Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Isobuten aus technischem Methyl-tert.-butylether (MTBE) und die wirtschaftliche Nutzung der Nebenströme.The invention relates to a method for the production of high-purity isobutene from technical methyl tert-butyl ether (MTBE) and the economic use of secondary flows.
Isobuten ist ein Ausgangsstoff für die Herstellung von Butylkautschuk, Polyisobutylen, Isobuten-Oligomeren, verzweigten C5-Aldehyden und C5-Carbonsäuren. Weiterhin wird es als Alkylierungsmittel und Zwischenprodukt zur Erzeugung von Peroxiden eingesetzt.Isobutene is a starting material for the production of butyl rubber, polyisobutylene, isobutene oligomers, branched C 5 aldehydes and C 5 carboxylic acids. It is also used as an alkylating agent and intermediate for the production of peroxides.
Isobuten kann durch Dehydrierung von Isobutan gewonnen werden. Allerdings stehen nicht genügend große Mengen an reinem Isobutan zur Verfügung.Isobutene can be caused by dehydration can be obtained from isobutane. However, there are not enough large quantities of pure isobutane.
In technischen Strömen, beispielsweise im C4-Schnitt eines Steamcrackers oder einer FCC-Einheit, liegt Isobuten zusammen mit gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen vor. Aus diesen Gemischen kann Isobuten wegen der geringen Siedepunktsdifferenz bzw. wegen des sehr geringen Trennfaktors zwischen Isobuten und 1-Buten durch Destillation nicht wirtschaftlich abgetrennt werden.In technical streams, for example in the C 4 section of a steam cracker or an FCC unit, isobutene is present together with saturated and unsaturated hydrocarbons. Isobutene cannot be economically separated from these mixtures by distillation because of the low boiling point difference or because of the very low separation factor between isobutene and 1-butene.
Aus diesen C4-Schnitten kann das Isobuten auf verschiedene Weise abgetrennt werden, abhängig davon, welche weiteren Olefine gewonnen werden sollen. Der erste Schritt, den alle Aufarbeitungsverfahren gemeinsam haben, ist die Entfernung des größten Teils des Butadiens und anderer mehrfach ungesättigter Kohlenwasserstoffe. Kann Butadien gut vermarktet werden oder besteht ein Eigenbedarf, wird es durch Extraktion oder Extraktivdestillation abgetrennt. Im anderen Falle wird es bis zu einer Restkonzentration von circa 2000 Massen-ppm selektiv zu linearen Butenen hydriert. Zurück bleibt in beiden Fällen ein Kohlenwasserstoffgemisch (sogenanntes Raffinat I oder hydriertes Crack-C4), das neben den gesättigten Kohlenwasserstoffen n-Butan und Isobutan die Olefine Isobuten, 1-Buten und 2-Butene (cis und trans) enthält.The isobutene can be separated from these C 4 cuts in various ways, depending on which other olefins are to be obtained. The first step that all work-up processes have in common is the removal of most of the butadiene and other polyunsaturated hydrocarbons. If butadiene can be marketed well or if there is a need for it, it is separated by extraction or extractive distillation. Otherwise, it is selectively hydrogenated to linear butenes up to a residual concentration of approximately 2000 mass ppm. What remains in both cases is a hydrocarbon mixture (so-called raffinate I or hydrogenated crack C 4 ) which, in addition to the saturated hydrocarbons n-butane and isobutane, contains the olefins isobutene, 1-butene and 2-butenes (cis and trans).
Soll neben Isobuten auch 2-Buten bzw. ein Gemisch linearer Butene mit hohem 2-Butengehalt gewonnen werden, wird das o.g. Gemisch, das typischerweise nicht mehr als 1 % Butadien enthält (C4-Strom aus FCC, Raffinat I oder hydriertes Crack-C4) hydriert und hydroisomerisiert, d. h., es wird noch vorhandenes Restbutadien bis zu einem Restgehalt von unter 5 ppm selektiv hydriert und 1-Buten zu den 2-Butenen isomerisiert. Die Gleichgewichtslage zwischen 1-Buten und den beiden 2-Butenen liegt zum Beispiel bei 80 °C bei circa 1/17, also weit auf der Seite der 2-Butene. Aus dem Hydroisomerisierungsgemisch kann wegen der geringen Siedepunktdifferenzen nur ein Gemisch aus Isobuten, 1-Buten und Isobutan als Kopfprodukt gewonnen werden, von dem destillativ das Isobuten abgetrennt werden kann. Als Sumpfprodukt wird ein Isobuten-freies Gemisch mit 2-Butenen erhalten. Selbst wenn die Hydroisomerisierung in einer Reaktivdestillationkolonne durchgeführt wird, fällt kein vollständig 1-Buten-freies Isobuten an, wie beispielsweise in EP 0 922 018 beschrieben. Diese Isobutenqualität ist daher für einige Anwendungen nicht geeignet.If 2-butene or a mixture of linear butenes with a high 2-butene content is also to be obtained in addition to isobutene, the above-mentioned mixture, which typically contains no more than 1% butadiene (C 4 stream from FCC, raffinate I or hydrogenated crack-C 4 ) hydrogenated and hydroisomerized, ie residual butadiene still present is selectively hydrogenated to a residual content of below 5 ppm and 1-butene isomerized to the 2-butenes. The equilibrium position between 1-butene and the two 2-butenes is, for example, about 1/17 at 80 ° C, which is far on the side of the 2-butenes. Because of the small boiling point differences, only a mixture of isobutene, 1-butene and isobutane can be obtained as the top product from the hydroisomerization mixture, from which the isobutene can be separated off by distillation. An isobutene-free mixture with 2-butenes is obtained as the bottom product. Even if the hydroisomerization is carried out in a reactive distillation column, there is no completely 1-butene-free isobutene, as is the case, for example, in EP 0 922 018 described. This isobutene quality is therefore not suitable for some applications.
Isobuten kann aus einem C4-Olefingemisch über die Schritte selektive Derivatisierung, Abtrennung des Derivats vom verbleibenden Kohlenwasserstoffgemisch und Spaltung des Derivates abgetrennt werden.Isobutene can be separated from a C 4 -olefin mixture via the steps of selective derivatization, separation of the derivative from the remaining hydrocarbon mixture and cleavage of the derivative.
Isobuten kann leicht mit Wasser oder Alkoholen derivatisiert werden. Die Umsetzung von Isobuten-haltigen Strömen mit Wasser ergibt tert.-Butanol (TBA), das leicht in Isobuten und Wasser rückgespalten werden kann. Der Hauptnachteil dieses Abtrennungsverfahren liegt in der TBA-Synthese, die auf Grund der geringen Löslichkeit von Wasser in C4-Kohlenwasserstoffen nur geringe Raum-Zeit-Ausbeuten aufweist.Isobutene can easily be derivatized with water or alcohols. The reaction of isobutene-containing streams with water gives tert-butanol (TBA), which can easily be split back into isobutene and water. The main disadvantage of this separation process lies in the TBA synthesis, which, due to the low solubility of water in C 4 hydrocarbons, has only low space-time yields.
