DE10056685A1 - Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus flüssigen Stoffgemischen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch mit mindestens zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen, bei dem mindestens ein Nebenprodukt aus dem System entfernt wird. Die Erfindung beschreibt ebenfalls Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtren­ nung von mindestens einer reaktiven Komponente aus flüssigen Stoffgemischen in einem System aus mindestens zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der chemischen Verfahrenstechnik liegen zumeist Gemische von Stoffen vor, die zur Weiterverarbeitung oder direkt als Produkt in die einzelnen Komponenten mit vorgegebener Reinheit zerlegt werden müssen. Das Standardverfahren zur Stofftrennung ist die Destillation oder Rektifikation. Bei diesem Verfahren strömen Flüssigkeit und Dampf im Gegenstrom in einer Kolonne, wodurch sich die Komponenten mit niedrigem Siedepunkt oben am Kopf der Kolonne anreichern und die Komponenten mit höheren Siedepunkten unten im Sumpf der Kolonne verbleiben. Die Tren­ nung eng siedender Gemische mit ähnlichen Siedepunkten ist mit hohem apparativen und/oder energetischen Aufwand verbunden. Mögliche Einsparungen in Investitions- und/oder Energiekosten sind daher von großer wirtschaftlicher Bedeutung.

Falls sich Stoffe, die destillativ nicht getrennt werden kön­ nen, in ihren chemischen Eigenschaften stark unterscheiden, ist es möglich, eine oder mehrere Komponenten reaktiv abzu­ trennen. Dabei reagieren besagte Komponenten mit einem geeig­ neten Reaktionspartner zu neuen Substanzen, die aufgrund ihrer Stoffeigenschaften (z. B. Siedepunkt) vom restlichen Gemisch leicht abgetrennt werden können. Diese Reaktion muss reversi­ bel sein, um nach Abtrennung der Reaktionsprodukte dieses wie­ der in seine Ausgangskomponenten zu spalten. Der Reaktionspartner wird in die erste Prozessstufe zurückgeführt, wohinge­ gen die gewünschten Komponenten in der erforderlichen Reinheit abgetrennt werden. Die Reaktionsbedingungen für die Hin- und Rückreaktion können sich dabei deutlich unterscheiden, z. B. im Druck- und Temperaturbereich oder in der Art und Menge des eingesetzten Katalysators.

Solche reaktiven Trennungen werden destillativ in einer Reak­ tivdestillation (RD) durchgeführt. Unter Reaktivdestillation (RD) versteht man die simultane Durchführung von Reaktion und Stofftrennung in einem Apparat, üblicherweise einer Reaktiv­ destillationskolonne (RDK). Typische Beispiele sind Vereste­ rungen, z. B. die Synthese von Methylacetat, oder Veretherun­ gen, z. B. die Synthese von Methyl tert-Butyl Ether (MTBE). Bei beiden Beispielen werden RDKn großindustriell eingesetzt.

Reaktive Trennungen unter Verwendung von RDK sind bereits für diverse Stoffsysteme bekannt. So ist in "Ind. Eng. Chem. Pro­ cess Des. Dev.", 1985, Band 24, Seiten 1062 ff. die Trennung von m- und p-Xylol beschrieben, wobei Natrium p-Xylol als Schleppmittel verwendet wird. In dieser Reaktivdestillation ist ein Eingang für die Xylole vorgesehen, während über zwei Ausgänge die beiden Komponenten p-Xylol und m-Xylol herausge­ hen.

Die reaktive Trennung eines Gemisches aus 3-Picolin und 4- Picolin ist aus "Comput. Chem. Engng.", 1988, Band 12, Seiten 1141 ff. bekannt. In diesem Reaktivdestillationsprozess werden Trifluoressigsäure, Chlorpyridin und Nitromethan als Lösungs­ mittel eingesetzt. Die gezeigte Anlage besteht aus zwei Reak­ tivdestillationskolonnen und vier nicht-reaktiven Kolonnen.

