us 8101805
TRANSCRIPT
-
7/26/2019 Us 8101805
1/10
1 2 ) United S t a t e s
Patent
Al-Rabiah
e t a ] .
US008101805B2
US 8 , 1 0 1 , 8 0 5 B2
J a n . 2 4 ,
2 0 1 2
( 1 0 ) Patent N 0 . :
( 4 5 ) Date o f P a t e n t :
( 5 4 )
( 7 5 )
( 7 3 )
( 2 1 )
( 2 2 )
( 6 5 )
( 6 3 )
( 5 1 )
( 5 2 )
( 5 8 )
LOW
RESSURE ONE-STEP
GAS-PHASE
PROCESS FOR
PRODUCTION
OFMETHYL
ISOBUTYLKETONE
I n v e n t o r s :
Abdulrahman
A
l - R a b i a h ,
R i y a d h
( S A ) ; A b d u l a z i z A B a g a b a s ,
R i y a d h
( S A ) ; Akhmedov a g i f M a l ik , B a k u ,
AZ
( U S )
King
b d u l a z i z
C i t y
f o r
S c i e n c e
and
T e c h n o l o g y
( K A C S T ) ,
R i y a d h ( S A )
A s s i g n e e :
N o t i c e :
S u b j e c t
t o a n y d i s c l a i m e r , t h e t e r m
o f
h i s
p a t e n t
i s
e x t e n d e d o r a d j u s t e d
u n d e r
3 5
U . S . C . 1 5 4 ( b )
b y
0
d a y s .
A p p l . N 0 . : 1 3 / 1 5 4 , 4 7 5
F i l e d : J u n . 7 , 2011
Prior P u b l i c a t i o n Data
US 2 0 1 1 / 0 2 3 7 8 3 7
A1
S e p .
2 9 , 2 0 1 1
R e l a t e d US.
A p p l i c a t i o n
Data
C o n t i n u a t i o n - i n - p a r t o f a p p l i c a t i o n N o . 1 3 / 0 9 1 , 0 8 9 ,
? l e d
on p r . 2 0 , 2 0 1 1 ,
noW a b a n d o n e d .
I n t .
C l .
C07C 5 / 8 2
( 2 0 0 6 . 0 1 )
C07C
5 / 8 4
( 2 0 0 6 . 0 1 )
US.
l.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568/388; 568/392
Field of
Classi?cation Search
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 568/388,
5 6 8 / 3 9 2
S e e
a p p l i c a t i o n ? l e
f o r c o m p l e t e
s e a r c h h i s t o r y .
( 5 6 ) R e f e r e n c e s C i t e d
U . S .
PATENTDOCUMENTS
3 , 6 6 6 , 8 1 6
A
5 / 1 9 7 2 T a k a g i
e t
a 1 .
3 , 9 5 3 , 5 1 7 A
4 / 1 9 7 6
S c h m i t t
e t
a 1 .
4 , 1 6 3 , 6 9 6
A
8 / 1 9 7 9 Wong
6 , 0 0 8 , 4 1 6 A 1 2 / 1 9 9 9 Lawson
t a 1 .
6 , 7 6 2 , 3 2 8 B2
7 / 2 0 0 4 Saayman t 3 1 .
7 , 6 7 1 , 2 3 9 B2
3 / 2 0 1 0
Hahn
t
a l .
Primary
Examiner i k a r l
Witherspoon
( 7 4 ) A t t o r n e y , A g e n t , o r
Firm
*
eeta Kadambi;
Riddhi 1 P
LLC
( 5 7 ) ABSTRACT
A o w - p r e s s u r e o n e - s t e p g a s - p h a s e p r o c e s s
f o r
t h e p r o d u c t i o n
a n d
r e c o v e r y o f m e t h y l i s o b u t y l
k e t o n e
(MIBK) s d i s c l o s e d .
O n e - s t e p
g a s - p h a s e s y n t h e s i s o f MIBK
r o m
a c e t o n e
a n d
h y d r o g e n o v e r n a n o - P d / n a n o - Z n C r 2 O 4 c a t a l y s t a t a t m o
s p h e r i c p r e s s u r e
i s used a s a n e x a m p l e .
The
s a i d
p r o c e s s
i s
d e s i g n e d to
r e c o v e r t h e
a d d i t i o n a l h e a t
a s s o c i a t e d
W i t h
t h e
r e a c t o r e f ? u e n t v i a
h e a t i n g
a c e t o n e f e e d a n d
r e c y c l e ( m i x e d
a c e t o n e )
b e f o r e
e n t e r i n g t h e
r e a c t o r .
A o m p r e s s o r i s
i n t r o
duced o t h e
g a s - p h a s e
p r o c e s s t o i n c r e a s e s l i g h t l y t h e r e a c t o r
e ? l u e n t p r e s s u r e b e f o r e
t h i s e f f l u e n t
i s cooled
and
f e d
t o
a
? a s h
d r u m .
The o m p r e s s e d
r e a c t o r
e f ? u e n t s u s e d o p r e h e a t
h y d r o g e n
f e e d
a n d r e c y c l e ( m i x e d h y d r o g e n )
b e f o r e
e n t e r i n g
t h e r e a c t o r . T h e
s e p a r a t i o n s c h e m e
o f l o w - p r e s s u r e o n e - s te p
g a s - p h a s e p r o c e s s
c o m p r i s e s
o f s e v e r a l d i s t i l l a t i o n
c o l u m n s
u s e d
f o r M I B K
s e p a r a t i o n a n d
p u r i ? c a t i o n .
1 2 C l a i m s,
3 Drawing S h e e t s
-
7/26/2019 Us 8101805
2/10
US. P a tent J a n . 2 4 ,
2 0 1 2
S h e e t
1 o f 3 US
, 1 0 1 , 8 0 5 B2
F5 0 E
8 T
m m m o o m l
o p o n o o m5 5k
w l m z o
m i a
< @ /
2 L
N o T m5 2
=
m o T m
i
S T M
1
O 2 ;
5 T >
N 2 | >T D
1 ;
A H
E 0 2 9 15
6 m m8 5 :
m o T m
@ 2 5 2
8 3
-
7/26/2019 Us 8101805
3/10
US. P a tent J a n . 2 4 ,
2 0 1 2
S h e e t 2
o f 3 US
, 1 0 1 , 8 0 5 B2
H Y D R O G E N S14
F E E D 8 1 5 x v
R E C Y C L E D
|:>
H Y D R O G E N
R E C Y C L E D
A C E T O N E
S17
R
AS PHASE
SECTION
MIBK P R O C E S S
F i g u r e
2
-
7/26/2019 Us 8101805
4/10
US. P a tent J a n . 2 4 ,
2 0 1 2
S h e e t 3
o f 3 US
, 1 0 1 , 8 0 5 B2
E l i ;
m w w
M2 0 5 2
-
7/26/2019 Us 8101805
5/10
US
8 , 1 0 1 , 8 0 5
B2
1
LOW
RESSURE ONE-STEP
GAS-PHASE
PROCESS FOR
PRODUCTION
OFMETHYL
ISOBUTYLKETONE
CROSS REFERENCE TO RELATED
APPLICATION
T h i s
a p p l i c a t i o n i s a
c o n t i n u a t i o n - i n - p a r t
a p p l i c a t i o n
a n d
c l a i m s p r i o r i t y t o US. a t e n t a p p l i c a t i o n S e r .
N o .
1 3 / 0 9 1 , 0 8 9
? l e d on 20 p r . 2 0 1 1 , Which s a
c o n t i n u a t i o n
o f
US. p a t e n t
a p p l i c a t i o n S e r .
N o .
1 2 / 8 5 6 , 6 5 3
? l e d
on u g . 1 5 , 2 0 1 0 . The
p e n d i n g US.
A p p l i c a t i o n
1 3 / 0 9 1 0 8 9
i s h e r e b y i n c o r p o r a t e d
by e f e r e n c e
i n i t s e n t i r e t i e s f o r a l l
o f
t s
t e a c h i n g s .
FIEL D
OFTHE
INVENTION
T h i s d i s c l o s ur e g e n e r a l l y
r e l a t e s
t o a loW r e s s u r e o n e - s t e p
g a s - p h a s e p r o c e s s f o r m a n u f a c t u r i n g
m e t h y l
i s o b u t y l k e t o n e
(MIBK) f r o m a c e t o n e
a n d
h y d r o g e n .
