NO300127B1 - Fremgangsmåte til separering av en eterifiseringsreaksjonsutlöpsström og apparat for utförelse derav - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører utvinning av etere fra en reaksjonsblanding. En side av oppfinnelsen angår en fremgangsmåten til separasjon av utløpstrømmen fra reaktoren ved fremstilling av tertiære alkyletere. En annen side ved oppfinnelsen angår et arrangement av kolonner utformet for å ekstrahere alkohol med vann.

Det er kjent at tertiære alkyletere, som er blandingskomponenter med høyt oktantall for motorbrensel, kan fremstilles ved omsetning av en primæralkohol med et alken som har en dobbeltbinding på et tertiært karbonatom. For eksempel vil metanol omsettes med isobutylen eller isoamylen under dannelse av henholdsvis metyltertbutyleter (MTBE) og tertamylmetyleter(TAME). Det er kjent lignende reaksjoner som frembringer etyltertbutyleter (ETBE) og tertamyletyleter (TAEE). Referan-ser er bl.a til US patentene nr. 3135807, 3846088, 3979461 og 4071567.

Disse eterreaksjoner er så selektive for tertiære alkener at de utgjør en gyldig fremgangsmåte for deres fjerning fra alkeniske strømmer hvor de finnes sammen med lineære alkener. Ved fremstilling av slike etere er det imidlertid ønskelig å fjerne den uomsatte alkohol fra eteren i reaksjonens avløp, og resirkulere den til eterreaktoren.

Det er kjent flere fremgangsmåter for å skille alkohol fra tertiære alkyleterprodukter. Alle de kjente enkelte fremgangsmåter svikter imidlertid med hensyn til å gi den fleksibilitet at de kan separere alkohol fra flere forskjellige eterprodukter såsom MTBE, ETBE, TAME,

TAEE.

Følgelig er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte som vil gjenvinne alkohol fra en reaksjonsblanding inneholdende en tertiær alkyleter.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et forbedret arrangement av kolonner for ekstraksjon av alkohol med vann.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte som anvender i alt vesentlig identisk prosessutstyr for separasjon av MTBE, TMAE, ETBE, TAEE reaksjonsprodukter.

Ytterligere et formål med oppfinnelsen er å gjenvinne uomsatte hydrokarboner fra et tertalkyleter reaksjonsprodukt.

Det tilveiebringes en fremgangsmåte for å skille alkohol fra en reak-sjonsavløpsstrøm ved eterifisering av C4 eller C5 isoalkener, hvilken fremgangsmåte anvender i alt vesentlig det samme prosessutstyr til separasjon av flere forskjellige eterforbindelser så som MTBE, ETBE, TAME eller TAEE eller blandinger derav. I denne fremgangsmåte som har dobbelte vannvasketrinn pluss fraksjonering, blir hele reaksjonsproduktet fra en tertiær alkyleterreaksjon inneholdende eterkomponent-ene med høyt oktantall, sammen med hydrokarboner som omfatter uomsatte C4 eller C5 isoalkener og inerte hydrokarboner slik som lineære alkener og alkaner og også uomsatt alkohol, separert i en første separasjonssone for å tilveiebringe en produktstrøm inneholdende eterkomponenten, en strøm som inneholder en vann/alkoholblanding, en strøm som først og fremst inneholder hydrokarboner, men også inneholder alkohol. Denne sistnevnte hydrokarbonstrøm inneholdende alkohol blir videre separert i en andre separasjonssone for å gi en hydrokarbonproduktstrøm for videre anvendelse som ønsket, og en strøm av vann/alkohol-blanding som kombineres med vann/alkohol-blandingsstrømmen fra den første separasjonssone. Den samlede vann/alkolhol-blandingsstrøm separeres i en tredje separasjonssone for å gi en alkoholproduktstrøm som egner seg for resirkulering til eterreaktoren og en vannstrøm som egner seg for andre anvendelser.

I følge den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte til separering av en eterifiseringsreaksjons-utløpsstrøm inneholdende en tertiæralkyleter, hydrokarboner omfattende uomsatte isoalkener og andre inerte hydrokarboner, og uomsatt alkohol, idet den er kjennetegnet ved å føre den nevnte eteriserifingsreaksjon-utløpsstrøm til en første separasjonssone som innbefatter et vannekstraksjonstrinn fulgt av fraksjonering; å separere den nevnte reaksjonsutløpsstrøm i den nevnte første separasjonssone under betingelser som skaffer en første strøm omfattende en blanding av de nevnte hydrokarboner og den nevnte alkohol, en andre strøm som omfatter den nevnte tertiæralkyleter stort sett fri for alkohol og en tredje strøm som omfatter en vann/alkohol-blanding; å føre den nevnte første strøm til en andre separasjonssone som innbefatter et vannekstraksjonstrinn fulgt av avdrivning; å separere den nevnte første strøm i den nevnte andre separasjonssone under betingelser som skaffer en fjerde strøm omfattende de nevnte hydrokarboner stort sett fri for alkohol og en femte strøm som omfatter en vann/alkohol-blanding; og, å kombinere den nevnte femte strøm og den nevnte tredje strøm for dannelse av en sjette strøm og å føre den nevnte sjette strøm til en tredje separasjonssone som omfatter en fraksjonering som gir en syvende strøm som i det vesentlige omfatter alkohol.

