СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУТЕНА-1
METHOD OF PRODUCING BUTENE-1

4
3
Изобретение относится к области получения высших α-олефинов, a именно бутена-1 полимеризационной степени чистоты методом каталитической димеризации этилена в среде углеводородного растворителя в присутствии комплексных металлорганических катализаторов, содержащих в основном эфират титана - Ti(OR), триалкилалюминий - AlR и модификатор, и может найти применение в различных отраслях промышленности, особенно в крупнотоннажном синтезе сополимеров этилена и пропилена, полибутена и олигомеров бутена-1, для получения метилэтилкетона, окисибутилена и др. областях применения.
Современная нефтехимическая и химическая промышленность в значительной мере базируется на использовании низших олефинов (этилена и пропилена) в качестве исходного сырья для различного рода синтезов. Бутен-1 является третьим мономером олефинового ряда, внимание к которому не ослабевает в течение последних 20 лет. Хотя в промышленности бутен-1 может быть выделен из бутан-бутиленовой фракции газов крекинга или пиролиза углеводородного сырья, а также из продуктов, образующихся в процессах Фишера-Трошпа, потенциальным промышленным процессом получения высокочистого бутена-1 является каталитическая димеризация этилена. В последние годы в связи с расширением объемов производства и марочного состава сополимеров этилена и/или пропилена с бутеном-1 с улучшенным комплексом свойств возросла потребность в бутене-1.
2
5
3
При каталитическом способе димеризация этилена в бутен-1 может быть осуществлена либо на металлах или окислах металлов на носителях (A.Takahashi et al., Kogyo Kagaku Zasshi. 1963. v.63. p.973, патенты США №3113166, C08F 10/00, 1963; №4000211, С07С 3/10, 1976), либо в присутствии Al(СН) (K.W.Egger. Trans. Farad. Soc. 1971. v.67. No.575. p.2636, патент США №4484016, С07С 2/04, 1984; яп.патент №61122230, C07C 2/30, 1986), либо в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов. Однако эти два способа получения бутена-1 характеризуются низкой производительностью и селективностью по бутену-1.
Наиболее простым и дешевым способом получения бутена-1 полимеризационной степени чистоты на сегодня является способ каталитической димеризации этилена в присутствии катализаторов на основе эфиратов титана в сочетании с алюминийорганическими соединениями триалкилами алюминия и различными модификаторами. Роль модификатора сводится к заметному снижению образования полимера, являющимся побочным продуктом в процессе получения бутена-1. В качестве модификаторов применяются различные электронодонорные соединения (эфиры, амины и т.п.). Поэтому применение модификатора обусловлено предъявляемыми требованиями к процессу получения бутена-1.
Именно над этой проблемой и работают в последние 30 лет исследователи в различных странах мира. Наибольший успех на сегодня получен исследователями из Института проблем химической физики РАН (патенты США №5030790, С07С 2/24, 1991; №5037997, С07С 2/24, 1991).
Наиболее близким к предложенному изобретению является способ, описанный в европейском патенте №0200654 A1, C07C 11/08, 1986. Процесс димеризации этилена проводился при температуре 55°С и давлении 2 МПа на каталитической системе, состоящей из смеси эфирата титана (с добавлением тетрагидрофурана и без него, который применяли в качестве модификатора каталитической системы) и алюминийорганического соединения с использованием в присутствии дезактиватора каталитической системы - первичных или вторичных аминов, которые добавляются в реакционную массу на стадии выделения бутена-1 из реакционной массы. В технологии получения бутена-1 применение дезактиватора способствует повышению качества выделяемого бутена-1 и его выхода вследствие существенного подавления побочных реакций изомеризации: бутена-1 в цис- и транс-бутены-2, а также подавления полимерообразования на стадии выделения бутена-1 из реакционной массы.
Недостатками процесса по указанному способу являются:
- высокое содержание примесей в готовом продукте - бутене-1;
- в качестве дезактиватора катализатора используются достаточно токсичные химические реагенты из класса алифатических или ароматических аминов (табл.1).
Задачей данного изобретения является разработка способа получения бутена-1, обеспечивающего повышение селективности процесса при температурах 50-90°С за счет снижения образования бутенов-2, вследствие изомеризации бутена-1 в цис- и транс-бутены-2, а также за счет снижения степени полимерообразования в процессе выделения бутена-1 из реакционной массы.
