ITMI940765A1 - PROCEDURE FOR THE JOINT PRODUCTION OF ETHERS AND HIGH-OCTANIC HYDROCARBONS - Google Patents
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Description
Descrizione Description
La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione congiunta di eteri e idrocarburi altottanici, ottenuti per reazione di tagli idrocarburici contenenti le iso-olefine C4 e/o C5 con alcoli primari in difetto stechiometrico (rapporto molare alcoli primari / iso-olefina < 1) rispetto alle iso-olefine e/o con eteri terlachilici. La miscela ottenuta può poi essere idrogenata con metodi convenzionali per ottenere un prodotto con caratteristiche ottaniche ulteriormente migliorate. The present invention relates to a process for the joint production of ethers and high octane hydrocarbons, obtained by reaction of hydrocarbon cuts containing C4 and / or C5 iso-olefins with primary alcohols in stoichiometric defect (molar ratio of primary alcohols / iso-olefin <1) with respect to iso-olefins and / or with terlachyl ethers. The mixture obtained can then be hydrogenated with conventional methods to obtain a product with further improved octane characteristics.
Motivazioni di tipo ambientale stanno infatti contribuendo a riformulare la composizione delle benzine; i "Clean Air Act Amendments" (CAAA) in USA stanno fornendo delle direttive di carattere generale che saranno probabilmente seguite con poche variazioni anche da altri paesi nel prossimo futuro. Environmental reasons are in fact helping to reformulate the composition of gasoline; the "Clean Air Act Amendments" (CAAA) in the USA are providing general guidelines that will probably be followed with little variation by other countries in the near future.
In sintesi la tendenza generale è verso la produzione di combustibili che brucino meglio e presentino minori emissioni evaporative. Le misure principali per raggiungere questo obiettivo sono le seguenti (per una trattazione più specifica si veda ad esempio: G.H.Unzelman, Fuel Reformulation, 3i(2),(1993),41 e D.Sanfilippo, F.Ancillotti, M.Marchionna, Chim. & Ind., 76,(1994), 32 e riferimenti ivi contenuti): In summary, the general trend is towards the production of fuels that burn better and have fewer evaporative emissions. The main measures to achieve this objective are the following (for a more specific discussion see for example: G.H. Unzelman, Fuel Reformulation, 3i (2), (1993), 41 and D. Sanfilippo, F. Ancillotti, M.Marchionna, Chim. & Ind., 76, (1994), 32 and references contained therein):
- i composti ossigenati avranno un ruolo sempre più rilevante come componenti delle benzine; - il contenuto in composti aromatici verrà fortemente ridotto, massimamente quello in benzene; - oxygenated compounds will play an increasingly important role as components of gasoline; - the content of aromatic compounds will be strongly reduced, especially that of benzene;
- vi sarà una riduzione della volatilità delle benzine per minimizzare le perdite evaporative; - verrà ridotto il contenuto di olefine, fotochimicamente reattive e precursori responsabili della formazione di ozono atmosferico; - there will be a reduction in the volatility of gasoline to minimize evaporative losses; - the content of photochemically reactive olefins and precursors responsible for the formation of atmospheric ozone will be reduced;
- verranno inoltre ridotti sia il contenuto di zolfo che il punto di ebollizione finale delle benzine. - both the sulfur content and the final boiling point of gasoline will also be reduced.
Tutte queste misure comportano quindi la necessità di disegnare nuovi processi in grado di contribuire positivamente alle esigenze sopra esposte. Per quanto riguarda la produzione di prodotti ossigenati (o meglio di quelli che in questa classe si sono rivelati i più promettenti) si deve osservare che i CAAA hanno assegnato agli ossigenati una funzione permanente nelle future benzine riformulate sia come innalzatoli del numero d'ottano che come rifornitoli di ossigeno. All these measures therefore entail the need to design new processes capable of positively contributing to the above needs. With regard to the production of oxygenated products (or rather those that have proved to be the most promising in this class) it should be noted that the CAAA have assigned oxygenates a permanent function in future reformulated gasolines both as an increase in the octane number and as an oxygen supply.
Gli eteri ter-alchilici si sono affermati come i composti ossigenati di scelta; tra questi i più importanti sono MTBE (metil-ter-butiletere), ETBE (etil-ter-butiletere) e TAME Tert-alkyl ethers have established themselves as the oxygenated compounds of choice; among these the most important are MTBE (methyl-tert-butylether), ETBE (ethyl-tert-butylether) and TAME
(ter-amil-metiletere). Tali eteri vengono ottenuti in generale per reazione in fase liquida di iso-olefine C4-C5 con metanolo od etanolo, in quantità stechiometrica o leggermente superiore rispetto alle dette iso-olefine, in presenza di una resina macromolecolare acida a scambio ionico. La produzione di questi eteri, soprattutto MTBE, è in continua crescita negli ultimi anni (per una trattazione più specifica si veda ad esempio: H.L.Brockwell, P.RSarathy, R-Trotta, Hydrocarbon Proc., Sept.1991,133 e W.J.Piel, Fuel Reformulation, 2(6), (1992), 34). Oltre ai composti ossigenati anche prodotti puramente idrocarburìci si stanno rivelando particolarmente attraenti per quanto riguarda la riformulazione delle benzine; tra questi spicca decisamente l'alchilato poiché possiede un elevato numero d'ottano, una bassa volatilità ed è praticamente privo di olefìne ed aromatici. (tert-amyl-methyl ether). These ethers are generally obtained by reaction in liquid phase of C4-C5 iso-olefins with methanol or ethanol, in a stoichiometric amount or slightly higher than the said iso-olefins, in the presence of an acidic ion exchange macromolecular resin. The production of these ethers, especially MTBE, has been continuously growing in recent years (for a more specific discussion see for example: H.L.Brockwell, P.RSarathy, R-Trotta, Hydrocarbon Proc., Sept. 1991,133 and W.J. Piel , Fuel Reformulation, 2 (6), (1992), 34). In addition to the oxygenated compounds, also purely hydrocarbon products are proving to be particularly attractive as regards the reformulation of gasolines; among these the alkylate definitely stands out since it has a high octane number, a low volatility and is practically free of olefins and aromatics.