Die Anlagerung von Methanol an Isobuten in C4-Kohlenwasserstoffströmen zu MTBE erfolgt wesentlich schneller als die Anlagerung von Wasser. Technisches MTBE ist eine gefragte Kraftstaffkomponente für Ottomotoren zur Erhöhung der Oktanzahl. Wegen seiner leichten Herstellbarkeit und seines großen Marktvolumens ist es eine preiswerte Vorstufe für reines Isobuten.The addition of methanol to isobutene in C 4 hydrocarbon streams to MTBE is much faster than the addition of water. Technical MTBE is a popular Kraftstaff component for gasoline engines to increase the octane number. Because of its ease of manufacture and its large market volume, it is an inexpensive precursor for pure isobutene.
Großtechnisch wird daher meist ein Isobuten-haltiger C4-Schnitt mit Methanol zu MTBE umgesetzt, dieses aufgereinigt und wieder zu Isobuten und Methanol gespalten.On an industrial scale, therefore, an isobutene-containing C 4 cut is usually converted to MTBE with methanol, this is purified and split again to give isobutene and methanol.
Die Schwierigkeit dieses Verfahrens liegt darin, Isobuten in einer Reinheit von größer 99,9 % herzustellen. Technisches MTBE (Kraftstoffqualität} enthält C4- und C5-Kohlenwasserstoffe, C4-Oligomere (C8, C12-Kohlenwasserstoffe), 2-Methoxybutan (MSBE), Methanol und TBA. Diese Stoffe und deren Folgeprodukte sowie andere Nebenprodukte, die bei der Spaltung aus MTBE entstehen, können das Zielprodukt Isobuten verunreinigen.The difficulty of this process is to produce isobutene in a purity greater than 99.9%. Technical MTBE (fuel quality} contains C 4 and C 5 hydrocarbons, C 4 oligomers (C 8 , C 12 hydrocarbons), 2-methoxybutane (MSBE), methanol and TBA.These substances and their by-products as well as other by-products that The cleavage from MTBE can contaminate the target product isobutene.
Integrierte Verfahren zur Herstellung von hochreinem Isobuten aus C4-Strömen über die Herstellung von MTBE und dessen Spaltung sind bekannt und z. B. in US 5 567 860 beschrieben. Hier werden isobutenhaltige C4-Ströme zunächst mit Methanol verethert, so dass je nach Umsatz ein Gemisch aus MTBE, MSBE, nicht umgesetzten C4-Kohlenwasserstoffen, Methanol, Wasser, DME, C4-Oligomeren sowie C3- und C5-Kohlenwasserstoffen als Verunreinigung des C4-Stroms erhalten wird. Dieses Produktgemisch wird destillativ in eine Leichtsiederfraktion, enthaltend die C3_, C4- und C5-Kohlenwasserstoffe, Methanol und DME und eine C4-Oligomere enthaltende Schwersiederfraktion getrennt. In einem Seitenabzug der Kolonne wird MTBE und MSBE erhalten, welche dann der sauer katalysierten Spaltung zugeführt werden. In der Spatungsreaktion werden entsprechend Isobuten, n-Buten und Methanol als Hauptbestandteile sowie nicht umgesetzte MTBE und MSBE erhalten. Auch dieses Produktgemisch wird wiederum destillativ aufgereinigt, wobei als Leichtsiederfraktion das C4/Methanol-Aezeotrop, enthaltend iso- und n-Buten und DME abgezogen wird. Um das Zielprodukt, hochreines Isobuten, zu erhalten muss diese Fraktion durch mindestens eine Wasserwäsche und eine Destillation aufgereinigt werden. Die aus der Spaltungsreaktion erhaltene Schwersiederfraktion (MTBE, Methanol, MSBE) wird in einer Weise fraktioniert, dass als Schwersieder Methanol und als Leichtsieder ein Azeotrop aus Methanol, MTBE und MSBE anfällt. Diese Fraktionen werden jeweils vor die Veretherungs- bzw. die Spaltungsstufe zurückgeführt.Integrated processes for the production of high-purity isobutene from C 4 streams via the production of MTBE and its cleavage are known and z. B. in US 5,567,860 described. Here, isobutene-containing C 4 streams are first etherified with methanol, so that, depending on the conversion, a mixture of MTBE, MSBE, unreacted C 4 hydrocarbons, methanol, water, DME, C 4 oligomers and C 3 and C 5 hydrocarbons is obtained as an impurity of the C 4 stream. This product mixture is separated by distillation into a low boiler fraction containing the C 3 _, C 4 and C 5 hydrocarbons, methanol and DME and a high boiler fraction containing C 4 oligomers. A side draw from the column gives MTBE and MSBE, which are then fed to the acid-catalyzed cleavage. In the late reaction who the corresponding isobutene, n-butene and methanol as main constituents and unreacted MTBE and MSBE. This product mixture is also again purified by distillation, the C 4 / methanol aeotrope containing iso- and n-butene and DME being taken off as the low boiler fraction. In order to obtain the target product, high-purity isobutene, this fraction must be purified by at least one water wash and one distillation. The high boiler fraction (MTBE, methanol, MSBE) obtained from the cleavage reaction is fractionated in such a way that methanol is obtained as the high boiler and an azeotrope of methanol, MTBE and MSBE is obtained as the low boiler. These fractions are each returned to the etherification or cleavage stage.
Dieses Verfahren ist insofern aufwendig, da das Zielprodukt Isobuten in mehreren Kolonnen und Waschstufen von den Begleitstoffen des C4-Einsatzstroms bzw. nicht umgesetzten Reaktionsprodukten oder Nebenprodukten aus der Veretherungs- und Spaltungsreaktion befreit werden muss. Weiterhin sollte ein integrierter Prozess ermöglichen, nicht umgesetzte Stoffe wie MTBE oder Isobuten-haltige C4-Ströme einfach abzutrennen und in die entsprechenden Reaktionsstufen zurückzuführen. Im Idealfall würden Isobuten-haltige C4-Kohlenwasserstoffe und zurückgewonnenes Methanol an einer Stelle des Verfahrens abgetrennt und wiederum zur Herstellung von MTBE eingesetzt. Nicht umgesetztes MTBE sollte dagegen als separater Stoffstrom gewonnen und in die Etherspaltungsreaktion rückgeführt werden.This process is complex in that the target product isobutene has to be freed of the accompanying substances of the C 4 feed stream or unreacted reaction products or by-products from the etherification and cleavage reaction in several columns and washing stages. Furthermore, an integrated process should make it possible to simply separate unreacted substances such as MTBE or isobutene-containing C 4 streams and to return them to the corresponding reaction stages. In the ideal case, isobutene-containing C 4 hydrocarbons and recovered methanol would be separated off at one point in the process and again used to produce MTBE. However, unreacted MTBE should be obtained as a separate stream and returned to the ether cleavage reaction.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Isobuten aus MTBE bereitzustellen, das mit möglichst wenig Trennstufen und Rückführströmen betrieben werden kann.Object of the present invention It was therefore a process for the production of isobutene from MTBE provide that with as much as possible few isolation stages and recycle currents operated can be.
