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Technische Verwirklichung

Schematische Zeichnung einer Anlage zum SHOP-Verfahren mit den Anlagenteilen Oligomerisationsreaktor (1), Separator (2), Destillationskolonne (3), Isomerisierungsreaktor (4), Metathesereaktor (5) und Destillationsreaktor (6). Die einzelnen Fraktionen sind mit Buchstaben gekennzeichnet. (siehe Tabelle)

Im Verlauf des Shop-Verfahrens fallen sechs verschiedene Fraktionen mit unterschiedlicher Zusammensetzung an. Diese Fraktionen (a-f) sind in der schematischen Anlagenzeichnung entsprechend gekennzeichnet. Die Fraktionen c, d und f werden dem Prozess entnommen und industriell verwendet. Die Fraktionen a, b und d sind zwar industriell nicht relevant, können aber dem Prozess zurückgeführt werden und zu den anderen Fraktionen umgewandelt werden. Die jeweiligen Kettenlängen können über folgende Tabelle zugeordnet werden:

Fraktion	kürzeste Kettenlänge	längste Kettenlänge	Bemerkung
a	4	∞	nur α–Olefine mit einer geraden Anzahl an Kohlenstoffatomen
b	20	∞	nur α–Olefine mit einer geraden Anzahl an Kohlenstoffatomen
c	4	10	nur α–Olefine mit einer geraden Anzahl an Kohlenstoffatomen
d	12	18	nur α–Olefine mit einer geraden Anzahl an Kohlenstoffatomen
e	14	∞	Olefine mit mittelständigen Doppelbindungen; auch ungerade Anzahl an Kohlenstoffatomen möglich
f	11	14	Olefine mit mittelständigen Doppelbindungen; auch ungerade Anzahl an Kohlenstoffatomen möglich
g	4	10	Olefine mit mittelständigen Doppelbindungen; auch ungerade Anzahl an Kohlenstoffatomen möglich

Die Anlage zum SHOP-Verfahren ist in sechs verschiedene Bestandteile gegliedert. Neben zwei Destillationskammern (3) und (6) zur Auftrennung in verschiedene Fraktionen, besteht die Anlage aus dem eigentlichen Oligomerisationsreaktor (1), dem Separator (2), dem Isomerisierungsreaktor (4) und dem Reaktor zur Metathese (5).

Oligomerisation und Separation

Im Oligomerisationsreaktor (1) wird Ethen in Gegenwart einer flüssigen Katalysatorphase eines Nickel-Phosphin-Komplexes in längerkettige α–Olefine überführt. Hierbei wird eine besonders reine Form von Alkenen gebildet, die jeweils nur eine Doppelbindung besitzen. Der Anteil an α–Olefine liegt bei über 95 Prozent. Im Separator (2) wird das Produktgemisch von der Katalysatorphase getrennt, mit frischem Lösungsmittel gewaschen und anschließend in die Destillationskolonne (3) geleitet. Überschüssiges Ethen wird in den Reaktor (1) zurückgeleitet.

Am Ende der ersten Destillation verlassen drei Fraktionen die Kammer. Die Fraktion der Produkte mit Kettenlängen zwischen zwölf und 18 Kohlenstoffatomen werden dem Prozess abgeführt und in der Industrie weiterverarbeitet. Sie sind die Hauptprodukte des SHOP-Verfahrens. Die Fraktion der Kettenlängen zwischen vier und zehn Kohlenstoffatomen werden zum Teil abgeführt und zum Teil in den Isomerisierungsreaktor (4) geleitet. Die Fraktion der α–Olefine, die mehr als 20 Kohlenstoffatome besitzen, werden vollständig in den Isomerisationsreaktor (3) geleitet.

Druck und Temperatur

Im ersten Schritt findet die Ethen-Oligomerisierung bei Temperaturen von 80 bis 120 °C und einem Druck von 70 bis 140 bar (7 bis 14 MPa) statt.

Katalysator

Die Reaktion wird durch einen Nickel-Phosphin-Komplex der Art (C₆H₅)₂P(CH₂)₂COONi mit Diphenylphosphinoessigsäure oder 2-Diphenylphosphinobenzoesäure als Ligand katalysiert. Dieser Schritt wird in einem polaren Lösungsmittel wie 1,4-Butandiol durchgeführt. Da die gebildeten α-Olefine darin nicht löslich sind, können diese einfach abgetrennt werden. Dabei entsteht eine Mischung von geradzahligen α-Olefinen mit einer Schulz-Flory-Verteilung.

Isomerisation

Bei der Isomerisierung werden die α–Olefine in Verbindungen umgewandelt, die mittelständige Doppelbindungen besitzen. In diesem Prozessschritt bleibt also die Kettenlänge der Moleküle konstant. Verändert wird lediglich die Lage der Doppelbindung. Die Reaktion findet in gelöstem Magnesiumoxidkatalysator bei milden Reaktionsbedingungen statt. Die Temperatur beträgt zwischen 80°C und 140°C und der Druck zwischen drei bar und 20 bar.

Metathese

Bei der anschließenden Metathese werden nieder- und hochmolekulare Olefine zu einer Mischung von Alkenen mit einer neuen Verteilung der Kettenlängen. Nur in diesem Prozess können auch Kettenlängen mit einer ungeraden Anzahl an Kohlenstoffatomen entstehen. Für die Industrie sind nur Kettenlängen von elf bis 14 Kohlenstoffatomen relevant. Praktisch am SHOP-Verfahren ist, dass die Produkte anderer Kettenlängen nicht als Abfallprodukte anfallen, sondern wieder in den Prozess zurückgeführt werden können. So können kürzere Moleküle in den Metathesereaktor (5) zurückgeleitet werden und längerkettige Moleküle werden in den Isomerisierungsreaktor (4) gegeben.