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Verfahren zur Trennung eines Gemisches von aromatischen C8-Isomeren
Die Erfindung bezieht sich auf die Abtrennung von aromatischen Isomeren aus deren
Gemischen, insbesondere auf ein neues und verbessertes Verfahren zur Trennung von
aromatischen a8eIsow meren.
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Bei der bekannten Isomerisierung von Aromaten, z.B. von Aromaten mit
8 Kohlenstoffatomen, werden eines oder mehrere der mögliehen Isomeren kontinuierlich
unter bekannten Temperatur-, Druck- und Katalysebedingungen in die anderen Isomeren
umgewandelt. Um die Nettoumwandlung der Isomeren gewerblich nutzbar zu machen, ist
es nötig, das so erhaltene Isomerisierungsgemisch einem mehrstufigen Trennverfahren
zu unterziehen, bei dem gewöhnlich eine fraktionierte Destillation angewendet wird.
Bei den bekannten Verfahren zur Isomerisierung und Gewinnung von aromatischen C8"Isomeren
werden getrennte Destillationestufen zur Abtrennung jedes der gewünschten Isomeren
angewendet, wobei eine Destillationskolonne in der ersten stufe ein Kopfprodukt
lisfer, das aus Äthylbensol besteht, während eins kolonne in d.r zweiten Stufe eine
Bodenfraktion,die aus o-Xylol besteht, und ein
Kopfprodukt, das
mit einem Gemisch aus m- und p-Xylol angereichert ist, liefert. Diese Verfahren
erfordern komplizierte Anlagen und haben den Nachteil, daß die Betriebskosten verhältnismäßig
hoch sind0 Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines einheitlichen Verfahrens
und Destillationssystems zur Trennung von aromatischen C8-Ißomeren, die gegenüber
den bekannten Verfahren eine Verbesserung darstellen.
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Eine speziellere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen
Destillationssystems zur Trennung von aromatischen Cs omeren, das sich durch niedrigere
4nlag und Betriebskosten als bei den bekannten Verfahren auszeichnet.
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Eine weitere spezielle Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens zur Trennung von aromatischen C8-Isomeren, das sich durch bessere Ausbeuten
an technisch reinem Äthylbenzol, o-Xylol und p-Xylol auszeichnet.
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Kurz gesagt, betrifft die Erfindung die Verwendung einer einzigen
Destillationekolonne mit Mehrfachwirkuhg, mit deren Hilfe eine Mischfraktion oder
ein Mischstrom aus C8-Aromaten in einen ersten Strom aus technisch reinem Äthylbenzol,
einen zweiten Strom aus technisch reinem o-Xylol und einen dritten Strom mit einer
für die Kristallisation und Isomerisierung von p- und m-Xylol optimalen Zusammensetzung
fraktioniert wird. Der letztgenannte Strom wird zwecks Abtrennung des p-ylole behandelt,
anschließend isomerisiert und dann in die Destillationskolonne mit Mehrfachtirkung
zurückgeleitet, in der eine weitere rennung, wie sie vorstehend beschrieben fst,
durchgeführt wird.
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Die vorstehend angegebenen Aufgaben sowie weitere Aufgaben und viele
der erzielten Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung
und der beigetUgten Zeichnung, die ein Plleßchema einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird ein üblicherweise
zur Verfügung stehendes Einsatzgemisch aus Äthylbenzol und o-, m- und p-Xylol in
einer Kolonne destilliert, die mit einem Kopfdruck in der Größenordnung von etwa
0 bis 14 atü (0 bis 200psig) und einem Bodendruck im Bereich von etwa 1,4 bis 16
atü (200 bis 230 pein) betrieben wird. Die Bestillation erfolgt in einer Vielbodenkolonne
mit mindestens etwa 250 und vorzugsweise etwa 365 Böden und einem Rücklaufverhältnis
von 100 bis 250 zu 1.
