<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur kontinuierlichen, sorptiven Trennung eines Fliessstoffgemisches
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung der Komponenten, die in einem Gemisch von Verbindungen vorhanden sind, durch Inberührungbringen dieses Gemisches mit einer stationären Masse eines festen Sorbens, das eine selektive Sorptionsaktivität für eine oder mehrere Komponenten dieses
Gemisches und eine wesentlich geringere Sorptionsaktivität für wenigstens eine andere Komponente des Einsatzgemisches besitzt.
Genauer betrifft die Erfindung eine Verbesserung bei einem Trennverfahren der vorerwähnten Art, bei welchem das Einsatzgemisch durch eine Menge eines festen Sorbens geschickt wird, welches aus demselben eine oder mehrere Komponenten sorbiert, während gleichzeitig ein Strom eines Desorbens, der durch eine andere Menge der Masse des festen Sorbens geschickt wird, von dieser die Komponenten desorbiert, die bei einem vorherigen Kontakt mit dem Einsatzgemisch sorbiert worden waren.
Dadurch, dass Einsatz- und Desorbensströme in unterschiedliche Mengen oder Zonen des festen Sorbens eingeleitet werden, das in einem einzigen Bett oder in einer Anzahl von in Serie liegenden Betten angeordnet ist, ferner dadurch, dass Raffinat- und Sorbatproduktströme aus andern Zonen der Serie abgezogen werden und weiters dadurch, dass die zu- und abgehenden Ströme nach einem vorbestimmten Kreislaufprogramm in und aus den genannten Zonen verlegt werden, wird ein Gegenstrom des Einsatzes und des festen Sorbens vorgetäuscht. Die vorliegende Verbesserung umfasst auch die Verwendung eines Spülstromes, durch die die Reinheit der aus dem Verfahren abgezogenen Endprodukte erheblich verbessert ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch als eine Verbesserung eines neuerdings entwickelten kontinuierlichen Absorptionsverfahrens anzusehen, das in der Patentschrift Nr. 214 032 näher beschrieben ist, bei welchem durch vier nacheinander in Serie geschaltete Verfahrenszonen einer stationären Masse eines festen Sorbens und vom Ausgang der letzten Zone zurück zum Eingang der ersten Zone ein kontinuierlicher Kreislauf eines Fliessstoffes, der sich in flüssiger oder in Dampfphase befinden kann, aufrechterhalten wird, bei welchem ferner dem im Kreislauf befindlichen Fliessstoff das Einsatzgemisch am Eingang der ersten Zone kontinuierlich zugesetzt, die nicht sorbierte Komponente aus dem zirkulierenden Fliessstoff am Ausgang der ersten Zone kontinuierlich abgezogen,
ein Desorbens in den umlaufenden Fliessstoff am Eingang in die dritte Zone kontinuierlich eingeführt und die selektiv sorbierte Komponente und das Desorbens am Ausgang der dritten Zone kontinuierlich abgezogen wird, die vier Zonen dadurch in der stationären Masse des Sorbens periodisch vorgerückt werden, dass der Zuführungspunkt des Einsatzgemisches, der Abscheidungspunkt der nicht sorbierten Komponente, der Einführungspunkt des Desorbens und der Abscheidungspunkt für die selektiv sorbierte Komponente und das Desorbens um jeweils den gleichen Betrag entlang des Weges des kontinuierlich umlaufenden Fliessstoffes gleichzeitig vorgerückt werden.
Das demgegenüber verbesserte erfindungsgemässe Verfahren besteht nun im wesentlichen darin, dass nach jeder periodischen Vorrückung ein Spülstrom, ausgewählt aus den Stoffgruppen (l) einer von den Komponenten des Einsatzgemisches leicht trennbaren Flüssigkeit und (2) der selektiv sorbierten Komponente des Einsatzgemisches durch den Durchflussgang, der gerade vor der Vorrückung der ersten Zone das Einsatzgemisch zuführte und nachfolgend einen Produktstrom aus dem Verfahren abführt, in einer Menge hindurchgeschickt wird, dass im wesentlichen das gesamte Einsatzgemisch aus dem Durchflussgang in den kontinuierlich umlaufenden Fliessstoff versetzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist ganz allgemein zur Trennung durch Absorption ebensowohl wie auch durch Adsorption fliessfähiger Komponenten an Feststoffen geeignet und wird im allgemeinen als Sorptionsverfahren bezeichnet. Es ist auf Trennungsvorgänge anwendbar, bei welchen das Gemisch, das zu trennen ist, mit einem sogenannten Molekularsieb in Berührung gebracht wird, welches die Komponenten des Gemisches, die eine bestimmte Molekülstruktur oder Konfiguration haben, selektiv sorbiert.
Adsorbentien, welche ungesättigte Verbindungen, wie olefinische und aromatische Kohlenwasserstoffe und organische, polare Radikale enthaltende Verbindungen vermöge der Oberflächeneingeschaften des festen Adsorbens selektiv zurückhalten, sind beispielsweise feste Adsorbentien, wie Silikagel (entwässert),
<Desc/Clms Page number 2>
aktivierte Kohle, die Aluminiumsilikate (wie die verschiedenen Tone und aktivierten Silikagele, einschliesslich solcher typischer Vertreter wie Attapulgit, Montmorillonit, entwässerte synthetisch hergestellte Zusammensetzungen aus Tonerde und Kieselsäure, die durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich jedoch etwas unterhalb des ungefähren Schmelzpunktes der Zusammensetzung aktiviert sind), aktivierte Tonerde, insbesondere y-Tonerde, und ebenso auch andere Stoffe ähnlichen Charakters.
Zu den festen Sorbentien von der Type des Molekularsiebes, die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendbar sind, wie poröse Alkalimetall- und Erdalkalimetallaluminosilikatsorbentien gehören solche, die Poren mit einer lichten Weite von etwa 4 A (verwendbar z. B. bei der Trennung aliphatischer Kohlenwasserstoffe mit 2-4 Kohlenstoffatomen pro Mol) und solche, die Poren mit einer lichten Weite von etwa 5 A aufweisen, d. s. Poren, die weit genug sind, um den Eintritt von geradkettigen Verbindungen wie geradkettigen Kohlenwasserstoffen von 4 bis 20 Kohlenstoffatomen zu gestatten, die aber nicht genug weit sind, um Verbindungen mit verzweigter oder cyclischer Struktur aufzunehmen.
Typische Einsatzgemische, welche durch Inberührungbringen mit einem festen aktivierten Sorbens getrennt werden können, sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
EMI2.1
<tb>
<tb>
Einsatzgemisch <SEP> Von <SEP> den <SEP> festen <SEP> Adsorbens <SEP> adsorbierte <SEP> Komponenten
<tb> Paraffinkohlenwasserstofffraktionen <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Merkaptane <SEP> und/oder <SEP> Amine
<tb> Gehalt <SEP> an <SEP> Merkaptanen <SEP> und/oder <SEP> Aminen
<tb> Paraffine <SEP> und <SEP> Olefine <SEP> Olefine
<tb> Aromaten <SEP> und <SEP> Nichtaromaten <SEP> Aromaten
<tb> Wasserdampf <SEP> und <SEP> Inertgas <SEP> Wasser
<tb> Kohlenwasserstoffe <SEP> mit <SEP> Phenolen <SEP> und/oder <SEP> Phenole <SEP> und/oder <SEP> organische <SEP> Schwefelverbinorganischen <SEP> Schwefelverbindungen <SEP> dungen
<tb>
Typische Einsatzgemische, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren vermittels eines Sorbens der vorerwähnten Art, das Poren mit einer lichten Weite von 4 bis etwa 5 A besitzt, getrennt werden können, sind Kohlenwasserstoffgemische,
die Kohlenwasserstoffe mit geradkettiger Struktur und Kohlenwasserstoffe mit verzweigter oder cyclischer Struktur enthalten. So kann ein verzweigtkettiger Kohlenwasserstoff wie 2, 3-Dimethylbutan oder ein cyclischer Kohlenwasserstoff wie Cyclohexan oder ein Gemisch dieser Kohlenwasserstoffe leicht als ein nicht sorbiertes Raffinat von einem geradkettigen Kohlenwasserstoff wie n-Hexan (das Einsatzgemisch ist auf dem üblichen Wege durch fraktionierte Destillation sehr schwierig zu trennen) durch Inberührungbringen des Einsatzgemisches dieser Hexane mit Teilchen eines festen Sorbens, wie es oben erwähnt wurde, wie eines entwässerten Metallaluminiumsilikatsorbens, das auch als ein Molekularsieb bekannt ist, getrennt werden.
Eine andere Art von Trennverfahren, für welche das vorliegende Verfahren anwendbar ist, ist jene, welche die chemische Reaktion mit einem festen Sorbens (Reaktant) umfasst, das in einem Festbett ruht, wobei die sorbierbare Komponente (der andere Reaktant) in einem Fliessstoffstrom, der sie enthält, zugeführt wird.
Typisch für eine solche Trennung ist die Herausnahme von Metallen der alkalischen Erden aus sogenanntem hartem Wasser, um dieses dabei weich zu machen und/oder in einem Deionisierungsprozess zu deionisieren oder ein Decarbonylierungsprozess zu der Abscheidung von Aldehyden, Ketonen und Carbonsäuren von einem nicht wässerigen Gemisch von Alkohol.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann man sich so wie das vorerwähnte neuerdings entwickelte kontinuierliche Sorptionsverfahren ausgeführt vorstellen, in einer Reihe von vier untereinander zusammenhängenden Zonen einer einzigen Masse von festem Sorbens, die keine scharfe Linie oder Demarkation zwischen den einzelnen Zonen aufweist und wobei diese Zonen lediglich durch die Punkte definiert sind,
EMI2.2
ist dann die Desorptionszone und die vierte und letzte stromabwärts liegende Zone ist die zweite Rektifikationszone. Das feste Sorbens ist üblicherweise in einer langgezogenen vertikalen Kolonne, vorzugsweise in der Form einer langgestreckten kontinuierlichen Masse des Sorbens enthalten.
Vorzugsweise ist die Sorptionsmasse in eine Reihe von Abteilungen oder Betten mit Partien von wesentlich reduziertem Querschnitt zwischen den einzelnen Abteilungen, von denen jede gleichfalls das Sorbens enthält, unterteilt.
Die letztere bevorzugt verwendete Anordnung ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht und im folgenden näher beschrieben.
Beim erfindungsgemässen Verfahren tritt beim Arbeiten mit einem festen Sorbens in einer Reihe von Festbetten so wie bei dem vorerwähnten neuerdings entwickelten kontinuierlichen Sorptionsverfahren das Einsatzgemisch am Einlassende von einem der Festbetten ein und fliesst durch dieses erste Bett, der nicht sorbierte Anteil des Einsatzgemisches verlässt das erste Bett in der Sorptionszone und tritt in das nächste benachbarte stromabwärts liegende Bett der Sorptionszone ein.
Es sind eine genügende Anzahl solcher Festbetten in Reihe (obgleich in einigen Fällen ein Bett genügen kann) benachbart und unterein-
<Desc/Clms Page number 3>
ander verbunden zur im wesentlichen vollständigen Herausnahme der selektiv sorbierbaren Komponente (des Sorbates) aus dem Einsatzgemisch vorgesehen und es entsteht so ein Strom der nicht sorbierbaren oder Raffinatkomponente, der am Ausgang des letzten Bettes der Sorptionszone austritt.
Der Ausgang dieses letzten Bettes der Sorptionszone enthält einen Auslass, durch welchen ein Teil der nicht sorbierten
Raffinatkomponente im Gemisch mit einem Teil des kontinuierlichen Fliessstoffstromes abgezogen wird.
Der verbleibende Teil des von der Sorptionsabteilung ausfliessende Raffinatstromes setzt den Lauf durch eines oder mehrere nachfolgende Festbetten, welche die primäre Rektifikationszone des Verfahrens dar- stellen, fort und wird am Ausgang des ersten Bettes in der Rektifikationsabteilung mit einem eintretenden
Strom des Desorbens vereinigt. Das Desorbens (ein Material, das geeignet ist, die aus dem Einsatzgemisch bereits an das feste Sorbens während des vorhergehenden Kreislaufverfahrens sorbierte Komponente abzuziehen) fliesst durch eine oder mehrere nächste nachfolgende Betten, welche die Desorptionszone darstellen.
