<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne la production de polymères oléfini- ques à longue chaîne, et plus particulièrement d'oléfines à longue chaîne ayant des configurations de chaîne relativement droites qui sont partieu librement utiles pour l'alcoylation d'hydrocarbures aromatiques et pour la production de détergents du type sulfonàte aryle alcoyle.
Un type de détergent très efficace a été développé dans la techni- que, ce détergent étant caractérisé comme étant un sulfonate aryle alooyle contenant un seul, et pas plus d'un seul, groupement alcoyle de 10 à 18 ato- mes de carbone environ par groupe, et ayant de préférence une configuration de chaîne droite ou légèrement en dérivation, ces détergents étant en plus caractérisés en ce qu'ils oontiennent moins de 3, et de préférence pas plus d'un seul autre substituant alcoyle contenant moins de 3 atomes de carbone par groupe, un noyau aromatique, de préférence un benzénoïde, et un radical de sel sulfonate dont le cation a une composition métallique ou non-métalli- que dérivant de la base anorganique correspondante ou des bases organiques contenant de l'azote.
Une méthode de production du type de détergent mentionné ci-dessus comprend l'alcoylation d'un hydrocarbure aromatique, lequel s'il est benzé- noide, peut être choisi du groupe consistant en benzène, toluène, xylène, éthylbenzène, méthyléthylbenzène et diéthylbanzène avec un hydrocarbure oléfinique, de préférence à chaîne droite, contenant environ de 10 à 18 ato- mes de carbone par moléoule, la sulfonation de l'hydrocarbure aryle alcoyle résultant et la neutralisation de l'acide sulfonique qui en est formé avec une base organique contenant de l'azote ou un alcalianorganique, comme on le désire.
La présente invention concerne en premier lieu la préparation d'une matière oléfinique appropriée pouvant être utilisée comme agent d'alcoyla- tion pour la préparation de détergents du type mentionné ci-dessus, le dit agent oléfinique d'alcoylation étant formé en polymérisant du propylène.
L'un des objets de la présente invention est de prévoir un procédé perfectionné de polymérisation du propylène pour former des monooléfines ayant environ de 10 à 18 atomes de carbone par molécule et pouvant être uti- lisés dans la préparation de détergents du type sulfonate alcoyle aryle.
Un autre objet de l'invention est d'augmenter le rendement en poly- mères oléfiniques désirables ayant un point d'ébullition compris environ en- tre 335 F et 435 F produits par la polymérisation du propylène
Un autre objet de l'invention est la production de polymères olé- finiques ayant un point d'ébullition compris environ entre 335 et 435 F en partant de propylène et de polymères du propylène ayant moins de 12 atomes de carbone environ par molécule.
Un mode spécifique de réalisation de la présente invention concer- ne un procédé qui comprend la polymérisation de propylène pratiquement sec en présence d'un catalyseur de polymérisation sous forme solide, la sépara- tion de manière pratiquement continue du produit résultant, d'une fraction contenant des oléfines ayant environ 10 à 18 atomes de carbone par molécule, et la remise en circuit de polymères contenant environ moins de 12 atomes de carbone par molécule dans la zone de polymérisation en même temps que de la matière première supplémentaire contenant du propylène.
Un autre mode de réalisation de la présente invention concerne un procédé pour la production de polymères ayant un point d'ébullition compris environ entre 335 et 435 F, dans lequel on fait réagir un mélange constitué
<Desc/Clms Page number 2>
par une fraction propane-propylène et par une fraction de polymères du pro- pylène ayant un point d'ébullition inférieur à environ 335 F, en contact avec un catalyseur à l'acide phosphorique sous forme solide à une tempéra- ture comprise environ entre 250 et 450 F, et à une pression comprise envi- ron entre 100 et 2000 livres par pouce carré, le produit résultant étant soumis à une distillation fractionnée pour séparer la fraction de polymè- res désirée des polymères à points d'ébullition plus bas ou plus élevés,
et en remettant dans le circuit au moins une partie des dits polymères à point d'ébullition plus bas dans la zône de polymérisation initiale.
Un autre mode de réalisation de la présente invention concerne un procédé pour la production de polymères à point d'ébullition compris envi- ron entre 355 et 410 F, dans lequel on fait réagir un mélange constitué par une fraction propane-propylène et une fraction de polymère du propylène ayant un point d'ébullition en-dessous d'environ 355 F en contact avec un catalyseur à l'acide phosphorique sous forme solide à une température com- prise environ entre 275 et 375 F et à une pression comprise environ entre 600 et 1200 livres par pouce carré, la distillation fractionnée du produit résultant pour séparer la fraction de polymère désirée des polymères à points d'ébullition plus bas ou plus élevés,
et la réintroduction dans le circuit d'au moins une partie des dits polymères à point d'ébullition plus bas vers la zone de polymérisation initiale.
Il a été maintenant trouvé que la production de polymères à point d'ébullition élevé (et plus particulièrement des tétramères et des polymè- res supérieurs) en partant du propylène et ses polymères à bas point d'é- bullition, est améliorée en réalisant le traitement en vue de la polymérisa- tion sur de la matière première pratiquement sèche et en présence d'un ca- talyseur à l'acide phosphorique sous forme solide, préparé comme indiqué dans le brevet U.S.A. N 1.993.513 et dans d'autres brevets.
Cette consta- tation contredit les constatations antérieures faites dans la production de combustible pour moteur ayant un point d'ébullition voisin à celui de l'es- sence par la polymérisation--du propylène et de mélanges propylène-butylène en partant de mélanges d'hydrocarbures gazeux contenant également du propane, butanes, et autres hydrocarbures normalement gazeux. Dans les opérations de polymérisation d'oléfines pour produire de l'essence polymérisée, il a été de pratique usuelle d'ajouter de l'eau ou de la vapeur à l'entrée de chaque réacteur de polymérisation contenant un catalyseur à l'acide phospho- rique solide, afin de maintenir l'état d'hydratation et l'activité du cata- lyseur et de réduire la tendance aux dépôts de coke ou autres substances analogues au coke, sur le catalyseur.
Il a été maintenant trouvé dans la polymérisation d'une fraction propane-propylène en présence d'un polymère liquide recirculé tel que le nonylène, qu'une diminution de la teneur en eau de la matière première augmente la conversion par passage pour une sé- rie donnée de conditions opératoires, et améliore également le rendement en C12 et en oléfines supérieures basé sur la quantité de propylène converti.
L'opération envisagée avec des matières premières sèches n'est réalisée que lorsque des quantités substantiellement grandes de polymères liquides sont réintroduites dans le traitement dans la section de réaction, de telle sor- te que la concentration en polymères liquides soit relativement élevée dans la couche de catalyseur. Ce type de traitement de polymérisation produit un rendement élevé en tétramères du propylène et en polymères supérieurs en partant du propylène et de ses polymères, ces derniers contenant jusqu'envi- ron 12 atomes de carbone par molécule.
Il est bien connu que le catalyseur à l'acide phosphorique solide peut être employé pendant un laps de temps considérable sans régénération
<Desc/Clms Page number 3>
pour la polymérisation du propylène afin de produire des polymères à pointe d'ébullition voisins de ceux de l'essence. Le maintien de l'activité du ca- talyseur pendant un laps de temps prolongé est obtenu en introduisant de pe- tites quantités d'eau et en maintenant ainsi le catalyseur dans l'état d'hy- dratation choisi qui est nécessaire pour retenir son activité à une tempéra- ture de catalyseur qui en général est d'environ 450 à 550 F. Des vies de catalyseur de l'ordre d'environ 100 à 125 gallons de polymères par livre de catalyseur sont tout-à-fait normales dans les opérations de production d'es- sence.
Cependant, lorsqu'on a employé le catalyseur à l'acide phosphorique pour produire des polymères oléfiniques contenant des hydrocarbures oléfini- ques à longue chaîne ayant environ 10 à 18 atomes de carbone par molécule en remettant dans le circuit des polymères ayant un nombre plus bas d'atomes de carbone, il a été trouvé que l'activité du catalyseur à l'acide phospho- rique solide est tombée très rapidement et on a obtenu des vies de cataly- seur de 5 à 10 gallons seulement par livre Il a été trouvé qu'au lieu de devoir maintenir une teneur spécifique en eau pour maintenir le catalyseur dans l'état d'hydratation comme c'était nécessaire dans l'opération de pro- duction de l'essence,
c'est juste le contraire qui était nécessaire dans la production d'hydrocarbures oléfiniques à longue chaîne en partant de pro- pylène et de polymères à bas point d'ébullition réintroduits dans le cir- cuit. Afin d'obtenir une vie de catalyseur suffisamment grande pour rendre l'opération commercialement possible lorsqu'on fait rentrer des polymères dans le circuit, il a été trouvé qu'il était essentiel de maintenir la te- neur en eau du propylène nouvellement introduit en-dessous d'environ 0,03 mole pour cent. Lorsqu'on emploie une teneur en eau appréciablement en ex- cès par rapport à cette quantité, le catalyseur au lieu de retenir son acti- vité comme on s'attendrait, d'après les constatations dans la polymérisa- tion du propylène pour essence, perd en fait son activité rapidement.
Le présent procédé est également réalisé d'une manière continue en dirigeant une fraction propane-propylène et un mélange de polymères du pro- pylène vers un réacteur de construction appropriée contenant un catalyseur à l'acide phosphorique solide, et plus particulièrement un mélange précalci- né d'un acide du phosphore et de la terre à diatomées ou autre adsorbant si- licieux tel que la montmorillonite, etc., maintenu à une température compri- se environ entre 250 et 450 F et à une pression comprise environ entre 100 et 2000 livres par pouce carré. Le procédé est réalisé de préférence avec une température du catalyseur de 275 à 375 F environ et à une pression d'en- viron 600 à 1200 livres par pouce carré.
Grâce à ce traitement, une propor- tion substantielle du propylène présent dans le mélange propane-propylène introduit est converti en polymères, y compris les trimères, pentamères, et polymères du propylène à point d'ébullition plus élevé. Afin de produire des rendements relativement élevés en polymères à point d'ébullition plus élevé, il a été trouvé avantageux de séparer les polymères à point d'ébulli- tion plus bas, par exemple au moyen d'une distillation fractionnée et de faire rentrer ces polymères à point d'ébullition plus bas renfermant une proportion relativement élevée de nonylènes, dans le réacteur de polymérisa- tion dans lequel on introduit la nouvelle fraction de propane-propylène.