Die vorliegende Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Isobuten durch sauer katalysierte Spaltung von Methyl-tert.-butylether (MTBE), wobei dass ein Einsatzgemisch, enthaltend MTBE, C4-, C5-Kohlenwasserstoffe, Methanol, Methyl-sek.butylether, TBA und C4-OligomereThe present invention is accordingly a process for the preparation of isobutene by acid-catalyzed cleavage of methyl tert-butyl ether (MTBE), in which a feed mixture containing MTBE, C 4 -, C 5 -hydrocarbons, methanol, methyl-sec-butyl ether , TBA and C 4 oligomers
a) in eine Fraktion a), enthaltend MTBE, MSBE, TBA und C4-Oligomere und
a) in a fraction a) containing MTBE, MSBE, TBA and C 4 oligomers and
b) in eine Fraktion b), enthaltend C4-, C5-Kohlenwasserstoffe, MTBE und Methanol aufgetrennt,
b) separated into a fraction b) containing C 4 -, C 5 -hydrocarbons, MTBE and methanol,
c) das in der Fraktion a) enthaltende MTBE in Methanol und Isobuten gespalten und
c) the MTBE contained in fraction a) in methanol and isobutene split and
d) das Spaltprodukt aus c) nach Abtrennung eines Isobuten-haltigen Stroms in das Einsatzgemisch rückgeführt wird.
d) the cleavage product from c) after removal of an isobutene-containing Current is returned to the feed mixture.Das im Einsatzgemisch enthaltene MSBE findet sich unspezifisch in beiden Fraktionen a) und b), wird jedoch zweckmäßiger Weise durch einen Ausschleusestrom der Fraktion a) entfernt.The one included in the mix MSBE is found unspecifically in both fractions a) and b), but is expedient way removed by a discharge stream of fraction a).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann leicht an eine bestehende MTBE-Anlage angebunden werden, so dass die Rückführströme des Methanols und der C4-Kohlenwasserstoffe wieder zur Herstellung von MTBE verwendet werden können. Es ist auch möglich, technisches MTBE in Kraftstoffqualität oder mit noch geringeren Spezifikationen einzusetzen..The process according to the invention can easily be connected to an existing MTBE plant, so that the recycle streams of the methanol and the C 4 hydrocarbons can be used again for the production of MTBE. It is also possible to use technical MTBE in fuel quality or with even lower specifications.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine besonders elegante Abtrennung von im Einsatzgemisch enthaltenen Verunreinigungen und in andere Verfahrensstufen rückzuführende Stoffströme aus. So werden in der ersten Destillationsstufe Methanol und leichtsiedende Verunreinigungen im Einsatzgemisch bereits vor der Spaltungsreaktion abgetrennt. Hierdurch wird eine effiziente Abtrennung des in der Spaltungsreaktion gewonnenen Isobutens erst möglich, da störende Begleitstoffe bereits abgetrennt wurden. Die Rückführung des bei der Reaktion erhaltenen Methanols vor die Spaltungsreaktion bzw. genauer vor die erste Destillationsstufe hat bei einer dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschalteten MTBE-Synthese eine effiziente Kreislauffahrweise des Methanols unter gleichzeitiger Abtrennung von Nebenprodukten wie DME, C4-Oligomeren, TBA oder MSBE zur Folge.The process according to the invention is distinguished from the prior art by a particularly elegant separation of impurities contained in the feed mixture and material streams to be recycled to other process stages. In the first distillation stage, methanol and low-boiling impurities in the feed mixture are separated before the cleavage reaction. As a result, efficient separation of the isobutene obtained in the cleavage reaction is only possible because disruptive accompanying substances have already been removed. The recycling of the methanol obtained in the reaction before the cleavage reaction or more precisely before the first distillation stage in an MTBE synthesis upstream of the process according to the invention has an efficient recycle mode of the methanol with simultaneous removal of by-products such as DME, C 4 oligomers, TBA or MSBE Episode.
Ein Blockschema für eine Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, ist in 1 dargestellt. MTBE (Kraftstoffqualität) (1) wird zusammen mit dem Sumpfprodukt (11) aus Kolonne (9) in die Kolonne (2) eingespeist. Als Kopfprodukt (3) wird ein Gemisch aus MTBE, Methanol und C4- und C5-Kohlenwasserstoffen abgezogen. Aus dem Sumpfprodukt (4), das vorwiegend aus MTBE besteht, der Kolonne (2) wird ein Teil (6) zur Ausschleusung von Hochsiedern (TBA, Diisobuten, MSBE) abgetrennt. Der andere Teil (5) wird in den Spaltungsreaktor (7) gefahren. Das Reaktionsgemisch (8) wird in der Destillationskolonne (9) aufgetrennt. Als Kopfprodukt (10) fällt ein Isobuten an, das gegebenenfalls Methanol, Dimethylether und Wasser enthält. Die optionale Aufarbeitung dieses Roh-Isobuten zu hochreinem Isobuten ist in 1 nicht dargestellt. Das Sumpfprodukt (11) der Kolonne (9), das nicht gespaltenes MTBE, einen Teil des durch Spaltung entstandenen Methanols und Hochsieder enthält, wird in die Kolonne (2) zurückgeführt. Anstelle des Reaktors (7) und der Kolonne (9) können auch eine oder mehrere Reaktivdestillationskolonnen verwendet werden. Stoffstrom (3) kann ganz oder teilweise durch Leitung (12) in eine optionale Veretherungsstufe (13) geführt werden. Hier wird aus einem Isobuten-haltigen C4-Kohlenwasserstoffstrom (14), Frischmethanol (15) und dem rückgeführten Methanol (12) MTBE hergestellt. Strom (16) dient zur Ausschleusung nicht umgesetzter Anteile aus dem Isobuten-haltigen C4-Kohlenwasserstoffstrom (z. B. n-Buten und aliphatische Bestandteile).A block diagram for a plant in which the method according to the invention can be carried out is shown in 1 shown. MTBE (fuel quality) ( 1 ) together with the bottom product ( 11 ) from column ( 9 ) in the column ( 2 ) fed. As a header product ( 3 ) a mixture of MTBE, methanol and C 4 and C 5 hydrocarbons is drawn off. From the bottom product ( 4 ), which mainly consists of MTBE, the column ( 2 ) becomes a part ( 6 ) to remove high boilers (TBA, diisobutene, MSBE). The other part ( 5 ) is in the cleavage reactor ( 7 ) hazards. The reaction mixture ( 8th ) is in the distillation column ( 9 ) separated. As a header product ( 10 ) an isobutene is obtained, which may contain methanol, dimethyl ether and water. The optional processing of this raw isobutene into high-purity isobutene is in 1 not shown. The swamp product ( 11 ) the column ( 9 ), which contains uncleaved MTBE, part of the methanol formed by the cleavage and high boilers, is placed in the column ( 2 ) returned. Instead of the reactor ( 7 ) and the column ( 9 ) One or more reactive distillation columns can also be used. Material flow ( 3 ) can be wholly or partly by management ( 12 ) in an optional etherification stage ( 13 ) are performed. Here, an isobutene-containing C 4 hydrocarbon stream ( 14 ), Fresh methanol ( 15 ) and the recycled methanol ( 12 ) MTBE manufactured. Electricity ( 16 ) is used to discharge unreacted parts from the isobutene-containing C 4 hydrocarbon stream (e.g. n-butene and aliphatic components).