Der in diese Zone einlaufende Strom umfasst daher ein Gemisch von Desorbens und Sorbat, das in einem früheren Arbeitskreislauf aus dem Einsatz sorbiert und von dem festen Sorbens durch In- berührungbringen mit dem Desorbens freigemacht wurde. Das Desorbens wird in einer Menge zugegeben, welche ein molares Verhältnis von Desorbens (das das Sorbens umgibt) zu Sorbat (innerhalb der Poren des Sorbens) an jedem beliebigen Punkt sichert, das wenigstens grösser als 1 : I und vorzugsweise mindestens 10 : 1 und bis zu etwa 30 : 1 ist.
Am Ende der Desorptionsabteilung des Verfahrens wird ein Strom, der einen Teil des Sorbates, Desorbens und umlaufenden Fliessstoffes (falls letzterer von Desorbens verschie- den ist) aus dem Verfahren als Endprodukt oder als ein Zwischenprodukt für eine weitere Reinigung, falls eine solche erwünscht ist, abgezogen. Dieser Strom kann fraktioniert werden (z. B. in einer Hilfsdestillier- anlage), um das Desorbens von einem relativ reinen Sorbatprodukt zu trennen.
Der verbleibende Teil von Desorbens und Sorbat, der nicht durch den Desorbens-Sorbatauslass abgezogen wurde, setzt seinen
Lauf stromabwärts durch eines oder mehrere nächste nachfolgende Festbetten des Sorbens fort, die als zweite Rektifikationszone des Verfahrens bezeichnet werden und in denen das Raffinat aus dem Sorbens und aus den Lücken zwischen den Teilchen des Sorbens vermittels der Desorbens-Sorbatmischung ausgewaschen wird. Das Desorbsnsniessstoffgemisch, das aus dem Ausfluss aus dem ersten Bett in der zweiten Rektifikationsabteilung besteht, vereinigt sich nunmehr mit dem hereinkommenden Einsatzgemisch wie letzteres, wie vorerwähnt, in das erste Bett der Sorptionszone eintritt.
Während des Ablaufes des obigen kontinuierlichen Verfahrens der Sorption und Desorption werden die Punkte, an denen die nicht sorbierte oder Raffinatkomponente des Einsatzes ebensowohl wie diejenigen Punkte, an denen die selektiv sorbierte oder Sorbatkomponente abgezogen wird, periodisch, gleichzeitig und in gleichem Masse an Punkte vorgerückt, die gegenüber ihrer früheren Stellung stromabwärts gelegen sind. Letztlich langt der Punkt, an welchem das Einsatzgemisch in das Verfahren eingeführt wird, an dem Punkt an, an welchem die Sorbatkomponente in einer früheren Stufe des Verfahrens abgezogen wurde, und es wird auf diese Weise ein Ring des Verfahrenskreislaufes vervollständigt.
Jedes Bett in dem System ist durch einen Kanal oder eine Leitung mit einem äusseren Verteilungszentrum verbunden, das von Zeit zu Zeit einen Strom in ein Bett hinein oder aus einem Bett heraus leitet, abhängig von der bestimmten Stufe des Verfahrens, in welcher sich das Bett befindet und wie dies durch ein vorbestimmtes Programm, nach welchem das Verteilungszentrum arbeitet, bestimmt ist. In jedem bestimmten Augenblick während des Verfahrens erhält ein Bett aus der Reihe von dem Verteilungszentrum Einsatzgemisch durch Leitungen und Ventile, die vorzugsweise den Eingang in das Bett (der auch der Ausgang aus dem nächsten im Stromfluss oberhalb gelegenen Bett ist) mit dem Verteilungszentrum verbinden.
Von dem Ausgang eines weiter stromabwärts gelegenen Bettes werden die nicht sorbierten Komponenten des Einsatzgemisches abgezogen, gleichfalls durch Verbindungsleitungen, Ventile u. a. Einrichtungen, die zum Verteilungszentrum führen. Ein noch weiter abwärts gelegenes Bett wird gleichzeitig durch ähnliche Leitungen und Ventile mit einem Strom des Desorbens versorgt, während an einem noch weiter stromabwärts gelegenen Punkt das Sorbat (die selektiv sorbierte Komponente des Einsatzes), das mittels des Desorbens von dem Sorbens abgezogen wurde, vom Ausgang des letzten Bettes der Desorptionszone durch Leitungen und Ventile abgezogen wird, welche durch dasselbe Verteilungszentrum zu einer ausserhalb gelegenen Abscheide- oder Lagereinrichtung geführt werden können.
Eine Pumpe zur Beförderung der Flüssigkeit ist in dem System (an einem geeigneten Punkt zwischen zwei benachbarten Betten) zur Aufrechterhaltung des kontinuierlichen Umlaufes des zirkulierenden Fliessstoffes vorgesehen. Nach einer bestimmten Arbeitsperiode werden die entsprechenden Zu- und Ablaufpunkte entlang des Weges des zirkulierenden Fliessstoffes bewegt, indem sie in einer Richtung stromabwärts zu dem nächsten benachbarten Bett in der Reihe vorgerückt werden. Diese periodische Vorrückung wird durch das Öffnen und Schliessen geeigneter Ventile in jeder der die Betten mit dem Verteilungszentrum verbindenden Leitungen vervollständigt.
Es ist klar, dass bei dem vorerwähnten neuerdings entwickelten kontinuierlichen Sorptionsverfahren die Leitungen und Teile der Anlage, welche dem letzten vorhergehenden stromaufwärts gelegenen Bett (namentlich knapp vor der Vorrückung) zuletzt Einsatzgemisch zuführten, das Einsatzgemisch noch enthalten und dass, wenn die ein solches Bett mit dem Verteilerzentrum verbindende Leitung anschliessend zum Transport der Sorbatkomponenten zum Verteilerzentrum benutzt wird, das zurückbleibende, noch in der Leitung und andern Apparateteilen vorhandene Einsatzgemisch den Sorbatstrom verunreinigen wird.
Sobald jedoch die Leitung und die Einrichtungsteile, die zuletzt Einsatzgemisch vom Verteilerzentrum zum Kontakt mit dem festen Sorbens führen, erfindungsgemäss
<Desc/Clms Page number 4>
gespült werden und unmittelbar nachdem der Fluss zu dem nächsten Bett in der Reihe (und damit zu der nächsten Stellung in der Sorptionsmasse) vorgerückt wurde, u. zw. mit einem Spülstrom in einer Menge, welche die Leitung und die Einrichtungsteile von dem darin vorhandenen Einsatzgemisch befreien, so wird, wenn dann eine solche Leitung nach einer nachfolgenden Vorrückung der Ein- und Auslässe den Sorbatstrom führt, das Sorbat bloss mit dem Spülstrom vermischt werden, von welchem es leicht durch eine Fraktionierung oder auf andere Weise zu trennen ist.
Es wird daher beim erfindungsgemässen Verfahren jede Leitung oder jeder Durchflussgang, welcher das Verteilerzentrum oder die programmgebende Vorrichtung mit der Sorptionsmasse verbindet und welcher Einsatzgemisch enthält, da diese Vorrichtungsteile zur Beförderung des Einsatzgemisches in die Sorptionszone des Verfahrens verwendet werden, von seinem Gehalt an Einsatzgemisch nach jeder einzelnen derartigen Verwendungsperiode und ehe irgendein anderer Verfahrensstrom durch diese Leitung oder durch diesen Durchflussgang geschickt wird, mittels eines Spülstromes befreit.
Der Spül- oder Reinigungsstrom, der für diesen Zweck verwendbar ist, kann ein normalerweise gasförmiges Material sein, wie Stickstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Methan, Äthan oderPropan, oder er kann aus dem in dem Verfahren verwendeten Desorbens (normalerweise ein Material, welches leicht von dem Sorbatprodukt zu trennen ist) bestehen oder er kann eine Flüssigkeit sein, die im wesentlichen oberhalb oder unterhalb des Siedepunktes oder des Siedebereiches der Einsatzmischung siedet.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemässen Verfahrens und eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung derselben ist in der Zeichnung in den Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es ist jede Vorrichtung geeignet, welche umfasst : eine Reihe von Festbetten oder ein einziges kontinuier- liches Bett des Sorbens, verbindende Einrichtungen zur Führung eines Fliessstoffstromes zwischen den
Betten oder verschiedenen Punkten in einem kontinuierlichen Bett und eine geeignete Vorrichtung, wie ein Mehrfachventil oder ein Vielfachventil und Einzelventile zur Vorrückung der Ein- und Auslaufpunkte für die verschiedenen Zu- und Ablaufproduktströme, welche in dem Verfahren zur Verwendung kommen können. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Kontakteinrichtung ist in Fig. 1 dargestellt.
Kolonne 101 kann geeignet geformte Unterteilungseinrichtungen enthalten, welche die vertikale Kolonne in eine Reihe von benachbarten Kontaktstufe oder Betten 201-212 unterteilen, wobei jede Stufe oder jedes Bett von den benachbarten Stufen oder Betten (mit Ausnahme der obersten und der untersten Stufe) durch ein trichterartiges Teilungsglied getrennt ist, wie etwa der Teiler 102 in Stufe 201, der einen Abstieg 103 mit verringerter Querschnittsöffnung zur nächstfolgenden Stufe 202 aufweist, welcher ein querliegendes
Teilungsglied JM, das den oberen Abschluss der Stufe 202 darstellt, durchbricht.
Eine geeignete programmgebende Vorrichtung für den Wechsel der Punkte des Zu- und Ablaufes in und aus der Kontaktkolonne und zur Vorwärtsbewegung jedes derselben um gleiche Beträge und in einer Richtung stromabwärts während des Verfahrensablaufes ist durch das Ringventil 105 veranschaulicht, das ein Ventilgehäuse A und einen kontinuierlich und flüssigkeitsdicht in diesem drehbaren Ventilkörper B besitzt. Das Ventilgehäuse A besitzt Ein-und Auslauföffnungen 1-12, die so angeordnet sind, dass sie mit mindestens vier im Inneren vorhandenen Durchflussgängen verbunden sein können, die zumindest zwei getrennte Einlassströme und zumindest zwei getrennte Auslassströme herstellen, wobei die zwei Einlassdurchflussgänge mit den zwei Auslassdurchflussgängen alternieren.
Fig. 2 zeigt in vergrösserter Darstellung einen Schnitt durch das erwähnte Ventil der Fig. 1 und illustriert die Kanäle in dem Ventilkörper zur Beförderung eines geringen Spülstromes und der getrennten Ein-und Auslaufströme.
Der Durchlass 1 im Ventilgehäuse A ist eine Öffnung, durch welche Fliessstoffströme in dem und vom Ventilkörper B durch Leitung 106 geführt werden, welche Leitung den Durchlass 1 im Ventilgehäuse mit dem obersten Teil des Kontaktbettes 201 verbindet. In ähnlicher Weise verbindet der Durchlass 2 in dem Ventilgehäuse das Ventil über Leitung 107 mit dem Abstieg 103 zwischen den Kontaktbetten 201 und 202 der Kolonne 101. Die Durchlässe 2-12 des Ventilgehäuses stehen in gleicher Weise mit den Kontaktbetten 202-212 durch einen Kanal in Verbindung, der in jeder bestimmten Stellung des Ventilkörpers B für einen der verschiedenen Zu- und Ablaufströme des Verfahrens geöffnet oder geschlossen sein kann.
Der Einfachheit halber wird das erfindungsgemässe Verfahren unter Bezugnahme auf einen bestimmten Einsatz, bestehend aus einem Gemisch von n-, Cyclo-und Isohexanen und ein festes Sorbens, bestehend aus getrennten, allgemein körnigen Teilchen eines Metallaluminosilikates, das weiter oben als Molekularsieb bezeichnet wurde, beschrieben.