Der Artikel in "Chemical Technology (RSA)", März/April 1999, Seiten 1 ff. berichtet ganz allgemein über gekoppelte Reaktiv­ destillationskolonnen. Bei dem angegebenen Fließbild wird ein Gemisch aus den Komponenten A und B über eine nicht-reaktive Säule (A) und eine reaktive Regenerationssäule (B) aufge­ trennt. Andere im Fließbild auftretenden Komponenten bleiben im System und werden nicht nach außen geführt.

Das Hauptproblem bei reaktiven Trennungen besteht darin, dass in der Regel unerwünschte Nebenreaktionen auftreten. Dabei wird ein Teil der zu trennenden Ausgangsstoffe in Nebenproduk­ te umgewandelt, mit der Folge, dass die Produktausbeute der einzelnen Komponenten wesentlich herabgesetzt ist, und sich Nebenprodukte durch die Rückführung des oben genannten Reakti­ onspartners akkumulieren können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für die Reak­ tivdestillation ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bereitzu­ stellen, mit dem bzw. der die bei der Auftrennung der Kompo­ nenten eines Stoffgemisches auftretenden Nebenprodukte gesteu­ ert werden können, um die Komponenten jeweils in reiner Form und hoher Ausbeute zu erhalten, und oben genannten Akkumulati­ onseffekte zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungs­ formen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls mit einer Vorrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 22 definiert ist. Die Unteransprü­ che definieren bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Ab­ trennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch in einem System aus mindestens zwei ge­ koppelten Reaktivdestillationskolonnen mit einer Bildungskolonne und einer Spaltungskolonne, bei dem mindestens ein Ne­ benprodukt aus dem System entfernt wird.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Figuren näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung mit einem Kolonnensystem zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine nicht-reaktive Destillationskolonne zwi­ schengeschaltet ist;

Fig. 2 ein Beispiel für die Ausführungsform nach Fig. 1 anhand der Trennung des Gemisches iso-Buten/n-Buten;

Fig. 3a bis c Konzentrationsprofile der einzelnen Kompo­ nenten in den drei Kolonnen nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Vorrichtung mit einem Kolonnensystem zur Durchführung einer weiteren Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein Dampfseitenabzug an der Bildungskolonne vorgesehen ist;

Fig. 5 ein Beispiel für die Ausführungsform nach Fig. 4 anhand der Trennung des Gemisches iso-Buten/n-Buten; und

Fig. 6a, b Konzentrationsprofile der einzelnen Kompo­ nenten in den zwei Kolonnen nach Fig. 5.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden min­ destens zwei Reaktivdestillationskolonnen benötigt, die mit­ einander gekoppelt sind. Das Nebenprodukt bzw. die Nebenprodukte können, je nach zu trennendem Stoffgemisch und zugeführ­ tem Reaktionspartner in oder nach der ersten Kolonne, der Bil­ dungskolonne, bzw. in oder nach der zweiten Kolonne, der Spal­ tungskolonne, entfernt werden.

Die Entfernung des Nebenproduktes bzw. der Nebenprodukte er­ folgt über Einrichtungen, die geeignet sind, die Nebenprodukte aus dem System zu schleusen. Beispielsweise kann dafür eine separate, nicht-reaktive Destillationskolonne oder ein Seiten­ abzug vorgesehen werden.

Abhängig von den Eigenschaften des konkreten Stoffgemisches ist es günstiger, das Nebenprodukt in oder nach der Spaltungs­ kolonne zu entfernen oder es gemeinsam mit dem Reaktionspart­ ner zur Bildungskolonne zurückzuführen und es in oder nach dieser Kolonne abzutrennen. Treten mehrere Nebenprodukte auf, so kann es auch vorteilhaft sein, diese sowohl in oder nach der Bildungskolonne als auch in oder nach der Spaltungskolonne aus dem gekoppelten System auszuschleusen. Beispielsweise kön­ nen diese mit einer nicht-reaktiven Reaktivdestillationskolon­ ne je nach Siedereihenfolge als Kopf- oder Sumpfprodukt dieser Kolonne anfallen.

