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Verfahren zur Wiedergewinnung von wasser- -löslichen Lösemitteln oder
Lösemittelgemischen aus dem Desorbat eines Adsorptionsprozesses Lösemitteldämpfe
werden aus der Abluft von industriellen Anlagen, z. B. von Lackieranlagen, Folienziehmaschinen,
Reinigungsanlagen u. dgl., an oberilächenaktiven Stoffen, vorzugsweise an Aktivkohle,
adsorbiert, aus dem beladenen Adsorbens mittels Dampf ausgetrieben und aus dem kondensierten
Desorbat zurückgewonnen.
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Bei mit Wasser nicht mischbaren Lösemitteln gestaltet sich die Wiedergewinnung
aus dem Desorbat besonders einfach, weil sich das Kondensat in zwei Schichten trennt,
von denen die nichtwäßrige Phase oft schon das Lösemittel mit einer für die Wiederverwendung
ausreichenden Reinheit enthält.
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Die Wiedergewinnung von mit Wasser begrenzt mischbaren Lösemitteln
oder Lösemittelgemischen ist nicht so einfach, weil ein Teil des Lösemittels oder
Lösemittelgemisches in der wäßrigen Phase verbleibt.
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Es ist bekannt, das bei der Wiedergewinnung solcher Lösemittelgemische
anfallende Desorbat in der Weise aufzuarbeiten, daß der wäßrige Teil des sich in
zwei Schichten trennenden Kondensats in einem Ausdampfgefäß mit dem aus der Desorption
kommenden, noch dampfförmigen Gemisch von Desorbat und Desorptionsmittel in innige
Berührung gebracht wird, so daß das zurückzugewinnende Lösemittel vorzugsweise verdampft
und mit dem dampfförmig gebliebenen Anteil des Gemisches von Desorbat und Desorptionsmittel
zur Kondensation geleitet wird, während das Wasser zurückbleibt und zeitweise aus
dem Ausdampfgefäß abgeleitet wird.
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Diese Arbeitsweise setzt voraus, daß sich das kondensierte Desorbat
in zwei Schichten, und zwar in eine möglichst wasserarme und eine möglichst wasserreiche
Schicht trennt. Sie ist deshalb für die Rückgewinnung von mit Wasser leicht mischbaren
Lösungsmitteln nicht brauchbar. Für derartige Fälle wird das Desorbat noch immer
einer Rektifikation unterzogen. Bei einem bekannten Verfahren zur Wiedergewinnung
von wasserlöslichen Lösungsmitteln aus Desorbaten wird das aus der Desorption kommende
Dampfgemisch unten in eine Rektifizierkolonne eingeführt, in der ihm das im Rückflußkühler
der Kolonne und der Kolonne selbst gebildete Kondensat entgegenfließt. Zur möglichst
restlosen Beseitigung des Lösungsmittels aus dem Kondensat wird bei diesem Verfahren
eine Nachbehandlung mit Wasserdampf vorgenommen.
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Eine Rektifikation bereitet dann Schwierigkeiten, wenn das wiederzugewinnende
Lösemittel bzw.
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Lösemittelgemisch mit Wasser ein azeotropes Gemisch bildet, das meist
infolge seines Wassergehalts nicht wiederverwendungsfähig ist.
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Zur Konzentrierung einer verdünnten Lösung, z. B. einer verdünnten
wäßrigen Essigsäure, ist ein mehrstufiges Verfahren bekannt, bei dem die verdünnte
Essigsäure in der ersten Stufe teilweise durch indirekte Beheizung in einer ersten
Destillierblase verdampft wird. Das überhitzte Essigsäure-Wasserdampf-Gemisch wird
dann mit einem über 1500 C siedenden Auslaugungsmittel berieselt. Die aus der Rieselkolonne
abziehenden Dämpfe werden zur Beheizung der nachfolgenden Destillierblase verwendet,
die unter einem niedrigeren Druck arbeitet und ebenfalls mit einer Rieselkolonne
verbunden ist.
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Durch die Erfindung wird die Wiedergewinnung auch mit Wasser völlig
mischbarer und gegebenenfalls azeotrope Gemische bildender Lösemittel oder Lösemittelgemische
aus Desorbaten von Adsorptionsprozessen möglich.
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Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Wiedergewinnung
von wasserlöslichen Lösemitteln oder Lösemittelgemischen aus dem Desorbat eines
Adsorptionsprozesses, wobei der bei der Aufarbeitung des Desorbats anfallende wäßrige
Anteil mittels des dampfförmigen Desorbats lösemittelfrei geblasen und das dampfförmige
Desorbat selbst mit Lösemitteln angereichert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kondensat des angereicherten Desorbats mit
einem in Wasser nicht oder wenig löslichen, flüssigen Extraktionsmittel das zu gewinnende
Lösemittel ganz oder teilweise extrahiert wird und der Extrakt in bekannter Weise
durch Destillation aufgearbeitet wird.
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Zweckmäßigerweise wird der Extrakt vor der Destillation mittels fester
hygroskopischer Stoffe getrocknet.