Das Gemisch der Hexane wird durch Leitung 108 in das Verfahren eingeführt. Unter Regelung durch das Ventil 109 gelangt es in die Mittelachse 110 des Ventilkörpers B, die durch ein Teilerglied 111 in vier Abteilungen unterteilt ist. Das Einsatzgemisch wird durch die Mündung 112 in den Durchflussgang 113, der mit dem nach aussen führenden Durchlass 1 des Ventilgehäuses A in Verbindung steht, gefördert. Der Strom tritt sodann in Leitung 106 ein, welche mit Leitung 134 verbunden ist, welch letztere den umlaufenden Trägerfliessstoff vom Boden der Kontaktkolonne (Bett 212) zum oberen Ende des Kontakt-
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
und CycloparaffinkomponentenBett 201 durch den Abstieg 103 abgezogen wird.
Alles was an n-Hexankomponente in dem das Bett 201 verlassenden Strom noch verbleibt, ist dazu bestimmt, durch das im Kontaktbett 201 vorhandene Sorbens aus dem Strom herausgenommen zu werden. Allgemein ist eine genügende Anzahl zusammenhängender Festbetten vorgesehen, um die Gesamtmenge der vorhandenen n-Komponente aus dem Ausgangsgemisch herauszunehmen und lediglich die verzweigtkettigen und cyclischen Komponenten in dem abfliessenden
Strom zu belassen.
Der Fliessstoff des kontinuierlichen Kreislaufes, der vorhin als Trägerfliessstoff bezeichnet wurde, ist üblicherweise ein Überschuss des Desorbens und in dem Falle, dass die Sorption mit Hilfe eines Molekularsiebsorbens vorgenommen wird, enthält sie in der Hauptsache eine Verbindung von geradkettiger Struktur, die einen niedrigeren Siedepunkt und ein niedrigeres Molekulargewicht hat als die geradkettige Komponente des Einsatzgemisches. In dem hier beschriebenen bestimmten Fall wird n-Butan als Trägerfliessstoff verwendet und durch Leitung 134 dem Bett 201 zugespeist, in welchem es praktisch die gesamten Poren des Sorbens füllt, ehe das Einsatzgemisch beginnt, in das Bett einzuströmen.
In dem Masse, in dem nun das Einsatzgemisch in das Bett 201 einströmt ehe die Vorrückung des Einsatzgemischeinlasses zur Zone 201 erfolgt, verdrängt nunmehr das n-Hexan das als Trägerfliessstoff verwendete n-Butan aus den Poren des Molekularsiebsorbens.
Eine der stromabwärts gelegenen Kontaktzonen, wie etwa Bett 203, wird das letzte Bett in der Reihe jener sein, die miteinander die Sorptionsabteilung der Kolonne ausmachen und es besteht sodann der aus Bett 203 abfliessende Strom im wesentlichen aus reinen Raffinatkomponenten (Cyclohexan und Isohexan) im Gemisch mit überschüssigem Trägerfliessstoff. Nachdem der Fliessstoffstrom das Kontaktbett 203 passiert hat, wird zumindest ein Teil davon über Leitung 115, die mit dem Durchlass 4 im Ventil 105 verbunden ist, abgezogen. Der so abgezogene Raffinatstrom wird aus dem Verfahrensgang über den Durch-
EMI5.1
diese Weise abgeführte Menge wird durch ein Ventil 119 geregelt, um auf diese Weise für einen Rückstand an Raffinatgemisch in der Kolonne 101 zu sorgen, der in das nachgeschaltete Kontaktbett 204 fliesst.
Es ist erwünscht, dass dieser Raffinatrückstand mindestens 20 Vol.-% des durch den Abstieg 114 gehenden Materials, vorzugsweise mindestens etwa 40% und bis etwa 80% desselben, beträgt. Da dieser Rückstandsstrom durch Bett 204 und die stromabwärts gelegenen Betten fliesst, besetzt der Trägerfliessstoff n-Butan die Poren des festen Sorbens und die Isohexan- und Cyclohexanraffinatkomponenten besetzen die Zwischenräume oder Lücken zwischen den Teilchen desselben.
Die Reihe der Betten zwischen dem Raffinataustragungspunkt durch Leitung 115 und dem Desorbenseintrittspunkt, wovon nachstehend noch die Rede sein wird, stellen die primäre Rektifikationsabteilung dar, in der sich die Komponenten des Flüssigkeitsstromes neu ordnen. In dieser Abteilung werden sich die verzweigtkettigen und cyclischen Hexankomponenten, die in dem Rückstandsanteil von dem Fliessstoffstrom, der durch die Raffinataustragungsleitung 115 geht, vorhanden sind, im Bett 204 anreichern, während viel weniger davon im Bett 205 und im wesentlichen gar nichts mehr im Bett 206 vorhanden sein wird.
Es verunreinigt daher das Raffinat den umlaufenden Fliessstoff hinter dem dritten oder äusserstenfalls dem vierten, vom Bett, aus dem das Raffinat abgezogen wurde, stomabwärts gelegenen Bett nicht mehr.
An einem weiter stromabwärts gelegenen Punkt in der Reihe der Betten des Sorbens, z. B. bei dem Abstieg 120, wird ein Desorbensstrom der Kontaktkolonne 101 zugeführt, der also mit dem Fliessstoffstrom, der das Bett 206 verlässt, zusammenkommt. Das Desorbens, das, wie vorher erwähnt, auch wie der Träger- fliessstoff wirkt, wird durch Leitung 122 in einer durch Ventil 123 geregelten Menge in das Verfahren eingeführt. Der Strom desselben fliesst sodann in den inneren Durchflussgang 125, durch die Mündung 124 in die hohle Achse des Ventilkörpers B vom Ventil 105, durch den Eingangsdurchlauf 7 im Gehäuse A des Ventils 105 und in die Leitung 121, welche ihn zu dem Abstieg 120 führt.
Die auf diese Weise zugeführte Menge des Desorbens ist ausreichend bemessen, um die n-Hexan-Komponente, die in einem früheren Teil des Kreislaufverfahrens aus dem Einsatzgemisch sorbiert wurde, aus den Poren des Molekularsiebsorbens zu verdrängen. Die Menge des n-Butans, die erforderlich ist, um dies zu bewirken, liegt im allgemeinen zwischen etwa l, 5 bis etwa 15 Mol des Desorbens pro Mol der n-oder geradkettigen Komponente, die aus dem Einsatzgemisch in die Poren des Sorbens sorbiert wurde, im Falle des vorliegenden Beispieles vorzugsweise von etwa 3 bis 10 Mol n-Butan pro Mol sorbiertes n-Hexan. In den Fällen anderer Einsatzgemische und anderer Trennsysteme muss das Molverhältnis von Desorbens zu der zu verdrängenden Komponente gleichfalls in der angegebenen Grössenordnung liegen.
Das Gemisch von Desorbens (n-Butan) und verdrängtem Sorbat (n-Hexan), das durch die Verdrängung des n-Hexans aus dem beladenen Sorbens vermittels n-Butan entstanden ist, fliesst vom Bett 207 in die
EMI5.2
ist. Der durch den Kanal 127 gebildete Auslass ist der erste offene Auslass, aus dem das Gemisch, das nButan-Desorbens und zurückgebliebenes n-Hexan-Sorbat enthält, aus der Reihe jener Betten abgezogen werden kann, welche auf den Rafnnatauslaufskanal U folgen. Alle andern Auslässe sind durch die festen Teile des Ventilkörpers B des Ventils 105 blockiert. Der das Bett 209 verlassende Fliessstoffstrom fliesst
EMI5.3
und das Ventil 131 in eine zusätzliche Verarbeitungsvorrichtung, die nicht dargestellt ist, um weiter gereinigt oder so wie er ist, verwendet zu werden, falls dies gewünscht ist.
Eine derartige zusätzliche Ein-
<Desc/Clms Page number 6>
richtung kann eine Destillation umfassen, z. B. zur Abtrennung eines angereicherten n-Butanstromes (der zurückgeführt werden kann) von einer abgetrennten Fraktion des n-Hexan-Sorbates.
Um einen Rückstandsstrom zum kontinuierlichen Umlauf in der Anlage zur Verfügung zu haben, wird lediglich ein Teil des gesamten, am Ausgang der Kontaktzone 209 anlangenden Stromes zur Entfernung aus dem Verfahren aus dem Abstieg 126 abgezogen. Der verbleibende Teil des Gemischstromes aus nButan und n-Hexan fliesst in das Kontaktbett 210 und aufnahmefähige Betten des festliegenden Sorbens, welche eine weitere Rektifikation der Komponenten des Gemisches bewirken. Die Reihe der Betten 210, 211 und 212 stellt die zweite Rektifikationsabteilung des Verfahrens dar, in welcher die Isohexane mit einem Strom von gemischtem n-Hexan und n-Butan aus den Betten herausgewaschen werden.
An einem gewissen Punkt des Systems muss der Druck des Fliessstoffes erhöht werden, um ihn im Umlauf zu halten. Dies wird zweckmässig vermittels des Kompressors oder der Pumpe 133 erreicht, welche den Ausfluss aus dem Abstieg 132 ansaugt und mit höherem Druck in Leitung 134 abgibt, welche mit dem Ventil 135 ausgerüstet ist, das den Strom des kontinuierlich umlaufenden Fliessstoffes zur Spitze der Kontaktzone 201 regelt, welcher seinen Umlauf in der oben beschriebenen Weise wiederholt.
Jeder der vorerwähnten Arbeitsgänge geht im wesentlichen gleichzeitig vor sich, wenn sich der Ventilkörper B des Ventiles 105 kontinuierlich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, derart, dass in einem bestimmten Augenblick nachher jedes Bett, bezogen auf den kontinuierlich abwärts fliessenden Fliessstoffstrom, kontinuierlich zu einem mehr stromaufwärtsgelegenen Bett wird.
Wird das Verfahren in der eben beschriebenen Weise ausgeführt, so sind die Sorbat- und Raffinat- ströme in dem Ausmass verunreinigt, welches sich durch den zurückbleibenden Fliessstoffstrom ergibt, der in den Leitungen, die von der Kontaktkolonne zu dem Ventildurchlass führen, von einem früheren
Teil des Kreislaufverfahrens zurückgeblieben ist. Es ist die Verbesserung gemäss der Erfindung, dass die
Leitungen und Apparateteile, die zuletzt Einsatzgemische befördert haben, mit einem Material, das von der andem gewünschten Komponente leicht zu trennen ist, durchgespült werden.
Hiefür kann beispiels- weise ein geringfügiger Zwischenstrom des Desorbens als die Reinigungsflüssigkeit oder auch ein Material verwendet werden, das als Externspülmittel bezeichnet werden könnte, wenn der der Reinigung dienende Fliessstoff von einer Quelle ausserhalb des Verfahrens zugeführt wird.
In den Fig. 1 und 2 sind beide Möglichkeiten veranschaulicht, die Ausführungsform des erfindung- gemässen Verfahrens bei welcher ein geringer Zwischenstrom von Desorbens innerhalb des Systems selbst durch die Leitungen und andern Apparateteile, welche zuletzt das Einsatzgemisch führten, gelenkt wird und die alternative Ausführungsform, bei welcher zur Spülung der Leitungen und andern Apparate- teile ein Strom von einer ausserhalb gelegenen Quelle zugeführt wird. In den Fig. 1 und 2 ist die Stellung des sich drehenden Ventilkörpers B festgehalten, bei welcher der Einsatz durch Leitung 106 in die Kolon- ne 101 eingeführt wird, und der Einsatz in das Bett 201 der Kolonne eintritt.
Die Leitung, welche zuletzt den Einsatz führte, (als die Stellung des Drehkörpers eine Stufe früher als zur Einführung des Einsatzes in Bett 201 war), war Leitung 136, welche den Einsatz in das Bett 212 führte. Die dargestellten Mittel, durch welche ein geringer Zwischenstrom eines im Verfahren erzeugten desorbensreichen Fliessstoffes vermittels gewisser Teile des Ventils und die Leitungen, die vom Ventil zur Kontaktkolonne führen, von einem stromabwärtsgelegenen Bett abgezweigt wird, sind ein Kanal durch den Ventilkörper B des
Ventils 105, der den Durchlass 8 mit dem Durchlass 12 verbindet.