Einsatzstoff für das erfindungsgemäße Verfahren kann technischer MTBE in Kraftstoffqualität sein. Dieser besteht typischerweise zu 98 Massen-% aus MTBE und enthält ca. 0,5 Massen-% C4- bis C8-Kohlenwasserstoffe, ca. 1 Massen-% Methanol, ca. 500 Massen-ppm Wasser und 2-Methoxybutan. Bevorzugt wird ein technisches MTBE mit einem 2-Methoxybutan-Anteil von unter 2500 Massen-ppm, dessen Herstellung beispielsweise in DE 101 02 082 beschrieben ist, eingesetzt.Technical MTBE in fuel quality can be used for the process according to the invention. This typically consists of 98 mass% of MTBE and contains approx. 0.5 mass% of C 4 to C 8 hydrocarbons, approx. 1 mass% of methanol, approx. 500 mass ppm of water and 2-methoxybutane. A technical MTBE with a 2-methoxybutane content of less than 2500 mass ppm is preferred, the production of which, for example, in DE 101 02 082 is used.
Es ist auch möglich, MTBE-Qualitäten mit einem deutlich höheren Methanolgehalt als 1 Massen-% einzusetzen, z. B. können MTBE/Methanol-Gemische im Verhältnis 80 : 20, 90 10 oder 95 : 5 problemslos verarbeitet werden. Diese Gemische können natürlich noch die bereits genannten Begleitstoffe mit einem Anteil ≤ 3 Gew.-% aufweisen.It is also possible to use MTBE qualities a much higher one Use methanol content as 1% by mass, e.g. B. can MTBE / methanol mixtures in relation to 80: 20, 90 10 or 95: 5 can be processed without problems. This Mixtures can Naturally still the accompanying substances already mentioned with a proportion of ≤ 3% by weight exhibit.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden die C4- und C5-Kohlenwasserstoffe im MTBE gemeinsam mit dem MTBE-Methanol-Minimumazeotrop durch Destillation entfernt. Dabei fällt ein Destillat an, das MTBE, Methanol und C4- und C5-Kohlenwasserstoffe enthält. Dieses Gemisch wird zweckmäßig in die Synthesestufe einer MTBE-Anlage gefahren.In the process according to the invention, the C 4 and C 5 hydrocarbons in the MTBE are removed together with the MTBE-methanol minimum azeotrope by distillation. A distillate is obtained which contains MTBE, methanol and C 4 and C 5 hydrocarbons. This mixture is expediently driven into the synthesis stage of an MTBE plant.
Durch die Rückführung des Sumpfproduktes (11) aus der Destillationskolonne (9) werden in der Kolonne (2) sowohl die C4- und C5-Kohlenwasserstoffe aus dem MTBE-Einsatzstoff entfernt als auch der größte Teil des bei der MTBE-Spaltung entstandenen Methanols abgetrennt.By recycling the bottom product ( 11 ) from the distillation column ( 9 ) are in the column ( 2 ) both the C 4 and C 5 hydrocarbons are removed from the MTBE feedstock and most of the methanol formed in the MTBE cleavage is removed.
Für die Destillationskolonne vor dem Spaltungsreaktor ((2) in 1 ) hat sich in der Praxis eine Trennstufenzahl von 10 bis 60, insbesondere von 20 bis 40, wobei hiervon 10 bis 30 auf den Verstärkerteil und 10 bis 30 auf den Abtriebsteil, entfallen, bewährt.For the distillation column upstream of the cleavage reactor (( 2 ) in 1 ), a number of isolating stages from 10 to 60, in particular from 20 to 40, has proven itself in practice, of which 10 to 30 relate to the amplifier section and 10 to 30 to the stripping section.
Die Kolonne ist zweckmäßig mit Einbauten ausgestattet, die aus Böden, Füllkörpern oder Packungen bestehen. Die Fraktionierung in dieser Kolonne kann bei Normaldruck oder bei erhöhtem Druck durchgeführt werden. Da der MTBE-Anteil im MTBE/Methanol-Azeotrop im Druckbereich von 1 bis 25 bar mit steigendem Druck abnimmt und möglichst wenig MTBE mit dem Methanol abgetrennt werden soll, wird die Destillation bevorzugt unter Überdruck durchgeführt, insbesondere im Druckbereich von 5 bis 25 bar, ganz besonders im Druckbereich 8 bis 20 bar.The column is useful with Built-in fittings that consist of floors, packing or packings. The fractionation in this column can be at normal pressure or at increased Pressure. Since the MTBE content in the MTBE / methanol azeotrope is in the pressure range of 1 to 25 bar decreases with increasing pressure and as little MTBE as possible with the If methanol is to be separated off, distillation is preferred under pressure carried out, especially in the pressure range from 5 to 25 bar, very particularly in the pressure range 8 to 20 bar.
Das Rücklaufverhältnis der Kolonne liegt zwischen 1 und 10, insbesondere zwischen 2 und 7.The reflux ratio of the column is between 1 and 10, especially between 2 and 7.
Das Sumpfprodukt der Kolonne (2) vor dem Spaltungsreaktor (Schritt a) (1) weist bevorzugt einen Gehalt von C4- und C5-Kohlenwasserstoffen von unter 250 Massen-ppm auf. Es enthält wenig Methanol und als Hochsieder TBA, 2-Methoxybutan und Diisobuten.The bottom product of the column ( 2 ) in front of the cleavage reactor (step a) ( 1 ) preferably has a content of C 4 and C 5 hydrocarbons of less than 250 mass ppm. It contains little methanol and, as high boilers, TBA, 2-methoxybutane and diisobutene.
Um C4- und C5-Kohlenwasserstoffe, deren Oligomere und Spaltmethanol gemeinsam abzutrennen und zugleich eine Anreicherung von Hochsiedern im Prozess zu verhindern, kann ein Teil (6) des Sumpfproduktes (4) der Kolonne (2) kontinuierlich ausgeschleust werden. Die Ausschleusung der C4-Oligomere aus der Fraktion a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sowohl durch einen Ausschleusestrom als auch durch eine weitere Destillationsstufe, z. B. als Sumpfprodukt erfolgen. Eine Verwendungsmöglichkeit für den Ausschleusestrom besteht in der destillativen Aufarbeitung zu hochreinem MTBE. Dafür ist es erforderlich, den Gehalt von Methanol im Sumpf (4) der Kolonne (2) auf 50 Massen-ppm zu senken, was durch erhöhte Destillatabnahme in der Kolonne (2) erreicht werden kann.To separate C 4 and C 5 hydrocarbons, their oligomers and fission methanol, and at the same time to prevent high boilers from accumulating in the process, a part ( 6 ) of the bottom product ( 4 ) the column ( 2 ) are continuously removed. The discharge of the C 4 oligomers from fraction a) of the process according to the invention can be carried out either by a discharge stream or by a further distillation stage, for. B. take place as a bottom product. One possible use for the discharge stream is the distillative work-up to high-purity MTBE. For this it is necessary to determine the methanol content in the sump ( 4 ) the column ( 2 ) to 50 ppm by mass, which is due to increased distillate decrease in the column ( 2 ) can be achieved.
