DE10060505A1

DE10060505A1 - Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist

Info

Publication number: DE10060505A1
Application number: DE10060505A
Authority: DE
Inventors: Markus Weber; Christoph Schwarz; Uwe Tanger; Hermann-Josef Korte; Jochen Ullrich
Original assignee: Phenolchemie GmbH and Co KG
Current assignee: Ineos Phenol GmbH
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2003-01-30
Also published as: KR20030060976A; JP2004515484A; SK6782003A3; CZ20031524A3; EP1339661B1; CN1220665C; DE60113714T2; AU2002217077A1; ATE305444T1; RU2003120453A; US20020066661A1; PL362321A1; BR0115997A; ES2248418T3; WO2002046133A1; CN1479710A; US6583326B2; DE60113714D1; EP1339661A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beansprucht ein Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch durch einen einzigen destillativen Trennschritt und einen einzigen Phasentrennschritt der Art aufgetrennt wird, dass zumindest eine Phenol aufweisende Fraktion gewonnen wird, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist. Üblicherweise wird bei der destillativen Aufarbeitung von Spaltproduktgemischen das Hydroxyaceton mit einer Phenolfraktion aus dem Spaltproduktgemisch entfernt, aus welcher das Hydroxyaceton aufwendig entfernt werden muss. DOLLAR A Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich der apparative Aufwand und der Energieaufwand gegenüber herkömmlichen Anlagen deutlich reduzieren. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur destillativen Aufarbeitung von Spaltproduktgemischen, die bei der Spaltung von Alkylarylhydroperoxiden, insbesondere bei der Spaltung von Cumolhydroperoxid anfallen, eingesetzt werden. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich aus einem Spaltproduktgemisch, das bei der Spaltung von Cumolhydroperoxid erhalten worden ist, Phenol und Aceton abzutrennen.

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist.
Das Verfahren der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid in Phenol und Aceton ist seit langem von besonderer industrieller Bedeutung. Bei dieser Herstellung von Phenol aus Cumol nach dem Hockverfahren wird in einer ersten Reaktionsstufe, der so genannten Oxidation, Cumol zu Cumolhydroperoxid (CHP) oxidiert und das CHP anschließend in einer Vakuumdestillation, der so genannten Konzentrierung auf 65 bis 90 Gew.-% aufkonzentriert. In einer zweiten Reaktionsstufe, der so genannten Spaltung, wird das CHP durch Einwirken einer Säure, zumeist Schwefelsäure, in Phenol und Aceton gespalten. Neben Phenol und Aceton weist das Spaltprodukt weitere Verbindungen auf, die in den der Spaltung vorgelagerten Reaktionsschritten entstanden sein können und die bei der Spaltung nicht oder nur teilweise umgewandelt werden. Als wichtigste Verbindungen, die im Spaltprodukt neben Phenol und Aceton vorliegen können, sind insbesondere α-Methylstyrol (AMS), Cumol und Acetophenon zu nennen. Außerdem können im Spaltprodukt geringe Mengen von bereits in der Oxidation gebildetem Dimethylphenylcarbinol (DMPC) vorliegen. Weitere Verunreinigungen umfassen Verbindungen wie z. B. Methylbenzofuran (MBF), Hydroxyaceton, Mesityloxid (MO) und Carbonylverbindungen wie z. B. (Acet-)Aldehyde und 2-Phenyl-propionaldehyd. Nach Neutralisation des Spaltproduktes und eventueller Abtrennung einer wässrigen Phase wird das Spaltprodukt destillativ aufgearbeitet.
Es sind unterschiedliche Verfahren zur destillativen Aufarbeitung des Spaltproduktes bekannt (Ullmann's Encyclopädia of Industrial Chemistry, 5th completely revised edition, Vol. A19, 1991, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim). Im Prinzip wird bei all diesen Verfahren das Spaltprodukt zuerst neutralisiert, wobei wässrige Natronlauge, Amine oder wässrige Phenolatlauge verwendet wird. Nach einer Phasentrennung wird der organische Teil des neutralisierten Spaltproduktes in eine erste Kolonne überführt, in welcher Rohaceton vom restlichen Spaltprodukt über Kopf abdestilliert wird. Dieses Rohaceton wird üblicherweise in einem Wäscher alkalisch behandelt und erneut durch Destillation gereinigt. Zum Teil erfolgt die Wäsche aber auch in der Kolonne. Das in der ersten Kolonne erhaltene Sumpfprodukt wird in einer zweiten Kolonne destilliert, wobei AMS und Cumol über den Kopf dieser Kolonne abgezogen werden und üblicherweise einer Hydrierung zugeführt werden, in welcher wieder Cumol hergestellt wird. Die Abtrennung von AMS und Cumol kann auch als Azeotropdestillation mit Wasser durchgeführt werden. Das in der zweiten Kolonne verbleibende Sumpfprodukt wird in einer Rohphenolkolonne destilliert.