Il procedimento di alchilazione in fase liquida è una reazione fra idrocarburi isoparaffinici, come ad esempio l'isobutano, e olefine, ad esempio propilene, buteni, penteni e miscele relative, in presenza di un catalizzatore acido per la produzione di idrocarburi C7-C9 con un alto numero d'ottano da impiegare nelle benzine (si veda ad esempio: A.Corma, A.Martinez, Catal.Rev.-Sci.Eng., 35,(1993), 483 e riferimenti ivi contenuti). The liquid phase alkylation process is a reaction between isoparaffinic hydrocarbons, such as isobutane, and olefins, for example propylene, butenes, pentenes and related mixtures, in the presence of an acid catalyst for the production of C7-C9 hydrocarbons with a high octane number to be used in gasoline (see for example: A.Corma, A.Martinez, Catal.Rev.-Sci.Eng., 35, (1993), 483 and references contained therein).
Il problema principale del processo di alchilazione è dovuto al fatto che col crescere delle normative di tipo ambientale entrambi i processi tradizionali (con acido fluoridrico e con acido solforico) stanno incontrando notevoli difficoltà, che fanno intravedere un incerto futuro; quello con acido fluoridrico a causa della tossicità di questo acido, specie in aree popolate, e quello con acido solforico a causa della grande produzione di fanghi acidi oltre che al notevole potere corrosivo del catalizzatore. The main problem of the alkylation process is due to the fact that with the growth of environmental regulations both traditional processes (with hydrofluoric acid and with sulfuric acid) are encountering considerable difficulties, which suggest an uncertain future; that with hydrofluoric acid due to the toxicity of this acid, especially in populated areas, and that with sulfuric acid due to the large production of acid sludge as well as the considerable corrosive power of the catalyst.
Sono in fase di sviluppo processi alternativi con catalizzatori acidi solidi ma la loro applicabilità commerciale è ancora da dimostrare. Alternative processes with solid acid catalysts are being developed but their commercial applicability has yet to be demonstrated.
D'altra parte un prodotto idrocarburico di questo tipo è sempre più desiderato a causa delle sue caratteristiche ottaniche (alti sia il Research Octane Number (RON) che il Motor Octane Number (MON)) e di quelle relative al punto di ebollizione (scarsa volatilità ma basso punto finale) che lo pongono in quella fascia di composizioni estremamente interessanti per ottenere benzine più compatibili con le odierne esigenze ambientali. On the other hand, a hydrocarbon product of this type is increasingly desired due to its octane characteristics (high both the Research Octane Number (RON) and the Motor Octane Number (MON)) and those relating to the boiling point (low volatility but low final point) that place it in that range of extremely interesting compositions for obtaining gasolines more compatible with today's environmental needs.
Inoltre prodotti idrocarburici altoottanici come quelli generati mediante la reazione di alchilazione sono anche dotati di bassa sensitività (differenza tra RON e MON) ed è noto che eteri come MTBE, ETBE, etc., risentano favorevolmente dall'abbassamento della sensitività della benzina, incrementando sempre di più il loro già alto valore ottanico. Furthermore, high octane hydrocarbon products such as those generated by the alkylation reaction are also endowed with low sensitivity (difference between RON and MON) and it is known that ethers such as MTBE, ETBE, etc., are favorably affected by the lowering of the sensitivity of gasoline, always increasing moreover their already high octane value.
Questo significa che vi sono molti vantaggi ad accoppiare un prodotto idrocarburico saturo altoottanico (come ad esempio l'alchilato) con eteri come MTBE. This means that there are many advantages to coupling a saturated high octane hydrocarbon product (such as alkylate) with ethers such as MTBE.
Inoltre la presenza congiunta di quantità rilevanti dei due prodotti consente anche di diminuire sensibilmente, per diluizione, il contenuto di componenti indesiderati come aromatici, olefine e zolfo. Furthermore, the joint presence of significant quantities of the two products also allows the content of unwanted components such as aromatics, olefins and sulfur to be significantly reduced by dilution.
In passato proposte alternative sono state avanzate per sostituire l'alchilato con un altro prodotto altoottanico. In the past, alternative proposals have been made to replace the alkylate with another high octane product.
E' stata infatti riportata (DE-2944457) la produzione congiunta di oligomeri dell'isobutene con MTBE, ottenuti mediante un processo a due stadi. Nel primo stadio l'isobutene veniva oligomerizzato con conversioni tra il 50-90 % ad oligomeri e poi in un secondo stadio eterificato con metanolo per produrre MTBE. Era stata inoltre suggerita un'idrogenazione parziale del prodotto complessivo. The joint production of isobutene oligomers with MTBE, obtained by a two-stage process, has in fact been reported (DE-2944457). In the first stage the isobutene was oligomerized with conversions between 50-90% to oligomers and then in a second stage etherified with methanol to produce MTBE. A partial hydrogenation of the overall product was also suggested.