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Die Temperatur des Einsatzgutes liegt beim Eintritt in die Kolonne
vorzugsweise in der Nähe des Siedepunktes, und die zur Erzeugung eines Dampfstromes
durch die Kolonne erforderliche Wärme wird durch Zurückleiten der Flüssigkeit durch
einen Hilfserhitzer geliefert. Das Binsatzgut wird etwa in die Mitte der Kolonne
eingeleitet. Das Gemisch wird in eine Kopffraktion, die technisch reines Äthylbenzol
zusammen mit leichten Enden, eine Bodenfraktion, die gewöhnlich o-Xylol mit einer
Reinheit von gewöhnlich mehr als 95% (der Rest besteht hauptsächlich aus schwereren
Kohlenwasserstoffen) enthält, und eine Seitenstromfraktion, die p- und m-Xylol in
einer Reinheit von mehr als 70 Mol-%, vorzugsweise von mindestens etwa 85 Mol-%lenthält
( der Rest besteht aus Äthylbenzol und o-Xylol) getrennt. Die Seitenstromfraktion
wird unterhChb der Mitte der Kolonne, vorzugsweise etwa 20 - 30 Böden unterhalb
des Mittelpunktes entnommen. Die Bödenfraktion wird so behandelt, daß technisch
reines o-Xylol gewonnen wird. Der Seitenstrom wird zuerst zur Gewinnung des p-Xylols
behandelt. Dann wird dieser Strom zu einem katalytischen Isomerisierungssystem üblicher
Bauart geleitet, in dem er in an sich bekannter Weive-behandelt wird'um die Isomerisierung
der restlichen Xylole zu erzielen. Das Isomerisierungsprodukt wird dann zur Abtrennung
der leichten Endprodukte behandelt und anschließend zu der Destillationekolonne
mit Mehrfachwirkung zurückgeleitet, und zwar an einen Punkt mit vergleichbaren relativen
Mengen an schweren und leichten lylolisomeren, normalerwiese in der unteren Hälfte
der Kolonne.
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Das Verfahren iet kontinuierlich.
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Betrachtet man das Fließschema in der Zeichnung, so erkennt man, daß
das rohe Einsatzgut ( das gewöhnlich aus- einem Gemisch der vorstehend angegebenen
aromatischen C8-Isomeren und nahe verwandten Kohelnwasserstoffen, e.B. e 9-Kohlenwasserstoffen
aus einer Üblichen Isomerisierungsstufe besteht) über eine Leitung 2 in eine Destillationskolonne
4 mit Mehrfachwirkung eingeleitet wird, die mit einem Eußeren Erhitzer 6 versehen
ist. Die Anzahl der theoretischen Böden und die Betriebsbedingungen der Kolonne
hängen von der gewünschten Reinheit der Kopf- und Bodenfraktion ab.
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In der Kolonne 4 wird eine Äthylbenzol-Kopffraktion erzeugt, die über
eine Leitung 8 in einen Flüssigkeitskondensator 10- geht.
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Ein Teil des aus dem Kondensator oder Kühler 10 strömenden Materials
geht ber eine Leitung 12 zu einem Lagerbehälter, während der Rest über die Leitung
16 zum Kopf der Kolonne zurückgeleitet wird. Der Kopfrücklauf wird abgeleitet, so
daß das Verhältnis zwischen wiedergewonnenem Kopfprodukt und zurückgeleitetem Kopfprodukt
in der größenordnung von etwa 1 : 150 (auf Volumbasis) ist. Bei optimalen Betriebsbedingungen
ist das wiedergewonnene Kopfprodukt praktisch reines (99,5+% ) Äthylbenzol.
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In der Kolonne wird auch eine Bodenfraktion erzeugt, die fast vollständig
aus o-Xylol mit einer geringen Menge 9- und höheren Kohlenwasserstoffen besteht.
Diese Bodenfraktion wird über eine Leitung 18 -in eine kleine Destillationskolonne
20 geleitet, die mit einem äußeren Erhitzer 22 und einniKopf-RÜckflußkühler 23 versehen
ist. Die Zahl der theoretischen Böden-und die Betriebsbedingungen der Kolonne 20
hängen von der gewünschten Reinheit der Kopffraktion ab. Bei optimalen Betriebsbedingungen
besteht die Kopffraktion der Kolonne 20 aus praktisch.