La matière de re-circulation vers le réacteur de polymérisation peut comprendre également des monooléfines, de préférence à chaîne droite ou à structure ayant une chaîne légèrement en dérivation, de toute autre source, telle qu'un autre procédé de polymérisation ou un craquage d'hydro- carbures ou procédé de déshydrogénation, qui donne un mélange d'hydrocarbu- res saturés et monooléfiniques contenant de 6 à 12 atomes de carbone environ par molécule.
<Desc/Clms Page number 4>
De plus, afin d'obtenir un rendement relativement élevé en polymè- res à point d'ébullition compris environ entre 335 et 435 F, il a été trouvé nécessaire de sécher la matière première propane-propylène de sorte que, elle ne contienne pas plus d'environ 0,03 mole pour cent et de préférence pas plus d'environ 0,1 mole pour cent d'eau. Lorsque le mélange constitué par une fraction propane-propylène et polymères remis en circuit est prati- quement sec, 60 à 80% ou plus du polymère résultant est obtenu ayant un point d'ébullition compris environ entre les limites désirées de 335 à 435 Fo
La quantité d'eau qui est permise dans le mélange de propane-pro- pylène et matière re-introduite dans le circuit dépend également de la tem- pérature et de la pression employées pour la polymérisation.
A la tempéra- ture la plus élevée entre les limites d'environ 250 et 450 F, une quantité d'eau plus grande pourra être présente que lorsqu'on opère aux températures plus basses. La quantité d'eau dans l'alimentation totale peut également être plus grande aux basses pressions qu'aux hautes pressions.
Afin d'obtenir ces rendements relativement élevés en fractions de polymères à point d'ébullition plus élevé, la fraction propane-propylène li- quéfiée introduite dans le procédé est mélangée avec depuis environ 0,2 jus- que environ 5 fois son volume de polymères du propylène à point d'ébulli- tion inférieur à 335 Fo Le mélange d'hydrocarbures ainsi introduit pour ve- nir en contact avec le catalyseur à acide phosphorique solide contient en- viron entre 0,2 volume de polymères du propylène pour un volume de nouvelle fraction C3 et 5 volumes de polymères à bas point d'ébullition pour un vo- lume de nouvelle fraction C3 Ainsi, le rapport volumétrique d'alimentation totale par rapport à la fraction C3 est environ de 1,2 à 6 tandis que le rapport préféré de l'alimentation totale volumétrique est environ de 2,0 à 3,5,
c'est-à-dire un seul volume de fraction C3 liquide et 1,0 à 2,5 volu- mes de polymères liquides à bas point d'ébullition. Afin de produire un ren- dement relativement élevé d'hydrocarbures oléfiniques à longue chaîne ren- fermant environ de 10 à 18 atomes de carbone par molécule, la nouvelle frac- tion propane-propylène est également introduite à un taux correspondant à une vitesse spatiale horaire de fraction C3 liquide de 0,1 à environ 5. Par l'expression "vitesse spatiale horaire de liquide" on entend les volumes de liquide admis par heure par volume de catalyseur.
Ces limites de taux d'ali- mentation de nouvelles quantités propane-propylène sont influencées par la conversion finale de propylène requise, car dans certains cas des conversions élevées correspondant aux taux d'alimentation bas peuvent être désirables, et d'un autre côté, dans d'autres cas, des conversions basses peuvent être satisfaisantes pouvant être obtenues par des opérations aux taux d'alimenta- tion élevés.
La fraction propane-propylène introduite dans le procédé peut être séchée par tous moyens appropriés tels que la distillation, ou par passage dans une tour contenant de l'alumine activée qui absorbe l'eau des hydrocar- bures traités, ou bien la fraction propane-propylène peut être refroidie à une température relativement basse afin d'en enlever pratiquement toute l'eau qui y est contenue.
D'autres moyens, tels que le rinçage avec un gly- col à point d'ébullition élevé ou autre agent de déshydratation approprié peuvent également être employéso
La fraction de polymères préférée formée par le présent procédé et ayant un point d'ébullition compris environ entre 325 et 435 F à une pres-
<Desc/Clms Page number 5>
sion de 760 mmo de mercure, consiste essentiellement en hydrocarbures mono- oléfiniques ayant environ de 10 à 14 atomes de carbone par molécule et ayant une proportion appréciablement plus grande d'hydrocarbures monooléfiniques à 12 atomes de carbone par molécule.
Ces hydrocarbures monooléfiniques peu- vent être employés comme décrit ci-après pour produire des hydrocarbures al- coylés aromatiques convertibles (par sulfonation et neutralisation au moyen d'une base) en composés actifs en surface, utiles comme détergents.
Le procédé suivant la présente invention est illustré encore par le dessin ci-joint qui représente un appareil approprié dans lequel le pro- cédé peut être réalisé. Ainsi, une fraction propane-propylène contenant en- viron de 30 à 60% de propylène, une quantité relativement grande de propane et de petites quantités d'hydrocarbures paraffiniques et oléfiniques conte- nant 2 à 4 atomes de carbone par molécule, est introduite par la canalisa- tion 1 et soupape 2 vers la pompe ou compresseur 3 qui évacue par la canali- sation 4 et soupape 5 dans le serpentin de chauffage 6 qui reçoit de la cha- leur du réchauffeur 7.
Du serpentin 6, les hydrocarbures chauffés sont di- rigés par la canalisation 8 et soupape 9 vers le réacteur 10 oontenant une ou plusieurs couches ou sections de catalyseur à l'acide phosphorique solide qui est un mélange précalciné d'acides phosphoriques et de terre à diatomées.
Du réacteur 10 le mélange résultant de propane, propylène non converti et polymères du propylène, est évacué par la canalisation 11 et soupape 12 dans le stabilisateur 13 qui reçoit de la chaleur du serpentin à ébullition 14. lies hydrocarbures gazeux séparés des polymères dans le stabilisateur 13 en sont dirigés par la canalisation 15 et soupape 16 vers l'entreposage ou autre utilisation non-indiquée dans le dessin schématique ci-joint, tan- dis que les polymères liquides stabilisées sont évacuées du stabilisateur 13 par la canalisation 17 et soupape 18 dans l'appareil de fractionnement 19 au- quel la chaleur est fournie au moyen du serpentin à ébullition 20.
De la partie supérieure de l'appareil de fractionnement 19, un mé- lange de polymères à bas point d'ébullition, tels que ceux qui contiennent de 6 à 12 atomes de carbone, sont distillés et dirigés par la canalisation 21 et soupape 22 vers le condenseur 23 et le mélange résultant de condensat et de vapeurs non-condensées passent ensuite par la canalisation descendan- te 24 et soupape 25 vers le collecteur 26 présentant une canalisation 27 ser- vant à l'évacuation du gaz et contenant la soupape 28. Les polymères liqué- fiés à bas point d'ébullition comprenant essentiellement des oléfines C6 à C12 qui sont également recueillies dans le collecteur 26, en sont retirés de manière continue par la canalisation 29 et soupape 30 par la pompe 31 qui évacue dans la canalisation 12 contenant la soupape 33.
Au moins une partie des hydrocarbures qui passent par la canalisation 32 en est dirigée par la canalisation de dérivation 34 et soupape 35 dans la canalisation 4 déjà men- tionnée par laquelle la nouvelle fraction propane-propylène est introduite dans le procédé de polymérisation. Si on le désire, une partie de la matiè- re première peut être évacuée de la canalisation 32 par la soupape 33 vers l'entreposage ou autre utilisation non-illustrée dans le dessin ci-joint.
Egalement, une partie des polymères à bas point d'ébullition passant par la canalisation 32 peut être retournée au voisinage de la partie supérieure de l'appareil de fractionnement 19 par des moyens non-indiqués dans le dessin, pour aider à y contrôler les températures.
La fraction de polymères désirée de laquelle les polymères à bas point d'ébullition sont ainsi séparés dans l'appareil de fractionnement 19 s'accumule près du fond du dit appareil de fractionnement et en est retirée
<Desc/Clms Page number 6>
par la canalisation 36 et soupape 37 vers le refroidissement et l'entreposa- ge non-illustré dans le dessino La fraction de polymères à point d'ébulli- tion plus élevé ainsi évacuée par la canalisation 36 est utile pour alcoyli- ser un hydrocarbure aromatique afin de former un hydrocarbure aromatique al- coylee convertible en détergent du type sulfonate alkaryleo Si on le dési- re,
cette fraction de polymères à point d'ébullition plus élevé peut être soumise à une distillation fractionnée pour séparer une fraction à point d'ébullition désiré d'un résidu à point d'ébullition plus élevé.
Exemple 1
Plusieurs essais furent faits dans lequels une fraction d'hydrocar- bures pratiquement sèche, contenant 0,2 mole pour cent d'éthylène, 3,0 % d'éthane, 33,3 pour cent de propylène, 63,1 pour cent de propane, 0,1 pour cent de butylène, et 0,3 pour cent de butane, a été mélangé avec des poly- mères formés du dit mélange gazeux et ayant un point d'ébullition compris environ entre 100 et 356 F. On a fait réagir le mélange d'hydrocarbures c3 et de polymères du propylène à bas point d'ébullition à une température (température maximum du réacteur) d'environ 300 à 400 F en présence d'un mélange calciné d'acide pyrophosphorique et de terre à diatomées sous forme de pastilles cylindriques de 5 x 5 mm.
Les essais de polymérisations men- tionnés dans le tableau 1 ont été réalisés à une pression du manomètre de 750 à 760 livres par pouce carré.
D'autres conditions opératoires, telles que la quantité d'eau pré- sente en mole pour cent dans la matière première propane-propylène et le taux horaire auquel cette matière première a été introduite dans le procédé, sont indiquées dans le tableau avec les rendements en fraction de polymères à point d'ébullition compris entre 356 et 410 F. et indiqué d'une manière générale comme étant "la fraction tétramère".
L'eau présente dans l'alimen- tation combinée du réacteur de polymérisation a été déterminée par la métho- de Karl Fischer Angew Chem 48 394 (1935), par laquelle la teneur en eau en excès d'environ 0,0008 mole pour cent, peut être déterminée :
Tableau 1 Polymérisation d'une fraction propane-propylène en présence d'un catalyseur à l'acide phosphorique à l'état solide.
