-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methylisobutylketon ausgehend von Aceton, wobei das Verfahren einstufig in einer Reaktorsektion durchgeführt wird und ein aus der Reaktorsektion abgeführter Rohproduktstrom von Methylisobutylketon zur Aufbereitung zunächst mindestens einer ersten Destillationskolonne zugeführt wird und das Produkt aus dem Sumpf dieser ersten Destillationskolonne anschließend einer flüssig-flüssig-Trennvorrichtung zugeführt wird, in der Wasser von einer organischen Phase abgetrennt wird.
-
Methylisobutylketon (MIBK) kann beispielsweise hergestellt werden durch zunächst Dimerisation von Aceton, wobei Diacetonalkohol (DAA) als Produkt entsteht. Diacetonalkohol wird danach in einem zweiten Schritt dehydratisiert, wobei Mesityloxid (MSO) als Produkt entsteht. Anschließend erfolgt im dritten Schritt eine Hydrierung von Mesityloxid zu Methylisobutylketon. Das aus dem Stand der Technik bekannte herkömmliche Verfahren kombiniert alle drei Reaktionsschritte in einem einzigen Reaktor (sogenannte „einstufige Synthese“) mit einem Palladium beladenen lonenaustauscherharz als bifunktionalem Katalysator. Diese Synthese von Methylisobutylketon folgt den nachfolgend wiedergegebenen Reaktionsgleichungen:
-
Der Aceton-Verbrauch pro Einheit des gewonnenen Produkts (MIBK) ist ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor des Prozesses. Bei der konventionellen Produktaufarbeitung gehen ca. 2-3% Aceton verloren.
-
Stand der Technik
-
In der Patentschrift
US 3,547,763 A wird ein Verfahren zur Herstellung von Methylisobutylketon beschrieben, bei dem Aceton mit Wasserstoff an einem mit Palladium dotierten sauren Kationenaustauscherharz in einem einstufigen Prozess reagiert. Bei diesem Verfahren wird eine Ausbeute an Methylisobutylketon von etwa 34 % bis 37 % erhalten.
-
Aus der
WO 2007/069109 A2 ist ein einstufiges Verfahren zur Herstellung von Methylisobutylketon bekannt, bei dem eine Reinigung des Rohprodukts in einer ersten Destillation erfolgt, bei der Aceton rückgewonnen wird. Das Sumpfprodukt aus der ersten Destillation wird einer flüssig-flüssig-Trennvorrichtung zugeführt, in der eine organische Phase abgetrennt wird, die dann in den oberen Bereich einer zweiten Destillationskolonne eingeleitet wird. Das dabei entstandene Kopfprodukt wird kondensiert und wird der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung zugeführt. Das Methylisobutylketon enthaltende Sumpfprodukt wird von der zweiten Destillationskolonne abgezogen. Dieses Sumpfprodukt wird einer dritten Destillationskolonne zugeführt, aus der hoch siedende Verunreinigungen als Sumpfprodukt abgezogen werden und außerdem gereinigtes MIBK gewonnen wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird nur die organische Phase aus der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung anschließend weiter aufbereitet, während die in dieser Trennvorrichtung anfallende Wasserphase als Abwasser aus dem System abgeführt wird.
-
Aufgrund der Stöchiometrie der Kondensation wird bei dieser eine große Menge an Wasser produziert. Konventionell wird das Wasser in einem Dekanter durch die flüssig/flüssig-Phasentrennung aus dem System entfernt, wobei andere Verfahren wegen der Azeotrope im Stoffsystem versagen. Bei diesem herkömmlichen Verfahren bestehen die nachfolgend genannten Nachteile:
- 1. Das Wasser enthält bis zu 8 Gew.-% organische Komponenten (MIBK, Aceton, Alkohol) und belastet die Abwasserbehandlungsanlage.
- 2. Wertvolle Komponenten (MIBK, Aceton, Alkohol) können nicht weiter verwertet werden.
- 3. Der Restacetongehalt im Dekanter kann durch die Änderung der Betriebsbedingungen der vorgeschalteten Kolonne (Aceton-Kolonne) reduziert werden, was allerdings zu einem höheren Energieverbrauch führt und einem steigenden Aceton-Verlust im Nebenproduktstrom (Strom 24 in der unten wiedergegebenen 1), welcher aus dem Kopf dieser Kolonne abgezogen wird. Der gesamte Verlust des Acetons (im Nebenproduktstrom und im Abwasserstrom) kann durch die Änderung der Betriebsbedingungen der Aceton-Kolonne nicht signifikant reduziert werden.
- 4. Der Aceton-Verlust steigt während der gesamten Laufzeit des Katalysators wegen der Verschlechterung der Katalysatorselektivität und der damit verbundenen steigenden Nebenproduktbildung.
