DE10065466A1 - Verfahren zur Trennung eines wässrigen Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure und Ameisensäure - Google Patents
Verfahren zur Trennung eines wässrigen Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure und AmeisensäureInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung und Reinigung eines wässrigen Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure, Ameisensäure und Schwersiedern durch Extraktion mittels eines Lösungsmittels in einem Kreisverfahren, wobei der Raffinatstrom mit einem Großteil des Wassers einer Lösungsmittelstripperkolonne (11) zur Auskreisung des Wassers zugeführt wird und der Extraktstrom in eine Lösungsmitteldestillationskolonne (8) geleitet wird, aus der in einem ersten Schritt über Kopf eine Mischung (A), bestehend aus Wasser und Lösungsmittel, über dem Sumpf eine Mischung (B), bestehend aus Essigsäure, Ameisensäure und Hochsiedern, abgetrennt wird, die Mischung (B) nach Abtrennung der Ameisensäure in Kolonne (29) unter Einsatz eines Hilfsstoffes in der Art einer Azeotropdestillation anschließend in einer Essigsäuredestillationskolonne in reine Essigsäure und Hochsieder aufgetrennt wird und die Mischung (A) einem Phasentrenner (25) zugeführt wird, wobei die entstehende wässrige Phase mit Restanteilen an Lösungsmittel der Lösungsmittelstripperkolonne (11), und die organische Phase dem Extraktor (7) zurückgeführt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung und Reinigung
eines wäßrigen Reaktionsgemisches aus den Hauptkomponenten
Essigsäure und Ameisensäure.
Bei der Herstellung von Essigsäure durch katalytische
Oxidationsreaktionen von gesättigten und/oder ungesättigten
Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise der Gasphasenoxidation
von C4-Kohlenwasserstoffen, fallen Produktströme an, die als
Hauptkomponenten Essigsäure, Ameisensäure und Wasser in
unterschiedlichen Zusammensetzungen enthalten.
Zur weiteren Aufarbeitung müssen diese Produktströme in ihre
Einzelkomponenten getrennt werden. Eine destillative Trennung
eines ternären Säure-Wasser Gemisches aus Essigsäure,
Ameisensäure und Wasser in seine Reinkomponenten bereitet
erhebliche Probleme, da das System neben dem binären Wasser-
Ameisensäure-Maximumazeotrop zusätzlich ein ternäres Wasser-
Ameisensäure-Essigsäure-Sattelazeotrop enthält.
Enthält ein derartiges Gemisch eine hohe Wasserkonzentration,
so ergibt sich bei der destillativen Trennung ein enormer
zusätzlicher Energiebedarf, da das gesamte Wasser als
niedrigstsiedende Komponente über den Kopf einer Kolonne
destilliert werden muß.
Hunsmann und Simmrock (Chemie-Ing.-Tech., 38, 1966) empfehlen
zur Trennung von wäßrigen Gemischen mit einem Essigsäuregehalt
von größer 60 Gew.-% und einem Ameisensäuregehalt von 5 Gew.-%
die Anwendung der Azeotropdestillation zur Erleichterung der
Trennung und zur Reduzierung der dabei benötigten Energie. Als
Azeotropschleppmittel für die Entwässerung wird Ethyl-n-
Butylether vorgeschlagen. Das Azeotrop aus Wasser und
Schleppmittel siedet bei ca. 91°C und enthält etwa 10 Gew.-%
Wasser. Das Schleppmittel Ethyl-n-Butylether bildet dabei kein
Azeotrop mit Ameisensäure und Essigsäure.
In DE-A 12 04 214 wird zur Abtrennung von Ameisensäure die
Azeotroprektifikation mit n-Butylchlorid als Schleppmittel
empfohlen. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Verwendung
von chlorierten Kohlenwasserstoffen als Schleppmittel.
Aus US-A 5633402 ist ein Verfahren zur Trennung von binären
Gemischen aus Ameisensäure und Essigsäure mittels
Azeotropdestillation bekannt. Als Schleppmittel für die
Ameisensäure wird dabei Methylformiat verwendet. Eine
Abtrennung von Wasser wird in diesem Verfahren nicht
beschrieben.
Aus DE-A 44 26 132, EP-A 0635474, DE-A 196 10 356 (US-A 5662780),
sind verschiedene Verfahren zur Reinigung und zur Entwässerung
von Essigsäure mittels Azeotropen mit unterschiedlichen
Schleppmitteln bekannt. Keines dieser Verfahren beschreibt
jedoch die Entwässerung eines Gemisches aus Essigsäure und
Ameisensäure.
Aus US-A 5173156, US-A 5006205, US-A 4877490 und US-A 4935100
sind Verfahren zur Entwässerung von Ameisensäure mittels
Extraktivrektifikation bekannt. Dabei werden als Schleppmittel
beispielsweise Cyclohexanon, Oxalsäure, Decansäure und
Methylsalicylat genannt.
EP-A 156309 (CA-A 1238919) und EP-A 12321 (US-A 4262140)
beschreiben die Entwässerung von Ameisensäure über
Extraktivrektifikation mit Carboxamiden als Hilfsstoffe.
Keines dieser Verfahren beschreibt jedoch die Entwässerung
eines Gemisches aus Essigsäure und Ameisensäure.