Das erhaltene Rohphenol kann durch eine Extraktivdestillation mit Wasser oder durch Behandlung mit einem sauren Ionenaustauscher und anschließender Destillation weiter gereinigt werden. Bei letztgenanntem Prozess werden Verbindungen, die sich destillativ schlecht von Phenol trennen lassen, wie z. B. Mesityloxid und Hydroxyaceton, zu höher siedenden Verbindungen kondensiert.
Ein solches Verfahren wird z. B. in US 5.064.507 (Allied) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das Spaltprodukt zuerst in einer Rohacetonkolonne vom Rohaceton getrennt. Das Sumpfprodukt wird in eine Cumolkolonne überführt, in welcher Cumol und AMS vom Spaltprodukt abgetrennt werden. Die Kolonne wird allerdings so betrieben, dass ein gewisser Anteil an AMS im Sumpfprodukt noch vorhanden ist, da dieses bei der weiteren Aufarbeitung des Phenols zur Abtrennung von MBF und anderer Verunreinigungen als Reaktionspartner bzw. Lösungsmittel benötigt wird. Dieses Sumpfprodukt wird mit einem Amin, vorzugsweise Hexamethylendiamin, in einem Reaktor mit Strömungsrohr-Charakteristik zur Reaktion gebracht, um carbonylische Verunreinigungen, wie z. B Acetol (Hydroxyaceton) oder MO, zu höher siedenden Verbindungen umzusetzen. Das so behandelte Produkt wird weiter destillativ aufgearbeitet. Bis zum gereinigten Endprodukt Phenol, werden allerdings noch weitere vier Kolonnen und zwei Reaktionszonen durchlaufen. Der apparative Aufwand, der für die Abtrennung des Hydroxyacetons aus dem Phenol betrieben werden muss, ist bei diesem Verfahren relativ groß.
Auch in US 3.322.651 (UOP) wird die Verwendung von Stickstoffverbindungen, insbesondere von Aminen zur Reinigung von Phenol, welches bei der Spaltung von CHP erhalten wurde, beschrieben. Die zugegebenen Amine müssen allerdings ebenfalls wieder aus den Produkten entfernt werden.
In GB 1 021 759 (Mitsui) wird die Aufarbeitung eines Spaltproduktgemisches, welches bei der säurekatalysierten Spaltung von CHP erhalten wurde und aus welchem der Katalysator durch Neutralisation und Waschen entfernt wurde, beschrieben. Um ein Phenol, welches einen geringen Anteil an Hydroxyaceton aufweist, erhalten zu können, wird die Trennung so durchgeführt, dass das Spaltproduktgemisch seitlich in eine Destillationskolonne eingespeist wird und dieses Gemisch in einem Trennschritt in eine Kopffraktion, welche Wasser, Aceton, Hydroxyaceton und Cumol aufweist, und in eine Sumpffraktion, welche Phenol mit einem Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 100 ppm aufweist, aufgetrennt wird. Je nach Zusammensetzung des Spaltproduktgemisches wurde soviel Cumol zugesetzt, dass das Verhältnis von Cumol zu Phenol im Zulauf der Kolonne zumindest 0,28 Gewichtsteile Cumol zu einem Gewichtsteil Phenol betrug, da das Verfahren auf der Abtrennung eines azeotropen Gemisches von Hydroxyaceton und Cumol vom Phenol basiert. Mit diesem Verfahren gelingt die Abtrennung des Hydroxyacetons von Phenol. Es wird aber eine Kopffraktion erhalten, die neben Wasser, Cumol und Hydroxyaceton auch noch Aceton aufweist. Gegebenenfalls können auch noch Verunreinigungen an Phenol in der Kopffraktion enthalten sein. Diese Produkte müssen ebenfalls voneinander getrennt werden.
In US 4.251.325 (BP Chemicals) ist die Aufarbeitung einer Fraktion, die von Leichtsiedern, Wasser und Aceton weitestgehend befreit worden ist, dahingehend optimiert worden, dass die Cumolkolonne so betrieben wird, dass am Kopf ein Gemisch abgenommen wird, welches Cumol, AMS und Hydroxyaceton aufweist, wobei letzteres nahezu vollständig vom im Sumpf verbleibenden Rohphenol abgetrennt wird und somit nicht bei der Phenolaufarbeitung aufwendig abgetrennt werden muss. Mit diesem Verfahren wird Phenol erhalten, welches weniger als 30 ppm Hydroxyaceton aufweist. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Tatsache, dass das Eingangsgemisch weitestgehend von Wasser befreit sein muss, weshalb im vorgeschalteten Trennschritt aus dem Spaltproduktgemisch eine Acetonfraktion abgetrennt werden muss, die neben Leichtsiedern auch den überwiegenden Teil des im Spaltproduktgemisch vorhandenen Wassers aufweisen muss. Die Aufarbeitung einer solchen Acetonfraktion nach dem Stand der Technik ist relativ umständlich, da ein hoher apparativer Aufwand getrieben werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb ein einfaches Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem zumindest Cumol, Phenol und Hydroxyaceton aufweisendem Gemisch bereitzustellen, bei welchem mit geringem Energieaufwand, mit geringem apparativen Aufwand und in Gegenwart von Wasser im Gemisch ein Phenol, welches einen Gehalt von Hydroxyaceton von kleiner 30 ppm aufweist, aus dem Gemisch abgetrennt wird.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass schon durch einen einzigen destillativen Trennschritt mit anschließender Phasentrennung ein Gemisch aus zumindest Phenol, Wasser, Hydroxyaceton und Cumol in Kombination mit einer Phasentrennung so aufgearbeitet werden kann, dass Phenol aus dem Gemisch abgetrennt wird, welches einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 30 ppm aufweist und dieser Trennschritt mit geringerem Energieaufwand und geringerem apparativen Aufwand als bei herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden kann. Ebenso überraschend wurde gefunden, dass auch durch die Umkehrung der Verfahrensschritte Phenol aus dem genannten Gemisch abgetrennt wird, welches einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 30 ppm aufweist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch durch zumindest einen destillativen Trennschritt und zumindest einen Phasentrennschritt der Art aufgetrennt wird, dass zumindest eine Phenol aufweisende Fraktion gewonnen wird, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung zumindest eine Destillationskolonne, die so dimensioniert ist, dass am Kopf der Kolonne eine zumindest Cumol und/oder α-Methylstyrol aufweisende Fraktion und am Sumpf der Kolonne eine Phenol aufweisende Fraktion, welche einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 300 ppm aufweist, abgenommen werden kann und zumindest eine Phasentrennapparatur zur Trennung von organischen Phasen von wässrigen Phasen aufweist.