Способ получения спиртов

 

Способ получения спиртов путем гидратации олеинов водой, подаваемой сверху реактора, в присутствии формованного катионитного катализатора при 70 - 130^oС и 10 - 50 атм, отличающийся тем, что, с целью повышения конверсии олефинов и упрощения технологии процесса, олефин подают снизу реактора со скоростью 0,1 - 0,17 м/с и процесс ведут на слое катализатора высотой 4 - 10 м.

Изобретение относится к способам получения спиртов жидкофазной гидратацией олефинов в присутствии катионообменных катализаторов. Известен способ получения спиртов гидратацией олефинов в присутствии катализатора сульфокатионита. Исходные продукты воду и углеводороды - подают на катализатор сверху вниз прямотоком. Процесс ведут при температуре до 100^oC и давлении до 30 атм. Конверсия олефина, например изобутилена, не превышает 59% и при этом наблюдается большой выход (до 10%) полимеров [1] Известен также способ получения спиртов гидратацией олефинов, например изобутилена, в жидкой фазе в присутствии формованного ионообменного катализатора, представляющего композицию катионита и сульфированного термопластичного материала. Процесс гидратации проводят в присутствии полярного растворителя и неионогенного или катионоактивного эмульгатора при 70 130^oC и давлении, достаточном для того, чтобы все реагенты находились в жидкой фазе. Данный способ позволяет повысить конверсию олефина до 92% Исходные продукты подают с линейной скоростью 10 15 м/ч [2] Недостаток указанного способа заключается в том, что для достижения высокой конверсии олефина требуется гомогенизация исходной смеси ввиду взаимной нерастворимости исходных реагентов. Применение гомогенизаторов приводит к образованию побочных продуктов, усложнению схемы разделения продуктов реакции и дополнительным затратам на вспомогательные материалы и энергетические средства. Цель изобретения повышение конверсии олефинов и упрощение технологии процесса. Поставленная цель достигается тем, что подачу олефинов осуществляют снизу реактора со скоростью 0,1 0,17 м/с и процесс ведут на слое катализатора высотой 4 10 м. В качестве катализатора, который служит одновременно насадкой в экстракционно-реакционной колонне, используют ионообменный формованный катализатор, представляющий собой композицию порошкообразного сульфокатионита с термопластичным материалом, взятым в соотношении 4:1 1:1 по весу, и композицию сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом или диизопропенилбензолом и сульфированного материала, взятыми в соотношении 4:1 - 1:2 по весу. Процесс получения спиртов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. Воду для гидратации, служащую сплошной фазой, подают вверх гидрататора, представляющего собой экстракционно-реакционную колонну, заполненную катализатором в виде червяков (или таблеток, или других геометрических тел), используемым одновременно как насадка, со скоростью 0,002 0,005 м/с. Углеводородную олефинсодержащую фракцию в виде дисперсной фазы подают вниз гидрататора через распределительное устройство. Скорость движения капелек углеводорода через сплошную фазу составляет 0,10 0,17 м/с. За счет разности удельных весов воды и углеводорода создается противоток этих реагентов. Олефин вступает в реакцию с водой на катализаторе с образованием спирта. В реакторе поддерживают температуру 70 130^oC, давление, достаточное для осуществления реакции в жидкой фазе, и мольное соотношение углеводород:вода 1:5 40. Непрореагировавшие углеводороды собирают в верхней части реактора и подают в колонну ректификации, где отделяют от спиртов. Отобранный из нижней части гидрататора водный раствор спирта подают на ректификацию для концентрирования. Пример 1. В реактор, представляющий собой колонну из стали Х18Н10Т высотой 10 м, внутренним диаметром 147 мм, загружают 110 л катализатора двумя слоями по 4 м каждый. Катализатор состоит из 70 мас.