DD231471A3 - Verfahren zur verminderung von loesungsmittelverlusten bei der loesungsmittelregenerierung in thermischen stofftrennprozessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Loesungsmittelverlusten bei der Loesungsmittelregenerierung in thermischen Stofftrennprozessen, die hoehermolekulare Umwandlungsprodukte bildende Loesungsmittel verwenden, wie Fluessig-Fluessig-Extraktion oder Extraktivdestillation, sowie zur Verbesserung der Manipulierbarkeit der Regenerationsrueckstaende beim Abtransport. Es stand die Aufgabe, den Anteil des mit dem Destillationsrueckstand der Regenerierkolonne ausgetragenen reinen Loesungsmittels und damit Loesungsmittelverluste im Gesamtprozess der thermischen Stofftrennung zu vermindern. Dies wurde erreicht, indem der Destillationsrueckstand in der Regenerierkolonne mit einem in ihm loeslichen Strippmittel behandelt wird, das ihm ueber die Rueckstandsaustragsleitung zugefuehrt wird.

Description

larlegung des Wesens der Erfindung

— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

)er Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Lösungsmittelverluste bei der .ösungsmittelregenerierung in thermischen Stofftrennprozessen, die durch diskontinuierliche Destillation des ;reislauflösungsmittels mit oder ohne Rücklauf, d. h. kontinuierlicher Abzug des Destillationsrückstandes gekennzeichnet ist, ermindert werden, dabei eine gute Manipulierbarkeit der Destillationsrückstände zu gewährleisten und seine Anwendung in iestehenden großtechnischen Anlagen ohne wesentliche Aufwendungen zu ermöglichen.

— Merkmale der Erfindung

)ie Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Ende jeder Arbeitsperiode, d. h. zum Zeitpunkt, wo der Sumpf der )estillationsblase gefüllt ist, bei Aufrechterh'altung der Heizdampfzuführung zum Verdampfer und Wegnahme der iinsatzproduktzufuhr, in den Sumpf der Destillationsblase, vorzugsweise über die Rückstandsabzugsleitung in den )estillationsrückstand kurzzeitig eine bestimmte den jeweiligen Eigenschaften des Rückstandes angepaßte geringe Menge lines in ihm löslichen aromatischen Kohlenwasserstoffes, vorzugsweise eines aromatenhaltigen Kohlenwasserstoffgemisches, »der Wasser, vorzugsweise Wasserdampf oder lösungsmittelhaltige Prozeßwässer aus dem thermischen Stofftrennprozeß, als-Stoppmittel eingeleitet wird, dessen Siedepunkt bzw. -bereich gleich oder niedriger aid der Siedepunkt bzw. -bereich des .ösungsmittels und dessen Viskosität um ein mehrfaches niedriger als die des Lösungsmittels ist. Dabei geht ein großer Teil des m Destillationsrückstand enthaltenen reinen Lösungsmittels mit dem größten Teil des Strippmittels über Kopf. Der in der )estillationsblase enthaltene Rückstand nimmt nach Menge und Gehalt an reinem Lösungsmittel merklich ab. )er wesentliche Effekt dieses Verfahrens besteht darin, daß während der Zufuhr des im Destillationsrückstand löslichen liedrigviskosen Strippmittels das nichtnewtonsche Verhalten des Rückstandes vorübergehend aufgehoben wird, so daß sich innähernd das Verdampfungsgleichgewicht für das gegebene Stoffsystem wieder einstellt.

)er im Lösungsmittelrückstand verbleibende kondensierbare Anteil des Strippmittels ist in Abhängigkeit vom Siedepunkt bzw. bereich im Verhältnis zum abgetriebenen Anteil des Lösungsmittels geringer. Dennoch erhöht sich die Viskosität des )estillationsrückstandes nicht notwendigerweise weiter, weil die Viskosität des Strippmaterials der angegebenen Stoffgruppen vesentlich geringer bzw. ihre Lösefähigkeit im Destillationsrückstand wesentlich größer als die des reinen Lösungsmittels ist. ^:ür solche Anwendungsfälle, in denen eine weitere Absenkung der Viskosität der Rückstände zur Verbesserung der Technologie ies Transportes, der Zwischenlagerung und der Verwertung der Rückstände erwünscht ist, wird die Aufgabe erfindungsgemäß iadurch gelöst, daß zum Zeitpunkt der Beendigung des Strippvorganges, der am Temperaturabfall in der Dampfphase und am licht mehr abnehmenden Sumpfstand erkennbar ist, die Heizdampfzufuhr zum Verdampfer abgestellt, das anliegende Vakuum jebrochen, ggf. der Druck durch Beaufschlagung mit Stickstoff noch gesteigert, und weiter Strippmittel eingeleitet wird, bis ein sntsprechender Gehalt an Strippmittel im Destillationsrückstand erreicht ist, der einer vorgegebenen Sumpfstandszunahme in