Je nach dem, ob es sich bei dem Nebenprodukt um eine höhersie­ dende oder niedrigsiedende Substanz handelt, wird das Neben­ produkt dann aus dem Kopf oder dem Sumpf der jeweiligen Kolon­ ne entfernt.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Kolonnensystem zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens. Das Kolonnensystem 9 besteht aus zwei ge­ koppelten Reaktivdestillationskolonnen, die aus der Bildungs­ kolonne 10 und der Spaltungskolonne 11 zusammengesetzt sind. Dazwischen ist eine nicht-reaktive Destillationskolonne 12 ge­ schaltet. Jeweils am Kopf und am Sumpf der einzelnen Kolonnen 10, 11 und 12 sind Rücklaufeinrichtungen 14 vorgesehen. Das Verfahren zur reaktiven Trennung mit diesem Kolonnensystem 9 läuft folgendermaßen ab:
Ein Stoffgemisch, d. h. eine Mischung aus mindestens zwei Kom­ ponenten 1 wird in die Bildungskolonne 10 eingeleitet. Das Ge­ misch ist aus mindestens einer inerten Komponente 2 und min­ destens einer reaktiven Komponente 3 zusammengesetzt. Gleich­ zeitig wird in die Bildungskolonne 10 ein Reaktionspartner 7 eingeleitet, der in der Bildungskolonne 10 mit der reaktiven Komponente bzw. den reaktiven Komponenten 3 des Gemisches un­ ter Bildung eines Reaktionsproduktes oder mehrerer Reaktions­ produkte 4 reagiert. Die niedriger siedenden, inerten Kompo­ nenten 2 destillieren in reiner Form aus dem Kopf der Bil­ dungskolonne 10 ab. Aus dem Sumpf der Bildungskolonne 10 wird dann eine Mischung aus Nebenprodukten und Reaktionsprodukt(en) 6 geleitet und in die nicht-reaktive Destillationskolonne 12 überführt. Aus dem Sumpf der nicht-reaktiven Destillationsko­ lonne 12 werden die Nebenprodukte 5 in reiner Form entfernt. Gleichzeitig geht das Reaktionsprodukt oder die Reaktionspro­ dukte 4 aus dem Kopf der nicht-reaktiven Destillationskolonne 12 in die Spaltungskolonne 11 über. Dort spalten sich die Re­ aktionsprodukte 4 in die reinen Komponenten 3 und in den Reak­ tionspartner 7. Die reinen reaktiven Komponenten 3 entweichen über den Kopf der Spaltungskolonne 11, während der Reaktions­ partner 7 im Gemisch mit den in der Spaltungskolonne 11 gebil­ deten Nebenprodukten 5 aus dem Sumpf der Spaltungskolonne 11 entfernt wird. Das Gemisch aus Reaktionspartner und Nebenpro­ dukten 8 wird der Bildungskolonne 10 wieder zugeführt.

Die Nebenprodukte können auch aus dem Sumpf der Bildungskolon­ ne 10 abgezogen werden. Diese bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt. Hier wird eine Vorrichtung mit einem Ko­ lonnensystem gezeigt, wobei ein Seitenabzug an der Bildungsko­ lonne vorgesehen ist.