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reinem o-Xylol ( 99,5+ffi). Diese Kopffraktion wird über eine Leitung
24 in einen Lagerbehälter geleitet, während eine zweite Bodenfraktion, die aus C9-
und schwereren Kohlenwasserstoffen besteht, und die nicht mehr als 1 - 2k o-Xylol
enthält, über eine Leitung 26 in einen Lagerbehälter geleitet wird.
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Ein dritter Nebenstrom wird Über die Leitung 28 aus der Kolonne 4
abgezogen. Die genaue Zusammensetzung dieses Seiten- oder Nebenstromes hängt von
dem Boden ab, von dem er abgezogen wurde, doch stellt er im wesentlichen ein Gemisch
dar, das hauptsächlich aus m- und p-Xylol und kleineren Mengen an o-Xylol und Äthylbenzol
besteht. Die relative Menge an m-Xylol im abfließenden Seitenstrom ist üblicherweise
höher als die relative Menge an p-Xylol, wobei ersteres mindestens etwa 50 Mol-
und letzteres mindestens etwa 20 Mol-% des abfließenden Seitenstromes darstellt.
Der abfließende Seitenstrom wird in eine Kriatallislerstufe 30 geleitet, in der
eine fraktionierte Kristallisation und eine Entfernung des p-Xylols stattfindet.
In der Kristallisierstufe wird das Material auf eine Temperatur von etwa -300 bis
etwa 7000 abgekühlt, wobei das p-Xylol auskristallisiert und abfiltriert oder abzentrifugiert
wird, um die p-Xylol-Kristalle von der Mutterlauge abzutrennen. Diese Kristallisierstufe
ist von üblicher Bauart und wird in an sich bekannter Weise betrieben. Beispielsweise
kann die Kristallisiervorrichtung entsprechend den USA-Patentschriften 1940065 oder
2866833 konstruiert und betrieben sein, braucht es aber nicht.
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Die Kristallisiervorrichtung tann von dem in der USA-Patentschrift
2622115 beschriebenen Typ sein, wobei eine mehrmalige Berührung zwischen dem auskristallisierenden
p-Xylol und der Rücklaufflüssigkeit stattfindet, und Jede Berührung zwischen dem
festen Stoff und der Flüssigkeit dazu führt daß ein Teil des festen p-Xylols schmilzt
und ein Teil des p-lylols in der Rücklaufflüssigkeit erstarrt, mit dem Ergebnis,
daß das abgetrennte feste Produkt praktisch reines p-Xylol ist. Das in der Kristallisiervorrichtung
30 abgetrennte feste p-Xylol wird geschmolzen und Über eine Leitung 32 in einen
Lagerbehälter geleitet. Unter optimalen Betriebsbedingungen besteht dieses Produkt
zu etwa 98 - 99,5% aus p-iylol. Die aus der Krintallisierstufe 30 abfließende Xutterlauge
besteht in der Epuptsa¢he aus m-Iylol und kleineren Mengen an p-Xylol und 0-lylol
und Äthylbenzol. Dieser Ablauf wird über eine Leitung 34 in eine Isomerisierungsstufe
36 geleitet, in der der m-Xylol-Bestandteil zweck Erzeugung von o und p-Iylol ainer
gesteuerten IsoBerisierung
unterzogen wird. Die Isomerisierung
wird vorzugsweise so durchgeführt, daß der über die Leitung 34 kommende Abfluß bei
Temperaturen von etwa 370 - 5400C ( 700 - 10000F) mit einem Kieselsäure-Tonerde-Katalysator
in Berührung gebracht wird.
