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【発明の名称】 イソブテンを製造する方法および平衡反応を等温的に実施する反応器
【発明者】 【氏名】アンドレアス ベックマン

【氏名】ヴィルフリート ビュシュケン

【氏名】ゲルダ グルント

【氏名】ディーター ロイシュ

【要約】 【課題】選択率、収率、エネルギー消費および投入費用を改善したイソブテンの製造方法を提供する。

【解決手段】少なくとも1個の反応器内で80〜150℃の温度および5〜25バールの圧力で固定床として配置された強酸性イオン交換樹脂上でtert−ブタノールをイソブテンと水に解離し、引き続き反応混合物をイソブテン、副生成物、水および解離していないtert−ブタノールと水の少なくとも1種の混合物に分離することによりイソブテンを製造する方法において、反応器を疑等温的に運転し、流入流と流出流の温度差が15K未満であることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも1個の反応器内で80〜150℃の温度および5〜25バールの圧力で固定床として配置された強酸性イオン交換樹脂上でtert−ブタノールをイソブテンと水に解離し、引き続き反応混合物をイソブテン、副生成物、水および解離していないtert−ブタノールと水の少なくとも1種の混合物に分離することによりイソブテンを製造する方法において、反応器を疑等温的に運転し、流入流と流出流の温度差が15K未満であることを特徴とするイソブテンを製造する方法。
【請求項2】
反応器への供給物が新鮮な供給流および少なくとも1個の循環流からなり、前記循環流が解離していないtert−ブタノール、水および場合により副生成物の混合物からなり、新鮮な供給流と循環流の合計との質量比が1:10より小さい請求項1記載の方法。
【請求項3】
連続にまたは平行に接続された複数の反応器を使用し、すべての反応器を等温的に運転する請求項1または2記載の方法。
【請求項4】
第1反応帯域で解離反応の平衡まで解離を実施し、引き続く分離帯域でイソブテンを気体の形で分離し、引き続く反応帯域で解離反応の平衡まで解離を継続し、更に分離帯域および反応帯域が存在する場合は、これらの方法工程を適当な回数だけ繰り返すように方法を実施する請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
【請求項5】
少なくとも1個の反応器を使用し、前記反応器は少なくとも2個の反応帯域を有し、それぞれの反応帯域は固定床として配置された強酸性イオン交換樹脂を有し、それぞれ2つの反応帯域の間に1つの分離帯域が存在し、分離帯域内で解離の生成物の少なくとも一部が(部分的に)気相に変換することにより反応混合物から分離し、反応器から排出する請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
【請求項6】
反応混合物が液相で存在するように反応器の反応帯域内の圧力および温度を選択し、イソブテン部分が気相で存在するように分離帯域内の圧力および温度を選択する請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
【請求項7】
少なくとも2個の反応器内で方法を実施し、第1反応器からの液体の反応器排出物が1つの帯域に移行し、前記帯域内で反応器排出物の一部が圧力および/または温度の変化により気相に変換し、液相から分離し、液相が第2反応器に移行する請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
【請求項8】
反応圧力より低く圧力を低下することにより二段階または多段階の反応器装置で介在する蒸発を実施する請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
【請求項9】
二段階または多段階の反応器装置での蒸発において蒸発に供給される液体流と蒸発によって返送される液体流の間で熱交換を行う請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
【請求項10】
反応器排出物をイソブテン、副生成物、水およびTBA/水混合物に分離し、前記混合物が10質量%未満の含水量を有し、反応器に再循環する請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
【請求項11】
第1カラムの塔頂部上でイソブテン/水共沸混合物として反応器排出物からイソブテンの大部分を分離する請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
【請求項12】
相分離により第1カラムからの塔頂生成物から水の部分を分離し、引き続き第2カラム(16)で共沸蒸留により実質的に水不含のイソブテンを単離する請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
【請求項13】
反応器からの排出物中に副生成物として存在するC−炭化水素および長鎖炭化水素を第1カラム(4)からのイソブテン不含の塔底生成物から第3カラム(6)内の塔頂生成物として分離する請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。
【請求項14】
反応器からの排出物中に副生成物として存在するC−炭化水素および任意の長鎖炭化水素を第4カラム(23)内の塔底生成物として分離し、前記カラム内で第1カラム(4)から取り出された蒸気状または液体状の側流を蒸留する請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。
【請求項15】
第1カラム(4)または第3カラム(6)からの塔底生成物を第5カラム(9)内で塔頂生成物としてイソブテンを含有してもよい水とTBAの混合物および塔底生成物として有機不純物を含有してもよい水に分離し、tert−ブタノール/水混合物をtert−ブタノールの解離のために少なくとも部分的に反応器に再循環する請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。
【請求項16】
2−ブタノールを塔底生成物として分離された水から蒸留により分離するかまたは第5カラム(9)内で側流として分離する請求項1から15までのいずれか1項記載の方法。
【請求項17】
主にイソブテン/水共沸混合物からなるイソブテン濃縮部(4a)からの留出物(12)を凝縮し、沈殿容器または分離容器に移送し、または熱交換要素を有する沈殿容器または分離容器内で選択的に直接凝縮し、液/液分離後に有機液体の部分をカラム(16)の塔頂部にまたはカラムの上方部分に供給し、塔底部で実質的に水不含のイソブテン(18)およびこのカラムの塔頂部でイソブテン/水共沸混合物を取得し、イソブテン/水共沸混合物を液/液分離容器に返送する請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
【請求項18】
第1カラムで反応器排出物を種々の部分に分離する前に反応器からの排出物に存在する水の部分を膜の使用によりパーバポレーションおよび/または蒸気透過により反応器から分離する請求項1から17までのいずれか1項記載の方法。
【請求項19】