Dieser Kanal schafft eine unabhängige
Verbindung durch den Ventilkörper, wobei der desorbensreiche Strom (Gemisch aus n-Butan und einer kleinen Menge n-Hexan) von dem Abstieg des Bettes 207 durch Leitung 137 und in den Durchlass 8 des
Ventils 101 abgezogen werden kann. Der desorbensreiche Strom, der durch den Durchlass 8 in Leitung 137 fliesst, verdrängt den Rückstand der Sorbatkomponente, der mit dem in Leitung 137 und dem Durchlass 8 vorhandenen Desorbens vermischt ist, da diese Leitung 137 vorher zum Abziehen der Sorbatkomponente verwendet wurde, welche mit Desorbens vermischt war (als der Ventilkörper 105 in derjenigen Stellung war, in welcher Einsatzgemisch in den Durchlass 11, die Leitung 149 und das Bett 211 der Kontaktkolonne eintrat).
Der Desorbensstrom und das Sorbat-Desorbens-Gemisch, welches durch diesen Desorbensstrom verdrängt ist, fliessen durch Kanal 138, die Mündung 139, Leitung 140 mit dem Regelventil 141 und durch
Leitung 142 zur Pumpe 143, welche den Druck dieses Stromes auf jenen Stand erhöht, der erforderlich ist, dass ein positiver Druckantrieb durch die stromaufwärts gelegenen Betten der Kontaktkolonne entsteht.
Dieser Strom wird von der Pumpe 143 durch Leitung 144 die Mündung 145, den Kanal 146 und heraus durch den Durchlass 12 und Leitung 136 gedrückt, die mit dem Bett 212 der Kontaktkolonne in Verbindung steht. (Durchlass 12 und Leitung 136 stellen die zuletzt benützte Einsatzgemisch-Einspeisleitung dar, u. zw. vor dem Augenblick, als der Zuführungspunkt des Einsatzgemisches auf den Durchlass 1 und Leitung 106 vorgerückt wurde). Das als Spülstrom verwendete Volumen ist genügend gross, um praktisch das gesamte Einsatzgemisch aus dem Durchlass 12 und der Leitung 136 zu verdrängen.
Das für diesen Zweck benötigte Volumen ist zumindest gleich dem Gesamtvolumen des in Durchlass 12 und der Leitung 136 vorhandenen Fliessstoffes. Wegen der Tendenz in der Richtung einer teilweisen Mischung zwischen dem Spülstrom und zu verdrängenden Rückstand des Einsatzgemisches, insbesondere an der Berührungsfront zwischen der Sorbatkomponente, die mit Desorbens vermischt ist, und dem Einsatzgemisch, ist es im allgemeinen vorzuziehen, ein Spülvolumen anzuwenden, das etwas grösser ist, als das Gesamtvolumen der Leitung und des Durchlasses, aus denen das Einsatzgemisch zu verdrängen ist, im allgemeinen von 1, 2 bis etwa 3, 5 Volumina des Spülmittels pro Volumen der Leitung und des Durchlasses, die den Rück-
<Desc/Clms Page number 7>
stand an Einsatzgemisch enthalten.
Die Sorbatkomponente, die mit dem Desorbens gemischt ist, wird in dem gespülten Durchlass und in der Leitung belassen. Dies ist nicht nachteilig, da die gespülte Leitung und der Durchlass anschliessend zum Abziehen von Sorbat-Desorbens-Gemisch aus der Kolonne verwendet werden wird. Es ist auch nicht nachteilig, dass etwas von der Sorbatkomponente, vermischt mit dem
Desorbens, in der Leitung und dem Durchlass belassen sein kann, von welchem der desorbensreiche
Strom abgezogen wurde, um die Spülung einzuleiten, da dieser Durchlass und diese Leitung (Durchlass 8 und Leitung 137 in diesem Falle) in der nächstfolgenden Stufe des Verfahrenskreislaufes zur Beförderung von Desorbens zum Bett 208 verwendet werden wird und mit dem Desorbens gefüllt bleibt,
bis diese Appa- rateteile in einer noch späteren Stufe des Verfahrenskreislaufes zum Abziehen der mit Desorbens vermischten Raffinatkomponente verwendet werden. Es ist daher bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens das vom Auslass eines stromabwärts gelegenen Bettes, in welches frisches
Desorbens eingeführt wird, abgezogene Volumen des desorbensreichen Spülstromes gerade ausreichend, um das Einsatzgemisch aus dem Ventildurchlass und der diesen mit der Kontaktkolonne verbindenden
Leitung vermittels des Sorbat-Desorbens-Gemisches, das in der Spülmitteleinlassleitung und dem Durchlass über den desorbensreichen Spülstrom anwesend ist, zu verdrängen.
Wenn der Ventilkörper B des Ventils 105 langsam entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, so wird der Fluss des Einsatzes in den Durchlass 1 (und hernach in das Bett 201) nach und nach vermindert, da der Durchlass 1 nach und nach blockiert wird, aber zur selben Zeit wird der Durchlass 2 geöffnet und seine Öffnungsweite steigt nach und nach an, bis der gesamte Strom des Einsatzgemisches in den Durchlass 2 und nichts mehr in den Durchlass 1 geleitet ist. Dabei wird der Einströmpunkt des Einsatzgemisches in die Kontaktkolonne von Leitung 106, welche das Bett 201 speist, auf den Durchlass 2 und Leitung 107 vorgerückt, welche mit dem Abstieg 103 in Verbindung steht und das Bett 202 speist, wobei die stromaufwärts gelegene Leitung 106 und der Durchlass 1 des Ventils 105 mit Einsatzgemisch gefüllt zurückgelassen werden.
Gleichzeitig mit der Vorrückung der Leitung, durch welche Einsatzgemisch in die Kontaktkolonne eingeleitet wird, von Leitung 106 aus Leitung 107, wird die Raffinatkomponente aus dem Ablaufstrom abgezogen, der nunmehr das Bett 204 verlässt, an Stelle des Bettes 203, durch welches er vorher abging, und durch den Abstieg 147 an Stelle des Abstieges 114 und durch Leitung 148, welche das Raffinat durch den Durchlass 5 in den Kanal 116 in den Ventilkörper und sodann durch den Raffinatauslass aus der Kolonne abgibt.
In gleicher Weise wird Desorbens, das vordem in das Bett 207 eintrat, durch den Abstieg 120, durch Leitung 137 aus dem Durchlass 8 des Ventilgehäuses in das Bett 208 eingeführt und es wird die Sorbatkomponente aus Bett 210 durch Leitung 149 in den Durchlass 11 abgezogen und dem Sorbatauslasskanal 130 zugeführt.
Sobald die Vorrückung der getrennten Einlässe für das Einsatzgemisch und das Desorbens und der getrennten Auslässe für das Raffinat und das Sorbat vor sich geht, rücken die Kanäle 138 und 146 auch gleichzeitig vor und der desorbensreiche Strom aus Bett 208 fliesst durch Leitung 150 in den Durchlass 9 des Ventilkörpers, ferner durch Leitung 138 und Leitung 146 in den Durchlass 1 und hernach in Leitung 106 in das Bett 201, das vordem in der letzten vorhergegangenen Verfahrensstufe Einsatzgemisch erhalten hatte.
Obgleich die Verwendung eines aus dem Verfahren selbst abgeleiteten desorbensreichen Stromes aus der Kontaktkolonne im allgemeinen die bevorzugte Quelle für den Spülstrom zur Entfernung des Einsatzgemisches aus den Ventildurchlässen und den Leitungen, die das Ventil mit der Kontaktkolonne verbinden, ist, kann der Spülstrom auch von einer ausserhalb gelegenen Quelle zugeführt werden und unterschiedlich zusammengesetzt sein. Ein solcher von ausserhalb zugeführter, der Reinigung dienender Fliessstoff ist gleichfalls vorzugsweise ein Material, welches leicht von den andern in Verfahren anwesenden Komponenten (z. B. auf Basis der Siedepunkte des betreffenden der Reinigung dienenden Fliessstoffes und der Sorbat- und Raffinatkomponenten des Einsatzgemisches) getrennt werden kann.
Insbesondere besteht er aus einem leichten Gas oder einer Flüssigkeit mit einem niedrigen Siedepunkt, der ausserhalb des Siedebereiches des Einsatzes oder des Desorbens, die im Verfahren verwendet werden, liegt. Bei Zuführung von einer solchen äusseren Quelle ist das Ventil 141 und Leitung 150 geschlossen und das Ventil 151 und Leitung 152, die mit Leitung 142 verbunden ist, geöffnet, wodurch der zur Reinigung dienende Fliessstoff von der externen Quelle über Leitung 144 und den Kanal 146 im Ventil in die Kontaktkolonne eingespeist wird.
Geeignete gasförmige Materialien zur Verwendung als Reinigungsstrom sind Inertgase, wie Stickstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Methan, Äthan, Propan u. dgl., welche schliesslich aus den Verfahren durch die verschiedenen Ausflussleitungen, welche die Kontaktkolonne mit dem Ventil verbinden, entweichen. Der der Reinigung dienende Fliessstoff kann auch aus reinem Desorbens bestehen, das von einer externen Quelle zugeführt wird, sich mit den verschiedenen Fliessstoffströmen in der Kolonne vermischt und schliesslich durch die Raffinat- und Sorbatkomponentenauslässe entfernt wird.
Um die Trennung vom Desorbens und Reinigungsstrom vom Produktstrom zu vereinfachen, ist es wünschenswert, dass die als Desorbens und Reinigungsmittel verwendeten Materialien einen Siedepunkt aufweisen, welcher genügend stark von den Siedepunkten der Raffinat- und Sorbatkomponenten differiert, damit sie von diesen leicht durch geeignete Fraktioniereinrichtungen und insbesondere durch eine einfache Destillation zu trennen sind. Die Abtrennung des Reinigungsmittels und des Desorbens durch Destillation kann wirkungsvoller durchgeführt werden, wenn für die Reinigungs- und Desorbensströme ein Material verwendet wird, das zumindest 10 C und vorzugsweise mehr, von 10 bis 50 C, unterhalb des ursprünglichen Siedepunktes des Einsatzes siedet.
<Desc/Clms Page number 8>
Das erfindungsgemässe Kontaktverfahren wird unter Bedingungen des Druckes, der Temperatur und unter Strömungsverhältnissen ausgeführt, welche von dem bestimmten verwendeten Einsatzgemisch, dem bestimmten in der Kontaktzone verwendeten Sorbens und der verlangten Reinheit des Endproduktes abhängen. In den meisten Fällen wird wegen des Zusammenhanges zwischen der festen Anordnung des Kontaktes in einem Bett oder in Betten mit den verschiedenen Fliessstoffströmen, die durch die Vorrichtung fliessen, ein Arbeiten in flüssiger Phase bevorzugt werden, was die Durchführung des Verfahrens bei Drücken erforderlich machen kann, die es gestatten, die Ströme bei bestimmten Arbeitstemperaturen in flüssiger Phase zu halten.
Bei einem Arbeiten in der Gasphase kann die in der Kontaktzone aufrechterhaltene Temperatur von 30 bis etwa 300'C variieren und es können die Drücke innerhalb des Bereiches von atmosphärischem Druck bis 20 oder mehr ata liegen. Beim Arbeiten in flüssiger Phase können die Temperaturen zwischen 0 und 200 C variieren und es können Drücke innerhalb des Bereiches von atmosphärischem Druck und 30 ata oder höher in Abhängigkeit von dem verwendeten Einsatzgemisch aufrecht erhalten werden.
Die Erfindung ist nachstehend noch durch ein Beispiel näher erläutert, in welchem eine typische Arbeitsweise nach dem vorerwähnten neuerdings entwickelten kontinuierlichen Sorptionsverfahren (Teil l) mit der erfindungsgemässen verbesserten Arbeitsweise verglichen wird.
Ausführungsbeispiel.
Teil 1. Ein Einsatzgemisch von n-Hexan, verzweigtkettigen Hexanen und Cyclohexan wurde in ein erstes Produkt bestehend aus relativ reinem n-Hexan und in ein zweites Produkt bestehend aus Iso- und Cyclohexanen, die im wesentlichen frei von n-Hexanen waren, getrennt, wobei eine Vorrichtung verwendet wurde, bei welcher eine Reihe von 24 vertikal übereinander angeordneten und untereinander verbundenen Festbetten verwendet wurde, welche in 4 Abteilungen von jeweils 6 Betten zusammengefasst waren.