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> Essai <SEP> N <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
EMI7.2
------------------ 'V'iI7TI¯¯¯¯¯¯----------------.-------------
EMI7.3
<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> en <SEP> heures <SEP> 24 <SEP> 9 <SEP> 29
<tb>
<tb> Conditions <SEP> opératoires
<tb>
<tb> Température <SEP> en <SEP> F <SEP> à <SEP> la <SEP> sortie <SEP> du
<tb>
<tb>
<tb> préchauffeur <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> @ <SEP> 266 <SEP> 355 <SEP> 390
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> maximum <SEP> en <SEP> F <SEP> du
<tb>
EMI7.4
réacteur 00000000000000000.0.00.0 300 399 399 Pression du réacteur en livres par pouce carré .000.0000000000....0. 750 751 760 Rapport (volumétrique) de l'alimen- tation totale 00000..00..0....00...
2.13 1.99 1.94
EMI7.5
<tb> Vitesse <SEP> spatiale <SEP> horaire <SEP> du <SEP> liquide
<tb>
EMI7.6
de la nouvelle alimentation ôeooo*o 0.36 0.58 0.50
EMI7.7
<tb> Vitesse <SEP> spatiale <SEP> horaire <SEP> du <SEP> liquide
<tb>
<tb> de <SEP> l'alimentation <SEP> combinée <SEP> @ <SEP> 0,77 <SEP> 1.16 <SEP> 0.98
<tb>
<tb>
<tb> Nouvelle <SEP> alimentation <SEP> BPD <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> 1000 <SEP> livres <SEP> de <SEP> catalyseur <SEP> @ <SEP> 26,6 <SEP> 43. <SEP> 1 <SEP> 36.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propylène <SEP> BPD1 <SEP> par <SEP> 1000 <SEP> livres <SEP> de
<tb>
EMI7.8
catalyseur e a o o e o 0 0 0 0 0 0 o a o o .. e o 0 o e .
8.2 13.8 1 V o 6 L'eau en mole pour cent dans l'ali- mentation totale 0000.000..000.0.00 0.00 0.03 0.03
EMI7.9
<tb> Rendements <SEP> en <SEP> polymères <SEP> de <SEP> la <SEP> fraction
<tb> 356-410 F
<tb> Livres/livre <SEP> de <SEP> propylène <SEP> admis <SEP> @ <SEP> 0,66 <SEP> 0.52 <SEP> 0.45
<tb> Livres/livre <SEP> de <SEP> propylène <SEP> converti <SEP> 0.83 <SEP> 0.56 <SEP> 0.52
<tb> Volume <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> propylène <SEP> admis <SEP> 44.7 <SEP> 3506 <SEP> 30. <SEP> 4
<tb> Livres/Heure/Livre <SEP> de <SEP> catalyseur...
<SEP> 0.036 <SEP> 0.040 <SEP> 0.031
<tb> Produits <SEP> polymères, <SEP> total <SEP> net
<tb>
EMI7.10
ZoaPa-356 Fooaeooooo00oooooeaaoooo 7.7 15.5 17.4 3,16 -410 Foeooeaoo.ooooooe.oo.ooooo 83.5 56.4 52.0 Au-dessus de 410 oooomoeooaooeoo0o 808 28.1 30.6
EMI7.11
<tb> Total <SEP> @ <SEP> 100.0 <SEP> 100.0 <SEP> 10000
<tb>
Barils de liquide par jour (24 heures).
Les résultats du tableau 1 montrent qu'on a obtenu de la matière de départ sèche (0,00% d'eau) des rendements en polymères oléfiniques à
EMI7.12
point d'ébullition compris entre 356 et 4100F.9oupérieurs à ceux obtenus lorsque l'alimentation combinée comprenant une fraction nouvelle de propane- propylènes et de polymères re-introduits dans le circuit (I.B.P. à 356 F) contenait 0,03 mole pour cent d'eau.
Exemple II
Un autre essai de polymérisation a été fait sur une fraction propa- ne-propylène contenant 42 mole pour cent de propylène et utilisant un cata- lyseur à l'acide phosphorique solide dont l'analyse donne 62 pour cent de P2O5 obtenu en calcinant à environ 370 0 (698 F) un mélange d'acide phospho- rique (essentiellement de l'acide pyrophosphorique) et de la terre à diato-
<Desc/Clms Page number 8>
méeso Dans le tableau 2 qui donne les conditions opératoires et les résultats, l'expression "moins que 0,
0008 mole pour cent d'eau dans l'alimentation totale" est approximativement la quantité minimum déterminée par la méthode d'analyse d'eau employée également pour la fraction nouvelle pro- pane-propylène introduite La fraction nouvelle propane-propylène avait nettement une siccité plus grande que celle représentée par cette valeur et l'alimentation totale était encore plus sèche parce que les polymères remis en circuit étaient déshydratés dans l'appareillage dépropanizateur.
Tableau II Polymérisation d'une fraction propane-propylène en présence d'un catalyseur à l'acide phosphorique solideo
EMI8.1
<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> en <SEP> heures <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb> Conditions <SEP> opératoires <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> Température <SEP> en <SEP> F <SEP> à <SEP> l'entrée <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> 281
<tb>
<tb> Température <SEP> maximum <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> en <SEP> F <SEP> 354
<tb>
<tb> Pression <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> en <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
EMI8.2
carré au manomètre 000000000000000.0.0.. 755 Rapport (volumétrique) de l'alimentation totale 00000000008000000000.00000.0....0 3006
EMI8.3
<tb> Vitesse <SEP> spatiale <SEP> horaire <SEP> du <SEP> liquide <SEP> de
<tb>
EMI8.4
la nouvelle alimentation 0.00000000.....
0,66
EMI8.5
<tb> Vitesse <SEP> spatiale <SEP> horaire <SEP> du <SEP> liquide <SEP> de
<tb>
EMI8.6
l'alimentation totale esaoooeoooeooeoees 2,02 Nouvelle alimentation BDP par 1000 livres de catalyseur 000.00000.0.000000....00.. 4808 Propylène BDP par 1000 livres de cataly- seur o000ooooosooeeooeoeoaoonesaovevoese 1907 Mole pour cent d'eau dans l'alimentation combinée, moins de .0000.000000.000.0... 000008 Age du catalyseur, gallons de "bottoms" par livre oo.o...ocooeQo.o.ee.006.00..0 4.24 Conversion du propylène o.oo...,,oeo,o,o.ooooo 74
EMI8.7
<tb> Récupération <SEP> expérimentale, <SEP> en <SEP> poids <SEP> pour <SEP> cent <SEP> 97.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rendements <SEP> (pour <SEP> une <SEP> récupération <SEP> de <SEP> 100%) <SEP> :
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction <SEP> 356-410 F-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Livres/livre <SEP> de <SEP> propylène <SEP> admis <SEP> .. <SEP> 0.53
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Livres/livre <SEP> de <SEP> propylène <SEP> converti <SEP> 0,72
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Volume <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> propylène <SEP> admis <SEP> 36,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Livres <SEP> par <SEP> heure <SEP> et <SEP> par <SEP> livre <SEP> de
<tb>
EMI8.8
catalyseur 0..0..000..0..0...00.... 0.07
EMI8.9
<tb> Fraction <SEP> 338-438 F <SEP> de <SEP> "bottoms",
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> livres/livre <SEP> de <SEP> propylène <SEP> conver-
<tb>
EMI8.10
ti..............................
0,80
EMI8.11
<tb> Poids <SEP> en <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> propylène <SEP> admis <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propylène <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> épuisé <SEP> @ <SEP> 26
<tb>
EMI8.12
Produit polymère total 00.0000000......0 74 Liquide net de passage de l'appareil de fractionnement 000000000000......0..00... 10.9
EMI8.13
<tb> Poids <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> propylène <SEP> converti <SEP> Liquide <SEP> net <SEP> de <SEP> passage <SEP> de <SEP> l'appareil <SEP> de
<tb>
<tb> fractionnement <SEP> :
<SEP>
<tb>
EMI8.14
I BOP à 356 F 000000000000..00.00..0 14.0 Au-dessus de 356 F .00.00.000000...0. 007 Tctal 00000000..0000000.00 l4eT
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb> Produit <SEP> polymérisé <SEP> total <SEP> -
<tb>
EMI9.2
IoBoPo à 356 Foo..ooooo.o.o.......oo...oo.o.o.ooo 22.0 356-41o Foasoooaoeoooosaseoeseeeooaoaoeoaeoooaoae 71.7 Au-dessus de 410 Foeoweoo*o*..oooooe...ooee.oeoe* 6.3
EMI9.3
<tb> Inspections
<tb>
<tb> Nouvelle <SEP> alimentation <SEP> en <SEP> mole <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> propylène <SEP> @ <SEP> 42.0
<tb>
<tb> Alimentation <SEP> combinée <SEP> en <SEP> mole <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> propylène <SEP> (cal- <SEP>
<tb>
EMI9.4
culé) OOOOOOOGOOOQOOGooo..oe....o.o...o....o...oe..o..e...
20.8
EMI9.5
<tb> Gaz <SEP> de <SEP> stabilisation <SEP> en <SEP> mole <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> propylène <SEP> @ <SEP> 15,8
<tb>
<tb> Liquide <SEP> de <SEP> passage <SEP> de <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> fractionnement <SEP> (remise
<tb>
EMI9.6
en circuit), poids spéc. à 60 F .......................... 0.7378
EMI9.7
<tb> Liquide <SEP> de <SEP> passage <SEP> dans <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> fractionnement <SEP> :
<SEP>
<tb> Distillation <SEP> Engler <SEP> - <SEP>
<tb>
EMI9.8
Point d'ébullition initial en F ..........0......0.. 144 Point final en F 0..0..0..0.................0....... 353 Distillation Podbieiniak-volume de liquide pour cent au- dessus de 356 Pao..o..,.oe.o........o......o.....o.o,e.oo. 5.0 Poids moléculaire moyen 0...............................0. 124
EMI9.9
<tb> Poids <SEP> par <SEP> centoléfines, <SEP> avant <SEP> et <SEP> après <SEP> l'essai <SEP> 91-92
<tb>
<tb> "Bottoms" <SEP> de <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> fractionnement <SEP> (tétramères <SEP> et <SEP> poly-
<tb>
<tb> mères <SEP> plus <SEP> élevés) <SEP> :
<SEP>
<tb>
EMI9.10
Poids spécifique à 60 F ,o,ow.......o....*..........oo..o. 0,7775 Distillation Engler - Point d'ébullition initial en F ..................... 356 Point final en oF .................................... 469 Distillation Podbielni,volume de liquide en pour cent...