Il problema principale di questo processo consiste nel fatto che nella fase di oligomerizzazione vengono prodotti in percentuali eccessive oligomeri pesanti come i trimeri ed i tetrameri dell'isobutene (selettività molari all'interno della frazione degli oligomeri rispettivamente del 15-30 % e dell' 1-2 %). (La selettività molare, riferita ad un particolare oligomero j, viene definita come il rapporto tra le mmoli di oligomero j formato e le mmloli di isobutene convertite in oligomeri totali.) I tetrameri sono completamente al di fuori della frazione benzina perchè troppo altobollenti e quindi rappresentano una perdita netta di resa in benzina; per quanto riguarda i trimeri (o i loro derivati idrogenati) è desiderabile diminuire fortemente la loro concentrazione poiché possiedono un punto di ebollizione (170-180°C) al limite delle future specifiche sul punto finale delle benzine riformulate. The main problem of this process consists in the fact that in the oligomerization phase, heavy oligomers such as trimers and tetramers of isobutene are produced in excessive percentages (molar selectivity within the fraction of oligomers of 15-30% and 1 -2 %). (The molar selectivity, referred to a particular oligomer j, is defined as the ratio between the mmoles of oligomer j formed and the mmoles of isobutene converted into total oligomers.) The tetramers are completely outside the petrol fraction because they are too high boiling and therefore represent a net loss of gasoline yield; as regards the trimers (or their hydrogenated derivatives) it is desirable to strongly decrease their concentration since they have a boiling point (170-180 ° C) at the limit of future specifications on the final point of reformulated gasolines.
D'altra parte il problema di minimizzare la formazione di oligomeri superiori ai dimeri a percentuali inferiori al 15 % (selettività molari) è un problema tipico dell'oligomerizzazione dell'isobutene come anche riportato in letteratura a proposito sia dei processi per ottenere benzina "polimera" che per quelli per intermedi di interesse petrolchimico (F.Asinger, "Mono-olefins: Chemistry and Technology", Pergamon Press, Oxford, pagg. 435-456 e G. Scharfe, Hydrocarbon Proc., Aprii 1973,171). On the other hand, the problem of minimizing the formation of oligomers higher than dimers at percentages lower than 15% (molar selectivity) is a typical problem of the oligomerization of isobutene as also reported in the literature regarding both the processes for obtaining "polymer" gasoline "and for those for petrochemical intermediates (F. Asinger," Mono-olefins: Chemistry and Technology ", Pergamon Press, Oxford, pp. 435-456 and G. Scharfe, Hydrocarbon Proc., Aprii 1973,171).
Da quanto precede risulta evidente che esiste un grande interesse per ottenere un nuovo procedimento di dimerizzazione di iso-olefine C4-C3 che permetta la produzione di un prodotto di maggiore qualità, attraverso il raggiungimento di maggiori selettività. From the foregoing it is evident that there is great interest in obtaining a new dimerization process of C4-C3 iso-olefins which allows the production of a higher quality product, through the achievement of greater selectivities.
Si è ora sorprendentemente trovato che conducendo la reazione di oligomerizzazione delle iso-olefine C4-C3 in presenza di quantità sottostechiometriche di alcoli primari e/o in presenza di eteri teralchilici si ottiene selettivamente la co-produzione di eteri altoottanici e di una frazione di oligomeri dell'isoolefina, particolarmente ricca in dimeri (selettività molari > 85 %) e praticamente priva di tetrameri ed oligomeri superiori (< 1%). It has now surprisingly been found that by carrying out the oligomerization reaction of the C4-C3 iso-olefins in the presence of substoichiometric quantities of primary alcohols and / or in the presence of teralkyl ethers, the co-production of high octane ethers and a fraction of oligomers is selectively obtained. of isoolefin, particularly rich in dimers (molar selectivity> 85%) and practically free of higher tetramers and oligomers (<1%).
Un ulteriore aspetto positivo della presente invenzione è dato dal fatto che il processo globale di co-produzione di oligomeri altoottanici ed eteri è molto più facilmente controllabile da un punto di vista termico rispetto al solo processo di oligomerizzazione, semplificando quindi di gran lunga i problemi di gestibilità del processo stesso. A further positive aspect of the present invention is given by the fact that the overall co-production process of high octane oligomers and ethers is much more easily controllable from a thermal point of view than the oligomerization process alone, thus greatly simplifying the problems of manageability of the process itself.
Il prodotto di reazione può essere poi idrogenato a dare un prodotto finale completamente saturo e con elevalo numero d'ottano e bassa sensitività. The reaction product can then be hydrogenated to give a completely saturated final product with a high octane number and low sensitivity.
L'idrogenazione può essere condotta con metodi convenzionali come ad esempio descritto in F. Asinger, "Mono-olefins: Chemistry and Technology", Pergamon Press, Oxford, pag. 455. A titolo di esempio si riportano nella tabella I i numeri di ottano di alcuni dei prodotti ottenuti mediante il processo oggetto della presente invenzione: The hydrogenation can be carried out with conventional methods as for example described in F. Asinger, "Mono-olefins: Chemistry and Technology", Pergamon Press, Oxford, p. 455. By way of example, table I shows the octane numbers of some of the products obtained by the process object of the present invention:
TABELLA I TABLE I
N No.
Opzionalmente il prodotto idrocarburico (sia olefinico che saturo) può anche essere separato dalla frazione eterea in quanto più altobollente (almeno nel caso dei prodotti derivanti da metanolo ed etanolo) ed impiegato separatamente dagli eteri; operando così si perde però il vantaggio derivante dall'abbassamento di sensitività del prodotto, comprendente sia gli ossigenati che gli idrocarburi saturi, in miscela con una benzina base. Optionally, the hydrocarbon product (both olefinic and saturated) can also be separated from the ether fraction as it is higher boiling (at least in the case of products deriving from methanol and ethanol) and used separately from the ethers; by operating in this way, however, the advantage deriving from the lowering of the sensitivity of the product, comprising both the oxygenates and the saturated hydrocarbons, mixed with a basic petrol is lost.