ч. порошкообразного сульфокатионита КУ-2 и 30 мас.ч. полипропилена и представляет собой червячки 5х10 мм. Статическая обменная емкость катализатора 2,9 мг·экв/г сухого катализатора, насыпной вес набухшего катализатора 0,35 г/мл. Сверху в колонну подают паровой конденсат со скоростью 184 л/ч (0,003 м/с), снизу изобутан-изобутиленовую фракцию, содержащую 42,6% изобутилена, со скоростью 27,5 л/ч (фактическая скорость подъема капелек фракции C₄ 0,15 м/с). Разбавление фракции C₄ водой составляет 34,7 моль/моль. Температура в колонне 81^oC, давление 20 атм. Концентрация изобутилена в отработанной фракции 0,99% степень превращения изобутилена 98,5% Выход спирта 99,9% Отработанную углеводородную фракцию, содержащую около 1,5 мас. трет-бутилового спирта, выводят сверху реактора. Из нижней части реактора выводят водный раствор трет-бутилового спирта. Из обоих потоков выделяют ректификацией трет-бутиловый спирт концентрации 88% Пример 2. В реактор, описанный в примере 1, загружают 110 л формованного в виде червячков 5х10 мм катализатора, приготовленного на основе сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом (70 мас.ч.) и сульфированного полипропилена (30 мас. ч. ), имеющего статическую обменную емкость 3,9 мг·экв/г сухого катализатора. Сверху в колонну подают паровой конденсат со скоростью 137 л/ч (0,0022 м/с), снизу - изобутан-изобутиленовую фракцию, содержащую 42,6% изобутилена, со скоростью 26 л/ч (фактическая скорость подъема углеводородных капелек 0,16 м/с). Мольное разбавление углеводородной фракции водой 27,3. Температура в колонне 85^oC, давление 18 20 атм. Концентрация изобутилена в отработанной фракции 2,37% степень превращения изобутилена 96,5% Водный раствор трет-бутилового спирта, выделенный аналогично примеру 1, имеет концентрацию 85% Пример 3. В реактор, описанный в примере 1, загружают 110 л формованного в виде червячков 5х10 мм катализатора, состоящего из 80 мас.ч. порошкообразного сульфокатионита КУ-2 и 20 мас.ч. полиэтилена, имеющего обменную статическую емкость 3,3 мг·экв/г сухого катализатора. Сверху в колонну подают воду со скоростью 120 л/ч (0,0020 м/с), снизу углеводородную фракцию C₄, содержащую 23,4 мас. изобутилена, со скоростью 30 л/ч (фактическая скорость подъема углеводородных капелек 0,15 м/с). Мольное отношение воды и фракции С₄ 20,7. Температура в колонне 100 - 105^oC, давление 22 атм. Концентрация изобутилена в отработанной фракции, отбираемой сверху колонны 3,58% степень превращения изобутилена 87,8% Выделение трет-бутилового спирта осуществляют аналогично примеру 1. Выход спирта составляет 99,9% Пример 4. В реактор, описанный в примере 1, загружают 110 л формованного в виде червячков 5х10 мм катализатора, приготовленного на основе сульфированного сополимера стирола с диизопропенилбензолом (33 мас.ч.) и сульфированного поливинилхлорида (67 мас.ч.), имеющего обменную статическую емкость 2,85 мг·экв/г сухого катализатора. Сверху в колонну подают воду со скоростью 127 л/ч (0,0021 м/с), снизу углеводородную фракцию, как в примере 3, со скоростью 30 л/ч (фактическая скорость подъема углеводородных пузырьков 0,15 м/с). Мольное соотношение углеводной фракции и воды 22. Температура в реакторе 90^oC, давление 20 атм. Концентрация изобутилена в отработанной фракции 3,10% степень превращения изобутилена 89,0% Выделение трет-бутилового спирта осуществляют аналогично примеру 1. Выход спирта 99,9% Пример 5. В