Die Vorrichtung umfasst ein Kolonnensystem 9, das sich aus der Bildungskolonne 10 und der Spaltungskolonne 11 zusammensetzt. Am Sumpf der Bildungskolonne 10 werden die Nebenprodukte 5 in reiner Form abgeleitet. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens läuft folgendermaßen ab:
In die Bildungskolonne 10 wird eine Mischung aus mindestens zwei Komponenten, mindestens eine inerte Komponente 2 und min­ destens eine reaktive Komponente 3 eingeleitet. Gleichzeitig wird ein Reaktionspartner 7 in die Bildungskolonne 10 einge­ leitet. Der Reaktionspartner 7 bildet ein Reaktionsprodukt oder Reaktionsprodukte 4 mit den reaktiven Komponenten 3. Die Reaktionsprodukte 4 werden über einen Dampfseitenabzug 13 aus der Bildungskolonne 10 entfernt. Gleichzeitig werden aus dem Sumpf der Bildungskolonne 10 die Nebenprodukte 5 in reiner Form abgeleitet. Die Reaktionsprodukt 4 werden in der Spal­ tungskolonne 11 wieder in die Komponenten 3 und den Reaktions­ partner 7 gespalten. Die Komponenten 3 verlassen in reiner Form den Kopf der Spaltungskolonne 11. Der Reaktionspartner 8 bildet am Sumpf der Spaltungskolonne 11 eine Mischung 8 mit den Nebenprodukten 5, die sich in der Spaltungskolonne 11 ge­ bildet haben. Diese Mischung verlässt den Sumpf der Spaltungs­ kolonne 11 und wird wieder in die Bildungskolonne 10 eingelei­ tet. Wie bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens befinden sich jeweils am Kopf und am Sumpf der bei­ den gekoppelten Kolonnen 10 und 11 Rücklaufeinrichtungen 14.

Erfindungsgemäß werden schwersiedende Nebenprodukte aus dem Kreislauf entfernt, um eine Akkumulation zu vermeiden. Das kann entweder in separaten Trenneinrichtungen (z. B. Destilla­ tionskolonnen) oder durch dampfförmige oder flüssige Seitenab­ züge aus der jeweiligen Komponente geschehen. Dabei sind grundsätzlich zwei Fälle zu unterscheiden.

• a) Die Nebenprodukte sind schwerer siedend als das Reaktions­ produkt bzw. als der Reaktionspartner. Die Abtrennung erfolgt als Sumpfprodukt einer separaten nicht-reatkiven Destillati­ onskolonne oder als Sumpfprodukt der RDK mit Seitenabzug.
• b) Die Nebenprodukte sind leichter siedend als das Reaktions­ produkt bzw. als der Reaktionspartner. Die Abtrennung erfolgt als Kopfprodukt einer separaten nicht-reaktiven Destillations­ kolonne oder als Seitenabzug der RDK.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können prinzipiell aus al­ len Stoffgemischen, die aus eng siedenden Komponenten beste­ hen, diejenigen Komponenten abgetrennt werden, die eine höhere Reaktivität aufweisen. Als Beispiel kann die Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem Gemisch eng siedender Kohlenwasserstoffe genannt werden. Reaktive Kompo­ nenten sind hierbei insbesondere Alkene, vorzugsweise tertiäre Olefine oder Cycloalkene.

Bei der Auftrennung von Gemischen mit Alkenen kann mindestens eine reaktive Komponente dieses Gemisches verethert, hydrati­ siert oder verestert werden.

Als Beispiel wird nachfolgend die Veretherung eines tert.- Olefins wie folgt dargestellt:

tert.-Olefin + Alkohol ↔ Alkyl tert.-Alkylether

Als tert.-Olefine können bspw. Isobuten, Isoamylen, Isohexen und Isohepten aus den entsprechenden C₄- bis C₇-Gemischen ge­ nannt werden.

In der Regel werden für die Veretherung geradkettige oder ver­ zweigte, ein- oder mehrwertige Alkohole verwendet. Bevorzugt weist der Alkohol ein bis fünf Kohlenstoffatome auf. Beispielhaft können hier Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, n- Butanol, sec.-Butanol erwähnt werden.