In Tabella II è riportato un campo tipico di concentrazioni dei costituenti della miscela ottenuta mediante la coproduzione in accordo alla presente invenzione, facendo rilevare però che in particolari situazioni sono ben accette anche composizioni al di fuori di questo campo. Table II shows a typical range of concentrations of the constituents of the mixture obtained by co-production according to the present invention, pointing out however that in particular situations compositions outside this range are also welcome.
TABELLA II - Composizione media della miscela TABLE II - Average composition of the mixture
Il procedimento, oggetto della presente invenzione, per la produzione congiunta di eteri e idrocarburi altoottanici a partire da tagli idrocarburici contenenti le iso-olefine C4 e/o C5 mediante oligomerizzazione con catalizzatori acidi è caratterizzato dal fatto di condurre la reazione di oligomerizzazione in presenza di alcoli primari in quantità tale da avere in alimentazione un rapporto molare alcoli primari / iso-olefine C4+C5 minore di 1 The process, object of the present invention, for the joint production of ethers and high octane hydrocarbons starting from hydrocarbon cuts containing the iso-olefins C4 and / or C5 by means of oligomerization with acid catalysts is characterized by the fact of carrying out the oligomerization reaction in the presence of primary alcohols in quantities such as to have a molar ratio of primary alcohols / iso-olefins C4 + C5 lower than 1
e/o in presenza di eteri teralchilici in quantità tale da avere in alimentazione un rapporto molare eteri teralchilici / iso-olefine C4 +C5 minore di 1 , preferibilmente compreso fra 0,2 e 0,8. and / or in the presence of teralkyl ethers in a quantity such as to have in the feed a molar ratio of teralkyl ethers / C4 + C5 iso-olefins lower than 1, preferably between 0.2 and 0.8.
Poiché l'alcool primario viene rapidamente convertito nelle condizioni di reazione ad etere teralchilico, si è anche osservato che pure l'aggiunta del solo etere teralchilico può rivelarsi utile agli effetti del nostro processo (ovvero la produzione selettiva di dimeri delle isolefine C4-C5); si deve però tenere presente che tale opzione è meno vantaggiosa dell'aggiunta degli alcoli corrispondenti poiché una certa parte degli eteri teralchilici tenderà a decomporre ad isobutene ed alcool primario in accordo alle particolari condizioni di reazione. Since the primary alcohol is rapidly converted under the reaction conditions to teralkyl ether, it has also been observed that the addition of teralkyl ether alone may also be useful for the effects of our process (i.e. the selective production of dimers of the C4-C5 isolefins) ; however, it must be borne in mind that this option is less advantageous than the addition of the corresponding alcohols since a certain part of the teralkyl ethers will tend to decompose to isobutene and primary alcohol according to the particular reaction conditions.
Si deve infine rilevare che nel caso di iso-olefine C4-C5 contenute all'intemo di correnti idrocarburiche C4-C5 comprendenti anche olefine lineari si è osservato che almeno una parte delle olefine lineari può essere convertita in prodotto idrocarburico senza inficiarne il valore ottanico. E' peraltro preferibile un trattamento di arricchimento, mediante pre-isomerizzazione, delle olefine interne (2-buteni, 2-penteni) all'intemo della frazione delle olefine lineari, poiché il numero d'ottano complessivo della miscela ne risulta avvantaggiato. Finally, it should be noted that in the case of C4-C5 iso-olefins contained within C4-C5 hydrocarbon streams also including linear olefins it has been observed that at least a part of the linear olefins can be converted into hydrocarbon product without affecting its octane value. However, an enrichment treatment, by means of pre-isomerization, of the internal olefins (2-butenes, 2-pentenes) within the fraction of linear olefins is preferable, since the overall octane number of the mixture is favored.
L'oggetto della presente invenzione può essere applicato a correnti comprendenti olefine C3-C7, anche se la principale attenzione sarà diretta a correnti contenenti iso-olefine C4-C3. Quando il processo congiunto per produrre ter-alchil eteri e idrocarburi altoottanici coinvolge queste ultime olefine, le correnti relative conterranno tipicamente, all’interno della frazione C4, isobutano, isobutene, n-butano e n-buteni e, all’intemo della frazione C5, isopentano, 3,metil-l-butene, n-penteni, 2,metilbuteni, n-pentano. The object of the present invention can be applied to streams comprising C3-C7 olefins, although the main attention will be directed to streams containing C4-C3 iso-olefins. When the joint process to produce tert-alkyl ethers and high octane hydrocarbons involves the latter olefins, the relative streams will typically contain, within the C4 fraction, isobutane, isobutene, n-butane and n-butenes and, within the C5 fraction , isopentane, 3, methyl-1-butene, n-pentenes, 2, methylbutenes, n-pentane.
Sebbene una notevole varietà di fonti è disponibile per fornire queste correnti, le più comuni riguardano quelle derivanti da processi di deidrogenazione di iso-par affine, da unità FCC e da correnti provenienti da steam cracker. Nel caso infine che queste correnti contengano diolefine in aggiunta alle desiderate mono-olefìne sarà necessario eliminarle mediante tipici trattamenti di rimozione (ad esempio lavaggi o idrogenazioni selettive). Although a considerable variety of sources are available to supply these streams, the most common are those deriving from affine iso-par dehydrogenation processes, FCC units and streams from steam crackers. Finally, in the event that these streams contain diolefins in addition to the desired mono-olefins it will be necessary to eliminate them by means of typical removal treatments (for example washing or selective hydrogenations).