-
Aus der
US-Patentschrift 6,518,462 B2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Methylisobutylketon aus Aceton bekannt, welches in mehreren separaten Stufen durchgeführt wird, wobei zunächst in einer Kolonne das Aceton in Mesityloxid umgewandelt wird, wobei Diacetonalkohol und weitere Nebenprodukte entstehen. In einem zweiten Reaktor wird dann Mesityloxid mit Wasserstoff zu Methylisobutylketon umgesetzt. Aus dem Produktstrom wird zunächst H
2 abgetrennt und aus dem Prozess ausgeschleust und der das Methylisobutylketon (MIBK) enthaltende Produktstrom wird einer Destillationskolonne zugeführt, in der Methylisobutylcarbinol (MIBC) von dem Produktstrom abgetrennt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Trennung von MIBK und MIBC schwierig ist. Das MIBC fällt in dieser Destillationskolonne im Sumpf an, während Methylisobutylketon als Seitenstrom abgezogen wird. Aus dem Kopfbereich dieser Destillationskolonne wird ein azeotropes Gemisch aus Wasser und MIBK abgezogen, welches dann kondensiert und in einem Dekanter in eine organische und eine wässrige Phase getrennt wird. Die wässrige Phase wird zu einem zweiten Dekanter geleitet, dessen wasserhaltige Phase einer Destillationskolonne zugeführt wird, aus der gereinigtes Wasser abgeführt wird. Das Kopfprodukt aus dieser Destillationskolonne enthält Mesityloxid und Wasser und kann zu der zweiten Reaktionsstufe des Prozesses zurückgeführt werden, in der die Herstellung von Methylisobutylketon aus Mesityloxid erfolgt. Da dieses bekannte Verfahren mehrstufig verläuft, enthält das Abwasser nach der zweiten Reaktionsstufe kein Aceton, welches sich zurückgewinnen ließe. Aus den Ausführungen in dieser Druckschrift ergibt sich zudem, dass der zweistufige Prozess gegenüber dem einstufigen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Nachteile hat. Dies ist zum einen die Notwendigkeit der Abtrennung des Methylisobutylcarbinols von dem Produktstrom. Außerdem ist das zweistufige Verfahren insgesamt aufwändiger und erfordert einen erheblich größeren apparativen Aufwand.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes einstufiges Verfahren zur Herstellung von Methylisobutylketon aus Aceton zur Verfügung zu stellen, welches es erlaubt, den Acetonverlust zu reduzieren.
-
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Erfindungsgemäß wird die Wasserphase der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung mindestens einer weiteren Trennvorrichtung zugeführt, in der ein Anteil des in der Wasserphase enthaltenen Acetons aus dem Prozessstrom abgetrennt wird. Somit sieht die Erfindung mindestens einen weiteren Aufarbeitungsschritt in dieser weiteren Trennvorrichtung vor, durch den es möglich wird, Aceton aus dem Abwasserstrom zurück zu gewinnen. Dies führt zu einer Optimierung des Prozesses zur Herstellung von Methylisobutylketon, die es erlaubt, den Acetonverlust weiter zu reduzieren. Beispielsweise lässt sich so der gesamte Acetonverlust über das Abwasser und über niedrig siedende Nebenprodukte auf deutlich unter 2 Gew.-% reduzieren, vorzugsweise auf unter 1,5 Gew.-%, besonders bevorzugt beispielsweise auf ca. 1,2 bis 1,3 Gew-%. Gleichzeitig erzeugt man einen Abwasserstrom mit besserer Verträglichkeit für biologische Wasseraufbereitung, aufgrund eines deutlich verringerten Kohlenwasserstoffgehalts im Abwasserstrom.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn durch Abtrennung in der weiteren Trennvorrichtung gewonnene Aceton-reiche Strom in den Prozess der Aufbereitung des Rohproduktstroms rückgeführt wird. Dies ermöglicht eine Reduzierung des in dem Prozess als Edukt eingesetzten Acetons.
-
Da es sich bei dem Aceton verglichen mit Wasser sowie gegebenenfalls weiteren organischen Komponenten im Abwasserstrom um eine niedrig siedende Komponente handelt, ist es gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, wenn das Aceton im Kopfbereich der weiteren Trennvorrichtung gewonnen wird.
-
Die erfindungsgemäße weitere Trennvorrichtung ist folglich bevorzugt so ausgebildet, dass aus dieser ein gereinigter Wasserstrom als Sumpfprodukt gewonnen wird.