Für den Fall der obigen tert.-Olefine bilden sich bspw. fol­ gende Ether: Methyl tert.-Butylether (MTBE), tert.- Amylmethylether, Methyl tert.-Hexylether, Methyl tert.- Heptylether, Ethyl tert.-Butylether, Ethyl tert.-Amylether, Ethyl tert.-Hexylether, Ethyl tert.-Heptylether und die ent­ sprechenden Ether aus der Bildung mit Propanolen und Butano­ len.

Die Hydratisierung eines Olefins kann anhand eines tert.- Olefins wie folgt dargestellt werden:

tert.-Olefin + Wasser ↔ tert.-Alkohol

Für diesen Fall können als tert.-Olefine bspw. Isobuten, Isoa­ mylen, Isohexen und Isohepten aus den verschiedenen C₄- bis C₇- Gemischen erwähnt werden. Die tert.-Alkohle entsprechen in diesem Falle dem tert.-Butylalkohol, tert.-Amylalkohol, tert.- Hexylalkohol und tert.-Heptylalkohol.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, mit dem vorliegenden Ver­ fahren mindestens ein Cycloalken eng siedender Kohlenwasser­ stoffe aufzutrennen. Dieses verläuft bspw. über die Vereste­ rung eines Cycloalkens nach folgendem Schema:

Cycloalken + Carbonsäure ↔ Carbonsäureester

Als Beispiele für geeignete Cycloalkene können Cyclopenten, Cyclohexen oder Cyclohepten genannt werden.

Als Veresterungsmittel wird eine Carbonsäure eingesetzt. Die Carbonsäure kann eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder nicht-verzweigte Carbonsäure mit zwei bis zehn Kohlenstoffatomen und einer oder mehreren Säuregruppen sein. Bei­ spielhaft können hier Ameisensäure, Essigsäure, Acrylsäure und Methacrylsäure genannt werden.

Die dabei gebildeten Carbonsäureester sind dann bspw. Cyclo­ pentylformiat, Cyclopentylacetat, Cyclopentylacrylat, Cyclo­ pentylmethacrylat, Cyclohexylformiat, Cyclohexylacetat, Cyclohexylacrylat und Cyclohexylmethacrylat und die entsprechenden Ester aus der Bildung mit den anderen Carbonsäuren.

Die Reaktionsbedingungen hängen von den aufzutrennenden Stoff­ gemischen ab. Die erreichten Temperaturen hängen bei der Reak­ tivdestillation direkt von dem in der Kolonne eingestellten Druck ab und entsprechen den Siedetemperaturen der jeweiligen Gemische oder reinen Stoffe. Bi der Olefinabtrennung durch Veretherungen werden Drücke von 0,1 bis 11 bar (entsprechend Temperaturen von 220°C) realisiert, vorzugsweise Drücke von 5 bis 8 bar (entsprechend Temperaturen bis 200°C). Bei der Ole­ finabtrennung durch Hydratisierung kommen Drücke von 0,1 bis 6 bar (Temperaturen bis 160°C) zum Einsatz, vorzugsweise Drücke von 2 bis 4 bar (Temperaturen bis 140°C). Die Veresterung von Cycloalkenen findet bei Drücken von 0,1 bis 10 bar (entspre­ chend Temperaturen bis 250°C) statt.

Zur Steigerung der Reaktionsumsätze können zur Durchführung der Reaktionen Katalysatoren eingesetzt werden. In der Regel werden als Katalysatoren stark saure Substanzen verwendet.

Es kommen sowohl heterogene Katalysatoren als auch homogene Katalysatoren in Frage. Bei heterogenen Katalysatoren sind z. B. sulfonsaure Ionentauscherharze zu nennen, die in Form von Gewerbepackungen oder als Schüttungen in die Kolonnen einge­ bracht werden. Als homogene Katalysatoren können Säuren, wie z. B. Schwefelsäure, eingesetzt werden. Letztere haben den Vorteil, dass weniger Nebenprodukte gebildet werden, aller­ dings ist es schwieriger, die Reaktionszone zu positionieren.