存在する水の部分を反応器に導入する前に反応器供給物から、すなわち流れ(1)、流れ(10)および/または生じる混合流から膜の使用によりパーバポレーションおよび/または蒸気透過により分離する請求項1から18までのいずれか1項記載の方法。
【請求項20】
第1カラムで反応器からの排出物を種々の部分に分離する前に反応器からの排出物に存在する水の部分を分離容器または沈殿容器内で分離することにより分離する請求項1から19までのいずれか1項記載の方法。
【請求項21】
反応水のすべてを、イソブテンおよびC−炭化水素を共沸蒸留により分離するために必要である部分まで分離する請求項20記載の方法。
【請求項22】
イソブテンが99質量%の純度で得られ、最大含水量が250ppm未満である請求項1から21までのいずれか1項記載の方法。
【請求項23】
請求項1から22までのいずれか1項記載の方法により製造されるイソブテン含有混合物。
【請求項24】
イソブテンが99質量%より高い濃度で存在し、250ppm未満の含水量を有する請求項23記載のイソブテン含有混合物。
【請求項25】
すべての出発物質および少なくとも1個の反応生成物が大部分液体の形で存在する温度および圧力条件下で少なくとも1個の反応生成物が部分的に気体の形で存在する、特に請求項1から22までのいずれか1項記載の方法を実施するための、平衡反応を液相で固定床触媒上で等温的に実施する反応器装置において、反応器装置が少なくとも2個の物理的に分離した反応帯域を有し、反応帯域はそれぞれ固定床に配置された1つの触媒および等温的運転を維持するための装置を有し、それぞれ2つの反応帯域の間に1つの分離帯域が存在し、分離帯域は平衡反応の少なくとも1個の生成物の少なくとも一部を圧力または温度を変動することにより気相に変換し、反応混合物から分離し、反応器から排出し、残りの反応混合物を引き続く反応帯域に移送する手段を有し、引き続く反応帯域の温度または圧力を必要により存在することができる先行する反応帯域の値に正確に調節できる他の手段を有することを特徴とする平衡反応を液相で固定床触媒上で等温的に実施する反応器装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は酸性イオン交換樹脂上でtert−ブタノール(TBA)の解離によりイソブテンを製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
イソブテンはブチルゴム、ポリイソブチレン、イソブテンオリゴマー、分枝状C−アルデヒドおよびC−カルボン酸を製造するための出発物質である。イソブテンはアルキル化剤およびペルオキシドを製造するための中間生成物としても使用される。
【0003】
工業的な流れではイソブテンは飽和および不飽和C−炭化水素と一緒に生じる。イソブテンと1−ブテンの小さい沸点の差およびきわめて低い分離係数によりイソブテンはこれらの混合物から蒸留により経済的に分離することができない。この理由からイソブテンを残りの炭化水素混合物から容易に分離できる誘導体に変換し、引き続き単離した誘導体を再解離し、イソブテンと誘導体形成剤を形成することにより工業的炭化水素混合物から単離する。
【0004】
イソブテンは一般にC留分、例えば蒸気分解装置からのC留分から次のように分離する。多くの不飽和炭化水素の大部分、主にブタジエンを抽出(または抽出蒸留)または線状ブテンに選択的に水素添加することにより除去した後に、残りの混合物(ラフィネートIまたは水素化されたクラッキングC)をアルコールまたは水と反応させる。メタノールを使用する場合は、イソブテンからメチルtert−ブチルエーテル(MTBE)が形成され、水を使用する場合は、tert−ブタノール(TBA)が形成される。これらを分離した後に2つの生成物を解離して形成の逆の形でイソブテンを形成することができる。
【0005】
TBAの解離はMTBEの解離より容易に行うことができ、少ない量の副生成物を生じる。TBAの酸性触媒作用した解離が高い純度のイソブテンを生じることは知られている。この解離は液相または気相で行うことができる。
【0006】
気相でのTBAの脱水は、例えば酸性アルミノ珪酸塩触媒上で(特許文献1参照)、または酸化アルミニウム上で(特許文献2参照)、またはゼオライト上で(特許文献3参照)実施する。これらの方法の欠点は前記方法に内在する高い温度および高いイソブテン濃度により形成されるイソブテンの二量化またはオリゴマー化により副生成物が形成されることである。不活性ガスの添加により蒸気状出発物質中のイソブテン濃度を低下することによりこれらの二次反応を最小にする努力が行われた。これは付加的な方法工程を生じる。
【0007】
液相でTBAを脱水する多くの方法が知られている。下方部分にパッキング部品が充填され、上方部分に酸性イオン交換樹脂が充填されているカラム内でTBAの脱水を行うことが公知である(特許文献4参照)。水性TBA溶液を連続的にカラムにイオン交換樹脂の下に供給する。塔頂生成物としてイソブテン流が得られ、他のカラムで精留し、99.95%の純度を有するイソブテンが得られる。TBA変換率は99%である。イソブテン収率は記載されていない。
【0008】
酸性イオン交換樹脂がTBAと水の溶液に懸濁している撹拌容器内で5〜7バールの圧力範囲および110〜120℃の温度範囲でTBAの解離を行うことが公知である(特許文献5参照)。水とTBAの混合物は気体の形でこの反応器の液相に導入する。反応器の塔頂でイソブテン、TBAおよび水からなる気体の混合物が得られる。底部排出位置で水、TBAおよび副生成物からなる液体の混合物がレベルを調節して取り出される。塔頂生成物は蒸留によりイソブテンおよび水とTBAの混合物に分離され、混合物を反応器に返送する。反応器から液体の形で取り出される相は少なくとも2個のカラムで水、イソブテンのオリゴマーおよびTBAのような副生成物に分離され、副生成物を反応器に再循環する。複雑な装置のほかに触媒が機械的負荷により損傷し、これが短い作業寿命を生じることが他の欠点である。
【0009】
TBAからイソブテンと水への再解離を均一な液相で80℃〜150℃の温度および5〜25バールの圧力で固定床に存在する強酸性イオン交換樹脂上で行い、均一な液状反応生成物混合物を1個以上のカラムでイソブテン、副生成物、水および水とTBAの混合物に分離し、混合物を反応器に再循環することが公知である(特許文献6参照)。この方法では反応器に再循環される全部のTBAに存在する水の量はtert−ブタノール/水共沸混合物に相当する水の量より多い。多くの量の水の再循環の結果としてこの方法の空−時収量は特に高くなく、物質の分離のために高いエネルギー投入が必要である。更に多くの量の循環する材料が装置または相当する大きい寸法の装置に関するきわめて大きい経費を必要とする。
【特許文献1】欧州特許第0255948号
【特許文献2】米国特許第3665048号
【特許文献3】WO93/21139号
【特許文献4】ドイツ特許第2953583号
【特許文献5】ドイツ特許第2913796号
【特許文献6】ドイツ特許第3151446号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
公知方法が選択率、空−時収量、エネルギー消費および/または投入費用に関して不十分であるので、本発明の課題は、これらの欠点を有しない方法を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
意想外にも、解離を行う反応器を等温的にまたは少なくとも擬等温的に運転することによりtert−ブタノールからイソブテンを形成するためのリサイクル比および装置の要求およびエネルギー消費を減少できることが判明した。