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung Phenol, welches mittels eines Verfahrens gemäß zumindest eines der Ansprüche 1 bis 8 erhalten wird.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Gemisch von Cumol und AMS, welches mittels eines Verfahrens gemäß zumindest eines der Ansprüche 1 bis 8 erhalten wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch den bei der Destillation gewählten Trennschnitt die weitere Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches bzw. der einzelnen Fraktionen, die aus dem Spaltproduktgemisch erhalten werden, wesentlich vereinfacht wird. Insbesondere durch die gemeinsame Abtrennung von Hydroxyaceton, AMS und Cumol vom Phenol aufweisenden Rest des Spaltproduktgemisches wird die Aufarbeitung des Phenol aufweisenden Restes wesentlich vereinfacht, da die bei herkömmlichen Verfahren, bei denen das Hydroxyaceton in der Phenol-reichen Fraktion verbleibt und aus dieser dadurch entfernt wird, dass das Hydroxyaceton durch Reaktion mit Phenol zu Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt als Phenol umgesetzt wird, die destillativ vom Phenol getrennt werden können, durchgeführten Schritte entfallen.
Gegenüber herkömmlichen Verfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl eine wesentlich günstigere Energiebilanz als eine höhere Gesamtausbeute an Phenol, bezogen auf den Phenolgehalt im Spaltproduktgemisch, auf. Die herkömmliche Verfahrensweise erfordert einen relativ hohen Energieeinsatz. Außerdem wird die Ausbeute an Phenol verringert, da das Hydroxyaceton mit dem Phenol abreagiert oder es müssen teure Chemikalien, wie z. B. Amine zugesetzt werden, die selbst bzw. deren Reaktionsprodukte wieder aufwendig aus dem Prozess entfernt werden müssen. Das erfindungsgemäße Verfahren, welches dieses Problem dadurch umgeht, dass das Hydroxyaceton mit dem Cumol aus dem Spaltproduktgemisch abgetrennt wird, erfordert außerdem einen wesentlich geringeren apparativen Aufwand, da sowohl die Anzahl der benötigten Destillationskolonnen verringert wird, als auch die Anzahl der Reaktionsapparaturen, die zur Verringerung des Gehalts von den diversen Nebenprodukten in den Fraktionen benötigt werden, ebenfalls verringert wird.
Als weiterer Vorteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, dass das Hydroxyaceton bevorzugt in einer wässrigen Phase anfällt und mit dieser einfach entsorgt oder aber aufgearbeitet werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Gesamtanzahl der in einer Kolonne vorhandenen Böden unabhängig von der Anzahl der Böden als 100% Trennpotential definiert, um auf diese Weise bei Kolonnen mit einer unterschiedlichen Anzahl an Böden den Bereich angeben zu können, bei welchem ein ähnliches Trennpotential vorliegt. Der Sumpf der Kolonne, dass heißt der Bereich unter dem ersten Boden, hat entsprechend ein Trennpotential von 0%. Am Kopf der Kolonne, dass heißt im Bereich über dem obersten Boden, liegt entsprechend der Definition ein Trennpotential von 100% vor. Entsprechend dieser Definition hat eine 50 Böden aufweisende Kolonne ein Trennpotential von 30% im Bereich des 15-ten Bodens.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur destillativen Aufarbeitung von Gemischen eingesetzt werden, die bei dem Prozess der Spaltung von Cumolhydroperoxid (CHP) in Aceton und Phenol mit anschließender Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches als Teil der Spaltproduktgemische anfallen. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, verwendet, wobei das Gemisch der Teil eines Spaltproduktgemisches aus der Spaltung von CHP ist, der nach einer Abtrennung von Rohaceton aus dem Spaltproduktgemisch erhalten wird. Der Acetongehalt in einem solchen Gemisch beträgt vorzugsweise kleiner 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,2 Gew.-%.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden beispielhaft an Hand der destillativen Aufarbeitung eines Gemisches, welches bei der säurekatalysierten homogenen Spaltung von CHP und anschließenden Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches anfällt, ohne dass das Verfahren auf diese Ausführungsart beschränkt sein soll. Diese Gemisch wird als Teil des Spaltproduktgemisches durch Abtrennung einer Rohacetonfraktion vom Spaltproduktgemisch erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches . zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass das Gemisch durch zumindest einen destillativen Trennschritt und zumindest einen Phasentrennschritt der Art aufgetrennt wird, dass zumindest eine Phenol aufweisende Fraktion gewonnen wird, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist. Ganz besonders bevorzugt wird diese Phenol aufweisende Fraktion durch ein Verfahren gewonnen, bei welchem ein einziger destillativer Trennschritt und ein einziger Phasentrennschritt durchgeführt wird.