-
Oben wurde bereits erwähnt, dass in der weiteren Trennvorrichtung aus dem Abwasser gewonnenes Aceton in den Prozess rückgeführt werden kann. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dabei vor, dass der in der weiteren Trennvorrichtung gewonnene Aceton-reiche Strom zur ersten Destillationskolonne oder zu einer von dieser ersten Destillationskolonne ausgehenden Leitung für einen Aceton-Recycle zum Reaktor zurückgeführt wird und dann die sich anschließenden weiteren Trennschritte erneut durchläuft. Gemäß einer Weiterentwicklung kann die Rückführung des Acetons beispielsweise in eine Rückführleitung für in der ersten Destillationskolonne abgetrenntes Aceton erfolgen und so mit dem dort abgetrennten Acetonstrom vereinigt und zum Reaktor zurückgeführt werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der weiteren Trennvorrichtung neben dem Aceton-reichen Strom, welcher im Kopfbereich abgeführt wird und Wasser, welches aus dem Sumpf abgeführt wird, noch ein dritter Prozessstrom als Seitenstrom abgeführt, welcher neben geringen Anteilen Aceton von Aceton verschiedene organische Komponenten enthält. Diese Variante sieht somit eine Auftrennung der der weiteren Trennvorrichtung zugeführten Wasserphase in drei weitere Fluidströme vor, wobei der genannte Seitenstrom mit den von Aceton verschiedenen organischen Komponenten gegebenenfalls auch zu einem früheren Trennschritt rückgeführt werden kann und/oder in weiteren sich anschließenden Trennprozessen aufbereitet werden kann.
-
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die weitere Trennvorrichtung eine Fraktioniervorrichtung ist. Bei dieser Variante erfolgt in der weiteren Trennvorrichtung eine Fraktionierung, bei der das Aceton als leichte Fraktion anfällt und der aus der weiteren Trennvorrichtung abgeführte Seitenstrom eine mittlere Fraktion der Fraktionierung ist. Diese mittlere Fraktion mit von Aceton verschiedenen organischen Komponenten kann beispielsweise als Lösungsmittelgemisch oder als flüssiger Brennstoff verwertet werden. Diese mittlere Fraktion kann einen Anteil von beispielsweise bis zu 70 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 80 Gew.-%, beispielsweise bis zu 85 Gew.-% organische Komponenten enthalten.
-
Als leichte Fraktion der Fraktionierung kann beispielsweise ein Strom mit über 80 Gew.-%, vorzugsweise mit über 90 Gew.-% Aceton produziert und zurück in die Reaktionssektion gefahren werden.
-
Weil somit in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein großer Anteil des im Roh-Methylisobutylketon-Strom enthaltenen Acetons durch die genannten Maßnahmen zurückgewonnen werden kann, kann die vorgeschaltete erste Destillationskolonne mit relativ geringem Trennaufwand und wenig Aceton-Verlust im Kopfprodukt der Kolonne betrieben werden.
-
Gemäß weiteren alternativen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die weitere Trennvorrichtung eine Trennwandkolonne, ein Zwei-Kolonnen-System, ein Mehr-Kolonnen-System oder eine Destillationskolonne mit Seitenabzug.
-
Eine bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die organische Phase aus der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung, welche Methylisobutylketon enthält, anschließend mindestens einer zweiten Destillationskolonne zugeführt wird zur weiteren Reinigung des Produktstroms. Der im Kopfbereich dieser zweiten Destillationskolonne abgezogene Produktstrom kann zu der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung zurückgeführt werden oder auch direkt weiter in die erfindungsgemäße Trennvorrichtung. Bei der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Dekanter.
-
Das Sumpfprodukt aus der zweiten Destillationskolonne enthält das Methylisobutylketon sowie gegebenenfalls hoch siedende organische Verunreinigungen und kann in nachfolgenden Verfahrensschritten weiter aufbereitet und gereinigt werden. Beispielsweise kann man den aus dem Sumpf der zweiten Destillationskolonne abgezogenen Produktstrom anschließend einer dritten Destillationskolonne zuführen, in der man eine Abtrennung der hoch siedenden organischen Verunreinigungen vornimmt, wobei man letztere aus dem Sumpf der dritten Destillationskolonne abführen und das niedriger siedende gereinigte Methylisobutylketon im Kopfbereich oder als Seitenstrom aus dieser dritten Destillationskolonne gewinnen und beispielsweise einem Tank oder dergleichen zuführen kann.
-
In der Regel handelt es sich bei der einstufigen Umsetzung von Aceton zu Methylisobutylketon um ein katalytisches Verfahren und eine bevorzugte Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass in diesem Verfahren die Alterung des Katalysators und die damit verbundene nachlassende Katalysatoraktivität in Bezug auf den Acetonumsatz bestimmt wird und abhängig von dieser Aktivität des Katalysators ein jeweils optimierter Betriebszustand mit möglichst geringem Verlust an Aceton bestimmt und eingestellt wird. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens schafft die Möglichkeit, auf diese Weise eine Prozessoptimierung vorzunehmen.