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Dieses Verfahren ist beispielsweise in der USA-Patentschrift2837582
beschrieben. Man kann aber auch in Gegenwart eines HF-BP3-Katalysators entsprechend
der USA-Patentschrift 2848517 arbeiten, Der Strom des Reaktionsproduktes aus der
Isomerisierungsstufe 36 wird über die Leitung 38 in eine kleine Fraktionierkolonne
40 geleitet. Obgleich es nicht angegeben ist, kann die Kolonne 40 mit einem Erhitzer
und einem Kühler ähnlich wie die Kolonnen 4 und 20 versehen sein. Die Anzahl der
theoretischen Böden und die Betriebsbedingungen der Kolonne 40 werden entsprechend
der gewünschten Reinheit der Kopf- und Bodenfraktion eingestellt.
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Die als Produkt anfallende Kopffraktion, die in der Hauptsache aus
leichten Enden von C7-und leichteren Kohlenwasserstoffen besteht, wird über eine
Leitung 42 zu einem Lagerbehälter entfernt. Die als Produkt anfallende Bodenfraktion,
dis aus o-, p- und m-Xylol, Äthylbenzol und einer sehr kleinen Men ge von C9-und
schwereren Kohlenwasserstoffen besteht, wird über eine Leitung 44 als zweiter Zulauf
in die Destillationskolonne mit Mehrfachwirkung zurückgeleitet. Dieser zweite Zulauf
oder das zwsite Einsatzgut wird dann in der vorstehend angegebenen Weise zusammen
mit frischem Einsatzgut verarbeitet.
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Die Erfindung ist durch das nachstehend angegebene Beispiel, das sich
auf die vorstehend angegebene, bevorzugte Ausführungsform bezieht, näher erläutert.
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Beispiel über die Leitung 2 wird ein Strom des Einsatzgutes mit folgender
Zusaimensetzung zugeleitet: Äthylbenzol, 46 Mol/Std.; p-Iylol 5 Yol/Std ylol, 21
Mol/Std. und o-Xylol, 76 Mol/StdO Die Mengen an Toluol und C7- und C9-Kohlenwasserstoffen
im Einsatzgut reina niedrig, wurden aber nicht bestimmt.
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Die Destillationskolonne 4 enthält 366 Böden und hat ein Rücklaufverhältnis
von 142 : 1. Der Erhitzer 6 wird so betrieben, daß er 6850 Mol Dampf an den Boden
der Kolonne bringt. Die Kolonne wird mit einem Bodendruck von etwa 4,9 atü (70 psig),
einem Kopfdruck von etwa 1 atü (15 psig), einer Bodentemperatur von etwa 2250C (4370)
und einer Kopftemperatur von etwa 1720C (3420F) betrieben. Das Einsatzgut wird auf
dem 170. Boden,gemessen vom Boden der Kolonne, eingeleitet. Der zweite Einsatzgut
strom aus der Leitung 44 wird aut dem 60. Boden, gemessen vom Boden der Kolonne,
geleitet. Die Seitenstromfraktion wird über die Leitung 28 vom 93. Boden, gerechnet
vom unteren Ende der Kolonne, abgezogen.
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Unter den vorstehend angegebenen Betriebsbedingungen werden 6870 Mol
Dampf Je Std. über die Leitung 8 in den Kühler 10 geführt, wovon 6824 Mol Kondensat
zum Kopf der Kolonne 4 als Rücklauf geleitet und 46 Mol als Produkt gewonnen werden.
Dieses Produkt ist im wesentlichen 99,5%-iges Äthylbenzol mit geringen Spuren von
p- und m-Xylol. Die vom Boden der Kolonne 4 Über die Leitung 18 entfernte Flüssigkeit
besteht zu 137 Mol/ Std. aus o-Xylol und einer kleinen Menge schwereren(hauptsächlich
C9) KohlenwasserstoffenDieser Bodenstrom wird in der Destillationskolonne 20 verarbeitet,
wobei eine Kopffraktion aus 99,5+% o-Xylol und dne Bodenfraktion aus schwereren
Kohlenwasserstoffen erhalten wird.
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Über die Leitung 28 werden ungefähr 609 Mol Flüssigkeit Je Std.
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aus der Kolonne 4 entfernt. Die Zusammensetzung dieser Seitenstromflüssigkeit
ist etwa wie folgts Xthylbenzol,etwa 31 Mol; p-Xylol, etwa 167 Mol; m-Xylol, etwa
368 Mol; und o-Xylol, etwa 43 Mol. In der Kristallisierstufe 30 wird der Seitenstrom
auf eine Temperatur von etwa 5000 abgekühlt, um das p-Xylol auBzukristallisieren.