Aus dem "Process Economics Program" Report No. 37A (1973) des
Stanford Research Institute ist ein Verfahren zur Trennung
eines wässrigen Gemisches aus etwa 42 Gew.-% Essigsäure und 2 Gew.-%
Ameisensäure bekannt. Das wäßrige Gemisch wird dabei
durch Gegenstromextraktion mit Diisopropylether
aufkonzentriert. In der Entwässerungs- und
Lösungsmittelrückgewinnungskolonne wird das Wasser als Azeotrop
aus Wasser und Diisopropylether über Kopf abdestilliert. Das
Sumpfprodukt, ein Gemisch aus Essigsäure und Ameisensäure mit
ca. 0,12 Gew.-% Wasser wird durch Azeotroprektifikation weiter
aufgetrennt. Als Schleppmittel für die Ameisensäure wird Benzol
verwendet. Von großem Nachteil an diesem Verfahren ist die
geringe Qualität der abgetrennten Ameisensäure, die noch ca. 1 Gew.-%
Essigsäure, ca. 2 Gew.-% Wasser und ca. 7 Gew.-% Benzol
enthält. Die Verwendung von Benzol in diesem Verfahren und der
Restgehalt an Benzol in der Ameisensäure machen dieses
Verfahren jedoch unattraktiv.
Aus DE-A 199 34 410 und DE-A 199 34 411 sind Verfahren zur Trennung
und Reinigung von wässrigen Gemischen aus den Komponenten
Essigsäure und Ameisensäure bekannt. Diese Verfahren
beschreiben die Trennung und Reinigung eines wässrigen
Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure, Ameisensäure und
Schwersiedern durch Extraktion, mittels eines Lösungsmittels in
einem Kreisverfahren, wobei der Raffinatstrom mit einem
Großteil des Wassers einer Lösungsmittelstripperkolonne zur
Auskreisung des Wassers zugeführt wird und der Extraktstrom in
eine Lösungsmitteldestillationskolonne geleitet wird, aus der
über Kopf eine Mischung, bestehend aus Wasser und
Lösungsmittel, über den Sumpf eine Mischung bestehend aus
Essigsäure, Ameisensäure und Hochsiedern abgetrennt wird und
nach Abtrennung der Ameisensäure anschließend in einer
Essigsäuredestillationskolonne reine Essigsäure und Hochsieder
abgetrennt werden. Diese Verfahren haben den großen Nachteil,
dass sie zu ihrer Durchführung sehr teure Apparate aus
Sondermaterialien (Hastalloy C4, Titan, Titan/Palladium,
Zirkon) benötigen um Korrossion durch die hohen
Säurekonzentrationen zu vermeiden. Dadurch wird die
Wirschaftlichkeit dieser Verfahren aufgrund hoher
Invstitionskosten gemindert.
Alle im Stand der Technik bekannten Verfahren sind entweder nur
dazu geeignet binäre Mischungen wie Essigsäure/Wasser,
Ameisensäure/Wasser, und Essigsäure/Ameisensäure
zufriedenstellend zu trennen, oder nur für wässrige
Säuregemische wirtschaftlich anwendbar, in denen eine hohe
Konzentration an Säure (< 60 Gew.-%) vorliegt. Weiterhin sind
einige der bekannten Verfahren durch Ihren Einsatz von Benzol
oder chlorierten Kohlenwasserstoffen nach heutigen Sicherheits-
und Umweltgesichtspunkten nicht mehr akzeptabel, oder durch zu
hohe Investkosten bei der Ausgestaltung der Anlagen nicht
wirtschaftlich.
Es bestand daher die Aufgabe ein Verfahren zur Trennung eines
ternären, wässrigen Gemisches aus Säuren in seine
Reinkomponenten bereitzustellen, dass die im Stand der Technik
genannten Nachteile nicht besitzt.
Es wurde nun gefunden, dass die Trennung und Reinigung eines
Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure, Ameisensäure,
Wasser und Hochsiedern (im weiteren Rohsäure genannt) durch
Extraktion in einem Kreisverfahren mittels eines Lösungsmittels
um den Wassergehalt zu verringern und anschließend der
Extraktstrom, überwiegend bestehend aus Lösungsmittel,
Essigsäure, Ameisensäure, Hochsiedern und Wasser, in einer
Folge von Destillationsschritten in die Bestandteile
Lösungsmittel, das zur Extraktion zurückgeführt wird, Wasser,
Ameisensäure, Essigsäure und Hochsieder aufgetrennt wird, und
der Raffinatstrom in einem weiteren Destillationsschritt
mittels einer Lösungsmittelstripperkolonne vom Lösungsmittel
befreit wird, besonders gut durchführbar ist, wenn das
Abtrennen der Ameisensäure unter Einsatz eines Hilfsstoffes in
der Art einer Azeotropdestillation erfolgt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung und
Reinigung eines wässrigen Gemisches aus den Hauptkomponenten
Essigsäure, Ameisensäure und Schwersiedern durch Extraktion,
mittels eines Lösungsmittels in einem Kreisverfahren, wobei der
Raffinatstrom mit einem Großteil des Wassers einer
Lösungsmittelstripperkolonne (11) zur Auskreisung des Wassers
zugeführt wird und der Extraktstrom in eine
Lösungsmitteldestillationskolonne (8) geleitet wird, aus der in
einem ersten Schritt über Kopf eine Mischung (A), bestehend aus
Wasser und Lösungsmittel, über den Sumpf eine Mischung (B)
bestehend aus Essigsäure, Ameisensäure und Hochsiedern
abgetrennt wird, die Mischung (B) nach Abtrennung der
Ameisensäure in Kolonne (29) unter Einsatz eines Hilfsstoffes
in der Art einer Azeotropdestillation anschließend in einer
Essigsäuredestillationskolonne in reine Essigsäure und
Hochsieder aufgetrennt wird, und die Mischung (A) einem
Phasentrenner (25) zugeführt wird, wobei die entstehende
wässrige Phase mit Restanteilen an Lösungsmittel der
Lösungsmittelstripperkolonne (11), und die organische Phase dem
Extraktor (7) zurückgeführt wird.