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Erfindungsgemäß wird das Kondensat des im Ausdampfgefäß in bekannter
Weise angereicherten Desorbats mit einem in Wasser nichtlöslichen Hilfsstoff, z.
B. Toluol, in solcher Menge versetzt, daß eine Schichtentrennung eintritt.
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Die beiden flüssigen Phasen werden getrennt und in bekannter Weise
weiterverarbeitet. Die wäßrige Phase wird in das Ausdampfgefäß zurückgeführt, und
die nichtwäßrige Phase wird, gegebenenfalls nach einer Trocknung, durch Rektifikation
in das wiederzugewinnende Lösemittel und in den Hilfsstoff zerlegt. Das erstere
wird über einen Sammeltank der Verwendung wieder zugeführt, während das letztere
in das Mischgefäß, in welchem die Zerlegung des angereicherten Kondensats in zwei
Schichten herbeigeführt wird; zurückgeleitet wird.
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Diese Zerlegung des angereicherten Kondensats ist eine Extraktion
und kann demgemäß sowohl in einem mit Rührwerk ausgestatteten Mischer und Scheider
als auch in anderen bekannten Vorrichtungen zur Extraktion von Flüssigkeiten mit
flüssigen Extraktionsmitteln durchgeführt werden.
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In einer besonderen Ausführungsform eignet sich das erfindungsgemäße
Verfahren zur Wiedergewinnung von Tetrahydrofuran, das als Lösemittel in der Kunststoffindustrie
verbreitete Verwendung gefunden hat, wegen seiner Fähigkeit zur Bildung explosibler
Peroxyde aber besondere Sicherheitsmaßnahmen bei der Wiedergewinnung erfordert.
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Die Bildung von Äther-Peroxyden wird bekanntlich durch die Gegenwart
von freiem Alkali verhindert. Ebenso werden Äther-Peroxyde durch freies Alkali unschädlich
gemacht.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Rückgewinnung Peroxyde
bildender Lösemittel die bei der Extraktion anfallende nichtwäßrige Phase vor Eintritt
in die Destillation in Berührung mit festem Alkali gebracht. Bei dieser Behandlung
erfolgt gleichzeitig eine Trocknung der nichtwäßrigen Phase, und die entstehende
konzentrierte Alkalihydroxydlösung, in der die Peroxyde als Alkaliperoxyde enthalten
sind, wird mit der wäßrigen Phase der Extraktion vereinigt. In der Destillation
ist dann nur noch das Lösemittel, z. B. das Tetrahydrofuran, von dem Extraktionshilfsmittel,
z. B. Toluoyl, zu trennen, was in einer sehr einfachen Kolonne ohne Schwierigkeit
möglich ist.
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In der Zeichnung ist das Fließschema einer Anlage zur Wiedergewinnung
von Tetrahydrofuran aus der Abluft eines Kunststoff verarbeitenden Betriebes dargestellt.
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Die Anlage besteht im wesentlichen aus dem Ausdämpfbehälter 1, einer
vertikalen Gegenstromextraktionskolonne 2, den Behältern 3 und 4 zur Behandlung
der nichtwäßrigen Extraktionsphase mit Alkalihydroxyd und der Rektifikationskolonne
5.
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Der in der Desorption stehende Adsorber 6 wird durch Einblasen von
Dampf aus der Leitung 7 regeneriert. Das Desorbat, das aus Dampf und Tetrahydrofuran
besteht, gelangt durch die Leitung 8 in den Ausdämpfbehälter 1, in welchem die in
der Extraktion anfallende wäßrige Phase gesammelt wird.
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Darin noch enthaltendes Lösemittel und Extraktionsmittel wird bei
der innigen Berührung mit dem dampfförmigen Desorbat ausgetrieben. Der Vorgang verläuft
nach den bekannten Gesetzen der Wasserdampfdestillation. Das dabei angereicherte
Desorbat gelangt in der Leitung 9 zum Kondensator 10 und
verflüssigt aus diesem durch
die Leitung 11 zum Seitenanschluß der Gegenstromextraktionskolonne 2.
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In das untere Ende dieser Kolonne wird in kurzem Abstand vom unteren
Ende durch die Leitung 12 Toluol als Extraktionsmittel eingeführt. Es strömt in
der Kolonne aufwärts und nimmt dabei aus der abwärts strömenden wäßrigen Phase den
größten Teil des darin enthaltenen Tetrahydrofurans auf. Aus dem Sumpf der Extraktionskolonne
wird die lösemittelarme wäßrige Phase durch die Leitung 13 über ein Niveaugefäß
14 zum Ausdämpfbehälter 1 geleitet.
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Aus dem Kopf der Extraktionskolonne strömt der Extrakt durch die
Leitung 15 und wahlweise durch Leitungen 16 oder 17 zu einem der Behälter 3 oder
4, in welchen jeweils auf einem Zwischenboden 18 eine Schicht 19 festen körnigen
Alkalihydroxyds, z. B. KOH, angeordnet ist. Beim Durchströmen einer solchen Schicht
wird der Extrakt getrocknet und von Peroxyden gereinigt. Der Extrakt fließt dann
aus dem Gefäß 3 bzw. 4 durch eine Ableitung 20 bzw. 21 über in die Leitung 22 und
gelangt darin über einen Wärmeaustauscher 23 in die Blase 24 der Destillationskolonne
5. Die in bekannter Weise gesteuerte Heizung der Blase ist mit 25 bezeichnet. Über
Kopf der Kolonne werden durch den Kondensator 26 über die Leitungen 27, 28 reines
Tetrahydrofuran zur Verwendung bzw. als Kolonnenrücklauf abgeleitet.