ier Destillationsblase gleichkommt,

Aromatische Kohlenwasserstoffe bzw. aromatenhaltige Kohlenwasserstoffgemische mit niedriger Siedelage und Viskosität eichnen sich durch ihre gute bis sehr gute Löslichkeit in den höhermolekularen Umwandlungsprodukten sowohl polymerer als luch polykondensierter Struktur enthaltenden Regenerationsrückständen der großtechnisch eingesetzten Lösungsmittel in hermischen Stofftrennprozessen aus. Sie sind leicht beschaffbar oder werden im Stofftrennprozeß selbst erzeugt, z. B. bei der ^:lüssig-flüssig-Extraktion oder Extraktivdestillation zur Aromatengewinnung, und können, soweit sie in das gereinigte .ösungsmittel übergehen bzw. im Vakuumsystem kondensieren, ohne zusätzliche Aufwendungen in den vorhandenen /erfahrensstufen des Gesamtprozesses wieder entfernt bzw. zurückgewonnen werden.

)ie Anwendung von Wasser ist bei Regenerationsrückständen, die Umwandlungsprodukte polykondensierter Struktur inthalten, im allgemeinen möglich, weil die verwendeten Lösungsmittel mit Wasser meist unbegrenzt mischbar sind und Wasser auch in den Umwandlungsprodukten in Abhängigkeit von Kondensationsgrad in bestimmtem Umfang löslich ist oder iine Dispergierung der Polykondensate in Wasser erreicht werden kann.

3ei der Flüssig-flüssig-Extraktion zur Aromatengewinnung wird in mehreren Verfahren Wasser zur Selektivitätseinstellung des .ösungsmitteis bei der Zuführung zur Extraktionsstufe ohnehin beigemischt, so daß die in der Regenerierung, beim Abstrippen ies Destillationsrückstandes, in das gereinigte Lösungsmittel übergehenden Wasseranteile mit einbezogen werden können. Dabei können vorteilhaft im Überschuß anfallende lösungsmittelhaltige Prozeßwässer als Strippmittel für die .ösungsmittelregenerierung eingesetzt werden, wodurch gleichzeitig die darin enthaltenen Lösungsmittelanteile ohne gesonderte Aufbereitung verlustlos zurückgewonnen werden können.

Ms Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens zur Verminderung der Lösungsmittelverluste bei der Lösungsmittelregenerierung η thermischen Stofftrennprozessen ergeben sich:

— wesentliche Verminderung der Verluste an reinem Lösungsmittel durch Absenkung des Restlösungsmittelgehaltes im Destillationsrückstand der Lösungsmittelregenerierung

— Einstellbarkeit der Viskosität des Destillationsrückstandes zur Verbesserung der Manipulierbarkeit bei Transport und Zwischenlagerung zur weiteren Verwertung-=

— Minimierung der abzutransportierenden und weiterzuverarbeitenden bzw. schadlos zu beseitigenden Rückstände

— Einführbarkeit des Verfahrens ohne wesentliche Neuaufwendungen in vorhandenen großtechnischen Anlagen, die zur thermischen Stofftrennung höhermolekulare Umwandlungsprodukte bildende organische Lösungsmittel verwenden

'Vusführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen und eines Schemas (Fig. 1) näher erläutert werden.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

In einer großtechnischen Anlage zur Gewinnung von Reinaromaten durch Flüssig-flüssig-Extraktion wurde in der Regenerierkolonne 1 ein 1,5 Ma.-% höhermolekulare Umwandlungsprodukte polykondensierter Struktur enthaltendes Kreislauflösungsmittel regeneriert, das eine Selektivlösungsmittelkombination aus ca. 30 Ma.-% N-Methyl-e-caprolactam (NMC) und ca. 70 Ma.-% Monoäthylenglykol (MAG) mit einem Siedebereich von 195.. .235⁰C darstellt. Das verunreinigte Lösungsmittel wurde über Leitung 4 der Regenerierkolonne mit einer Gesamtmenge von 39000 kg kontinuierlich zugeführt. Der Destillationsrückstand sammelte sich im Sumpf der Kolonne, die ohne Rücklauf betrieben wird, an.