In der ersten Stufe (Extraktion) des erfindungsgemäßen
Verfahrens (Fig. 1) wird die eingesetzte Rohsäure, bestehend
aus wechselnden Anteilen von Essigsäure, Ameisensäure, Wasser
und Schwersiedern einem Extraktor (7) zugeführt und mit einem
Lösungsmittel kontaktiert. Der Extraktor (7) kann dabei
einstufig oder bevorzugt mehrstufig aufgebaut sein. Der
Lösungsmittelstrom kann in diesem Verfahren in Richtung des
Stroms der Rohsäure gerichtet sein oder bevorzugt im Gegenstrom
zur Rohsäure ausgelegt sein. Als Lösungsmittel können dabei
Ether, Ester, Ketone, Alkohole, Kohlenwasserstoffe und deren
Mischungen, bevorzugt Ether und Ester mit 4 bis 7
Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt Methyltertiärbutylether,
Diisopropylether, Di-n-propylether, Ethylbutylether,
Ethylacetat und Isopropylacetat, in einem Mischungsverhältnis
zur Rohsäure (Volumen/Volumen) zwischen dem 0,5 bis 20-fachen,
bevorzugt 1 bis 5-fachen, besonders bevorzugt 1,5 bis
3,5-fachen (Verhältnis Volumen/Volumen) verwendet werden. Die
Extraktion kann in einem Temperatur und Druckbereich
stattfinden in dem das Extraktionslösungsmittel und die
Rohsäure in flüssiger Form und als getrennte Phasen d. h. mit
einer Mischungslücke vorliegen. Bevorzugt ist ein
Temperaturbereich von 0°C bis 60°C und ein Druckbereich von
1.10^5 bis 20.10^5 Pa
Das aus dem Extraktor (7) erhaltene Raffinat wird über Leitung
(15) der Lösungsmittelstripperkolonne (11) zugeführt, wo über
den Sumpf über Leitung (13) reines Wasser entnommen wird. Das
Kopfprodukt der Lösungsmittelstripperkolonne wird einem
Phasentrenner (9) zugeführt. Die dort anfallende wässrige Phase
geht über Leitung (10) in den Kopf der
Lösungsmittelstripperkolonne (11) zurück, die anfallende
organische Phase wird über Leitung (14) dem Extraktor (7)
zurückgeführt. Alternativ zu einem eigenen Phasentrenner (9) am
Kopf dieser Kolonne (11) kann das Kopfprodukt dieser Kolonne
auch in den Phasentrenner (25) am Kopf der
Lösungsmittelrückgewinnungskolonne (8) eingespeist werden
(Fig. 1a).
Das aus dem Extraktor (7) abgezogene Extrakt, enthaltend
wechselnde Anteile an Lösungsmittel, Essigsäure, Ameisensäure,
Wasser und Schwersieder wird vom Extraktor in eine
Lösungsmitteldestillationskolonne (8) eingeleitet.
Die Lösungsmitteldestillationskolonne (8) kann unter
Normaldruck, bevorzugt unter erhöhtem Druck betrieben werden.
Die Lösungsmitteldestillationskolonne (8) wird dabei
vorzugsweise unter einem Druck von 1.105 bis 50.105 Pa,
bevorzugt 1.105 bis 25.105, besonders bevorzugt 1.105 bis 5.105 Pa
betrieben.
In dieser Kolonne wird das Extrakt durch Destillation in zwei
Teilströme aufgeteilt. Ein Teilstrom (Mischung (A)), bestehend
aus einem Gemisch aus Lösungsmittel und Wasser wird dabei über
Kopf der Kolonne entnommen und einem Phasentrenner (25)
zugeführt. Die wässrige Phase mit Restanteilen an Lösungsmittel
wird über Leitung (26) abgetrennt, und der
Lösungsmittelstripperkolonne (11), bevorzugt an der
Einspeisestelle des Raffinats, zugeführt. Die organische Phase
wird über Leitung (27) entnommen und dem Extraktor (7)
zurückgeführt.
Der zweite aus Kolonne (8) erhaltene Teilstrom (Mischung (B)),
bestehend aus den Komponenten Essigsäure, Ameisensäure und
Hochsiedern, wird aus der Lösungsmitteldestillationskolonne (8)
über den Sumpf abgezogen und einer zwischengeschalteten
Destillationskolonne (29) eingeleitet. Die Kolonne (29) wird
unter einem Druck von 1.105 bis 50.105 Pa, bevorzugt 1.105 bis
25.105 Pa, besonders bevorzugt 1.105 bis 5.105 Pa betrieben. In
dieser Kolonne (29) wird mit einem Hilfsstoff der mit den
Gemischkomponenten ein leichtsiedendes Hetero-Azeotrop bildet
über Kopf ein Gemisch aus Hilfsstoff, Wasser, Ameisensäure,
über Leitung (19) entnommen und einem Phasentrennbehälter (40)
zugeführt. Die säurearme organische Phase wird als Rücklauf
über Leitung (41) zum Kopf der Kolonne (29) zurückgeführt. Die
säurereiche Phase wird geteilt und ein Teil als Rücklauf über
Leitung (42) zum Kopf der Kolonne (29) zurückgeführt und der
andere Teil über Leitung (43) einer Strippkolonne (45)
zugeführt, wobei auf die Rückführung eines Teiles dieses
Stromes in die Kolonne (29) auch verzichtet werden kann. In der
Strippkolonne (45) wird über den Sumpf eine leichtsiederfreie
Ameisensäure abgeführt. Das Kopfprodukt der Strippkolonne (45)
wird über Leitung (46) zum Phasentrennbehälter (40)
zurückgeführt.