-
Eine bevorzugte Weiterentwicklung dieser Verfahrensvariante sieht vor, dass in Abhängigkeit von der Katalysatoraktivität beispielsweise die Sumpftemperatur und/oder das Rücklaufverhältnis der ersten Destillationskolonne eingestellt werden und somit optimale Betriebsbedingungen mit einem möglichst geringen Aceton-Verlust im Aufarbeitungsprozess festgelegt werden.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Methylisobutylketon aus Aceton umfassend wenigstens einen Reaktor, dessen Ausgangsleitung mit wenigstens einer ersten Destillationskolonne in Verbindung steht, in der Aceton von einem im Sumpf der ersten Destillationskolonne anfallenden Methylisobutylketon-haltigen Rohproduktstrom abgetrennt wird, wobei der Sumpf dieser ersten Destillationskolonne mit einer flüssig-flüssig-Trennvorrichtung in Wirkverbindung steht, geeignet, Wasser von einer organischen Phase abzutrennen, wobei erfindungsgemäß die die Wasserphase aus der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung abführende Leitung mit mindestens einer weiteren Trennvorrichtung in Wirkverbindung steht, geeignet, einen Aceton-reichen Strom aus der Wasserphase abzutrennen. Mittels einer solchen Anlage lässt sich im Abwasser der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung enthaltenes Aceton abtrennen und in das System zurückführen, wodurch der Acetonverlust verringert wird. Gleichzeitig wird ein gereinigter Abwasserstrom erhalten, der beispielsweise in einer biologischen Abwasseraufbereitung vollständig gereinigt werden kann.
-
Eine bevorzugte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass wenigstens eine vom Kopfbereich der weiteren Trennvorrichtung ausgehende Rückführleitung von der weiteren Trennvorrichtung zur ersten Destillationskolonne oder in eine von der ersten Destillationskolonne im oberen Bereich abgehende Aceton zurückführende Leitung zurückführt. Auf diese Weise kann man in der weiteren Trennvorrichtung aus der Wasserphase gewonnenes Aceton in den Aufbereitungsprozess und letztlich auch in den Produktionsprozess zurückführen, wenn beispielsweise das im Kopfbereich der ersten Destillationskolonne rückgewonnene Aceton zu dem Reaktor zurückgeführt wird, in dem aus dem Aceton katalytisch Methylisobutylketon hergestellt wird.
-
Gereinigtes Abwasser fällt im Sumpfbereich der weiteren Trennvorrichtung an und kann über eine vom Sumpfbereich der weiteren Trennvorrichtung ausgehende Leitung abgeführt werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Anlage ist eine von der weiteren Trennvorrichtung in einem Seitenbereich ausgehende weitere Leitung vorgesehen, mittels derer ein dritter Prozessstrom als Seitenstrom von der weiteren Trennvorrichtung abgeführt wird, welcher neben geringen Anteilen Aceton von Aceton verschiedene organische Komponenten enthält. Diese organischen Komponenten können einer weiteren Verwendung zugeführt und beispielsweise als Lösungsmittelgemisch oder als flüssiger Brennstoff verwendet werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist eine weitere, die organische Phase einschließlich des Methylisobutylketons aus der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung abführende Leitung vorgesehen, welche von der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung zu einer zweiten Destillationskolonne führt. In dieser zweiten Destillationskolonne kann eine weitere Aufbereitung des rohen Produktstroms erfolgen, welcher das Methylisobutylketon enthält. Niedriger siedende Bestandteile können aus dem Kopfbereich der zweiten Destillationskolonne über eine Leitung zurückgeführt werden zur flüssig-flüssig-Trennvorrichtung oder zur weiteren erfindungsgemäßen Trennvorrichtung.
-
Der Produktstrom aus dem Sumpf der zweiten Destillationskolonne kann über eine Leitung einer dritten Destillationskolonne zugeführt werden, in der hoch siedende organische Bestandteile von dem Produktstrom abgetrennt werden, welche dann aus dem Sumpf dieser dritten Destillationskolonne über eine Leitung abgeführt werden können. Das gereinigte Methylisobutylketon kann beispielsweise als Seitenstrom aus der dritten Destillationskolonne über eine Produktleitung abgeführt werden.