Die Spaltung des Sumpfproduktes, das vorwiegend aus MTBE besteht, in Isobuten und Methanol kann an einem im Festbett angeordneten sauren Katalysator durchgeführt werden.The splitting of the bottom product, which consists mainly of MTBE, in isobutene and methanol an acid catalyst arranged in a fixed bed.
Eine Gruppe von sauren Katalysatoren, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind feste Ionenaustauscherharze mit Sulfonsäuregruppen.A group of acidic catalysts, those in the method according to the invention can be used are solid ion exchange resins with sulfonic acid groups.
Geeignete Ionenaustauscherharze sind beispielsweise solche, die durch Sulfonierung von Phenol/Aldehyd-Kondensaten oder von Cooligomeren von aromatischen Vinylverbindungen hergestellt werden. Beispiele für aromatische Vinylverbindungen zur Herstellung der Cooligomere sind: Styrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalin, Vinylethylbenzol, Methylstyrol, Vinylchlorbenzol, Vinyixylol und Divinylbenzol. Insbesondere werden die Cooligomeren, die durch Umsetzung von Styrol mit Divinylbenzol entstehen, als Vorstufe für die Herstellung von Ionenaustauscherharzen mit Sulfonsäuregruppen verwendet. Die Harze können gelförmig, makroporös oder schwammförmig hergestellt werden. Stark saure Harze des Styrol-Divinyl-Typs werden u. a. unter folgenden Handelsnamen verkauft: Duolite C20, Duolite C26, Amberlyst A15, Amberlyst A35, Amberlyst 36, Amberlite IR-120, Amberlite 200, Dowex 50, Lewatit K2431, Lewatit K2441, Lewatit K2621, Lewatit K2629, Lewatit K2641.Suitable ion exchange resins are for example those by sulfonation of phenol / aldehyde condensates or made from cooligomers of aromatic vinyl compounds become. examples for aromatic vinyl compounds for the production of the cooligomers are: Styrene, vinyl toluene, vinyl naphthalene, vinyl ethyl benzene, methyl styrene, Vinylchlorobenzene, vinylixylene and divinylbenzene. In particular the cooligomers obtained by reacting styrene with divinylbenzene arise as a preliminary stage for the production of ion exchange resins with sulfonic acid groups used. The resins can gel, macroporous or spongy getting produced. Strongly acidic resins of the styrene-divinyl type are u. a. sold under the following trade names: Duolite C20, Duolite C26, Amberlyst A15, Amberlyst A35, Amberlyst 36, Amberlite IR-120, Amberlite 200, Dowex 50, Lewatit K2431, Lewatit K2441, Lewatit K2621, Lewatit K2629, Lewatit K2641.
Die Eigenschaften dieser Harze, insbesondere spezifische Oberfläche, Porosität, Stabilität, Quellung bzw. Schrumpfung und Austauschkapazität, können durch den Herstellprozess variiert werden.The properties of these resins, in particular specific surface, Porosity, Stability, Swelling or shrinkage and exchange capacity can occur through the manufacturing process can be varied.
Optional können auch kommerzielle, makroporöse Kationenaustauscher, die durch partiellen Ionenaustausch oder durch thermische Desulfonierung modifiziert sind, eingesetzt werden.Optionally, commercial, macroporous cation exchangers, those by partial ion exchange or by thermal desulfonation are modified, are used.
Die MTBE-Spaltung wird in einem oder mehreren Reaktoren durchgeführt. Bei Verwendung von mehreren Reaktoren sind diese in Reihe oder parallel oder sowohl in Reihe als auch parallel miteinander verschaltet. Es können verschiedene Reaktortypen eingesetzt werden, wie beispielsweise Festbettreaktoren oder Rohrbündelreaktoren oder Kettlereaktoren.The MTBE cleavage is in one or carried out several reactors. If several reactors are used, they are in series or parallel or interconnected both in series and in parallel. It can different types of reactors are used, such as Fixed bed reactors or tube bundle reactors or chain reactors.
Der/die Reaktoren) wird/werden isotherm, polytrop oder adiabatisch, im geraden Durchgang oder mit externem Recycle betrieben.The reactor (s) is / are isothermal, polytropic or adiabatic, in a single pass or with operated external recycle.
Die Reaktionstemperatur in dem Spaltungsreaktor liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 60°C und 200 °C, vorzugsweise zwischen 80°C und 120 °C. Bei Verwendung mehrerer Reaktoren sind die Temperaturen unabhängig voneinander gleich oder verschieden.The reaction temperature in the cleavage reactor lies in the method according to the invention between 60 ° C and 200 ° C, preferably between 80 ° C and 120 ° C. When using multiple reactors, the temperatures are independent of each other the same or different.
Die Spaltung von MTBE kann in der Flüssigphase an sauren. Ionentauscherharzen wie beispielsweise in DE 3 509 292 bzw. DE 3 610 704 beschrieben oder an sauren Aluminiumoxiden wie beispielsweise in DD 240 739 offenbart, ausgeführt werden. Im letztgenannten Fall sind die Reaktionsbedingungen (167 °C und 1 bar bzw. 297 °C und 10 bar) so gewählt, dass die MTBE-Spaltung auch im Gas-/Flüssigbereich ablaufen kann. Bei den Spaltungsverfahren, die in der reinen Flüssigphase durchgeführt werden, ist allerdings zu beachten, dass aufgrund der thermodynamischen Gleichgewichtslage keine hohen MTBE-Umsätze im geraden Durchgang erreicht werden können. Wird in einer Spaltungsreaktion, die bevorzugt bei 100°C ablaufen sollte, reines MTBE eingesetzt, so ergibt sich aus thermodynamischer Sicht ein Gleichgewichtsumsatz von ca. 15 mol-%. Ein Problempunkt bei der Spaltung in der flüssigen Phase ist das in der homogenen Flüssigphase gelöste Isobuten, das Folgereaktionen eingehen kann. Wichtigste Folgereaktionen dieser Art sind die säurekatalysierte Dimerisierung und Oligomerisierung. Aus diesem Grunde findet man neben dem gewünschten Zielprodukt Isobuten auch unerwünschte C8- sowie C12-Komponenten. Bei den unerwünschten C8-Molekülen handelt es sich um 2,4,4-Trimethyl-l-penten sowie 2,4,4-Trimethyl-2-penten. Hohe Reaktionstemperaturen begünstigen ferner die unerwünschte Nebenreaktion von Methanol zum Dimethylether (DME}. Die Dimethyletherbildung führt nicht nur zu einem Methanolverlust, sondern erhöht auch den Aufwand für die Isobutenreinigung.The cleavage of MTBE can be acidic in the liquid phase. Ion exchange resins such as in DE 3 509 292 respectively. DE 3 610 704 described or on acidic aluminum oxides such as in DD 240 739 disclosed to be executed. In the latter case, the reaction conditions (167 ° C and 1 bar or 297 ° C and 10 bar) are selected so that the MTBE cleavage can also take place in the gas / liquid range. In the case of the cleavage processes which are carried out in the pure liquid phase, however, it should be noted that due to the thermodynamic equilibrium position, high MTBE conversions cannot be achieved in a single pass. If pure MTBE is used in a cleavage reaction, which should preferably take place at 100 ° C., an equilibrium conversion of approximately 15 mol% results from a thermodynamic point of view. A problem with the cleavage in the liquid phase is the isobutene dissolved in the homogeneous liquid phase, which can undergo subsequent reactions. The most important subsequent reactions of this type are acid-catalyzed dimerization and oligomerization. For this reason, in addition to the desired target product isobutene, undesirable C 8 and C 12 components are also found. The undesired C 8 molecules are 2,4,4-trimethyl-1-pentene and 2,4,4-trimethyl-2-pentene. High reaction temperatures also favor the undesirable side reaction of methanol to dimethyl ether (DME}. The formation of dimethyl ether not only leads to a loss of methanol, but also increases the effort for isobutene cleaning.