Über den Sumpf der Kolonne (29) wird ein ameisensäurefreies
Gemisch aus Essigsäure und Hochsiedern entnommen und über
Leitung (31) einer Essigsäuredestillationskolonne (5)
zugeführt, in der die Auftrennung des Reststroms in reine
Essigsäure und Schwersiedern erfolgt. Die Essigsäure wird am
Kopf über Leitung (17) abgezogen und die Schwersieder werden am
Kolonnensumpf über Leitung (18) abgetrennt.
Die speziellen Vorteile dieses Verfahrens sind die besonders
niedrigen Anlagenkosten, da wenige einfache Apparate benötigt
werden und diese Apparate aufgrund der milden Bedingungen aus
kostengünstigen Materialien hergestellt werden können, sowie
der geringe Energieaufwand zur Trennung.
Als Hilfsstoffe für die Azeotroprektifikation in der Kolonne
(29) eignen sich alle Verbindungen die zumindest mit
Ameisensäure, nicht aber mit Essigsäure, ein niedrigsiedendes
Azeotrop bilden, das sich nach der Kondensation in eine
säurearme und eine säurereiche Phase trennt. Bevorzugte
Hilfsstoffe sind Kohlenwasserstoffe und
Kohlenwasserstoffmischungen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen,
besonders bevorzugt gesättigte Kohlenwasserstoffe und
Kohlenwasserstoffmischungen im Siedebereich von -10°C bis 65°C
(bei 1.10^5 Pa), z. B. i-Butan, 2,2-Dimethylpropan, Cyclopentan,
2,3-Dimethylbutan; 2-Methylpentan, 3-Methylpentan.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens (Fig. 2)
wird der zweite aus der Kolonne (8) erhaltene Teilstrom
(Mischung (B)), bestehend aus den Komponenten Essigsäure,
Ameisensäure und Hochsiedern, einer zwischengeschalteten
Destillationskolonne (29) zugeführt. Die Kolonne (29) wird
unter einem Druck von 1.105 bis 50.105 Pa, bevorzugt 1.105 bis
25.105 Pa, besonders bevorzugt 1.105 bis 5.105 Pa betrieben. In
dieser Kolonne (29) wird mit einem Hilfsstoff der mit den
Gemischkomponenten ein leichtsiedendes Hetero-Azeotrop bildet
über Kopf ein Gemisch aus Hilfsstoff, Wasser, Ameisensäure,
Essigsäure über Leitung (19) entnommen und einem
Phasentrennbehälter (40) zugeführt. Die säurearme organische
Phase wird als Rücklauf über Leitung (41) zum Kopf der Kolonne
(29) zurückgeführt. Die säurereiche wässrige Phase wird über
Leitung (43) einer Strippkolonne (45) zugeführt, wobei auch ein
Teil dieses Stromes über Leitung (42) zum Kopf der Kolonne (29)
zurückgeführt werden kann. In der Strippkolonne (45) wird über
den Sumpf eine leichtsiederfreie
Ameisensäure/Essigsäuremischung abgeführt und über Leitung (44)
der Ameisensäurereinkolonne (33) zugeführt. Das Kopfprodukt der
Strippkolonne (45) wird über Leitung (46) zum Phasentrenn
behälter (40) zurückgeführt. Die Ameisensäurereinkolonne (33)
wird dabei bevorzugt mit einem niedrigerem Druck betrieben als
die zwischengeschaltete Destillationskolonne (29). Die
Druckdifferenz zwischen Kolonne (33) und Kolonne (29) beträgt
dabei bevorzugt 0,1.105 Pa bis 10.105 Pa. In der
Ameisensäurereindestillationskolonne (33) wird der Produktstrom
in reine Ameisensäure über Leitung (34) als Kopfprodukt und ein
gemischtes Sumpfprodukt enthaltend, Essigsäure, Ameisensäure
und Wasser aufgetrennt. Dieses Sumpfprodukt wird über Leitung
(32) zum Eingang des Extraktors (7) für die wässrige Phase oder
eine andere Einspeisestelle des Extraktors (7) zurückgeführt.
Über den Sumpf der Kolonne (29) wird ein ameisensäurefreies
Gemisch aus Essigsäure und Hochsiedern entnommen und über
Leitung (31) einer Essigsäuredestillationskolonne (5)
zugeführt, in der die Auftrennung des Reststroms in reine
Essigsäure und Schwersiedern erfolgt. Die Essigsäure wird am
Kopf über Leitung (17) abgezogen und die Schwersieder werden am
Kolonnensumpf über Leitung (18) abgetrennt.
Von großem Vorteil bei dieser Verfahrensausführung ist es, dass
mit geringem Aufwand Ameisensäure höchster Qualität gewonnen
wird, da in Kolonne (45) nochmals Leichtsieder entfernt werden
und in Kolonne (33) Ameisensäure als Kopfprodukt gewonnen wird.