IOBOP. à 356 F .080080.0............&..........0....... 9.5 356 à 410 F .00........................................ 83.5 410 à 428 F .00............0........................... 1.8 428 à 446 F .0000000..0..00.........................0.. 2.8 446 à 464 F .0.......0.....0........................... 1.4 Au-dessus de 464 F 0.......000...............0.......0. 1.0 Volume en pour cent (356 à 410 F) dans la fraction à point d'ébullition au-dessus de 3 56 P.........,w 92.3 I.BoPo à ,3.,ô Feeoesoeeeeeeesaeeeeeseoeeseeeoooe 3.3 33Bo à 438 F 0.......0......................... 92.9 Fraction 356-410 F :
Poids spécifique à 60 F oseooeeeoseeeoeeeeeeeo. 0.7766 Index bromure ....00................0...0...... 106
Les résultats donnés dans le tableau 2 montrent que le produit po- lymère total contenait 22 pour cent de polymères à point d'ébullition en- dessous de 356 F, 71,7 pour cent de la fraction à point d'ébullition com- pris entre 356 et 410 F et 6 pour cent des hydrocarbures à points d'ébulli- tion plus élevés, Les "bottoms" de l'appareil de fractionnement qui com- prenaient les polymères restant après enlèvement de la matière remise en circuit contenait 92,9 volume liquide pour cent d'hydrocarbures à point d'ébullition compris entre 338 et 438 F et 83,
5 pour cent d'hydrocarbures
EMI9.11
essentiellement monoolêfin3.ques à points d'ébullition compris entre 356 et 410 f Environ 6 pour cent des "bottoms" de l'appareil de fractionnement avaient un point d'ébullition compris entre 410 et 464 F à une pression de une atmosphère absolueo
<Desc/Clms Page number 10>
EXemple III
L'essai mentionné dans l'exemple 2 à une pression d'environ 750 li- vres par pouce carré, fut continué pendant 927 heures sur la fraction pro- pane-propylène contenant 40-42 mole pour cent de propylène et ensuite pen- dant 244 heures encore sur une fraction Ce contenant 31-33 pour cent de pro- pylène et pendant ce temps on a produit un total de 14,8 gallons de polymè- res par livre de catalyseur.
Ces fractions C3 étaient sèches, à tel point que l'alimentation combinée contenait moins de 0,0008 mole pour cent d'eau.
La production totale de la fraction 338-438 F. de ces polymères correspon- dait à 13e7 gallons par livre de catalyseur ; après cela on a arrêté l'es- sai, quoique le catalyseur fut encore actif et en bonne condition physique et aurait pu être employé pendant plus longtemps. Les résultats obtenus dans ces essais sont montrés dans le tableau 3 ci-après :
<Desc/Clms Page number 11>
Tableau 3.
Conversion de propylène et de polymères I.B.P.- 356 f remis en circuiten oléfines à point d'ébullition plus élevé en présence d'un catalyseur à l'acide phosphorique, à l'état solide.
EMI11.1
<tb> Période <SEP> No. <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13
<tb>
EMI11.2
-¯........--...-¯---------- .I!I¯--------"".-' --- Il.18¯-----¯---¯''1 v-...------..."""
EMI11.3
<tb> Nouvelle <SEP> alimentation,
<tb>
<tb>
<tb> mole <SEP> pour <SEP> cent <SEP> C3H6 <SEP> 41,8 <SEP> 42.8 <SEP> 41.9 <SEP> 40.3 <SEP> 32.4 <SEP> 31.5 <SEP> 33.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alimentation <SEP> combinée,
<tb>
<tb>
<tb> mole <SEP> pour <SEP> cent <SEP> C3H6 <SEP> 20,9 <SEP> 21.0 <SEP> 21.4 <SEP> 20. <SEP> 2 <SEP> 16.2 <SEP> 16.1 <SEP> 17.
<SEP> 3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> totale <SEP> de <SEP> l'opé-
<tb>
<tb>
<tb> ration <SEP> depuis <SEP> le <SEP> com-
<tb>
<tb>
<tb> mencement <SEP> de <SEP> l'essai
<tb>
<tb>
<tb> en <SEP> heures <SEP> @ <SEP> 499 <SEP> 801 <SEP> 882 <SEP> 927 <SEP> 1,085 <SEP> 1,142 <SEP> 1,171
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp <SEP> f <SEP> du <SEP> préchauf-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> feur <SEP> du <SEP> réacteur..... <SEP> 280 <SEP> 245 <SEP> 255 <SEP> 262 <SEP> 310 <SEP> 310 <SEP> 310
<tb>
<tb>
<tb> Temp.max.en <SEP> f <SEP> du <SEP> cata-
<tb>
<tb>
<tb> lyseur.
<SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 353 <SEP> 371 <SEP> 370 <SEP> 369
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rapport <SEP> volumétrique
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'alimentation <SEP> tota-
<tb>
EMI11.4
le ..o..e....o..,o,oe..3 .o 3.1 2.9 3.0 2.8 2.9 2.9
EMI11.5
<tb> Nouvelle <SEP> alimentation,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.H.S.V. <SEP> 0,70 <SEP> 0.66 <SEP> 0.69 <SEP> 0.69 <SEP> 0.92 <SEP> 0. <SEP> 92 <SEP> 0.92
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alimentation <SEP> combinée,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.H.SoV. <SEP> 2.10 <SEP> 2. <SEP> 03 <SEP> 2. <SEP> 01 <SEP> 2. <SEP> 05 <SEP> 2. <SEP> 62 <SEP> 2.
<SEP> 68 <SEP> 2.64
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Age <SEP> du <SEP> catalyseur, <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gallons <SEP> de <SEP> la <SEP> fraction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 338-438 F <SEP> par <SEP> livre <SEP> de
<tb>
EMI11.6
catalyseur **o*o,oooot 3-59 7.8 9.3 9.8 12.2 13.2 13.7
EMI11.7
<tb> Conversion <SEP> du <SEP> propylè-
<tb>
<tb>
<tb> ne, <SEP> pour <SEP> cent <SEP> @ <SEP> 68 <SEP> 73 <SEP> 74 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 77
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rendements <SEP> en <SEP> polymères,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> poids <SEP> pour <SEP> cent <SEP> de <SEP> C3H6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> converti
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> I.B.P.- <SEP> 356 F <SEP> @ <SEP> 12. <SEP> 7 <SEP> 7.1 <SEP> 20.3 <SEP> 17.9 <SEP> 16.2 <SEP> 15.5 <SEP> 18.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 356-410 F <SEP> @ <SEP> 79.4 <SEP> 80.7 <SEP> 68.
<SEP> 2 <SEP> 66.5 <SEP> 65.9 <SEP> 66.1 <SEP> 64.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Au-dessus <SEP> de <SEP> 410 f <SEP> 7. <SEP> 9 <SEP> 12.2 <SEP> 11.5 <SEP> 15. <SEP> 6 <SEP> 17.9 <SEP> 18. <SEP> 4 <SEP> 17.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> 356-410 F,poids
<tb>
EMI11.8
sp6Co à 60OFooooooeoo*o 0.775 0.775 0.777 0.775 0-775 0.775 0.776
EMI11.9
<tb> Index <SEP> bromure <SEP> @ <SEP> 105 <SEP> 104 <SEP> 103 <SEP> 102 <SEP> 98 <SEP> 98 <SEP> 99
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> 338-438 F <SEP> pour
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> cent <SEP> de <SEP> polymères <SEP> totaux <SEP> 98.0 <SEP> 90.4 <SEP> 87.1 <SEP> 88.9 <SEP> 77. <SEP> 7 <SEP> 82. <SEP> 1 <SEP> 83.
<SEP> 9
<tb>
Les résultats donnés dans le tableau 3 montrent que les polymères produits dans les diverses phases de cet essai contenaient environ 80 à 64 pour cent en poids de la fraction à point d'ébullition compris entre 356 et 410 F., et consistant essentiellement en hydrocarbures monooléfiniques.
Il
<Desc/Clms Page number 12>
est également à noer que la fraction de polymères à point d'ébullition compris entre 338 et 438 F représentait 78 à 98 pour cent en volume des polymères totauxo Pendant les 1.171 heures pendant lesquelles on employait ce catalyseur, on a obtenu par livre de catalyseur un total de 13,76 livres de la fraction 338 à 438 Fo Dans ces diverses phases de l'essai, la con- version du propylène a été maintenue entre 68 et 77 pour cent par passage en augmentant graduellement la température du préchauffeur du réacteur ain- si que la température maximum du catalyseur, tandis que le rapport de l'a- limentation combinée a été maintenu entre 2,8 et 3,2
A la fin de la période 13,
le catalyseur était encore fortement actif et aurait pu être employé pendant plus longtemps si on l'avait dési- ré Exemple 4
Les résultats donnés dans l'exemple 3 montrent que le catalyseur à l'acide phosphorique solide restait actif pendant une longue période de temps lorsqu'on agissait sur un mélange sec d'une fraction propane-propy- lène et sur des polymères du propylène contenant jusque environ 12 atomes de carbone par molécule. Cette longue vie du catalyseur est surprenante, car les travaux antérieurs sur la polymérisation du propylène en l'absence d'une remise en circuit du polymère indiquaient qu'il était nécessaire
EMI12.1
d'ajouter de la vapeur d'eau à la fractioiw propane-propylène introduite afin d'empêcher la déshydratation du catalyseur et une perte rapide de l'ac tivité du catalyseur.
Le tableau 4 ci-après montre une comparaison des résultats obte- nus par la polymérisation du propylène en partant de fractions propane-pro- pylènes sèches et humides en présence du catalyseur à l'acide phosphorique solide par polymérisation non-sélective, sans remise en circuit de polymè- reso
Tableau 4.
Polymérisation non sélective de fractions propane-propylène sèches et humi- des.
EMI12.2
<tb>
Gaz <SEP> Gaz
<tb> sec <SEP> humide
<tb>
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> propylène <SEP> d'une <SEP> fraction <SEP> propanepropylène <SEP> en <SEP> mole <SEP> pour <SEP> cent <SEP> @ <SEP> 34.7 <SEP> 26.0
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> eau <SEP> d'une <SEP> fraction <SEP> propane-pro-
<tb>
EMI12.3
pylène en mole pour cent 0000000.0..0..0... 0.00 2.5
EMI12.4
<tb> Température <SEP> du <SEP> traitement <SEP> en <SEP> degrés <SEP> F. <SEP> 435 <SEP> 435
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression <SEP> du <SEP> traitement <SEP> en <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
EMI12.5
carré oeoooao .,o..,oooooooooo,oo.eo,o..w...