BACKGROUND
M e t h y l
i s o b u t y l k e t o n e (MIBK) s
a n
i m p o r t a n t s o l v e n t i n
many c h e m i c a l
i n d u s t r i e s . MIBK
s
produced
from a c e t o n e
a n d h y d r o g e n
i n
a t h r e e - s t e p p r o c e s s t h r o u g h d i a c e t o n e a l c o
h o l
(DAA)
a n d m e s i t y l
o x i d e (MO)
i n t e r m e d i a t e s . M I B K
s
a l s o
m a n u f a c t u r e d
from
a c e t o n e and
hydrogen i n
a
o n e - s t e p
l i q u i d p h a s e p r o c e s s ,
W h i c h
i s c o m m e r c i a l l y
p r e f e r r e d
o v e r
t h e
t h r e e - s t e p p r o c e s s s i n c e t o f f e r s l o W e r
c a p i t a l i n v e s t m e n t
and o p e r a t i n g c o s t s . I t a l s o a v o i d s
t h e
loW c o n v e r s i o n o f
a c e t o n e
i n
t h e ? r s t r e a c t o r
a s
W e l l
a s
t h e r e v e r s i o n
of
e s i t y l
o x i d e
t o a c e t o n e i n t h e second e a c t o r Which a r e
e x p e r i e n c e d
i n t h e
t h r e e - s t a g e
p r o c e s s . The
c o m m e r c i a l
o n e - s t e p MIBK
r e a c t o r
s o p e r a t e d a t
l i q u i d p h a s e
b y c o n t a c t i n g a c e t o n e a n d
hydrogen
t
h i g h p r e s s u r e Which
a n g e s
betWeen 0 - 1 0 0 a t m .
I n t h e c o m m e r c i a l MIBK
n e - s t e p l i q u i d
p h a s e
p r o c e s s ,
hydrogen and
a c e t o n e
a r e
passed o v e r m e t a l
s o l i d
b a s e
c a t a
l y s t s a t
m o d e r a t e
t e m p e r a t u r e s a n d h i g h p r e s s u r e . MIBK
s
p r o d u c e d
W i t h
o t h e r
p r o d u c t s
a n d
t h e n
r e c o v e r e d
u s i n g f o u r
d i s t i l l a t i o n columns
Wherein
t h e
? r s t
column removes
l i g h t
h y d r o c a r b o n s a n d t h e s e c o n d d i s t i l l a t i o n c o l u m n r e c y c l e s
u n c o n v e r t e d a c e t o n e . A e c a n t e r
i s
t h e n
l o c a t e d
u p s t r e a m o f
t h e
l a s t tWo columns and s used o
s e p a r a t e
an
aqueous
h a s e .
The
t h i r d
column removes
p r o p a n o l - W a t e r m i x t u r e W h i l e t h e
l a s t column e p a r a t e s a p u r i ? e d MIBK s
d i s t i l l a t e
and heavy
p r o d u c t s i n c l u d i n g d i i s o b u t y l e k e t o n e ( D I B K ) a s
b o t t o m s
s t r e a m . I n
o t h e r
p r o c e s s e s ,
t h r e e d i s t i l l a t i o n columns a r e used
f o r s e p a r a t i n g
MIBK
r o m o t h e r p r o d u c t s i n
Which
a c e t o n e s
s e p a r a t e d
i n t h e
? r s t
d i s t i l l a t i o n
column
a n d r e c y c l e d b a c k to
t h e r e a c t o r .
A l t h o u g h
t h e c o m m e r c i a l
o n e - s t e p
l i q u i d
p h a s e
p r o c e s s
h a s
many
a d v a n t a g e s o v e r
t h e t h r e e - s t e p p r o c e s s , i t
s t i l l h a s
some d i s a d v a n t a g e s
s i n c e t h e r e a c t o r
i s
o p e r a t e d
t
h i g h
p r e s
s u r e
With a c e to n e c o n v e r s i o n
i n t h e range
of35
o 40%. The
h i g h p r e s s u r e p r o c e s s i n c r e a s e s b o t h t h e c a p i t a l
a n d
o p e r a t i n g
c o s t s
o f
t h e p l a n t . I n a d d i t i o n , t h e loW
c o n v e r s i o n
o f
a c e t o n e
i n c r e a s e s t h e
r e c y c l e - ? o w s
a n d t h u s
e q u i p m e n t
s i Z e s
o f
t h e
p l a n t .
SUMMARY
This d i s c l o s u r e d e sc r i b e s
an
a p p a r a t u s , a method
and
a
p r o c e s s f o r l o W - p r e s s u r e
o n e - s t e p
g a s - p h a s e a c e t o n e s e l f
c o n d e n s a t i o n .
I n
one embodiment, a l o W - p r e s s u r e
o n e - s t e p
g a s - p h a s e
p r o c e s s ,
u s e d f o r
m a n u f a c t u r i n g MIBK n d o t h e r
p r o d u c t s f r o m
a c e t o n e
a n d
h y d r o g e n , i s
d e s c r i b e d .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
2
I n one e m b o d i m e n t , a n a p p a r a t u s f o r o n e - s t e p g a s - p h a s e
p r o c e s s f o r MIBK
and
o t h e r p r o d u c t s
i s d i s c l o s e d .
I n
one
embodiment,
f r e s h
a c e t o n e
f e e d
and r e c y c l e d a c e t o n e a r e
mixed
( m i x e d
a c e t o n e )
a n d h e a t e d u p v i a t h e r e a c t o r e f ? u e n t .
I n
one embodiment,
a
compressor s
i n t r o d u c e d
t o
t h e p r o c e s s
t o i n c r e a s e
t h e p r e s s u r e o f
t h e r e a c t o r e f ? u e n t .
I n
a n o t h e r
e m b o d i m e n t ,
f r e s h
h y d r o g e n
f e e d
a n d
r e c y c l e d
h y d r o g e n
a r e
m i x e d
( m i x e d h y d r o g e n ) a n d
h e a t e d
u p v i a t h e c o m p r e s s e d
r e a c t o r e f ? u e n t . I n
one embodiment, c o m p r e s s i o n
and c o o l
i n g
o f
t h e
r e a c t o r e f ? u e n t e n a b l e
t h e s e p a r a t i o n
o f
uncon
v e r t e d h y d r o g e n
from o t h e r
p r o d u c t s
i n a ? a s h
d r u m .
I n
a n o t h e r
embodiment, h e a t
e x c h a n g e r s a r e i n t r o d u c e d t o
e n a b l e h e a t r e c o v e r y betWeen t h e r e a c t o r e ? l u e n t and b o t h
mixed
a c e t o n e
and mixed hydrogen s t r e a m s .
I n
one embodiment,
a c a t a l y s t
i s used o
o b t a i n a
h i g h
y i e l d
o f MIBK s i n g
t h e o n e s t e p
g a s p h a s e a c e t o n e s e l f - c o n d e n
s a ti o n p r o c e s s . I n a n o t h e r e m b o d i m e n t , n a n o - c r y s t a l l i n e Z i n c
c h r o m i t e
s u p p o r t e d n a n o - p a l l a d i u m ( n a n o - P d / n a n o
ZnCr2O4) i s u s e d
a s
a c a t a l y s t t o p r o d u c e
MIBK
nd
o t h e r
p r o d u c t s . The p r o d u c t s
may
t l e a s t o n e
o f m e t h y l
i s o b u t y l
k e t o n e
( M I B K ) , D i i s o b u t y l
k e t o n e
( D I B K ) , m e s i t y l
o x i d e
( M O ) ,
m e s i t y l e n e
( M ) , i s o p r o p y l a l c o h o l ( I P A ) a n d o t h e r
p r o d u c t s . I n
a n o t h e r e m b o d i m e n t ,
o n e - s t e p
g a s - p h a s e p r o c e s s
t o p r o d u c e
MIBK
s
p e r f o r m e d a t l o W - p r e s s u r e .
I n o n e
e m b o d i m e n t , t h e M I B K
p r o d u c e d
u s i n g t h i s o n e - s t e p g a s
phase acetone conden sation process has an acetone
conver
s i o n b e t W e e n 20-78% a n d MIBK
s e l e c t i v i t y
b e t W e e n
40-73%. I n
one embodiment,
t h e r e a c t i o n t e m p e r a t u r e
f o r
t h e
MIBK
r o d u c t i o n
p r o c e s s
i s
between 2 0 0 - 3 5 0 0 C .
The
o v e l
p r o c e s s o f l o W - p r e s s u r e
o n e - s t e p g a s - p h a s e
s e l f
c o n d e n s a t i o n
o f
a c e t o n e ,
method o f u s i n g and
t h e u s e o f t h e
n o v e l c a t a l y s t a s
W e l l
a s
m o d i f y i n g t h e
a p p a r a t u s
f o r t h e
p r o c e s s How
t o
p r o d u c e MIBK nd o t h er p r o d u c t s a r e d i s
c l o s e d h e r e i n
and m a y be implemented i n any
means
f o r
a c h i e v i n g
v a r i o u s a s p e c t s .
O t h e r
f e a t u r e s W i l l
b e a p p a r e n t
f r o m t h e a c c o m p a n y i n g ? g u r e s a n d f r o m t h e d e t a i l e d d e sc r i p
t i o n
t h a t f o l l o W s .
BR IEF DESCRIPTION OFTHE DRAWINGS
Example e m b o d i m e n t s a r e i l l u s t r a t e d b y
Way o f
e x a m p l e
a n d
no
l i m i t a t i o n i n t h e t a b l e s
and
i n t h e
accompanying
?g
u r e s , l i k e
r e f e r e n c e s
i n d i c a t e s i m i l a r e l e m e n t s and
i n W h i c h :
F I G .
