JPH0257525B2 - - Google Patents

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JPH0257525B2
JPH0257525B2 JP57107067A JP10706782A JPH0257525B2 JP H0257525 B2 JPH0257525 B2 JP H0257525B2 JP 57107067 A JP57107067 A JP 57107067A JP 10706782 A JP10706782 A JP 10706782A JP H0257525 B2 JPH0257525 B2 JP H0257525B2
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isobutylene
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Tetsuya Takesono
Takaaki Amari
Hirosuke Imai
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Nippon Oil Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイソブチレンおよびブテン−1を含む
ブタン−ブテン留分から高収率で高純度のブテン
−1を分離回収する方法に関するものである。
イソブチレンおよびブテン−1を含むブタン−
ブテン留分からブテン−1を分離するためにはブ
テン−1以外のC4留分を精密蒸留によつて分離
除去しなければならないが、その際、イソブチレ
ンはブテン−1と比揮発度が酷似しているために
単に蒸留操作では高純度のブテン−1を分離回収
することができない。したがつて、イソブチレン
およびブテン−1を含むブタン−ブテン留分から
高純度のブテン−1を分離回収するためにまずこ
の留分からイソブチレンをほぼ完全に除去するこ
とが要求される。
従来、ブタン−ブテン留分からイソブチレンを
分離する方法として硫酸抽出法がある。しかしこ
の方法は硫酸の腐食性のために高級な材質を使用
しなければならないために経済的負担が大きい。
イソブチレンを分離する他の方法としてゼオライ
トによる吸着方法もあるが、この方法ではブテン
−1およびブテン−2との分離が不十分である。
一般に酸性触媒を用いることによりイソブチレ
ンを2量化又は多量化して、この多量体を蒸留で
ブタン−ブテン留分から除去することが考えられ
るが、通常この反応の際にブテン−1が異性化し
てブテン−2となる傾向が強い。またブテン−1
がイソブチレンと共低重合反応を起こす。したが
つて、ブテン−1を高収率で分離回収するために
はこれらの副反応を極力抑制してイソブチレンを
多量化する必要がある。
本発明はイソブチレン、ブテン−1を含むブタ
ン−ブテン留分を特別な反応条件を有する反応に
よりイソブチレンを低重合させることによりイソ
ブチレンを分離除去することを特徴とするブテン
−1を分離回収する方法に関するものであり、こ
の際、該ブタン−ブテン留分に炭素数1〜9から
なるアルコールを0.001〜2重量%含ませること
を特徴とするブテン−1の分離方法に関するもの
である。
すなわち、本発明はイソブチレン0.1〜15重量
%、ブテン−1 10〜50重量%を含むブタン−ブ
テン留分に炭素数1〜9から成るアルコールを
0.001〜2重量%含ませた炭化水素留分を平均粒
径0.2〜10mmの強酸型陽イオン交換樹脂粒子を充
填した反応塔に温度30〜100℃、液空間速度0.1〜
50(1/hr)、圧力1〜50気圧に連続的に通過させ
ることによりイソブチレンを低重合させ、この低
重合体を蒸留し主にイソブチレンの低重合体を含
む重質炭化水素と、ブタン−ブテンを主に含む軽
質炭化水素を得、さらに該軽質炭化水素を精密蒸
留することにより、ブテン−1を他のC4炭化水
素と分離し、ブテン−1を得ることを特徴とする
高純度ブテン−1を高収率で分離回収する方法に
関する。
本発明で使用される出発原料はイソブチレン
0.1〜15重量%、ブテン−1 10〜50重量%を含