Als Hilfsstoffe für die Azeotroprektifikation in der Kolonne
(29) eignen sich alle Verbindungen die mit den
Gemischkomponenten ein niedrigsiedendes Azeotrop bilden, das
sich nach der Kondensation in eine säurearme und eine
säurereiche Phase trennt. Bevorzugte Hilfsstoffe sind Ether,
Ester, Ketone, Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe
mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen und deren Mischungen, besonders
bevorzugt gesättigte Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von -
10°C bis 65°C (bei 1.10^5 Pa), z. B. i-Butan,
2,2-Dimethylpropan, Cyclopentan, 2,3-Dimethylbutan,
2-Methylpentan, 3-Methylpentan.
Der Raffinatstrom (15) aus dem Extraktor (7) und die wässrige
Phase (26) aus dem Phasentrenngefäß (25) werden der
Lösungsmittelstripperkolonne (11) zugeführt. Am Sumpf dieser
Kolonne wird über Leitung (13) reines Wasser abgezogen. Das
Kopfprodukt dieser Kolonne wird dem Phasentrenner (9)
zugeführt. Die dort anfallende organische Phase wird dem
Extraktors (7) zurückgeführt, die wässrige Phase wird über
Leitung (10) in den Kopf der Stripperkolonne (11) eingespeist.
Alternativ zu einem eigenen Phasentrenner (9) am Kopf der
Kolonne (11) kann das Kopfprodukt dieser Kolonne auch in den
Phasentrenner (25) am Kopf der
Lösungsmittelrückgewinnungskolonne (8) eingespeist werden
(Fig. 2a).
In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren
unter Bezug auf die Abbildungen näher erläutert:
In einer Vorrichtung nach Ausführungsform Fig. 2 wurde dem
Extraktor (7) (Gegenstromextraktionskolonne mit stationärer
Edelstahlpackung, organische Phase dispergiert) über Leitung
(6) ein Rohsäurestrom bestehend aus 13,95 kg/h Essigsäure, 2,85 kg/h
Ameisensäure, 33,2 kg/h Wasser und 0,3 kg/h Hochsieder
zugeführt. Über Leitung (27) und Leitung (14) wurde dem
Extraktor (7) in stationären Zustand ein Lösungsmittelrückstrom
enthaltend 198 kg/h Di-iso-Propylether (DIPE) und 1,8 kg/h
Wasser zugeführt. Der den Extraktor (7) verlassende
Extraktstrom setzte sich aus 198 kg/h DIPE, 13,65 kg/h
Essigsäure, 4,7 kg/h Wasser, 2,85 kg/h Ameisensäure und 0,3 kg/h
Hochsieder zusammen. Der den Extraktor (7) über Leitung
(15) verlassende Raffinatstrom setzte sich aus 30,2 kg/h
Wasser, 0,24 kg/h DIPE, 0,3 kg/h Essigsäure und 0,05 kg/h
Ameisensäure zusammen.
Die Lösungsmitteldestillationskolonne (8) und die
Destillationskolonne (29) wurden bei einem Druck von 1.105 Pa
betrieben. Die Stripperkolonne (45) wurden bei einem Druck von
0,25.105 Pa betrieben. Die Reinessigsäuredestillationskolonne
(5) und Stripperkolonne (11) wurden bei einem Druck von 1.105 Pa
betrieben
Am Sumpf der Lösungsmittelkolonne (8) wurde über Leitung (28)
bei einer Temperatur von 113°C ein Strom, bestehend aus 13,65 kg/h
Essigsäure, 2,85 kg/h Ameisensäure und 0,3 kg/h Hochsieder
abgeführt. Aus dem Kopf der Kolonne (8) wurde ein Strom,
bestehend aus 223 kg/h DIPE und 4,95 kg/h Wasser entnommen und
über Leitung (24) dem Phasentrenner (25) zugeführt.
Am Sumpf der Destillationskolonne (29) wurde bei einer
Temperatur von 119°C ein Strom enthaltend 13,5 kg/h Essigsäure
und 0,3 kg/h Hochsieder über Leitung (31) entnommen. Am Sumpf
der Essigsäurereinkolonne (5) wurde bei einer Temperatur von
131°C über Leitung (18) ein Strom enthaltend 0,2 kg/h
Essigsäure und 0,3 kg/h Hochsieder entnommen.
Aus dem Phasentrennbehälter (40) wurde über Leitung (41) ein
Strom der leichtere Phase bestehen aus 98 kg/h Cyclopentan
0,4 kg/h Essigsäure und 1,1 kg/h Ameisensäure zum Kopf der
Kolonne (29) zurückgeführt. Ein Teiltrom der schweren Phase aus
dem Trennbehälter (40) bestehend aus 0,1 kg/h Cyclopentan,
0,1 kg/h Essigsäure und 9,9 kg/h Ameisensäure wurde über
Leitung (42) zum Kopf der Kolonne (29) zurückgeleitet. Ein
Teilstrom, bestehend aus 0,04 kg/h Cyclopentan, 0,04 kg/h
Essigsäure und 3,73 kg/h Ameisensäure wurde über Leitung (43)
zur Stripperkolonne (45) geleitet. Aus dem Sumpf der
Stripperkolonne (45) wurde bei 62°C ein Strom bestehend aus 2,8 kg/h
Ameisensäure und 0,03 kg/h Essigsäure entnommen.