Es ist unter Umständen zweckmäßig, in der Bildungs- und in der Spaltungskolonne unterschiedliche Katalysatoren zu verwenden. Es hat sich gezeigt, dass in der Spaltungskolonne deutlich ge­ ringere Mengen an Katalysator eingesetzt werden müssen als in der Bildungskolonne, um die Entstehung von Nebenprodukten zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der reakti­ ven Trennung eines flüssigen Stoffgemisches umfasst mindestens zwei gekoppelte Reaktivdestillationskolonnen 9, die aus einer Bildungskolonne 10 und einer Spaltungskolonne 11 zusammenge­ setzt sind. Des Weiteren weist das gekoppelte Reaktivdestilla­ tionskolonnensystem 9 mindestens eine Einrichtung zum Entfer­ nen der Nebenprodukte auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte eine nicht-reaktive Destilla­ tionskolonne 12 dar. Diese nicht-reaktive Destillationskolonne 12 ist zwischen die Bildungskolonne 10 und die Spaltungskolon­ ne 11 geschaltet. In die Kolonne 12 tritt das in der Bildungs­ kolonne 10 gebildete Reaktionsprodukt 6 aus den reaktiven Kom­ ponenten und dem zugeführten Reaktionspartner 7 ein. Am Sumpf der nicht-reaktiven Destillationskolonne 12 werden dann die Nebenprodukte 5 in reiner Form abgeleitet.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung stellt die Einrichtung zum Entfernen der Nebenproduk­ te einen Dampfseitenabzug 13 dar. Dieser Seitenabzug 13 ist im unteren Teil der Bildungskolonne 10 vorgesehen. Über den Dampfseitenabzug 13 wird das Reaktionsprodukt in die Spal­ tungskolonne 11 überführt.

Hinsichtlich der Ausschleusung der Nebenprodukte wird auf die vorangegangenen Ausführungen hingewiesen.

Üblicherweise sind an den Kolonnen 10 und 11 sowie an der Ko­ lonne 12 Rücklaufeinrichtungen bzw. Verdampfereinrichtungen 14 vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere einsetzbar zur Herstellung wichtiger Grundstoffe für nachfolgende Synthe­ sen. So ist bspw. iso-Buten in der Kunststoffindustrie viel­ seitig als Basis für Polymere und Polymermischungen einsetz­ bar. Auch die in reiner Form gewonnen Nebenprodukte können di­ rekt weiterverwendet werden. Ein Beispiel ist das bei der iso- Buten-Veretherung anfallende Diisobuten, das als Kraftstoffzu­ satz (Antiklopfmittel) Einsatz finden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Vorteile des Prinzips der reaktiven Trennung und des Systems Reaktivdestil­ lationskolonne in vorteilhafter Weise miteinander verbunden. Sowohl die Bildungs- als auch die Spaltungskolonne sind be­ kannt, allerdings jeweils nur einzeln ohne Rückführung des Re­ aktionspartners. Es war aber bisher noch nicht bekannt, ein vollständig gekoppeltes System von Reaktivdestillationskolon­ nen für die Bildung und die Spaltung des Reaktionsproduktes mit Rückführung des Reaktionspartners und Ausschleusung von Nebenprodukten zu verwenden. Erfindungsgemäß liegen die ein­ zelnen Reaktivdestillationskolonnen direkt verschaltet vor. Die Nebenprodukte werden erfindungsgemäß aus dem Kolonnensys­ tem ausgeschleust, um ihre Akkumulation zu vermeiden und eine gute Ausbeute und Reinheit der abzutrennenden Komponenten zu gewährleisten.

Die Ausschleusung der Nebenprodukte kann über weitere Trennko­ lonnen oder über einen Seitenabzug erfolgen. Die zweite Variante ist, abhängig von den jeweiligen Stoffsystemen, oftmals eine kostengünstige Lösung.

Die nachfolgenden. Beispiele dienen dazu, die vorliegende Er­ findung weiter zu erläutern.