Jede 6 Betten umfassende Abteilung war in einem 76, 2 mm starken Rohr aus rostfreiem Stahl von etwa 122 cm Länge untergebracht und jedes Bett enthielt etwa l, 77 1 eines Molekularsieb-Sorbens, bestehend aus Teilchen von Calciumaluminosilikat (Linde Air Products Co., 5A Sieb) unterschiedlicher Korngrösse in einem Bereich, in welchem 95 Gew.-% durch ein Sieb mit 5, 76 mm-Öffnungen durchgehen und zumindest 98 Gew.-% von einem Sieb mit 0, 3 mm Öffnungen zurückgehalten werden.
Jedes Bett besass einen Einlassnippel von verringertem Querschnitt (l cm Weite) im obersten Bereich und einen Auslassnippel von gleicher Grösse in seinem Boden. Der Auslass eines Bettes bildete gleichzeitig den Einlass des nächsten nachgeschalteten Bettes, wodurch eine durchgehende Verbindung in der Reihe der Betten gegeben war. Die Masse des Adsorbens war in jedem Bett auf einem oberhalb des Auslasses quer durch das Rohr angeordneten Sieb verteilt. Der Boden des 24. Bettes in der Reihe war durch eine Leitung mit dem obersten Teil des ersten Bettes verbunden und in diese Leitung war eine Pumpe eingesetzt, welche Flüssigkeit zum obersten Teil des Bettes Or. 1 unter einem Differenzdruck zwischen dem 24. und dem 1. Bett von etwa 4, 4 atm förderte.
Vier Spis- un Abzugleitungen aus Rohren mit 0, 64 cm lichter Weite (eine Einsatzgemisch-Speisleitung, eine Raffinat-Abzugsleitung, eine Desorbens-Speisleitung und eine Sorbatabzugleitung) waren vorgesehen und mit einem Zentralverteilerventil verbunden. Dieses Verteilerventil war ähnlich wie das in der Zeichnung der Fig. 1 und 2 illustriert Ventil ausgebildet. Es besass 24 Durchlässe, die mit 24 nahezu gleich langen Leitungen mit den 24 Festbetten des Sorbens in der Weise verbunden waren, dass die Leitungen an die Betten durch T-förmige Verbindungsstücke zwischen die Nippel der einzelnen Betten angeschaltet waren.
Durch diese Anordnung konnte ein getrennter Strom von Desorbens oder Einsatzgemisch jedem der Betten zugeführt und ein getrennter Strom von Raffinat oder Adsorbat von jedem einzelnen Bett abgeführt werden, u. zw. durch die Drehung des Ventilkörpers, der mit getrennten Kanälen und Durchführungen ausgebildet war, durch welche die Fliessstoffströme den Betten mit dem Sorbens zugeführt und von diesen abgeführt werden konnten.
Das Einsatzgemisch von Hexanen (40 Gew.-% n-Hexan, 60 Gew.-% Cyclohexan in Versuch 1 ; 40% n-Hexan, 60% Iso-Hexane in Versuch 2, wobei sich die Isohexane zusammensetzen aus 2-Methyl-
EMI8.1
Kanal zu dem Durchlass in dem Ventilkörper, der mit dem Abstieg zwischen den Betten Nr. 6 und 7 der Kontaktkolonne in Verbindung stand, und nach dem etwa 4 min Laufzeit einen Raffinatstrom (Gemisch von Isohexanen in Versuch 2) her ; in Versuch 1 wurde Cyclohexan, welches tieferstehend im einzelnen identifiziert wird, von dem mit dem Abstieg in Verbindung stehenden Auslass abgezogen. Sobald Einsatzgemisch in Bett Nr. 1 eintrat und Raffinatgemisch aus Bett Nr. 6 abgezogen wurde, floss gleichzeitig ein Strom von n-Butandesorbens in den Desorbenseinlass des Verteilerventils.
Das n-Butan wurde bei einer Temperatur von 40 C und unter einem Druck von etwa 6, 8 atm zugeführt. Mit einer Zulaufmenge von 3, 81 pro Stunde trat das n-Butan durch den Abstieg zwischen den Betten Nr. 12 und 13 in die Kontaktkolonne ein und floss durch die nachgeschalteten Betten abwärts, wobei es beim Abwärtsfliessen in flüssiger Phase durch die Betten das vordem absorbierte n-Hexan aus dem Sorbens verdrängte. Sobald der Desorbensstrom die Teilchen des Molekularsiebsorbens, die das vorher sorbierte n-Hexan enthielten, berührte,
<Desc/Clms Page number 9>
verdrängte das n-Butan das sorbierte n-Hexan und es wurde ein Gemisch von Sorbat (n-Hexan) und Desorbens (n-Butan) durch ein den Auslass von Bett Nr. 18 mit dem Sorbateinlass des Verteilerventils verbindendes Rohr abgezogen.
Die strömende Menge des Gemisches von Desorbens und n-Hexan, die durch eine den Abstieg von Bett Nr. 18 mit dem Einlass 19 des Ventils verbindende Leitung floss, war ausreichend, um den Nettoeinsatz an n-Hexan in das Verfahren zu entfernen. Der gesamte gemischte Sorbat-Desorbensstrom setzte seinen Weg durch die nachgeschalteten Betten 19-24 und in die mit dem Abstieg von Bett Nr. 24 verbundene Leitung fort, welche die Nettoablaufmenge vom Boden der Kolonne zum höchsten Punkt des Bettes Nr. 1 zurückführte. Eine in dieser Leitung liegende Pumpe erhöhte den Druck von 3, 05 atm am Ausgang aus dem Boden des Bettes 24 auf den im Bett Nr. 1 bestehenden Druck von 7, 5 atm.
Der flüssige Strom der gemischten Isohexane (Versuch 2) oder von Cyclohexan (Versuch l) und n-Butandesorbens, der durch die mit dem Abstieg von Bett Nr. 6 verbundene Leitung abgezogen wurde, wurde in eine Fraktionierkolonne umgeleitet, welche das flüchtige n-Butandesorbens aus dem als Bodenprodukt gewonnenen Produkt ausstreifte. Das Produkt aus Versuch 1 bzw. 2 enthielt 97, 7% Cyclohexan und 97, 3% Isohexane und nicht mehr als 2, 1% n-Hexan.
Der gemischte Desorbens-n-Hexan-Sorbatstrom vom Sorbatauslass des Verteilerventils ergab bei beiden Versuchen bei der fraktionierten Destillation Sorbatprodukte, die zu etwa 94% aus n-Hexan bestanden.
Die langsame, jedoch stetige Drehung des Ventilkörpers des Verteilerventils führte zu einem Zustrom des Einsatzgemisches zu Bett Nr. 1, dem Abzug von Raffinat aus Bett Nr. 6, dem Zustrom von Desorbens in Bett Nr. 13 und dem Abzug von Sorbat aus Bett Nr. 18 für einen Zeitraum von 2, 3 min, worauf der Zu- und Ablauf der entsprechenden Ströme zu und von den Betten Nr. 2,7, 14 und 19 einsetzte. Nach 3, 1 Arbeitsminuten wurde der Stromfluss an den Betten Nr. 1, 6, 13 und 18 unterbrochen, wobei ein Rückstand des Einsatzes im Durchlass 1 des Verteilerventilkörpers und in der diesen mit Bett Nr. 1 verbindenden Leitung verblieb.
Nach ungefähr 57 min kontinuierlichen Arbeitens waren der zulaufende Einsatzstrom, der abgehende Raffinatstrom, der zulaufende Desorbensstrom und der abgehende Sorbatstrom durch einen kompletten Zyklus von 24 Betten in der Kolonne vorgerückt und der Einsatz begann erneut in Bett Nr. 1 einzufliessen, womit ein neuer Arbeitszyklus begann.
Teil 2. In dem nachfolgenden Versuch wurden die strömenden Mengen der verschiedenen Ströme in und aus der Kontaktkolonne, die Temperaturen und Drücke auf denselben Werten gehalten, wie sie oben im 1. Teil des Beispiels im einzelnen angegeben wurden, mit der Ausnahme, dass an Stelle des im 1. Teil zur Verwendung gelangten Verteilerventils ein modifiziertes Verteilerventil verwendet wurde. Dieses modifizierte Ventil besass einen Kanal im Ventilkörper, der den dem ersten nach dem Bett, dem Desorbens zugespeist wurde, stromabwärts gelegenen Bett zugeordneten Durchlass mit dem Durchlass verband, der dem Bett zugeordnet war, dem in der letzten vorhergegangenen Stufe Einsatzgemisch zugeführt worden war (d. i. das erste Bett stromaufwärts von dem Einsatzgemisch erhaltenen Bett).
Diese Durchlässe waren durch geeignete äussere Leitungen und eine Pumpe verbunden, die für einen ausreichenden Druck sorgte, um einen angemessenen Fluss eines desorbensreichen Stromes als Spülmedium zu gewährleisten. Sobald daher beispielsweise die Stellung des Ventildrehkörpers so war, dass der Einsatzstrom in Bett Nr. 1 eintrat, wurde gleichzeitig ein desorbensreicher Strom durch den Abstieg am Boden von Bett Nr. 13 und durch eine Leitung, welche diesen mit dem Durchlass 14 verband, in den Körper des Verteilungsventils abgezogen und durch einen Kanal desselben geschickt, sodann durch eine ausserhalb stehende Pumpe und zurück durch ein Ventil gefördert, welches ihn zum Durchlass 24 führte, durch den er schliesslich in eine mit dem Abstieg von Bett Nr. 23 verbundene Leitung gelangte.
Die Strömungsmenge des desorbensreichen Stromes wurde durch ein Ventil in der aussen liegenden Leitung so geregelt, dass nur so viel Desorbens durch den Durchlass 24 und die diesen mit dem Abstieg von Bett Nr. 23 verbindende Leitung fliessen konnte, als genügte, um diesen Durchlass und die Leitung von dem in ihnen als Rückstand verbliebenen Einsatzgemisch zu reinigen, wobei dieses Einsatzgemisch aus der vorhergehenden Stufe des Verfahrenszyklus vor der Drehung des Ventilkörpers des Verteilungsventils in die Stellung der nächsten Stufe, in der Einsatzgemisch in Bett 2 der Kontaktkolonne eintrat, stammte.
Wegen der Vermischung zwischen dem Sorbatstrom (der etwa 50 Vol.-% n-Butandesorbens enthält) mit dem zurückgebliebenen Einsatzgemisch in dem Durchlass und der Leitung auf der Ausgangsseite des Ventils betrug die Menge des Desorbensreinigungsstromes, der zur Freimachung des Durchlasses und der Leitung aus dem Einsatz erforderlich war, etwa das 1, 3fache des Volumens der Flüssigkeit in dem Durchlass und der Verbindungsleitung. Die Menge des Desorbensreinigungsstromes, die zur Freimachung des Durchlasses und der Verbindungsleitung an der Ausgangssseite des Ventils, dem Einsatzgemisch und dem darin von der andern Seite des Ventils strömenden Sorbatstrom erforderlich war, betrug etwa das 2, lfache des Volumens des Fliessstoffes in dem Durchlass und der Verbindungsleitung.
Unter den gleichen Strömungsverhältnissen und Verfahrensbedingungen, wie sie im Teil 1 des Beispieles aufrecht erhalten waren und unter Verwendung der genannten Modifizierung der Stromführung wurden das n-Hexansorbatprodukt und die gemischten Isohexan- und Cyclohexanraffinatprodukte in etwa den gleichen mengenmässigen Ausbeuten erhalten. Die Reinheit der erhaltenen Produkte war jedoch wesentlich höher. Das n-Hexansorbatprodukt bestand zu 99, l% aus n-Hexan, während die Raffinatprodukte weniger als 0, 5 Gew.-% n-Hexan enthielten.
<Desc / Clms Page number 1>
Process for the continuous, sorptive separation of a fluid mixture
The invention relates to a method for separating the components which are present in a mixture of compounds by bringing this mixture into contact with a stationary mass of a solid sorbent which has a selective sorption activity for one or more components thereof
Mixture and has a significantly lower sorption activity for at least one other component of the feed mixture.
