DE1543107C3 - Verfahren zur Abtrennung reiner Aromaten aus Gemischen von Aromaten mit Nichtaromaten mit Hilfe der Extraktivdestillation - Google Patents

Description

2. Infolge der bei der Extraktivdestillation angewandten Temperaturen wird die Viskosität des angewandten Extraktionsmittels stark herabgesetzt, wodurch der Stoffaustausch zwischen dem Extraktionsmittel und dem zu extrahierenden Produkt wesentlich verbessert wird. Man erhält daher eine bessere Beladefähigkeit und kann bei gleichzeitiger Leistung mit kleineren Lösungsmittelmengen auskommen. Ebenso können die Dimensionen des Extraktors meist verringert werden. Beide Maßnahmen bedingen also gleichfalls eine Kostenersparnis gegenüber der Flüssig-Flüssig-Extraktion.

Die bekannten Verfahren zur Gewinnung von Aromaten durch Extraktivdestillation machen von diesen Vorteilen Gebrauch, jedoch wird bei ihnen die Extraktivdestillation meist in der Weise angewandt, daß das Ausgangsmaterial etwa in der Mitte der Kolonne und das gesamte Extraktionsmittel am Kopf der Kolonne eingeführt wird. Die vorliegende Erfindung hat nun das Ziel, die Wirkungsweise durch verfahrensmäßige Ausgestaltung der Extraktivdestillation sowohl in bezug auf die Ausbeute als auch auf die Reinheit des gewonnenen Produktes weiter zu verbessern.

Dabei wurde von der Überlegung ausgegangen, daß bei einer Optimierung der Verfahrensbedingungen der Extraktivdestillation folgende Gesichtspunkte in geeigneter Art und Weise berücksichtigt werden sollten:

L Man sollte alle Maßnahmen ergreifen, um die Nichtaromaten dampfförmig zu halten.

2. Das Extraktionsmittel kondensiert vorzugsweise aus der Dampfphase die Aromaten.

3. Der Aromatengehalt des Extraktionsmittels ist Lösungsvermittler für die Nichtaromaten.

4. Der Extraktionsmittelverlust ist auf ein Minimum zu beschränken.

Aus Punkt 1 resultiert, daß es wenig sinnvoll ist, das Kopfprodukt als Rückfluß auf den Kopf der Kolonne zu geben, da es hauptsächlich aus den Nichtaromaten besteht und diese Nichtaromaten wieder mittels dampfförmiger Aromaten aus dem Extraktionsmittel ausgedampft werden müssen. '

Aus Punkt 2 resultiert, daß es besser ist, wenn man die Aromaten auswaschen will, mit einem inneren Rückfluß zu fahren, da in diesem Falle die Aromaten vorzugsweise ausgewaschen werden, während die Nichtaromaten ungehindert dampfförmig zum Kopf der Kolonne hin aufsteigen können.

Aus Punkt 3 resultiert, daß man den Aromatengehalt der aufsteigenden Dämpfe zum Kopf der Kolonne hin durch fraktionierte Kondensation der Aromaten stetig verkleinern sollte, da ein sehr großer Aromatengehalt im Extraktionsmittel erhebliche Mengen an Nichtaromaten lösen kann und dann auf diese Weise die Nichtaromaten gelöst zum Sumpf der Kolonne wandern können.

Aus Punkt 4 resultiert, daß man den Extraktionsmittelgehalt im Kopfprodukt so klein als möglich halten muß. Da die Siedespanne zwischen dem Kopfprodukt und dem Extraktionsmittel sehr groß ist, benötigt man einen entsprechend kleinen Fraktionierten oberhalb des Extraktionsteiles.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Schlußfolgerungen ist auf Grund eingehender Untersuchungen das erfindungsgemäße Verfahren entwickelt worden, welches besonders bei solchen Ausgangsgemischen angewandt werden soll, deren Anteil an Nichtaromaten größer als 15 bis 20% ist. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren im Vorteil in den Fällen anzuwenden, bei denen die Aromatenfraktion wiederum aus einem Gemisch verschiedener Aromaten, ζ. B. Benzol und Toluol, besteht und diese im gleichen Verfahrensablauf in die reinen Bestandteile