- ύ- tat ου

Das von den Umwandlungsprodukten gereinigte Lösungsmittel wurde über Kopf abgeführt, im Kondensator 3 kondensiert und über Leitung 5 dem Lösungsmittelkreislauf wieder zugeführt. Die Energiezufuhr erfolgte über das Einsteckbündel 2 durch Dampf mit einem Druck von 1,5MPa. Die Kolonne wurde unter Vakuum bei einem Absolutdruck von 7kPa und einer Sumpftemperatur von 175⁰C betrieben.

Die Fahrperiode der Kolonne wurde beendet, als der Inhalt der Destillationsblase gefüllt war und trotz voll geöffneter Dampfzufuhr zum Verdampfer 2 die Wärmeübertragungsleistung soweit rückläufig war, daß die vorgeschriebene Sumpftemperatur nicht mehr gehalten werden konnte.

Dann wurde die Einsatzproduktzufuhr abgestellt und der Destillationsrückstand unter Aufrechterhaltung der Heizdampfzufuhr noch ca. 2 h destilliert, bis ein deutlicher Abfall der Kopftemperatur signalisierte, daß sich kein Lösungsmittel mehr abtreiben

Außerdem nahm der Sumpfstand nicht mehr ab. Anschließend erfolgte unter einem Stickstoffdruck von 0,4MPa der Austrag des Destillationsrückstandes über Leitung 6.

Die Menge des ausgetragenen Rückstandes betrug 820kg mit folgender Zusammensetzung:

Umwandlungsprodukte 65Ma.-% 533,0kg

NMC 27Ma.-% 221,4 kg

MAG 8Ma.-% 65,6 kg

Beispiel 2

Unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde nach Beendigung des Abdestillierens des Destillationsrückstandes ohne Einsatzproduktzufuhr bei Aufrechterhaltung der Energiezufuhr der Destillationsrückstand über Leitung 7 eine Stunde lang mit einem Mengenstrom von 180kg eines Cg-Aromatengemischesoder Wasserdampf (0,4MPa) abgestrippt. Der Vorgang wurde beendet, als die Kopftemperatur nach einem steilen Anstieg, der den Abtrieb weiteren Lösungsmittels anzeigte, wieder abfiel und keine weitere Abnahme des Standes in der Destillationsblase mehr zu beobachten war. Anschließend wurde der Destillationsrückstand wie im Beispiel 1 über Leitung 6 ausgetragen.

Die Menge des ausgetragenen Destillationsrückstandes belief sich nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bezogen auf strippmittelfrei, noch auf 619kg mit folgender Zusammensetzung:

Umwandlungsprodukte 86,1 Ma.-% 533,0 kg

NMC 12,9Ma.-% 79,8 kg

MAG 1,0Ma.-% 6,2 kg

Entsprechend der physikalisch-chemischen Eigenschaften der im Beispiel vorliegenden Umwandlungsprodukte wurde für beide Strippmittelarten prinzipiell die gleichen Ergebnisse erhalten, von geringfügigen Verschiebungen der Gehalte an Strippmittel im Rückstand bzw. gereinigtem Lösungsmittel, die sich im Bereich von je 10% der eingesetzten Strippmittelmenge bewegten, abgesehen.

Gegenüberstellung beider Verfahrensweisen:

Der Zahlenvergleich anhand dieser Beispiele verdeutlicht die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens zur Verminderung der Lösungsmittelverluste bei der Lösungsmittelregenerierung in thermischen Stofftrennprozessen.