1 r e p r e s e n t s a s i m p l i ? e d ?oW d i a g r a m o f t h e
p r o c e s s
f o r
p r o d u c t i o n
o f m e t h y l i s o b u t y l
k e t o n e
v i a
g a s - p h a s e
o n e
s t e p
a c e t o n e
s e l f - c o n d e n s a t i o n ;
F I G . 2 s h o W s a s i m p l i ? e d ?oW
d i a g r a m
o f t h e g a s - p h a s e
s e c t i o n o f m e t h y l i s o b u t y l
k e t o n e p r o d u c t i o n
p r o c e s s ; a n d
F I G . 3 s h o W s a s i m p l i ? e d
?oW d i a g r a m
o f t h e s e p a r a t i o n
s e c t i o n
o f m e t h y l
i s o b u t y l k e t o n e p r o d u c t i o n
p r o c e s s .
DETAILED
DESCRIPTION
S e v e r a l e x a m p l e s
f o r
s i m u l a t i o n
o f n e - s t e p g a s - p h a se p r o
c e s s , o n e - s t e p
g a s - p h a s e a c e t o n e
c o n d e n s a t i o n a p p a r a t u s
a n d
p r o c e s s
r e c y c l i n g
a c e t o n e u n d e r loW p r e s s u r e and u t i l i Z i n g a
n o v e l
c a t a l y s t t o
p r o d u c e
M I B K
u s i n g
o n e - s t e p
g a s
p h a s e
p r o c e s s
a r e d i s c l o s ed .
Although
t h e p r e s e n t
embodiments
h a v e b e e n d e s c r i b e d W i t h
r e f e r e n c e
t o s p e c i ? c e x a m p l e
e m b o d i m e n t s , i t W i l l b e e v i d e n t t h a t v a r i o u s
m o d i ? c a t i o n s
and c h a n g e s may b e made t o
t h e s e
embodiments W i t h o u t
d e p a r t i n g
f r o m t h e
b r o a d e r s p i r i t a n d s c o p e
o f t h e v a r i o u s
embodiments.
O n e - S t e p G a s - P h a s e
P r o c e s s :
T h i s d i s c l o s u r e r e v e a l s a p r o c e s s How
diagram
s u i t a b l e
f o r
M I B K r o d u c t i o n u s i n g l o W - p r e s s u r e g a s - p h a s e
o n e - s t e p
o f
a c e t o n e
s e l f - c o n d e n s a t i o n Which o p e r a t e s . The
s c h e m a t i c
-
7/26/2019 Us 8101805
6/10
US
8 , 1 0 1 , 8 0 5
B2
3
?oW i a g r a m o f p p a r a t u s u s e d f o r
p r o d u c i n g
MIBK
s shown
i n
F I G . 1 .
The p r o c e s s i s b a s e d
on
g a s - p h a s e
r e a c t i o n
u s i n g
s e l e c t i v e c a t a l y s t
Which
c o n v e r t s a c e t o n e a n d h y d r o g e n i n t o
M I B K .
The
a n o - c r y s t a l l i n e Z i n c o x i d e - b a s e d c a t a l y s t
i s
o n e
o f t h e
e x a m p l e s
o f
s e l e c t i v e
n a n o
c a t a l y s t
h a v i n g a
p l a t i n u m
g r o u p m e t a l Which c a n be used f o r p r o d u c t i o n o f M I B K .
F I G . 1 i s a s i m p l i ? e d ?oW d i a g r a m o f t h e e n t i r e
o n e - s t e p
g a s - p h a s e MIBK r o d u c t i o n p r o c e s s . F I G . 1 s h o W s t h a t
r e c y c l e d a c e t o n e i s mixed W i t h a c e t o n e
f e e d
( m i x e d a c e t o n e )
and s e n t f o r
h e a t i n g
i n
h e a t - e x c h a n g e r
E - 1
0 0 .
T r a c e W a t e r can
b e
r e m o v e d
f r o m t h e a c e t o n e
h a t i s b e i n g r e c y c l e d
b y
a d d i n g
a
d r y e r b e f o r e
mixing W i t h t h e
f r e s h
a c e t o n e .
Mo
t o f
h e h e a t
a s s o c i a t e d W i t h t h e r e a c t o r e ? l u e n t i s r e c o v e r e d i n h e a t - e x
c h a n g e r E - 1 0 0 . A c e t o n e
f e e d ( m i x e d
a c e t o n e ) i s
f u r t h e r
h e a t e d i n h e a t - e x c h a n g e r E-101 and
t h e n
s e n t t o
p r e s s u r e
r e d u c i n g v a l v e
V-100 o a d j u s t t h e
f e e d
p r e s s u r e
b e f o r e
e n t e r
i n g r e a c t o r
R - 1 0 0 .
R e a c t o r R-100 may b e
o p e r a t e d
a t d i f f e r e n t
t e m p e r a t u r e s
Which m a y a n g e betWeen 200 C . and 350 C .
depending
on
t h e t y p e o f a t a l y s t .
F o r
n a n o P d/ n a n o - Z n C r 2 O 4 c a t a l y s t , i t i s
p r e f e r a b l e t o o p e r a t e t h e r e a c t o r a t h i g h t e m p e r a t u r e (eg
3 5 0
C . )
t o
r e a c h
a
h i g h
a c e t o n e c o n v e r s i o n
a n d h i g h s e l e c
t i v i t y
o f
MIBK
a s
shoWn
n
T a b l e
1 0 ) .
The
e a c t o r p r e s s u r e
i s
a r o u n d a t m o s p h e r i c
p r e s s u r e . The r e a c t o r p r e s s u r e may be
s l i g h t l y
i n c r e a s e d
(eg
2
a t m ) d e p e n d i n g o n t h e
o p e r a t i n g
c o n d i t i o n s o f
t h e
c a t a l y s t u s e d . The g a s - p h a s e
p r o c e s s
scheme
s
v a l i d f o r e i t h e r a t m o s p h e r i c o r loW r e s s u r e r e a c t o r .
R e a c t o r R - 1 0 0
i s
h e a t i n t e g r a t e d W i t h h e a t e x c h a n g e r s
E - 1 0 0
( ? r s t h e a t - e x c h a n g e r )
a n d E- 1 0 2 ( s e c o n d h e a t - e x
c h a n g e r ) .
A
acuum
p u m p
o r
bloWer may e used
a f t e r
t h e
r e a c t o r t o s l i g h t l y i n c r e a s e t h e p r e s s u r e
of
r e a c t o r
e ? l u e n t
b e f o r e e n t e r i n g
h e a t - ex c h a n g e r E - 1 0 0 .
Most f t h e h e a t a s s o
c i a t e d
W i t h
t h e r e a c t o r
e f ? u e n t
i s r e c o v e r e d
v i a h e a t i n g
a c e t o n e
f e e d ( m i x e d
a c e t o n e )
i n
h e a t - e x c h a n g e r E - 1 0 0 .
Steam
m a y
be
u t i l i Z e d
f o r f u r t h e r h e a t i n g mixed
a c e t o n e and
mixed h y d r o g e n b e f o r e
e n t e r i n g r e a c t o r
R - 1 0 0 . The
s t e a m
t e m p e r a t u r e i s determined
based
on
t h e
r e a c t o r c o n d i t i o n s .
F r e s h
and
r e c y c l e d
hydrogen
s t r e a m s
a r e
mixed
and
t h e n
p r e h e a t e d
i n h e a t - e xc h a n g e r E - 1 0 2 . H e a t e x c h a n g e r E - 1 0 3
( t h i r d h e a t - e x c h a n g e r ) may b e u s e d f o r
h e a t i n g
h y d r o g e n i f
t h e
r e q u i r e d
t e m p e r a t u r e
c o u l d n o t b e
a c h i e v e d
v i a
h e a t
e x c h a n g e r E - 1 0 2 . Hydrogen f r e s h ) f e e d
i s
t h e n
s e n t
t o p r e s
s u r e - r e d u c i n g
v a l v e
V - 1 0 1
t o
a d j u s t h y d r o g e n p r e s s u r e
b e f o r e
e n t e r i n g
t h e r e a c t o r
( R - 1 0 0 ) .
The
e a c t o r
e f ? u e n t i s
t h e n
compressed
i n
g a s
c o m p r e s s o r
K-100 t o a loW p r e s s u r e
b e f o r e
i t
i s
s e n t t o h e a t - e x c h a n g e r
E - 1 0 2 a n d
t h e n h e a t - e x c h a n g e r
E - 1 0 4 ( f o u r t h h e a t - e x
c h a n g e r ) f o r f u r t h e r c o o l i n g . T h e c o m p r e s s o r s o n l y
r e q u i r e d
When h e
o p e r a t i n g p r e s s u r e
o f e a c t o r s l o W .
The
o m p r e s s o r
c a n a l s o b e
r e p l a c e d W i t h
a c r y o g e n i c
c o o l i n g s y s t e m .