Der Wasserabstrom über Leitung (13) aus dem Sumpf der
Lösungsmittelstripperkolonne (11) enthielt 33,2 kg/h Wasser,
0,31 kg/h Essigsäure und 0,06 kg/h Ameisensäure.
Um die Rohsäuremischung in 2,83 kg/h an 99 Gew.-%iger
Ameisensäure, 13,3 kg/h an 99,99 Gew-%iger Essigsäure und 33,2 kg/h
an 99 Gew-%igem Wasser aufzutrennen, wurde ohne
Feedvorwärmung vor den Destillationskolonnen folgender
Energieeinsatz benötigt:
Sumpfheizung Lösungsmitteldestillationskolonne (8): 21,3 kW
Sumpfheizung Trennkolonne (29): 11,5 kW
Lösungsmittelstripperkolonne (45): 1,1 kW
Sumpfheizung Essigsäurereinkolonne (5): 6,5 kW
Sumpfheizung Lösungsmittelstripperkolonne (11): 4 kW
Die Summe von 44,4 kW entspricht 2,75 kW pro kg Säure
Sumpfheizung Lösungsmitteldestillationskolonne (8): 21,3 kW
Sumpfheizung Trennkolonne (29): 11,5 kW
Lösungsmittelstripperkolonne (45): 1,1 kW
Sumpfheizung Essigsäurereinkolonne (5): 6,5 kW
Sumpfheizung Lösungsmittelstripperkolonne (11): 4 kW
Die Summe von 44,4 kW entspricht 2,75 kW pro kg Säure
Die Kopftemperatur der Trennkolonne betrug 38°C, die maximale
Ameisensäurekonzentration in der Trennkolonne (29) betrug < 20 Gew.-%
In einer Vorrichtung nach Ausführungsform Fig. 2 wurde dem
Extraktor (7) (Gegenstromextraktionskolonne mit stationärer
Edelstahlpackung, organische Phase dispergiert) über Leitung
(6) ein Rohsäurestrom bestehend aus 13,65 kg/h Essigsäure, 2,85 kg/h
Ameisensäure, 33,2 kg/h Wasser und 0,3 kg/h Hochsieder
zugeführt. Über Leitung (27) und Leitung (14) wurde dem
Extraktor (7) in stationären Zustand ein Lösungsmittelrückstrom
enthaltend 198 kg/h Di-iso-Propylether (DIPE) und 1,8 kg/h
Wasser zugeführt. Der den Extraktor (7) verlassende
Extraktstrom setzte sich aus 198 kg/h DIPE, 14 kg/h Essigsäure,
5,3 kg/h Wasser, 4,4 kg/h Ameisensäure und 0,3 kg/h Hochsieder
zusammen. Der den Extraktor (7) über Leitung (15) verlassende
Raffinatstrom setzte sich aus 29,7 kg/h Wasser, 0,24 kg/h DIPE,
0,31 kg/h Essigsäure und 0,05 kg/h Ameisensäure zusammen.
Die Lösungsmitteldestillationskolonne (8) und die
Destillationskolonne (29) wurden bei einem Druck von 1.105 Pa
betrieben. Die Ameisensäurereinkolonne (33) und Stripperkolonne
(45) wurden bei einem Druck von 0,25.105 Pa betrieben. Die
Reinessigsäuredestillationskolonne (5) und Stripperkolonne (11)
wurden bei einem Druck von 1.105 Pa betrieben
Am Sumpf der Lösungsmittelkolonne (8) wurde über Leitung (28)
bei einer Temperatur von 113°C ein Strom, bestehend aus 13,1 kg/h
Essigsäure, 3,1 kg/h Ameisensäure und 0,3 kg/h Hochsieder
abgeführt. Aus dem Phasentrenner (25), der über Leitung (24)
mit Kopf der Kolonne (8) verbunden war, wurde eine organische
Phase über Leitung (27), enthaltend 200 kg/h DIPE, 0,6 kg/h
Essigsäure, 0,1 kg/h Ameisensäure und 1,9 kg/h Wasser zum
Lösungsmitteleingang des Extraktors (7) zurückgeführt. Der
Abstrom der wässriger Phase über Leitung (26) setzte sich aus
0,03 kg/h Essigsäure, 0,01 kg/h Ameisensäure, 2,8 kg/h Wasser
und 0,02 kg/h DIPE zusammen.
Am Sumpf der Destillationskolonne (29) wurde bei einer
Temperatur von 119°C ein Strom enthaltend 14 kg/h Essigsäure
und 0,3 kg/h Hochsieder über Leitung (31) entnommen. Am Sumpf
der Essigsäurereinkolonne (5) wurde bei einer Temperatur von
131°C über Leitung (18) ein Strom enthaltend 0,2 kg/h
Essigsäure und 0,3 kg/h Hochsieder entnommen.
Aus dem Phasentrennbehälter (40) wurde über Leitung (41) ein
Strom der leichtere Phase bestehen aus 98 kg/h Cyclopentan
0,6 kg/h Essigsäure und 1,2 kg/h Ameisensäure zum Kopf der
Kolonne (29) zurückgeführt. Ein Strom der schweren Phase aus
dem Trennbehälter (40) bestehend aus 0,08 kg/h Cyclopentan,
0,4 kg/h Essigsäure und 5,8 kg/h Ameisensäure wurde über
Leitung (43) zur Stripperkolonne (45) geleitet. Aus dem Sumpf
der Stripperkolonne (45) wurde bei 61,6°C ein Strom bestehend
aus 5,6 kg/h Ameisensäure und 0,9 kg/h Essigsäure entnommen und
über Leitung (44) in die Ameisensäurereinkolonne (33)
transferiert.