Das Gemisch weist vor der Abtrennung des Phenols vorzugsweise eine Konzentration an Phenol von 20 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 70 Gew.-% auf. Das Gemisch kann eine Konzentration von Hydroxyaceton von 300 ppm bis 5 Gew.-% aufweisen. Neben den genannten Verbindungen kann das Gemisch weitere Verbindungen aufweisen, wie z. B. α-Methylstyrol (AMS), Cumol, Wasser, Phenylbutene, Methylbenzofuran (MBF), Dimethylphenylcarbinol (DMPC), Kresole, wie z. B. o-Kresol, Mesityloxid (MO), n-Propylbenzol, Isopropylphenol, Carbonylverbindungen wie z. B. 3-Methylcyclopentenon, (Methyl-)-Isobyuthylketone oder 2- Phenylpropionaldehyd, sek. Butylbenzol, tert.-Butylbenzol, Methylbenzole, wie z. B. Dimethylbenzol, oder Acetophenon (AP).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in zumindest zwei unterschiedlichen Ausführungsformen durchgeführt werden, denen aber gemeinsam ist, dass sie jeweils zumindest einen Destillationsschritt und zumindest einen Phasentrennschritt aufweisen.
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch in zumindest einem destillativen Trennschritt, vorzugsweise in nur einem einzigen Destillationsschritt so aufgetrennt, dass eine Phenol aufweisende Fraktion, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton, vorzugsweise weniger als 100 ppm und ganz besonders bevorzugt weniger als 10 ppm Hydroxyaceton aufweist und eine weitere Fraktion, welche zumindest Hydroxyaceton, Cumol und Wasser aufweist, erhalten wird und dass diese Fraktion in einem Phasentrennschritt in eine organische und eine wässrige Phase getrennt wird.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch, aus welchem Phenol abgetrennt werden soll, zuerst in eine Destillationsapparatur, vorzugsweise eine Destillationskolonne eingespeist. Die Destillationskolonne muss der Gestalt ausgeführt sein, dass die Auftrennung des Gemisches in zumindest eine Fraktion, die Phenol aufweist und zumindest eine weitere Fraktion, die zumindest Cumol, Wasser und Hydroxyaceton aufweist, möglich ist. Vorzugsweise erfolgt die Einspeisung des Gemisches seitlich in die Kolonne, vorzugsweise in einer Position, an der die Kolonne ein Trennpotential von 25 bis 85, besonders bevorzugt von 40 bis 60% aufweist. Die Kolonne wird so betrieben, das im Sumpf der Kolonne eine Phenol aufweisende Fraktion flüssig abgenommen werden kann. Es kann vorteilhaft sein, einen Teil dieser Fraktion in die Kolonne zurückzuspeisen. Vorzugsweise wird die am Sumpf der Kolonne abgetrennte, Phenol aufweisende Fraktion, die Hydroxyaceton in einer Konzentration von kleiner 300 ppm aufweist, als Rohphenol einer weiteren Aufarbeitung zugeführt.
Die Temperatur in der Kolonne beträgt im Sumpf der Kolonne vorzugsweise von 140 bis 200 °C, besonders bevorzugt von 170 bis 190°C. Am Kopf der Kolonne beträgt die Temperatur vorzugsweise von 60 bis 160°C, besonders bevorzugt von 65 bis 100°C. Die Temperatur im Kopf der Kolonne wird dabei immer so gewählt, dass die Kopftemperatur niedriger als die Sumpftemperatur ist. Der Druck in der Kolonne kann von 0,1 bis 4 bar betragen. Vorzugsweise weist die Destillationskolonne Atmosphärendruck auf.
Die am Kopf der Kolonne vorzugsweise dampfförmig abgenommene Fraktion weist zumindest Wasser, Cumol und Hydroxyaceton auf. Ist im ursprünglichen Gemisch AMS vorhanden, so weist auch die Kopffraktion AMS auf. Vorzugsweise weist die Kopffraktion zumindest von 95% bis 100%, vorzugsweise von 98% bis 99,9% des im Gemisch vorhandenen Cumols, von 95% bis 100%, vorzugsweise von 98% bis 99,9% des im Gemisch vorhandenen Hydroxyacetons und von 97% bis 99,9% des im Gemisch vorhandenen Wassers auf.
