DE19545915A1 - Verbesserte Lösemittelregenerierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines beladenen Lösemittels.

Bei der selektiven Entfernung bestimmter Komponenten aus Flüssigkeiten durch Ex­ traktivdestillation und bei Gaswäschen (z. B. dem Auswaschen von Oxygenaten, wie Methyletherketon (MEK) oder Butanolen aus Roh-Hexen) werden häufig Lösemittel (Waschmittel) eingesetzt, die in der Waschsäule die auszuwaschenden Bestandteile aus dem Gas auswaschen oder aus der Flüssigkeit extrahieren. Als Waschmittel wer­ den häufig Wasser, Methanol oder Gemische wie N-Methyl-Pyrrolidon (NMP) und Wasser eingesetzt. Das Lösemittel wird dann in der sog. Regeneriersäule durch Strip­ pen bei erhöhter Temperatur und/oder bei erniedrigtem Druck regeneriert, d. h. von den zu entfernenden Bestandteilen befreit und zur Wäsche oder Extraktion zurückgeführt.

Aus der DE-OS 36 26 697 ist ein Regenerierverfahren bekannt, bei dem die Regenerie­ rung in einer Kolonne durchgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieaufwand bei der Regenerierung von zwei oder mehrphasigen Lösemitteln zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren, bei dem das bela­ dene Lösemittel in zwei oder mehr Fraktionen aufgetrennt wird, die dann getrennt voneinander regeneriert werden. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis des Erfinders, daß in bestimmten Fällen die Flüchtigkeit einer gelösten Komponente in einem reinen Lösemittel höher ist als in einem Lösemittelgemisch. Die niedrige Flüchtigkeit im Lö­ semittelgemisch ist bei der Absorption in der Gaswäsche günstig. Das Lösemittel soll ja viel von dem zu Entfernenden aufnehmen. In der Regenerierung ist die niedrige Flüch­ tigkeit dagegen unerwünscht, da dann nur mit hohem Energieaufwand eine Trennung der abzutrennenden Komponente vom Lösemittel erfolgt. Die erfindungsgemäße Auf­ trennung des Lösemittelgemisches in Richtung eines "einkomponentigen" Lösemittels erleichtert die Regenerierung, wie anhand von Fig. 4 weiter unten detaillierter be­ schrieben wird.

Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere geeignete Lösemittel oder geeignete zu extrahierende oder auszuwaschende Stoffe sind Gegenstände von Unteransprü­ chen. Die erfindungsgemäße Auftrennung erfordert apparativ einen etwas höheren Aufwand. Im einfachsten Fall ist für die Auftrennung eine extra Säule vorgesehen, die das Lösemittelgemisch in zwei oder mehr Fraktionen aufteilt, die dann in eigenen Säulen regeneriert werden. Für ein zweiphasiges Gemisch ergeben sich also eine Trennsäule und zwei Regeneriersäulen. Die zwei Regeneriersäulen können jedoch auch zu einer gemeinsamen Säule zusammengefaßt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Trennsäule und die Regeneriersäu­ len in einer einzigen Säule zusammengefaßt, die dann in Säulenabschnitte aufgetrennt ist.

Die Erfindung ist bei vielen physikalisch wirkenden Absorptionsverfahren mit zwei oder mehrkomponentigen Lösemitteln wie H₂O, NMP, Methanol usw. anwendbar.

Die Erfindung wird anhand von vier Figuren näher erläutert.

Hierbei zeigt

Fig. 1 den Stand der Technik,

Fig. 2 eine Prinzipskizze einer Extraktivdestillation mit der erfindungsgemäßen Regenerierung,

Fig. 3 eine integrierte Regenerierung für ein zweiphasiges Lösemittelgemisch, bei der die Auftrennung und die Regenerierungen in einer Säule erfolgen,

Fig. 4 die Flüchtigkeit abzutrennender Komponenten in Abhängigkeit des Mi­ schungsverhältnisses eines Lösungsmittelgemisches.

In Fig. 1 wird anhand einer Extraktivdestillation mit einem NMP/H₂O-Gemisch als Lösemittel ein Stand der Technik für die Destillation und die Regenerierung gezeigt. In der Fig. 1 wird über eine Leitung 1 der Einsatz, das zu waschende Gas oder die zu behandelnde Flüssigkeit, in eine Absorptionskolonne 2 gegeben. Die Absorptionsko­ lonne 2 ist mit einer Sumpfheizung 3 und einem Kopfkondensator 4 ausgestattet. Über die Leitung 5 wird frisches oder regeneriertes (unbeladenes) Lösemittel zugeführt, welches die zu absorbierenden Bestandteile in der Absorptionssäule 2 auswäscht. Das beladene Lösemittel wird über die Leitung 6 abgezogen und über den Wärmetauscher 7 der Regenerierkolonne 8 zugeführt. Das gereinigte Produkt (Gas oder Flüssigkeit) wird über den Kopfkondensator 4 und den Abscheider 9 über die Leitung 10 abgeführt. In dem hier genannten Beispiel der Extraktivdestillation ist der Abscheider 9 als Dekan­ ter ausgebildet, der die Kohlenwasserstoffprodukte vom Wasser trennt. Ein Teilstrom der Kohlenwasserstoffprodukte dient zum Zurückwaschen von NMP-Dämpfen im Kopf der Absorptionskolonne 2. Das im Dekanter 9 zurückgewonnene Wasser wird in die Leitung 5 zugegeben, die regeneriertes Lösemittel der Absorptionskolonne 2 zuführt.