Der Abstrom aus dem Kopf der Ameisensäurereinkolonne (33) über
Leitung (34) betrug 2,8 kg/h Ameisensäure. Über Leitung (32)
wurden aus dem Sumpf der Ameisensäurereinkolonne (33) bei einer
Temperatur von 63,2°C ein Strom bestehend aus 0,3 kg/h
Essigsäure und 1,6 kg/h Ameisensäure zum Eingang des Extraktors
(7) für die wässrige Phase zurückgeführt.
Der Wasserabstrom über Leitung (13) aus dem Sumpf der
Lösungsmittelstripperkolonne (11) enthielt 33,2 kg/h Wasser,
0,33 kg/h Essigsäure und 0,06 kg/h Ameisensäure. Der Rückstrom
an organischer Phase über Leitung (14) aus dem Phasentrenngefäß
(9) des Lösungsmittelstrippers (11) zum Lösungsmitteleingang
des Extraktors (7) setzte sich aus 0,28 kg/h DIPE zusammen.
Um die Rohsäuremischung in 2,8 kg/h an 99,99 Gew.-%iger
Ameisensäure, 13,4 kg/h an 99,99 Gew-%iger Essigsäure und 33,6 kg/h
an 98,8 Gew-%igem Wasser aufzutrennen wurde ohne
Feedvorwärmung vor den Destillationskolonnen folgender
Energieeinsatz benötigt:
Sumpfheizung Lösungsmitteldestillationskolonne (8): 20,3 kW
Sumpfheizung Trennkolonne (29): 4 kW
Lösungsmittelstripperkolonne (45): 0,8 kW
Sumpfheizung Ameisensäurereinkolonne (33): 3,4 kW
Sumpfheizung Essigsäurereinkolonne (5): 6,5 kW
Sumpfheizung Lösuhgsmittelstripperkolonne (11): 4 kW
Die Summe von 39 kW entspricht 2,6 kW pro kg Säure
Sumpfheizung Lösungsmitteldestillationskolonne (8): 20,3 kW
Sumpfheizung Trennkolonne (29): 4 kW
Lösungsmittelstripperkolonne (45): 0,8 kW
Sumpfheizung Ameisensäurereinkolonne (33): 3,4 kW
Sumpfheizung Essigsäurereinkolonne (5): 6,5 kW
Sumpfheizung Lösuhgsmittelstripperkolonne (11): 4 kW
Die Summe von 39 kW entspricht 2,6 kW pro kg Säure
Die Kopftemperatur der Trennkolonne betrug 37°C, die maximale
Ameisensäurekonzentration in der Trennkolonne (29) betrug < 20 Gew.-%
Um einen Rohsäurestrom, bestehend aus 12,9 kg/h Essigsäure, 2,6 kg/h
Ameisensäure, 48,4 kg/h Wasser und 0,8 kg/h Hochsieder in
2,4 kg/h an 99,9 Gew.-%iger Ameisensäure, 12,5 kg/h an 99,9 Gew-%iger
Essigsäure und 49,6 kg/h an 97,5 Gew-%igem Wasser
aufzutrennen wurde ohne Feedvorwärmung vor den
Destillationskolonnen folgender Energieeinsatz benötigt:
Sumpfheizung Lösungsmitteldestillationskolonne (8): 20,5 kW
Sumpfheizung Trennkolonne (29): 10 kW
Sumpfheizung Ameisensäurereinkolonne (33): 5 kW
Sumpfheizung Essigsäurereinkolonne (5): 3,4 kW
Sumpfheizung Lösungsmittelstripperkolonne (11): 4 kW
Die Summe von 43 kW entspricht 2,87 kW pro kg Säure
Sumpfheizung Lösungsmitteldestillationskolonne (8): 20,5 kW
Sumpfheizung Trennkolonne (29): 10 kW
Sumpfheizung Ameisensäurereinkolonne (33): 5 kW
Sumpfheizung Essigsäurereinkolonne (5): 3,4 kW
Sumpfheizung Lösungsmittelstripperkolonne (11): 4 kW
Die Summe von 43 kW entspricht 2,87 kW pro kg Säure
Die Kopftemperatur der Trennkolonne betrug 138°C, die maximale
Ameisensäurekonzentration in der Trennkolonne (29) betrug < 70 Gew.-%
Während unter den sehr korrosiven Bedingungen des
Vergleichsbeispieles (Kombination von hoher Temperatur und
hoher Ameisensäurekonzentration) teure Sondermaterialien für
die Trennkolonne (29) benötigt werden, kommen die beiden
erfindungsgemäsen Beispiele in diesem besonders beanspruchten
Bereich mit gewöhnlichen Edelstählen (z. B. 1.4571L) als
Werkstoff aus.