むブタン−ブテン留分である。この原料は通常石
油類を熱分解、水蒸気分解、接触分離する際に生
成するC4留分から得られるもので、ブタジエン
をほぼ完全にたとえば0.1重量%以下に除去した
ものが通常使用される。
これらには通常イソブチレン、ブテン−1の他
にブテン−2、イソブタン、n−ブタンが含有さ
れる。イソブチレンが15重量%より多量に含有さ
れている場合には有効に使用されない。イソブチ
レン1〜10重量%、ブテン−1 20〜40重量%が
好ましい。
本発明においては、原料ブタン−ブテン留分と
して石油類を分解することにより得られるC4
化水素留分からブタジエンを分離除去したC4
化水素混合物を塩化アルミニウム触媒により重合
させ液状又は半固体状重合体を製造する際の未反
応のC4炭化水素混合物を用いることが好ましく
採用される。従来からブタジエンを除去したC4
炭化水素混合物原料として塩化アルミニウム触媒
でこれを重合処理し、主にC4炭化水素混合物中
のイソブチレンを重合させて液状又は半固体状の
重合物(ポリブテン)を製造することは公知で、
この重合反応後の未反応C4炭化水素混合物はイ
ソブチレン含有量は減少しているものの依然約1
〜10重量%、特に2〜6重量%含有されている。
この未反応C4炭化水素混合物をそのまま蒸留し
ても高純度のブテン−1が得られず、この混合物
は燃料として使用されるのが一般的であつた。本
発明においてはこの未反応C4炭化水素混合物を
出発原料とすることがきわめて好ましく採用され
る。
また本発明においては、出発原料のブタン−ブ
テン留分として、石油類を分解することにより得
られるC4炭化水素留分よりブタジエンを分離除
去したC4炭化水素混合物とメタノールを酸性触
媒の存在下で反応させてメチル−ターシヤリーブ
チルエーテルを製造する際の未反応のC4炭化水
素混合物も有効に使用できる。ブタジエンを分離
除去したC4炭化水素混合物とメタノールを酸性
触媒たとえば本願で用いると同種の後述する強酸
型陽イオン交換樹脂の存在下で反応させ該混合物
中のイソブチレンとメタノールの反応によりメチ
ル−ターシヤリーブチルエーテルを製造すること
は公知であり、この反応後の未反応炭化水素混合
中にはイソブチレンが依然1〜10重量%程度含ま
れており、通常燃料として用いられるものであ
る。本発明においてはこの未反応C4炭化水素混
合物も有効に使用される。
本発明においてはさらに原料のブタン−ブテン
留分として、石油類を分解することにより得られ
C4炭化水素留分よりブタジエンを分離除去した
C4炭化水素混合物と水とを酸性触媒存在下に反
応させてターシヤリーブチルアルコールを製造す
る際の未反応のC4炭化水素混合物も有効に使用
することができる。ブタジエンを除去したC4
化水素留分と水とを酸性触媒たとえば硫酸、塩
酸、本願で使用するのと同種の後述する陽イオン
交換樹脂等を用いて反応させ該留分中のイソブチ
レンを水和しターシヤリーブチルアルコールを製
造することは公知である。この反応における未反
応混合物中には同様に1〜10重量%のイソブチレ
ンが含有されており、通常燃料として使用されて
いたものである。本願においてはこの未反応C4
炭化水素混合物も有効に使用することができる。
本発明において使用するアルコールは炭素数1
〜9から成り立つており、これらの構造は特に問
わない。これらのアルコールの中でメタノール、
エタノール、イソプロパノール、sec−ブタノー
ルが特に好ましい。炭素数10以上のアルコールで
は本発明におけるアルコールの添加効果がほとん
ど認められなくなる。
本発明におけるアルコールの添加効果とはアル
コールを加えることによつてブテン−1の異性化
および重合が著るしく抑えられるという驚くべき
効果を意味している。アルコールの添加量は該ブ
タン−ブテン中のイソブチレン含有量によつて異
なるが、該ブタン−ブテン中に0.001〜2重量%
である。アルコールの添加量が0.001重量%以下
ではアルコールの添加効果が認められず、2重量
%以上ではイソブチレンの反応速度が小さくなる
上にtert−ブチル基を有するエーテルの生成量が
増加するばかりか未反応アルコールの回収塔が必