I følge den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringes også et apparat for utførelse av fremgangsmåten, idet det er kjennetegnet ved det som fremgår av karakteristikken til krav 8.

I en foretrukket utførelsesform omfatter den første separasjonssone et vannekstraksjonstrinn etterfulgt av fraksjonering av eter, hvor vann-ekstraks jonstrinnet fjerner en første alkoholporsjon fra reaksjons-avløpet. Følgelig gir denne vannekstraksjon et ekstrakt som inneholder alkohol og et raffinat inneholdende eteren, hydrokarbonene og som også inneholder mindre mengder alkohol som er ført over med hydrokarbonene. Dette raffinat går til eterfraksjoneringskolonnen for å gi eter-produktet en bunnproduktstrøm, og en topproduktstrøm inneholdende hydrokarboner og alkohol som ledes til den andre separasjonssone.

Den andre separasjonssone innbefatter et vannekstraksjonstrinn etterfulgt av en hydrokarbonavdrivningsoperasjon. Dette ekstraksjonstrinn i den andre separasjonssone fjerner en andre alkoholporsjon som utgjør i alt vesentlig all av den gjenværende alkohol i reaksjonsavløpet, og anvendes til ytterligere å redusere alkoholtapene. Følgelig gir vann-ekstraks j onene i den andre separasjonsone et ekstrakt inneholdende alkohol og et raffinat inneholdende hydrokarboner med praktisk talt ingen alkohol. Denne raffinatstrøm ledes til en hydrokarbonavdriv-ningskolonne for ytterligere rensing og gir en stabilisert hydrokarbons tr øm.

Den tredje separasjonsone er en alkoholfraksjonering som gir produkter av eter og vann separert fra vann/alkohol-blandingene oppnådd fra den første og andre separasjonssone.

Andre formål, og sider samt de mange fordeler ifølge oppfinnelsen vil fremgå særlig ved lesning av beskrivelsen og de krav og tegningen hvor: Fig l. Er en forenklet skjematisk illustrasjon som viser en prosess-strøm og arrangement av apparater ifølge en foretrukket utførelse av denne opp f inneIse.

Det vil bli forstått av fagfolk på dette området at siden fig 1. er utelukkende skjematisk, vil mange utstyrsdeler som vil være nødvendige i et kommersielt anlegg for vellykket drift, være utelatt av hensyn til klarheten. Slike utstyrdeler ville for eksempel omfatte strømnings-, trykk-, og temperaturmåleinstrumenter med tilsvarende prosesskontrollutstyr; pumper, varmevekslere, ventiler osv, og alle disse deler ville være tilveiebragt ifølge vanlig kjemiteknisk prak-sis, skjønt de spiller ingen rolle ved forklaringen av den foreliggende oppfinnelse.

Med referanse til figur 1 blir hele reaksjonsproduktet fra en reaksjon som selektivt omsetter et tertiært alken som har 4 eller 5 karbon-atomer pr. molekyl med en alkohol (f.eks. metanol eller etanol) for å frembringe en eter, matet via ledningen 4 til en første separasjonssone som omfatter en ekstraksjonskolonne 2 og en fraksjoneringskolonne 6. Denne reaksjonsutløpstrøm som leveres via ledningen 4, inneholder et tertiært alkyleterprodukt i et overskudd av uomsatte og inerte hydrokarboner og inneholder også uomsatt alkohol. Ekstraksjonskolonnen eller den såkalte vannvaskeoperasjon, omfatter i motstrømskontakt å tilveiebringe fødematerialet med vann levert via en ledning 12 ved en temperatur typisk omkring 40° C og et overtrykk på for eksempel 1000 - 1200 kPa, som er tilstrekkelig til å holde hydrokarbonene i flytende fase.