Claims (18)
1. Verfahren zur Trennung und Reinigung eines wässrigen
Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure, Ameisensäure
und Schwersiedern durch Extraktion, mittels eines
Lösungsmittels in einem Kreisverfahren, wobei der
Raffinatstrom mit einem Großteil des Wassers einer
Lösungsmittelstripperkolonne (11) zur Auskreisung des
Wassers zugeführt wird und der Extraktstrom in eine
Lösungsmitteldestillationskolonne (8) geleitet wird, aus
der in einem ersten Schritt über Kopf eine Mischung (A),
bestehend aus Wasser und Lösungsmittel, über den Sumpf eine
Mischung (B) bestehend aus Essigsäure, Ameisensäure und
Hochsiedern abgetrennt wird, die Mischung (B) nach
Abtrennung der Ameisensäure in Kolonne (29) unter Einsatz
eines Hilfsstoffes in der Art einer Azeotropdestillation
anschließend in einer Essigsäuredestillationskolonne in
reine Essigsäure und Hochsieder aufgetrennt wird, und die
Mischung (A) einem Phasentrenner (25) zugeführt wird, wobei
die entstehende wässrige Phase mit Restanteilen an
Lösungsmittel der Lösungsmittelstripperkolonne (11), und
die organische Phase dem Extraktor (7) zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als
Hilfsstoff zur Abtrennung der Ameisensäure ein gesättigter
Kohlenwasserstoff oder eine Mischung gesättigter
Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von -10°C bis 65°C bei
1.105 Pa verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
dass vom Kopfkondensat der Kolonne (29) neben der leichten
Kohlenwasserstoffphase auch ein Teil der schweren Phase
zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stripperkolonne (45) bei einem Druck von 0,1.105 Pa
bis 10.105 Pa betrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösungsmitteldestillationskolonne (8) unter
Normaldruck betrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösungsmitteldestillationskolonne (8) unter
erhöhtem Druck zwischen 1.105 und 50.105 Pa betrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der Extraktor ein- oder mehrstufig betrieben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass der Lösungsmittelkreislauf im Extraktor im Gegenstrom
zur Rohsäure verläuft.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass als Lösungsmittel eine oder mehrere Verbindungen aus
der Gruppe umfassend Ether, Ester, Ketone,
Kohlenwasserstoffe und Alkohole eingesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass als Lösungsmittel eine oder mehrere Verbindungen aus
der Gruppe umfassend Methyltertiärbutylether,
Diisopropylether, Di-n-propylether, Ethylbutylether,
Ethylacetat und Isopropylacetat verwendet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Extraktion bei Temperaturen von 0°C bis 60°C und
Drücken von 1.105 bis 20.105 Pa durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass das Lösungsmittel in einem Mischungsverhältnis zur
Rohsäure (Volumen/Volumen) zwischen dem 0,5 und 20-fachen
liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die zwischengeschaltete Destillationskolonne (29) bei
einem Druck von 1.105 Pa bis 50.105 Pa betrieben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösungsmitteldestillatiotiskolonne (8) so betrieben
wird, daß noch geringe Mengen an Wasser im Produktstrom
verbleiben.
15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischung (B), bestehend aus den Komponenten
Essigsäure, Ameisensäure, Schwersiedern und Wasserresten in
einer zwischengeschalteten Destillationskolonne (29) unter
Einsatz eines Hilfsstoffes in ein ameisensäurefreies
Sumfprodukt, enthaltend Essigsäure und Schwersieder und in
ein gemischtes Kopfprodukt enthaltend Ameisensäure, Wasser
und geringe Mengen Essigsäure aufgetrennt wird, wobei das
Sumpfprodukt aus Kolonne (29) in einer nachgeschalteten
Essigsäuredestillationskolonne (5) in reine Essigsäure und
Schwersieder aufgetrennt wird und die ameisensäurereiche
Phase des Kopfproduktes aus Kolonne (29) einer
Strippkolonne (45) zur Entfernung des Hilfsstoffes und
anschließend einer Ameisensäurereindestillationskolonne
(33) zugeführt wird, wo es in reine Ameisensäure als
Kopfprodukt und ein gemischtes Sumpfprodukt enthaltend,
Essigsäure, Ameisensäure und Wasser aufgetrennt wird,
welches dem Eingang des Extraktors für die wässrige Phase
oder einer anderen Einspeisestelle des Extraktors (7)
zurückgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass als Hilfsstoff eine Verbindungen aus den Klassen
Ether, Ester, Ketone, Kohlenwasserstoffe,
Halogenkohlenwasserstoffe und deren Mischungen, bevorzugt
Kohlenwasserstoffe und Halogenkohlenwasserstoffe und deren
Mischungen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen verwendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ameisensäurereindestillationskolonne (33) bei
einem um 0,1.105 bis 10.105 Pa niedrigeren Druck als die
zwischengeschaltete Destillationskolonne (29) betrieben
wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reaktionswärme der vorgeschalteten Reaktion zur
Beheizung einer oder mehrerer der Kolonnen umfassend, die
Lösungsmitteldestillationskolonne (8), die
Destillationskolonne (29), die Strippkolonne (45), die
Strippkolonne (11), die Essigsäuredestillationskolonne (5)
und die Ameisensäuredestillationskolonne (33), verwendet
wird.
Priority Applications (2)
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PCT/EP2001/014703 WO2002053524A2 (de) | 2000-12-28 | 2001-12-13 | Verfahren zur trennung und reinigung eines wässrigen gemisches aus den hauptkomponenten essigsäure und ameisensäure |
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DE2000165466 DE10065466A1 (de) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Verfahren zur Trennung eines wässrigen Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure und Ameisensäure |
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DE2000165466 Withdrawn DE10065466A1 (de) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Verfahren zur Trennung eines wässrigen Gemisches aus den Hauptkomponenten Essigsäure und Ameisensäure |
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- 2001-12-13 WO PCT/EP2001/014703 patent/WO2002053524A2/de not_active Application Discontinuation
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