Способ получения метил-трет-бутилового эфира

 

Способ получения метил-трет-бутилового эфира, который находит применение в качестве добавки к моторным топливам для повышения октанового числа. Реагент 1: изобутиленсодержащее сырье. Реагент 2: метанол. Катализатор: ионлитный. Условия протекания процесса: при повышенных температуре и давлении последовательно в прямоточном и реакционно-ректификационном аппаратах. Реакционно-ректификационный аппарат имеет три зоны, нижнюю и верхнюю ректификационные, имеющие 5 30 и 5 50 теоретических тарелок соответственно и среднюю реакционно-ректификационную зону, имеющую 3 20 теоретических тарелок. С целью снижения энергозатрат и увеличения конверсии изобутилена отбирают паровой поток с 5 25 тарелки нижней ректификационной зоны, содержащий 5 20% метанола, конденсируют его, смешивают с исходным сырьем и направляют в прямоточный аппарат.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), который используется в качестве высокооктановой добавки к моторным топливам. Цель изобретения повышение конверсии изобутилена и качества МТБЭ, снижение энергозатрат. Для достижения указанной цели предлагается способ получения МТБЭ из метанола и изобутилена при повышенных температуре и давлении в присутствии ионитного катализатора последовательно в прямоточном и реакционно-ректификационном аппаратах. Паровой поток, содержащий 5-20% метанола, отбирают с 5-25 тарелки нижней ректификационной зоны реакционно-ректификационного аппарата, конденсируют его, смешивают с исходным сырьем и направляют в прямоточный аппарат. Используемый в способе реакционно-ректификационный аппарат содержит верхнюю ректификационную, реакционно-ректификационную и нижнюю ректификационные зоны с 5-30, 3-20 и 5-50 теоретическими тарелками соответственно. Отличием предлагаемого способа является отбор парового потока, содержащего 5-20% метанола, с 5-25 тарелки нижней ректификационной зоны реакционно-ректификационного аппарата, конденсация этого потока, смешение с исходным сырьем и направление в прямоточный аппарат. П р и м е р 1. Исходную изобутиленсодержащую фракцию углеводорода С₄ в количестве 250 г/ч подают в прямоточный реактор. Фракция имеет следующий состав, мас. Изобутилен 44,0 Остальные углеводороды С₄ 56,0 В прямоточный реактор подают также исходный метанол в количестве 52,7 г/ч. Температура исходных продуктов 40^оС. Кроме того, в прямоточный реактор подают рецикловый поток из реакционно-ректификационного аппарата в количестве 22,7 г/ч, имеющий следующий состав, мас. Изобутилен 2,0 Остальные углеводороды С₄ 4,5 МТБЭ 77,5 Метанол 16,0 В прямоточном реакторе при давлении 9,5 ата в присутствии сульфоионитного катализатора происходит реакция взаимодействия изобутилена с метанолом с образованием МТБЭ и выделением тепла. Выделившееся тепло расходуется частично на нагрев реакционной смеси, частично на ее испарение. Сверху прямоточного реактора отбирают в количестве 324,9 г/ч при температуре 90^оС реакционную смесь, причем 34 мас. ее отбирают в виде пара и соответственно 66% в виде жидкости. Суммарный состав реакционной смеси, мас. Изобутилен 6,9 Остальные углеводороды С₄ 43,4 Метанол 2,1 МТБЭ 47,3 ТМК 0,2 Димеры изобутилена 0,1 Паровой поток, отбираемый из прямоточного реактора, вводят в нижнюю ректификационную зону реакционно-ректифика- ционного аппарата под катализаторный слой, а жидкий поток на 5 тарелок ниже парового потока. Реакционно-ректификационный аппарат имеет три последовательные зоны с эффективностью верхняя ректификационная зона 30 практических тарелок; средняя катализаторная зона 10 теоретических тарелок; нижняя ректификационная зона 40 практических тарелок. В верхнюю ректификационную часть реакционно-ректификационного аппарата подают в количестве 14,7 г/ч метанола для доисчерпывания изобутилена во фракции. Условия работы реакционно-ректификационного аппарата: давление верха 8,7 ата, температура верха 60^оС, температура в зоне реакции 65-75^оС, температура куба 140^оС, флегмовое число равно 1,1. Количество катализатора КИФ в прямоточном реакторе 0,4 л и в