Beispiele Beispiel 1 Auftrennung des Stoffgemisches iso-Buten/n-Buten

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein Gemisch der eng sie­ denden Stoffe iso-Buten und n-Buten einem System aus zwei ge­ koppelten Reaktivdestillationskolonnen und einer nicht- reaktiven Destillationskolonne zugeführt. In der Bildungsko­ lonne reagiert die reaktive Komponente iso-Buten mit Methanol, das als Reaktionspartner anfänglich vorgegeben wird, zu dem schwer siedenden Ether MTBE. Bei vollständigem Umsatz der ein­ gesetzten reaktiven Komponente iso-Buten besteht das Kopfpro­ dukt der Kolonne aus reinem n-Buten. Der MTBE wird zusammen mit dem Nebenprodukt Diisobuten (DIB) in die nicht-reaktive Destillationskolonne überführt. Dort wird das MTBE/DIB-Gemisch in die einzelnen Komponenten zerlegt. DIB wird hochrein im Sumpf dieser Kolonne abgezogen und kann für weitere Prozess­ schritte verwendet werden. Der MTBE wird vom Kopf der nicht- reaktiven Destillationskolonne in die nachgeschaltete Spal­ tungskolonne überführt, wo der Ether wieder vollständig in die ursprünglichen Komponenten iso-Buten und Methanol gespalten wird. Die leichter siedende Komponente iso-Buten wird als Kopfprodukt in reiner Form abgetrennt, während das Methanol mit dem DIB wieder in die Bildungskolonne zurückgeführt wird.

Das Kolonnensystem wird bei 6 bar betrieben, sämtliche Zuläufe werden als gesättigte Flüssigkeiten zugeführt. Die MTBE- Bildungskolonne hat 30 Stufen, wobei der Kondensator am Kopf die Stufe 1 darstellt und der Verdampfer im Sumpf die Stufe 30. Die Stufen 2 bis 12 sind mit Katalysator gefüllt und bil­ den die reaktive Zone. Alle Zuläufe in diese Kolonne werden auf Stufe 12 zugeführt, also am unteren Ende der Reaktionszo­ ne. Die nicht-reaktive DIB-Trennkolonne hat ebenfalls 30 Stu­ fen, das Feed wird als Stufe 12 zugeführt. Die MTBE- Spaltungskolonne hat 50 Stufen, von denen die Stufen 2 bis 20 die Reaktionszone bilden. Das Feed wird auf Stufe 10 einge­ bracht.

In der folgenden Tabelle sind die Mengenströme (in mol/s) al­ ler Kolonnen und ihre molaren Zustände (in mol%) dargestellt. D bezeichnet dabei jeweils den Destillatstrom über Kopf der Kolonne, B den Sumpfproduktstrom. Man erkennt, dass sämtliche Produkte in hohen bis sehr hohen Reinheiten die Anlage verlas­ sen. 70% des eingesetzten iso-Buten kann in reiner Form er­ halten werden, die restlichen 30% werden zu Diisobuten umge­ setzt. Die erforderlichen Heizleistungen der Verdampfer sind ebenfalls angegeben.

Ein kleiner Prozentsatz des Methanols wird in einer weiteren Nebenreaktion zu Dimetylether (DME) und Wasser umgesetzt, so dass ein geringer externer Methanolzufluss vorgesehen werden muss.

Fig. 3 mit den Konzentrationsprofilen der einzelnen Komponen­ ten in den drei Kolonnen (a bis c) zeigt, dass die inerte Kom­ ponente n-Buten, die reaktive Komponente iso-Buten und das Ne­ benprodukt DIB in hohen bis sehr hohen Reinheiten an den ent­ sprechenden Stellen abgezogen werden.