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 ein schematisch vereinfachtes Anlagenschema einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Methylisobutylketon aus Aceton;
- 1 a ein leicht abgewandeltes Anlagenschema betreffend eine beispielhafte Variante einer Anlage zur Herstellung von Methylisobutylketon aus Aceton;
- 1 b ein leicht abgewandeltes Anlagenschema betreffend eine weitere beispielhafte Variante einer Anlage zur Herstellung von Methylisobutylketon aus Aceton;
- 2 eine graphische Darstellung des Acetonverlustes in den verschiedenen Prozessströmen abhängig von den Betriebsbedingungen bei Verwendung der weiteren Trennvorrichtung für den Abwasserstrom gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine beispielhafte Ausführungsvariante einer weiteren Trennvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine alternative beispielhafte Ausführungsvariante einer weiteren Trennvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine alternative beispielhafte Ausführungsvariante einer weiteren Trennvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Nachfolgend wird zunächst auf die 1 Bezug genommen und anhand dieser werden eine beispielhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die in diesem Verfahren verwendeten Anlage näher erläutert. Über eine erste Eduktleitung 10, die mindestens einen Wärmetauscher 11 passiert, wird Aceton der Eingangsleitung 12 zugeführt, welche den Eduktstrom einem Reaktor 13 zuführt. Aus einem Tank 14 wird Wasserstoff über eine zweite Eduktleitung 15 dem Reaktor zugeführt, wobei die erste Eduktleitung 10 in die zweite Eduktleitung 15 einmündet, so dass die beiden Eduktströme von Aceton und Wasserstoff vereint und gemeinsam über die Eingangsleitung 12 dem Reaktor 13 zugeführt werden. Aus dem Reaktor 13 führt eine Ausgangsleitung 16 durch den Wärmetauscher 11, so dass der Produktstrom aus dem Reaktor 13, der durch die Reaktion im Reaktor 13 aufgeheizt wurde, einen Wärmetausch mit dem Acetonstrom in der Eduktleitung 10 eingeht und das Aceton vorwärmt.
-
Über die Ausgangsleitung 16 verlässt ein in der Regel zweiphasiges heißes Produktgasgemisch den Reaktor 13 und wird zunächst einer Trennvorrichtung 17 zugeführt, in der eine Abtrennung von Wasserstoff erfolgt, welcher dann über eine Leitung 18 zunächst einen Wärmetauscher 19 passiert und dann über eine Rückführleitung 20 und einen Verdichter 21 oder eine Pumpe zum Wasserstofftank 14 zurückgeführt und erneut in dem Herstellungsprozess als Edukt verwendet werden kann. Gegebenenfalls kann ein Teilstrom des Wasserstoffs aus der Rückführleitung 20 abgezweigt und abgeführt werden.
-
Das nach der Abtrennung von Wasserstoff erhaltene Produktgemisch wird über eine Leitung 22 einer ersten Destillationskolonne 23 zugeführt, in der zum einen leicht siedende Komponenten im Kopfbereich der Destillationskolonne 23 abgetrennt und über eine Leitung 24 abgeführt werden können. In dieser ersten Destillationskolonne 23 wird außerdem Aceton von dem Produktgemisch abgetrennt und über eine Rückführleitung 25, die von dem oberen Bereich der ersten Destillationskolonne 23 ausgeht, zu der Eingangsleitung 10 für Aceton zurückgeführt, so dass das hier abgetrennte Aceton erneut in dem Herstellungsprozess eingesetzt und dem Reaktor 13 zugeführt werden kann. Aus dem Sumpf der ersten Destillationskolonne 23 wird über eine Produktleitung 26 der von den niedrig siedenden Komponenten weitgehend befreite Produktstrom, welcher auch das Methylisobutylketon enthält, einer flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 zugeführt. Bei dieser flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 kann es sich zum Beispiel um einen Dekanter handeln, in dem eine Trennung einer wässrigen Phase von einer organischen Phase erfolgt. Die organische Phase aus dieser flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 wird über eine Produktleitung 28 einer zweiten Destillationskolonne 29 zugeführt.