More particularly, the invention relates to an improvement in a separation process of the aforementioned type in which the feed mixture is passed through a quantity of a solid sorbent which sorbs one or more components from the same, while at the same time a flow of a desorbent which is carried by a different quantity of the mass of the Solid sorbent is sent, desorbed by this the components that had been sorbed in a previous contact with the feed mixture.
By introducing feed and desorbent streams into different amounts or zones of the solid sorbent located in a single bed or in a number of beds in series, further by withdrawing raffinate and sorbate product streams from other zones in the series and, furthermore, in that the incoming and outgoing flows are laid in and out of the said zones according to a predetermined cycle program, a counter-flow of the insert and the solid sorbent is simulated. The present improvement also includes the use of a purge stream which greatly improves the purity of the end products withdrawn from the process.
The process according to the invention is also to be regarded as an improvement of a recently developed continuous absorption process, which is described in more detail in patent specification No. 214 032, in which a stationary mass of solid sorbent and from the exit of the last zone back to the through four process zones connected in series At the entrance of the first zone, a continuous cycle of a fluid, which can be in the liquid or vapor phase, is maintained, in which, furthermore, the feed mixture is continuously added to the fluid in the cycle at the entrance of the first zone, the non-sorbed component from the circulating fluid at Output of the first zone continuously deducted
a desorbent is continuously introduced into the circulating fluid at the entrance to the third zone and the selectively sorbed component and the desorbent is continuously withdrawn at the exit of the third zone, the four zones being periodically advanced in the stationary mass of the sorbent by the point at which the feed mixture is fed , the point of separation of the non-sorbed component, the point of introduction of the desorbent and the point of separation of the selectively sorbed component and the desorbent are advanced simultaneously by the same amount along the path of the continuously circulating fluid.
The method according to the invention, which has been improved in comparison, essentially consists in that, after each periodic advance, a flushing stream selected from the substance groups (l) a liquid that is easily separable from the components of the feed mixture and (2) the selectively sorbed component of the feed mixture through the flow passage, the just before advancing the first zone, the feed mixture is fed in and a product stream subsequently discharged from the process is sent through in such an amount that essentially the entire feed mixture is transferred from the flow passage into the continuously circulating fluid.
The process according to the invention is very generally suitable for separation by absorption as well as by adsorption of flowable components on solids and is generally referred to as a sorption process. It is applicable to separation processes in which the mixture that is to be separated is brought into contact with a so-called molecular sieve, which selectively sorbs the components of the mixture which have a particular molecular structure or configuration.
Adsorbents which selectively retain unsaturated compounds such as olefinic and aromatic hydrocarbons and organic compounds containing polar radicals by virtue of the surface properties of the solid adsorbent are, for example, solid adsorbents such as silica gel (dehydrated),
<Desc / Clms Page number 2>
activated charcoal, the aluminum silicates (such as the various clays and activated silica gels, including such typical representatives as attapulgite, montmorillonite, dehydrated synthetically produced compositions of alumina and silica, which are activated by heating to a temperature in the range but slightly below the approximate melting point of the composition ), activated clay, especially y-clay, and also other substances of a similar character.
The solid sorbents of the molecular sieve type which can be used in the process according to the invention, such as porous alkali metal and alkaline earth metal aluminosilicate sorbents, include those which have pores with a clear width of about 4 A (can be used, for example, in the separation of aliphatic hydrocarbons with 2- 4 carbon atoms per mole) and those that have pores with a clear width of about 5 Å, i.e. s. Pores that are wide enough to allow entry of straight-chain compounds such as straight-chain hydrocarbons of 4 to 20 carbon atoms, but which are not wide enough to accommodate compounds with a branched or cyclic structure.
Typical feed mixtures which can be separated by contacting with a solid activated sorbent are given in the table below.
EMI2.1
<tb>
<tb>
Input mixture <SEP> <SEP> components adsorbed by <SEP> the <SEP> solid <SEP> adsorbent <SEP>
<tb> Paraffin hydrocarbon fractions <SEP> with <SEP> a <SEP> mercaptans <SEP> and / or <SEP> amines
<tb> Content <SEP> of <SEP> mercaptans <SEP> and / or <SEP> amines
<tb> paraffins <SEP> and <SEP> olefins <SEP> olefins
<tb> aromatics <SEP> and <SEP> non-aromatics <SEP> aromatics
<tb> water vapor <SEP> and <SEP> inert gas <SEP> water
<tb> hydrocarbons <SEP> with <SEP> phenols <SEP> and / or <SEP> phenols <SEP> and / or <SEP> organic <SEP> sulfur compounds organic <SEP> sulfur compounds <SEP> compounds
<tb>
Typical feed mixtures that can be separated according to the process according to the invention by means of a sorbent of the aforementioned type which has pores with a clear width of 4 to about 5 A are hydrocarbon mixtures,
which contain hydrocarbons with a straight-chain structure and hydrocarbons with a branched or cyclic structure. For example, a branched-chain hydrocarbon such as 2,3-dimethylbutane or a cyclic hydrocarbon such as cyclohexane or a mixture of these hydrocarbons can easily be converted into a non-sorbed raffinate from a straight-chain hydrocarbon such as n-hexane (the feed mixture is very difficult to use in the usual way by fractional distillation separating) by contacting the feed mixture of these hexanes with particles of a solid sorbent as mentioned above, such as a dehydrated metal aluminum silicate sorbent, also known as a molecular sieve.
Another type of separation process for which the present process is applicable is that which involves chemical reaction with a solid sorbent (reactant) resting in a fixed bed, with the sorbable component (the other reactant) in a fluid stream containing the it contains, is supplied.
Typical for such a separation is the removal of metals of the alkaline earths from so-called hard water in order to soften it and / or to deionize it in a deionization process or a decarbonylation process for the separation of aldehydes, ketones and carboxylic acids from a non-aqueous mixture of Alcohol.
The process according to the invention can be imagined as executed as the aforementioned, recently developed continuous sorption process, in a series of four interconnected zones of a single mass of solid sorbent which has no sharp line or demarcation between the individual zones and these zones only through the Points are defined,
EMI2.2
is then the desorption zone and the fourth and last downstream zone is the second rectification zone. The solid sorbent is usually contained in an elongated vertical column, preferably in the form of an elongated continuous mass of the sorbent.
Preferably, the sorbent mass is divided into a number of compartments or beds with sections of substantially reduced cross-section between the individual compartments, each of which also contains the sorbent.
The latter preferred arrangement is illustrated schematically in the drawing and described in more detail below.
In the process according to the invention, when working with a solid sorbent in a series of fixed beds, as in the above-mentioned, recently developed continuous sorption process, the feed mixture enters at the inlet end of one of the fixed beds and flows through this first bed, the non-sorbed portion of the feed mixture leaves the first bed in the sorption zone and enters the next adjacent downstream bed of the sorption zone.
There are a sufficient number of such fixed beds in a row (although in some cases one bed may suffice) adjacent and below each other.
<Desc / Clms Page number 3>
connected on the other side for the essentially complete removal of the selectively sorbable component (the sorbate) from the feed mixture and a flow of the non-sorbable or raffinate component is thus created which exits at the outlet of the last bed of the sorption zone.
The exit of this last bed of the sorption zone contains an outlet through which part of the non-sorbed
Raffinate component is withdrawn as a mixture with part of the continuous flow of liquid.
The remaining part of the raffinate stream flowing out of the sorption department continues its run through one or more subsequent fixed beds, which represent the primary rectification zone of the process, and is entered at the exit of the first bed in the rectification department
Stream of desorbent combined. The desorbent (a material which is suitable for withdrawing the component already sorbed onto the solid sorbent during the previous recycling process from the feed mixture) flows through one or more next subsequent beds, which constitute the desorption zone.
The stream flowing into this zone therefore comprises a mixture of desorbent and sorbate which was sorbed from the insert in an earlier working cycle and freed from the solid sorbent by bringing it into contact with the desorbent. The desorbent is added in an amount which ensures a molar ratio of desorbent (surrounding the sorbent) to sorbate (within the pores of the sorbent) at any point that is at least greater than 1: 1 and preferably at least 10: 1 and up is about 30: 1.
At the end of the desorption section of the process, a stream containing part of the sorbate, desorbent and circulating fluid (if the latter is different from desorbent) is removed from the process as an end product or as an intermediate product for further purification, if such is desired, deducted. This stream can be fractionated (e.g. in an auxiliary distillation unit) to separate the desorbent from a relatively pure sorbate product.
The remaining part of desorbent and sorbate that was not withdrawn through the desorbent-sorbate outlet continues its
Proceed downstream through one or more next subsequent fixed beds of sorbent, referred to as the second rectification zone of the process, in which the raffinate is washed from the sorbent and from the inter-particle gaps of the sorbent by means of the desorbent-sorbate mixture. The mixture of desorbents, which consists of the outflow from the first bed in the second rectification compartment, now combines with the incoming feed mixture, as the latter, as mentioned above, enters the first bed of the sorption zone.
During the course of the above continuous process of sorption and desorption, the points at which the non-sorbed or raffinate component of the insert as well as those points at which the selectively sorbed or sorbate component is withdrawn are advanced periodically, simultaneously and equally at points, which are downstream from their previous position. Ultimately, the point at which the feed mixture is introduced into the process arrives at the point at which the sorbate component was withdrawn in an earlier stage of the process, and a ring of the process cycle is thus completed.
Each bed in the system is connected by a duct or conduit to an outside distribution center which from time to time directs a flow into or out of a bed depending on the particular stage of the process in which the bed is located and how this is determined by a predetermined program on which the distribution center operates. At any given moment during the process, one bed in series receives feed mixture from the distribution center through lines and valves which preferably connect the inlet to the bed (which is also the outlet from the next bed above the flow) to the distribution center.
The non-sorbed components of the feed mixture are withdrawn from the outlet of a bed further downstream, likewise through connecting lines, valves and the like. a. Facilities leading to the distribution center. A further downstream bed is simultaneously supplied with a flow of desorbent through similar lines and valves, while at a further downstream point the sorbate (the selectively sorbed component of the insert) that has been withdrawn from the sorbent by means of the desorbent is transferred from The exit of the last bed of the desorption zone is withdrawn through lines and valves, which can be passed through the same distribution center to an external separation or storage facility.
A pump for conveying the liquid is provided in the system (at a suitable point between two adjacent beds) to maintain the continuous circulation of the circulating liquid. After a certain period of work, the respective inlet and outlet points are moved along the path of the circulating fluid by advancing them in a direction downstream to the next adjacent bed in the series. This periodic advancement is completed by the opening and closing of suitable valves in each of the conduits connecting the beds to the distribution center.
It is clear that in the above-mentioned, recently developed continuous sorption process, the lines and parts of the system which fed the last feed mixture to the last preceding upstream bed (namely just before the advancement) still contain the feed mixture and that, if they have such a bed The line connecting the distribution center is then used to transport the sorbate components to the distribution center, the remaining feed mixture still present in the line and other parts of the apparatus will contaminate the sorbate stream.
However, as soon as the line and the parts of the facility which last feed mixture lead from the distribution center to contact with the solid sorbent, according to the invention
<Desc / Clms Page number 4>
flushed and immediately after the flow advances to the next bed in series (and thus to the next position in the sorbent mass), u. with a flushing flow in a quantity that frees the line and the parts of the equipment from the feed mixture present therein, if such a line then carries the sorbate flow after a subsequent advancement of the inlets and outlets, the sorbate is merely mixed with the flushing flow from which it is easily separated by fractionation or otherwise.
In the process according to the invention, therefore, each line or each flow passage which connects the distribution center or the program-generating device with the sorption mass and which contains the feed mixture, since these device parts are used to convey the feed mixture into the sorption zone of the process, depends on its feed mixture content after each individual such period of use and before any other process stream is sent through this conduit or flow passage, by means of a purge stream.
The purge or purge stream useful for this purpose can be a normally gaseous material such as nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethane, or propane, or it can be made up of the desorbent used in the process (usually a material easily removed from the sorbate product is to be separated) or it can be a liquid which boils substantially above or below the boiling point or boiling range of the feed mixture.