L'alcool primario impiegato può essere preferibilmente scelto tra gli alcoli primari C1-C3 (contenenti un numero di atomi di carbonio da 1 a 5); metanolo ed etanolo sono i tipici alcoli di scelta. The primary alcohol used can preferably be selected from C1-C3 primary alcohols (containing a number of carbon atoms from 1 to 5); methanol and ethanol are the typical alcohols of choice.
Nel caso si impieghi il solo etere teralchilico gli eteri consigliati sono MTBE, ETBE, TAME, TAEE (teramil-etil etere). If only teralkyl ether is used, the recommended ethers are MTBE, ETBE, TAME, TAEE (teramyl-ethyl ether).
L'iso-olefina insieme alla corrente idrocarburica in cui è contenuta viene mandata con l'alcool (e/o con l'etere) a contatto col catalizzatore acido per produrre gli eteri e gli oligomeri superiori dell'iso-olefìna. Una grande varietà di catalizzatori acidi può essere impiegata per questo processo: tra questi, a puro titolo di esempio, si citano acidi minerali come acido solforico, BF3, acido fosforico supportato, zeoliti opportunamente modificate, eteropoliacidi e resine polimeriche solfonate, ad esempio Amberlyst 15 e Amberlyst 35, etc. The iso-olefin together with the hydrocarbon stream in which it is contained is sent with the alcohol (and / or with the ether) in contact with the acid catalyst to produce the ethers and higher oligomers of the iso-olefin. A large variety of acid catalysts can be used for this process: among these, purely by way of example, mineral acids such as sulfuric acid, BF3, supported phosphoric acid, suitably modified zeolites, heteropolyacids and sulfonated polymeric resins, for example Amberlyst 15, are mentioned. and Amberlyst 35, etc.
Tra questi catalizzatori l’impiego di resine solfonate macroreticolari, generalmente copolimeri di stirene e benzene, è preferito; le caratteristiche di tali resine sono ampiamente descritte in letteratura (si veda ad esempio A.Mitschker, R. Wagner, P.M.Lange, "Heterogeneous Catalysis and Fine Chemicals", M.Guisnet ed.,Elsevier, Amsterdam, (1988), 61. Among these catalysts, the use of macroreticular sulfonated resins, generally copolymers of styrene and benzene, is preferred; the characteristics of these resins are widely described in the literature (see for example A.Mitschker, R. Wagner, P.M.Lange, "Heterogeneous Catalysis and Fine Chemicals", M.Guisnet ed., Elsevier, Amsterdam, (1988), 61.
Un vasto campo di condizioni operative può essere impiegato per produrre congiuntamente eteri ed idrocarburi altoottanici da alcoli primari e iso-olefine nelle selettività desiderate mediante l'oggetto della presente invenzione. Si può operare in fase vapore o in fase liquido-vapore ma le condizioni di operazione in fase liquida sono quelle preferite. A wide range of operating conditions can be employed to jointly produce ethers and high octane hydrocarbons from primary alcohols and iso-olefins in the selectivities desired by the object of the present invention. It is possible to operate in the vapor phase or in the liquid-vapor phase but the operating conditions in the liquid phase are the preferred ones.
Il processo oggetto della presente invenzione può operare sia in condizioni discontinue che continue, tenendo però presente che queste ultime sono molto più vantaggiose nella pratica industriale. La configurazione reattoristica prescelta può essere opzionalmente scelta tra reattore a letto fisso, tubolare a letto fisso, adiabatico, agitato ed infine il reattore-colonna che permette anche la separazione dei prodotti (una descrizione delle differenti configurazioni reattoristiche generalmente impiegate nella pratica industriale per il processo di eterificazione è ad esempio riportala in : P.R.Sarathy, G.S.Sufiridge, Hydrocaibon Proc., Febr.1993,45). Il campo di condizioni di processo, operando in fase liquida, include una grande varietà di condizioni operative che saranno descritte qui di seguito. The process object of the present invention can operate both in discontinuous and continuous conditions, bearing in mind however that the latter are much more advantageous in industrial practice. The reactor configuration chosen can optionally be chosen between a fixed bed, tubular fixed bed, adiabatic, agitated bed reactor and finally the reactor-column which also allows the separation of the products (a description of the different reactor configurations generally used in industrial practice for the process of etherification is for example reported in: P.R. Sarathy, G.S.Sufiridge, Hydrocaibon Proc., Febr. 1993,45). The range of process conditions, operating in the liquid phase, includes a large variety of operating conditions which will be described below.
La pressione sarà preferibilmente superaatmosferica per mantenere i reagenti in fase liquida, generalmente al di sotto di 5 MPa. The pressure will preferably be above atmospheric to keep the reactants in the liquid phase, generally below 5 MPa.