【0012】
従って本発明は、少なくとも1個の反応器内で、有利に80〜150℃の温度および5〜25バールの圧力で固定床として配置された強酸性イオン交換樹脂上でtert−ブタノールをイソブテンと水に解離し、引き続き反応混合物をイソブテン、副生成物、水および解離していないtert−ブタノールと水の少なくとも1種の混合物に分離することによりイソブテンを製造する方法に関し、反応器を疑等温的に運転し、すなわち流入流と流出流(供給流と生成物流)の温度差が15K未満、有利に10K未満、特に5K未満、特に有利に1K未満であることを特徴とする。反応器への供給流は新しい供給流および1個以上の循環流からなり、循環流は解離されていないtert−ブタノールおよび水の混合物からなり、新しい供給流と循環流の合計との質量比は1:10未満、有利に1:5未満、特に1:3未満である。
【0013】
本発明は同様に本発明の方法により製造されるイソブテンに関する。
【0014】
本発明は更に、すべての出発物質および少なくとも1個の反応生成物が大部分液体の形で存在する温度および圧力条件下で少なくとも1個の反応生成物が部分的に、有利に大部分気体の形で存在する、特に本発明の方法を実施するための、平衡反応を液相で固定床触媒上で等温的に実施する反応器装置に関し、反応器装置が少なくとも2個の物理的に分離した反応帯域を有し、反応帯域はそれぞれ固定床に配置された1つの触媒および等温的運転を維持するための装置を有し、それぞれ2つの反応帯域の間に1つの分離帯域が存在し、分離帯域は平衡反応の少なくとも1個の生成物の少なくとも一部を圧力または温度を変動することにより気相に変換し、反応混合物から分離し、反応器から排出し、残りの反応混合物を引き続く反応帯域に移送する手段を有し、引き続く反応帯域の温度または圧力を必要により存在することができる先行する反応帯域の値に正確に調節できる他の手段を有することを特徴とする。この反応器装置の反応器は特に吸熱反応を実施するために、例えば第3級エーテルを解離して相当するイソオレフィンおよびアルコールを形成するために利用することができる。
【0015】
本発明の方法は著しく少ない物質流、特に少ない量の循環される物質を使用して、同時に同じ高い選択率を維持してtert−ブタノールの解離を行うことを可能にする。このやり方で技術水準の一般的な方法に比べてエネルギー消費および装置の寸法を減少することができる。
【0016】
複数の反応器または反応帯域が連続に接続され、これらの反応帯域のそれぞれの間に分離帯域が存在し、分離帯域でイソブテンが蒸発し、気体の形で反応混合物から分離する特別な形の装置で前記方法を実施することにより簡単なやり方で平衡比をこえる解離を行うことが可能になり、それというのもイソブテン部分が分離帯域で平衡から取り出されるからである。
【0017】
本発明の方法の有利な変形によりTBA解離に使用される膜を使用する反応器排出物または他の水含有流れからの水の除去は処理される物質流を更に減少することを可能にする。このやり方で反応器を1回通過する際の変換率を更に高めることができる。
【0018】
本発明の方法を以下に記載するが、本発明の方法はこれらの実施態様に限定されない。
【0019】
本発明の方法において少なくとも1個の反応器内で、有利に80〜150℃の温度および5〜25バールの圧力で固定床として配置された強酸性イオン交換樹脂上でtert−ブタノールをイソブテンと水に解離し、引き続き反応混合物をイソブテン、副生成物、水および解離していないtert−ブタノールと水の少なくとも1種の混合物に分離することによりイソブテンを製造するために、反応器を疑等温的に運転し、流入流と流出流(供給流と生成物流)の温度差が15K未満、有利に10K未満、特に5K未満、特に有利に1K未満である。反応器への供給流は新しい供給流および1個以上の循環流からなり、循環流は解離されていないtert−ブタノールおよび水の混合物からなり、新しい供給流と循環流の合計の質量比は1:10未満、有利に1:5未満、特に1:3未満である。連続してまたは並列して接続される複数の反応器を使用することが有利であり、すべての反応器を等温的に運転することが有利である。イオン交換樹脂が固定床として存在する種々の形の反応器、例えば固定床反応器、管束形反応器、または他の形の反応器を使用することが可能である。使用される反応器は等温的運転を可能にする手段、すなわち熱を取り出しまたは導入する手段、例えば熱交換器を有しなければならない。反応器は擬等温的に実施し、すなわち流入流と流出流(供給物流と生成物流)の温度の差は、有利に1回の通過で15K未満、有利に10K未満であり、これらは上から下にまたはその反対に流れてもよい。
【0020】
解離反応器内の反応温度は本発明の方法においては有利に80℃〜150℃、より有利に100〜130℃の範囲内にある。
【0021】
複数の反応器を使用する場合は、温度は同じかまたは異なっていてよい。
【0022】
解離反応器内の反応圧力は5〜25バールであり、圧力は反応器または反応器の反応帯域で形成されるイソブテンが気相を形成せずに反応混合物にほぼ完全におよび実質的に均一に溶解して残るほど十分に高くなるように選択する。一般に解離反応器内の圧力は、生成物流から得られるイソブテンを分離するために、反応器または反応器カスケードの最後の反応器の下流に設置されたカラム供給位置のカラム圧力より大きいことが有利であり、それというのもイソブテンの除去を補助するために放圧蒸発を利用し、ポンプを省けるからである。
【0023】
前記方法は有利に固定床に触媒として微粒子の酸性イオン交換体が存在する1個以上の反応器内で実施する。
【0024】
触媒として使用される酸性イオン交換樹脂の有利な群はスルホン酸基を有する中実イオン交換樹脂からなる。適当なイオン交換樹脂の例はフェノール−アルデヒド縮合物または芳香族ビニル化合物のコオリゴマーのスルホン化により製造される樹脂である。コオリゴマーを製造するための芳香族ビニル化合物の例は、スチレン、ビニルトルエン、ビニルナフタレン、ビニルエチルベンゼン、メチルスチレン、ビニルクロロベンゼン、ビニルキシレン、およびジビニルベンゼンである。スルホン酸基を有するイオン交換樹脂を製造するための前駆物質としてスチレンとジビニルベンゼンの反応により形成されるコオリゴマーを使用することが特に有利である。前記樹脂はゲルとしてマクロポアーの形でまたはスポンジの形で製造できる。スチレン−ジビニルベンゼンタイプの強酸性樹脂は特に以下の登録商標名で市販されている。デュオライト(Duolite)C20、デュオライトC26,アンバーリスト(Amberlyst)15,アンバーリスト35、アンバーライト(Amberlite)IR−120、アンバーライト200、ダウエックス(Dowex)50、レワタイト(Lewatit)SPC118、レワタイトSPC108、レワタイトK2611、レワタイトK2631、OC1501、レワタイトK2671、レワタイトK2629、レワタイトK2431。
【0025】
これらの樹脂の特性、特に比表面積、多孔性、安定性、膨潤性または収縮およびイオン交換能力は製造方法により変動することができる。
【0026】
部分的イオン交換または熱的脱スルホン化により変性した商業的マクロポアーカチオン交換体を必要により使用することができる。
【0027】
本発明の方法においてイオン交換樹脂は有利にH形で使用する。イオン交換能力は有利に湿った商業的樹脂に対して2〜7eq/kg、特に3〜6eq/kgである。