ίο zerlegt werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Hauptanspruch unterscheidet sich von der bekannten Arbeitsweise dadurch, daß die Extraktivdestillation in zwei Stufen und unter Verwendung von zwei mit Böden versehenen Extraktionskolonnen durchgeführt wird, wobei die erste Kolonne unter einem höheren Druck betrieben wird als die darauffolgende zweite Kolonne. Das angewandte Extraktionsmittel wird dementsprechend in zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt, wobei der größte Teilstrom, der erfindungsgemäß 60 bis 90% der im Kreis geführten Gesamtmenge an Extraktionsmittel enthält, am Kopf der zweiten, unter niederem Druck arbeitenden Extraktionskolonne auf den obersten Boden und die Restmenge des Extraktionsmittels in einen oder mehrere weitere Teilströme aufgeteilt, in den Oberteil der ersten, unter höherem Druck arbeitenden Extraktionskolonne, in Höhe des 3. bis 9. Bodens von oben, eingeführt wird. Die Arbeitsweise der beiden Extraktionskolonnen ist beim erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt miteinander verknüpft:

Das zu trennende Ausgangsgemisch wird zunächst in die erste, unter höherem Druck arbeitende Extraktionskolonne eingeführt, wobei die Einführung in die Kolonne erfindungsgemäß an einer Stelle vorgesehen ist, die unterhalb des Einlasses für das aus der zweiten Kolonne zurückgeführte Dämpfegemisch und unterhalb des Zuflusses des Extraktionsmittels angeordnet ist. Das Ausgangsgemisch ist dabei auf eine Temperatur gebracht worden, die dicht unterhalb der Siedetemperatur liegt. Beim Eintritt in die Extraktionskolonne verdampft infolge weiterer Erwärmung durch das von oben herabfließende, ebenfalls erhitzte ■ Extraktionsmittel ein Teil des Ausgangsgemisches,

wobei vor allem Nichtaromaten in die Dampfphase übergehen, während die Aromaten zusammen mit dem Extraktionsmittel nach unten fließen. Die sich im Sumpf dieser Kolonne ansammelnde, aromatenreiche Fraktion wird abgezogen und in die zweite, unter niedrigerem Druck arbeitende Extraktionskolonne an einer Stelle zugeführt, die erfindungsgemäß höher liegt als der Zufluß des Ausgangsgemisches in die erste Extraktionskolonne, aber unterhalb der Einführung für das Extraktionsmittel angeordnet ist. Da die zweite Kolonne bei niederem Druck betrieben wird als die erste, verdampft die in dieser Kolonne eingeführte Fraktion ohne weitere Erwärmung, wobei auch hier vor allem die Nichtaromaten ausdampfen. Am Kopf der zweiten Extraktionskolonne entweicht daher eine Fraktion, die im wesentlichen die Nichtaromaten enthält und nach Kondensation verflüssigt in die erste Extraktionskolonne zurückgeführt wird. Die Einführung des rückgeführten Produktes in die erste Extraktionskolonne erfolgt dabei erfindungsgemäß an einer Stelle, die oberhalb der Zuführung des Ausgangsgemisches, aber unterhalb des obersten Extraktionsmittelzulaufes in diese Kolonne liegt. Die reine Nichtaromatenfraktion wird dampfförmig am