Die MTBE-Spaltungsreaktion kann auch in einer Reaktionsdestillationskolonne durchgeführt werden, so offenbart in EP 0 302 336 oder DE 4 322 712 . In EP 0 302 336 wird die Abspaltung von Methanol aus MTBE an einem sauren Ionentauscherharz, das im Kolonnensumpf positioniert ist, beschrieben. Die Spaltung des Ethers findet hier im Kolonnensumpf statt, d. h. der Katalysator wird von einem Gemisch aus Ether, Olefin und Alkohol dauerhaft umspült. Zur Herstellung von Isobuten ist dies nachteilig, da zum einen bei relativ hohen Temperaturen unter den sauren Bedingungen leicht höhere Oligomere des Isobutens gebildet werden. Zum anderen werden die sauren Zentren des Katalysators durch Methanol belegt, was zu einer unerwünschten Bildung von Dimethylether führt. In DE 4 322 712 beschreitet man daher einen anderen Weg. Der tertiäre Ether wird dort oberhalb der Reaktionszone einer Reaktionsdestillationskolonne zugeführt, wobei der Verstärkerteil der Kolonne zur Isobutenreinigung dient, während im Abtriebsteil der Kolonne Methanol vom MTBE-Methanol-Azeotrop abgetrennt wird. Das Azeotrop gelangt zurück in die Reaktionszone. Als sauren Katalysator verwendet man ein sulfatiertes Titandioxid-Extrudat. Aus DE 100 20 943 ist ein alternatives Verfahren bekannt, bei dem der zu spaltende Ether (wie MTBE) unterhalb der Reaktionszone in eine Reaktivdestillationskolonne eingebracht wird. Die eigentliche Spaltung findet an einem Azeotrop des Ethers mit dem entsprechenden Alkohol statt.The MTBE cleavage reaction can also be carried out in a reaction distillation column, as disclosed in EP 0 302 336 or DE 4 322 712 , In EP 0 302 336 describes the cleavage of methanol from MTBE on an acidic ion exchange resin, which is positioned in the column bottom. The cleavage of the ether takes place here in the bottom of the column, ie the catalyst is permanently washed around by a mixture of ether, olefin and alcohol. This is disadvantageous for the production of isobutene, since on the one hand slightly higher oligomers of isobutene are formed at relatively high temperatures under the acidic conditions. On the other hand, the acidic centers of the catalyst are occupied by methanol, which leads to an undesirable formation of dimethyl ether. In DE 4 322 712 you therefore take a different path. The tertiary ether is fed there above the reaction zone of a reaction distillation column, the rectifying section of the column being used for isobutene purification, while methanol is separated from the MTBE-methanol azeotrope in the stripping section of the column. The azeotrope returns to the reaction zone. A sulfated titanium dioxide extrudate is used as the acid catalyst. Out DE 100 20 943 an alternative method is known in which the ether to be cleaved (such as MTBE) is introduced into a reactive distillation column below the reaction zone. The actual cleavage takes place at an azeotrope of the ether with the corresponding alcohol.
Sind im erfindungsgemäßen Verfahren der Spaltreaktor (7) und die Kolonne (9) als Reaktivdestillation ausgeführt, kommen bevorzugt strukturierte katalytische Mehrzweckpackungen zum Einsatz, wie sie beispielsweise in US 5 348 710 , EP 0 950 433 , EP 0428 265 , EP 433 222 beschrieben sind. Derartige strukturierte Packungen im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beispielsweise im Handel erhältlich als Katapak® der Sulzer AG, Katamax® der Firma Koch-Glitsch oder Multipak® der Montz GmbH. Üblicherweise werden sie aus Blechen, bevorzugt aus Schwarzstahl, Edelstahl, Hastelloy, Kupfer oder Aluminium oder strukturierten Gewebebahnen hergestellt.Are the cleavage reactor ( 7 ) and the column ( 9 ) designed as a reactive distillation, structured catalytic multipurpose packs such as those described in US 5,348,710 . EP 0 950 433 . EP 0428 265 . EP 433 222 are described. Such structured packing for the purposes of the novel process are for example commercially available as Katapak ® Sulzer AG, Katamax® ® from Koch-Glitsch or Multipak ® from Montz GmbH. They are usually made from sheet metal, preferably black steel, stainless steel, Hastelloy, copper or aluminum, or structured fabric webs.
Das Spaltungsgemisch, bestehend aus nicht umgesetztem MTBE, Methanol, Isobuten, Leichtsiedern und Hochsiedern, wird in einer Kolonne ((9) in 1) in ein Isobuten-haltiges Kopfprodukt und ein Sumpfprodukt, das den nicht umgesetzten MTBE und den größten Teil des Spaltmethanols enthält, getrennt.The cleavage mixture, consisting of unreacted MTBE, methanol, isobutene, low boilers and high boilers, is in a column (( 9 ) in 1 ) into an isobutene-containing top product and a bottom product which contains the unreacted MTBE and most of the fission methanol.
Es ist in einer weiteren Verfahrensvariante auch möglich, das Sumpfprodukt aus der Kolonne (9) (1) in einer zusätzlichen (in 1 nicht gezeigten) Kolonne in ein MTBE-reiches Sumpfprodukt und ein Kopfprodukt, das hauptsächlich aus einem MTBE/Methanol-Azeotrop besteht, aufzutrennen. Ein Teil dieses Sumpfproduktes kann zur Abtrennung von Hochsiedern ausgeschleust werden. Der andere Teil wird in die Spaltstufe zurückgeführt.In a further process variant, it is also possible to remove the bottom product from the column ( 9 ) ( 1 ) in an additional (in 1 column (not shown) into an MTBE-rich bottom product and a top product which mainly consists of an MTBE / methanol azeotrope. Part of this bottom product can be removed to separate high boilers. The other part is returned to the splitting stage.
Optional kann das Sumpfprodukt aus Kolonne (9) bzw. der Reaktivdestillationskolonne in die Synthesestufe einer MTBE-Anlage gefahren werden.Optionally, the bottom product from column ( 9 ) or the reactive distillation column in the synthesis stage of an MTBE plant.