132 175
EMI12.6
<tb> Nombre <SEP> total <SEP> d'heures <SEP> du <SEP> traitement <SEP> 42 <SEP> 360
<tb> Diminution <SEP> de <SEP> l'activité <SEP> du <SEP> catalyseur,
<tb>
EMI12.7
pour cent aooaaooeaoooaeaaeoeooroaaorsr 70 Aucune
EMI12.8
<tb> Gain <SEP> en <SEP> poids <SEP> du <SEP> catalyseur, <SEP> pour <SEP> cent..... <SEP> 4,5 <SEP> 1,8
<tb>
<tb> Production <SEP> de <SEP> polymères <SEP> par <SEP> livre <SEP> de <SEP> cataly-
<tb>
EMI12.9
seur oeoeoooeeoeoeoosooooosoeaooooroerrrw o, 7 45
<Desc/Clms Page number 13>
Les données ci-dessus montrent la diminution rapide de l'activité du catalyseur de polymérisation lorsqu'on traite une fraction seiche propane- propylène en l'absence de polymères remises en circuit.
L'essai fait sur la fraction propane-propylène contenant 2,5 mole pour cent de vapeur d'eau a été arrêté après 15 jours et à la fin de cette période il n'y avait aucune chute de l'activité du catalyseur. Une vie de catalyseur beaucoup plus lon- gue que les 4,5 gallons de polymères mentionnés par livre de catalyseur, aurait pu être obtenu si on avait continué l'essai. Ainsi, dans la polymé- risation du propylène par une polymérisation non-sélective, qui est une opé- ration d'un seul passage, il est essentiel d'introduire suffisamment d'eau, vapeur d'eau sèche ou humide avec la fraction nouvelle propane-propylène afin que la somme de l'eau déjà présente dans le courant de gaz plus celle qui est ajoutée, soit suffisante pour empêcher la perte d'eau du catalyseur.
Les changements dans les activités de polymérisation d'un seul pas- sage des catalyseurs agissant sur des fractions propane-propylènes sèches et humides (2,5 mole pour cent d'eau) sont indiquées plus loin dans le ta- bleau 5
Tableau 5.
Changements dans les activités catalytiques du catalyseur à l'acide phos- phorique solide agissant sur des fractions sèches et humides propane-propy- lène.
EMI13.1
<tb>
Polymérisation <SEP> du <SEP> propylène <SEP> pour <SEP> cent
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> sèche <SEP> Fraction <SEP> humide
<tb>
<tb> propane- <SEP> propane-
<tb>
<tb> propylène <SEP> propylène
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> en <SEP> heures
<tb>
EMI13.2
6 oooooeG..oooo.e.o.o 76 ................
12 600000eoeOoo..ooooooo .............. 74 15 ooooooaoo....o&o&ooeo 60 .........080....
24 oOooeOO&00800800GOeo.. 32 .......0........
30 e v e o 0 o a e e o s e a v e e o o e e e 23 s e e v e e e e s e o 1 e o e 36 c..cc...eoe..o........ 15 76 42 eoo.e.e...ooo.....eo. 8 ..........0....0 85 aeooacooaosanaoooooeoa essoveeesoeeet 70 180 oeoeaoeeeeooeeeoeosee 6........'.... 76 300 72 360 oooe000080..eoo080808 .............. 75
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to the production of long chain olefin polymers, and more particularly to long chain olefins having relatively straight chain configurations which are particularly freely useful for the alkylation of aromatic hydrocarbons and for the production of detergents. of the alkyl aryl sulfonate type.
A very effective type of detergent has been developed in the art which detergent is characterized as being an aryl alkyl sulfonate containing only one, and not more than one, alkyl group of about 10 to 18 carbon atoms per. group, and preferably having a straight or slightly derivatized chain configuration, such detergents being further characterized in that they contain less than 3, and preferably no more than a single other alkyl substituent containing less than 3 carbon atoms. carbon per group, an aromatic ring, preferably a benzenoid, and a sulphonate salt radical whose cation has a metallic or non-metallic composition derived from the corresponding inorganic base or from organic bases containing nitrogen.
A method of producing the type of detergent mentioned above comprises the alkylation of an aromatic hydrocarbon, which if it is benzenoide, may be selected from the group consisting of benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, methyl ethylbenzene and diethylbanzene with an olefinic, preferably straight chain, hydrocarbon containing about 10 to 18 carbon atoms per molleoule, sulfonation of the resulting alkyl aryl hydrocarbon and neutralization of the sulfonic acid formed therefrom with an organic base containing nitrogen or an organic alkali, as desired.
The present invention relates firstly to the preparation of a suitable olefinic material which can be used as an alkylating agent for the preparation of detergents of the type mentioned above, said olefinic alkylating agent being formed by polymerizing propylene. .
One of the objects of the present invention is to provide an improved process for the polymerization of propylene to form monoolefins having from about 10 to 18 carbon atoms per molecule which can be used in the preparation of detergents of the alkyl aryl sulfonate type. .
Another object of the invention is to increase the yield of desirable olefin polymers having a boiling point of between about 335 F and 435 F produced by the polymerization of propylene.
Another object of the invention is the production of olefinic polymers having a boiling point between about 335 and 435 F starting from propylene and polymers of propylene having less than about 12 carbon atoms per molecule.
A specific embodiment of the present invention relates to a process which comprises the polymerization of substantially dry propylene in the presence of a solid form polymerization catalyst, the substantially continuous separation of the resulting product from a fraction. containing olefins having about 10 to 18 carbon atoms per molecule, and recirculating polymers containing about less than 12 carbon atoms per molecule in the polymerization zone along with additional raw material containing propylene.
Another embodiment of the present invention relates to a process for the production of polymers having a boiling point of between about 335 and 435 F, in which a mixture consisting of
<Desc / Clms Page number 2>
by a propane-propylene fraction and by a polymer fraction of propylene having a boiling point of less than about 335 F, in contact with a phosphoric acid catalyst in solid form at a temperature of between about 250 and 450 F, and at a pressure of from about 100 to 2000 pounds per square inch, the resulting product being fractionally distilled to separate the desired polymer fraction from lower or higher boiling point polymers. high,
and by returning to the circuit at least a part of said polymers with a lower boiling point in the zone of initial polymerization.
Another embodiment of the present invention relates to a process for the production of polymers having a boiling point of from about 355 to 410 F, in which a mixture consisting of a propane-propylene fraction and a fraction of polymer of propylene having a boiling point below about 355 F in contact with a phosphoric acid catalyst in solid form at a temperature of about 275 to 375 F and a pressure of about 600 and 1200 pounds per square inch, fractional distillation of the resulting product to separate the desired polymer fraction from lower or higher boiling point polymers,
and the reintroduction into the circuit of at least a part of said polymers with a lower boiling point towards the initial polymerization zone.
It has now been found that the production of high boiling point polymers (and more particularly tetramers and higher polymers) starting from propylene and its low boiling point polymers is improved by achieving the treatment for polymerization on substantially dry raw material and in the presence of a phosphoric acid catalyst in solid form, prepared as disclosed in US Pat. No. 1,993,513 and other patents. .
This finding contradicts previous findings made in the production of motor fuel having a boiling point close to that of gasoline by the polymerization of propylene and propylene-butylene mixtures starting from mixtures of gasoline. gaseous hydrocarbons also containing propane, butanes, and other normally gaseous hydrocarbons. In olefin polymerization operations to produce polymerized gasoline, it has been the usual practice to add water or steam to the inlet of each polymerization reactor containing a phospho acid catalyst. - solid ric, in order to maintain the state of hydration and the activity of the catalyst and to reduce the tendency for deposits of coke or other substances similar to coke, on the catalyst.
It has now been found in the polymerization of a propane-propylene fraction in the presence of a recirculated liquid polymer such as nonylene, that a decrease in the water content of the raw material increases the conversion per pass for a separation. given operating conditions, and also improves the yield of C12 and higher olefins based on the amount of propylene converted.
The operation envisaged with dry raw materials is only carried out when substantially large quantities of liquid polymers are reintroduced into the process in the reaction section, so that the concentration of liquid polymers is relatively high in the layer. catalyst. This type of polymerization process produces a high yield of propylene tetramers and higher polymers from propylene and its polymers, the latter containing up to about 12 carbon atoms per molecule.
It is well known that the solid phosphoric acid catalyst can be used for a considerable period of time without regeneration.
<Desc / Clms Page number 3>
for the polymerization of propylene to produce boiling point polymers similar to those of gasoline. Maintaining the activity of the catalyst for an extended period of time is achieved by introducing small amounts of water and thereby maintaining the catalyst in the selected state of hydration which is necessary to retain its. activity at a catalyst temperature which generally is about 450 to 550 F. Catalyst lives in the range of about 100 to 125 gallons of polymer per pound of catalyst are quite normal in gasoline production operations.
However, when the phosphoric acid catalyst was employed to produce olefinic polymers containing long chain olefinic hydrocarbons having about 10 to 18 carbon atoms per molecule by re-circulating polymers having a lower number. of carbon atoms it was found that the activity of the solid phosphoric acid catalyst fell very quickly and catalyst lifetimes of only 5 to 10 gallons per pound were obtained. that instead of having to maintain a specific water content in order to maintain the catalyst in the state of hydration as was necessary in the gasoline production operation,
just the opposite was needed in the production of long chain olefinic hydrocarbons from propylene and low boiling point polymers back into the circuit. In order to obtain a catalyst life long enough to make the operation commercially possible when entering polymers into the circuit, it has been found essential to maintain the water content of the newly introduced propylene in the circuit. - below about 0.03 mole percent. When a water content appreciably in excess of this amount is employed, the catalyst instead of retaining its activity as one would expect from the findings in the polymerization of propylene for gasoline, in fact loses its activity quickly.
The present process is also carried out in a continuous manner by directing a propane-propylene fraction and a mixture of polymers of propylene to a reactor of suitable construction containing a solid phosphoric acid catalyst, and more particularly a precalcified mixture. born from an acid of phosphorus and diatomaceous earth or other silicious adsorbent such as montmorillonite, etc., maintained at a temperature of about 250 to 450 F and a pressure of about 100 to 2000 pounds per square inch. The process is preferably carried out with a catalyst temperature of about 275 to 375 F and a pressure of about 600 to 1200 pounds per square inch.