Kopf der ersten Kolonne abgezogen, wobei der Wärmeinhalt der Dämpfe in an sich bekannter Weise dadurch ausgenutzt wird, daß dieselben vor der Kondensation zur Beheizung des am Boden der zweiten Kolonne installierten Erhitzers herangezogen werden. Ein ganz geringer Teil der kondensierten Nichtaromatenfraktion wird dabei aus dem Kondensatsammelbehälter abgezweigt und auf den Kopf der ersten Extraktionskolonne zurückgeführt, um dort

im Sumpf dieser Kolonne ansammeln, werden durch die Leitung 4 aus der Kolonne 2 abgezogen und in die Extraktionskolonne 5 eingeführt, die unter niedrigerem Druck arbeitet als die Kolonne 2. Das im wesentlichen aus den Nichtaromaten und einem der Wärmebilanz entsprechenden Teil an Aromaten bestehende Dämpfegemisch wird am Kopf der Kolonne 5 durch die Leitung 6 abgeführt. Die Dämpfe werden zunächst in der Vorlage 7 kondensiert und dann in der Vor-

die Kolonne eingeführte Extraktionsmittel verantwortlich. Es ist daher auch verständlich, daß die Menge des aus dem Kopfprodukt abgezweigten Rücklaufes, wie gesagt, sehr klein gehalten werden kann.

Die Aromatenfraktion wird zusammen mit dem Extraktionsmittel am Boden der zweiten Extraktionskolonne abgezogen und zunächst einer Abtreiberkolonne zugeführt, in welcher das Extraktionsmittel

etwa bis zum Kopf der Kolonne gelangte kleine Rest- io richtung 8 auf eine Temperatur gebracht, daß sie in mengen von Dämpfen des Extraktionsmittels zu kon- der unter höherem Druck stehenden Kolonne 2 wiedensieren. Eine weitergehende Aufgabe hat dieser der verdampfen. Das Ventil 9 dient der Regulierung Produktrücklauf nicht. Der für die Trennung der der Menge des Kopfproduktes der Kolonne 5, wel-Aromaten von den Nichtaromaten entscheidende ches in die Kolonne 2 zurückgeführt werden soll. Rücklauf wird nicht aus dem Kopfprodukt abge- 15 Gleichzeitig kann damit ein gewisser Rücklauf auf zweigt, sondern hierfür ist einzig und allein das in die Kolonne 5 eingestellt werden. Die Einführung des

aus der Kolonne 5 stammenden Dämpfegemisches in die Kolonne 2 erfolgt durch die Leitung 10. Die sich am Boden der Kolonne 5 ansammelnden Aromaten ao sowie das Extraktionsmittel werden zusammen durch die Leitung 11 abgezogen und der Abtreibekolonne 12 zugeführt. Hier erfolgt die Abtrennung des Extraktionsmittels von den Aromaten. Während letztere dampfförmig über Kopf entweichen und durch die

wieder abgetrennt wird. Während das Extraktions- 25 Leitung 13 in die Fraktionierkolonne 14 gelangen, mittel zu den Extraktionskolonnen zurückgeführt wird das flüssige Extraktionsmittel am Boden der wird, entweichen die Aromaten dampfförmig über Kolonne 12 durch die Leitung 15 abgezogen. Da das den Kopf der Abtreiberkolonne und werden nunmehr abgezogene Extraktionsmittel unter Umständen geeiner weiteren Fraktionierkolonne zugeführt, in der wisse zu Polymerisationen neigende Verunreinigungen die Aromatenfraktion weiter in ihre Bestandteile zer- 30 enthält, kann über das Ventil 17 und die Umweglegt wird. leitung 16 ein Teilstrom abgezweigt werden, der im Ferner ist beim erfindungsgemäßen Verfahren vor- Erhitzer 18 so hoch erhitzt wird, daß sich die Vorgesehen, daß die Temperatur des der ersten Extrak- unreinigungen als Polymerisate ausscheiden und tionskolonne zugeführten Teilstromes des Extraktions- durch die Leitung 19 abgezogen werden können. Das mittels durch den Aromatengehalt des vom Kopf die- 35 Bezugszeichen 20 markiert den Zulauf des Extrakser Kolonne entweichenden Dämpfegemisches in dem tionsmittels in die Kolonne 5 und Bezugszeichen 21

stellt den dazugehörigen Erhitzer dar. Die Temperatur des Extraktionsmittels kann dabei dadurch geregelt werden, daß über das Ventil 21a und die Umwegleitung 22 ein entsprechend großer Teilstrom abgezweigt und nicht durch den Erhitzer 21 geleitet wird.

