198164. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagytisztaságú izobutén előálítására
3 198 164 4 katalizátor aktív pontjain az anyagáramlás gátolva van, ami oda vezet, hogy a reaktortcrfogatra vonatkoztatott izobuténképződés mértéke, azaz a térfogatidő-hozam értéke az izobuténre nézve nem kielégítő. A folyamat üzemi méretű kivitelezéséhez ezért nagy mennyiségű katalizátorra van szükség. Az alkalmazott berendezés és az erősen endoterm hasadási reakcióhoz szükséges hő szállítása szempontjából ez további problémákat vet fel, ugyanis a használt műgyanta ioncserélő kis hőstabilitással rendelkezik, és ezért csak viszonylag alacsonyabb hőmérsékletű hőforrásból vezethetünk rá hőt, ami miatt nagy hőközvetítő felületekre van szükség. A hasadáshoz szükséges anyagátadás feltételeinek javítására a technika szerinti eljárásnál mozgó katalizátorággyal dolgoznak. A műgyantavázas kereskedelmi kationcserélőkct poláros oldószerekben, például TBA-ban és vízben használva, erős duzzadás és deformálódás lép fel, ami a katalizátor mechanikai stabilitását erősen befolyásolja. A mozgó katalizátorágyban ezért a katalizátorrészecskék kopása és törése nem akadályozható meg. A technika állása szerinti eljárások vázolt hátrányait a jelen találmány kiküszöböli. Feladatunk az, hogy' a TBA dehidratálásával nagytisztaságú izobutént állítsunk elő ipari méretekben olyan eljárással, ahol a dehidratálás hozama jobb és gazdaságosabb, és maga az eljárás is egyszerűbb. A találmány szerinti megoldásnál kiindulási anyagként használhatunk technikai izobutén oligomereket, például diizobuténnel szennyezett TBA-t, de tiszta TBA-t is. Előnyösen olyan TBA/víz elegyeket, például TBA/víz-azeotropokat használunk, amelyek a desztillációs feldolgozás során képződnek. Meglepő módon a találmány szerinti eljárással nagytisztaságú izobutént kapunk igen magas térfogatidőhozammal és gyakorlatilag 100 mól% izobuténszelektivitással, ha a TBA hasítását, illetve visszaalakítását izobuténné és vízzé szilárdágyas, erősen savas, homogén és folyadékfázisban, szerves ioncserélőn végezzük, és az átalakulás után kapott homogén, folyékony rcakcióclcgyet a reakció tértől elválasztott desztillációs zónába vezetjük, ahol az át nem alakult TBA-tól és víztől az izobutént elválasztjuk és a vizes TBA-oldatot ismét visszavezetjük a dehidratálási lépésbe. Ez az eredmény váratlan volt, mivel a már említett. 29 13 796 számú NSZK-beli nyilvánosságra hozatali iratban, 20. oldal, 27—31. hasáb, leírták, hogy túl nagy nyomáson, azaz homogén folyadékfázis esetében a dehidratálás nehezen kivitelezhető. Ezért meglepő, hogy a találmány szerinti eljárással homogén folyadékfázisban az izobutént ezen a hőmérsékleten eddig nem elért térfogat-idő-kitermelés (TIK) és szelektivitással kapjuk. További előnye a találmány szerinti eljárásnak a reakciótér és az izobutén-feldolgozás elválasztása, ami a reakciótér és a desztillációs tér szabad és rugalmas megválasztását teszi lehetővé; ez a termék minősége, valamint a katalizátor stabilitása szempontjából különösen előnyös. A találmány szerinti eljárásban a reakcióhőmérséklet 80—150 °C. Magas hőmérsékleten, például 110 °C-on előnyös a reakciót adiabatikus körülmények között végezni. Előnyös hőmérséklet a 100— 130 °C, mivel ebben a tartományban az izobutén térfogat-idő-hozam és a katalizátor élettartama optimális. A reakciónyomás 5—25 bar között lehet, a nyomást olyan nagynak választjuk, hogy a reaktorban képződő izobutén gázfázis képzése nélkül, teljes mértékben és homogén formában a reakcióelegyben oldva maradjon. Általában előnyös, ha a rcakciótér nyomása nagyobb, mint a fcldolgozótér oszlopnyomása, mivel így az izobutén elválasztás elősegítésére előnyösen nyomáscsökkentő elpárologtatást használhatunk. A kiindulási elegy TBA-tartalma a reaktor előtt 40-90 tömegszázalék, előnyösen 55—85 tömegszázalék. A reaktorba levő kiindulási elegy a frissen hozzávezetett tcrc-butanotból, előnyösen TBA/vízazeotróp formájában, és a keringtetett TBA/víz chgybol tevődik össze. Ezt az elegyet folyamatosan a ieaktorba vezetjük. Az egyes esetekben különösen kedvező térfogatsebesség a rcakcióclegy víztartalmától, továbbá nagymértékben a rcakcióhőtnérséklcüől és a használt katalizátor aktivitásától függ és minden katalizátorra egyedileg meg kell állapítani. A térfogatsebesség (LHVS) értéke liter betáplálás per liter duzzasztott katalizátor per óra értékben kifejezve 80—100 °C reakcióhőmérsékleten általában: 50-100 1/1.h; 100-130 °C-on: 100-300 1/1.h és 130-150 °C-on: 300-600 1/1.h. Azonban kevésbé kedvező térfogatsebességeket is választhatunk. Az 1. összehasonlító példa kétfázisú, folyékony reakcióelegyre kisebb térfogat-idő-hozamot és egyértelműen rosszabb szelektivitást mutat. A 2. összehasonlító példa a 90 tömcgszázalék feletti TBA-koncentrációjú rcakcióclegy fokozatosan romló izobutén-szeleklivitísát mutatja be. A 3. és 4. összehasonlító példák mutatják a különösen alacsony térfogat-idő-hozamot é? rosszabb szelektivitást egy olyan gáz-folyadék reakcióelegyben, amiből az izobutént gáz formájában szedjük le. Szerves ioncserélőként szulfonált, szerves gyanták (pl. a 2 480 940 szánni egyesült államokbeli szabadalmi irat szerint előállítva) alkalmasak, különösen előnyösek a szulfonált, divinil-benzollal térhálósított polisztirolgyanták (2 922 822 számú egyesült államokbeli szabadalmi irat), amelyek gélszerű kialakításúak lehetnek, vagy a felület megnövelésének éidekében makropórusos szivacsszerkezettel bírnak. (12 24 294 számú NSZK-beli szabadalmi leírás = 957 000 számú brit szabadalmi leírás) vagy a katalitikus hatású szulfonsav-csoportjaiknak hidrolízissel szembeni stabilitásának növelésére halogénezett műgyantavázzal (3 256 250 számú egyesült államokbeli szabadalmi leírás) rendelkezhetnek. De a kereskedelmi, makropórusos kadoncserélők is, amelyek részleges ioncserével vagy termikus deszulfonálással vannak módosítva, kiegészítő aktivitással rendelkezhetnek, ugyanakkor a szulfonsavesoportok nagyobb stabilitást mutatnak hidrolízissel szemben. Az Izobutén kinyerése és a viz leválasztása a reakciótértől elválasztott feldolgozó-szakaszban történik. A találmány szerinti eljárás előnyös kiviteli formájá-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