Ein Teil der am Kopf der Kolonne abgenommenen Fraktion kann als Rücklauf flüssig in die Kolonne zurückgespeist werden. Vorzugsweise wird die am Kopf der Destillationskolonne entnommene Fraktion zumindest teilweise in eine Phasentrennapparatur, wie z. B. einen Dekanter, Koaleszer, Phasentrennbehälter oder Extraktor überführt, in welchem die Fraktion in zwei Phasen, eine wässrige und eine organische Phase aufgetrennt werden kann. Es kann vorteilhaft sein, als Rücklauf zumindest einen Teil der organischen Phase dieser Fraktion, zumindest einen Teil der wässrigen Phase dieser Fraktion oder eine Mischung aus organischer und wässriger Phase als Rücklauf in die Kolonne zurückzuführen. Die Temperatur, bei welcher die Phasentrennung durchgeführt wird, beträgt bei Normaldruck vorzugsweise von 20 bis 100°C.
Ganz besonders bevorzugt wird zumindest ein Teil der wässrigen Phase und ein Teil der organischen Phase der in der Phasentrennapparatur aufgetrennten Kopffraktion getrennt in die Destillationskolonne zurückgeführt.
Es kann vorteilhaft sein, zumindest einen Teil der wässrigen Phase dampfförmig oder flüssig, vorzugsweise dampfförmig unterhalb des Zulaufs in die Kolonne zurückzuspeisen.
Das Rücklaufverhältnis in Bezug auf die Menge an entnommenem und die Menge an rückgeführtem Wasser beträgt vorzugsweise von 0,2 bis 3, ganz besonders bevorzugt von 0,4 bis 2. Das Rücklaufverhältnis in Bezug auf die Menge an entnommener und die Menge an rückgeführter organischer Phase beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 10, ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 5. Der Rest des aus der Phasentrennapparatur erhaltenen organischen Teils der Kopffraktion wird einer weiteren Aufarbeitung zugeführt. Dieser organische Teil der Kopffraktion weist zumindest Cumol auf. Der Anteil an Hydroxyaceton in diesem organischen Teil der Kopffraktion beträgt von 0,01 bis 10%, vorzugsweise von 0,1 bis 2% des ursprünglich in der Kopffraktion enthaltenen Hydroxyacetons.
Der Rest des wässrigen Teils der Kopffraktion, der nicht in die Destillationskolonne zurückgefahren wird, kann einer Entsorgung oder Aufarbeitung zugeführt werden. Dieser wässrige Teil weist das restliche Hydroxyaceton aus der Kopffraktion auf, welches nicht in dem organischen Teil der Kopffraktion vorhanden ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, dass sich das Hydroxyaceton, welches in der Kopffraktion vorhanden ist, im Wasser dieser Fraktion anreichert. Das Hydroxyaceton geht in der Phasentrennapparatur überwiegend (Faktor 20-30) in die wässrige Phase über und kann somit mit dem wässrigen Teil der Kopffraktion auf einfache Weise aus dem Prozess ausgeschleust werden und muss nicht von einer organische Phase entsprechend dem Stand der Technik abgetrennt werden (US 4.251.325, US 3.322.651 oder US 5.064.507).
In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch in zumindest einem Phasentrennschritt in eine organische und eine wässrige Phase aufgetrennt und die erhaltene organische Phase wird in einem destillativen Trennschritt so aufgetrennt, dass eine Phenol aufweisende Fraktion erhalten wird, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird das Gemisch, aus welchem Phenol abgetrennt werden soll, in zumindest eine Phasentrennapparatur, wie z. B. einen Dekanter, Koaleszer, Phasentrennbehälter oder Extraktor überführt, in welchem das Gemisch in zwei Phasen, eine wässrige und eine organische, aufgetrennt werden kann. Die Temperatur, bei welcher die Phasentrennung durchgeführt wird, beträgt bei Normaldruck vorzugsweise von 20 bis 100°C.
Die wässrige Phase des Gemisches kann einer Entsorgung oder Aufarbeitung, z. B. einer Abwasser-Entphenolung und einer Kläranlage, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, zugeführt werden. Diese wässrige Phase weist einen großen Teil des Hydroxyacetons aus dem Gemisch auf.
Die aus der Phasentrennapparatur erhaltene organischen Phase des Gemisches weist zumindest Cumol und Phenol auf. Der Anteil an Hydroxyaceton in dieser organischen Phase des Gemisches beträgt von 10 bis 60%, vorzugsweise von 30 bis 40% des ursprünglich in dem Gemisch enthaltenen Hydroxyacetons.