【0028】
マクロポアー樹脂、例えばレワタイトSPC118、レワタイトSPC108、レワタイトK2631、アンバーリスト15またはアンバーリスト35を使用することが特に有利である。イオン交換樹脂は必要によりシリンダー、リングまたは球のような成形体として使用できる。
【0029】
工業的樹脂の粒度は一般に0.5〜2mmの範囲である。しかし選択される粒度分布はこれより狭くても広くてもよい。従って例えばきわめて均一な粒度を有するイオン交換樹脂(モノ分散性樹脂)も使用できる。
【0030】
異なる圧力を減少するために反応器内で大きい粒子を使用し、この粒子により反応混合物が高い線速度で流れ、最適な変換を達成するために、反応器内で小さい粒子を使用し、この粒子により反応混合物が低い線速度で流れることが有利である。
【0031】
複数の反応器を使用する場合に、これらは同じかまたは異なる粒度(または粒度分布)の樹脂または同じかまたは異なる成形体を備えることができる。
【0032】
前記方法の後処理部分で問題を生じることがある運転中に樹脂から酸基が排除されないために、およびきわめて長い時間にわたり高い触媒活性を維持するために、イオン交換樹脂を、例えば水またはTBAまたはTBA/水混合物ですすぐことにより前処理することができる。すすぎは有利に40〜120℃の温度で行う。
【0033】
反応器内の反応は一般に化学平衡および/または混和性のギャップにより制限されるので、しばしば大きい循環流を使用して装置内でTBAのほぼ完全な解離を達成することが必要である。反応器排出物の後処理中に循環材料の量をできるだけ少なく保つために、または減少するために、これらの欠点を回避する運転の形式を可能にする特別な形の反応器または反応器装置を使用することが有利である。従って前記方法は、第1反応帯域で(実質的に)解離反応の平衡まで解離を行い、引き続く分離帯域でイソブテンを気体の形で分離し、引き続く反応帯域で(実質的に)解離反応の平衡まで解離を継続し、他の分離帯域および反応帯域が存在する場合は、これらの反応工程を適当な数だけ繰り返して特に有利に実施する。この手段の結果として、解離反応が1回限りの平衡の確定まで行われるだけでなく、むしろ分離帯域の数に応じた回数だけ反応を繰り返すことができ、反応平衡の確定まで行われる。このやり方で反応混合物が反応器または反応器装置を1回通過して従来の反応器または反応器装置で達成されるより完全な解離が達成される。
【0034】
前記の運転形式は種々のやり方で達成できる。従って、例えば本発明の方法において、少なくとも2個の反応帯域を有する少なくとも1個の反応器を使用することが有利であり、それぞれの反応帯域が固定床として配置された強酸性イオン交換樹脂を有し、それぞれ2つの反応帯域の間に1つの分離帯域が存在し、分離帯域内で解離生成物の1つの少なくとも一部が(部分的に)気相に変換することにより反応混合物から分離し、反応器から排出される。それぞれの反応帯域に少なくとも反応帯域で等温的運転の達成を可能にする手段、例えば加熱可能な板または管が存在する。反応器の反応帯域の圧力および温度は有利に反応混合物が液相で存在するように選択する。分離帯域の圧力および温度は有利にイソブテンの少なくとも一部が気相で存在するように選択する。
【0035】
図3は具体的な反応器の構造を示す。反応器供給物(28)は反応器に下から供給し、第1反応帯域(29)に導入する。ここで触媒が加熱可能な管または他の加熱可能な介在する空間に配置される。生じる反応が化学平衡に達することにより制限される最大限度までイソブテンおよび水を形成する。反応器内で適当な運転圧力を選択した場合に、イソブテン部分が蒸発し、蒸気相(30)を形成し、蒸気相は生成物流(31)として図1または図2のカラム(4)に直接導入することができる。イソブテンの蒸発は任意の加熱マトリックス(32)により付加的に強化できる。液相(33)は他の熱交換部品(34)により許容される反応温度に戻すことができ、その後に第2反応帯域(35)に導入し、これは第1反応帯域(29)と同様に触媒が備えられ、加熱できる。ここで反応が化学平衡により制限される最大限度まで継続する。反応帯域(29)および(35)は反応器構造の結果として互いに物理的に分離している。反応器を離れる部分流(36)および(31)は全体で図1および図2の流れ(3)に相当する。流れ(31)は直接カラム(4)に供給されるが、流れ(36)は図1および図2に示されるようにまず分離ユニット(21)により水が減少し、引き続きカラム(4)に導入し、または直接カラムに供給できる。
この反応器の異なる構造が図4に示される。反応器供給物(28)が図3と同様のやり方で塔底からまたは選択的に塔頂からもう一度反応器に供給され、第1反応帯域(29)に導入される。触媒は加熱可能な管または加熱可能な他の介在する空間に配置される。生じる反応が到達する化学平衡により制限される最大限度でイソブテンと水を形成する。反応器の運転圧力は反応器で蒸発が生じないほど十分に高くなるように選択する。反応器排出物(37)を蒸発器を有する容器にまたは直接蒸発器に供給し、加熱部品または蒸発器(38)による熱の導入の結果として蒸気相(30)を形成し、蒸気相は生成物流(31)として直接後処理用のカラム、すなわち図1または2のカラム(4)に導入することができる。熱交換要素(39)により許容される反応温度に液相(33)を戻し、エネルギーを節約するために、流れ(37)を予熱し、第1反応帯域(29)と同様に触媒が装入されている第2反応帯域(35)に導入し、加熱することができる。反応は化学平衡により制限される最大限度まで継続する。反応帯域(29)および(35)は反応器構造の結果として互いに物理的に分離している。この構造の形式は技術的に簡単に達成される。選択的に反応混合物を反応器の2つの反応帯域に順流で下から上にまたは上から下に流動することができる。反応器を離れる側流(36)および(31)は全体として図1および2の流れ(3)に相当する。流れ(31)は直接カラム(4)に供給するが、流れ(36)は図1および2に示されるように、分離ユニット(21)により水が減少し、引き続きカラム(4)に導入し、または直接カラムに導入することができる。
【0036】
しかしこの運転形式は少なくとも2つの反応器で反応を実施し、第1反応器からの液体の反応器排出物を反応器排出物部分が圧力および/または温度の変動により気相に変換する帯域に移送し、液相から分離され、液相を第2反応器に導入することにより達成することができる。二段階または多段階の反応器装置でのこの介在する蒸発は、例えば圧力を反応圧力より低く低下することにより行うことができる。二段階または多段階の反応器装置での蒸発の場合に、蒸発に供給される液体流と蒸発から返送される液体流の熱交換を行うことが有利である。このやり方で熱損失が回避される。
【0037】