Zur Regenerierung wird das beladene Lösemittel über die Leitung 6 in einen mittleren Bereich der Regenerierkolonne 8 eingespeist. Die Regenerierkolonne 8 ist mit einer Sumpfheizung 11 und einem Kopfkondensator 12 ausgestattet. Nach Regenerierung des Lösemittels durch Strippen mit aus dem Sumpf aufsteigendem Dampf wird das Lösemittel über Leitung 13 abgezogen und zu einem Teil über die Sumpfheizung 11 wieder zugeführt, während die Hauptmenge des regenerierten Lösemittels über Leitung 5 abgezogen und wieder der Extraktivdestillation in Absorptionskolonne 2 zugeführt wird.

Der Strippdampf, der die abgestrippten Komponenten enthält, verläßt die Regenerier­ kolonne 8 über Kopf durch Leitung 14, wird teilweise im Kondensator 12 kondensiert und dem Abscheider 15 zugegeben. Aus dem Abscheider 15 wird über Leitung 16 die zu entfernende Komponente und über die Leitung 17 das Wasser abgezogen, das als Rücklauf auf den oberen Kolonnenabschnitt aufgegeben wird.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Regenerierung am Beispiel einer Extraktivdestil­ lation mit dem zweikomponentigen Lösemittel H₂O/NMP, das einem Gas Oxygenate entziehen soll. Der absorptive Teil der Anlage ist gleich wie im Stand der Technik, den die Fig. 1 zeigt. Das beladene Lösemittel aus Leitung 6 wird nunmehr statt in die Regeneriersäule 8 in die Trennsäule 18 gegeben, die mit einer Sumpfheizung 19 und einem Kopfkondensator 20 und einem Abscheider 21 ausgestattet ist. In der Trenn­ säule 18 wird das beladene Lösemittel erfindungsgemäß in eine leichter flüchtige H₂O/Oxygenat-Fraktion, die über Kopf über Leitung 22 die Trennsäule 18 verläßt, und in eine schwerersiedende NMP/Oxygenat-Fraktion, die die Trennsäule 18 unten über Leitung 23 verläßt aufgetrennt.

Die Kopffraktion der Leitung 22 wird nun in die Trennsäule 24 gegeben, in der die Oxygenate vom Wasser getrennt werden. Die Oxygenate werden über Kopf über den Kopfkondensator 25 und den Abscheider (Dekanter) 26 über die Leitung 27 abgeführt. Das regenerierte Wasser über die Sumpfheizung 28 der Leitung 29 für regeneriertes Waschmittel zugeführt. Die Sumpffraktion der Säule 18 in der Leitung 23 wird der Strippsäule 30 (mit Sumpfheizung 31) zugeführt, wo sie in ihre Komponenten NMP und Oxygenat aufgeteilt wird. Das Oxygenat wird über die Kopfleitung 32 der Trennsäule 18 wieder zugeführt. Die Sumpffraktion - das gereinigte NMP - wird der Leitung 5 zuge­ führt, wo es sich mit dem regenerierten Wasser mischt und zur Absorptionskolonne 2 zurückgegeben wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der die Auftrennung der Lösemittel­ komponenten und die Regenerierungen in einer gemeinsamen Säule 33 erfolgen. Die Säule 33 ist durch den geschlossenen Boden 34 und den Kaminboden 35 in drei Segmente 18a, 24a und 30a getrennt, die den Säulen 18 (NMP/H₂O-Grobtrennung), 24 (H₂O/Oxygenat-Trennung) und 30 (NMP/Oxygenat-Trennung) der Fig. 2 entsprechen.

Das beladene Lösemittel geht durch die Leitung 6 in das Segment 18a, wo die Grob­ trennung NMP/H₂O stattfindet. Die Sumpffraktion NMP wird über Leitung 23a dem Oxygenat/NMP-Trennsegment 30a zugeführt. Das sich dort unten sammelnde NMP geht zum Teil in die Leitung 5a und von dort zurück zur Absorptionskolonne 2. Der für die gesamte Säule 33 benötigte Strippdampf wird im Aufkocher 31a erzeugt. Der Strippdampf für den oberen Säulenabschnitt (24a und 24b) wird über die Leitung 36 über dem Sumpf des untersten Säulenabschnittes abgezogen und dem oberen Säulen­ teil zugeführt. Das im Trennsegment 30a abgetrennte Oxygenat gelangt durch den Kaminboden 35 wieder in das Segment 18a.

