АТБЭ. При практически полном выводе АТБЭ по линии 7 кубовый остаток 6 содержит в основном димеры изобутена и частично тримеры изобутена.

Согласно фиг.3 изобутенсодержащая смесь поступает по линии 1. Ее направляют по линии 1а (далее 4) непосредственно в ректификационную колонну К-1 и/или по линии 1б подают в прямоточную реакционную зону Р-1. В зону Р-1 по линии 2 подают спирт C1 или С2. Из Р-1 выводят по линии 3 поток, который направляют в К-1 по линии 4.

С колонной К-1 соединены: прямоточные реакционная зона Р-2 (линиями 7 и 8) и реакционная зона Р-3 (линиями 9 и 10). В указанные зоны предпочтительно подают дополнительное количество спирта по линиям 2а и 2б.

В качестве дистиллята колонны К-1 выводят поток 5, содержащий преимущественно непрореагировавшие углеводороды и примесь спирта (рекуперацию спирта – см. в описании к фиг.1).

Снизу из К-1 выводят поток 6, содержащий АТБЭ, димеры и тримеры изобутена, который может быть выведен по линии 6б и использован как высокооктановая смесь («компонент») для бензина непосредственно либо после гидрирования димеров и тримеров изобутена в зоне Г.

Как вариант поток 6 может быть направлен по линии 6а на разделение в колонну К-2 и ее кубовый остаток возможно далее в колонну К-3.

Примеры.

В примерах концентрации указаны в % мас.

Обозначения:

МТБЭ – метилтретбутиловый эфир, ЭТБЭ – этилтретбутиловый эфир, Димеры – димеры изобутена, Тримеры – тримеры изобутена, Содимеры – димеры, образуемые изобутеном и н-бутенами.

Пример 1.

Переработку ведут согласно фиг.1. В качестве сырья используют изобутан-изобутеновую фракцию (45% изобутена) и метанол. Из ректификационных колонн используют К-1, из пунктирных линий – линию 10. В качестве РУ используют охлаждаемый кожухотрубчатый реактор. В трубках – мелкозернистый сульфокатионит со статической обменной емкостью СОЕ=5,2 мг-экв/г, температура в реакторе 60-65°С. Жидкостная нагрузка на катализатор 9 л/л кат.ч.

В общем потоке, вводимом в реактор, молярное отношение метанол:изобутен = 0,2:1. Конверсия изобутена ˜97%, метанола ˜94,3%. Среди образующихся димеров изобутена преобладают 2,4,4-триметилпентен-1 и 2,4,4-триметилпентен-2 в пропорции 3,35:1. Концентрация метанола в выходящем из РУ потоке 3 0,33% мас.

В колонне К-1 давление верха 0,50 МПа, температура в кубе 147°С.

Масса и составы основных потоков (1-6) даны в табл.1.

Работа велась в течение 3 мес. Снижение СОЕ через 1,5 мес. не произошло. Через 3 мес. СОЕ в нижней части реакционной зоны составило 5,1 мг-экв/г·кат.

Пример 2.

Переработку ведут согласно фиг.1 подобно примеру 1. В отличие от примера 1 из К-1 выводят боковой поток по линии 7 и его по линии 7б подают в колонну К-4, работающую под давлением 0,45 МПа (температура в кубе 110°С).

Масса потока 7б – 24,4 кг/ч, состав указан в табл.1. Поток 5в (углеводороды С4 с примесью метанола) составляет 10,95 кг/ч. При этом поток 5 из К-1 уменьшается и составляет 45,6 кг/ч.

В сумме потоки 5 и 5в по массе и составу аналогичны потоку 5 в примере 1.

Снизу К-4 выводят в количестве 13,45 кг/ч поток 8, содержащий 99,6% МТБЭ (см. табл.1).

Пример 3.

Переработку ведут согласно фиг.1 подобно примеру 1. В отличие от примеров 1 и 2 используют пунктирную линию 11, по которой выводят боковой поток из исчерпывающей части К-1.

Масса и состав потока 5 аналогичны примеру 1. Масса потока 11 составляет 15,9 кг/ч, состав показан в табл.1. Снизу К-1 выводят в количестве 32,7 кг/ч поток 6, содержащий ˜89,4% димеров изобутена и ˜10,6% тримеров изобутена.

В колонне К-1 давление верха 0,42 МПа, температура в кубе 169°С.

Пример 4.