4
3
Технический результат достигается тем, что способ получения бутена-1 включает димеризацию этилена в бутен-1 при температурах 50-95°С и давлении этилена 0,3-4 МПа в углеводородном растворителе в присутствии катализаторов Ti(OR), АlR и модификатора (например, эфир или без него) с последующим добавлением на стадии выделения бутена-1 более доступного и менее токсичного дезактиватора катализатора - химического соединения из класса моноалкиловых эфиров этиленгликоля. В качестве химического соединения из класса моноалкиловых эфиров этиленгликоля применяют различные целлозольвы.
Таблица №1
Сравнительная характеристика предельно допустимых концентраций (ПДК) для различных веществ (Вредные вещества в промышленности. Под ред. Н.В.Лазарева. Изд. Химия, 1971, т.1)
Соединение
ПДК, мг/м<sup>3</sup>
Амины
Анилин
0,1
Смеси аминов (C<sub>7</sub>-С<sub>10</sub>)
1
Циклогексиламин
1
N-метиланилин
3
Метилцеллозольв
80
Этилцеллозольв
200
Бутилцеллозольв
240
При осуществлении предлагаемого способа получения бутена-1 в качестве компонентов катализатора могут быть применены:
4
4
9
4
3
7
4
- эфираты титана общей формулы Ti(OR), в которых R является алкильным радикалом, содержащим 2-6 углеродных атомов, предпочтительно использовать Ti(OCH) и Ti(O-i-СН);
3
- триалкилалюминий - общей формулы AlR, где R - углеводородный радикал, содержащий 1-6 углеродных атомов, предпочтительнее 2-4 углеродных атомов;
- эфиры - диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир тетрагидрофуран, 1,4-диоксан, предпочтительно тетрагидрофуран или 1,4-диоксан.
4
Мольное отношение эфир:Ti(OR)=(0,1÷2,0):1.
3
4
Мольное отношение AlR:Ti(OR)=(2÷4):1.
При проведении процесса получения бутена-1 в качестве растворителя могут использоваться алифатические и ароматические углеводороды растворители, такие как: изопентан, гептан, гексан, толуол или их смеси, а также побочные продукты димеризации этилена - бутен-гексеновая или гексеновая фракция или сам бутен-1 в присутствии или отсутствии толуола.
Предварительно готовят растворы тетраалкоксититана и триалкилалюминия в углеводородном растворителе, представляющем парафиновые углеводороды (изопентан, гептан) или ароматические углеводороды (толуол), или циклопарафиновые углеводороды (циклогексан), или узкие углеводородные фракции («Нефрас» 94-96°С) или непредельные углеводороды (гексеновая или бутен-гексеновая фракция, образующаяся при димеризации этилена, или сам бутен-1) или их смеси.
3
7
4
4
9
4
2
5
3
4
9
3
2
Концентрация растворов компонентов катализатора может быть от 40 до 250 г/л. В качестве тетраалкоксититана используют предпочтительно Ti(O-i-СН) или Ti(OCH), а в качестве алюминийорганической компоненты - триэтилалюминий - Аl(СН) или триизо-бутилалюминий - Аl(i-СН), которые могут содержать 0,5-3% масс. AlRCl.
В один из компонентов катализатора могут вводиться модификаторы, например эфиры. В качестве эфиров используют предпочтительно тетрагидрофуран или диоксан или их смеси. Смешивание производят при температуре (-25) - +40°С и времени выдержки 1-40 минут.
Полученный катализатор разбавляют растворителем до концентрации 0,25-2,5 г/л и направляют в реактор димеризации.
Приготовленный катализатор после разбавления растворителем вводят в реактор, после чего в реакторе поднимают давление 0,5-2,5 МПа за счет подачи этилена и проводят процесс димеризации этилена.
После окончания процесса димеризации в реактор или после вывода из реактора реакционной массы в нее вводят дезактиватор катализатора и направляют реакционную массу на стадию выделения бутена-1 и побочных продуктов - высших олефинов (гексенов и октенов).
Процесс получения бутена-1 может быть осуществлен как в периодическом, так и в непрерывном варианте. Непрерывным методом димеризацию этилена проводят в промышленных условиях на ОАО «Казаньоргсинтез» на установке общей производительностью по бутену-1 20,5 тыс. т/год.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеследующими примерами.
Пример 1
4
9
4
2
5
3
-4
-4
В стальной герметичный реактор объемом 250 мл, снабженный пропеллерной мешалкой (число оборотов 1200 в мин), загружают 84 мл гептана 5 мл раствора Ti(OCH) (5·10 моль) и 11 мл Al(СН) (15·10 моль). Температура в реакторе 90°С, давление этилена 2 МПа. После того как прореагирует 50 мл этилена, содержимое реактора направляют на ректификацию (температура куба колонки 130-140°С) и чистоту получаемого бутена-1 анализируют хроматографически на содержание в нем цис- и транс-бутенов-2. В кубе ректификационной колонки определяют содержание полимера, образовавшегося в процессе выделения бутена-1 из реакционной массы.