Beispiel 2 Auftrennung des Systems iso-Buten/n-Buten

Hier wird ein Dampfseitenabzug für einen Dampfstrom in der MTBE-Bildungskolonne vorgesehen. Die Auslegung dieses Kolon­ nensystems entspricht im Wesentlichen der in Beispiel 1 be­ schriebenen Auslegung mit DIB-Kolonne. Der einzige apparative Unterschied besteht darin, dass die Bildungskolonne hier 40 Stufen hat, wobei der dampfförmige Seitenabzug auf der Stufe 22 angebracht ist. Das Feed der Spaltungskolonne besteht aus gesättigtem Dampf.

Die folgende Tabelle zeigt die Ströme und ihre Zusammensetzun­ gen. Wieder werden die Produkte in hohen bis sehr hohen Rein­ heiten erhalten. 82% des eingesetzten iso-Buten kann in rei­ ner Form erhalten werden. Die restlichen 18% werden zu Diiso­ buten umgesetzt.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird über diesen Dampfseitenabzug reines MTBE abgezogen und der MTBE-Spaltungskolonne zugeführt. Das Diisobuten (DIB) wird flüssig am Sumpf der Bildungskolonne in reiner Form entnommen.

In Fig. 5 sind die Konzentrationsprofile in den beiden Kolon­ nen für die beteiligten Komponenten dargestellt. Gegenüber der Variante im Beispiel 1 wird eine Kolonne eingespart.

Claims (26)

1. Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch in einem System aus mindestens zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen mit einer Bildungskolonne und einer Spaltungskolonne, bei dem mindestens ein Nebenprodukt aus dem System entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt in oder nach der Bildungskolonne entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt in oder nach der Spaltungskolonne entfernt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass für die Entfernung des Nebenproduk­ tes eine separate nicht-reaktive Destillationskolonne oder ein Seitenabzug vorgesehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt am Kopf oder am Sumpf der nicht-reaktiven Destillationskolonne entfernt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt in der Spaltungs­ kolonne gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt zusammen mit dem Reaktionspartner zur Bil­ dungskolonne zurückgeführt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Nebenprodukt aus dem Sumpf der Bildungsko­ lonne abgezogen wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Nebenprodukt mit dem Reaktionsprodukt in eine nicht-reaktive Destillationskolonne überführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt aus dem Sumpf der nicht-reaktiven Destillati­ onskolonne abgezogen wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein reaktives Olefin aus einem eng siedendem Stoffgemisch abgetrennt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Olefin verethert, hydratisiert oder verestert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, dass mit einem geradkettigen oder verzweigten, ein- oder mehrwertigen Alkohol verethert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol ein bis fünf Kohlenstoffatome aufweist.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus iso-Buten/n-Buten mit Methanol als Veretherungsmittel aufgetrennt wird.

16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein reaktives Cycloal­ ken aus einem eng siedendem Stoffgemisch abgetrennt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Cycloalken verestert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich­ net, dass als Veresterungsmittel eine Carbonsäure eingesetzt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonsäure eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder nicht-verzweigte Carbonsäure mit zwei bis zehn Kohlen­ stoffatomen ist.

20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der reaktiven Kom­ ponente in Gegenwart eines Katalysators erfolgt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator eine stark saure Substanz verwendet wird.

22. Vorrichtung zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, mit den Merkmalen:

• - mindestens zwei gekoppelte Reaktivdestillationskolonnen (9), die aus einer Bildungskolonne (10) und einer Spaltungsko­ lonne (11) zusammengesetzt sind, und
• - mindestens eine Einrichtung zum Entfernen des Nebenproduk­ tes oder der Nebenprodukte.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte eine nicht- reaktive Destillationskolonne (12) darstellt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte einen Seiten­ abzug (13) darstellt.

25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kolonnen (10) und (11) so­ wie an der Kolonne (12) Rücklaufeinrichtungen bzw. Verdampfer­ einrichtungen (14) vorgesehen sind.

26. Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der An­ sprüche 12 bis 25 auf dem Gebiet der Kraftstoffherstellung und in der Kunststoffindustrie.