The mode of operation of the method according to the invention and a suitable device for carrying out the same are explained in more detail in the drawing in FIGS. 1 and 2.
Any device is suitable which comprises: a series of fixed beds or a single continuous bed of the sorbent, connecting devices for guiding a flow of fluid between the
Beds or various points in a continuous bed and a suitable device such as a multiple valve or a multiple valve and individual valves for advancing the inlet and outlet points for the various inlet and outlet product streams which may be used in the process. A preferred embodiment of a contact device is shown in FIG.
Column 101 may contain suitably shaped partitions which divide the vertical column into a series of adjacent contact stages or beds 201-212, each stage or bed being separated from the adjacent stages or beds (except for the top and bottom stages) by a funnel-like Dividing member is separate, such as the divider 102 in step 201, which has a descent 103 with a reduced cross-sectional opening to the next following step 202, which is a transverse
Dividing element JM, which is the upper end of the stage 202, breaks through.
A suitable programming device for changing the points of inflow and outflow into and out of the contact column and for moving each of these forward by equal amounts and in a downstream direction during the process sequence is illustrated by the ring valve 105, which has a valve housing A and a continuous and liquid-tight in this rotatable valve body B has. The valve housing A has inlet and outlet openings 1-12 which are arranged so that they can be connected to at least four flow passages present in the interior, which produce at least two separate inlet flows and at least two separate outlet flows, the two inlet flow passages with the two outlet flow passages alternate.
FIG. 2 shows, in an enlarged representation, a section through the valve mentioned in FIG. 1 and illustrates the channels in the valve body for conveying a small flushing flow and the separate inlet and outlet flows.
The passage 1 in the valve housing A is an opening through which fluid flows in and from the valve body B are guided through line 106, which line connects the passage 1 in the valve housing with the uppermost part of the contact bed 201. Similarly, the passage 2 in the valve housing connects the valve via line 107 with the descent 103 between the contact beds 201 and 202 of the column 101. The passages 2-12 of the valve housing are in the same way with the contact beds 202-212 through a channel Connection which can be opened or closed in any specific position of the valve body B for one of the various inflow and outflow flows of the process.
For the sake of simplicity, the method according to the invention is described with reference to a specific insert consisting of a mixture of n-, cyclo- and isohexanes and a solid sorbent consisting of separate, generally granular particles of a metal aluminosilicate, which was referred to above as molecular sieve .
The mixture of hexanes is introduced into the process through line 108. Under control of the valve 109, it arrives in the central axis 110 of the valve body B, which is divided into four compartments by a divider 111. The feed mixture is conveyed through the mouth 112 into the flow passage 113, which is connected to the passage 1 of the valve housing A leading to the outside. The stream then enters line 106, which is connected to line 134, the latter of which carries the circulating fluid carrier from the bottom of the contact column (bed 212) to the top of the contact column.
EMI4.1
<Desc / Clms Page number 5>
and cycloparaffin component bed 201 is withdrawn through descent 103.
Any n-hexane component that still remains in the stream leaving the bed 201 is intended to be removed from the stream by the sorbent present in the contact bed 201. In general, a sufficient number of contiguous fixed beds is provided in order to remove the total amount of the n-component present from the starting mixture and only the branched-chain and cyclic components in the effluent
To leave electricity.
The fluid of the continuous cycle, which was previously referred to as the carrier fluid, is usually an excess of the desorbent and, in the event that the sorption is carried out with the aid of a molecular sieve sorbent, it mainly contains a compound with a straight-chain structure that has a lower boiling point and has a lower molecular weight than the straight chain component of the feed mixture. In the particular case described herein, n-butane is used as the carrier fluid and is fed through line 134 to bed 201 where it fills virtually all of the pores of the sorbent before the feed mixture begins to flow into the bed.
To the extent that the feed mixture now flows into bed 201 before the feed mixture inlet advances to zone 201, the n-hexane now displaces the n-butane used as carrier fluid from the pores of the molecular sieve sorbent.
One of the downstream contact zones, such as bed 203, will be the last bed in the series of those which together make up the sorption compartment of the column and the stream leaving bed 203 will then consist essentially of pure raffinate components (cyclohexane and isohexane) in a mixture with excess carrier fluid. After the fluid flow has passed the contact bed 203, at least part of it is withdrawn via line 115, which is connected to the passage 4 in the valve 105. The raffinate stream withdrawn in this way is extracted from the process via the
EMI5.1
The amount discharged in this way is regulated by a valve 119 in order in this way to ensure a residue of raffinate mixture in the column 101 which flows into the downstream contact bed 204.
It is desirable that this residual raffinate be at least 20% by volume of the material passing through downcomer 114, preferably at least about 40% and up to about 80% thereof. As this residue stream flows through bed 204 and downstream beds, the carrier fluid n-butane occupies the pores of the solid sorbent and the isohexane and raffinate cyclohexane components occupy the interparticle spaces or voids thereof.
The row of beds between the raffinate discharge point through line 115 and the desorbent entry point, which will be discussed below, represent the primary rectification section in which the components of the liquid stream are rearranged. In this compartment, the branched chain and cyclic hexane components present in the residue portion from the liquor stream passing through raffinate discharge line 115 will accumulate in bed 204, while much less of it in bed 205 and essentially nothing in bed 206 will be present.
The raffinate therefore no longer contaminates the circulating fluid behind the third or, in the extreme case, the fourth bed downstream of the bed from which the raffinate was withdrawn.
At a further downstream point in the series of beds of sorbent, e.g. B. in the descent 120, a desorbent stream is fed to the contact column 101, which thus comes together with the liquid stream leaving the bed 206. The desorbent, which, as mentioned above, also acts like the carrier fluid, is introduced into the process through line 122 in an amount regulated by valve 123. The flow of the same then flows into the inner flow passage 125, through the opening 124 in the hollow axis of the valve body B of the valve 105, through the inlet passage 7 in the housing A of the valve 105 and into the line 121, which leads it to the descent 120.
The amount of desorbent supplied in this way is sufficient to displace the n-hexane component, which was sorbed from the feed mixture in an earlier part of the cycle process, from the pores of the molecular sieve sorbent. The amount of n-butane required to effect this is generally between about 1.5 to about 15 moles of desorbent per mole of n- or straight-chain component which has been sorbed from the feed mixture into the pores of the sorbent , in the case of the present example preferably from about 3 to 10 moles of n-butane per mole of sorbed n-hexane. In the case of other feed mixtures and other separation systems, the molar ratio of desorbent to the component to be displaced must also be of the order of magnitude given.
The mixture of desorbent (n-butane) and displaced sorbate (n-hexane), which was created by the displacement of the n-hexane from the loaded sorbent by means of n-butane, flows from bed 207 into the
EMI5.2
is. The outlet formed by the channel 127 is the first open outlet, from which the mixture, which contains n-butane desorbent and remaining n-hexane sorbate, can be withdrawn from the series of beds which follow the raffinate outlet channel U. All other outlets are blocked by the fixed parts of valve body B of valve 105. The fluid stream leaving the bed 209 flows
EMI5.3
and the valve 131 to an additional processing device, not shown, for further cleaning or to be used as it is, if so desired.
Such an additional input
<Desc / Clms Page number 6>
direction may include distillation, e.g. B. to separate an enriched n-butane stream (which can be recycled) from a separated fraction of the n-hexane sorbate.
In order to have a residue flow available for continuous circulation in the plant, only part of the total flow arriving at the exit of the contact zone 209 is drawn off from the descent 126 for removal from the process. The remaining part of the mixture stream of n-butane and n-hexane flows into the contact bed 210 and absorbent beds of the fixed sorbent, which cause a further rectification of the components of the mixture. The series of beds 210, 211 and 212 represent the second rectification section of the process in which the isohexanes are washed out of the beds with a stream of mixed n-hexane and n-butane.
At a certain point in the system the pressure of the fluid has to be increased in order to keep it in circulation. This is expediently achieved by means of the compressor or the pump 133, which sucks the outflow from the descent 132 and delivers it at a higher pressure in line 134, which is equipped with the valve 135 which regulates the flow of the continuously circulating fluid to the top of the contact zone 201 , which repeats its cycle in the manner described above.
Each of the above-mentioned operations takes place essentially simultaneously when the valve body B of the valve 105 rotates continuously counterclockwise, so that at a certain moment afterwards each bed, based on the continuously downward flowing fluid stream, continuously to a more upstream bed becomes.
If the method is carried out in the manner just described, the sorbate and raffinate streams are contaminated to the extent that results from the remaining liquid stream, which is in the lines leading from the contact column to the valve passage from an earlier one
Part of the circular process is left behind. It is the improvement according to the invention that the
Lines and parts of the apparatus that have last transported feed mixtures are flushed with a material that is easy to separate from the other desired component.
For this purpose, for example, a slight intermediate flow of the desorbent can be used as the cleaning liquid or a material which could be referred to as external rinsing agent if the fluid used for cleaning is supplied from a source outside the process.
In FIGS. 1 and 2, both possibilities are illustrated, the embodiment of the process according to the invention in which a small intermediate flow of desorbent within the system itself is directed through the lines and other parts of the apparatus which last led the feed mixture, and the alternative embodiment, in which a current is supplied from an outside source to rinse the lines and other parts of the apparatus. 1 and 2, the position of the rotating valve body B is recorded, in which the insert is introduced through line 106 into the column 101 and the insert enters the bed 201 of the column.
The line which last led the insert (when the position of the rotating body was one step earlier than when the insert was introduced into bed 201) was line 136 which led the insert into bed 212. The means shown, by which a small intermediate flow of a desorbent-rich fluid produced in the process is branched off from a downstream bed by means of certain parts of the valve and the lines leading from the valve to the contact column, are a channel through the valve body B des
Valve 105, which connects the passage 8 with the passage 12.
This channel creates an independent
Connection through the valve body, whereby the desorbent-rich stream (mixture of n-butane and a small amount of n-hexane) from the descent of bed 207 through line 137 and into passage 8 of the
Valve 101 can be withdrawn. The desorbent-rich stream, which flows through the passage 8 in line 137, displaces the residue of the sorbate component, which is mixed with the desorbent present in line 137 and passage 8, since this line 137 was previously used to withdraw the sorbate component, which with desorbent was mixed (when valve body 105 was in the position in which feed mixture entered passage 11, line 149 and bed 211 of the contact column).
The desorbent stream and the sorbate-desorbent mixture, which is displaced by this desorbent stream, flow through channel 138, mouth 139, line 140 with control valve 141 and through
Line 142 to pump 143, which increases the pressure of this stream to the level that is necessary for a positive pressure drive to occur through the upstream beds of the contact column.
This stream is forced by pump 143 through line 144, orifice 145, channel 146 and out through passage 12 and line 136 which communicates with bed 212 of the contact column. (Passage 12 and line 136 represent the last used feed mixture feed line, prior to the moment the feed point of feed mixture was advanced to passage 1 and line 106). The volume used as the flushing flow is large enough to displace practically the entire feed mixture from the passage 12 and the line 136.
The volume required for this purpose is at least equal to the total volume of the fluid present in passage 12 and line 136. Because of the tendency towards partial mixing between the flushing flow and the residue of the feed mixture to be displaced, particularly at the contact front between the sorbate component, which is mixed with desorbent, and the feed mixture, it is generally preferable to use a flush volume which is somewhat larger is, as the total volume of the line and the passage from which the feed mixture is to be displaced, generally from 1, 2 to about 3, 5 volumes of the flushing agent per volume of the line and the passage, which the back
<Desc / Clms Page number 7>
was included in the feed mixture.
The sorbate component mixed with the desorbent is left in the purged passage and in the line. This is not disadvantageous since the flushed line and the passage will then be used to draw off the sorbate-desorbent mixture from the column. It is also not disadvantageous that some of the sorbate component is mixed with the
Desorbent, can be left in the line and the passage from which the desorbent rich
Stream has been withdrawn to initiate the purge as this port and line (port 8 and line 137 in this case) will be used in the next subsequent stage of the process cycle to convey desorbent to bed 208 and will remain filled with the desorbent,
until these apparatus parts are used in an even later stage of the process cycle for removing the raffinate component mixed with desorbent. It is therefore in a preferred embodiment of the inventive method that from the outlet of a downstream bed into which fresh
Desorbent is introduced, the withdrawn volume of the desorbent-rich purge stream is just sufficient to remove the feed mixture from the valve passage and the one connecting it to the contact column
To displace line by means of the sorbate-desorbent mixture that is present in the detergent inlet line and the passage via the desorbent-rich purge stream.