Переработку ведут согласно фиг.1 подобно примеру 1. В отличие от примера 1 поток 6 из К-1 по линии 6а подают в ректификационную колонну К-2, работающую под давлением 0,1 МПа (температура в кубе 110°С).

Сверху К-2 по линии 12 выводят 13,6 кг/ч потока, содержащего ˜99,1% МТБЭ. Снизу К-2 выводят по линии 15 в количестве 35,0 кг/ч поток, содержащий 90% димеров изобутена и 10% тримеров изобутена.

Пример 5.

Переработку ведут согласно фиг.1 подобно примеру 3 (с отбором бокового потока 11). Из К-1 указанный в примере 3 поток 6 в количестве 32,7 кг/ч подают в колонну К-2, имеющую сверху давление 0,15 МПа, температура в кубе колонны К-2 175°С.

Из К-2 сверху по линии 12 выводят 29,4 кг/ч потока, содержащего ˜99,3% димеров изобутена (в пропорции 2,4,4-триметилпентен-1 и 2,4,4-триметилпентен-2 = 3,3:1) и 0,7% тримеров изобутена. Снизу по линии 15 выводят ˜3,6 кг/ч потока, содержащего ˜90% тримеров изобутена и ˜10% димеров изобутена.

Пример 6.

Переработку ведут согласно фиг.1 подобно примеру 4. Выводимый снизу К-2 поток 15 указанной в примере 4 массы и состава подают в колонну К-3, имеющую давление верха 0,025 МПа и температуру куба 141°С.

По линии 16 выводят 31,6 кг/ч дистиллята, содержащего ˜99,5% димеров изобутена и 0,5% тримеров изобутена. Снизу К-3 по линии 17 выводят ˜3,4 кг/ч потока, содержащего ˜97,0% тримеров изобутена и ˜3,01411411% димеров изобутена.

Пример 7.

Переработку ведут согласно фиг.2 в системе реакционно-ректификационного типа. Зона РЗ содержит крупнозернистый (формованный) сульфокатионитный катализатор с размерами частиц 5-10 мм и СОЕ ˜3,6 мг-экв/г.

Сырьем служит изобутан-изобутеновая (45% изобутена) фракция и метанол. Молярное отношение метанола и изобутена в потоках 2 и 1 составляют 5:1.

Температура в реакционной зоне РЗ от 55 до 70°С. Давление в верху зоны УК ˜0,56 МПа, температура в кубе зоны ИК 137°С. На выходе жидкости из зоны РЗ в зону ИК концентрация метанола в ней 1,2-1,5% мас. Сверху зоны УК по линии 5 выводят непрореагировавшие углеводороды С4 с примесью метанола. Снизу зоны ИК по линии 6 выводят смесь, содержащую МТБЭ, димеры и тримеры изобутена. Указанная смесь может быть выведена в качестве высокооктанового «компонента» бензина по линии 6б либо направлена по линии 6а на дальнейшую переработку в колонну К-2 или зону гидрирования 5 (возможно использование вариантов, описанных в примерах 4-6).

В табл.2 приведены данные по массам и составам основных потоков для вариантов разделения, подобных описанным в примерах 4 и 6. При этом в колоннах К-2 и К-3 давление верха 0,1 МПа, температура в кубе К-2 – 110°С, в кубе К-3 – 162°С. Работа проводилась в течение 2 мес. Снижение СОЕ катализатора не произошло.

Пример 8.

Переработку ведут согласно фиг.2 подобно примеру 7. Сырьем служит аналогичная изобутан-изобутеновая фракция (100 кг/ч) и этанол (29,5 кг/ч), содержащий 0,3% мас. воды. Молярное соотношение этанола и изобутена в потоках 2 и 1 составляет 0,8:1. Зона РЗ содержит формованный (в форме колец) сульфокатионитный катализатор, имеющий СОЕ=3,9 мг-экв/г.

Температура в реакционной зоне РЗ от 49 до 65°С. Давление в верху зоны УК 0,5 МПа, температура в кубе зоны ИК 128°С. На выходе жидкости из зоны РЗ в зону ИК концентрация этанола в ней 5,3% мас.

Сверху зоны УК по линии 5 выводят 55,7 кг/ч дистиллята, содержащего преимущественно непрореагировавшие углеводороды С4 и примесь этанола. Снизу зоны ИК по линии 6 выводят в количестве 37,8 кг/ч высокооктановую смесь, содержащую преимущественно ЭТБЭ, димеры изобутена, а также этанол, тримеры изобутена и частично третбутанол.