要となる。アルコール添加量の特に好ましい範囲
は0.01〜1重量%である。
本発明においては前述した原料ブタン−ブテン
留分に炭素数1〜9から成るアルコールを含ませ
た炭化水素留分を用いて、これを下記する強酸型
陽イオン交換樹脂を充填した反応塔に供する。
本発明においては、強酸型陽イオン交換樹脂を
充填した固定床に該ブタン−ブテン留分を一段一
回通過方式により通過させることによつてイソブ
チレンの低重合をおこさせることが可能である。
しかし該ブタン−ブテン留分中にアルコールを存
在させない場合、この工程を長時間続けていると
徐々に活性の低下が現われる。その場合反応温度
を上げることによつてイソブチレンの低重合反応
による除去率をある一定値以上に保持する手段が
講じられるが、その際ブテン−1が異性化・重合
を起こしその含有量が徐々に減少する傾向が観察
される。製造されるブテン−1をたとえば99重量
%以上の高純度に維持させつつしかもそのときの
ブテン−1の残存率(残存率とは原料中のブテン
−1の含有量に対する、該反応後のブテン−1の
残存割合である。)を高く保持し、その結果ブテ
ン−1の回収率を高度に保持することが要求され
る。
本発明者らは該ブタン−ブテン留分にわずかの
アルコールを含ませることによつて上記の要求を
満たしつつ長時間活性が持続することを見出した
ので本発明をするに到つた。
本発明における該イオン交換樹脂を充填した固
定床に該ブタン−ブテン留分を通過させる場合、
イソブチレンの低重合反応は発熱反応であるため
に、反応塔の入口と出口の間に温度差が生じ、特
に該ブタン−ブテン留分中のイソブチレンの濃度
が高い場合には反応塔出口の近傍ではかなり高温
になる。このように高温になることは原料中のブ
テン−1の損失量の増大と触媒の劣化の点でかな
り厳密に回避することが要求される。したがつて
この場合、反応器内にたとえば特別の冷却器等を
装備する必要が生ずるが、イオン交換樹脂の伝熱
が悪いために多管冷却反応型にしなければなら
ず、このような方法を採用すると触媒の取り替え
が煩雑となる。しかもこの場合でも局部的な高温
部分の存在が往々生じて不利となる。したがつて
反応器内に特別の冷却器等を装備しない場合に
は、一段一回通過方式は該ブタン−ブテン中のイ
ソブチレンの含有量が0.1〜2重量%の場合に好
ましく採用される。イソブチレンの含有量が2〜
15重量%の場合は反応塔を二段に分け、第一反応
塔においては第一反応塔を通過した反応混合物を
2つの流れに分割し、1つの流れを後続する第二
反応塔に供給し、他の流れを該イオン交換樹脂を
充填した第一反応塔に直接循環供給する循環供給
方式が採用されることが好ましい。この場合各流
れの量は前者の量1に対して後者の量(循環する
量)は1〜15(重量部)で好ましくは3〜7が採
用される。第二反応塔は通常の一回通過方式が採
用される。循環方式の場合は反応塔内の温度は十
分均一に保持される。しかしながら一段循環方式
では、これと等温の一回通過方式(ピストンフロ
ー方式)に比べて反応性は低下するためにイソブ
チレンの低重合が抑えられる、すなわち原料中の
イソブチレンに対する反応後のイソブチレンの残
存量が増してくる。そのために反応条件を過酷
(反応温度を上げたり、液空間速度を下げたりす
る)にしなければならない。しかしこのような過
酷な条件にするとブテン−1の異性化・重合によ
る損失量が増加してブテン−1の残存量が減少す
ることになる。そこで一段目ではイソブチレンの
低重合をある程度抑えた条件(たとえばイソブチ
レンの反応率たとえば70〜90重量%)において循
環方式を採用し、残りのイソブチレンを二段目の
反応塔で反応させることが好ましい。二段目にお
いては二段目の原料中のイソブチレンはより低減
され、反応熱の蓄積も少ないために反応塔内の入
口と出口の間の温度差が小さいこと、およびブテ
ン−1の反応をできるだけ抑制する目的で二段目
の反応塔は一回通過方式が採用される。
本発明においては、反応温度は一段法、二段法
を問わず、いずれにおいても30〜100℃で行う。
好ましくは45〜75℃で行う。いずれの反応塔にお
いても反応温度が30℃よりも低いと反応速度が小