Com
p r e s s i o n a n d c o o l i n g o f h e r e a c t o r ? l u e n t W i l l
p e r m i t
h y d r o
g e n
t o b e s e p a r a t e d
from
o t h e r p r o d u c t s
i n
? a s h drum
D - 1 0 0 .
Acetone a n d
o t h e r
p r o d u c t s a r e s e p a r a t e d a s l i q u i d b o t t o m s
s t r e a m
i n ?ash
drum
D-100 Which
s t h e n
s e n t t o d i s t i l l a t i o n
column
C-100
f o r a c e t o n e s e p a r a t i o n .
The f e e d p r e s s u r e t o d i s t i l l a t i o n column C-100 m a y be
a d j u s t e d
t h r o u g h
p r e s s u r e - r e d u c i n g v a l v e V - 1 0 2 .
The
u n c o n
v e r t e d
a c e t o n e
i s s e p a r a t e d a s o v e r h e a d i n
d i s t i l l a t i o n
column
C - 1 0 0 . The s e p a r a t e d
a c e t o n e i s
r e c y c l e d back
t o
r e a c t o r
R - 1 0 0 . O t h e r
p r o d u c t s
and
MIBK
r e
s e p a r a t e d a s
b o t t o m s
s t r e a m and t h e n s e n t t o h e a t - e x c h a n g e r E-107
f o r
c o o l i n g .
The p r o d u c t s t r e a m i s t h e n
s e n t t o W a t e r
d e c a n t e r
( D - 1 0 1 )
t o
s e p a r a t e most
o f W a t e r
i n
a n aqueous p h a s e ( e g 90 Wt f
W a t e r ) .
The p r o d u c t s a r e then s e n t
t o a
second d i s t i l l a t i o n column
( C - 1 0 1 )
f o r
s e p a r a t i o n o f i s o p r o p y l a l c o h o l ( I P A )
a n d
W a t e r
f r o m MIBK
n d
o t h e r h e a v y p r o d u c t s .
The
o t t o m s s t r e a m o f
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
4
column C-101 s
s e n t to
a t h i r d
d i s t i l l a t i o n
column C - 1 0 2 )
f o r
p u r i f y i n g MIBK. O t h e r h e a v y p r o d u c t s W h i c h i n c l u d e m a i n l y
d i i s o b u t y l e
k e t o n e
( D I B K ) , m e s i t y l
o x i d e
( M O ) ,
m e s i t y l e n e
(M) a n d d i a c e t o n e a l c o h o l (DA) a r e s e p a r a t e d a s
b o t t o m s
i n
column
C - 1 0 2 .
MIBK
f h i g h p u r i t y ( 9 9
Wt
i n ) i s r e c o v
e r e d
i n i s t i l l a t i o n column - 1 0 2 . A l l
p r o d u c t s
ma y e c o o l e d
doWn
to
3 0 C . i n h e a t- e x c h a n g e r s E - 1 1 0 ,
E - 1 1 3 and
E - 1 1 4 .
The g a s - p h a s e
s e c t i o n
o f
MIBK
r o c e s s i s
f u r t h e r i l l u s
t r a t e d i n F I G . 2 . Acetone f e e d S1 and r e c y c l e d a c e t o n e S19
a r e mixed
and t h e n s e n t t o h e a t - e x c h a n g e r s E-100 and E-101
f o r h e a t i n g . Acetone
f e e d
S1
m a y
be e n t e r e d
a s
g a s
o r l i q u i d
s t r e a m . I t i s
p r e f e r a b l y
t o e n t e r
a c e t o n e
a s
l i q u i d stream
t o
recover most of
e a t
a s s o c i a t e d With r e a c t o r e ? l u e n t stream
S 6 .
The f r e s h and r e c y c l e d a c e t o n e
m a y
be
mixed t
a tem
p e r a t u r e r a n g e s betWeen 7 5 - 8 0
C .
and
p r e s s u r e
r a n g e s
betWeen
1 . 5 - 3
a t m .
The h o t f e e d
S3
i s
f u r t h e r
h e a t e d
i n h e a t
e x c h a n g e r
E-101 t o
t h e r e a c t o r
t e m p e r a t u r e . The p r e s s u r e
o f
h o t
a c e t o n e s t r e a m S 4
may e a d j u s t e d
u s i n g
p r e s s u r e - r e d u c
i n g v a l v e V - 1 0 0 . Acetone s t r e a m
S5
i s t h e n f e d
t o
r e a c t o r
R-100 Where t h e g a s - p h a s e r e a c t i o n i s o c c u r r e d .
H y d r o g e n
f e e d
S 1 5 a n d r e c y c l e d h y d r o g e n S 1 4 may b e
mixed
at a
t e m p e r a t u r e o f a b o u t 3 5
C .
and r e s s u r e o f a b o u t
6
a t m .
The
t e m p e r a t u r e
a n d
p r e s s u r e
o f
h y d r o g e n
f e e d ( S 1 5 )
a r e
d e t e r m i n e d
based
on
h e c o n d i t i o n s o f e c y c l e d
hydrogen
( S 1 4 ) .
Hydrogen s t r e a m
S - 1 6
i s h e a t e d
v i a
h o t
e f ? u e n t ( S 8 ) Which
l e a v e s c o m p r e s s o r K - 1 0 0 . The o u t l e t t e m p e r a t u r e o f h y d r o
gen s t r e a m S10
s
a
d e p e n d e n t o f
t h e i n l e t t e m p e r a t u r e
o f
h o t
e ? l u e n t ( S 8 ) .
S t r e a m
S 1 0 i s f u r t h e r
h e a t e d
i n
h e a t - e x c h a n g e r
E-103
b e f o r e i t e n t e r s r e a c t o r R-100. A s
i t
i s i n t h e c a s e of
a c e t o n e ,
v a l v e V-101 i s u s e d t o
r e d u c e p r e s s u r e
o f
hydrogen
s t r e a m
S12
b e f o r e
i t
e n t e r s
r e a c t o r
R - 1 0 0 .
R e a c t o r R - 1 0 0
i s
o p e r a t e d i n a
g a s
p h a s e a n d a t m o s p h e r i c
o r loW p r e s s u r e .
The e a c t i o n
i n s i d e r e a c t o r
R-100 s e x o t h e r
m i c . C o o l i n g W a t e r
(CW) ma y b e u s e d to
o p e r a t e
t h e r e a c t o r
i s o t h e r m a l l y .
Most
o f c a t a l y s t s
a r e
o p t i m a l l y o p e r a t e d a t c e r
t a i n t e m p e r a t u r e s and
p r e s s u r e s .
The
r e a c t o r
Which s o p e r
a t e d
i n
g a s - p h a s e c o u l d b e d e s i g n e d
i n d i f f e r e n t
c o n ? g u r a
t i o n s ( e . g . ? x e d - b e d r e a c t o r ) .
The
m o l e
r a t i o
o f h y d r o g e n
t o
a c e t o n e
f e e d
( m i x e d
a c e t o n e )
ma y r a n g e b e t W e e n 1
a n d
6
d e p e n d s
o n t h e u s e d c a t a l y s t a n d o p e r a t i n g c o n d i t i o n s .
The e a c t o r e ? l u e n t ( S 6 ) , Which i n c l u d e s MIBK nd o t h e r
p r o d u c t s
a s W e l l a s u n c o n v e r t e d
a c e t o n e
and h y d r o g e n , i s
c o o l e d i n h e a t - e x c h a n g e r E-100 t o a t e m p e r a t u r e
betWeen 8 0
t o 100 C . A acuum pump r bloWer
may
e
used e f o r e
u n i t
E-100 When
t h e r e a c t o r
i s o p e r a t e d
a t
a t m o s p h e r i c
p r e s s u r e .
The e a c t o r e f ? u e n t
( S 6 )
i s
t h e n
s e n t
t o
compressor K-100 t o
i n c r e a s e th e
e ? l u e n t
p r e s s u r e .
The
e a c t o r
e f ? u e n t
p r e s s u r e i s
i n c r e a s e d
s l i g h t l y t o p e r m i t h y d r o g e n s e p a r a t i o n f r o m
o t h e r
p r o d u c t s i n ? a s h
drum ( D - 1 0 0 ) . The t e m p e r a t u r e o f
com
p r e s s e d r e a c t o r e f ? u e n t ( S 8 )
i s
r e d u c e d i n
h e a t - e x c h a n g e r
E - 1 0 2
by
c o o l i n g h y d r o g e n s t r e a m S 9 . S t r e a m S 9 i s f u r t h e r
c o o l e d
v i a h e a t - ex c h a n g e r E - 1 0 4 . C o o l i n g W a t e r
(CW)
may
b e
u s e d f o r
c o o l i n g s t r e a m
S9 i n
h e a t - e xc h a n g e r E - 1 0 4 . The
e ? l u e n t
t e m p e r a t u r e o f s t r e a m S13
depends
on t h e i n l e t tem
p e r a t u r e o f
c o o l i n g
W a t e r
( C W ) . I t
i s p r e f e r r e d t h a t s t r e a m
S13 i s c o o l e d beloW
3 5
C .
b e f o r e s e n d i n g t o ?ash drum
D-100.