As the valve body B of valve 105 rotates slowly counterclockwise, the flow of the insert into passage 1 (and then into bed 201) is gradually decreased as passage 1 is gradually blocked, but at the same time the passage 2 is opened and its opening width increases gradually until the entire flow of the feed mixture is passed into the passage 2 and nothing more into the passage 1. The inflow point of the feed mixture into the contact column is advanced from line 106, which feeds the bed 201, to the passage 2 and line 107, which communicates with the descent 103 and feeds the bed 202, the upstream line 106 and the Passage 1 of valve 105 can be left filled with feed mixture.
Simultaneously with the advancement of the line through which the feed mixture is introduced into the contact column, from line 106 from line 107, the raffinate component is withdrawn from the effluent stream, which now leaves bed 204, instead of bed 203, through which it previously exited, and through the descent 147 instead of the descent 114 and through line 148, which discharges the raffinate through the passage 5 into the channel 116 into the valve body and then through the raffinate outlet from the column.
In the same way, desorbent which previously entered bed 207 is introduced into bed 208 through descent 120, through line 137 from passage 8 of the valve housing and the sorbate component is withdrawn from bed 210 through line 149 into passage 11 and supplied to the sorbate outlet channel 130.
Once the advancement of the separate inlets for the feed and desorbent and the separate outlets for the raffinate and sorbate is in progress, channels 138 and 146 also advance simultaneously and the desorbent-rich stream from bed 208 flows through line 150 into passage 9 of the valve body, further through line 138 and line 146 into passage 1 and then in line 106 into bed 201 which had previously received feed mixture in the last preceding process stage.
Although the use of a desorbent-rich stream derived from the contact column derived from the process itself is generally the preferred source for the purge stream for removing the feed mixture from the valve passages and the lines connecting the valve to the contact column, the purge stream can also be from an external source located source and be composed differently. Such a fluid supplied from outside and used for cleaning is also preferably a material which is easily separated from the other components present in the process (e.g. on the basis of the boiling points of the fluid used for cleaning and the sorbate and raffinate components of the feed mixture) can be.
In particular, it consists of a light gas or liquid with a low boiling point that is outside the boiling range of the insert or desorbent used in the process. When such an external source is supplied, the valve 141 and line 150 are closed and the valve 151 and line 152, which is connected to line 142, are opened, whereby the fluid used for cleaning is removed from the external source via line 144 and channel 146 Valve is fed into the contact column.
Suitable gaseous materials for use as the cleaning stream are inert gases such as nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethane, propane and the like. The like. Which finally escape from the process through the various outflow lines which connect the contact column to the valve. The fluid used for cleaning can also consist of pure desorbent which is supplied from an external source, mixes with the various fluid streams in the column and is finally removed through the raffinate and sorbate component outlets.
In order to simplify the separation of the desorbent and cleaning stream from the product stream, it is desirable that the materials used as desorbents and cleaning agents have a boiling point which differs sufficiently from the boiling points of the raffinate and sorbate components that they can be easily removed from them by suitable fractionation devices and in particular are to be separated by a simple distillation. The separation of the cleaning agent and desorbent by distillation can be carried out more effectively if a material is used for the cleaning and desorbent streams which boils at least 10 ° C. and preferably more, from 10 to 50 ° C., below the original boiling point of the feed.
<Desc / Clms Page number 8>
The contact process according to the invention is carried out under conditions of pressure, temperature and flow conditions which depend on the particular feed mixture used, the particular sorbent used in the contact zone and the required purity of the end product. In most cases, because of the relationship between the fixed arrangement of the contact in a bed or in beds with the various fluid streams flowing through the device, working in the liquid phase is preferred, which may make it necessary to carry out the process at pressures, which make it possible to keep the streams in the liquid phase at certain working temperatures.
When operating in the gas phase, the temperature maintained in the contact zone can vary from 30 to about 300 ° C. and the pressures can be within the range from atmospheric to 20 or more ata. When working in the liquid phase, the temperatures can vary between 0 and 200 C and pressures within the range of atmospheric pressure and 30 ata or higher can be maintained depending on the feed mixture used.
The invention is explained in more detail below by means of an example in which a typical mode of operation according to the above-mentioned, recently developed continuous sorption process (part 1) is compared with the improved mode of operation according to the invention.
Embodiment.
Part 1. A feed mixture of n-hexane, branched-chain hexanes and cyclohexane was separated into a first product consisting of relatively pure n-hexane and a second product consisting of iso- and cyclohexanes, which were essentially free of n-hexanes, a device was used in which a series of 24 vertically stacked and interconnected fixed beds was used, which were grouped into 4 compartments of 6 beds each.
Each 6 bed compartment was housed in 76.2 mm thick stainless steel tube about 122 cm long and each bed contained about 1.77 liters of a molecular sieve sorbent composed of particles of calcium aluminosilicate (Linde Air Products Co., 5A Sieve) of different grain sizes in a range in which 95% by weight pass through a sieve with 5.76 mm openings and at least 98% by weight are retained by a sieve with 0.3 mm openings.
Each bed had an inlet nipple of reduced cross-section (1 cm width) in the uppermost area and an outlet nipple of the same size in its bottom. The outlet of one bed simultaneously formed the inlet of the next downstream bed, which resulted in a continuous connection in the row of beds. The mass of adsorbent in each bed was distributed on a sieve across the tube above the outlet. The bottom of the 24th bed in the series was connected by a line to the uppermost part of the first bed and in this line a pump was inserted which carried liquid to the uppermost part of bed Or. 1 under a differential pressure between the 24th and the 1st Promoted bed of about 4.4 atm.
Four spill and discharge lines made of pipes with a clearance of 0.64 cm (a feed mixture feed line, a raffinate discharge line, a desorbent feed line and a sorbate discharge line) were provided and connected to a central distributor valve. This distribution valve was designed similarly to the valve illustrated in the drawing in FIGS. It had 24 passages, which were connected with 24 lines of almost the same length to the 24 fixed beds of the sorbent in such a way that the lines were connected to the beds by T-shaped connecting pieces between the nipples of the individual beds.
This arrangement allowed a separate stream of desorbent or feed mixture to be fed to each of the beds and a separate stream of raffinate or adsorbate to be removed from each individual bed, and the like. between the rotation of the valve body, which was designed with separate channels and passages through which the fluid flows could be fed to the beds with the sorbent and removed from them.
The mixture of hexanes (40% by weight n-hexane, 60% by weight cyclohexane in experiment 1; 40% n-hexane, 60% iso-hexanes in experiment 2, the isohexanes being composed of 2-methyl-
EMI8.1
Channel to the passage in the valve body, which was in connection with the descent between beds No. 6 and 7 of the contact column, and after about 4 minutes running time a raffinate stream (mixture of isohexanes in experiment 2) was produced; in experiment 1, cyclohexane, which will be identified in detail below, was withdrawn from the outlet associated with the descent. As soon as the feed mixture entered bed # 1 and raffinate mixture was withdrawn from bed # 6, a stream of n-butane desorbent simultaneously flowed into the desorbent inlet of the distribution valve.
The n-butane was fed at a temperature of 40 ° C. and under a pressure of about 6.8 atm. With a feed rate of 3.81 per hour, the n-butane entered the contact column through the descent between beds no. 12 and 13 and flowed downward through the downstream beds, absorbing what was previously in the liquid phase as it flowed downward through the beds Displaced n-hexane from the sorbent. As soon as the desorbent stream touched the particles of the molecular sieve sorbent which contained the previously sorbed n-hexane,
<Desc / Clms Page number 9>
When the n-butane displaced the sorbed n-hexane, a mixture of sorbate (n-hexane) and desorbent (n-butane) was withdrawn through a tube connecting the outlet of bed # 18 to the sorbate inlet of the diverter valve.
The amount of flow of the mixture of desorbent and n-hexane flowing through a conduit connecting the descent from bed # 18 to inlet 19 of the valve was sufficient to remove the net n-hexane input to the process. All of the mixed sorbate desorbent stream continued through downstream beds 19-24 and into the line connected to the descent of bed # 24 which returned the net effluent from the bottom of the column to the top of bed # 1. A pump in this line increased the pressure of 3.05 atm at the exit from the bottom of bed 24 to the pressure of 7.5 atm in bed # 1.
The liquid stream of mixed isohexanes (Run 2) or cyclohexane (Run 1) and n-butane desorbent withdrawn through the line connected to the descent of bed # 6 was diverted to a fractionation column containing the volatile n-butane desorbent from the product obtained as a soil product. The product from experiment 1 and 2 contained 97.7% cyclohexane and 97.3% isohexanes and not more than 2.1% n-hexane.
The mixed desorbent-n-hexane-sorbate stream from the sorbate outlet of the distributor valve resulted in both experiments in the fractional distillation of sorbate products, which consisted of about 94% n-hexane.
The slow but steady rotation of the valve body of the diverter valve resulted in an influx of the feed mixture to bed # 1, the withdrawal of raffinate from bed # 6, the influx of desorbent into bed # 13 and the withdrawal of sorbate from bed no. 18 for a period of 2, 3 minutes, after which the inflow and outflow of the corresponding flows to and from beds No. 2,7, 14 and 19 began. After 3.1 working minutes, the current flow to beds no. 1, 6, 13 and 18 was interrupted, with a residue of the insert remaining in passage 1 of the distributor valve body and in the line connecting this to bed no.
After approximately 57 minutes of continuous operation, the incoming feed stream, outgoing raffinate stream, incoming desorbent stream, and outgoing sorbate stream had advanced through a complete cycle of 24 beds in the column and the feed began to flow back into bed # 1, starting a new cycle of operation .
Part 2. In the following experiment, the flow rates of the various streams in and out of the contact column, the temperatures and pressures were kept at the same values as specified above in Part 1 of the example, with the exception that instead of A modified distribution valve was used for the distribution valve used in Part 1. This modified valve had a channel in the valve body which connected the passage associated with the first bed downstream after the bed to which desorbent was fed to the passage associated with the bed to which the feed mixture had been fed in the last preceding stage (i.e. the first bed obtained upstream of the feed mixture).
These passages were connected by suitable external lines and a pump that provided sufficient pressure to ensure an adequate flow of a desorbent-rich stream as a flushing medium. Thus, for example, as soon as the position of the valve spinner was such that the feed stream entered bed no.1, a desorbent-rich stream was simultaneously drawn into the bed no.13 through the descent at the bottom of bed no.13 and through a line connecting it to passage 14 The body of the distribution valve was withdrawn and sent through a channel of the same, then conveyed by an external pump and back through a valve, which led it to passage 24, through which it finally came into a line connected to the descent from bed No. 23.
The flow rate of the desorbent-rich stream was regulated by a valve in the external line so that only as much desorbent could flow through the passage 24 and the line connecting it with the descent from bed No. 23 as was sufficient to pass this passage and the To clean the line of the feed mixture remaining in them as residue, this feed mixture originating from the previous stage of the process cycle before turning the valve body of the distribution valve into the position of the next stage, in which the feed mixture entered bed 2 of the contact column.
Because of the mixing between the sorbate stream (which contains about 50% by volume of n-butane desorbent) with the remaining feed mixture in the passage and the line on the outlet side of the valve, the amount of desorbent cleaning stream required to clear the passage and the line from the Use was required, about 1.3 times the volume of the liquid in the passage and the connecting line. The amount of desorbent cleaning flow that was required to clear the passage and the connecting line on the outlet side of the valve, the feed mixture and the sorbate stream flowing in it from the other side of the valve, was about twice the volume of the fluid in the passage and the Connecting line.
The n-hexanesorbate product and the mixed isohexane and cyclohexane raffinate products were obtained in approximately the same quantitative yields under the same flow conditions and process conditions as were maintained in Part 1 of the example and using the modification of the flow management mentioned. However, the purity of the products obtained was much higher. The n-hexanesorbate product consisted of 99.1% n-hexane, while the raffinate products contained less than 0.5% by weight n-hexane.