Diese organische Phase des Gemisches wird dann in eine Destillationsapparatur, vorzugsweise eine Destillationskolonne eingespeist. Die Destillationskolonne muss der Gestalt ausgeführt sein, dass die Auftrennung des Gemisches in zumindest eine Fraktion, die Phenol aufweist und zumindest eine weitere Fraktion, die zumindest Cumol aufweist, möglich ist. Vorzugsweise erfolgt die Einspeisung des Gemisches seitlich in die Kolonne, vorzugsweise in einer Position, an der die Kolonne ein Trennpotential von 25 bis 85, besonders bevorzugt von 40 bis 60% aufweist. Die Kolonne wird so betrieben, das im Sumpf der Kolonne eine Phenol aufweisende Fraktion flüssig abgenommen werden kann. Vorzugsweise wird die am Sumpf der Kolonne abgetrennte, Phenol aufweisende Fraktion, die Hydroxyaceton in einer Konzentration von kleiner 300 ppm aufweist, als Rohphenol einer weiteren Aufarbeitung zugeführt.
Die Temperatur in der Kolonne beträgt im Sumpf der Kolonne vorzugsweise von 140 bis 200 °C, besonders bevorzugt von 170 bis 190°C. Am Kopf der Kolonne beträgt die Temperatur vorzugsweise von 60 bis 160°C, besonders bevorzugt von 80 bis 100°C. Die Temperatur im Kopf der Kolonne wird dabei immer so gewählt, dass die Kopftemperatur niedriger als die Sumpftemperatur ist. Der Druck in der Kolonne kann von 0,1 bis 4 bar betragen. Vorzugsweise weist die Destillationskolonne Atmosphärendruck auf.
Die am Kopf der Kolonne vorzugsweise dampfförmig abgenommene Fraktion weist zumindest Cumol und Hydroxyaceton auf. Vorzugsweise weist die Kopffraktion zumindest von 95% bis die Kopffraktion AMS auf. Vorzugsweise weist die Kopffraktion zumindest von 95% bis 100%, vorzugsweise von 98% bis 99,9% des im ursprünglichen Gemisch vorhandenen Cumols auf.
Ein Teil der am Kopf der Kolonne abgenommenen Fraktion kann als Rücklauf flüssig in die Kolonne zurückgespeist werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, dass sich das Hydroxyaceton im Wasser anreichert. Ein Teil des Hydroxyacetons geht in der Phasentrennapparatur überwiegend in die wässrige Phase über und kann somit auf einfache Weise aus dem Prozess ausgeschleust werden. Durch eine weitere Behandlung der Kopffraktion bei dieser Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahren in einer Phasentrennapparatur kann, gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, auch die Ausschleusung des Hydroxyacetons aus der Kopffraktion über eine durch Phasentrennung aus dem Kopfprodukt abgetrennte wässrige Phase erfolgen.
Ganz besonders bevorzugt wird bei beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens eine Phenol aufweisende Fraktion erhalten, die vorzugsweise von 95 bis 99 Gew.-% Phenol und einen Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 300 ppm, vorzugsweise weniger 100 ppm und ganz besonders bevorzugt weniger als 10 ppm Hydroxyaceton aufweist.
Bei beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, im Destillationsschritt über einen Seitenabzug eine weitere Fraktion der Destillationsapparatur zu entnehmen, welche zumindest eine organische und/oder anorganische Säure aufweist. Vorzugsweise wird eine solche Fraktion aus einem Seitenabzug entnommen, der unterhalb des Zulaufs des Gemisches und oberhalb des Sumpfes der Kolonne vorzusehen ist. Auf diese Weise lässt sich der Anteil an Nebenprodukten in den Fraktionen noch einmal verringern.
Es kann bei beiden Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft sein, dem zu behandelnden Gemisch Verbindungen, die in diesem Gemisch schon vorhanden sind, zuzusetzen. Besonders bevorzugt werden die Verbindungen Cumol und/oder Wasser oder Cumol und/oder Wasser aufweisende Gemische dem zu behandelnden Gemisch zugesetzt. Die Zugabe kann vor oder während der Durchführung des Destillationsschrittes und/oder vor oder während der Durchführung des Phasentrennschrittes erfolgen.
Bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es besonders vorteilhaft sein, wenn dem Gemisch vor der Destillation soviel Cumol und/oder Wasser zugesetzt wird, dass der Gehalt an Wasser im Gemisch von 1 bis 14 Gew.-% beträgt und der Gehalt an Cumol von 1 bis 50 Gew.-% beträgt.
Bei der zweiten Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dem Gemisch vor oder während der Durchführung des Phasentrennschrittes Wasser zuzugeben. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn der organischen Phase des Gemisches vor dem Destillationsschritt Cumol zugesetzt wird. Vorzugsweise beträgt bei der zweiten Ausführungsform der Gehalt an Cumol im organischen Teil des Gemisches vor der Zuführung zum Destillationsschritt von 5 bis 50 Gew.-%.
In beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem eingesetzten Gemisch nicht nur Phenol erhalten, welches weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist, sondern ein Phenol, welches abgereichert an Verunreinigungen, wie z. B. Phenylbutenen, Methylbenzofuran (MBF), Mesityloxid (MO), n-Propylbenzol, Isopropylphenol, Carbonylverbindungen wie z. B. 3-Methylcyclopentenon, (Methyl-)-Isobyuthylketone oder 2-Phenylpropionaldehyd, sek. Butylbenzol, tert.-Butylbenzol oder Methylbenzole, wie z. B. Dimethylbenzol. Diese Verunreinigungen werden zusammen mit α-Methylstyrol (AMS), Cumol und Wasser über den Kopf der Destillationskolonne aus dem Gemisch abgetrennt.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Fraktionen können mittels Verfahren gemäß des Standes der Technik weiter aufgearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung weist zumindest eine Destillationskolonne, die so dimensioniert ist, dass am Kopf der Kolonne eine zumindest Cumol und/oder α-Methylstyrol aufweisende Fraktion und am Sumpf der Kolonne eine Phenol aufweisende Fraktion, welche einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 300 ppm, vorzugsweise kleiner 100 ppm und ganz besonders bevorzugt Meiner 10 ppm aufweist, abgenommen werden kann und zumindest eine Phasentrennapparatur zur Trennung von organischen Phasen von wässrigen Phasen auf.
Besonders bevorzugt weist die Destillationskolonne vorzugsweise zumindest eine Anzahl von theoretischen Böden von 20 bis 160, besonders bevorzugt von 40 bis 80 auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese einen Seitenabzug, bei welchem eine Fraktion, die zumindest eine organische Säure aufweist, abgenommen werden kann, zwischen dem Zulauf des Gemisches und dem Sumpf der Kolonne auf. Als organische Säure kann die Fraktion z. B. Essigsäure, Oxalsäure, Ameisensäure oder Buttersäure oder ein Gemisch aus zumindest einer dieser Säuren aufweisen.
Als Phasentrennapparatur weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise zumindest einen Dekanter auf.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist Phenol erhältlich. Dieses Phenol weist einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 300 ppm, besonders bevorzugt kleiner 100 ppm und ganz besonders bevorzugt kleiner 10 ppm auf. Ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Cumol und/oder AMS aufweisendes Gemisch mit reduziertem Hydroxyaceton-Gehalt erhalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden in den Abbildungen Fig. 1 und Fig. 2 beispielhaft beschrieben, ohne dass das Verfahren bzw. die Vorrichtung auf diese Ausführungsarten beschränkt sein soll.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Destillationskolonne K1' auf, die einen seitlichen Eingang aufweist, in welchen das Gemisch SP' zur Abtrennung des Phenols eingespeist werden kann. Am Kopf und am Sumpf der Kolonne können das Kopfprodukt KP' bzw. das Sumpfprodukt SP1' abgenommen werden. Die Destillationskolonne der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist am Sumpf der Kolonne einen Wärmetauscher WT2' auf, mit welchem es möglich ist, der Kolonne die entsprechende Wärmeenergie hinzuzufügen.
Über den Kopf der Kolonne wird das Kopfprodukt KP', welches zumindest Cumol, Hydroxyaceton und Wasser aufweist, durch einen Wärmetauscher WT3' geleitet, in welchem das Kopfprodukt kondensiert wird, und von dort in eine Phasentrennapparatur PT1' überführt. Ein Teil der sich in dieser Phasentrennapparatur gebildeten organischen Phase kann über RO' in die Destillationskolonne zurückgefahren werden. Der restliche Teil der organischen Phase, die zumindest Cumol aufweist, kann einer weiteren Aufarbeitung über CA' zugeführt werden. Ein Teil der wässrigen Phase kann über RW1' flüssig ebenfalls in die Destillationskolonne K1' zurückgefahren werden. Ein weiterer Teil der wässrigen Phase kann über RW2' flüssig oder dampfförmig in die Destillationskolonne K1' gefahren werden. Der restliche Teil der wässrigen Phase, die Hydroxyaceton aufweist, kann über W1' einer Verwertung oder Aufarbeitung zugeführt werden. Optional können ein oder mehrere Seitenabzüge SOS' in der Destillationskolonne K1' vorhanden sein, über welche Fraktionen, die zumindest eine organische Säure aufweisen, aus der Kolonne ausgeschleust werden können.
In Fig. 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein zu behandelndes Gemisch SP wird in eine Phasentrennapparatur PT1 gespeist. Die organische Phase des Gemisches, die zumindest Cumol und Phenol aufweist, kann über SCA seitlich in eine Destillationskolonne K1 gespeist werden. Die wässrige Phase des Gemisches, die Hydroxyaceton aufweist, kann über W1 einer Verwertung oder Aufarbeitung zugeführt werden. Über AW kann, wenn notwendig oder gewünscht, eine wässrige Phase oder Wasser in den Phasentrennbehälter gefahren werden.
Die über SCA seitlich in die Kolonne K1 gespeiste organische Phase des Gemisches wird in der Kolonne in eine Fraktion, die zumindest Cumol aufweist und welche am Kopf der Kolonne als KP1 abgenommen wird und eine Fraktion, die zumindest Phenol aufweist und die am Sumpf der Kolonne als SP1 abgenommen werden kann, getrennt. Die Destillationskolonne der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist am Kopf bzw. am Sumpf der Kolonne Rücklaufsysteme auf, mit welchen das Kopf bzw. Sumpfprodukt ganz oder teilweise in die Kolonne zurückgefahren werden kann. In diese Rücklaufsysteme sind die Wärmetauscher WT1 und WT2 installiert, mit welchen es möglich ist, dem in die Kolonne zurückgeführten Kopf bzw. Sumpfprodukt Wärmeenergie hinzuzufügen oder zu entziehen. Optional können ein oder mehrere Seitenabzüge SOS in der Destillationskolonne K1 vorhanden sein, über welche Fraktionen, die zumindest eine organische Säure aufweisen, aus der Kolonne ausgeschleust werden können.