S t r e a m S 1 3 i s p a s s e d t o u n i t D-100 f o r
s e p a r a t i n g
h y d r o
gen
a s
o v e r h e a d
( S 1 4 )
and o t h e r
p r o d u c t s
a s
b o t t o m s .
R e c y c l e d
h y d r o g e n
( S 1 4 ) i s
m i x e d W i t h f r e s h h y d r o g e n
S 1 5
and t h e n s e n t t o h e a t - e x c h an g e r E - 1 0 2 .
The
s e p a r a t i o n s e c t i o n
o f
MIBK
r o c e s s
i s i l l u s t r a t e d i n
F I G . 3 . The s e c t i o n i n c l u d e s mainly t h r e e o r
f o u r
d i s t i l l a t i o n
columns.
Three i s t i l l a t i o n
columns a r e shoWn
n
FIG.
3
W i t h
t h e
a s s u m p t i o n
t h a t t h e r e
a r e
no l i g h t
h y d r o c a r b o n s
a s s o c i
a t e d
With t h e r e a c t o r e f ? u e n t . FIG. 3
shoWs
t h a t t h e uncon
-
7/26/2019 Us 8101805
7/10
US
8 , 1 0 1 , 8 0 5
B2
5
v e r t e d
a c e t o n e and
t h e r p r o d u c t s i n
s t r e a m
S17 r e s e p a r a t e d
i n d i s t i l l a t i o n
column - 1 0 0 . The r e s s u r e
of
t r e a m S17
m a y
be
r e d u c e d
t o l e s s
t h a n 2
atm
v i a p r e s s u r e - r e d u c i n g v a l v e
V-102. The
d i s t i l l a t i o n column
s
used t o s e p a r a t e a c e t o n e a s
d i s t i l l a t e s t r e a m
S19
Which s t h e n r e c y c l e d
t o r e a c t o r R - 1 0 0 .
The o n d e n s e r E-105
s u s e d
f o r c o o l i n g t h e
o v e r h e a d a c e t o n e
Which
i s t h e n
p a s s e d t o r e ? u x
drum D - 1 0 2 . The b o t t o m s
s t r e a m
S20
i s
c o o l e d i n
h e a t - e x c h a n g e r
E-107
t o
a tempera
t u r e
of a b o u t
7 0
C . Stream S20 i s t h e n passed
t o
a Water
d e c a n t e r
( D - 1 0 1 )
f o r s e p a r a t i n g most o f W a t e r a s a q u e o u s
6
and 1
a t m . The r e a c t o r e f f l u e n t i s c o o l e d
i n E-101 t o
8 0
C .
The e f ? u e n t
s t r e a m S7 i s compressed i n K-100 t o 6 . 5 atm
b e f o r e t i s c o o l e d i n E-102 from 222 C . t o
1 5 5
C . Stream S9
i s f u r t h e r c o o l e d i n u n i t E-104 to 3 5
C .
and t h e n
p a s s e d
t o
D - 1 0 0 . H y d r o g e n i s s e p a r a t e d i n
D-100
a n d r e c y c l e d
t 3 5 C .
and
5 . 9 a t m . The r e c y c l e d s t r e a m S14 i s mixed
W i t h
f r e s h
h y d r o g e n
S15
a n d
h e a t e d
i n
E - 1 0 2
to
2 1 0
C .
Hydrogen
s t r e a m
S10 i s f u r t h e r
h e a t e d
i n E-103 t o 350 C .
and
t h e n
p a s s e d th r o u g h
V - 1 0 1 t o d e c r e a s e p r e s s u r e
b e f o r e
e n t e r i n g
1 0
s t r e a m S 2 2 ,
Stream 23 which
c o n t ai n s p r o d u c t s
i s
f e d
t o
R - 1 0 0 . S i m u l a t i o n r e s u l t s o f
t h e
g a s - p h a s e s e c t 1 o n a r e
sum
d i s t i l l a t i o n
column
C-101
f o r
s e p a r a t i n g
W a t e r a n d i s o p r o p y l
m a r i Z e d i n
T a b l e
1 and
a b l e 2 .
TABLE
Stream No.
s 1 S2
s3 S4
S6
S8
Molar
?oW
r n o l / h
100
1 2 7 . 2
1 2 7 . 2 1 2 7 . 2 3 4 0 . 7 3 4 0 . 7
Mass
F l o w k g / h
5808
7 3 0 5 . 3 7 3 0 5 . 3 7 3 0 5 . 3 8 1 8 0 . 3 8 1 8 0 . 3
Temp
C . 7 0 7 4 . 2
3 2 4 . 1 350 350 2 2 1 . 5
P r e s s u r e atm 1 . 8
1 . 8
1 . 4 1 . 2 1 6 . 5
Vapor mole f r a c t i o n
0
0 . 2 0 3 1 1 1 1
Component mole
Hydrogen 0 0 . 0 2 0 . 0 2 0 . 0 2
6 0 . 9 6
6 0 . 9 6
Acetone 100
9 8 . 3 9 9 8 . 3 9 9 8 . 3 9
8 . 6 8 . 6
MIBK 0 0 0 0 1 0 . 7 7 1 0 . 7 7
Water
0
1 . 6 1 . 6 1 . 6
1 5 . 5 2 1 5 . 5 2
D i a c e t o n e Alcohol (DA) 0 0 0 0 0 . 6 0 . 6
M e s i t y l
Oxide
(MO)
0 0 0 0
0 . 3 3 0 . 3 3
M e s i t y l e n e (M)
0 0 0 0 0 . 2 7 0 . 2 7
I s o p r o p a n o l ( I P A ) 0 0 0 0 1 . 6 4 1 . 6 4
D i i s o b u t y l K e t o n e (DIBK) 0 0 0 0 1 . 3 2 1 . 3 2
a l c o h ol ( I P A )
a s d i s t i l l a t e Which i s c o o l e d f u r t h e r i n h e a t - TABLE
exchanger
E - 1 1 0 . Bottoms s t r e a m
S26 i s
f e d
t o d i s t i l l a t i o n 3 5
column
C-102 f o r s e p a r a t i n g
MIBK from
o t h e r
p r o d u c t s
swam
O _
u s i n g c o n d e n s e r E - 1 1 1 a n d r e ? u x drum D - 1 0 4 . The p u r i ? e d
MIBK tream
( S 2 7 ) i s
cooled
n
heat-exchanger E-113
b e f o r e $ 9
S 1 0 S 1 1 S 1 3
S 1 4
S 1 5
s e n d i n g
t o
s t o r a g e . The
o u t l e t
s t r e a m o f r e b o i l e r
E-112 con
t a i n s a l l remaining
heavy
products such a s
DIBK
Which i s 4 0 M o l a r ?ow
3 4 0 - 7 2 6 5 - 2 2 6 5 - 2 3 4 0 - 7 2 1 4 - 7
5 0 - 5
s e n t t o h e a t - e x c h a n g e r E-114 f o r c o o l i n g . k n m l / h
Mass F l o w
k g / h 8 1 8 0 . 3
8 7 5 . 7 8 7 5 . 7
8 1 8 0 . 3 7 7 3 . 7 1 0 1 . 8
EXAMPLES Temp C . 1 5 5
210 350
3 5
3 5 2 5
P r e s s u r e atm
6 . 1
5 . 5 5 . 2 5 . 9 5 . 9 5 . 9
The
d e s c r i p t i o n o f l oW - p r e s s u r e g a s - p h a s e o n e - s t e p MIBK
4 5 V a l ) . r
m l 1 1 1 M301 1 1
p r o d u c t i o n
p r o c e s s
i s
noW
f u r t h e r
d e s c r i b e d by means of h e
f r a c t i o n
f o l l o W i n g
e x a m p l e s , W h i c h a r e
i n t e n d e d
t o b e
i l l u s t r a t i v e o f c o r l m l i n e n t
the
d e s c r i p t i o n , but are not intended t o l i m i t
the
scope or m o 0
underlym g pnnclples' 5 0
H y d r o g e n
6 0 . 9 6 9 7 . 3 6 9 7 . 3 6 6 0 . 9 6 9 6 . 7 4 1 0 0
Example A c e t o n e 8 . 6 1 . 4 7 1 . 4 7 8 . 6 1 . 8 1 0
MIBK 1 0 . 7 7 0 . 2 7
0 . 2 7
1 0 . 7 7 0 . 3 4
0
A omputer c a l c u l a t i o n Was
performed
t o
i l l u s t r a t e
t h e w a t ? r
1 5 ' 5 2 0 ' 8 0 ' 8 1 5 ' 5 2 0 ' 9 9 0
p r o c e s s o f t h e d e s c r i p t i o n u s i n g t h e g a s - p h a s e o n e - s t e p p r o - D i a c i t o l n e 0 ' 6 0 0 0 ' 6 0 0
c e s s . The
p r o c e s s
Was c a r r i e d
o u t
a s shoWn i n
F I G .
1 . The 5 5
A 0 0 .
0 ( D 8 )
stream numbers
correspond o FIG. 2 and FIG. 3.