реакционно-ректификационном аппарате 0,6 л. Сверху реакционно-ректификационного аппарата отбирают 147,6 г/ч отработанной фракции углеводородов С₄, содержащей 0,4 мас. изобутилена и 3,7 мас. метанола, которую далее подают на отмывку от метанола. Снизу реакционно-ректификационного аппарата отбирают в количестве 170,8 г/ч кубовый продукт, содержащий 0,1 мас. метанола, 0,3 мас. ТМК, 0,3 мас. димеров изобутилена, остальное МТБЭ до 100% Из нижней ректификационной зоны реакционно-ректификационного аппарата с 10-й тарелки, считая снизу, отбирают паровой поток, который после конденсации направляют в прямоточный реактор. Количество и состав потока представлены выше. Степень извлечения изобутилена составляет 99,5% селективность 99,2% Расход пара 0,15 т/т целевого продукта. П р и м е р 2. Исходную углеводородную фракцию состава и в количестве, аналогичных примеру 1, подают в прямоточный реактор. Туда же подают в количестве 54,4 г/ч метанол и в количестве 48 г/ч рецикловый поток из реакционно-ректификационного аппарата, имеющий следующий состав, мас. Изобутилен 1,0 Остальные углеводороды 2,0 Метанол 5,0 МТБЭ 92,0 Условия проведения синтеза МТБЭ в прямоточном реакторе аналогичны примеру 1. Сверху прямоточного реактора отбирают в количестве 351,9 г/ч при температуре 90^о реакционную смесь, причем 30 мас. отбирают в виде пара и соответственно 70% в виде жидкости. Суммарный состав реакционной смеси, мас. Изобутилен 6,4 Остальные углеводороды С₄ 40,1 Метанол 2,0 МТБЭ 51,1 ТМК 0,2 Димеры изобутилена 0,2 Паровой поток, отбираемый из прямоточного реактора, вводят в нижнюю ректификационную зону реакционно-ректификационного аппарата под катализаторный слой, а жидкий поток на 5 тарелок ниже парового потока. В верхнюю ректификационную часть реакционно-ректификационного аппарата подают в количестве 12,9 г/ч метанол для доисчерпывания изобутилена во фракции. Условия работы реакционно-ректификационного аппарата: давление верха 8,7 ата, температура верха 60^оС, температура в зоне реакции 65-75^оС, температура куба 140^оС, флегмовое число равно 1,2. Реакционно-ректификационный аппарат имеет три последовательные зоны с эффективностью: верхняя ректификационная зона 30 практических тарелок; средняя катализаторная зона 10 теоретических тарелок; нижняя ректификационная зона 30 практических тарелок. Количество катализаторов в реакторах аналогично примеру 1. Катализатор КУ-2ФПП. Сверху реакционно-ректификационного аппарата отбирают отработанную фракцию углеводородов С₄ состава и в количестве, аналогичных примеру 1. Снизу реакционно-ректификационного аппарата отбирают в количестве 170,8 г/ч кубовый продукт, содержащий 0,1 мас. метанола, 0,3 мас. ТМК, 0,6 мас. димеров изобутилена, остальное МТБЭ до 100% Из нижней ректификационной зоны реакционно-ректификационного аппарата с 5-й тарелки, считая снизу, отбирают паровой поток, который после конденсации направляют в прямоточный реактор. Количество и состав потока представлены выше. Степень извлечения изобутилена составляет 99,5% селективность 98,8% Расход пара 0,17 т/т целевого продукта. П р и м е р 3. Исходную углеводородную фракцию состава и в количестве, аналогичных примеру 1, подают в прямоточный реактор. Туда же подают в количестве 52,3 г/ч метанол и в количестве 19,7 г/ч рецикловый поток из реакционно-ректификационного аппарата, имеющий следующий состав, мас. Изобутилен 2,5 Остальные углеводороды С₄ 5,0 Метанол 20,0 МТБЭ 72,5 Условия проведения синтеза МТБЭ в прямоточном реакторе аналогичны примеру 1. Сверху прямоточного реактора отбирают в количестве 321,4 г/ч при температуре 90^оС реакционную смесь, причем 36 мас. ее отбирают в виде пара и соответственно 64% в виде жидкости. Суммарный состав реакционной смеси, мас. Изобутилен 7,0 Остальные углеводороды С₄ 43,9 Метанол 2,1 МТБЭ 46,7 ТМК 0,2 Димеры изобутилена 0,1 Паровой поток, отбираемый из прямоточного реактора, вводят в нижнюю ректификационную зону реакционно-ректификационного аппарата под катализаторный слой, а жидкий поток на 5 тарелок ниже парового потока. В верхнюю ректификационную