この方法は複雑な装置を必要とせず、反応器装置の装置費用を低く維持することができる。適当な装置は図5に示される。反応器供給物(28)が図4と同様のやり方で第1反応帯域(29)に供給される。この反応帯域は加熱可能な管または他の加熱可能な介在する空間に触媒が配置されている1個以上の反応器からなる。反応器を通過する流れは上から下にまたはその反対であってもよい。生じる反応が達成される化学平衡により制限される最大限度でイソブテンと水を形成する。反応器の運転圧力は反応器で蒸発が生じないほど十分に高く選択する。反応器排出物(37)を、蒸発器を有する容器にまたは直接蒸発器、有利になべ形蒸発器に供給し、加熱部品または蒸発器(38)による熱の導入の結果として蒸気相(30)が形成され、蒸気相は生成物流(31)として直接後処理用カラム、すなわち図1および2のカラム(4)に導入できる。蒸発器の運転圧力を低下することにより蒸発を促進することができる。このやり方で生成物は前記構造形式より強く過熱されない。液相(33)は熱交換要素(39)により許容される反応温度に戻すことができ、エネルギーを節約するために、流れ(37)を予熱し、第1反応帯域(29)と同様に単一反応器または複数の反応器として形成され、触媒が装入され、加熱することができる第2反応帯域(35)に導入する。反応は化学平衡により制限される最大限度まで継続する。反応器を離れる部分流(36)および(31)は全体として図1および2の流れ(3)に相当する。流れ(31)が直接カラム(4)に供給される場合は、図1および2に示されるように、流れ(36)はまず分離ユニット(21)により水が減少し、引き続きカラム(4)に導入するかまたは直接カラムに供給することができる。
【0038】
図3〜5の反応器で発生し、流れ(31)として後処理カラム、例えば図1または2のカラム(4)に導入する蒸気の質量割合は有利に供給流(28)の1〜80質量%、より有利に5〜75質量%である。
【0039】
本発明の方法はtert−ブタノール(TBA)をイソブテンと水に解離することを可能にする。本発明の方法ではイソブテンのオリゴマー、例えばジイソブテンで汚染された工業的グレードTBAまたは純粋なTBAを使用できる。蒸留により後処理でまたは直接TBA合成で得られるTBA/水混合物、例えばTBA/水共沸混合物を使用することが有利である。
【0040】
使用されるTBAはイソブテンまたはイソブテン含有炭化水素混合物、特にラフィネートIまたは選択的に水素化されたクラッキングCと水の反応により取得でき、または付加反応によりTBAが必ずしも製造されないが、例えばtert−ブチルヒドロペルオキシドの合成またはtert−ブチルヒドロペルオキシドを使用するエポキシ化で副生成物または同時生成物としてTBAが得られる他の工業的方法から生じる。
【0041】
本発明のTBAを解離する方法を以下に実施例により詳細に説明するが、本発明の方法はこれらの実施例に限定されない。他のイソオレフィンの付加生成物の解離に適当な方法工程を適合することは当業者に容易である。
【0042】
新しい出発物質およびTBA/水循環流からなる第1解離反応器への供給物のTBA含量は有利に40〜99質量%、より有利に55〜98質量%である。
【0043】
個々の場合に特に有利である空間速度は反応混合物の含水量および高い程度で反応温度および使用される触媒の活性に依存し、それぞれの触媒に個々に決定されなければならない。
【0044】
1時間当たり膨張後の触媒1リットル当たりの供給物のリットルで表される空間速度(LHSV)は一般に80〜100℃の反応温度で10〜100リットル/(l・h)、100〜130℃の反応温度で15〜300リットル/(l・h)および130〜150℃の反応温度で600リットル/(l・h)までである。しかし低い空間速度を選択することもできる。
【0045】
本発明のTBAの解離からの反応器排出物は有利にイソブテン、副生成物、水およびTBA/水混合物に分離し、混合物を反応器に再循環し、混合物は20質量%未満、有利に18質量%未満、より有利に10質量%未満、特に3〜9質量%の含水量を有する。
【0046】
反応器からの排出物は有利に第1カラムの塔頂で反応器排出物からイソブテン/水共沸混合物として大部分のイソブテンを分離することにより処理する。第1カラムの塔頂生成物から、例えば相分離により水部分を分離した後に、第2カラム(16)で共沸蒸留により実質的に水不含のイソブテンが得られる。このやり方で本発明の方法を使用して97質量%より大きい、有利に98質量%より大きい、特に有利に99質量%より大きい、特に有利に99.9質量%より大きい純度を有し、最大含水量が10000ppm未満、有利に1000ppm未満、特に250ppm未満、特に有利に50ppm未満であるイソブテンが得られる。前記の濃度でイソブテンと水を有するイソブテン含有混合物は同様に本発明の対象である。
【0047】
反応器からの排出物に副生成物として存在するC−炭化水素および長鎖炭化水素は第1カラム(4)からのイソブテン不含の塔底生成物から、例えば第3カラム(6)の塔頂生成物として分離することができる。しかし同様に反応器排出物に副生成物として存在するC−炭化水素および長鎖炭化水素を第4カラム(23)の塔底生成物として分離することも可能であり、第4カラム内で第1カラム(4)から蒸気または液体の形で取り出される側流を蒸留する。
【0048】
第1カラム(4)または第3カラム(6)からの塔底生成物を第5カラム(9)で水とTBAの混合物に分離することが有利であり、混合物は塔頂生成物としてイソブテンおよび塔底生成物として水を含有し、水が有機不純物を有してもよく、tert−ブタノール/水混合物はtert−ブタノールを解離する反応器に少なくとも部分的に再循環する。第1カラムまたは第3カラムからの塔底生成物に不純物として存在してもよい2−ブタノールは、例えば他のカラムで蒸留により塔底生成物としてまたは第5カラム(9)の側流として分離される水から分離することができる。
【0049】
主にイソブテン/水共沸混合物からなるイソブテン濃縮(4a)からの留出物(12)は種々の方法で処理できる。特に留出物を凝縮し、沈殿容器または分離容器に移すかまたは選択的に熱交換部品を有する沈殿容器または分離容器内で直接凝縮し、液/液分離することができる。液/液分離後、有機液体の部分を他のカラム(16)の塔頂にまたはカラムの下側部分に供給し、塔底で実質的に水不含のイソブテン(18)およびこのカラムの塔頂でイソブテン/水共沸混合物を得ることができる。このイソブテン/水共沸混合物は液/液分離容器に返送できる。
【0050】
多くの方法流を避けるために、第1カラムで種々の留分に分離する前の反応器排出物または分離後に得られる留分から反応器排出物または得られた留分に存在する水の部分を、例えば膜を使用するパーバポレーションおよび/または蒸気透過により除去することが有利である。共沸蒸留により分離されるイソブテンおよびC−炭化水素の分離に必要な部分を除く反応器排出物に存在するすべての水を分離することが有利である。第1カラムで種々の留分に分離する前の反応器排出物からの水部分の分離は分離容器または沈殿容器での相分離により達成することができる。同様に反応器に導入する前に反応器供給物から、すなわち流れ(1)、流れ(10)および/または得られた混合流から存在する水部分を、膜を使用するパーバポレーションおよび/または蒸気透過により分離することが有利である。
【0051】
水、TBA、イソブテンおよびC−炭化水素および場合により他の有機成分を含有する混合物を含有するこれらの流れまたは留分からの水の除去は水を透過するが、前記有機物質をほとんど透過しないかまたは透過しない膜上で行う。
【0052】
膜を用いる水の除去は逆浸透(残留物および透過物が液体である)、パーバポレーション(液体残留物、蒸気状透過物)または蒸気透過(残留物および透過物が蒸気状である)により行うことができる。同時のパーバポレーションおよび蒸気透過による分離も可能である。本発明による膜を使用する水の除去は、有利にパーバポレーション(液体残留物、蒸気状透過物)により行う。
【0053】