The a t a l y s t
M e s l t y l O x i d e 0 ' 3 3 0 0 0 ' 3 3
0 ' 0 1
0
u s e d a s a n e x a m p l e i n t h e
s i m u l a t i o n
i s n a n o - P d / n a n o -
( M 9 )
ZnCr2O4. The mole a t i o of ydrogen o acetone e f o r e e n t e r - M e s l t y l m w ( M ) 0 ' 2 7 0 ' 0 1 0 ' 0 1 0 ' 2 7 0 ' 0 1 0
i n g
t h e r e a c t o r
(R-100)
i s 2 . The r e a c t i o n i s c a r r i e d o u t i n I S O P T O P a H O l
1 - 6 4 0 - 0 8 0 - 0 8 1 - 6 4 0 - 1 0
g a s - p h a s e a t
a
t e m p e r a t u r e o f 3 5 0
C .
and a t m o s p h e r i c p r e s - 6 0 ( I P A )
s u r e .
For t h e given
c o n d i t i o n s ,
t h e conversion of acetone i s D i i s o b u t y l 1 - 3 2 0 - 0 1 0 - 0 1 1 - 3 2 0 - 0 1 0
a b o u t 77.3%
and
t h e MIBK
e l e c t i v i t y i s
a b o u t 7 2 . 1 % .
K e t o n ?
Acctonc
f c c d
S 1
i s e n t e r e d
a t 7 0 C . and 1 . 8 atm
( l i q u i d
( D I B K )
p h a s e ) a n d mixed W i t h r e c y c l e d s tr e a m S19 Which s
e n t e r e d
a t 74 C . and
1 . 8
a t m .
The
mixed
a c e t o n e
stream S3
s
heated 6 5
to
324 C . i n
E-100
and t h e n
f u r t h e r
h e a t e d t o 350 C . i n
E-101. Acetone stream S5 s e n t e r e d t o
t h e r e a c t o r
at 350 C .
T a b l e 3 s h o W s
s i m u l a t i o n
r e s u l t s o f t h e s e p a r a t i o n s e c t i o n
Which Was
discussed
b e f o r e .
-
7/26/2019 Us 8101805
8/10
US
8 , 1 0 1 , 8 0 5
B2
7 8
TABLE
Stream
No
S18 S20 S23 S24 S26 S27 S29
Molar
?ow mol/h 1 2 6 . 1 9 8 . 9 5 5 1 0 . 8 4 4 . 2 3 5 . 3
8 . 9
Mass
?ow g / h 7 4 0 6 . 6 5 9 0 9 . 3 5 1 1 9 . 3 4 5 9 . 2 4 6 6 0 . 1 3 5 3 4 . 3 1 1 2 5 . 9
Temp
C .
3 5 . 1 1 0 8 . 1
7 0
9 4 . 9 1 5 1 . 8 1 4 6 .2 1 9 2 . 7
P r e s s u r e atm
1 . 8
2 . 3 1 . 7
1 . 7
2 . 2 2 . 2 2 . 7
Vapor mole
0 0 0
1
0 0 0
f r a c t i o n
Component mole
Hydrogen 0 0 0 0 0 0 0
Acetone 2 0 . 1 5 0 . 2 6 0 . 4 6 2 . 3 5 0 0 0
MIBK 2 8 . 5 3
3 6 . 3 8
6 5 . 3 8 3 . 3 2 8 0 . 5 7 9 9 . 8 1 4 . 0 1
Water 40.26 49.29
8 . 8 6 4 5 . 0 1
0 . 0 1
0 . 0 1 0
Diacetone
Alcohol 1 . 6 2
2 . 0 7
3 . 7 2
0
4 . 6 3
0
2 3 . 0 5
M e s i t y l Oxide
0 . 8 7 1 . 1 1 1 . 9 9 0
2 . 4 8
0 . 0 3
1 2 . 2 4
M e s i t y l e n e
0 . 7 1 0 . 9 1 1 . 6 3
0 . 0 2 2 . 0 3 0 1 0 . 1
I s o p r o p a n o l
4 . 2 7 5 . 4 5 9 . 7 9 4 9 . 2 9 0 . 1 2 0 . 1 5 0
D i i s o b u t y l
Ketone
3 . 5 6
4 . 5 4
8 . 1 6 0 1 0 . 1 6 0 5 0 . 6
The h e a t d u t i e s
o f
main h e a t e x c h a n g e r s i n
t h e g a s - p h a s e
s e c t i o n a r e
summarized
i n
T a b l e
4 .
T a b l e 4
shows
t h a t
t h e
r e q u i r e d
h e a t d u t y
f o r
i n c r e a s i n g a c e t o n e t e m p e r a t u r e
f r o m
7 4 . 2 C .
t o
3 5 0 C . i s a b o u t 6 2 7 1 M J / h r . T h i s V a l u e e q u a l s
t h e
c o m b i n e d
h e a t
d u t i e s
o f E - 1 0 0
( 5 8 6 7
M J / h r ) a n d E - 1 0 1
( 4 0 4
M J / h r ) .
T h i s
s h o w s t h a t
t h e
r e q u i r e d
s t e a m
f o r
h e a t i n g
a c e t o n e
f e e d
( m i x e d
a c e t o n e ) c o u l d b e r e d u c e d
b y
9 3 . 6 % ,
d u e
to h e a t i n t e g r a t i o n between
t h e r e a c t o r
e f f l u e n t and
a c e t o n e
f e e d ( m i x e d
a c e t o n e ) . S i m i l a r l y ,
t h e
r e q u i r e d s t e a m f o r h e a t
i n g
h y d r o g e n
V i a
E - 1 0 2
i s
r e d u c e d b y
5 5 % .
TABLE
Heat
Exchanger E-100
E - 1 0 1
E-102
E-103
T O M , C . ( 1 s t r e a m )
8 0
( S 7 ) 3 5 0 ( S 4 ) 1 4 8 ( S 9 ) 3 5 0
T o , C . ( 2 d s t r e a m ) 3 2 4 ( S 3 ) S t e a m 2 1 0 ( S 1 0 ) S t e a m
C a l c u l a t e d
Heat
Duty 5867 404
1418 1 1 6 1
MJ/h
T a b l e
s h o w s
d e s ig n p a r a m e t e r s o f t h e d i s t i l l a t i o n
c o l
umns. Acetone i s s e p a r a t e d
a s a
g a s
i n column C-100
and
r e c y c l e d
back
t o r e a c t o r
R - 1 0 0 . Column
C-101 and column
C102
o p e r a t e a t t o t a l
c o n d e n s e r mode
i n
which i s t i l l a t e i s
p r o d u c e d i n l i q u i d p h a s e .
The
r e ? u x r a t i o i s 1 . 3
f o r
a l l
c o l
umns where
c o o l i n g
w a t e r
i s
used
f o r c o n d e n s a t i o n .
TABLE
D i s t i l l a t i o n Column C-100 C-101 C-102
Condenser t y p e P a r t i a l T o t a l T o t a l
lURmin
1 . 3 1 . 3 1 . 3
Number
o f
s t a g e s
54
2 2 6 7
Condenser d u t y MJ/h
8573 1505
5300
R e b o i l e r d u t y MJ/h
1 0 5 2 1
2437
5 3 7 1
C a l c . R e f l u x r a t i o 1 1 . 7 7 2 . 8
4 . 3
Column r e s s u r e
d r o p
( a t m ) 0 . 5 0 . 5 0 . 5
E x a m p l e 2
The c a l c u l a t i o n o f example 1 was
r e p e a t e d
f o r an a c e t o n e
f e e d
( m i x e d a c e t o n e )
t h a t
e n t e r s a s
g a s p h a s e ( V a p o r f r a c
t i o n : 1 )
w i t h a t e m p e r a t u r e o f 7 5 C . and r e s s u r e
o f
1 . 8 a t m .
A l l p r o c e s s
c o n d i t i o n s
were a s i n
Example
. For
h i s c a s e ,
t h e
t e m p e r a t u r e o f
a c e t o n e
m a y be i n c r e a s e d i n u n i t E-100 t o
340
C . The h e a t l o a d
of
E-101 i s d e c r e a s e d s i n c e a c e t o n e
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
f e e d ( m i x e d
a c e t o n e )
t e m p e r a t u r e i s o n l y r a i s e d b y
1 0 C .
T a b l e 6
shows
t h e h e a t
d u t i e s
o f
h e a t
e x c h a n g e r s
i n
t h e g a s
p h a s e s e c t i o n . The o u t l e t t e m p e r a t u r e o f r e a c t o r e f f l u e n t i s
a b o u t
1 9 8 C .
which s n o t
s u i t a b l e
a s
an
n p u t t e m p e r a t u r e
t o
t h e c o m p r e s s o r . T h e r e f o r e , a h e at e x c h a n g e r
may
e r e q u i r e d
b e f o r e t o t h e
c o m p r e s s o r .
T h i s shows t h a t
i t i s s u p e r i o r t o
e n t e r t h e f r e s h a c e t o n e f e e d (mixed
a c e t o n e )
a s a l i q u i d
stream.