Составы потоков даны в табл.3.

Работа проводилась в течение 2,5 мес. По окончании работ катализатор имел СОЕ=3,8 мг-экв/г·кат.

Пример 9.

Переработку ведут подобно примеру 8 первоначально в системе реакционного типа (фиг.2). В отличие от примера 8 поток 6 дополнительно подвергают разделению ректификацией в колонне, функционально аналогичной колонне К-2 на фиг.1, а ее кубовый остаток (линия 15 на фиг.1) возможно далее разделяют в колонне, функционально аналогичной колонне К-3 на фиг.1).

Из К-2 выводят 62,6 кг/ч дистиллята (поток 12), содержащего преимущественно ЭТБЭ (с примесями), и выводят 11,2 кг/ч кубового остатка (поток 15), содержащего преимущественно димеры изобутена (с примесями).

Как вариант, поток 15 подвергают дополнительно ректификации в К-3. Выводят 10 кг/ч дистиллята, содержащего преимущественно димеры изобутена, и 1,2 кг/ч кубового остатка, содержащего преимущественно димеры изобутена.

В колоннах К-2 и К-3 поддерживают давление верха ˜0,1 МПа, температура в кубе К-2 – 103°С, в кубе К-3 – 154°С.

Конкретно составы потоков указаны в табл.3.

Пример 10.

Переработку ведут аналогично фиг.3. Реакционные зоны Р-1, Р-2 и Р-3 содержат мелкозернистый (0,3-1,3 мм), крупнозернистый сульфокатионит, имеющий СОЕ=5,2 мг-экв/г. В качестве сырья используют С4-фракцию, содержащую 45% изобутена, 38% н-бутенов, 16,5-17,0% бутанов и небольшую примесь 1,3-бутадиена, и метанол. Всю исходную углеводородную смесь (поток 1) и часть (60-65%) метанола подают первоначально в реакционную зону Р-1 и из нее реакционную смесь – в ректификационную колонну К-1.

Температура в Р-1 составляет 65-70°С, в Р-2 и Р-3 – 60-65°С.

Давление в верху К-1 – 0,4 МПа, температура в кубе К-1 – 120°С.

Конверсия изобутена в Р-1 – 70%, общая конверсия изобутена в процессе ˜98,5%. Концентрация метанола на выходе из реакционной зоны (% мас.): из Р-1 – 1,2%, из Р-2 – 0,4%, из Р-3 – 0,9%.

Из К-1 выводят в количестве 51,2 кг/ч дистиллят (поток 5), содержащий преимущественно непрореагировавшие углеводороды (99%, в т.ч. 1,5% изобутена) и ˜1% метанола, и выводят в количестве 61,9 кг/ч кубовый остаток (поток 6), содержащий МТБЭ (55,5%), димеры изобутена (26,7%), содимеры изобутена с н-бутенами (13,4%) и тримеры (˜4,4%). Работа проводилась в течение 2 мес. Снижения СОЕ катализатора не произошло.

Пример 11.

Переработку осуществляют подобно примеру 10. В отличие от него кубовый остаток (поток 6) подвергают ректификации в колонне, функционально аналогичной колонне К-2 (фиг.1). Из нее выводят 34,7 кг/ч дистиллята (поток 12), содержащего в основном (99,1%) МТБЭ с примесью метил-втор-бутилового эфира и 0,9% димеров и содимеров, и выводят в количестве 27,2 кг/ч кубовый остаток (поток 15), содержащий 60,0% димеров изобутена, 30,1% его содимеров с н-бутенами и 9,9% тримеров.

Давление в верху колонны 0,12 МПа, температура в кубе 120°С.

Пример 12.

Переработку осуществляют подобно примеру 11. В отличие от него выводят меньшее количество дистиллята колонны К-2 (поток 12) – 30,2 кг/ч (состав аналогичен примеру 11). При этом выводят большее количество кубового остатка (поток 15) – 31,7 кг/ч, содержащего 14,0% МТБЭ, 51,6% димеров изобутена, 25,9% его содимеров с н-бутенами и 8,5% тримеров.

Давление в верху колонны 0,12 МПа, температура в кубе 103°С.

Пример 13.