逆浸透、パーバポレーションまたは蒸気透過により水を分離するために、市販の親水性膜を使用することが可能である。この膜はポリマー膜または無機膜であってもよい。
【0054】
本発明の方法において、例えばポリマー膜、Sulzer Chemtech社、CM−Celfa、GKSSまたはSophisticated Systems(ポリイミド膜)を使用することが可能である。使用できるタイプは、例えばPervap 2200、Pervap2201、Pervap2202またはPervap2501 Sulzer社またはタイプ2S−DP−H018 Sophisticated Systems社である。記載できる無機膜は以下のものである。SMS(Sulzer Chemtech社)、シリカ(Pervatech社)、NaA(三井化学またはSmart Chemical社)。無機膜または無機支持材料とポリマー膜またはポリマーの被覆された分離層の組み合わせを使用することもできる。
【0055】
本発明により無機膜上の水の除去は有利に20〜200℃の温度でおよびポリマー膜上の水の除去は有利に20〜150℃の温度で行う。水の除去は特に有利に2つのタイプの膜上で60〜140℃の温度で行う。
【0056】
本発明の方法は有利に膜ユニットに供給される混合物(液相、気相または混合相)の圧力0.5〜30バール、有利に0.8〜20バールで行う。膜の透過物側の圧力は有利に0.001〜1バールである。
【0057】
ポリマー膜の場合に圧力の差は有利に0.01〜20バールであり、無機膜の場合に有利に0.01〜30バールである。圧力の差は特に有利に1〜5バールの範囲である。物質流(1時間当たり膜表面1m当たりの透過物のkg)は有利に0.1〜10kg/(mh)、特に有利に1〜8kg/(mh)である。透過物として分離された水は有利に有機成分、特にTBAを10質量%未満、有利に5質量%未満、特に3〜0.05質量%含有する。0.001質量%より低い小さい値も達成できるが、これは一般に必要でなく、経済的に実施できない。
【0058】
パーバポレーションによる水の除去は前記のように工程の種々の位置で使用できる。適当な流れは、例えば解離反応器を離れる反応混合物または共沸混合物カラム(カラム9)からの再循環されるTBA/水混合物である。解離反応器を離れる反応混合物は排水流のほかにきわめて高い含水量を有する流れである。従って反応混合物から他の流れに比べて最も少ないエネルギー費用で膜工程を使用してかなり大きい部分の水を分離することができる。反応器供給物に他の可能性が見出される。例えば存在する水部分を流れ(1)、(10)および/または混合流の1つから膜を使用してパーバポレーションおよび/または蒸気透過により除去することができる。これは90質量%より大きいTBA含有量の達成を可能にし、反応器(装置)内の特に高い変換率を可能にする。
【0059】
反応器(2)に再循環される共沸混合物カラム(9)からの塔頂生成物(10)は共沸混合物に近い組成を有し、すなわち含水量は約20〜12質量%である。膜工程の使用はこの含水量を12質量%未満、特に1〜10質量%の値に減少することを可能にし、反応器にわずかな水が導入され、この結果として解離反応器の空−時収量が増加する。図2に示される装置の他の変形において膜工程(21)を利用して第1分離カラム(4)から塔底生成物として得られ、部分的に反応器に再循環する、水を含有する流れ(26)を脱水することができる。
【0060】
膜を使用する工程の種々の位置で、例えば前記の2つの位置で水を分離することはもちろん可能である。
【0061】
膜を使用して水を除去する場合に2つの基本的な変形が可能である。
a)C−炭化水素およびイソブテンを共沸蒸留により分離するために必要である小さい残留物を場合により除いて反応の水のすべてを分離する。
b)反応の水の一部のみを膜工程を使用して除去する。
(a)の場合にTBA/水共沸混合物カラムを省くことができる。
【0062】
本発明の方法を実施できる装置の流れ図は図1に示される。供給物(混合物)(1)をTBA/水共沸混合物または共沸混合物に近い組成物(10)と一緒に反応器(2)に供給する。反応器(2)は単一反応器または反応器装置(以下参照)からなっていてもよい。反応器(2)を離れる反応混合物(3)をカラム(4)に供給する。反応器(2)を離れる反応混合物(3)を場合により脱水し、カラム(4)に導入する前に反応の水を多く分離することができる。最も簡単な場合は使用される脱水装置(21)はデカンタ(分離容器または沈殿容器)であってもよく、これは形成される任意の二相混合物を有機液体流(3A)と水性液体流(3B)に分離する。膜工程を使用して著しく多くの水を分離することができ、これは同様に有機液体流(3A)と水性液体流(3B)を生じる。有機液体流(3A)をカラム(4)に導入し、水性液体流(3B)を水の排出および引き続く精製のためにカラム(9)に供給し、または直接的廃棄に供給する。カラム(4)(4a+4b)からの塔頂生成物(12)として少量の水を含有するイソブテンを分離し、沈殿容器(13)でイソブテン相と水相に分離する。水相(19)をカラム(9)に供給することができる。イソブテン相部分は循環流としてカラム(4)の塔頂に再循環し、他の部分(15)はカラム(16)で純粋イソブテン(18)と水/イソブテン共沸混合物(17)に分離し、共沸混合物は分離容器(13)に返送する。カラム(4)でのイソブテンからTBAの分離を改良するために、新しい水流(20)を場合によりカラム(4)の塔頂または濃縮部分で添加することができる。カラム(4)の塔底生成物(5)はカラム(6)に供給し、ここで塔頂生成物(7)としてC−炭化水素を取り出す。塔底生成物(8)はカラム(9)で場合により有機成分(例えば2−ブタノールおよび/またはC12−炭化水素)を有する水(11)と(流れ19からの)少量のイソブテンを有するTBA/水共沸混合物(10)に分離する。流れ(10)を反応器(2)に再循環する。排水流(11)に存在する任意の有機成分(例えば2−ブタノール(SBA)および/またはC12−炭化水素)は純粋な水から蒸留により容易に分離することができる。代案としてカラムの蒸発器の蒸気相からの流れまたはカラム(9)のストリッピング部分から側流(11A)として蒸気状または液体状で取り出すことにより2−ブタノールを目的とするやり方で排出することができる。
【0063】