In entsprechender Weise wird bei der Zuführung des Extraktionsmittels in die Kolonne 2 verfahren, die richtige Arbeitsweise der zweiten Extraktions- 45 Die Bezugszeichen 23 markieren die Zuführungskolonne vor allem für die Reinheit der gewonnenen leitung, 24 die Umwegleitung, 3 den dazugehörigen Aromatenfraktion von entscheidender Bedeutung ist. Erhitzer und 25 das dazugehörige Ventil.
Dadurch, daß die zweite Extraktionskolonne bei nie- Die Nichtaromaten verlassen die Apparatur am

derem Druck betrieben wird als die erste, ist es mög- Kopf der Kolonne 2 und werden durch die Leitung lieh, die Wännebilanz des Gesamtverfahrens günstig 50 26 abgezogen. Diese wird zunächst durch den Erzu beeinflussen. Durch Regelung der Temperatur des hitzer 27 geführt, wo der Wärmeinhalt der Dämpfe der ersten Extraktionskolonne zugeführten Extrak- zur Erhitzung des Sumpfproduktes der Kolonne 5 tionsmittels wird eine sichere Fahrweise dieser Ko- nutzbar gemacht wird. Anschließend gelangen die lonne gewährleistet. Alle diese Vorteile sind beim Nichtaromaten in den Kondensatsammelbehälter 28, erfindungsgemäßen Gesamtverfahren zusammenge- 55 von wo sie durch die Leitung 29 abgezogen werden faßt und bringen eine ganz erhebliche Verbesserung können.

der Arbeitsweise mit sich, die vor allem in den weiter Das Bezugszeichen 30 stellt die Meßvorrichtung

oben genannten Fällen von entscheidender Bedeutung dar, in der der Aromatengehalt der durch die Leiist. tung 29 abgezogenen Nichtaromatenfraktion ermittelt

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfah- 60 wird. Der hierbei gewonnene Wert dient als Steuerrens soll nachfolgend am Beispiel des in der Figur impuls und wird durch die Leitung 31 auf das Vendargestellten Verfahrensschemas für eine mit zwei til 25 übertragen. Der Mechanismus dieser Regelung Extraktionsmittelströmen arbeitende Anlage näher ist weiter oben bereits ausführlich beschrieben erläutert werden. worden.

Das zu trennende Ausgangsgemisch wird durch die 65 Die Aromatenfraktion wird in der Kolonne 14 in Leitung! in die Extraktionskolonne2, die unter er- ihre Bestandteile, z.B. Benzol- und Toluolfraktion, höhtem Druck betrieben wird, eingeführt. Die Aro- zerlegt. Die schwerer siedende Fraktion wird dabei maten, die sich zusammen mit dem Extraktionsmittel am Sumpf der Kolonne durch die Leitung 32 abge-

Sinne gesteuert wird, daß bei gegenüber einem Sollwert ansteigendem Aromatengehalt die Temperatur des Teilstromes erniedrigt und bei absinkendem Aromatengehalt die Temperatur erhöht wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Trennvorgang in zwei voneinander abhängige Stufen zerlegt, wobei die richtige Arbeitsweise der ersten Extraktionskolonne vor allem für die Ausbeute und

zogen. Die leichter siedende Fraktion entweicht dampfförmig über Kopf aus der Kolonne 14. Die Dämpfe werden durch die Leitung 33 abgezogen. Der Wärmeinhalt der Dämpfe wird dabei dadurch ausgenutzt, daß die Leitung 33 durch den Erhitzer 34 geführt wird, der der Erhitzung des Sumpfproduktes der Kolonne 12 dient.

Bezugszeichen 35 stellt den Kondensatsammelbehälter für diese Fraktion dar. Das Produkt wird durch die Leitung 36 abgezogen. Ein Teil wird jedoch über die Leitung 37 und das Ventil 38 als Rücklauf auf den Kopf der Kolonne 14 zurückgegeben.