Переработку осуществляют подобно примеру 11. В отличие от него выводят меньшее количество дистиллята колонны К-2 (поток 12) – 16,0 кг/ч (состав аналогичен примеру 11). При этом выводят большее количество кубового остатка (поток 15) – 45,9 кг/ч, содержащего 40,0% МТБЭ, 36,0% димеров изобутена, 18,1% его содимеров с н-бутенами и 5,9% тримеров.

Давление в верху колонны ˜0,1 МПа, температура в кубе 80°С.

Пример 14.

Поток, содержащий преимущественно димеры изобутена, а также тримеры, в составе и количестве, указанном в примере 1 (поток 15), подвергают каталитическому гидрированию в зоне К в присутствии катализатора «никель на кизельгуре» (˜30÷5% мас. никеля) при 60°С.

В качестве реакционной смеси получают 35,1 кг/ч потока, содержащего преимущественно разветвленные насыщенные углеводороды, среди которых ˜88,5% составляет 2,4,4-триметилпентан и ˜9,7% продукты гидрирования тримеров.

Таблица 1 (к примерам 1-6)
Компоненты К примерам 1-6 К примерам 1, 4, 6 К примеру 2 К примеру 3 К примеру 4 К примеру 5 К примеру 6
Пот.1 Пот.2 Пот.3 Пот.5 Пот.6 Пот.6 Пот.7 Пот.8 Пот.6 Пот.11 Пот.12 Пот.15 Пот.12 Пот.15 Пот.16 Пот.17
Изобутан* 55,0 52,37 97,15 43,6 0,4
Изобутен 45,0 1,2 2,3 1,0
Метанол 5,2 0,33 0,55 Сл.** Сл. 0,5 Сл. Сл. Сл. Сл. Сл. Сл. Сл. Сл. Сл.
МТБЭ 12,8 27,8 0,3 54,9 99,6 Сл. 85,0 99,1 Сл. Сл. Сл. Сл. Сл.
Димеры 30,0 65,0 89,8 89,4 14,8 0,9 90,1 99,3 10,0 99,5 3,0
Тримеры 3,3 7,2 9,9 10,6 0,2 9,9 0,7 90,0 0,5 97,0
Масса потока, кг/ч 100,0 5,2 105,2 56,6 48,6 35,2 24,4 13,45 32,7 15,9 13,6 35,0 29,4 3,63 31,6 3,4
* – с примесью н.бутана и н.бутенов
** – «следовое» количество

Таблица 2 (к примеру 7)
Компоненты Пот.1 Пот.2 Пот.5 Пот.6 Пот.12 Пот.15 Пот.16 Пот.17
Изобутан* 55 98,5
Изобутен 45 0,8
Метанол 100,0 0,7 Сл. Сл. Сл.
МТБЭ 59,80 99,4 Сл.
Димеры 36,55 0,6 90,8 99,0 10,0
Тримеры 3,65 9,2 1,0 90,0
Масса потока, кг/ч 100,0 12,8 55,8 57,0 34,3 22,7 20,4 2,3
Таблица 3 (к примеру 8)
Компоненты Пот.1 Пот.2 Пот.5 Пот.6 Пот.12 Пот.15 Пот.16 Пот.17
Изобутан 55 98,7
Изобутен 45 0,65
Этанол* 99,7 (вода 0,3) 0,65 3,3 3,7 0,9 1,0 Сл.
ЭТБЭ 80,7 94,7 1,8 2,0 Сл.
Трет.бутанол 0,5 0,6 0,9 1,0 Сл.
Димеры 14,1 1,0 87,5 96,0 16,7
Тримеры 1,4 Сл. 8,9 Сл. 83,3
Масса потока, кг/ч 100,0 29,5 55,7 73,8 62,6 11,2 10,0 1,2
* с примесью воды