By this treatment, a substantial proportion of the propylene present in the introduced propane-propylene mixture is converted to polymers, including the trimers, pentamers, and higher boiling point propylene polymers. In order to produce relatively high yields of the higher boiling point polymers, it has been found advantageous to separate the lower boiling point polymers, for example by means of fractional distillation, and to return these. lower boiling point polymers containing a relatively high proportion of nonylenes in the polymerization reactor into which the new propane-propylene fraction is introduced.
The recirculation material to the polymerization reactor may also include monoolefins, preferably straight chain or slightly branched chain structure, from any other source, such as from another polymerization process or cracking. hydrocarbons or dehydrogenation process, which gives a mixture of saturated and monoolefinic hydrocarbons containing about 6 to 12 carbon atoms per molecule.
<Desc / Clms Page number 4>
In addition, in order to obtain a relatively high yield of polymers with a boiling point of about 335 to 435 F, it has been found necessary to dry the propane-propylene raw material so that it does not contain more. about 0.03 mole percent and preferably no more than about 0.1 mole percent water. When the mixture consisting of a propane-propylene fraction and recirculated polymers is substantially dry, 60 to 80% or more of the resulting polymer is obtained having a boiling point of approximately between the desired limits of 335 to 435 Fo
The amount of water which is allowed in the mixture of propane-propylene and material reintroduced into the circuit also depends on the temperature and pressure employed for the polymerization.
At the higher temperature between the limits of about 250 and 450 F, more water may be present than when operating at the lower temperatures. The amount of water in the total feed may also be greater at low pressures than at high pressures.
In order to achieve these relatively high yields of higher boiling point polymer fractions, the liquefied propane-propylene fraction fed to the process is mixed with from about 0.2 to about 5 times its volume of polymers. propylene with a boiling point of less than 335 Fo The mixture of hydrocarbons thus introduced to come into contact with the solid phosphoric acid catalyst contains approximately between 0.2 volumes of propylene polymers for a volume of new fraction C3 and 5 volumes of low-boiling polymers for one volume of new fraction C3 Thus, the volumetric ratio of total feed relative to fraction C3 is approximately from 1.2 to 6 while the ratio preferred of the total volumetric feed is about 2.0 to 3.5,
that is, a single volume of liquid C3 fraction and 1.0 to 2.5 volumes of low boiling point liquid polymers. In order to produce a relatively high yield of long chain olefinic hydrocarbons containing about 10 to 18 carbon atoms per molecule, the new propane-propylene fraction is also introduced at a rate corresponding to an hourly space velocity. of liquid fraction C3 from 0.1 to approximately 5. By the expression “hourly liquid space velocity” is meant the volumes of liquid admitted per hour per volume of catalyst.
These new propane-propylene feed rate limits are influenced by the final propylene conversion required, since in some cases high conversions corresponding to low feed rates may be desirable, and on the other hand, in other cases, low conversions may be satisfactory obtainable by operations at high feed rates.
The propane-propylene fraction introduced into the process can be dried by any suitable means such as distillation, or by passing through a tower containing activated alumina which absorbs water from the treated hydrocarbons, or else the propane fraction. propylene can be cooled to a relatively low temperature in order to remove virtually all of the water contained therein.
Other means, such as rinsing with a high boiling point glycol or other suitable dehydrating agent may also be employed.
The preferred polymer fraction formed by the present process and having a boiling point of between about 325 and 435 F at pres-
<Desc / Clms Page number 5>
The concentration of 760 mmo of mercury consists essentially of monoolefinic hydrocarbons having from about 10 to 14 carbon atoms per molecule and having a appreciably greater proportion of monoolefinic hydrocarbons with 12 carbon atoms per molecule.
These monoolefinic hydrocarbons can be employed as described below to produce alkyl aromatic hydrocarbons convertible (by sulfonation and neutralization with a base) to surface active compounds useful as detergents.
The process according to the present invention is further illustrated by the accompanying drawing which shows a suitable apparatus in which the process can be carried out. Thus, a propane-propylene fraction containing about 30 to 60% propylene, a relatively large amount of propane and small amounts of paraffinic and olefinic hydrocarbons containing 2 to 4 carbon atoms per molecule, is introduced by line 1 and valve 2 to pump or compressor 3 which discharges through line 4 and valve 5 into heating coil 6 which receives heat from heater 7.
From coil 6, the heated hydrocarbons are directed through line 8 and valve 9 to reactor 10 containing one or more layers or sections of solid phosphoric acid catalyst which is a precalcined mixture of phosphoric acids and earth. diatoms.
From reactor 10 the resulting mixture of propane, unconverted propylene and polymers of propylene is discharged through line 11 and valve 12 into stabilizer 13 which receives heat from the boiling coil 14. gaseous hydrocarbon forms separated from the polymers in the stabilizer. 13 are directed through line 15 and valve 16 to storage or other use not shown in the attached schematic drawing, while stabilized liquid polymers are discharged from stabilizer 13 through line 17 and valve 18 into the fractionator 19 to which heat is supplied by means of the boiling coil 20.
From the top of the fractionator 19, a mixture of low boiling point polymers, such as those containing 6 to 12 carbon atoms, are distilled and directed through line 21 and valve 22 to. the condenser 23 and the resulting mixture of condensate and non-condensed vapors then pass through the downward pipe 24 and valve 25 to the manifold 26 having a pipe 27 serving for the evacuation of the gas and containing the valve 28. The low boiling point liquefied polymers comprising essentially C6 to C12 olefins which are also collected in the manifold 26, are continuously withdrawn through line 29 and valve 30 by pump 31 which discharges into line 12. containing valve 33.
At least part of the hydrocarbons which pass through line 32 is directed therefrom through bypass line 34 and valve 35 into line 4 already mentioned through which the new propane-propylene fraction is introduced into the polymerization process. If desired, some of the raw material can be drained from line 32 through valve 33 to storage or other use not shown in the accompanying drawing.
Also, some of the low boiling point polymers passing through line 32 may be returned to the vicinity of the top of fractionator 19 by means not shown in the drawing, to help control temperatures therein. .
The desired polymer fraction from which the low boiling polymers are thus separated in the fractionator 19 accumulates near the bottom of said fractionator and is removed therefrom.
<Desc / Clms Page number 6>
through line 36 and valve 37 to cooling and storage not shown in the drawing The higher boiling point polymer fraction thus discharged through line 36 is useful for alkylating an aromatic hydrocarbon to form an alkylated aromatic hydrocarbon convertible into an alkaryleo sulfonate detergent If desired,
this higher boiling point polymer fraction may be subjected to fractional distillation to separate a desired boiling point fraction from a higher boiling point residue.
Example 1
Several tests were made in which a substantially dry hydrocarbon fraction, containing 0.2 mole percent ethylene, 3.0 percent ethane, 33.3 percent propylene, 63.1 percent propane , 0.1 percent butylene, and 0.3 percent butane, were mixed with polymers formed from said gas mixture and having a boiling point of between about 100 and 356 F. The reaction was carried out. the mixture of c3 hydrocarbons and low boiling point propylene polymers at a temperature (maximum reactor temperature) of about 300 to 400 F in the presence of a calcined mixture of pyrophosphoric acid and diatomaceous earth under shape of cylindrical pellets of 5 x 5 mm.
The polymerization tests mentioned in Table 1 were carried out at a gauge pressure of 750 to 760 pounds per square inch.
Other operating conditions, such as the amount of water present in mole percent in the propane-propylene raw material and the hourly rate at which this raw material was introduced into the process, are shown in the table with the yields. as a fraction of polymers with a boiling point of between 356 and 410 F. and generally indicated as "the tetramer fraction".
The water present in the combined feed to the polymerization reactor was determined by the method of Karl Fischer Angew Chem 48 394 (1935), whereby the excess water content of about 0.0008 mole percent , can be determined:
Table 1 Polymerization of a propane-propylene fraction in the presence of a phosphoric acid catalyst in the solid state.
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> Test <SEP> N <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
EMI7.2
------------------ 'V'iI7TI¯¯¯¯¯¯ ----------------.----- --------
EMI7.3
<tb> Duration <SEP> of <SEP> test <SEP> in <SEP> hours <SEP> 24 <SEP> 9 <SEP> 29
<tb>
<tb> Operating <SEP> conditions
<tb>
<tb> Temperature <SEP> in <SEP> F <SEP> to <SEP> the <SEP> output <SEP> of the
<tb>
<tb>
<tb> preheater <SEP> of the <SEP> reactor <SEP> @ <SEP> 266 <SEP> 355 <SEP> 390
<tb>
<tb>
<tb> Maximum <SEP> temperature <SEP> in <SEP> F <SEP> of the
<tb>
EMI7.4
reactor 00000000000000000.0.00.0 300 399 399 Reactor pressure in pounds per square inch .000.0000000000 .... 0. 750 751 760 Ratio (volumetric) of the total supply 00000..00..0 .... 00 ...
2.13 1.99 1.94
EMI7.5
<tb> Spatial <SEP> speed <SEP> hourly <SEP> of liquid <SEP>
<tb>
EMI7.6
of the new power supply ôeooo * o 0.36 0.58 0.50
EMI7.7
<tb> Spatial <SEP> speed <SEP> hourly <SEP> of liquid <SEP>
<tb>
<tb> of <SEP> the combined <SEP> power supply <SEP> @ <SEP> 0.77 <SEP> 1.16 <SEP> 0.98
<tb>
<tb>
<tb> New <SEP> power supply <SEP> BPD <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> per <SEP> 1000 <SEP> pounds <SEP> of <SEP> catalyst <SEP> @ <SEP> 26.6 <SEP> 43. <SEP> 1 <SEP> 36.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propylene <SEP> BPD1 <SEP> per <SEP> 1000 <SEP> pounds <SEP> of
<tb>
EMI7.8
catalyst e a o o e o 0 0 0 0 0 0 o a o o .. e o 0 o e.
8.2 13.8 1 V o 6 Water in mole percent in the total supply 0000.000..000.0.00 0.00 0.03 0.03
EMI7.9
<tb> Yields <SEP> in <SEP> polymers <SEP> of <SEP> the <SEP> fraction
<tb> 356-410 F
<tb> Books / pound <SEP> of <SEP> propylene <SEP> allowed <SEP> @ <SEP> 0.66 <SEP> 0.52 <SEP> 0.45
<tb> Pounds / pound <SEP> of <SEP> propylene <SEP> converted <SEP> 0.83 <SEP> 0.56 <SEP> 0.52
<tb> Volume <SEP> for <SEP> one hundred <SEP> of <SEP> propylene <SEP> allowed <SEP> 44.7 <SEP> 3506 <SEP> 30. <SEP> 4
<tb> Pounds / Hour / Pound <SEP> of <SEP> catalyst ...