-
In dieser zweiten Destillationskolonne 29 fällt im Kopfbereich ein Gemisch aus niedriger siedenden Komponenten an, welches insbesondere Aceton, 2-Propanol, Wasser sowie gegebenenfalls etwas Methylisobutylketon als heterogenes azeotropes Gemisch enthält und über die Leitung 30 zu der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung oder zur weiteren erfindungsgemäßen Trennvorrichtung 35 zurückgeführt werden kann. Im Sumpf der zweiten Destillationskolonne 29 fällt der Produktstrom an, welcher hauptsächlich Methylisobutylketon enthält sowie höher siedende Nebenprodukte. Dieser Produktstrom kann über die vom Sumpf der zweiten Destillationskolonne ausgehende Leitung 31 zu einer dritten Destillationskolonne 32 geleitet werden. Aus dem Sumpf dieser dritten Destillationskolonne 32 können abgetrennte hoch siedende Verunreinigungen über die Leitung 33 aus dem System abgeführt werden. Das gereinigte Methylisobutylketon wird als Produktstrom über die Leitung 34 aus der dritten Destillationskolonne abgeleitet und beispielsweise in einen Tank zur Lagerung überführt oder einer weiteren Verarbeitung zugeführt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun eine weitere Trennvorrichtung 35 vorgesehen, in die die in der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 anfallende Wasserphase über die von dieser flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 abgehende Leitung 36 überführt wird. In dieser weiteren Trennvorrichtung 35 kann eine Aufbereitung und Trennung der Wasserphase aus der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 erfolgen, wobei aus dem Abwasser in der weiteren Trennvorrichtung 35 zum einen Aceton abgetrennt wird, welches im Kopfbereich der weiteren Trennvorrichtung 35 anfällt und über die Rückführleitung 37 zu der ersten Destillationskolonne 23 zurückgeführt werden kann. Die Rückführung kann beispielsweise wie aus 1 ersichtlich derart erfolgen, dass die von der weiteren Trennvorrichtung 35 kommende Rückführleitung 37 in die von der ersten Destillationskolonne 23 kommende Rückführleitung 25 im Strömungsweg nach der ersten Destillationskolonne 23 einmündet, so dass das aus dem Abwasser gewonnene Aceton mit dem in der ersten Destillationskolonne 23 abgetrennten Aceton über die Leitung 25 in die Eduktleitung 10 zurückgeführt werden kann, um dann dieses Aceton erneut dem Produktionsprozess im Reaktor 13 zuzuführen. Durch die Verwendung dieser weiteren Trennvorrichtung 35 kann somit der Verlust an Aceton über das Abwasser stark reduziert werden.
-
In der weiteren Trennvorrichtung 35 wird als Seitenstrom eine mittlere Fraktion abgeführt, welche von Aceton verschiedene organische Komponenten enthält und über die Leitung 38 aus dem System abgeführt und gegebenenfalls einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Diese mittlere Fraktion kann in der Folge beispielsweise als Lösungsmittelgemisch oder flüssiger Brennstoff verwendet werden.
-
Im Sumpf der weiteren Trennvorrichtung 35 fällt eine gereinigte Wasserphase an, welche allenfalls noch einen sehr geringen Anteil organischer Bestandteile enthält und über die vom Sumpf der weiteren Trennvorrichtung 35 ausgehende Leitung 39 aus dem System abgeführt werden kann.
-
In 1 a ist eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel von 1 leicht abgewandelte Variante der Anlage dargestellt. Bei dieser Variante wird der von der weiteren Trennvorrichtung 35 kommende Strom über die Rückführleitung 37 direkt in die Destillationskolonne 23 zurückgeführt und nicht in die Rückführleitung 25. Im Übrigen sind die Anlagenteile und die Verfahrensabläufe wie zuvor bei 1 beschrieben.
-
In 1 b ist eine weitere gegenüber dem Ausführungsbeispiel von 1 leicht abgewandelte Variante der Anlage dargestellt. Bei dieser Variante wird der von der zweiten Destillationskolonne 29 über die Rückführleitung 30 kommende Strom nicht in die flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 geleitet, sondern in die weitere Trennvorrichtung (Kolonne) 35. Im Übrigen sind die Anlagenteile und die Verfahrensabläufe wie zuvor bei 1 beschrieben.
-
Nachfolgend wird auf die 2 Bezug genommen, die eine graphische Darstellung des Acetonverlustes in den verschiedenen Prozessströmen abhängig von den Betriebsbedingungen bei Verwendung der weiteren Trennvorrichtung für den Abwasserstrom gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Graphik ist auf der Ordinate der Acetonverlust im Gesamtprozess in Gew.-% angegeben. In der Zeichnung sind insgesamt drei Kurven dargestellt, eine untere Kurve, eine mittlere Kurve und eine obere Kurve. Dabei stellt die untere Kurve den Acetonverlust im Abwasser dar, die mittlere Kurve den Acetonverlust über die leichten Nebenprodukte und die obere Kurve gibt die Summe der jeweiligen Werte der beiden anderen Kurven wieder, d.h. die obere Kurve entspricht dem Gesamtverlust an Aceton in dem Herstellungsverfahren. Auf der Abszisse ist die Änderung der jeweiligen Betriebsbedingungen angegeben, über die der Verlust an Aceton über das Abwasser bzw. der Verlust an Aceton über die leichten Nebenprodukte gesteuert werden kann. Zu diesen variierbaren Betriebsbedingungen beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage zählen beispielsweise die Sumpftemperatur und das Rücklaufverhältnis der ersten Destillationskolonne 23.