Пример 2 (по прототипу)
Процесс димеризации проводят аналогично примеру 1, но в присутствии модификатора катализатора на стадии синтеза и добавления дезактиватора катализатора - трибутиламина - на стадии завершения реакции димеризации. Чистоту получаемого бутена-1 и содержание полимера определяют также, как и в примере 1.
Примеры 3-10
В этих примерах приведены данные по димеризации этилена в различных условиях с введением различных модификаторов катализатора на стадии синтеза и дезактиваторов катализатора - целлозольвов - на стадии завершения реакции димеризации и влияние их на количество образующегося в качестве побочного продукта - полимера и на качество получаемого бутена-1 (см. табл.2).
Таблица 2
№№ опыта
Модификатор, моль
Дезактиватор, моль
Дезактиватор: AlR<sub>3</sub> моль
Количество, % масс.
Полимер
цис- и транс-бутены-2
1
отсутствует
отсутствует
0
4
2,5
2
Тетрагидрофуран, 10×10<sup>-4</sup>
Трибутиламин, 45×10<sup>-4</sup>
3
2
1,2
3
Тетрагидрофуран, 10×10<sup>-4</sup>
Бутилцеллозольв, 5×10<sup>-4</sup>
0,33
0,02
0,025
4
Тетрагидрофуран, 10×10<sup>-4</sup>
Бутилцеллозольв, 10×10<sup>-4</sup>
0,66
0,012
0,012
5
Диоксан, 10×10<sup>-4</sup>
Этилцеллозольв, 15×10<sup>-4</sup>
1
0,18
0,02
6
Тетрагидрофуран, 5×10<sup>-4</sup>
Бутилцеллозольв, 15×10<sup>-4</sup>
1
0,01
0,01
7
Тетрагидрофуран, 10×10<sup>-4</sup>
Бутилцеллозольв, 20×10<sup>-4</sup>
1,3
0,008
0,008
8
Тетрагидрофуран, 10×10<sup>-4</sup>
Бутилцеллозольв, 30×10<sup>-4</sup>
2,0
0,006
0,006
9
Тетрагидрофуран, 5×10<sup>-4</sup>
Бутилцеллозольв, 45×10<sup>-4</sup>
3,0
0,015
0,012
10
Тетрагидрофуран, 2,5×10<sup>-4</sup>
Бутилцеллозольв, 10×10<sup>-4</sup>
0,3
0,15
0,03
3
В следующих примерах 11 и 12 процесс димеризации этилена проводят на промышленной установке непрерывного действия с объемом реактора 50 м (общей производительностью по бутену-1 - 20,5 тыс./т в год).
Пример 11
3
В реактор, в котором поддерживается температура 50°С и находится гексеновая фракция в количестве 15-17 м, подают 1 кг каталитического комплекса, состоящего из эфирата титана, триизобутилалюминия, тетрагидрофурана в гексеновой фракции, 1200 кг/час этилена. Время контакта катализатора 4 час. Из реактора выходит жидкая реакционная масса 1700 кг/час, состоящая из этилена, бутена-1, изобутана, изобутилена, н-бутана, цис- и транс-бутенов-2, гексенов и октенов, в которую в качестве дезактиватора катализатора подают 1 кг/час трибутиламина, и всю эту массу направляют в блок разделения (температура испарителя 127°С), а затем в ректификационную колонну. После ректификации на склад в качестве товарной продукции поступает 1-бутен (99,1% чистоты), содержащий в своем составе до 0,8% масс. цис- и транс-бутенов-2.
Пример 12
Процесс димеризации этилена проводится аналогично примеру 11 за исключением того, что вместо трибутиламина подают бутилцеллозольв. После ректификации на склад в качестве товарной продукции поступает бутен-1 (99,8% чистоты), содержащий в своем составе до 0,1% масс. цис- и транс-бутенов-2.
Проведение процесса получения бутена-1 в указанных выше условиях позволяет:
- повысить селективность процесса и тем самым увеличить выход бутена-1;
- существенно уменьшить протекание на стадии выделения бутена-1 побочных реакций, таких как полимерообразование, изомеризации бутен-1 в бутены-2.
Таким образом, анализ существующей научно-технической и патентной литературы показал, что заявленная совокупность признаков отвечает критерию промышленной применимости, а также подтверждает соответствие заявляемого изобретения критериям новизны и существенным отличиям.