En første porsjon av den uomsatte alkohol omfattende minst ca 50 vekt% av alkoholen i fødematerialet, blir fjernet i ekstraksjonstrinnet i den første separasjonssone. Skjønt man ikke ønsker å være begrenset av noen teori, blir det antatt at tilstrekkelig alkohol blir fjernet fra fødematerialet ved vannekstraksjonstrinnet som utføres i ekstraksjonskolonnen 2, slik at driften av eterfraksjoneringskolonnen 6, som følger, blir forbedret enten fordi separasjonsfaktorene for de gjenværende komponenter blir forbedret eller fordi eterfraksjoneringskolonnen 6 ikke opererer i en eter/alkohol/hydrokarbonazeotrop. Toppraffinatet fra ekstraksjonen i kolonne 2 inneholder hovedsakelig inerte hydrokarboner pluss eterprodukter sammen med mindre mengder uomsatte isoalkener og alkohol. Denne raffinatsrøm ledes til en destillasjonskolonne 6 via ledning 8 hvorifra det gjenvinnes en topp-strøm i en ledning 10 som inneholder hydrokarbon pluss mindre mengder alkohol. Bunnstrømmen i ledning 14 gjenvinner eterprodukter for anvendelse såsom høyoktanblandingskomponent for motorbrensel.

Ekstraktbunnproduktene fra vannvaskeoperasjonen i ekstraksjonskolonnen 2 inneholder en blanding av vann og alkohol hvor den samlede alkohol-mengde omfatter en konsentrasjon på ca 2 0 vektprosent av den totale strøm. Denne strøm føres via ledningene 16 og 32 til en alkohol-fraksjoneringskolonne 18.

En omløpsledning 3 0 omkring ekstraksjonkolonnen 2 tilveiebringes for å utelukke vannvaskekolonnen 2 når det fremstilles MTBE. Hydrokarbontoppfasen som tas ut fra eterfraksjoneringskolonnen 6 ledes til den andre separasjonssone hvor ytterligere alkohol kan gjenvinnes mens renheten av hydrokarbonstrømmen blir forbedret. Den andre separasjonssone omfatter vannekstraksjonskolonnen 20 og avdriverkolonnen 22. Toppstrømmen som tas ut fra fraksjoneringskolonnen 6 føres via ledningen 10 til en ekstraksjonskolonne 2 0 hvor det innføres vann via ledningen 24. En hydrokarbonraffinatstrøm som er i alt vesentlig fri for alkohol tas ut fra kolonnen 20 via en ledning 26, og en alkhol/- vannblanding tas ut via en ledning 21 og slås sammen med en strøm av lignende sammensetning i en ledning 16. Ytterligere rensing av hydro-karbontoppstrømmen for å tilfredsstille visse renhetsspesifikasjoner, tilveiebringes i avdriverkolonnen 22, hvor de lettere fraksjoner blir fjernet fra hydrokarbonene via ledningen 27, og et stabilisert hydro-karbonprodukt fjernes via en ledning 28.

Vann/alkoholblandingen levert til fraksjoneringskolonnen 18 via en ledning 32 blir separert i fraksjoneringskolonnen 18 for å gi en alkoholstrøm i en ledning 34 som er egnet for resirkulering til eterreaktoren, og en vannstrøm i en ledning 3 6 som egner seg for resirkulering til ekstraksjonskolonnene 2 og/eller 20. Skjønt de aktuelle operasjonsbetingelser for de enkelte enheter illustrert på fig. 1 i en viss utstrekning vil avhenge av sammensetnigen av føde-materialet, er typiske driftsbetingelser for de enkelte enheter i etergjenvinningsoperasjonen gitt i tabell 1 nedenfor, hvor tallene i parentes tilsvarer referansetallene i fig. 1.

Den forliggende oppfinnelse kan anvendes for mange forskjellige eterdannende enheter hvor de ovenfor beskrevne dobbeltvasketrinn i kombinasjon med fraksjonering tilveiebringer de nye elementer. Ved drift kan den første fraksjoneringskolonne 2 fjerne minst 50 vektprosent og fortrinnsvis ca 75 vektprosent av den alkohol som inneholdes i føden, hvilket som tidligere nevnt kan være tilstrekkelig alkoholfjerning til å forhindre at det danner seg en eter/alkohol/- hydrokarbonazeotrop i fraksjoneringskolonnen 6 for reaksjonsprodukter omfattende ETBE, TAME, TAEE eller blandinger derav, slik at separa-sjonen i fraksjoneringskolonnen 6 blir forbedret. Ytterligere alkohol blir deretter fjernet i en andre vannekstraksjon 20.