Формула изобретения

1. Способ переработки изобутенсодержащей углеводородной смеси и спирта C1 или С2, включающий совместные химические превращения изобутена и указанного спирта с образованием алкил-трет-бутилового эфира, димеров, тримеров изобутена и возможно содимеров и тримеров изобутена с н-бутенами в реакционной(ых) зоне(ах) при температуре от 30 до 100°С в присутствии сильнокислотного твердого катализатора и возможно примеси воды при общем молярном отношении спирта и изобутена в подаваемом(ых) в реакционную(ые) зону(ы) потоках от 0,1:1 до 0,9:1; отделение от реакционной смеси ректификацией как минимум потока, содержащего преимущественно непрореагировавшие углеводороды С4, и возможно последующую ректификационную отгонку из остающей(их)ся реакционной(ых) смеси(ей) потока, содержащего алкил-трет-бутиловый эфир, и потока, содержащего преимущественно димеры изобутена, возможно далее гидрируемого, при котором путем ограничения температуры и/или времени контакта с катализатором и возможно подачи дополнительного количества спирта как минимум в последнюю реакционную зону, в выводимой из реакционной зоны смеси, включающей продукты химических превращений, поддерживают количество спирта C1 или С2 в концентрации не менее 0,33 мас.%, предпочтительно не менее 0,5 мас.%, но не превышающее его суммарного количества, допускаемого в целевых продуктах и отгоняемого с содержащимися в указанной реакционной смеси углеводородами С4, причем при отгонке реакционных продуктов в зависимости от состава поддерживают давление от 0,025 до 0,15 МПа и температуру в кубе(ах) от 80 до 180°С.

2. Способ по п.1, при котором как минимум поступающий спирт и возможно поступающую углеводородную смесь распределяют на два или несколько потоков, которые подают в последовательные реакционные зоны.

3. Способ по п.1, при котором указанные химические превращения проводят в жидком состоянии в двух или нескольких прямоточных реакционных зонах, из которых и/или между которыми осуществляют удаление выделяющейся реакционной теплоты.

4. Способ по п.1, при котором указанные химические превращения осуществляют в реакционно-ректификационной системе, включающей реакционную зону с катализатором и соединенные с ней противоточными потоками жидкости и пара укрепляющую и исчерпывающую ректификационные зоны, причем из укрепляющей зоны выводят как минимум часть непрореагировавших углеводородов С4, а из исчерпывающей зоны выводят смесь, содержащую указанные продукты химических превращений.

5. Способ по п.1, при котором указанные химические превращения осуществляют в реакционно-ректификационной системе, содержащей одну или несколько реакционных зон с катализатором, соединенную(ые) с ректификационной зоной выходящим(и) и входящим(и) боковыми потоками, и из укрепляющей части ректификационной зоны выводят как минимум часть непрореагировавших углеводородов С4, а из исчерпывающей части выводят смесь, содержащую указанные продукты химических превращений.

6. Способ по п.1, при котором указанные химические превращения первоначально проводят в прямоточной(ых) зоне(ах), а затем в реакционно-ректификационной системе.

7. Способ по п.1, при котором в потоке реакционной смеси, подаваемом на ректификацию(и), проводят нейтрализацию свободной(ых) кислоты(кислот).

8. Способ по п.1, при котором при ректификационной отгонке углеводородов С4 из реакционной смеси дистиллят и/или боковой(ые) поток(и) ректификационной зоны рециркулируют в реакционную(ые) зону(ы).

9. Способ по п.1, при котором при ректификационной отгонке углеводородов С4 из реакционной смеси выводят боковой отбор, содержащий преимущественно углеводороды С4, алкил-трет-бутиловый эфир и частично спирт C1-C2, из которого ректификацией выделяют алкил-трет-бутиловый эфир в качестве кубового остатка.

10. Способ по п.1, при котором при ректификационной отгонке углеводородов С4 из реакционной смеси из нижней части ректификационной зоны выводят боковой поток, содержащий преимущественно алкил-трет-бутиловый эфир, а в качестве кубового остатка выводят поток, содержащий димеры и тримеры изобутена и возможно остальное количество алкил-трет-бутилового эфира.

11. Способ по п.1, при котором из реакционной смеси, содержащей алкил-трет-бутиловый эфир, димеры и тримеры изобутена, отделяют ректификацией дистиллят, содержащий преимущественно алкил-трет-бутиловый эфир, и в качестве кубового остатка или бокового отбора выводят поток, содержащий преимущественно димеры изобутена и возможно частично алкил-трет-бутиловый эфир и/или тримеры изобутена.

12. Способ по п.1, при котором из смеси, содержащей димеры и тримеры изобутена, выводят в качестве дистиллята димеры изобутена и выводят кубовый остаток, содержащий тримеры изобутена и более высококипящие примеси.

13. Способ по п.1, при котором из смеси, содержащей тримеры изобутена и более высококипящие примеси, отгоняют поток, содержащий преимущественно тримеры изобутена.

14. Способ по п.1, при котором в качестве катализатора используют сульфокатионит(ы) в мелкозернистой или укрупненной форме, предпочтительно в форме массообменной насадки.

РИСУНКИ

Categories: BD_2320000-2320999