Conceptual Design and Analysis of Reactive Distillation Processes for the Production of Isooctane via Indirect Alkylation

In der vorliegenden Arbeit wurden innovative Reaktivdestillationsprozesse zur Herstellung von Isooktan (IO) mittels Isobuten (IB) Dimerisierung und anschließende Hydrierung der gebildeten Dimere (indirekte Alkylierung) konzipiert und untersucht. Isooktan wird als potentieller Ersatz für den Kraftstoffzusatz MTBE (Methyl-tertiär-Butyl-Ether) gehandelt. Seine Synthese mittels indirekter IB Alkylierung ist vom hohen industriellen Interesse, da sie eine relativ einfache und preiswerte Wiederverwendung der bestehenden MTBE Rohstoffe und Reaktivdestillationsanlagen bietet.
Ein wichtiger Teil der Arbeit ist der abschließende detaillierte Vergleich der unterschiedlichen Prozessführungen unter Berücksichtigung der erreichten Prozessleistung und den notwendigen Investitions- und Betriebskosten. Es konnte gezeigt werden, dass die neu entwickelten Reaktivdestillationskonzepte nicht nur im Hinblick auf die erzielten IO Ausbeute und Selektivität, sondern auch mit Rücksicht auf die Produktionskosten dem konventionellen Prozess deutlich überlegen sind.

The present work focuses on the conceptual design and analysis of novel reactive distillation-based processes for the production of the MTBE substitute isooctane (IO) from isobutene-rich C4 stream via indirect alkylation (i.e dimerization of isobutene (IB) and hydrogenation of the dimers to IO). The tremendous industrial interest in the above mentioned process is based on reuse of existing MTBE feedstocks and low-cost revamp of reactive distillation facilities.
A systematic performance and economics comparison of the developed novel isooctane production concepts and of the conventional process has been performed. It was demonstrated that for given IB feed and IO purity, the partially and fully integrated reactive distillation process alternatives are capable of providing the maximum selectivity at higher IB conversion and considerably lower product costs than the conventional process. Moreover, the quality of the synthesized alkylate is superior since the dimerization reactions are engineered to provide a high selectivity and a minimal formation of undesired higher oligomers, which are not applicable to gasoline blending.