Die ausgetragene Rückstandsmenge verringerte sich in diesem Anwendungsfall um ca. 20%. An reinem Lösungsmittel wurden 141,6 kg NMC und 59,4kg MAG gewonnen, bezogen auf die Rückstandscharge einer Arbeitsperiode mit einer Regenerierung von 35,5 t Kreislauf lösungsmittel. Dies entspricht 70% der Lösungsmittelmenge, die ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Destillationsrückstand verbleiben und für die Wiederverwendung im thermischen Stofftrennprozeß verloren gehen würde.

Der Strippmittelverbrauch verhielt sich zur zurückgewonnenen Lösungsmittelmenge wie 1:1 und betrug 0,5% der regenerierten Lösungsmittelmenge. 80...90% des Strippmittels wurden im Vakuumsystem auskondensiert, wobei sich das Wasser mit dem Wasser des Vakuumsystems vereinigte und im anderen Fall die Cg-Aromaten über den zentralen Ölabscheider der Anlage zurückgewonnen und dem Einsatzpunkt des Gesamtprozesses wieder zugeführt wurden.

Trotz der in diesem Anwendungsfall eingetretenen Aufkonzentrierung der Umwandlungsprodukte im Destillationsrückstand trat keine merkliche Viskositätserhöhung ein. Der Abtransport erfolgte wie im Beispiel 1 in flüssiger Form in beirohrbeheizten Containern zur energetischen Verwertung.

Claims (2)

1. -1- 454 89

   Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Verminderung von Lösungsmittelverlusten bei der Lösungsmittelregenerierung in thermischen Stofftrennprozessen, die höhermolekulare Umwandlungsprodukte bildende Lösungsmittel oder Lösungsmittelkombinationen verwenden, wie Flüssig-flüssig-Extraktion oder Extraktivdestillation, durch diskontinuierliche Destillation des verunreinigten Lösungsmittels mit oder ohne Rücklauf, gekennzeichnet dadurch, daß am Ende einer Arbeitsperiode vor dem Austrag des Destillationsrückstandes unter Aufrechterhaltung der Energiezufuhr der Destillationsrückstand in an sich bekannter Weise mit einem Strippmittel, dessen Siedepunkt bzw. Siedebereich gleich oder niedriger als der des Lösungsmittel liegt und dessen Viskosität wesentlich niedriger als die des reinen Lösungsmittels ist, behandelt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Strippmittel im Destillationsrückstand lösliche Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische, vorzugsweise aromatenhaltige Kohlenwasserstoffgemische, oder Wasser, vorzugsweise Wasserdampf, oder lösungsmittelhaltige Prozeßwässer verwendet werden.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Lösungsmittelverlusten bei thermischen Stofftrennprozessen, wie Flüssig-flüssig-EXtraktion oder Extraktivdestillation, bei denen zur Auftrennung eines Kohlenwasserstoffgemisches ein selektives Lösungsmittel odereine Lösungsmittelkombination verwendet wird, wobei sich infolge prozeßbedingterthermischer Belastung, chemischer Einflüsse durch das Einsatzprodukt, Einsatz von Inhibitoren und Eintrag von Sauerstoff in den Prozeß, höhermolekulare Umwandlungsprodukte mit polymerer oder polykondensierter Struktur bilden, die zuzüglich zu anorganischen Verunreinigungen aus dem Einsatzstoff und durch Korrosionsprodukte des apparativen Systems zur Aufrechterhaltung der vollen Funktionsfähigkeit des großtechnischen Stofftrennprozesses ständig oder in bestimmten Zeitabständen aus dem Lösungsmittelkreislauf entfernt werden müssen, so daß die Notwendigkeit einer Lösungsmittelregenerierung gegeben ist, wodurch gewährleistet wird, daß der Anteil dieser Umwandlungsprodukte und der anderen Verunreinigungen im Kreislauf lösungsmittel auf einen vorgegebenen Wert begrenzt bleibt.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Bei den bekannten großtechnischen angewendeten Verfahren der Flüssig-flüssig-Extraktion und Extraktivdestillation oder ihrer Kombination, z. B, dem Arosolvanverfahren (BRD-AS 1 379272), dem Arexverfahren (DD-WP 79488, DD-WP 111 572), dem Butexverfahren (DD-WP 57848), dem Distexverfahren (DD-WP 82908), erfolgt die Entfernung der höhermolekularen Umwandlungsprodukte in der Weise, daß zeitweilig oder ständig ein Teilstrom des Kreislauflösungsmittels einer diskontinuierlichen Destillation mit oder ohne Rücklauf unterzogen wird, bei welcher die gereinigten Lösungsmitteldämpfe über Kopf abgezogen werden und der sich im Sumpf der Destillationsblase, in der ein Verdampfer angeordnet ist, mit den höhermolekularen Umwandlungsprodukten anreichernde Destillationsrückstand chargenweise ausgetragen und der weiteren Verwertung zugeführt wird. Zur Vermeidung weiterer thermischer Belastung des Lösungsmittels erfolgt die Destillation vorzugsweise unter Vakuum.