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Aus der Blase wird als Destillationsrückstand das Extraktionsmittel,
z. B. Toluol, das noch einen kleinen Anteil Tetrahydrofuran enthalten kann, mittels
einer Pumpe 29 durch den Wärmeaustauscher 23 und die Leitung 12 in den unteren Anschluß
der Extraktionskolonne zurückgeleitet und beginnt damit seinen Kreislauf von neuem.
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Der wäßrige Anteil des Desorbats, der im wesentlichen aus dem Kondensat
des Desorptionsmittels (Dampf) besteht, wird aus dem Ausdämpfbehälter 1 durch eine
Ableitung 30 zeitweise oder kontinuierlich abgelassen. Dieser wäßrige Anteil ist
zumeist völlig frei von Lösemittel. Falls jedoch der Desorptionsdampf zur völligen
Austreibung des Lösemittels im Ausdämpfbehälter 1 nicht ausreicht oder nicht genügend
frei von Lösemittel ist, kann durch eine gesonderte Leitung 31 nach beendigter Desorption
zusätzlich Dampf in den Ausdämpfbehälter eingeleitet werden.
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Beispiel 1 Es werden stündlich 100 kg Tetrahydrofuran aus Abluft
durch Adsorption an Aktivkohle wiedergewonnen. Das bei der Desorption des Tetrahydrofurans
aus der Aktivkohle mit Hilfe von Wasserdampf anfallende dampfförmige Desorbat wird
in einem Ausdämpfbehälter durch die bei der Desorbataufbereitung anfallende wäßrige
Phase geleitet und danach in einem Kondensator niedergeschlagen. Das dabei gewonnene
Kondensat wird in einem senkrecht stehenden Extrakteur im Gegenstrom mit 2 Teilen
Toluol, das sind 200 kg/h, extrahiert. Im Kopf des Extrakteurs sammelt sich als
Lösemittelphase ein Tetrahydrofuran-Toluol-Gemisch mit einem Wassergehalt unter
1 Gewichtsprozent. Sie wird beim Durchströmen einer Schicht Ätzkali bis auf einen
Restwassergehalt von 0,1 Gewichtsprozent entwässert. Anschließend wird das Tetrahydrofuran
durch Rektifikation vom Toluol abgetrennt und mit einem Wassergehalt unter 0,3 Gewichtsprozent
frei von Peroxyden gewonnen. Im Sumpf des
Extrakteurs sammelt sich
eine wäßrige Phase, die nur noch wenig Tetrahydrofuran und Spuren von Toluol enthält.
Diese Flüssigkeit wird in den Ausdämpftopf geleitet und dort mit dem dampfförmigen
Desorbat so behandelt, daß ihr Lösemittelanteil dampfförmig ausgetrieben wird. Das
zurückbleibende heiße Wasser wird von Zeit zu Zeit in einen Kanal abgelassen.
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Beispiel 2 100 kg/h Tetrahydrofuran und 30 kg/h Toluol werden in
gleicher Weise wie im Beispiel 1 beschrieben zurückgewonnen. Dem Kondensat, das
im Kondensator anfällt, werden 100 kg/h Toluol zugesetzt. Die Flüssigkeit gelangt
dann nach Durchmischung in einen Abscheider. Im oberen Teil des Abscheiders sammelt
sich die Lösemittelphase, die weniger als 2 Gewichtsprozent Wasser enthält. Sie
wird anschließend über Ätzkali getrocknet und dann durch Rektifikation derart zerlegt,
daß ein Kopfprodukt, bestehend aus 100 kg/h Tetrahydrofuran, 30 kg/h Toluol und
weniger als 1 kg/h Wasser, und als Sumpfprodukt 100 kg/h Toluol erhalten werden.
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Im unteren Teil des Abscheiders sammelt sich die wäßrige Phase, die
noch einen geringen Anteil Tetrahydrofuran enthält. Diese Flüssigkeit wird zusammen
mit der wäßrigen Ätzkalilösung, die sich in der Ätzkalischicht bildet, vermischt,
einem Ausdämpfbehälter zugeleitet und dort mit dampfförmigem Desorbat behandelt.
Der dabei vor sich gehende Stoffaustausch zwischen dampfförmiger und wäßriger Phase
bewirkt, daß gegen Ende der Desorptionsperiode kaum noch Tetrahydrofuran in der
wäßrigen Phase
zurückbleibt, so daß diese nur noch Spuren an Lösemitteln und an Alkaliperoxyden
enthält. Sicherheitshalber wird diese Flüssigkeit nach beendigter Desorptionsperiode
noch kurz mit frischem Wasserdampf behandelt, dann läßt man das übrigbleibende Heißwasser
in einen Kanal ablaufen.