Beispiel 1

Ein Gemisch, welches unter anderem 73 Teile Phenol, 20 Teile Cumol, 3 Teile AMS, 1 Teile Acetophenon, 0,2 Teile Hydroxyaceton und 2 Teile Wasser aufwies, wurde seitlich, in Höhe des 40-ten theoretischen Bodens in eine wie in Fig. 1 beschriebene Destillationskolonne, die 80 theoretische Böden aufwies, eingespeist.
Die Temperatur in der Kolonne wurde so eingestellt, dass die Kopftemperatur 95°C und die Sumpftemperatur 182°C betrug. Der Druck in der Destillationskolonne entsprach Atmosphärendruck. Die am Kopf der Destillationskolonne abgenommene Fraktion wies einen Gehalt an Wasser von 8 Gew.-%, an Cumol von 79 Gew.-%, an Hydroxyaceton von 0,8 Gew.- % und an AMS von 12 Gew.-% auf. Diese Fraktion wurde in einen Dekanter überführt. In diesem Dekanter wurde eine wässrige Phase von der Fraktion abgetrennt, die den überwiegenden Teil des in der Fraktion enthaltenen Hydroxyacetons aufwies. Ein Teil der wässrigen Phase wurde verworfen. Der Rest der wässrigen Phase wurde in die Destillationskolonne zurückgefahren.
Die im Scheidebehälter von der wässrigen Phase abgetrennte organische Phase wies einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 400 ppm auf. Diese organische Phase wurde teilweise in die Destillationskolonne zurückgefahren. Der restliche Teil der organischen Phase wurde zur weiteren Aufarbeitung in eine Cumolkolonne gefahren.
Die aus dem Sumpf der ersten Destillationskolonne abgenommene Fraktion, wies unter anderem 98,5 Gew.-% Phenol und 1,4 Gew.-% Acetophenon aber nur 13 ppm Hydroxyaceton auf. Diese Fraktion wurde zur weiteren Aufarbeitung in eine Rohphenolkolonne eingespeist.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch durch zumindest einen destillativen Trennschritt und zumindest einen Phasentrennschritt der Art aufgetrennt wird, dass zumindest eine Phenol aufweisende Fraktion gewonnen wird, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch in einem Phasentrennschritt in eine organische und eine wässrige Phase aufgetrennt wird und die erhaltene organische Phase in einem destillativen Trennschritt so aufgetrennt wird, dass eine Phenol aufweisende Fraktion erhalten wird, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch in einem destillativen Trennschritt so aufgetrennt wird, dass eine Phenol aufweisende Fraktion, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist und eine weitere Fraktion, welche zumindest Hydroxyaceton, Cumol und Wasser aufweist, erhalten wird und dass diese Fraktion in eine organische und eine wässrige Phase getrennt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phenol aufweisende Fraktion einen Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 30 ppm aufweist.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch α-Methylstyrol aufweist.

6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Gemisch ein Teil eines Spaltproduktgemisches, welches bei der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid anfällt, eingesetzt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch eine Konzentration an Phenol von 20 bis 90 Gew.-% aufweist.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch eine Konzentration an Hydroxyaceton von 300 ppm bis 5 Gew.-% aufweist.

9. Vorrichtung zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Destillationskolonne, die so dimensioniert ist, dass am Kopf der Kolonne eine zumindest Cumol und/oder α-Methylstyrol aufweisende Fraktion und am Sumpf der Kolonne eine Phenol aufweisende Fraktion, welche einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 300 ppm aufweist, abgenommen werden kann und zumindest eine Phasentrennapparatur zur Trennung von organischen Phasen von wässrigen Phasen aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne zumindest 20 Böden aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne einen Seitenabzug, bei welchem eine Fraktion, die zumindest eine organische Säure aufweist, abgenommen werden kann, zwischen dem Zulauf des Gemisches und dem Sumpf der Kolonne aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasentrennapparatur ein Dekanter ist.

13. Phenol, erhältlich durch ein Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, abgereichert an Verunreinigungen, wie Hydroxyaceton, Wasser, Cumol, α-Methylstyrol, Phenylbutenen, Methylbenzofuran (MBF), Mesityloxid (MO), n-Propylbenzol, Isopropylphenol, Carbonylverbindungen, 3-Methylcyclopentenon, (Methyl-)-Isobyuthylketone, 2-Phenyl-propionaldehyd, sek. Butylbenzol, tert.-Butylbenzol, Methylbenzole und/oder Dimethylbenzol.

14. Cumol und α-Methylstyrol aufweisendes Gemisch, erhältlich durch ein Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 9.