зону реакционно-ректификационного аппарата в количестве 15,1 г/ч подают метанол для доисчерпывания изобутилена во фракции. Условия работы реакционно-ректификационного аппарата: давление верха 8,7 ата, температура верха 60^оС, температура в зоне реакции 65-75^оС, температура куба 140^оС, флегмовое число равно 1. Эффективность зон реакционно-ректификационного аппарата: верхняя ректификационная зона 30 практических тарелок: средняя катализаторная зона 10 теоретических тарелок: нижняя ректификационная зона 50 практических тарелок. Количество катализатора в реакторах аналогично примеру 1. Сверху реакционно-ректификационного аппарата отбирают отработанную фракцию углеводородов С₄ состава и в количестве, аналогичных примеру 1. Снизу реакционно-ректификационного аппарата отбирают целевой эфир состава и в количестве, аналогичных примеру 1. Из нижней ректификационной зоны реакционно-ректификационного аппарата с 25-й тарелки, считая снизу, отбирают паровой поток, который после конденсации направляют в прямоточный реактор. Количество и состав потока представлены выше. Степень извлечения изобутилена составляет 99,5% селективность 99,2% Расход пара 0,14 т/т целевого продукта. П р и м е р 4. Способ осуществляют в условиях примера 1. В качестве прямоточного реактора используют трубчатый аппарат, в трубке которого загружено 0,6 л катализатора КУ-23, а съем тепла осуществляют промышленной водой. В отличие от примера 1 сверху прямоточного реактора отбирают жидкий поток в количестве и составе, аналогичных примеру 1, при температуре 78^оС, который подают в реакционно-ректификационный аппарат под слоем катализатора КИФ. Также в отличие от примера 1 флегмовое число в реакционно-ректификационном аппарате равно 1,5. Степень извлечения изобутилена составляет 99,5% селективность 99,2% Расход пара 0,23 т/т целевого продукта. П р и м е р 5 (сравнительный). Исходную изобутиленсодержащую С₄-фракцию (44% изобутилена) подают в форконтактный аппарат. Количество фракции 250 г/ч, количество метанола 5,6 г/ч. Температура в реакторе 40^оС. В форконтактном аппарате в присутствии сульфоионитного катализатора, взятого в количестве 1 л, осуществляется очистка сырья от примесей основного характера. Из форреактора фракцию, содержащую 2,24% метанола, в количестве 255,6 г/ч подают в реакционно-ректификационный аппарат под слой сульфоионитного катализатора. Условия работы этого аппарата: Давление 8,7 ата Температура верха 60 л Температура в зоне реакции 65-75^о Температура куба 140^о Флегмовое число 3,0
Количество катализатора в реакционно-ректификационном реакторе 1 л. Сверху этого реактора отбирают 147,6 г/ч отработанной С₄-фракции, содержащей 1,9% изобутилена и 3,7% метанола. Указанная фракция подвергается отмывке от метанола. Степень извлечения изобутилена составляет 97,5% селективность ≈98,6% Расход пара на тонну МТБЭ составляет 0,31 т. Как видно из приведенных примеров, использование предлагаемого способа позволяет достигать конверсии изобутилена 99,5% при селективности 98,8-99,2% и энергозатратах 0,14-0,23 т/т целевого продукта, тогда как в известном способе конверсия изобутилена составляет ≈ 97,5% при селективности 98,6% и энергозатратах ≈0,31 т на 1 т МТБЭ.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО ЭФИРА взаимодействием метанола и изобутиленсодержащего сырья при повышенных температуре и давлении в присутствии ионитного катализатора последовательно в промежуточном аппарате и реакционно-ректификационном аппарате, имеющем нижнюю и верхнюю ректификационные зоны, имеющие 5 30 и 5 50 теоретических тарелок соответственно, и среднюю реакционно-ректификационную зону, имеющую 3-20 теоретических тарелок, с подачей реакционной массы, выходящей из прямоточного аппарата ниже реакционной зоны реакционно-ректификационного аппарата, отличающийся тем, что, с целью повышения конверсии изобутилена и снижения энергозатрат, отбирают паровой поток с 5-25 тарелок нижней ректификационной зоны, содержащей 5-20% метанола, конденсируют его, смешивают с исходным сырьем и направляют в прямоточный аппарат.