173567. lajstromszámú szabadalom • Eljárás izobutilén kinterésére négyszénatomos szénhidrogén-frakciókból
3 173567 4 szulfonsavas ioncserélőt lyuggatott lemezen helyezik el. A dehidratáló berendezés alsó részét, azaz a rektifikáló részt harangtányérokkal látják el. A terc-butanoi koncentrált vizes oldatát 0,3—0,5 óra térfogati sebességgel a katalizátorágy alatt a reaktor középső részébe vezetik. Az alkohol dehidratációja 80—110 °C közötti hőmérsékleten legfeljebb 3 atm nyomáson, előnyösen 0,5—0,9 atm nyomáson megy végbe. A dehidratálás során képződő izobutilén gáz alakban, a nem reagált terc-butanol gőzökkel együtt a kondenzátorba jut, s így a rendszerből távozik. Az alkohol kondenzálódik és ismét a reaktor felső részébe jut. A gáz és a gőzök lineáris sebessége a reaktor reakcióterében 0,1 m/sec. A másik dehidratációs termék, a víz, ugyancsak terc-butanollal szennyezve a reaktor rektifikáló részébe jut, ahonnan a terc-butanol gőz alakjában a reakciótérbe áramlik míg a vizet a rendszerből eltávolítják. A terc-butanol 97%-a alakul át. A 191 507 számú szovjet szerzői tanúsítványban ismertetett eljárás szerint az izobutilén hidratálását és dehidratálását KY-1 vagy KY-2 típusú kationcserélő gyanta jelenlétében végzik. A KY—1 gyanta p-fenol-szulfonsav és formaldehid polikondenzációs terméke, a KY-2 típus pedig sztiro] és divinilbenzol szulfonált kopolimerje. Mindkét gyantatípust 0,3-1,5 mm méretű szemcsék formájában alkalmazzák katalizátorként. Ez utóbbi ismert eljárás hátránya, hogy az izobutilén mennyiségének legfeljebb 81—86%-a alakul át terc-butanollá. További hátrány, hogy viszonylag kevéssé termelékeny, mivel a hidratálás során mindössze 0,7 liter/liter katalizátor • óra térfogati sebesség érhető el. A Chem. Abstr., 66, 4427 helyen kivonatban ismertetett eljárás szerint terc-butanolt dehidratálnak KY—1 típusú kationcserélő gyanta jelenlétében. Az eljárás termelékenysége nem kielégítő, mivel legfeljebb 0,2—0,3 liter/Jiter katalizátor • óra térfogati sebességet tesz lehetővé. Az ismert szulfonsavas-ioncserélők általában kis szemcsenagyságú anyagok formájában kerülnek felhasználásra. Az ilyen szemcsékből álló rétegek azonban a reagensekkel szemben nagy hidraulikus áramlási ellenállást képeznek, ami az adott eljárási körülmények rosszabbodásához vezet. A hidratáló berendezésben, ahol a komponensek felülről lefelé áramlanak, a szulfonsavas ioncserélő összetömörödik és ezáltal a reagensek áramlásával szemben az ellenállás fokozatosan nő. A dehidratáló berendezésben, ahol a gőz és a folyadék ellenáramban áramlik, a nagy hidraulikus ellenállás miatt nem lehetséges polimerizációval előállított szulfonsavas ioncserélő alkalmazása, amely ioncserélő 0,3-0,8 mm közötti szemcseátmérőjű, gömbszerű gyantaszemcsékből áll, s ezenkívül a kondenzációs típusú szulfonsavas-ioncserélőkkel szemben nagyobb katalitikus aktivitással és hőállósággal rendelkezik. Folimerizációs típusú szulfonsavas-ioncserélő alkalmazása esetén ugyanis ez az ioncserélő gyanta a katalizátorágyat szinte „elnyeli”. Mindez az eljárás teljesítményének csökkenéséhez vezet. A szulfonsavas-ioncserélő üzemi körülmények között történő alkalmazása bonyolult kialakítású reaktorokat igényel. Ez különösen a dehidratáló berendezésre vonatkozik. Fontos szempont az, hogy a katalizátort a reaktorból ne ragadja magával a reakciótermék, és a reakciótermék a katalizátorágy felett egyenletesen legyen elosztva. A szulfonsavas-ioncserélő-réteg magassága sem a hidratáló berendezésben, sem pedig a dehidratáló berendezésben lépheti túl a 2 métert. A találmány célja a felsorolt hátrányok kiküszöbölése. A találmány feladatául tűztük ki az izobutilén négyszénatomos szénhidrogén-frakciókból történő elkülönítésénél olyan katalizátor kiválasztását, amely az eljárás teljesítményét megnöveli, s egyidejűleg a műveleteket egyszerűbbé teszi. A feladatot úgy oldjuk meg, hogy eljárást dolgoztunk ki izobutilén négyszénatomos szénhidrogén-frakciókból történő elkülönítésére, amelynek során nevezett frakciókat 70-110°C közötti hőmérsékleten és 16—23 atm közötti nyomáson 1 : (5—20) mólarányban vízzel kezeljük, s a kezelést katalizátor jelenlétében és a víz súlyára számított 10—70% mennyiségű poláros oldószer jelenlétében végezzük, és a reakcióelegyet 2—3 liter/liter katalizátor • óra sebességgel vezetjük a katalizátorhoz, a keletkezett terc-butanolt és vizet tartalmazó reakcióelegyből a terc-butanolt vizes oldat formájában leválasztjuk és dehidratáljuk, azaz 80-100 °C közötti hőmérsékleten legfeljebb 3 atm nyomáson a találmány szerinti katalizátor jelenlétében kezeljük. A találmány értelmében a négyszénatomos szénhidrogén-frakciók vízzel való kezelése folyamán, valamint a terc-butilalkohol dehidratálásánál olyan formázott ioncserélő katalizátort alkalmazunk, amely szulfonált sztirol-divinilbenzol-kopolimert vagy sztirol-diizopropenilbenzol-kopolimert és egy szulfonált termoplasztot tartalmaz (1-4) : (1 —2) súlyarányban. Négyszénatomos szénhidrogén-frakciókként például benzin és egyéb ásványolaj-termékek pirolízise során keletkező frakciók, továbbá az izobután dehidrálása és ásványolaj-termékek krakkolása során nyert frakciók alkalmazhatók. Ezek a frakciók 20—50 súly% izobutilént tartalmaznak. Nevezett frakciókat adott körülmények között vízzel kezelve az izobutilén hidratálódik. A szénhidrogén-frakció és a víz mólarány 1 : (5—20). Amennyiben ez a mólarány csökken, az izobutilén átalakulásának mértéke is csökken, ugyanakkor a melléktermékek hozama nő. A mólarány növelésével a melléktermékek képződése csökken és ugyanakkor csökken az izobutilén hidratálásával előállított terc-butanol koncentrációja is. Előnyösen 1 :10 szénhidrogén-víz mólarányt választunk. Az izobutilén hidratálásánál a reakciófeltételeket úgy kell megválasztani, hogy az izobutilén terc-butanollá való átalakulásának nagy konverziója és az eljárás maximális teljesítménye biztosított legyen. Ezt azáltal érjük el, ha 70—110°C közötti hőmérsékleten és 16-23 atm nyomáson, folyékony fázisban, formázott ioncseráő katalizátor jelenlétében dolgozunk. Nem célszerű a megadott hőmérsékleti határértékeknél kisebb hőmérsékleten dolgozni, mivel ezáltal az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