Rimelige variasjoner og modifikasjoner, som vil være åpenbare for fagfolk på dette område, kan gjøres i denne oppfinnelse. Slike modifikasjoner er innenfor rammen av den beskrevne oppfinnelse og de til-hørende krav.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til separering av en eterifiseringsreaksjons-utløpsstrøm inneholdende en tertiæralkyleter, hydrokarboner omfattende uomsatte isoalkener og andre inerte hydrokarboner, og uomsatt alkohol, karakterisert ved : (a) å føre den nevnte eteriserifingsreaksjon-utløpsstrøm til en første separasjonssone som innbefatter et vannekstraksjonstrinn (2) fulgt av fraksjonering (6), (b) å separere den nevnte reaksjonsutløpsstrøm i den nevnte første separasjonssone under betingelser som skaffer en første strøm omfattende en blanding av de nevnte hydrokarboner og den nevnte alkohol, en andre strøm som omfatter den nevnte tertiæralkyleter stort sett fri for alkohol og en tredje strøm som omfatter en vann/alkohol-blanding, (c) å føre den nevnte første strøm til en andre separasjonssone som innbefatter et vannekstraksjonstrinn (20) fulgt av avdrivning (22), (d) å separere den nevnte første strøm i den nevnte andre separasjonssone under betingelser som skaffer en fjerde strøm omfattende de nevnte hydrokarboner stort sett fri for alkohol og en femte strøm som omfatter en vann/alkohol-blanding, og (e) å kombinere den nevnte femte strøm og den nevnte tredje strøm for dannelse av en sjette strøm og å føre den nevnte sjette strøm til en tredje separasjonssone som omfatter en fraksjonering (18) som gir en syvende strøm som i det vesentlige omfatter alkohol.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte tredje strøm dannes ved å ekstrahere en første porsjon av alkohol som inneholdes i den nevnte reaksjonsutløpsstrøm i den nevnte vannekstraksjonstrinn (2) i den nevnte første separasjonssone, og særlig hvor den tredje strøm dannes ved å bringe alkoholen som inneholdes i den nevnte reaksjonsutløpsstrøm i berøring i motstrøm med vann, særlig hvor den nevnte først porsjon av alkohol omfatter hoveddelen av uomsatt alkohol som inneholdes i den nevnte eterifiseringsreaksjon-utløpsstrøm.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte femte strøm dannes ved å ekstrahere en andre porsjon av alkohol som omfatter alkohol som inneholdes i den første nevnte strøm i et vannekstraksjonstrinn (20) i den nevnte andre separasjonssone.

4 . Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at den femte strøm dannes ved at alkoholen som inneholdes i den nevnte første strøm bringes i berøring i motstrøm med vann.

5 . Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at alkoholen velges fra gruppen omfattende metanol og etanol.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at den nevnte tertiæralkyleter velges fra gruppen MTBE, TAME, ETBE og TAEE eller blandinger derav.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de uomsatte hydrokarboner omfatter C4 eller Cs isoalkener og de nevnte inerte hydrokarboner omfatter alkaner og lineære alkener.

8. Apparat til separering av en eterifiseringsreaksjon-utløpsstrøm som angitt i et av kravene 1 og 5-7, karakterisert ved at det omfatter: et første vannekstrasjonsorgan (2); organer (12) for innføring av vann i det første vannekstrasjonsorgan (2); organer (14) for innføring av reaksjonsutløpsstrømmen i det første vannekstraksjonsorgan (2) for fremstilling av en tredje strøm som omfatter, en ekstraktblanding av alkohol og en strøm som omfatter en raffinatblanding av den nevnte eter, hydrokarboner og alkohol; et første fraksjoneringsorgan (6); organer (8) for innføring av den nevnte strøm som en matestrøm til det første fraksjoneringsorgan (6) hvor den nevnte strøm fraksjoneres under betingelser som er tilstrekkelige til å produsere en tredje strøm som omfatter den nevnte eter stort sett fri for alkohol og en første strøm som omfatter en blanding av de nevnte hydrokarboner og alkohol; et andre vannekstraksjonsorgan (20) ; organer (24) for innføring av vann i det nevnte andre ekstraksjons-organ (20) ; organer (10) for innføring av den første strøm i det nevnte andre vannekstraksjonsorgan (20) for fremstilling av en femte strøm som omfatter en ekstraktblanding av alkohol og en fjerde strøm som omfatter et raffinat av de nevnte hydrokarboner stort sett fritt for alkohol; et andre fraksjoneringsorgan (18); organer (32) for å kombinere den tredje strøm og den femte strøm for dannelse av en sjette strøm og for innføring av den sjette strøm som en matestrøm til det nevnte andre fraksjoneringsorgan (18), idet den sjette strøm fraksjoneres under betingelser som er tilstrekkelige for å produsere en toppstrøm som stort sett omfatter alkohol og en bunnstrøm som stort sett omfatter vann.

9. Apparat som angitt i krav 8, karakterisert ved at det omfatter: en avdriverkolonne (22) ; organer (26) for innføring av den fjerde strøm som en matestrøm nær toppen av avdriverkolonnen hvor den fjerde strøm strippes for lette materialer for å skaffe en stabilisert hydrokarbons t røm.

10. Apparat som angitt i krav 8, karakterisert ved at det omfatter: et omføringsorgan (3 0) rundt det første vannekstraksjonorgan.