Ebenso wird ein geringer Teil der Nichtaromatenfraktion zum Zwecke der Kondensation von Extraktionsmitteldämpfen aus dem Kondensatsammelbehälter 28 abgezogen und über das Ventil 40 und die Leitung 39 auf den Kopf der Kolonne 2 zurückgegeben.

Die Bezugszeichen 41, 27, 42, 34 und 43 stellen schließlich Erhitzer dar, die zur Beheizung der entsprechenden Kolonnen dienen, mit denen sie durch die entsprechenden Leitungspaare 44/45, 46/47, 48/49, 50/51 und 52/53 verbunden sind. Der Erhitzer 27 wird dabei, wie bereits beschrieben wurde, durch die entweichenden Nichtaromatendämpfe und der Erhitzer 34 teilweise durch die entweichenden Dämpfe der leichter siedenden Aromatenfraktion beheizt. Im

ίο übrigen werden die Erhitzer durch das zentrale Heizaggregat 54 beheizt, welches seine Wärme auf den Heizkreislauf des Röhrensystems 55/56 überträgt. Als Wärmeübertragungsmittel kann dabei Heizdampf oder aber auch eine andere, hierfür geeignete Substanz, wie beispielsweise Diphenyl, dienen. Die Bezugszeichen 57, 58 und 59 markieren dabei die Abzweigleitungen, durch die die entsprechenden Kocher mit dem Heizkreislauf verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 532/510

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung reiner Aromaten aus Gemischen von Aromaten und Nichtaromaten mit Hilfe der Extraktivdestillation, wobei das Ausgangsgemisch etwa in der Mitte der Extraktionskolonne eingeführt und mit einem in der Kolonne von oben nach unten fließenden, selektiv auf die Aromaten wirkenden Extraktionsmittel in Berührung gebracht wird und wobei die Aromaten zusammen mit dem Extraktionsmittel aus dem Prozeß entfernt und" durch eine nachgeschaltete Destillation von dem Extraktionsmittel abgetrennt werden, während gleichzeitig die Nichtaromaten dampfförmig über Kopf der Kolonne abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktivdestillation in zwei Stufen unter Verwendung von zwei mit Böden versehenen Extraktionskolonnen durchgeführt wird, wobei das zu trennende Ausgangsgemisch etwa in der Mitte in die erste Extraktionskolonne eingeführt wird die unter einem höheren Druck betrieben wird als die darauffolgende zweite Extraktionskolonne, und wobei 60 bis 90°/o der im Kreise geführten Gesamtmenge des Extraktionsmittels in die zweite Extraktionskolonne in Höhe des obersten Bodens und die Restmenge des Extraktionsmittels in einen, oder mehrere weitere Teilströme aufgeteilt in die erste Extraktionskolonne in Höhe des 3. bis 9. Bodens von oben eingeleitet werden, die gewonnene Nichtaromatenfraktion am Kopf der ersten Extraktionskolonne und die gewonnene Aromatenfraktion zusammen mit dem Extraktionsmittel am Fuße der zweiten Extraktionskolonne abgezogen werden und wobei die sich im Sumpf der ersten Extraktionskolonne ansammelnde Flüssigkeit in die zweite, unter niederem Druck arbeitende Extraktionskolonne an einer Stelle eingeleitet wird, die unterhalb des Zulaufes des Extraktionsmittels in diese Kolonne, aber oberhalb der Höhe des Zulaufes des Ausgangsgemisches in die erste Extraktionskolonne liegt, und die in der zweiten Extraktionskolonne aufsteigenden Dämpfe in die erste Extraktionskolonne zurückgeführt und an einer Stelle in die Kolonne eingeleitet werden, die oberhalb des Zulaufes des Ausgangsgemisches, aber unterhalb des obersten Extraktionsmittelzulaufes in diese Kolonne liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Kondensat der Nichtaromatenfraktion ein kleiner Teilstrom abgezweigt und auf den obersten Boden der ersten Extraktionskolonne zurückgeführt wird, wobei die Menge dieses Teilstromes so bemessen wird, daß dieselbe eben ausreicht, um die kleinen Restmengen an Extraktionsmitteldämpfen, die bis zum Kopf der Kolonne gelangt sind, zurückzuhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fühlbare Wärme des vom Kopf der ersten Extraktionskolonne abgezogenen Dämpfegemisches zur Beheizung des am Fuß der zweiten Extraktionskolonne installierten Erhitzers genutzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des der ersten Extraktionskolonne zugeführten Extraktionsmittels durch den Aromatengehalt des vom Kopf der Kolonne entweichenden Dämpfegemisches in dem Sinne gesteuert wird, daß bei gegenüber einem Sollwert ansteigendem Aromatengehalt die Temperatur des Teilstromes erniedrigt und bei absinkendem Aromatengehalt die Temperatur erhöht wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung reiner Aromaten aus Gemischen von Aromaten mit Nichtaromaten mit Hilfe der Extraktivdestillation. Insbesondere betrifft die Erfindung dabei die verfahrensmäßige Ausgestaltung der angewandten Extraktivdestillation.