Dieses wird dann von der restlichen Flüsßigkeit abgetrennt. In der Kristallisierstufe
werden etwa 94 Mol p-Xylol Je Stunde abgetrennt und die zurückbleibende Flüssigkeit
wird in die Isomerisierungsetufe 36 geleitet, in der sie unter dem Einfluß eines
Kieselßaure-2onerde-Katalysatorß zu einem
Isomerisat-Produktetrom
mit folgender Zusammensetzung umgewandelt wird: 31 Mol/Std. Äthylbenzol; 112 Mol
p-Xylol; 247 Mol m-Xylol; 104 Mol o-Xylol und sehr kleine Mengen an leichteren und
schwereren Kohlenwasserstoffen0 Dieser Strom wird in die Destillationekolonne 40
geleitet, in der die leichteren Kohlenwasserstoffe abgetrennt und über die Leitung
42 entfernt werden0 Nach der Abtrennung der leichten Enden wird der Isomerisat-Produktstrom
über die Leitung 44 in die Kolonne 4 zurückgeleitet.
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Der Isomerisat-Produktstrom hat folgende Zusammensetzung: 31 Mol/Std.
Äthylbenzol; 112 Mol/Std. pXylol; 247 Mol/StdO m-Xylo*63104 Mol/Std. o-Xylol; und
eine kleine Menge (nicht bestimmt) 09 und schwereren Kohlenwasserstoffen. In der
Kolonne 4 wird der IsomerisFt-ProduktRtrom zusammen mit frischem Einsatzgut in der
vorstehend angegebenen Weise fraktioniert.
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Das vorstehend angegebene Verfahren ist flexibel, und die Betriebsbedingungen
können so modifiziert werden, daß die besten Ergebnisse für ein bestimmtes Binsatzgut
erhalten werden0 Das Verfahren bietet eine Anzahl von weiteren Vorteilen. Es kann
ein C8-Isomerengemisch in diejenigen Bestandteile getrennt werden, die den größten
Handelswert haben, wobei gleichzeitig die Ausbeute an diesen Bestandteilen durch
Verminderung der Menge des am wenigsten Wertvollen Bestandteils, m-Xylol, auf ein
Maximum erhöht werden kann. Man braucht weiterhin nicht zwei oder mehrere große
Fraktionierkolonnen, die hintereinander oder anschließend betrieben werden, zu verwunden,
um eine Abtrennung von Äthylbenzol und o-Xylol aus p- und m-Xylol zu erzielen, wodurch
die Anlagekosten erniedrigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die
zum Wiederaufheizen der Kolonne 4 erforderliche Wärme weniger ist als die Gesamtwärme,
die zum Wiederaufheizen von getrennten Äthylbenzol und o-Iylol-Fraktionierkolonnen
nötig wäre. Zusätlicher Dampf kann durch die Wärme erzeugt werden, die aus dem Kopf
strom der Kolonne 4 infolge der Kondensation im Kühler 10 gewonnen wird. Ein weiterer
Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß technisch reines Äthylbezol und o- und
p-Xylol gewonnen werden können.
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Obwohl nur ein spezielles Beispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben
wurde, ist die Erfindung selbstverständlich nicht darauf beschränkt, da viele Parameter,
wie Drucke, Zusammensetzung des Einsatzgutes, Strömungsgeschwindigkeiten, Größe
der Destillationskolonne, die Anzahl der Umkristallisierungen zur Gewinnung von
p-Xylol mit der gewünschten Reinheit, die Art des Katalysators für die Isomerisierung
des Abflusses aus der Kristallisierstufe u.s.wO in dem Maße variiert werden können,
wie es durch einen Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung leicht erkennbar ist.
Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf das spezielle Ausführungsbeispiel, sondern
nur auf den Schutzumfang der Ansprüche beschränkt.
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Pat entansprüche