La temperatura di reazione è preferibilmente compresa tra 30 e 100°C. H rapporto molare tra l'alcool alimentato e l'iso-olefina deve essere sottostechiometrico rispetto a quanto previsto dalla stechiometria della reazione di eterificazione, ovvero < 1, preferibilmente compreso tra 0.15 e 0.85, più preferibilmente tra 0.3 e 0.7. Le velocità spaziali di alimentazione della corrente alcolica-idrocarburica devono essere minori di 50 h<-1>, preferibilmente minori di 30 h<-1>, più preferibilmente comprese tra 1 e 15 h<-1>The reaction temperature is preferably between 30 and 100 ° C. The molar ratio between the fed alcohol and the iso-olefin must be substoichiometric with respect to what is predicted by the stoichiometry of the etherification reaction, ie <1, preferably between 0.15 and 0.85, more preferably between 0.3 and 0.7. The spatial feed rates of the alcoholic-hydrocarbon stream must be less than 50 h <-1>, preferably less than 30 h <-1>, more preferably between 1 and 15 h <-1>
Nella zona di reazione vengono principalmente convertite le iso-olefine e gli alcoli primari, tuttavia pure parte delle n-olefine può essere convertita a prodotto utile; in linea di principio, non esistono limiti alla concentrazione di iso-olefina nella frazione idrocarburica anche se è preferibile avere concentrazioni comprese tra il 15 e il 60%; non esistono limiti nel rapporto tra isoolefine e olefine lineari. Si deve osservare che nel caso di correnti provenienti da deidrogenazione dell'isobutano non si hanno in carica concentrazioni significative di buteni lineari. The iso-olefins and primary alcohols are mainly converted in the reaction zone, however also part of the n-olefins can be converted to a useful product; in principle, there are no limits to the concentration of iso-olefin in the hydrocarbon fraction even if it is preferable to have concentrations between 15 and 60%; there are no limits in the relationship between linear isoolefins and olefins. It should be noted that in the case of currents deriving from dehydrogenation of isobutane, there are no significant concentrations of linear butenes in the feed.
L'effluente di processo è poi mandato ad una zona di separazione dove l'alcool primario, le olefìne non reagite e gli idrocarburi saturi C4-C5 vengono separati dai prodotti di reazione. Varie apparecchiature possono essere impiegate per tale separazione, tra di esse anche il reattore-colonna. Essendo la conversione sull'alcool sempre molto elevata nelle condizioni tipiche del processo, oggetto della presente invenzione, possono essere sfruttate tecniche di separazione per la completa rimozione dell'alcool primario, tipiche delle moderne tecnologie di eterificazione (sfruttando la formazione di azeotropi tra l'alcool e la corrente idrocarburica C4-C5>. The process effluent is then sent to a separation zone where the primary alcohol, the unreacted olefins and the saturated C4-C5 hydrocarbons are separated from the reaction products. Various apparatuses can be used for this separation, among them also the reactor-column. Since the conversion on alcohol is always very high in the typical conditions of the process, object of the present invention, separation techniques can be exploited for the complete removal of the primary alcohol, typical of modern etherification technologies (exploiting the formation of azeotropes between the alcohol and the hydrocarbon stream C4-C5>.
Nel caso infine che non si siano raggiunte conversioni totali delle isoolefine C4-C3 nel reattore in cui avviene la produzione congiunta dell'etere e degli idrocarburi altoottanici, in funzione del particolare utilizzo della corrente inconvertita di idrocarburi C4-C5, l'effluente separato di testa può anche essere opzionalmente mandato ad un secondo reattore di eterificazione, come adottato di consuetudine nelle moderne tecnologie per la produzione di eteri ter-alchilici (P.R.Sarathy, G.S.Suffridge, Hydrocarbon Proc., Febr.1993,45). Di nuovo tale reattore può essere di diversa configurazione (adiabatico, reattore colonna oppure qualunque altro tipo che venga considerato utile per la applicazione specifica). Il prodotto di reazione uscente da questo reattore finitore può essere poi opzionalmente unito a quello ottenuto nel primo reattore. Finally, in the event that total conversions of the C4-C3 isoolefins have not been achieved in the reactor where the joint production of the ether and the high octane hydrocarbons takes place, depending on the particular use of the unconverted stream of C4-C5 hydrocarbons, the separated effluent of head can also optionally be sent to a second etherification reactor, as is customary in modern technologies for the production of tert-alkyl ethers (P.R. Sarathy, G.S.Suffridge, Hydrocarbon Proc., Febr. 1993,45). Again this reactor can be of different configuration (adiabatic, column reactor or any other type that is considered useful for the specific application). The reaction product leaving this finisher reactor can then optionally be combined with that obtained in the first reactor.
Vengono ora fomiti degli esempi aventi lo scopo di meglio illustrare l'invenzione, essendo tuttavia inteso che essa non è affatto ad essi limitata. Examples are now provided for the purpose of better illustrating the invention, it being however understood that it is by no means limited thereto.
Esempio I Example I.
Questo esempio illustra l'uso del procedimento della presente invenzione in un reattore tubolare incamiciato il cui disegno è mostrato in figura 1 dove è indicato con: This example illustrates the use of the process of the present invention in a jacketed tubular reactor whose design is shown in figure 1 where it is indicated with:
I -ingresso liquido I - liquid inlet
2-uscita liquido 2-liquid outlet
3-ingresso liquido termostatico 3-thermostatic liquid inlet
4-uscita liquido termostatico 4-thermostatic liquid outlet
5-termocoppia 5-thermocouple
6-setto poroso (da 100 micron) 6-porous septum (100 micron)
In questo reattore di acciaio inossidabile, con un diametro interno di 1,4 cm e dotato di valvole per l'ingresso dei reagenti e l'uscita dei prodotti, sono stati caricati 20 cc di resina a scambio cationico, funzionalizzata con gruppi solfonici, Amberlyst 15. In this stainless steel reactor, with an internal diameter of 1.4 cm and equipped with valves for the inlet of the reagents and the outlet of the products, 20 cc of cation exchange resin, functionalized with sulphonic groups, Amberlyst, were loaded 15.
II calore di reazione, sviluppato dalle due reazioni esotermiche, viene asportato mediante circolazione di un fluido refrigerante (acqua a 40°C) nella camicia del reattore. The reaction heat, developed by the two exothermic reactions, is removed by the circulation of a cooling fluid (water at 40 ° C) in the reactor jacket.