Das aus dem Reaktionsgemisch destillativ abgetrennte Isobuten enthält Methanol, Wasser und Dimethylether. Optional wird Methanol daraus nach an sich bekannten Verfahren durch Extraktion mit Wasser entfernt.That from the reaction mixture by distillation contains separated isobutene Methanol, water and dimethyl ether. It becomes methanol optionally removed by extraction with water by methods known per se.
Der Isobuten-haltige Strom kann in einer Reinigungskolonne in ein Sumpfprodukt, enthaltend hoch reines Isobuten und ein Kopfprodukt, enthaltend Isobuten, leichtflüchtige Nebenprodukte sowie ggf. Wasser fraktioniert werden. Dieser Reinigungskolonne kann ebenfalls eine Wasserwäsche zur Entfernung von Methanol vorgeschaltet werden.The isobutene-containing stream can be in a cleaning column in a bottom product containing highly pure Isobutene and a top product containing isobutene, volatile by-products as well as water, if necessary. This cleaning column can also do a water wash upstream to remove methanol.
Es ist zusätzlich möglich, das im abgetrennten Isobuten-haltigen Strom enthaltende Wasser (insbesondere nach einer Waschstufe) mit einem Dekanter abzutrennen. Im Dekanter wird ein Zulaufstrom, bestehend aus Isobuten, DME und Wasser in eine schwere, wässrige Phase und eine leichte, organische Phase aus Isobuten und DME aufgetrennt.It is also possible to separate the water contained in the separated isobutene-containing stream (especially after a washing step) with a decanter. In the decanter there is an inlet flow, the best separated from isobutene, DME and water into a heavy, aqueous phase and a light, organic phase from isobutene and DME.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird dafür bevorzugt eine Kolonne mit einem Dekanter zur Abtrennung von Wasser, der sich im Seitenstrom der Kolonne befindet, verwendet. Die Anordnung des Dekanters im Seitenstrom minimiert die Isobutenverluste. Es ist auch möglich, den Dekanter im Kopf der Kolonne anzuordnen.In the process according to the invention, preference is given to this a column with a decanter for the separation of water located in the side stream of the column used. The arrangement of the Decanters in the side stream minimize isobutene losses. It is also possible, to place the decanter in the top of the column.
2 stellt eine solche Verfahrensweise schematisch dar. Der z. B. gemäß 1 erhaltene Isobuten-haltige Strom (10) wird mit Wasser (16) im Extraktor (15) gewaschen. Dieser Dimethylether und Wasser enthaltende Isobutenstrom (17) wird in die Kolonne (18) eingespeist, wobei als Kopfprodukt (19) Dimethylether und als Sumpfprodukt (20) hochreines Isobuten abgezogen wird. Unterhalb der Edukteinleitungsstelle wird ein Seitenstrom (21) flüssig entnommen, der im Dekanter (22) in eine wässrige Phase {23) und in eine an Wasser verarmte organische Phase (24) getrennt wird. Wasser (23) wird abgezogen und die organische Phase (24) in die Kolonne zurückgeführt. 2 represents such a procedure schematically. B. according 1 obtained isobutene-containing stream ( 10 ) with water ( 16 ) in the extractor ( 15 ) washed. This isobutene stream containing dimethyl ether and water ( 17 ) is placed in the column ( 18 ) fed in, with the top product ( 19 ) Dimethyl ether and as a bottom product ( 20 ) high-purity isobutene is withdrawn. A sidestream ( 21 ) taken liquid, which in the decanter ( 22 ) in an aqueous phase { 23 ) and into an organic phase depleted in water ( 24 ) is separated. Water ( 23 ) is subtracted and the organic phase ( 24 ) returned to the column.
Die Rein-Isobuten-Kolonne (18) hat bevorzugt eine Trennstufenzahl von 25 bis 50, insbesondere von 30-40. Das zu reinigende Isobuten wird in die 15, bis 30. Trennstufe, insbesondere in die 18. bis 24. Trennstufe, jeweils von unten gezählt, eingespeist. Zwei bis fünf Trennstufen unter der Einspeisestelle wird das gesamte Kondensat dieser Trennstufe abgezogen und in den Dekanter geleitet. Nach mechanischer Abtrennung des Wassers wird die organische Phase ein bis zwei Trennstufen tiefer in die Kolonne zurückgeleitet.The pure isobutene column ( 18 ) preferably has a number of separation stages of 25 to 50, in particular 30-40. The isobutene to be purified is fed into the 15th to 30th separation stage, in particular into the 18th to 24th separation stage, each counted from below. The entire condensate of this separation stage is drawn off two to five separation stages below the feed point and fed into the decanter. After the water has been mechanically separated off, the organic phase is returned one to two separation stages further into the column.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Wasserabtrennung ist der Dekanter (22) als Dekantierboden innerhalb der Kolonne, z. B. im Kopf angeordnet. Hier fällt nur die wässrige Phase als Seitenabzug an.In a special embodiment of the water separation, the decanter ( 22 ) as a decanting tray within the column, e.g. B. arranged in the head. Here only the aqueous phase is obtained as a side draw.
Die Destillation kann bei Drücken von 8 bis 20 bar, insbesondere bei Drücken von 8 bis 12 bar durchgeführt werden. Die Destillationstemperaturen sind druckabhängig. Beispielsweise beträgt die Kopftemperatur bei 9 bar circa 40 °C.The distillation can be carried out by pressing 8 to 20 bar, especially at pressures of 8 to 12 bar. The distillation temperatures are pressure dependent. For example, the head temperature is at 9 bar approx. 40 ° C.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Isobuten hat eine Reinheit von 99,90 bis 99, 98 Massen-%, insbesondere von 99,94 bis 99,98 Massen-%, ganz besonders von 99,96 bis 99,98 Massen-%.That according to the inventive method obtained isobutene has a purity of 99.90 to 99.98% by mass, in particular from 99.94 to 99.98% by mass, very particularly from 99.96 up to 99.98 mass%.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können für die Destillation (Kolonne (2), (9) in 1; Kolonne (18) in 2) Einbauten verwendet werden, die aus Böden, Füllkörpern oder Packungen bestehen. Bei den Kolonnenböden kommen folgende Typen zum Einsatz: Böden mit Bohrungen oder Schlitzen in der Bodenplatte, Böden mit Hälsen oder Kaminen, die von Glocken, Kappen oder Hauben überdeckt sind, Böden mit Bohrungen in der Bodenplatte, die von beweglichen Ventilen überdeckt sind. Es können auch regellose Schüttungen mit verschiedenen Füllkörpern eingesetzt werden. Sie können aus fast allen Werkstoffen – Stahl, Edelstahl, Kupfer, Kohlenstoff, Steingut, Porzellan, Glas, Kunststoffen usw. – und in verschiedenen Formen – Kugeln, Ringen mit glatten oder profilierten Oberflächen, Ringen mit Innenstegen oder Wanddurchbrüchen, Drahtnetzringen, Sattelkörper und Spiralen – bestehen. Packungen mit regelmäßiger Geometrie können z.B. aus Blechen oder Geweben bestehen. Beispiele solcher Packungen sind Sulzer Gewebepackungen BX aus Metall oder Kunststoff, Sulzer Lamellenpackungen Mellapack aus Metallblech, Strukturpackungen von Sulzer (Optiflow), Montz (BSH) und Kühni (Rombopack).In the process according to the invention, the distillation (column ( 2 ), ( 9 ) in 1 ; Column ( 18 ) in 2 ) Internals are used, which consist of floors, packing or packing. The following types are used for the column trays: trays with holes or slots in the base plate, trays with necks or chimneys that are covered by bells, caps or hoods, trays with holes in the base plate that are covered by movable valves. Random fillings with different packing elements can also be used. They can be made from almost all materials - steel, stainless steel, copper, carbon, earthenware, porcelain, glass, plastics, etc. - and in various forms - spheres, rings with smooth or profiled surfaces, rings with inner bars or wall openings, wire mesh rings, saddle bodies and spirals - consist. Packs with regular geometry can consist, for example, of sheets or fabrics. Examples of such packs are Sulzer woven packs BX made of metal or plastic, Sulzer lamellar packs Mellapack made of sheet metal, structured packings from Sulzer (Optiflow), Montz (BSH) and Kühni (Rombopack).