<SEP> 0.036 <SEP> 0.040 <SEP> 0.031
<tb> Products <SEP> polymers, <SEP> total <SEP> net
<tb>
EMI7.10
ZoaPa-356 Fooaeooooo00oooooeaaoooo 7.7 15.5 17.4 3.16 -410 Foeooeaoo.ooooooe.oo.ooooo 83.5 56.4 52.0 Above 410 oooomoeooaooeoo0o 808 28.1 30.6
EMI7.11
<tb> Total <SEP> @ <SEP> 100.0 <SEP> 100.0 <SEP> 10000
<tb>
Barrels of liquid per day (24 hours).
The results in Table 1 show that from the dry starting material (0.00% water) yields of olefin polymers were obtained at
EMI7.12
boiling point between 356 and 4100F. 9 lower than those obtained when the combined feed comprising a new fraction of propane-propylenes and polymers re-introduced into the circuit (IBP at 356 F) contained 0.03 mole percent d 'water.
Example II
Another polymerization test was carried out on a propane-propylene fraction containing 42 mole percent propylene and using a solid phosphoric acid catalyst whose analysis gives 62 percent P2O5 obtained by calcining at about. 370 0 (698 F) a mixture of phosphoric acid (mainly pyrophosphoric acid) and diato-
<Desc / Clms Page number 8>
meso In Table 2 which gives the operating conditions and the results, the expression "less than 0,
0008 mole percent water in the total feed "is approximately the minimum quantity determined by the method of water analysis also employed for the new propane-propylene fraction introduced. The new propane-propylene fraction had markedly dryness. greater than that represented by this value and the total feed was even drier because the recirculated polymers were dehydrated in the depropanizer equipment.
Table II Polymerization of a propane-propylene fraction in the presence of a solid phosphoric acid catalyst
EMI8.1
<tb> Duration <SEP> of <SEP> test <SEP> in <SEP> hours <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> operating conditions <SEP>: <SEP>
<tb>
<tb> Temperature <SEP> in <SEP> F <SEP> to <SEP> input <SEP> of <SEP> reactor <SEP> 281
<tb>
<tb> Maximum <SEP> temperature <SEP> of the <SEP> reactor <SEP> in <SEP> F <SEP> 354
<tb>
<tb> Pressure <SEP> of the <SEP> reactor <SEP> in <SEP> pounds <SEP> by <SEP> inch
<tb>
EMI8.2
square to the pressure gauge 000000000000000.0.0 .. 755 Ratio (volumetric) of the total supply 00000000008000000000.00000.0 .... 0 3006
EMI8.3
<tb> Spatial <SEP> speed <SEP> hourly <SEP> of the <SEP> liquid <SEP> of
<tb>
EMI8.4
the new power supply 0.00000000 .....
0.66
EMI8.5
<tb> Spatial <SEP> speed <SEP> hourly <SEP> of the <SEP> liquid <SEP> of
<tb>
EMI8.6
total feed esaoooeoooeooeoees 2.02 New feed BDP per 1000 pounds of catalyst 000.00000.0.000000 .... 00 .. 4808 Propylene BDP per 1000 pounds of catalyst o000ooooosooeeooeoeoaoonesaovevoese 1907 Mole percent water in the combined feed, less than .0000.000000.000.0 ... 000008 Age of catalyst, gallons of bottoms per pound oo.o ... ocooeQo.o.ee.006.00..0 4.24 Conversion of propylene o.oo ... ,, oeo , o, o.ooooo 74
EMI8.7
<tb> Experimental <SEP> recovery, <SEP> in <SEP> weight <SEP> for <SEP> hundred <SEP> 97.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Yields <SEP> (for <SEP> a <SEP> recovery <SEP> of <SEP> 100%) <SEP>:
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction <SEP> 356-410 F-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Books / book <SEP> of <SEP> propylene <SEP> admitted <SEP> .. <SEP> 0.53
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pounds / pound <SEP> of <SEP> propylene <SEP> converted <SEP> 0.72
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Volume <SEP> for <SEP> one hundred <SEP> of <SEP> propylene <SEP> allowed <SEP> 36.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Books <SEP> by <SEP> hour <SEP> and <SEP> by <SEP> book <SEP> of
<tb>
EMI8.8
catalyst 0..0..000..0..0 ... 00 .... 0.07
EMI8.9
<tb> Fraction <SEP> 338-438 F <SEP> of <SEP> "bottoms",
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> books / book <SEP> of <SEP> propylene <SEP> conver-
<tb>
EMI8.10
ti ..............................
0.80
EMI8.11
<tb> Weight <SEP> in <SEP> for <SEP> one hundred <SEP> of <SEP> propylene <SEP> allowed <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propylene <SEP> in <SEP> the <SEP> gas <SEP> exhausted <SEP> @ <SEP> 26
<tb>
EMI8.12
Total polymer product 00.0000000 ...... 0 74 Net liquid passing through the fractionator 000000000000 ...... 0..00 ... 10.9
EMI8.13
<tb> Weight <SEP> for <SEP> hundred <SEP> of <SEP> propylene <SEP> converted <SEP> Liquid <SEP> net <SEP> of <SEP> passage <SEP> of <SEP> the device <SEP> of
<tb>
<tb> splitting <SEP>:
<SEP>
<tb>
EMI8.14
I BOP at 356 F 000000000000..00.00..0 14.0 Above 356 F .00.00.000000 ... 0. 007 Tctal 00000000..0000000.00 l4eT
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb> Product <SEP> polymerized <SEP> total <SEP> -
<tb>
EMI9.2
IoBoPo at 356 Foo..ooooo.o.o ....... oo ... oo.o.o.ooo 22.0 356-41o Foasoooaoeoooosaseoeseeeooaoaoeoaeoooaoae 71.7 Above 410 Foeoweoo * o * .. oooooe ... ooee.oeoe * 6.3
EMI9.3
<tb> Inspections
<tb>
<tb> New <SEP> supply <SEP> in <SEP> mole <SEP> for <SEP> hundred <SEP> of <SEP> propylene <SEP> @ <SEP> 42.0
<tb>
<tb> Combined <SEP> feed <SEP> in <SEP> mole <SEP> for <SEP> hundred <SEP> of <SEP> propylene <SEP> (cal- <SEP>
<tb>
EMI9.4
culé) OOOOOOOGOOOQOOGooo..oe .... o.o ... o .... o ... oe..o..e ...
20.8
EMI9.5
<tb> Gas <SEP> of <SEP> stabilization <SEP> in <SEP> mole <SEP> for <SEP> hundred <SEP> of <SEP> propylene <SEP> @ <SEP> 15.8
<tb>
<tb> Liquid <SEP> of <SEP> passage <SEP> of <SEP> the apparatus <SEP> of <SEP> fractionation <SEP> (discount
<tb>
EMI9.6
in circuit), spec. at 60 F .......................... 0.7378
EMI9.7
<tb> Liquid <SEP> of <SEP> passage <SEP> in <SEP> the device <SEP> of <SEP> fractionation <SEP>:
<SEP>
<tb> Distillation <SEP> Engler <SEP> - <SEP>
<tb>
EMI9.8
Initial boiling point in F .......... 0 ...... 0 .. 144 End point in F 0..0..0..0 ........ ......... 0 ....... 353 Podbieiniak distillation-volume of liquid percent above 356 Pao..o ..,. Oe.o ........ o ...... o ..... oo, e.oo. 5.0 Average molecular weight 0 ............................... 0. 124
EMI9.9
<tb> Weight <SEP> by <SEP> centolefins, <SEP> before <SEP> and <SEP> after <SEP> test <SEP> 91-92
<tb>
<tb> "Bottoms" <SEP> of <SEP> the <SEP> of <SEP> fractionation <SEP> (tetramers <SEP> and <SEP> poly-
<tb>
<tb> mothers <SEP> plus <SEP> high) <SEP>:
<SEP>
<tb>
EMI9.10
Specific gravity at 60 F, o, ow ....... o .... * .......... oo..o. 0.7775 Engler Distillation - Initial boiling point in F ..................... 356 End point in oF ........... ......................... 469 Podbielni distillation, volume of liquid in percent ...
IOBOP. to 356 F. 080080.0 ............ & .......... 0 ....... 9.5 356 to 410 F .00 ....... ................................. 83.5 410 to 428 F .00 .......... ..0 ........................... 1.8 428 to 446 F .0000000..0..00 ....... .................. 0 .. 2.8 446 to 464 F .0 ....... 0 ..... 0 ........ ................... 1.4 Above 464 F 0 ....... 000 ............... 0 ....... 0. 1.0 Percent volume (356 to 410 F) in the fraction boiling above 356 P ........., w 92.3 I.BoPo at, 3., ô Feeoesoeeeeeeesaeeeeeseoeeseeeoooe 3.3 33Bo at 438 F 0 ....... 0 ......................... 92.9 Fraction 356-410 F:
Specific gravity at 60 F oseooeeeoseeeoeeeeeeeo. 0.7766 Bromide index .... 00 ................ 0 ... 0 ...... 106
The results given in Table 2 show that the total polymer product contained 22 percent of the boiling point polymers below 356 F, 71.7 percent of the boiling point fraction between 356 and 410 F and 6 percent of the higher boiling point hydrocarbons. The "bottoms" of the fractionator which included the polymers remaining after removal of the recirculated material contained 92.9 vol. liquid percent of hydrocarbons with a boiling point between 338 and 438 F and 83,
5 percent hydrocarbon
EMI9.11
essentially monoolefin3ques with boiling points between 356 and 410 f About 6 percent of the "bottoms" of the fractionator had a boiling point of between 410 and 464 F at a pressure of one atmosphere absolute.
<Desc / Clms Page number 10>
Example III
The test mentioned in Example 2 at a pressure of about 750 pounds per square inch was continued for 927 hours on the propane-propylene fraction containing 40-42 mole percent propylene and then for a period of 927 hours. Another 244 hours on a Ce fraction containing 31-33 percent propylene and during this time a total of 14.8 gallons of polymer was produced per pound of catalyst.
These C3 fractions were so dry that the combined feed contained less than 0.0008 mole percent water.
The total production of the 338-438 F. fraction of these polymers was 13.7 gallons per pound of catalyst; after that the test was stopped, although the catalyst was still active and in good physical condition and could have been used for a longer period. The results obtained in these tests are shown in Table 3 below:
<Desc / Clms Page number 11>
Table 3.