Il profilo termico (uno indicativo è riportato in figura 2 -dove in ascisse è rappresentata la lunghezza del reattore ed in ordinate la temperatura) ottenuto mediante il processo, oggetto della presente invenzione, ha mostrato in tutte le prove effettuate un massimo di temperatura nel primo terzo del ietto catalitico in cui è più alta la velocità di reazione. The thermal profile (an indicative one is shown in figure 2 - where the reactor length is represented in the abscissa and the temperature in the ordinates) obtained by the process, object of the present invention, showed in all the tests carried out a maximum temperature in the first third of the catalytic bed in which the reaction rate is highest.
Nel reattore è stata mantenuta una pressione costante di 1,5 MPa sufficiente per mantenere liquidi i reagenti. A constant pressure of 1.5 MPa was maintained in the reactor, sufficient to keep the reagents liquid.
In questa prova è stato utilizzato come alcool primario il metanolo e come corrente idrocarburica una miscela di idrocarburi C4 con una composizione simile a quella uscente da un impianto di deidrogenazione di isobutano (isobutene 48% in peso, isobutano 52 % in peso). La miscela di alimentazione, in cui il rapporto molare metanolo/isobutene è 0,6, è stata inviata al reattore ad una velocità di 2 cc/min in modo da avere una velocità spaziale LHS V di 6 volumi/ora per volume di catalizzatore (6 h<-1 >). In this test methanol was used as the primary alcohol and a mixture of C4 hydrocarbons with a composition similar to that coming out of an isobutane dehydrogenation plant (isobutene 48% by weight, isobutane 52% by weight) as the hydrocarbon stream. The feed mixture, in which the methanol / isobutene molar ratio is 0.6, was sent to the reactor at a rate of 2 cc / min so as to have an LHS V space rate of 6 volumes / hour per volume of catalyst ( 6 h <-1>).
Operando in queste condizioni è stato possibile ottenere (una volta raggiunto lo stato stazionario) delle conversioni medie di metanolo e isobutene rispettivamente del 98 e del 78 %, con una selettività molare a dimeri del 92 %. Operating under these conditions it was possible to obtain (once the steady state was reached) average conversions of methanol and isobutene of 98 and 78% respectively, with a molar selectivity to dimers of 92%.
La temperatura massima raggiunta nel reattore è stata di 72°C. The maximum temperature reached in the reactor was 72 ° C.
Allo stato stazionario, raggiunto nelle presenti condizioni in meno di 0.5 h, si è ottenuto un prodotto avente la seguente composizione: In the steady state, reached under the present conditions in less than 0.5 h, a product was obtained having the following composition:
Esempio 2 (Comparativo) Example 2 (Comparative)
Questo esempio mostra come conducendo la reazione in assenza di alcoli primari non sia possibile limitare la formazione di oligomeri pesanti. This example shows how by carrying out the reaction in the absence of primary alcohols it is not possible to limit the formation of heavy oligomers.
Questa prova è stata effettuata con la stessa apparecchiatura e nelle stesse condizioni operative descritte nell'esempio 1. This test was carried out with the same equipment and under the same operating conditions described in example 1.
In questo esempio è stata utilizzata una carica solo di tipo idrocarburico assimilabile ad una corrente uscente da un impianto di deidrogenazione dell'isobutano (isobutano 51 % in peso e isobutene 49 % in peso). In this example, only a hydrocarbon type feed was used which could be assimilated to a stream leaving an isobutane dehydrogenation plant (isobutane 51% by weight and isobutene 49% by weight).
In assenza di alcool risulta molto più problematico il controllo della temperatura all'interno del reattore (Tmax = 90-100°C). In the absence of alcohol, controlling the temperature inside the reactor is much more problematic (Tmax = 90-100 ° C).
Anche in questo caso sono state ottenute conversioni molto alte dell'isobutene (85%) ma le selettività molari a dimeri sono assai basse (55%). Allo stato stazionario, si è ottenuto un prodotto avente la seguente composizione: Also in this case very high conversions of isobutene were obtained (85%) but the molar selectivities to dimers are very low (55%). In the steady state, a product was obtained having the following composition:
Esempio 3 Example 3
Questo esempio mostra come sia possibile limitare la formazione di oligomeri pesanti anche conducendo la reazione in presenza di un etere, come MTBE, impiegato al posto del componente alcolico (MeOH). This example shows how it is possible to limit the formation of heavy oligomers also by carrying out the reaction in the presence of an ether, such as MTBE, used in place of the alcoholic component (MeOH).
Questa prova è stata effettuata con la stessa apparecchiatura e nelle stesse condizioni operative descritte nell'esempio 1 utilizzando un rapporto molare MTBEAsobutene di 0,33. Operando in queste condizioni è stato possibile ottenere delle conversioni medie dell'isobutene dell’ 80 %, con selettività molare a dimeri dell' 83%. This test was carried out with the same apparatus and under the same operating conditions described in example 1 using a molar ratio MTBEAsobutene of 0.33. Operating under these conditions it was possible to obtain average conversions of isobutene of 80%, with molar selectivity to dimers of 83%.
La temperatura massima raggiunta nel reattore è stata di 68°C. The maximum temperature reached in the reactor was 68 ° C.