本発明の方法を実施できる選択的装置の流れ図が図2に示される。供給物(混合物)(1)をTBA/水共沸混合物または共沸混合物に近い組成物(10)と一緒に反応器(2)に供給する。反応器(2)は単一反応器または反応器装置(以下参照)からなっていてもよい。反応器(2)を離れる反応混合物(3)はカラム(4)に供給する。場合により反応器(2)を離れる反応混合物(3)を脱水し、カラム(4)に供給する前に反応の水を多く分離することができる。最も簡単な場合は使用される脱水装置(21)はデカンタ(分離容器または沈殿容器)であってもよく、これは形成される任意の二相混合物を有機液体流(3A)と水性液体流(3B)に分離する。膜工程を使用して著しく多くの水を分離することができ、これは同様に有機液体流(3A)と水性液体流(3B)を生じる。有機液体流(3A)はカラム(4)に導入し、水性液体流(3B)は水の排出および引き続く精製のためのカラム(9)に導入するかまたは直接的廃棄に供給する。カラム(4)からの塔頂生成物(12)として少量の水を有するイソブテンを分離し、沈殿容器(13)でイソブテン相と水相に分離する。水相(19)はカラム(9)に供給することができる。イソブテン相部分は循環流としてカラム(4)の塔頂に再循環し、他の部分(15)はカラム(16)で純粋なイソブテン(18)と水/イソブテン共沸混合物(17)に分離し、共沸混合物を分離容器(13)に返送する。カラム(4)でのイソブテンからTBAの分離を改良するために、新しい水流(20)を場合によりカラム(4)の塔頂または濃縮部分に添加することができる。塔底生成物(5)はカラム(9)で場合により有機成分(例えば2−ブタノールおよび/またはC12−炭化水素)を含有する水(11)と(流れ19からの)少量のイソブテンを含有してもよいTBA/水共沸混合物(10)に分離する。流れ(10)は反応器(2)に再循環する。カラム(9)からの蒸気(27)の全部または一部をカラム(4)に導入し、エネルギーを節約し、濃度を調節することができる。塔底流(5)の一部(26)を直接反応器に供給することができる。排水流(11)に存在する任意の有機成分(例えば2−ブタノールおよび/またはC12−炭化水素)は純粋な水から蒸留により容易に分離することができる。C−炭化水素を分離するために、蒸気状または液体状の側流(22)をカラム(4)から取り、カラム(23)に供給し、ここでC−炭化水素をTBAおよび水と一緒に塔底生成物(24)として取り出す。イソブテンおよびTBAを塔頂生成物(25)として回収し、カラム(4)に返送する。
【0064】
他の可能な手段はまず供給物流(1)を1個以上の他の反応器に導入し、予め反応した混合物をカラム(4a)に供給することである。
【0065】
本発明の方法で得られる流れの分別蒸留はトレー、回転内装部品、ランダムおよび/または配列した層または充填体からなっていてもよい内装部品を有する1個以上のカラムで行うことができる。蒸留による反応器排出物からのイソブテンの分離は有利に単一カラムで行う。
【0066】
使用できるカラム内装部品のタイプの例は以下のものである;
基板に孔または溝を有するトレー、
バブルキャップ、キャップまたはフードで覆われたネックまたは煙突を有するトレー、
移動可能な弁により覆われている基板に孔を有するトレー、
特定の構造を有するトレー。
【0067】
回転する内装部品を有するカラム内で、返送流が回転する漏斗により吹き付けられるかまたはローターにより加熱壁上にフィルムとして散布される。
【0068】
本発明の方法に使用されるカラムに種々の充填部品の不規則な層を使用することができる。充填部品は実質的に任意の材料、例えばスチール、ステンレススチール、銅、炭素、陶器、磁器、ガラス、プラスチック等またはこれらの混合物からなっていてもよく、種々の形、例えば球、滑らかなまたは浮き上がった表面を有するリング、内部支柱または壁を通過する孔を有するリング、金網リング、サドルまたはらせんを有してもよい。
【0069】
規則的な形状を有する充填物は、例えば金属またはプラスチックシートまたはメッシュからなっていてもよい。これらの充填物の例はSulzer メッシュパッキングBX、Sulzer シート状金属の層状パッキング Mellapak、高性能パッキング、MellapakPlus、構造化パッキング、Sulzer社(Optiflow)、Montz(BSH)およびKuehni(Rombopk)である。
【0070】
本発明の方法に使用されるカラム、特にカラム(4)、(6)、(9)、(16)および(23)内の運転圧力は有利に0.5〜15バール(絶対圧力)、特に1〜10バール(絶対圧力)の範囲である。
【0071】
反応器排出物の分離に使用されるカラム(4)は有利に5〜80個の理論的板、より有利に10〜60個の理論的板を有する。供給板は供給物の組成に依存する。反応器排出物を、カラム、特に図1および図2のカラム(4a)の下側部分に、頭頂から数えて4番目から55番目の理論的板、特に5番目から50番目の理論的板に供給することが有利であると判明した。新しい水(21)をカラム(4)の塔頂に、プレート1に供給する。これは同様に返送流(14)に該当する。カラム(9)からの任意の蒸気流(27)をカラム(4)の塔底に供給する。
【0072】
図2に示される本発明の1つの特別な実施態様において、蒸気状または液体状の流れ(22)を、図2のカラム(4)の、頭頂から数えて4番目から65番目の理論的板、特に5番目から60番目の理論的板で取り出すことが有利であると判明した。イソブテンの多い流れ(25)は同じ位置または有利にこれより高い位置に(カラム4aでより上に)、すなわち図2のカラム(4)の、頭頂から数えて2番目から65番目の理論的板、特に3番目から60番目の理論的板に返送する。
【0073】
排水を排出し、TBAを濃縮するために使用されるカラム(9)は有利に5〜70個の理論的板、より有利に8〜65個の理論的板を有する。供給板は供給物の組成に依存する。図2の流れ(5)または図1の流れ(8)を頭頂から数えて1番目から55番目の理論的板、特に1番目から45番目の理論的板に供給することが有利であると判明した。場合による排水(3B)および(19)は頭頂から数えて1番目から60番目の理論的板、特に1番目から50番目の理論的板に供給する。
【0074】
イソブテンを乾燥するために使用されるカラム(16)は有利に4〜35個の理論的板、より有利に5〜30個の理論的板を有する。供給物(15)を頭頂から数えて1番目から6番目の理論的板、特に1番目から4番目の理論的板に供給することが有利であると判明した。
【0075】
図1でC−炭化水素を排出するために使用されるカラム(6)は有利には4〜75個の理論的板、より有利に5〜50個の理論的板を有する。供給板は供給物の組成に依存する。図1で流れ(5)を頭頂から数えて1番目から55番目の理論的板、特に1番目から45番目の理論的板に供給することが有利であると判明した。
【0076】
図2でC−炭化水素を排出するために使用されるカラム(23)は有利に4〜65個の理論的板、より有利に5〜50個の理論的板を有する。供給物(22)を頭頂から数えて1番目から25番目の理論的板、特に1番目から15番目の理論的板に供給することが有利であると判明した。生成物流(25)を留出物としてカラムの塔頂で、蒸気状または液体の形で、有利に蒸気の形で取り出す。
【0077】
流れ図にはポンプ、コンプレッサー、弁、熱交換器および蒸発器のような通常の部品が見出されないが、これらは自明の装置部品である。
【0078】
すべての出発物質および少なくとも1個の反応生成物が大部分液体の形で存在する温度および圧力条件下で少なくとも1個の反応生成物が部分的に、有利に大部分が気体の形で存在する、特に本発明の方法を実施するための、平衡反応を液相で固定床触媒上で等温的に実施する反応器装置の特別な構成は、反応器装置が少なくとも2個の物理的に分離した反応帯域を有し、反応帯域はそれぞれ固定床に配置された1つの触媒および等温的運転を維持するための装置を有し、それぞれ2つの反応帯域の間に1つの分離帯域が存在し、分離帯域は平衡反応の少なくとも1個の生成物の少なくとも一部を圧力または温度を変動することにより気相に変換し、反応混合物から分離し、反応器から排出し、残りの反応混合物を引き続く反応帯域に移送する手段を有し、引き続く反応帯域の温度または圧力を必要により存在することができる先行する反応帯域の値に正確に調節できる他の手段を有することである。温度を調節する手段は、例えば通常のプレートまたは管形熱交換器であってもよい。平衡反応の少なくとも1個の生成物を気相に変換する手段は同様に熱交換器であってもよく、この反応生成物は反応混合物に熱エネルギーを導入することにより蒸発する。前記手段は同様に反応混合物が分離帯域に導入した場合に圧力を低下できるなべ形蒸発器または加熱容器であることが可能である。この反応器の構成において、分離帯域に続いて反応帯域に導入する反応混合物の圧力は先行する反応帯域より低い。