さいためにイソブチレンの分離が不十分となる。
また100℃より高いとブテン−1の反応が過激と
なりブテン−1の損失量が増加する。
本発明における反応圧力は一段法、二段法を問
わずいずれにおいても1〜50気圧、好ましくは5
〜30気圧である。反応圧力が1気圧より低いと反
応系内が気相となり反応が十分に達せられず、50
気圧より大となることは反応容器及びその付属装
置を堅固な耐圧装置とせねばならず工業的に不利
となる。
本発明でいう強酸型陽イオン交換樹脂とは、強
酸性を示す陽イオン交換樹脂であり、スチレン系
スルホン酸型樹脂あるいはフエノールスルホン酸
型樹脂等がそれらの代表である。スチレン系スル
ホン酸型イオン交換樹脂はスチレンとジビニルベ
ンゼンなどの多不飽和化合物を共重合させて得ら
れる樹脂をスルホン化したものであり通常次式で
示される。
また、フエノールスルホン酸型樹脂は通常フエ
ノールスルホン酸をホルムアルデヒドで縮合した
ものであり通常次式で示される。
(m、nは正の整数) 上述の強酸型陽イオン交換樹脂は本発明におい
て触媒として用いられ、平均粒径0.2〜10mmの球
形又は円柱形の粒子として用いられる。
この触媒粒子は耐圧の円筒状反応容器に充填さ
れ、固定床のベツドを形成する。
固定床の大きさはいずれも特に限定されない。
通常高さ0.2m〜20mである。
固定床の上端又は下端から、好ましくは上端か
らイソブチレンおよびブテン−1を含むブタン−
ブテン留分を連続的に供給する。供給量は液空間
速度が0.1〜50(Kg/Kg×1/hr=1/hr)、好ましく
は0.5 〜15(1/hr)となる量で行う。ここで言う液空
間速度は一段法の場合は毎時(hr)、触媒1Kg当
り反応塔に供給される流れの重量(Kg)で示すも
のとし、二段法の場合は第一反応塔では毎時
(hr)、触媒1Kg当り第一反応塔に供給される流れ
の重量(Kg)(第一反応塔を循環する流れを除く)
で、第二反応塔では毎時(hr)、触媒1Kg当り第
二反応塔を通過する流れの重量(Kg)で示すもの
とする。ブタン−ブテン留分の供給量が0.1(1/
hr)より小であると、イソブチレン分離後のブタ
ン−ブテン留分の収量が少なく工業的に不利であ
る。また供給量が50(1/hr)より大であるとイ
ソブチレンの分離が十分達成されない。
本発明においては該ブタン−ブテン留分中のイ
ソブチレン含有量が比較的少ない場合は一段法に
よりイソブチレンの大部分を低重合させることに
よつて、又該ブタン−ブテン留分中のイソブチレ
ン含有量が比較的多い場合は二段法により第一反
応塔で原料のブタン−ブテン留分中のイソブチレ
ンの70〜90重量%を低重合させ、残りのイソブチ
レンの大部分を第二反応塔で低重合させることに
よつてイソブチレンの除去が達成される。
前記反応を経た反応混合物を蒸留塔に供し、イ
ソブチレンの二量体・低重合体を主に含む重質炭
化水素およびわずかのアルコールを塔底から得、
塔頂からブタン−ブテンを主に含む軽質炭化水素
を得る。この蒸留は通常の蒸留で段数約3〜30段
たとえば10〜20段程度で充分である。
次に前記蒸留から得られる軽質炭化水素をさら
に精密蒸留に供する。通常この精密蒸留は2段で
行なわれ、初めの精密蒸留においては塔頂から主
にイソブタンを分離除去する。塔底流をさらに精
密蒸留に供し、塔底から主にn−ブタン、ブテン
−2を除去し、塔頂から高純度の製品ブテン−1
を分離回収する。精密蒸留はいずれも通常30〜
150段特に90〜140段程度のものが用いられる。
本発明の方法による場合は純度99重量%以上さ
らには純度99.5重量%以上の製品イソブチレンが
得られる。製品純度がこのようにより高いものを
必要としない場合は前記の反応条件をより温和に
すること、蒸留操作条件を緩和させることにより
行なうことができることはもちろんである。
次に本発明の方法をさらに具体的に説明するた
めに図面にしたがつてプロセスの一例を説明す
る。
一段法の場合は第1図において管路1を経て原
料のブタン−ブテン留分が、管路2を経て炭素数
1〜9から成るアルコールが送入され両者は管路
3を経て加熱器E1で加熱され所定の温度に保た