Allo stato stazionario, si è ottenuto un prodotto avente la seguente composizione: In the steady state, a product was obtained having the following composition:
Esempio 4 Example 4
Questo esempio mostra come anche altre resine a scambio ionico siano attive nel processo, oggetto della presente invenzione. Anche in questo caso è stata utilizzata l'apparecchiatura descrìtta nell'esempio 1 utilizzando però come catalizzatore 20 cc di resina a scambio cationico, funzionalizzata con gruppi solfonici, Amberlyst 35. This example shows how other ion exchange resins are also active in the process, object of the present invention. Also in this case the apparatus described in example 1 was used using, however, 20 cc of cation exchange resin, functionalized with sulphonic groups, Amberlyst 35 as catalyst.
Questa prova è stata inoltre condotta con un rapporto molare metanolo/isobutene di 0,4 ed una carica idrocarburìca composta da isobutano (53 % in peso) e isobutene (47 % in peso). Questa miscela è stata alimentata al reattore ad una velocità di 2 cc/min in modo da avere una velocità spaziale di 6 volumi/ora per volume di catalizzatore. This test was also carried out with a methanol / isobutene molar ratio of 0.4 and a hydrocarbon filler composed of isobutane (53% by weight) and isobutene (47% by weight). This mixture was fed to the reactor at a rate of 2 cc / min so as to have a space rate of 6 volumes / hour per volume of catalyst.
Operando in queste condizioni è stato possibile ottenere delle conversioni medie di metanolo e isobutene rispettivamente del 99 e dell' 85 % , con una selettività molare a dimeri del 90 %. La temperatura massima raggiunta nel reattore è stata di 76°C. Allo stato stazionario, si è ottenuto un prodotto avente la seguente composizione: Operating under these conditions it was possible to obtain average conversions of methanol and isobutene of 99 and 85% respectively, with a molar selectivity to dimers of 90%. The maximum temperature reached in the reactor was 76 ° C. In the steady state, a product was obtained having the following composition:
Esempio 5 Example 5
Questo esempio mostra come la presenza di olefine lineari (2-butene) nella carica idrocarburìca non modifica la velocità di reazione e la selettività a dimeri del processo, oggetto della presente invenzione. This example shows how the presence of linear olefins (2-butene) in the hydrocarbon feedstock does not modify the reaction rate and the selectivity to dimers of the process, object of the present invention.
Questa prova è stata effettuata con la stessa apparecchiatura e nelle stesse condizioni operative descritte nell'esempio 4. This test was carried out with the same equipment and under the same operating conditions described in example 4.
In questo caso è stata però utilizzata una corrente idrocarburìca C4 con composizione simile a quella che si avrebbe in uscita da una unità FCC, dopo isomerizzazione dell' 1-butene a 2-butene. In this case, however, a C4 hydrocarbon stream was used with a composition similar to that which would occur at the output of an FCC unit, after isomerization of 1-butene to 2-butene.
La composizione del taglio C4 alimentato è stata quindi la seguente: isobutano 33% in peso, isobutene 23% in peso, 2-butene 44 % in peso. The composition of the fed C4 cut was therefore as follows: isobutane 33% by weight, isobutene 23% by weight, 2-butene 44% by weight.
In queste condizioni è stato possibile ottenere delle conversioni medie di metanolo e isobutene rispettivamente del 98 e dell' 88%, con una selettività molare a dimeri (e codimeli) dell' 87%. La temperatura massima raggiunta nel reattore è stata di 64°C. Under these conditions it was possible to obtain average conversions of methanol and isobutene of 98 and 88% respectively, with a molar selectivity to dimers (and codymeles) of 87%. The maximum temperature reached in the reactor was 64 ° C.
Allo stato stazionario, si è ottenuto un prodotto avente la seguente composizione: In the steady state, a product was obtained having the following composition:
La presenza dei codimeli tra isobutene e 2-butene non peggiora la qualità del prodotto in quanto questi idrocarburi, una volta idrogenati, hanno caratteristiche ottaniche (RON e MON) analoghe a quelle dell'isoottano. The presence of codymeles between isobutene and 2-butene does not worsen the quality of the product as these hydrocarbons, once hydrogenated, have octane characteristics (RON and MON) similar to those of isooctane.
Esempio 6 Example 6
Questo esempio mostra come il processo, oggetto della presente invenzione, sia estendibile anche ad alcoli primari superiori come l'etanolo. This example shows how the process, object of the present invention, can also be extended to higher primary alcohols such as ethanol.
Questa prova è stata condotta con la stessa apparecchiatura e nelle stesse condizioni operative descritte nell'esempio 4. In queste condizioni è stato possibile ottenere delle conversioni medie di etanolo e isobutene rispettivamente del 98 e dell'85% , con selettività molari a dimeri del 92 %. This test was carried out with the same equipment and under the same operating conditions described in example 4. Under these conditions it was possible to obtain average conversions of ethanol and isobutene of 98 and 85% respectively, with molar selectivity to dimers of 92 %.
La temperatura massima raggiunta nel reattore è stata di 73 °C. The maximum temperature reached in the reactor was 73 ° C.
Allo stato stazionario, si è ottenuto un prodotto avente la seguente composizione: In the steady state, a product was obtained having the following composition:
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITMI940765A IT1269342B (en) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | PROCEDURE FOR THE JOINT PRODUCTION OF ETHERS AND HIGH-OCTANIC HYDROCARBONS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITMI940765A IT1269342B (en) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | PROCEDURE FOR THE JOINT PRODUCTION OF ETHERS AND HIGH-OCTANIC HYDROCARBONS |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITMI940765A0 ITMI940765A0 (en) | 1994-04-20 |
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Country Status (1)
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-
1994
- 1994-04-20 IT ITMI940765A patent/IT1269342B/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1269342B (en) | 1997-03-26 |
| ITMI940765A0 (en) | 1994-04-20 |
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