Die Wasserfraktion aus Segment 18a geht als Dampf über Leitung 22a in das H₂O/Oxygenat-Trennsegment 24a, wo es in H₂O, das über Leitung 29a abgezogen wird und dem Lösemittelrücklauf 5a zugegeben wird und in eine Oxygenat-Fraktion getrennt wird.

Die Oxygenat-Fraktion aus dem Segment 24a wird im Segment 24b (NMP/H₂O-Fein­ trennung) von restlichen NMP-Spuren befreit, im Kondensator 25a kondensiert und im Dekanter 26a in eine Oxygenat und in eine Wasserfraktion aufgetrennt. Die Oxygenate werden über die Leitung 27a abgeführt. Die Wasserphase geht als Rücklauf auf den Kopfteil des Kolonnenabschnitts 33. Der für die NMP/H₂O-Grobtrennung benötigte Rücklauf wird über Leitung 37 aus dem oberen Säulenabschnitt 24a, 24b abgezogen und der mittleren Sektion 18a zugeführt.

Fig. 4 zeigt die K-Werte verschiedener Oxygenate bei verschiedenen Temperaturen in Abhängigkeit vom Verhältnis NMP/Wasser des Waschmittelgemisches. Der K-Wert ist das Verhältnis der molaren Konzentration einer Komponente in der Gas- und in der Flüssigphase. Er ist also ein Maß für die Flüchtigkeit.

Betrachtet man z. B. die oberste Kurve, so erkennt man, daß das MEK (1,96 mol-%) in reinem NMP (linker Bildrand) bei 100°C einen K-Wert von ca. 28 hat. In reinem Wasser (rechter Bildrand) beträgt er ca. 24. In einem Gemisch von 50% NMP zu 50% Wasser liegt der K-Wert nur bei ca. 8, also deutlich niedriger. In einzelnen Fällen ist diese Ab­ senkung des K-Werts der Mischung so dramatisch, daß er sogar nahe bei 1 oder unter 1 liegen kann. Derartig kleine K-Werte sind zwar bei der Absorption günstig, erschwe­ ren jedoch eine Regenerierung ungemein. Hier ist auch der Erfindungsgedanke er­ kennbar. Wurde bisher (Regeneriersäule 8 der Fig. 1) im mittleren Bereich der Kurven gearbeitet - wurde also ein H₂O/NMP-Gemisch regeneriert - so führt die erfindungsge­ mäße Auftrennung in Säule 18 zu zwei Gemischen, die sich weit links (NMR/Oxygenat in Säule 30) und weit rechts (H₂O-Oxygenat in Säule 24) befinden und eine hohe Flüchtigkeit haben. Dadurch wird die Regenerierung wesentlich erleichtert, d. h. es wird weniger Energie zum Austreiben der gelösten Stoffe gebraucht. Auf der anderen Seite ist die für die Absorption in der Gaswäsche notwendige gute geringe Flüchtigkeit der Mischung voll erhalten, da in der Absorptionskolonne 2 ja nicht mit den Einzelkompo­ nenten, sondern mit der Lösemittelmischung gearbeitet wird. Der bei der Auslegung der Anlage erforderliche höhere apparative Aufwand wird während des Betriebes durch die niedrigeren Energiekosten wieder mehr als kompensiert.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regenerierung eines beladenen zwei- oder mehrkomponentigen Lösemittels, dadurch gekennzeichnet, daß das beladene Lösemittel in zwei oder mehrere Fraktionen aufgetrennt wird, die dann getrennt voneinander regeneriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösemittel eine Mischung aus einem oder mehreren polaren Lösemitteln (z. B. NMP, Dimethylfor­ mamid DMF, Polyethylenglykolether PEG, Methanol oder andere Alkohole, Sulfo­ lan, N-Methylformamid NMF) und Wasser oder Methanol verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösemittel eine zweikomponentige NMP/H₂O-Mischung verwendet wird, daß die abzutrennenden Bestandteile Sauerstoffverbindungen, Aldehyde, Alkohole, Keto­ ne, Ester oder andern Aromaten sind, und daß das beladene Lösemittel in eine H₂O- und in eine NMP-Fraktion aufgetrennt wird, die dann jede für sich regeneriert werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung und die beiden Regenerierungen in getrennten Säulen (18, 24, 30) durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Regenerierungen in einer Säule durchgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung und die beiden Regenerierungen in einer gemeinsamen Säule (33) durchgeführt werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regenerierung zwei oder drei Säulen eingesetzt sind, oder eine einzige Säule, die aus mehreren getrennten Ab­ schnitten besteht.