れ、強酸型陽イオン交換樹脂粒子が充填されてい
る固定床の反応塔Rに入る。反応塔Rまわり圧力
は圧力コントロールバルブPCVで所定の圧力で
コントロールされている。反応塔Rを出た流体は
管路5を経てPCVで圧力が減じられ、必要に応
じて熱交換器E2で温度コントロールされて蒸留
塔D1に入る。蒸留塔D1の塔底からイソブチレン
の低重合体が分離され、塔頂からイソブチレンの
除去されたブタン−ブテン留分が留出し、これは
管路7を経て蒸留塔D2に入る。D2の塔頂からイ
ソブタンが分離され、塔底留分は管路9を経て蒸
留塔D3に入る。D3の塔頂から高純度のブテン−
1が分離され、D3の塔底から残りのC4留分が除
去される。
二段法のプロセスについては、反応塔通過後の
蒸留系は一段法と同一であるのでそれらの説明は
省略して反応塔まわりの具体的な説明を行う。
第2図において管路1を経て原料のブタン−ブ
テン留分および炭素数1〜9から成るアルコール
の両者が送入され管路2を経て加熱器E1で加熱
され所定の温度に保たれ、強酸型陽イオン交換樹
脂粒子が充填されている固定床の反応塔R1に入
る。反応塔R1を出た流体は二つの流れに分けら
れ、一つの流れは冷却器E2で冷却された後循環
ポンプPで循環されて管路3を経て管路1から送
入される原料と合流して反応塔R1に循環される。
反応塔R1を出た流体の他の流れは管路4を経て
熱交換器E3によつて所定の温度に保たれ強酸型
陽イオン交換樹脂が充填されている固定床の反応
塔R2に入る。反応塔R1およびR2まわりの圧力は
圧力コントロールバルブPCVで所定の圧力でコ
ントロールされている。PCVを出た流体は蒸留
系に送入される。
次に実施例をあげて本発明の特徴をさらに具体
的に記載する。
実施例 1 第1図にしたがつて反応プロセスにより、反応
塔Rにスチレン系スルフオン酸型イオン交換樹脂
(ジビニルベンゼン約20重量%含有、酸量
4.7meq/g平均粒径0.5mmφ)触媒を40Kg充填す
る。管路1を経てブタン−ブテン留分(組成;イ
ソブチレン0.98%(重量、以下同じ)、ブテン−
1 29.5%、ブテン−2 28.9%、イソブタン9.6
%、n−ブタン31.0%)を200Kg/hrの流速で管
路2を経てメタノールを0.5Kg/hrの流速で送入
する。原料の液空間速度は5.0(1/hr)である。
反応系内の圧力はPCVの作動により18Kg/cm2
に保持される。反応塔Rの入口温度は47℃になる
ように熱交換器E1で制御される。反応塔Rの出
口温度は52℃で、Rを出た流体中のイソブチレン
の残存率は2.8重量%、ブテン−1の残存率は
91.5重量%である。この流体は管路5を経てPCV
で圧力が減じられ、蒸留塔D1に送入される。塔
頂からイソブチレン含有量0.03重量%、ブテン−
1含有量27.0重量%のブタン−ブテン留分が留出
し、塔底からイソブチレンのオリゴマー類が分離
除去される。蒸留塔D1の塔頂から留出した留分
は理論段数100段の精密蒸留塔D2およびD3によつ
て精密蒸留され、D3の塔頂から管路10を経て
純度99.9重量%のブテン−1が53.8Kg/hrの流速
で分離される。
なお120日後においてもブテン−1の残存率は
90重量%を維持していた。
実施例 2 第2図において反応塔R1およびR2に実施例1
に同じスチレン型イオン交換樹脂触媒をそれぞれ
50Kgおよび29.2Kg充填する。管路1を経てブタン
−ブテン留分(組成;イソブチレン3.5%(重量、
以下同じ)、ブテン−1 30.1%、ブテン−2
25.8%、イソブタン9.5%、n−ブタン31.1%)を
350Kg/hrの流速でイソプロパノールを3.1Kg/hr
の流速で送入する。原料の液空間速度は7.0(1/
hr)である。反応系内の圧力はPCVの作動によ
り18Kg/cm2Gに保持される。この原料は循環管路
3を経て流れてきた流体と合流して管路2を経て
反応塔R1に送入される。反応塔R1の入口温度は
50℃になるように熱交換器E1で制御される。反
応塔R1を出た流体は二つの流体に分けられ、一
つの流れは原料張込み流量の10倍(循環比10)と
なるように循環ポンプPで制御され、管路3を経
て新原料と合流する。反応塔R1を出た他の流れ