TABLE
Heat
Exchanger E-100
E - 1 0 1 E-102 E-103
T o ,
C . ( 1
s t r e a m ) 1 9 8
( S 7 ) 3 5 0 ( S 4 )
1 4 8
( S 9 ) 3 5 0
T o , C . ( 2 1 s t r e a m ) 3 4 0 ( S 3 ) S t e a m 2 1 0
( S 1 0 )
S t e a m
C a l c u l a t e d
Heat
Duty
3498
1 5 8 . 4
1418
1 1 6 1
MJ/h
E x a m p l e 3
The
a l c u l a t i o n s of Example
were e p e a t e d
w i t h a r e a c t o r
t e m p e r a t u r e o f 3 0 0 C .
a n d a t m o s p h e r i c p r e s s u r e , t o
p r o v i d e
a
d i r e c t
comparison i t h Example
.
The
a t a l y s t used
o r t h e
s i m u l a t i o n i s nano-Pd/nano-ZnCr2O4 w i t h
a c e t o n e c o n v e r
s i o n
o f
66% and MIBK e l e c t i v i t y
o f
6 9 . 4 % . A l l
s t r e a m
numbers
c o r r e s p o n d to F I G .
2 and
F I G .
3 . The e s u l t s o f t h e
c a l c u l a t i on s a r e
summarized
i n
T a b l e
7 ,
T a b l e 8
and
a b l e
9 .
TABLE
Stream No.
S1
S2
S3
S4 S6 S8
Molar f l o w 100 1 4 5 . 8 1 4 5 . 8 1 4 5 . 8 403.4 403.4
kmol/h
Mass
?ow
5808 8 3 9 0 . 7 8 3 9 0 . 3 8 3 9 0 . 3
9545.4
9545.4
k g / h
Temp C .
7 0 7 4 . 2
270 300 300
2 2 4 . 1
P r e s s u r e
atm 1 . 8 1 . 8 1 . 4 1 . 2 1 6 . 5
Vapor
mole 0 0 . 3 0 3 4 1 1 1 1
f r a c t i o n
C o m p o n e n t
mole
Hydrogen 0 0 . 0 2 0 . 0 2 0 . 0 2 6 1 . 3 5 6 1 . 3 5
Acetone 100 9 8 . 6 6 9 8 . 6 6 9 8 . 6 6 1 2 . 7 1 1 2 . 7 1
-
7/26/2019 Us 8101805
9/10
US
8 , 1 0 1 , 8 0 5
B2
TABLE
- c o n t i n u e d
Example 4
Stream No.
_ _
Numerous c a t a l y s t s
W e r e 1 n v e s t 1 g a t e d f o r
o n e - s t e p g a s
$ 1
$ 2 $ 3
$ 4
$ 6 $ 8 5
phase p r o d u c t i o n of MIBK o o b t a i n high y i e l d .
Very
prom
M I BK
0 0 0
8 7 3
8 7 3
i s i n g nano c a t a l y s t s
have
been
a l i d a t e d
f o r
high c o n v e r s i o n
W a t ? r
0 1 - 3 3 1 - 3 3
1 - 3 3
1 2 - 5 3 1 2 - 5 3
of
acetone a t atmospheric
p r e s s u r e . This
invention pr esents a
D iaceto ne
0 0 0 0. 28 0.28
. .
A l c o h o l < D A > p r o c e s s
f o r
m a n u f a c t u r i n g
MIBK
nd
o t h e r
p r o d u c t s
v i a
loW
M e s i t y l 0 0 0 0 0 . 2 6 0 . 2 6 p r e s s u r e one-step gas-phase acetone s e l f - c o n d e n s a t i o n . The
Oxide
MO)
10
- - - -
M e s i t y l ? n ? 0 0 0 0 0 2 2 0 2 2 n o v e l c a t a l y s t Wh1ch s
u s e d
a s an
example
s
nano
c r y s t a l l i n e
( M )
Z 1 n c
c h r o m 1 t e
s u p p o r t e d
n a n o - p a l l a d 1 u m ( n a n o - P d / n a n o
? g g o p a n o l 0 0 0 0 2 ' 8 8 2 ' 8 8
ZnCr2O4).
The
p r o d u c t i o n
o f MIBK
s c a r r i e d o u t a t atmo
D i i s o b u t y l 0 0 0 0
L 0 2
L 0 2
s p h e r i c
p r e s s u r e
i n s i d e
t h e
r e a c t o r
( e . g . ?xed-bed
c a t a l y t i c
5 3 6 $ } ;
1 5 r e a c t o r ) W i t h
a t e m p e r a t u r e
r a n g e s
b e t w e e n
2 0 0
C . a n d
3 5 0
C .
The e e d h y d r o g e n - a c e t o n e r a t i o m a y a n g e
between
t o 6
m o l e r a t i o s . T h e n a n o - P d / n a n o - Z n C r 2 O 4
c a t a l y s t
p r o v i d e s
TABLE 8 h i g h
c o n v e r s i o n o f a c e t o n e
a n d h i g h s e l e c t i v i t y
t o W a r d s
2 0
MIBK hen o p e r a t e d
a t
h i g h t e m p e r a t u r e s .
Stream No.
$ 9 $ 1 0 $ 1 1 $ 1 3 $ 1 4 $ 1 5 The l o w - p r e s s u r e o n e - st e p gas-phase p r o c e s s has advan
M o l a l ? o w 4 0 3 - 4
3 1 2 - 1 3 1 2 - 1
4 0 3 - 4 2 5 7 . 9
5 3 . 9
t a g e s o v e r t h e o n e - s t e p l i q u i d phase p r o c e s s When
u s 1 n g
k m o l / h
2 5 s e l e c t l v e c a t a l y s ts such a s
nano P d/nano-ZnCr2O4.
The e a c
g / l a s s H C O W
k g / h
9 3 1 3 - ;
1 1 2 2 - 9 1 5 3 3 - 9
9 5 2 1 2 - 4 1 0 : 2 1 3 2 - 7 t o r i s
o p e r a t e d
a t a t m o s p h e r i c p r e s s u r e o r
l o W
p r e s s u r e W h i l e
eIHP
- - . . .
P r e s s u m am 61 55 52 5 _ 9 5 _ 9 5 _ 9
o t h e r
p l a n t u n 1 t
operations
a r e
operated t
loW r e s s u r e s . Th1s
l y a p o l r H 1 0 1 6
1 1 1
0 - 6 3 9 2
1 1
scheme e v e n t u a l l y r e d u c e s
c a p i t a l
and
o p e r a t i n g
c o s t s o f
ract1on
.
c o m p o m n t MIBK r o d u c t i o n p r o c e s s .
mole
30
H y d r o g e n 6 1 . 3 5 9666 9 6 , 6 6 6 1 , 3 5 9 5 , 9 7 1 0 0 Table 10
shoWs
some experimental
k i n e t i c d a t a of
nano
A0610 1 2 - 7 1 2 ' 2 4 2 ' 2 4 1 2 - 7 1 2 ' 7 1
0
Pd/nano-ZnCr2O4 c a t a l y s t
f o r
manufacturing MIBK from
MIBK
8.73
0.22 0.22 8.73 0.27 0 _
Wam 1 2 5 3
0 _ 7 1
071 1 2 5 3 036
0 acetone
and hydr o gen v 1 a one-step
gas-phase
process
a t
D i a c i t o l n f 0 - 2 8 0 0 0 - 2 8 0 0
3 5
a t m o s p h e r i c
p r e s s u r e . O t h e r p r o d u c t s
Which
a r e
produced
o
0 D
. . .. .
M e s i t y l
O x i d e 0 2 6 0 0 0 2 6 0 0 a l o n g
W 1 t h MIBK n c l u d e d 1 1 s o b u t y l e k e t o n e
( D I B K ) ,
1 s o p r o
( M O ) p y l a l c o h o l
( I P A ) , m e s 1 t y l o x 1 d e ( M O ) , m e s i t y l e n e
( M )
a n d
z l z g g i z ? z l m )
3 ? ;
8 1 5 8 1 5
3 ? ;
8 1 8 8
d i a c e t o n e
a l c o h o l
( D A ) .
T h e
h i g h c o n v e r s i o n o f
a c e t o n e
a n d
( I F ) I I I I I 40 good electivity
toWards MIBK t hi g h temperatu res decrease
D i i s o b u t y l 1 - 0 2 0 0
1 - 0 2 0 - 0 1
0 q u a n t i t i e s of t h e r by p r o d u c t s Which
m a y
c a u s e
c o m p l i c i t y
Ketone
. . . .
( D I B K )
1 n t h e
s e p a r a t i o n
s e c t 1 o n o f t h e p r o c e s s . T h e
g a s - p h a s e s i n g l e
s t e p
p r o c e s s
W 1 t h h 1 g h c o n v e r s i o n a n d
s e l e c t 1 v 1 t y makes
t h e
p r o c e s s
v e r y c o s t e f f e c t i v e .