Conversion of propylene and I.B.P. polymers - 356 f re-circuited to higher boiling olefins in the presence of a phosphoric acid catalyst, in the solid state.
EMI11.1
<tb> Period <SEP> No. <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13
<tb>
EMI11.2
-¯ ........ - ...- ¯ ---------- .I! I¯ -------- "" .- '--- He. 18¯ ----- ¯ --- ¯''1 v -... ------ ... "" "
EMI11.3
<tb> New <SEP> power supply,
<tb>
<tb>
<tb> mole <SEP> for <SEP> hundred <SEP> C3H6 <SEP> 41.8 <SEP> 42.8 <SEP> 41.9 <SEP> 40.3 <SEP> 32.4 <SEP> 31.5 <SEP> 33.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Combined <SEP> power supply,
<tb>
<tb>
<tb> mole <SEP> for <SEP> hundred <SEP> C3H6 <SEP> 20.9 <SEP> 21.0 <SEP> 21.4 <SEP> 20. <SEP> 2 <SEP> 16.2 <SEP> 16.1 <SEP> 17.
<SEP> 3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Total <SEP> duration <SEP> of <SEP> the op-
<tb>
<tb>
<tb> ration <SEP> from <SEP> the <SEP> com
<tb>
<tb>
<tb> start <SEP> of <SEP> test
<tb>
<tb>
<tb> in <SEP> hours <SEP> @ <SEP> 499 <SEP> 801 <SEP> 882 <SEP> 927 <SEP> 1.085 <SEP> 1.142 <SEP> 1.171
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp <SEP> f <SEP> of the preheating <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> feur <SEP> of the <SEP> reactor ..... <SEP> 280 <SEP> 245 <SEP> 255 <SEP> 262 <SEP> 310 <SEP> 310 <SEP> 310
<tb>
<tb>
<tb> Temp.max.in <SEP> f <SEP> of the <SEP> cata-
<tb>
<tb>
<tb> lyzer.
<SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 353 <SEP> 371 <SEP> 370 <SEP> 369
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Volumetric <SEP> report
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> from <SEP> the power supply <SEP> tota-
<tb>
EMI11.4
the ..o..e .... o .., o, oe..3 .o 3.1 2.9 3.0 2.8 2.9 2.9
EMI11.5
<tb> New <SEP> power supply,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.H.S.V. <SEP> 0.70 <SEP> 0.66 <SEP> 0.69 <SEP> 0.69 <SEP> 0.92 <SEP> 0. <SEP> 92 <SEP> 0.92
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Combined <SEP> power supply,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.H.SoV. <SEP> 2.10 <SEP> 2. <SEP> 03 <SEP> 2. <SEP> 01 <SEP> 2. <SEP> 05 <SEP> 2. <SEP> 62 <SEP> 2.
<SEP> 68 <SEP> 2.64
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Age <SEP> of <SEP> catalyst, <SEP> in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gallons <SEP> of <SEP> the <SEP> fraction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 338-438 F <SEP> by <SEP> book <SEP> of
<tb>
EMI11.6
catalyst ** o * o, oooot 3-59 7.8 9.3 9.8 12.2 13.2 13.7
EMI11.7
<tb> Conversion <SEP> of the <SEP> propylè-
<tb>
<tb>
<tb> ne, <SEP> for <SEP> hundred <SEP> @ <SEP> 68 <SEP> 73 <SEP> 74 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 77
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> yields in <SEP> polymers,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> weight <SEP> for <SEP> hundred <SEP> of <SEP> C3H6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> converted
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> I.B.P.- <SEP> 356 F <SEP> @ <SEP> 12. <SEP> 7 <SEP> 7.1 <SEP> 20.3 <SEP> 17.9 <SEP> 16.2 <SEP> 15.5 <SEP> 18.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 356-410 F <SEP> @ <SEP> 79.4 <SEP> 80.7 <SEP> 68.
<SEP> 2 <SEP> 66.5 <SEP> 65.9 <SEP> 66.1 <SEP> 64.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Above <SEP> of <SEP> 410 f <SEP> 7. <SEP> 9 <SEP> 12.2 <SEP> 11.5 <SEP> 15. <SEP> 6 <SEP> 17.9 <SEP> 18. <SEP> 4 <SEP> 17.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> 356-410 F, weight
<tb>
EMI11.8
sp6Co at 60OFooooooeoo * o 0.775 0.775 0.777 0.775 0-775 0.775 0.776
EMI11.9
<tb> Index <SEP> bromide <SEP> @ <SEP> 105 <SEP> 104 <SEP> 103 <SEP> 102 <SEP> 98 <SEP> 98 <SEP> 99
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> 338-438 F <SEP> for
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> of <SEP> polymers <SEP> total <SEP> 98.0 <SEP> 90.4 <SEP> 87.1 <SEP> 88.9 <SEP> 77. <SEP> 7 <SEP> 82. <SEP> 1 <SEP> 83.
<SEP> 9
<tb>
The results given in Table 3 show that the polymers produced in the various phases of this test contained about 80 to 64 percent by weight of the fraction with a boiling point between 356 and 410 F., and consisting essentially of monoolefinic hydrocarbons. .
he
<Desc / Clms Page number 12>
It should also be noted that the fraction of polymers with a boiling point of between 338 and 438 F represented 78 to 98 percent by volume of the total polymers. During the 1,171 hours during which this catalyst was used, one obtained per pound of catalyst a total of 13.76 pounds of fraction 338 to 438 Fo In these various phases of the test, the propylene conversion was maintained between 68 and 77 percent per pass by gradually increasing the temperature of the reactor preheater thereby if that the maximum temperature of the catalyst, while the ratio of the combined feed was maintained between 2.8 and 3.2
At the end of period 13,
the catalyst was still strongly active and could have been used for a longer period if it had been desired Example 4
The results given in Example 3 show that the solid phosphoric acid catalyst remained active for a long period of time when acting on a dry mixture of a propane-propylene fraction and on polymers of propylene containing. up to about 12 carbon atoms per molecule. This long catalyst life is surprising, since previous work on the polymerization of propylene in the absence of a polymer recirculation indicated that it was necessary
EMI12.1
adding water vapor to the introduced propane-propylene fraction in order to prevent dehydration of the catalyst and rapid loss of catalyst activity.
Table 4 below shows a comparison of the results obtained by the polymerization of propylene starting from dry and wet propane-propylenes fractions in the presence of the solid phosphoric acid catalyst by non-selective polymerization, without re-heating. polymer circuit
Table 4.
Non-selective polymerization of dry and wet propane-propylene fractions.
EMI12.2
<tb>
Gas <SEP> Gas
<tb> dry <SEP> wet
<tb>
<tb> <SEP> content in <SEP> propylene <SEP> of a <SEP> fraction <SEP> propanepropylene <SEP> in <SEP> mole <SEP> for <SEP> hundred <SEP> @ <SEP> 34.7 <SEP> 26.0
<tb> <SEP> content in <SEP> water <SEP> of a <SEP> fraction <SEP> propane-pro
<tb>
EMI12.3
pylene in mole percent 0000000.0..0..0 ... 0.00 2.5
EMI12.4
<tb> Temperature <SEP> of <SEP> treatment <SEP> in <SEP> degrees <SEP> F. <SEP> 435 <SEP> 435
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pressure <SEP> of <SEP> treatment <SEP> in <SEP> pounds <SEP> by <SEP> inch
<tb>
EMI12.5
oeoooao square., o .., oooooooooo, oo.eo, o..w ...
132 175
EMI12.6
<tb> Total number <SEP> <SEP> of hours <SEP> of the <SEP> treatment <SEP> 42 <SEP> 360
<tb> Decrease <SEP> of <SEP> the <SEP> activity of the <SEP> catalyst,
<tb>
EMI12.7
percent aooaaooeaoooaeaaeoeooroaaorsr 70 None
EMI12.8
<tb> Gain <SEP> in <SEP> weight <SEP> of the <SEP> catalyst, <SEP> for <SEP> hundred ..... <SEP> 4.5 <SEP> 1.8
<tb>
<tb> Production <SEP> of <SEP> polymers <SEP> by <SEP> book <SEP> of <SEP> cataly-
<tb>
EMI12.9
sister oeoeoooeeoeoeoosooooosoeaooooroerrrw o, 7 45
<Desc / Clms Page number 13>
The above data show the rapid decrease in the activity of the polymerization catalyst when treating a propane-propylene cuttlefish fraction in the absence of recirculated polymers.
The test carried out on the propane-propylene fraction containing 2.5 mole percent of water vapor was stopped after 15 days and at the end of this period there was no drop in the activity of the catalyst. A much longer catalyst life than the mentioned 4.5 gallons of polymer per pound of catalyst could have been obtained if the test had been continued. Thus, in the polymerization of propylene by a non-selective polymerization, which is a one-pass operation, it is essential to introduce sufficient water, dry or wet steam with the new fraction. propane-propylene so that the sum of the water already present in the gas stream plus that which is added is sufficient to prevent water loss from the catalyst.
The changes in single-pass polymerization activities of catalysts acting on dry and wet propane-propylene moieties (2.5 mole percent water) are shown later in Table 5.
Table 5.
Changes in the catalytic activities of the solid phosphoric acid catalyst acting on dry and wet propane-propylene fractions.
EMI13.1
<tb>
Polymerization <SEP> of <SEP> propylene <SEP> for <SEP> hundred
<tb>
<tb>
<tb> Dry <SEP> fraction <SEP> Wet <SEP> fraction
<tb>
<tb> propane- <SEP> propane-
<tb>
<tb> propylene <SEP> propylene
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Duration <SEP> of <SEP> test <SEP> in <SEP> hours
<tb>
EMI13.2
6 oooooeG..oooo.e.o.o 76 ................
12 600000eoeOoo..ooooooo .............. 74 15 ooooooaoo .... o & o & ooeo 60 ......... 080 ....
24 oOooeOO & 00800800GOeo .. 32 ....... 0 ........
30 e v e o 0 o a e e o s e a v e o o e e e 23 s e v e e e e s e o 1 e o e 36 c..cc ... eoe..o ........ 15 76 42 eoo.e.e ... ooo ..... eo. 8 .......... 0 .... 0 85 aeooacooaosanaoooooeoa essoveeesoeeet 70 180 oeoeaoeeeeooeeeoeosee 6 ........'.... 76 300 72 360 oooe000080..eoo080808 ..... ......... 75