реактор, описанный в примере 1, загружают 110 л катализатора, аналогично примеру 1. Сверху в колонну подают воду со скоростью 142 л/ч (0,0023 м/с), снизу пиролизную фракцию C₄, содержащую 38,7% изобутилена, со скоростью 27 л/ч (скорость подъема углеводородных пузырьков 0,16 м/с). Мольное соотношение воды и углеводородов C₄ 27,2. Температура в колонне 82 85^oC, давление 20 атм. Концентрация изобутилена в отработанной фракции C₄, отбираемой сверху колонны, 1,36% степень превращения изобутилена 97,8% Выделение трет-бутилового спирта осуществляют аналогично примеру 1. Выход спирта 99,8% Пример 6. В реактор, описанный в примере 1, загружают 110 л формованного катализатора, аналогично примеру 1. Сверху в колонну подают воду со скоростью 175 л/ч (0,0029 м/с), снизу пиролизную фракцию C₄, как в примере 5, со скоростью 130 л/ч (скорость подъема углеводородных пузырьков 0,17 м/с). Мольное отношение воды и углеводородов 7. Температура в колонне 82^oC, давление 20 атм. Концентрация изобутилена в отработанной фракции C₄, отбираемой сверху колонны, 9,2% степень превращения изобутилена 84% Выделение трет-бутилового спирта осуществляют аналогично примеру 1. Выход спирта 99,5%
Пример 7. В реактор, описанный в примере 1, загружают 88 л формованного катализатора, как в примере 2, слоем высотой 5,2 м. Сверху в колонну подают воду со скоростью 186 л/ч (0,0030 м/с), снизу углеводородную фракцию C₄, содержащую 30,8% изобутилена, со скоростью 23 л/ч (скорость подъема углеводородных капелек 0,10 м/с). Мольное отношение воды и углеводородов 41,6, температура в колонне 88 90^oC, давление 20 атм. Концентрация изобутилена в отработанной фракции C₄ 1,68% степень превращения изобутилена 96,5%
Выделение трет-бутилового спирта осуществляют аналогично примеру 1. Выход спирта 99,9%
Пример 8. В реактор, описанный в примере 1, загружают 88 л формованного катализатора, как в примере 2. Сверху в колонну подают воду со скоростью 130 л/ч (0,0021 м/с), снизу изоамиленовую фракцию, содержащую 58,30% 2-метилбутена-2; 18,90% 2-метилбутена-1; 2,42% 2-метилбутена-3, остальное - н-амилены, со скоростью 30 л/ч (скорость подъема углеводородных капелек 0,13 м/с). Мольное отношение воды и фракции C₅ 25,2, температура в колонне 80^oC, давление 10 атм. Степень превращения третичных амиленов 74%
Сверху колонны выводят фракцию C₅ с экстрагированным в ней третичным амиловым спиртом, которую подают на ректификацию. Снизу колонны выводят воду с частично растворенным в ней трет-амиловым спиртом, который отмывают из воды отработанной C₅- фракцией, а затем подают на ректификацию для выделения спирта и на сушку. Выход третичного амилового спирта 97,5%
Пример 9. В реактор, описанный в примере 1, загружают 88 л формованного катализатора, как в примере 2. Сверху в колонну подают воду со скоростью 137 л/ч (0,0022 м/с), снизу 2-метилпентен-1 концентрации 95,6 мас. со скоростью 30 л/ч (скорость подъема углеводородных капелек 0,11 м/с). Мольное отношение воды и углеводородов 31,3, температура в колонне 70^oC, давление 5 атм. Степень превращения 2-метилпентена-1 46,3%
Выделение третичного гексилового спирта осуществляют аналогично примеру 8. Выход спирта 98%
Предлагаемый способ позволяет увеличить скорость процесса гидратации и упростить технологию процесса.

Формула изобретения

Способ получения спиртов путем гидратации олеинов водой, подаваемой сверху реактора, в присутствии формованного катионитного катализатора при 70
130^oС и 10 50 атм, отличающийся тем, что, с целью повышения конверсии олефинов и упрощения технологии процесса, олефин подают снизу реактора со скоростью 0,1 0,17 м/с и процесс ведут на слое катализатора высотой 4 10 м.