Unter dem Begriff reine Aromaten sind dabei vor allem solche aromatischen Kohlenwasserstoffe zu verstehen, die direkt als Einsatzprodukt für gegen chemische Verunreinigungen empfindliche Synthesen und Umwandlungen verwendbar sind.

Die Anforderungen, die die chemische Industrie an die Reinheit dieser Aromaten stellt, sind in den letzten Jahren ständig gestiegen. So wurde z. B. ursprünglich verlangt, daß ein Reinbenzol einen Erstarrungspunkt von mindestens +5,3⁰C aufweisen müsse. Später wurde diese Forderung auf +5,4⁰C erhöht, und heute wird teilweise sogar ein Wert von + 5,5° C verlangt (EP des reinen Benzols = 5,533° C).

Unter dem Begriff Nichtaromaten sind in diesem Zusammenhang alle nichtaromatischen Kohlenwasserstoffe gemeint, die als Begleiter der Aromaten in den Ausgangsprodukten auftreten können, wie beispielsweise Paraffine, Naphthene oder Olefine.

In der Literatur sind bereits zahlreiche Vorschläge zur Lösung dieses Problems veröffentlicht worden, wobei die Trennung sowohl mit Hilfe der klassischen Flüssig-Flüssig-Extraktion als auch mit Hilfe der Extraktivdestillation erfolgt. Ebenso ist dabei bereits die Verwendung einer großen Anzahl verschiedenartiger chemischer Substanzen als hierfür geeignete Extraktionsmittel empfohlen worden. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch nicht die Anwendung eines neuen Extraktionsmittels, sie ist auch nicht an die Anwendung eines bestimmten Extraktionsmittels gebunden. Es braucht daher hier auch nicht näher auf die Frage des Extraktionsmittels eingegangen zu werden.

Die Anwendung der Extraktivdestillation bietet dabei im allgemeinen gegenüber der Flüssig-Flüssig-Extraktion Vorteile, und zwar aus folgenden Gründen:

1. Fortfall des Zusatzes von Substanzen, wie z. B. Wasser, die die Selektivität des angewandten Extraktionsmittels heraufsetzen sollen; ferner Fortfall der Verwendung eines sogenannten Gegenlösemittels, wie z. B. Pentan. Die Verwendung derartiger Zusätze stellt jedoch ohne Zweifel eine erhebliche Komplizierung des Verfahrens dar, da einerseits die dadurch gewonnenen Reinprodukte stets gewisse Mengen an diesen Fremdstoffen enthalten, weiche nachträglich unter erhöhtem Aufwand an Energie und Apparatur entfernt werden müssen und andererseits die Anwendung dieser Zusatzstoffe als solche zusätzliche Kosten verursachen kann. Außerdem entfällt bei der Extraktivdestillation völlig die nachgeschaltete Raffinatwäsche zur Rückgewinnung des Extraktionsmittels.