TABLE
Stream No
S18 S20 S23 S24 S27 S29
Molar
?ow
mol/h 1 4 5 . 5 9 9 . 7
5 7 . 9 1 6 . 5
34 7 . 5
Mass F l o w
k g / h
8 4 9 9 . 4 5 9 1 6 . 7 5 1 6 4 . 3
8 0 7 . 4
3 3 9 9 . 1
9 5 7 . 8
Temp
C .
3 5 . 1 1 0 7 . 2 70 9 2 . 8 1 4 5 . 9
1 9 3
P r e s s u r e atm
1 . 8 2 . 3 1 . 7 1 . 7
2 . 2 2 . 7
Vapor
mole f r a c t i o n 0 . 0 0 0 1 4 8 0 0 0 0 0
Component mole
Hydrogen
0 . 0 2 0 0 0 0 0
Acetone 30.44
0 . 4 4
0 . 7 6 2 . 6 9 0 0
MIBK
23.74 34.64 5 9 . 6 2 2 . 1 99.64
4 . 5 6
Water 3 3 . 2 2 46.54
8 . 0 1
2 8 . 1 8 0 0
D i a c e t on e A l c o h o l (DA) 0 . 7 9 1 . 1 5 1 . 9 8 0 0 1 5 . 2 7
M e s i t y l Oxide ( M O )
0 . 7 2 1 . 0 5
1 . 8
0 0 . 0 3 1 3 . 7 9
M e s i t y l e n e ( M )
0 . 5 9 0 . 8 7
1 . 4 9
0 0 1 1 . 5 1
l s o p r o p a n o l
( I P A ) 7 . 6 6 1 1 . 1 8
1 9 . 2 4
6 7 . 0 3 0 . 3 3 0
D i i s o b u t y l
K e t o n e (DIBK) 2 . 8 3
4 . 1 3
7 . 1
0 0
5 4 . 8 7
-
7/26/2019 Us 8101805
10/10
US
8 , 1 0 1 , 8 0 5
B2
TABLE
0
S e l e c t i v i t y
Temp Acetone DA&
( O C . )
C o n v . MIBK D I B K MO
M IPA o t h e r s
200 2 0 . 1 4 0 . 6
1 0 . 2 6 . 1 2 . 1 4 0 . 7
0 . 3
250
4 0 . 7 5 3 . 9
1 2 . 3
4 . 4
2 . 5
2 5 . 8
1 . 1
300 6 6 6 9 . 4 1 2 . 4 2 . 1 2 . 6 1 1 . 2 2 . 3
350 7 7 . 3
7 2 . 1 1 3 . 5 2 . 2
2 . 7 5 . 4 4 . 1
I n a d d i t i o n , t h e
s p e c i ? c a t i o n
a n d
d r a w i n g s
a r e t o b e
regarded i n
an
l l u s t r a t i v e r a t h e r than a s i n a
r e s t r i c t i v e
s e n s e .
What s
c l a i m e d i s :
1 . A e t h o d ,
c o m p r i s i n g ;
adding a
mixed
acetone and a
mixed
hydrogen
stream t o
a
r e a c t o r
c o n t a i n i n g
a
nano-ZnO
c a t a l y s t t o p e r f o r m
l o w
p r e s s u r e o n e - s t e p
g a s - p h a s e c o n d e n s a t i o n o f h e a c e t o n e
f o r making
a
p r o d u c t ;
p r o v i d i n g p r e s su r e t o
t h e
mixed
a c e t o n e
a n d mixed
y d r o
g e n b e f o r e e n t e r i n g t h e r e a c t o r ;
r e c y c l i n g t h e a c e t o n e r e c o v e r e d from t h e r e a c t o r
back
t o
t h e r e a c t o r
f o r
reuse
a s
a
r e c y c l e d
a c e t o n e ;
and
h e a t i n g
t h e
mixed a c e t o n e w i t h
a
h e a t e x c h a n g e r b e f o r e
r e i n t r o d u c i n g
i t t o
t h e
r e a c t o r .
2 .
The method o f
c l a i m 1 , f u r t h e r
c o m p r i s i n g ;
r e m o v i n g t h e w a t e r
c o n t e n t
i n t h e r e c y c l e d a c e t o n e
by
u s i n g a d r y e r ;
f r a c t i o n a t i n g
t h e r e a c t o r e f ? u e n t u s i n g
s e r i e s o f
i s t i l l a t i o n
columns t o r e c o v e r
t h e
by p r o d u c t s
o f a c e t o n e
a n d
h y d r o g e n
c o n d e n s a t i o n .
3 .
The
method
o f c l a i m
1 ,
w h e r e i n
t h e f r a c t i o n s a s by
p r o d u c t s a r e a t
l e a s t
o n e o f e t h y l
i s o b u t y l
k e t o n e , d i i s o b u t y l
k e t o n e ,
m e s i t y l
o x i d e , m e s i t y l e n e , i s o p r o p y l a l c o h o l a n d
o t h e r
p r o d u c t s .
4 . The method o f
c l a i m
1 , w h e r e i n
t h e
c a t a l y s t
i s
nano
c r y s t a l l i n e Z i n c , c h r o m i t e
s u p p o r t e d
n a n o - p a l l a d i u m
( n a n o
P d / n a n o - Z n C r 2 O 4 ) .
5 .
The method o f c l a i m
1 ,
w h e r e i n t h e t e m p e r a t u r e i s
between
200-3500
C .
1 2
6 . The
method
f
c l a i m 1 , wherein h e p r e s s u r e i s t o
a t
l e a s t
one
o f
a t m o s p h e r i c p r e s s u r e
and low p r e s s u r e .
7 . A n e - s t e p g a s - p h a s e
p r o c e s s , c o m p r i s i n g ;
p r o d u c i n g
a p r o d u c t
f r o m
a c e t o n e a n d
h y d r o g e n
u s i n g a
n a n o - Z n O c a t a l y s t ;
r e c o v e r i n g t h e
h e a t
of r e a c t o r e f ? u e n t to r a i s e a tempera
t u r e
of a r e c y c l e d acetone stream and a f r e s h f e e d
a c e t o n e
s t r e a m ;
p a s s i n g
t h e
f r e s h a c e t o n e st r e a m and
t h e
r e c y c l e d a c e t o n e
stream
a s a
mixture i n
a
h e a t exchanger
t o e f ? c i e n t l y
ma n a ge temperature of mixed acetone before
t
e n t e r s
t h e r e a c t o r ; and
m o d u l a t i n g t h e
p r e s s u r e
o f t h e
mixed
a c e t o n e f e e d ( m i x e d
a c e t o n e )
b y p a s s i n g t t h r o u g h a
p r e s s u r e
v a l v e h a v i n g t
l e a s t one
of an atmospheric
p r e s s u r e and low p r e s s u r e .
8 .
The o n e - s t ep g a s - p h a s e p r o c e s s o f
c l a i m ,
f u r t h e r
com
p r i s i n g ;
p r e h e a t i n g
t h e
m i x t u r e o f
a
r e c y c l e d h y d r o g e n a n d
a f r e s h
h y d r o g e n i n a
h e a t
e x c h a n g e r ;
and r e g u l a t i n g t h e
p r e s s u r e
t o
a t
l e a s t one o f a t m o s p h e r i c
p r e s s u r e
and low
p r e s s u r e
o f
t h e
mixed hydrogen
e f o r e
e n t e r i n g t h e
r e a c t o r .
9 .
The
o n e - s t e p g a s - p h a s e p r o c e s s
o f c l a i m
,
f u r t h e r
com
p r i s i n g ;
compressing
t h e r e a c t o r e f ? u e n t t o a low
p r e s s u r e i n
a
c o m p r e s s o r b e f o r e
s e n d i n g
i t
t o
t h e
s e c o n d h e a t
e x c h a n g e r ;
a n d
e n a b l i n g t h e e? i c i e n t s e p a r a t i o n
o f h y d r o g e n
i n t h e
drum
b y c o m p r e s s i n g a n d c o o l i n g t h e r e a c t o r e f f l u e n t .
1 0 . The
n e - s t e p g a s - p h a s e
p r o c e s s
o f
l a i m , w h e r e i n
t h e
c a t a l y s t i s n a n o - c r y s t a l l i n e Z i n c c h r o m i t e s u p p o r t e d
n a n o
p a l l a d i u m ( n a n o - P d / n a n o - Z n C r 2 O 4 ) .
1 1 .
The n e - s t e p g a s - p h a s e
p r o c e s s
o f
l a i m , w h e r e i n
t h e
p r o d u c t s a r e a t l e a s t o n e o f
e t h y l
i s o b u t y l k e t o n e , d i i s o b u ty l
3 5
k e t o n e ,
m e s i t y l o x i d e ,
m e s i t y l e n e a n d
i s o p r o p y l
a l c o h o l .
1 2 . The
n e - s t e p g a s - p h a s e
p r o c e s s o f l a i m , w h e r e i n
t h e
t e m p e r a t u r e i s between 2 0 0 - 3 5 0 0 C .
m
25
30
* * * * *