   Diese bekannten großtechnisch angewendeten Verfahren zur Lösungsmittelregenerierung weisen einen wesentlichen Nachteil auf. Unter den Bedingungen der fortschreitenden Zunahme der Viskosität des Destillationsrückstandes während einer Arbeitsperiode, infolge der sich in ihm anreichernden höhermolekularen Umwandlungsprodukte des Lösungsmittels, kann die erforderliche Austrittsarbeit der Wärmeenergie zur Erreichung des durch Temperatur und Druck gegebenen Verdampfungsgleichgewichtes nicht mehr aufgebracht werden, und es verbleiben größere Anteile reinen Lösungsmittels, fallweise bis 50% und mehr, im Destillationsrückstand. Es wird daher versucht, am Ende einer Regenerationsperiode durch Wegnahme der Einsatzproduktzufuhr bei Aufrechterhaltung der Heizdampfzufuhr unter Temperatursteigerung noch weiteres Lösungsmittel abzutreiben, bevor der Destillationsrückstand ausgetragen wird. Dabei kommt es oft zu einem solchen Viskositätsanstieg, daß Verstopfungserscheinungen beim Austrag auftreten oder der weitere Transport bei geringeren Temperaturen in flüssiger Form nicht mehr gewährleistet ist. Trotz dieser Maßnahme enthält der Rückstand noch größere Anteile reinen Lösungsmittels bzw. es müssen durch entsprechende Wahl von Druck und Temperatur gezielt größere Anteile reinen Lösungsmittels im Destillationsrückstand zugelassen werden, um die genannten Schwierigkeiten bei der Manipulation der Destillationsrückstände in Grenzen zu halten.

   Der Verbleib von reinem Lösungsmittel im Rückstand der Lösungsmittelregenerierung stellt daher eine der wesentlichen Verlustquellen für das gesamte Lösungsmittel im thermischen Stofftrennprozeß dar.

   Zur Verminderung dieser Lösungsmittelverluste wurde schon vorgeschlagen (DD-WP 84633), während des gesamten Destillationsprozesses ständig dem zu destillierenden Kreislauflösungsmittel eine im Destillationsrückstand lösliche aromatische Kohlenwasserstofffraktion mit einem Siedebeginn wesentlich über dem Siedepunkt des Lösungsmittels prozentual zuzusetzen. Da diese Beimengungen in den Destillationsrückstand übergehen, wird so ein Viskositätsanstieg vermieden, das Verdampfungsgleichgewicht aufrecht erhalten und auch eine kontinuierliche Destillation möglich.

   Nachteile dieses Verfahrens sind jedoch, daß einerseits solche hochsiedenden speziellen Kohlenwasserstofffraktionen nicht ohne weiteres verfügbar sind bzw. in einer gesonderten Verfahrensstufe an anderer Stelle erst gewonnen werden müssen, andererseits die Menge der weiterzuverarbeitenden bzw. ohne Umweltschädigung zu beseitigenden Destillationsrückstände um ein mehrfaches gegenüber der Menge abzutrennender höhermolekularer Umwandlungsprodukte vergrößert wird. Dies ist nicht nur verfahrensbedingt, sondern auch auf die begrenzte Lösefähigkeit und die Viskosität hochsiedender Kohlenwasserstoffgemische zurückzuführen.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und die Lösungsmittelverluste bei der Lösungsmittelregenerierung in thermischen Stofftrennprozessen unter Berücksichtigung der unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der großtechnisch angewendeten Lösungsmittel und ihrer chemischen Umwandlungsprodukte sowie der Anforderungen an eine gute Manipulierbarkeit der Regenerationsrückstände wesentlich zu vermindern.