は管路4を経て反応塔R2に送入される。この流
体中のイソブチレンの残存率は19.0重量%、ブテ
ン−1の残存率は95.9重量%(残存率とは原料中
に含まれていたイソブチレン又はブテン−1に対
する割合を云う)であり、反応塔R2の入口温度
は50℃になるように熱交換器E3によつて制御さ
れる。R2における液空間速度は12(1/hr)であ
る。反応塔R2を出た流体中のイソブチレン残存
率は2.6重量%、ブテン−1の残存率は91.2重量
%であり、この流体は管路5を経てPCVで圧力
が減じられて、蒸留塔D1に送入される。塔頂か
らイソブチレン含有量0.07重量%、ブテン−1含
有量26.0重量%のブタン−ブテン留分が留出し、
塔底からイソブチレンのオリゴマー類が分離除去
される。蒸留塔D1の塔頂から留去した留分は理
論段数100段の精密蒸留塔D2およびD3によつて精
密蒸留され、D3の塔頂から管路10を経て純度
99.6重量%のブテン−1が95.8Kg/hrの流速で分
離される。
なお、120日後においてもブテン−1の残存率
は90重量%を維持していた。
実施例 3 第2図において反応塔R1およびR2に実施例1
と同様の触媒をそれぞれ30Kgおよび22.5Kg充填す
る。管路1を経て石油類の分解により得られる
C4留分からブタジエンを抽出除去したものを塩
化アルミニウム触媒により重合反応に供し、液状
重合体を生成させて分離した未反応C4留分であ
るブタン−ブテン留分(組成;イソブチレン6.0
%、ブテン−1 35.3%、ブテン−2 32.5%、
イソブタン5.9%、n−ブタン20.3%)を180Kg/
hrの流速(反応塔R1での液空間速度6(1/hr)
R2での液空間速度8(1/hr))で、sec−ブタノ
ールを0.3Kg/hrの流速で送入する。反応塔R1
入口温度は47℃、循環比は10とし、反応塔R2
入口温度は50℃とする。反応に関して以上の他は
実施例2と同じである。管路4を通過する流体中
のイソブチレン残存率は18.5重量%、ブテン−1
残存率は95.9重量%であり、管路5を通過する流
体中のイソブチレン残存率は1.5重量%、ブテン
−1残存率は90.1重量%である。蒸留塔D1の塔頂
からイソブチレン含有量0.09重量%、ブテン−1
含有量29.8重量%のブタン−ブテン留分が留出
し、塔底からイソブチレンのオリゴマー類が分離
除去される。精密蒸留塔D3の塔頂から管路10
を経て純度99.7重量%のブテン−1が57.0Kg/hr
の流速で分離される。
なお、120日後においてもブテン−1の残存率
は88重量%を維持していた。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明のプロセスの一例
を示す流れ概要図である。 R…反応塔、R1…第一反応塔、E1…熱交換器、
E2…熱交換器、P…ポンプ、E3…熱交換器、R2
…第二反応塔、E4…熱交換器、D1…蒸留塔、D2
…精密蒸留塔、D3…精密蒸留塔、V1…バルブ、
V2…バルブ、V3…バルブ、V4…バルブ、1〜1
1…管路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 イソブチレン0.1〜15重量%、ブテン−1
    10〜50重量%を含むブタン−ブテン留分に炭素数
    1〜9から成るアルコールを0.001〜2重量%含
    ませた炭化水素留分を平均粒径0.2〜10mmの強酸
    型陽イオン交換樹脂粒子を充填した反応塔に温度
    30〜100℃、液空間速度0.1〜50(1/hr)、圧力1
    〜50気圧で連続的に通過させることによりイソブ
    チレンを低重合させ、この低重合体を蒸留し、主
    にイソブチレンの低重合体を含む重質炭化水素と
    ブタン−ブテンを主に含む軽質炭化水素を得、さ
    らに該軽質炭化水素を精密蒸留することにより、
    ブテン−1を他のC4炭化水素と分離し、ブテン
    −1を得ることを特徴とする高純度ブテン−1を
    高収率で分離回収する方法。
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