-
Zwar lässt sich der Restacetongehalt im Abwasser der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 durch die Änderung der Betriebsbedingungen der ersten Destillationskolonne 23, die der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung vorgeschaltet ist, reduzieren. Dies führt jedoch bei einer herkömmlichen Anlage ohne Aufbereitung des Abwassers zu einem steigenden Aceton-Verlust über den Nebenproduktstrom der leicht siedenden Komponenten, welcher im Kopfbereich der ersten Destillationskolonne 23 anfällt und über die Leitung 24 aus dem Verfahren ausgeschleust wird. Somit kann bei einer herkömmlichen Anlage der gesamte Verlust an Aceton (im Nebenproduktstrom 24 und im Abwasserstrom der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27) durch die Änderung der Betriebsbedingungen der ersten Destillationskolonne 23 nicht signifikant reduziert werden.
-
Durch die erfindungsgemäße Aufbereitung der Wasserphase der flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27, die aus dieser über die Leitung 36 der weiteren Trennvorrichtung 35 zugeführt wird, lässt sich hingegen durch Optimierung der Prozessbedingungen der Acetonverlust über das Abwasser stark reduzieren und damit auch der gesamte Acetonverlust in dem Verfahren deutlich verringern.
-
Aus der unteren Kurve in der Graphik gemäß 2 ist ersichtlich, dass sich über eine Optimierung der Prozessbedingungen in der ersten Destillationskolonne 23 der Acetonverlust im Abwasser von beispielsweise 0,6 Gew.-% bis auf weniger als 0,2 Gew.-% senken lässt. In der unteren Kurve sinkt der Acetonverlust in Richtung der Abszisse von links nach rechts stetig. Gleichzeitig steigt aber der Acetonverlust über die leichten Nebenprodukte, die über die Leitung 24 (siehe 1) im Kopfbereich der ersten Destillationskolonne 23 abgeführt werden. Dabei steigt dieser Acetonverlust von rechts nach links in 2 gesehen zunächst nur geringfügig, dann aber steigt er stärker an, wodurch der sinkende Acetonverlust über das Abwasser überkompensiert wird. Dieser Effekt wird anhand der oberen Kurve in 2 deutlich, die den Gesamtverlust an Aceton wiedergibt. Folglich ergibt sich in den Betriebsbedingungen für die erste Destillationskolonne ein Optimum, welches sich beispielsweise empirisch ermitteln lässt. In der graphischen Darstellung gemäß 2 sieht man, dass sich bei Optimierung der Prozessbedingungen der gesamte Acetonverlust auf ca. 1,2 Gew.-% reduzieren lässt. Dies ergibt sich aus der oberen Kurve in 2, die ihr Minimum im rechten Bereich der Graphik bei etwas mehr als 1,2 Gew.-% hat.
-
Nachfolgend wird auf die 3 Bezug genommen und anhand dieser wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betreffend eine mögliche Variante der weiteren Trennvorrichtung erläutert. Bei dieser Variante umfasst die weitere Trennvorrichtung ein Zwei-Kolonnen-System. Einer ersten Kolonne 35 a der weiteren Trennvorrichtung wird über die Leitung 36, die von der hier nicht dargestellten flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 kommt, ein Abwasserstrom mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von beispielsweise 3 bis 7 Gew.-% zugeführt. Im Kopfbereich dieser ersten Kolonne 35 a fällt ein Prozessstrom mit den niedriger siedenden organischen Komponenten an, die in dem zugeführten Abwasserstrom enthalten waren. Diese im Kopfbereich abgeführten organischen Komponenten werden dann über die Leitung 40 einer zweiten Kolonne 35 b des Systems zugeführt, in der die weitere Trennung erfolgt, wobei im Kopfbereich dieser zweiten Kolonne 35 b Aceton anfällt, welches über die Rückführleitung 37 zu der hier nicht dargestellten ersten Destillationskolonne (siehe 1) zurückgeführt werden kann. Im Sumpf der ersten Kolonne 35 a wird ein gereinigter Abwasserstrom mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von beispielsweise nur noch weniger als 0,1 Gew.-% erhalten und kann über die Leitung 39 aus dem System abgeführt werden. Im Sumpf der zweiten Kolonne 35 b wird hingegen ein Lösungsmittelgemisch erhalten, welches in dieser Kolonne von dem Aceton abgetrennt wurde und über die Leitung 38 abgeführt und einer weiteren Verwendung zum Beispiel als Lösungsmittelgemisch oder als flüssiger Brennstoff zugeführt werden kann.