【0079】
以下の実施例は本発明を説明するが、発明の詳細な説明および請求の範囲に定義された範囲を限定しない。
【0080】
例1
図1および図5に示される形式の装置でイソブテンの製造を行ったが、特別な特徴は装置(21)による水の除去を行わず、従って流れ3および3Aが同じ組成であった。新しい水流(20)および排水流(3B)を省いた。排水流(19)を直接配置した。
【0081】
反応帯域(2)は図5に示されるように2段階であった。反応器(29)は120℃で等温的に運転され、触媒容積約310mlを有する実験用管形反応器であった。触媒としてアンバーリスト15を使用した。第2反応器(35)は同様に120℃で等温的に運転され、触媒容積約310mlを有する実験用管形反応器であった。触媒として同様にアンバーリスト15を使用した。介在する蒸発のために加熱可能な容器を使用した。
【0082】
カラム(4)、(6)、(9)および(16)の直径はそれぞれ50mmであった。ランダム金属充填部品を使用した。カラム(4)に約30個の理論的板が配置され、反応器排出物(3)を頭頂から数えて20番目の理論的板に供給した。返送流(14)をカラムの頭頂にプレート1に導入した。カラム(6)に約18個の理論的板が配置され、カラム(4)からの供給物(5)を頭頂から数えて12番目の理論的板に供給した。カラム(9)に約13個の理論的板が配置され、カラム(6)からの供給物(8)を頭頂から数えて2番目の理論的板に供給した。頭頂から数えて約10番目の理論的板で側流(11A)を蒸気の形で取り出した。
【0083】
実験に使用される供給物(1)はイソブテンを製造する工業的装置から取り、表1に示される組成を有した。一部のC−炭化水素および他の高沸点物はすでに供給物に少量存在し、これらの他の量は反応器装置でTBAの解離で形成される。以下の表の流れ番号は図1の番号に相当し、反応帯域の番号は図5の番号に相当する。混合物に0.1質量部未満の濃度で存在する成分は一般に表1に記載されない。
【0084】
【表1】


【0085】
【表2】


【0086】
反応器(29)の圧力は19バール(絶対圧力)であり、反応器(35)の圧力は18バール(絶対圧力)であり、介在する蒸発(38)は15バール(絶対圧力)で行った。カラム(4)、(6)、(9)および(16)はそれぞれ頭頂で約6バール(絶対圧力)の圧力で運転した。カラム(4)はデフレグメーター(dephlegmator)を備え、約11.5kg/hの返送流を使用して運転した。使用した触媒の全量にもとづく空−時収量2.7kg/(l・h)が得られた。
【0087】
例2
図1に示される形式の装置でイソブテンの製造を行ったが、特別な特徴は装置(21)による水の除去を行わず、従って流れ3および3Aが同じ組成であった。新しい水流(20)および排水流(3B)を省いた。排水流(19)を直接配置した。
【0088】
反応帯域(2)は1段階として形成された。反応器(2)は120℃で等温的に運転され、触媒容積約285mlを有する実験用管形反応器であった。触媒としてアンバーリスト15を使用した。カラム(4)、(6)、(9)および(16)の直径はそれぞれ50mmであった。それぞれ金属充填部品(パールリング、Pall rings)を使用した。カラム(4)に約30個の理論的板が配置され、反応器排出物(3)を頭頂から数えて20番目の理論的板に供給した。返送流(14)をカラムの頭頂にプレート1に導入した。カラム(6)に約18個の理論的板が配置され、カラム(4)からの供給物(5)を頭頂から数えて12番目の理論的板に供給した。カラム(9)に約13個の理論的板が配置され、カラム(6)からの供給物(8)を頭頂から数えて2番目の理論的板に供給した。頭頂から数えて約10番目の理論的板で側流(11A)を蒸気の形で取り出した。
【0089】
実験に使用される供給物(1)はイソブテンを製造する工業的装置から取り、表2に示される組成を有した。一部のC−炭化水素および他の高沸点物はすでに供給物に少量存在し、これらの他の量は反応器装置でTBAの解離で形成される。以下の表の流れの番号は図1の番号に相当する。混合物に0.1質量部未満の濃度で存在する成分は表に記載されない。
【0090】
【表3】


【0091】
反応器(2)の圧力は19バール(絶対圧力)であった。カラム(4)、(6)、(9)および(16)はそれぞれ頭頂で約6バール(絶対圧力)の圧力で運転した。カラム(4)はデフレグメーター(dephlegmator)を備え、約5.1kg/hの返送流を使用して運転した。使用した触媒の全量にもとづく空−時収量5.8kg/(l・h)が得られた。
【0092】
これらの例はイソブテンを製造する新しい装置を使用して反応器を通過する循環流がどれだけ減少できるかをみごとに示す。ドイツ特許第3151446号は新しい供給物と循環流の物質流の比が1:7.4〜1:16.6(前記文献の表1参照)として記載されている例を示すが、例2は新しい供給物(1)と循環流(10)の物質流の比1:2.9を達成し、例1は反応器装置での高い変換の結果として1:2.16の比を達成する。これらの値は、例えばカラム(9)のTBA/水共沸混合物の濃度の程度を高めることにより更に改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【0093】
【図1】本発明の方法を実施する1つの工程図である。
【0094】
【図2】本発明の方法を実施する他の工程図である。
【0095】
【図3】本発明の方法を実施する反応器の1つの構成を示す図である。
【0096】
【図4】反応器の他の構成を示す図である。
【0097】
【図5】本発明の方法を実施する複数の反応器からなる反応器装置の図である。
【符号の説明】
【0098】
1 流れ、 4 第1カラム、 6 第3カラム、 9 第5カラム、 10 流れ、 12 留出物、 16 第2カラム、 23 第4カラム、
【出願人】 【識別番号】398054432
【氏名又は名称】オクセノ オレフィンヒェミー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】OXENO Olefinchemie GmbH
【出願日】 平成16年3月29日(2004.3.29)
【代理人】 【識別番号】100061815
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄

【識別番号】100094798
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 利臣

【識別番号】100099483
【弁理士】
【氏名又は名称】久野 琢也

【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス=ラインハルト

【識別番号】230100044
【弁護士】
【氏名又は名称】ラインハルト・アインゼル

【公開番号】 特開2005−8618(P2005−8618A)
【公開日】 平成17年1月13日(2005.1.13)
【出願番号】 特願2004−96756(P2004−96756)