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne die Anwendungsbreite einzuschränken, die sich aus der Beschreibung und den Patentansprüchen ergibt.The following examples are intended to Explain invention, without restricting the scope of application resulting from the description and the claims results.
Beispiel 1: MTBE-Spaltung mit Abtrennung von Isobuten und MethanolExample 1: MTBE cleavage with separation of isobutene and methanol
Die Spaltung von MTBE, sowie die Abtrennung des produzierten Isobutens und des Methanols vom nicht umgesetzten MTBE wurden in einer Anlage gemäß 1 jedoch ohne die MTBE-Synthesestufe (13) durchgeführt. Für die Abtrennung des MTBE-Methanol-Azeotropes und der C4_ und C5-Kohlenwasserstoff Anteile wurde eine Kolonne (2) verwendet, die mit der Gewebepackung Sulzer BX gefüllt war und 30 theoretische Trennstufen besaß. Dabei hatte der Verstärkungsteil einen Innendurchmesser von 50 mm und 15 Trennstufen sowie der Abtriebsteil einen Innendurchmesser von 80 mm und ebenfalls 15 Trennstufen. Die Abtrennung des Isobutens wurde in einer Kolonne (9) mit einem Innendurchmesser von 50 mm durchgeführt, die ebenfalls mit der Gewebepackung Sulzer BX ausgestattet war und 35 theoretische Trennstufen besaß. Für die MTBE-Spaltung wurde ein Rohrreaktor (7) mit einem Innendurchmesser von 21 nun und einer Länge von 160 mm verwendet. Als Katalysator wurde ein handelsübliches Ionenaustauscherharz der Firma Bayer, Lewatit K2621, eingesetzt. Der Rohrreaktor wurde in einem thermostatisierten Ölbad bei 100° C betrieben.The cleavage of MTBE, as well as the separation of the produced isobutene and the methanol from the unreacted MTBE were carried out in a plant according to 1 but without the MTBE synthesis step ( 13 ) carried out. For the separation of the MTBE-methanol azeotrope and the C 4 _ and C 5 hydrocarbon portions, a column ( 2 ) used, which was filled with the Sulzer BX tissue pack and had 30 theoretical plates. The reinforcement part had an inner diameter of 50 mm and 15 separation stages and the stripping section had an inner diameter of 80 mm and also 15 separation stages. The isobutene was separated off in a column ( 9 ) with an inner diameter of 50 mm, which was also equipped with the Sulzer BX fabric packing and had 35 theoretical plates. A tubular reactor ( 7 ) with an inner diameter of 21 mm and a length of 160 mm. A commercially available ion exchange resin from Bayer, Lewatit K2621, was used as the catalyst. The tubular reactor was operated in a thermostated oil bath at 100 ° C.
Die Betriebsparameter der beiden Kolonnen und des Reaktors waren wie folgt:
Die Mengen und die Zusammensetzungen der einzelnen Ströme sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt. Als Einsatzstoff wurde technisches MTBE (Driveron®) verwendet.The quantities and the compositions of the individual streams are summarized in the following tables. As input material became technical MTBE (Driveron®) used.
Beispiel 2: Abtrennung von DME und Wasser aus dem Isobuten mit Dekanter am Kopf der Kolonneexample 2 : Separation of DME and water from the isobutene with a decanter at the top of the column
Die Aufreinigung des Isobutens durch Abtrennung von Dimethylether und Wasser wurde gemäß 3 in einer Kolonne mit 50 mm Durchmesser durchgeführt. Die Kolonne war mit einer Sulzer-BX-Gewebepackung ausgestattet und besaß 35 theoretische Trennstufen. Der Dekanter (22), aus dem eine wässrige Phase (23) abgezogen wird, war dabei am Kopf der Kolonne (18) angeordnet. Der Zulauf der Anlage entstammt einer MTBE-Spaltung (wie z.B. gemäß 1) mit nachgeschalteter Methanolabtrennung durch Extraktion mit Wasser. Betriebsparameter der Kolonne: 3 carried out in a column with a diameter of 50 mm. The column was equipped with a Sulzer-BX fabric packing and had 35 theoretical plates. The decanter ( 22 ), from which an aqueous phase ( 23 ) was withdrawn, was at the top of the column ( 18 ) arranged. The inflow of the plant originates from an MTBE split (such as according to 1 ) with downstream methanol separation by extraction with water. Operating parameters of the column:
Dieser Versuch, bei dem die Betriebsparameter hinsichtlich Isobuten-Reinheit und -Ausbeute optimiert worden waren, zeigte, dass die maximale Dimethylether-Konzentration im Destillat auf etwa 30 Gew. % begrenzt ist. Hierdurch gehen etwa 2.5 % des Isobutens über den Destillatstrom verloren. Eine Verringerung dieser Verlustmenge ist mit dieser Dekanteranordnung nicht möglich.This attempt, in which the operating parameters had been optimized with regard to isobutene purity and yield, showed that the maximum dimethyl ether concentration in the distillate is limited to about 30% by weight. As a result, about 2.5% of the Isobutene over lost the distillate stream. A reduction in this loss is not possible with this decanter arrangement.
Beispiel 3: Abtrennung von DME und Wasser aus dem Isobuten mit seitlich angeordneten DekanterExample 3: Separation from DME and water from the isobutene with decanters on the side
Bei diesen Versuchen wurde gemäß 2 mit der gleichen Kolonne wie in Beispiel 2 gearbeitet, wobei jedoch der Dekanter unterhalb der Zulaufstufe angeordnet war. Betriebsparameter der Kolonne: 2 worked with the same column as in Example 2, but the decanter was arranged below the feed stage. Operating parameters of the column:
Aus Beispiel 3 ist ersichtlich, dass durch die besondere Anordnung des Dekanters im Destillat Dimethylether-Konzentrationen größer 95 Gew.% erreichbar sind und somit praktisch keine Isobutenverluste auftreten. Damit ergibt sich im Vergleich zu Beispiel 2 eine bessere Wirtschaftlichkeit.From example 3 it can be seen that due to the special arrangement of the decanter in the distillate, dimethyl ether concentrations greater than 95% by weight are achievable and practically no isobutene losses occur. This results in better economy compared to example 2.