-
Nachfolgend wird auf die 4 Bezug genommen und anhand dieser wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betreffend eine mögliche Variante der weiteren Trennvorrichtung 35 erläutert. Bei dieser Variante umfasst die weitere Trennvorrichtung ein System mit nur einer Kolonne mit einem Seitenabzug. Dieser Kolonne 35 der weiteren Trennvorrichtung wird über die Leitung 36, die von der hier nicht dargestellten flüssig-flüssig-Trennvorrichtung kommt, ein Abwasserstrom mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von beispielsweise 3 bis 7 Gew.-% zugeführt. Im Kopfbereich dieser Kolonne 35 fällt Aceton an, welches über die Rückführleitung 37 zu der hier nicht dargestellten ersten Destillationskolonne (siehe 1) zurückgeführt werden kann. Im Sumpf der Kolonne 35 wird ein gereinigter Abwasserstrom mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von beispielsweise nur noch weniger als 0,1 Gew.-% erhalten und kann über die Leitung 39 aus dem System abgeführt werden. Als Seitenstrom fällt in der Kolonne 35 eine mittlere Fraktion an mit den weiteren organischen Komponenten, die in dem zugeführten Abwasserstrom enthalten waren und von dem Aceton einerseits und von der Wasserphase andererseits in der Kolonne 35 abgetrennt werden. Diese als mittlere Fraktion anfallenden organischen Komponenten können über die Leitung 38 abgeführt und einer weiteren Verwendung zum Beispiel als Lösungsmittelgemisch oder als flüssiger Brennstoff zugeführt werden.
-
Nachfolgend wird auf die 5 Bezug genommen und anhand dieser wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betreffend eine mögliche Variante der weiteren Trennvorrichtung 35 erläutert. Bei dieser Variante umfasst die weitere Trennvorrichtung ein System mit nur einer Kolonne, die als Trennwandkolonne mit einer beispielsweise vertikalen Trennwand 35 c ausgeführt ist, wobei die Trennwand 35 c in der 5 nur schematisch dargestellt ist. Diese vertikale Trennwand teilt den Querschnitt der Kolonne 35 in zwei Abschnitte auf. Oberhalb der Trennwand 35 c wird eine Flüssigphase gesammelt und in einem wählbaren Verhältnis auf die beiden Kolonnenquerschnitte verteilt. Mittels dieser Trennwandkolonne ist es möglich, das über die Leitung 36 zugeführte Gemisch in drei Komponenten aufzutrennen. Dieser Kolonne 35 der weiteren Trennvorrichtung wird über die Leitung 36, die von der hier nicht dargestellten flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27 kommt, ein Abwasserstrom mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von beispielsweise 3 bis 7 Gew.-% zugeführt. Im Kopfbereich dieser Kolonne 35 fällt Aceton an, welches über die Rückführleitung 37 zu der hier nicht dargestellten ersten Destillationskolonne (siehe 1) zurückgeführt werden kann. Im Sumpf der Kolonne 35 wird ein gereinigter Abwasserstrom mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von beispielsweise nur noch weniger als 0,1 Gew.-% erhalten und kann über die Leitung 39 aus dem System abgeführt werden. Jenseits der Trennwand 35 c fällt in der Kolonne 35 ein Seitenprodukt an mit den weiteren organischen Komponenten, die in dem zugeführten Abwasserstrom enthalten waren und von dem Aceton einerseits und von der Wasserphase andererseits in der Kolonne 35 abgetrennt werden. Diese als Seitenprodukt anfallenden organischen Komponenten können über die Leitung 38 abgeführt und einer weiteren Verwendung zum Beispiel als Lösungsmittelgemisch oder als flüssiger Brennstoff zugeführt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- erste Eduktleitung für Aceton
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Eingangsleitung des Reaktors
- 13
- Reaktorsektion
- 14
- Tank
- 15
- zweite Eduktleitung
- 16
- Ausgangsleitung
- 17
- Trennvorrichtung
- 18
- Leitung
- 19
- Wärmetauscher
- 20
- Rückführleitung
- 21
- Verdichter
- 22
- Leitung
- 23
- erste Destillationskolonne
- 24
- Leitung für leicht siedende Komponenten
- 25
- Rückführleitung für Aceton
- 26
- Produktleitung aus dem Sumpf
- 27
- flüssig-flüssig-Trennvorrichtung/Dekanter
- 28
- Produktleitung
- 29
- zweite Destillationskolonne
- 30
- Rückführleitung
- 31
- Leitung
- 32
- dritte Destillationskolonne
- 33
- Leitung
- 34
- Leitung
- 35
- weitere Trennvorrichtung
- 35 a
- erste Kolonne
- 35 b
- zweite Kolonne
- 35 c
- Trennwand der Kolonne
- 36
- Leitung für Abwasser aus flüssig-flüssig-Trennvorrichtung 27
- 37
- Rückführleitung
- 38
- Leitung für Seitenstrom
- 39
- Leitung für Wasserphase
- 40
- Leitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 3547763 A [0004]
- WO 2007/069109 A2 [0005]
- US 6518462 B2 [0007]
