DE1964149C2 - Verfahren zur Auftrennung von Gemischen entsprechend dem Verbindungstyp der darin enthaltenen Stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung von Gemischen entsprechend dem Verbindungstyp der darin enthaltenen Stoffe zu einer oder mehreren relativ leichten Fraktionen und einer schwereren, zumindest von einem Verbindungstyp befreiten flüssigen Fraktion, wobei eine Methode verwendet wird, bei der die Gasphase mit der flüssigen Phase in Berührung kommt

Beispiele für Verfahren, in denen die Gasphase mit der flüssigen Phase in Berührung gebracht wird, sind Destillations-, Abstreif-, extraktive Destillations- und Absorptions-Desorptionsverfahren. Wenn man ein Destillationsverfahren anwendet, erhält man als relativ leichte Fraktionen Destillat-Fraktionen und als schwerere flüssige Fraktion eine Rückstandsfraktion.

Die Auftrennung von Gemischen .entsprechend dem Verbindungstyp wird in herkömmlicher Weise bei Kohlenwasserstoffgemischen, z. B. zur Isolierung von Aromaten, Olefinen oder Paraffinkohlenwasserstoffen, angewendet. Im allgemeinen genügt es, wenn ein Verbindungstyp so rein wie möglich erhalten wird. Es kann zum Beispiel erwähnt sein, aus einem Gemisch von Aromaten und Paraffinkohlenwasserstoffen die Aromaten in möglichst reiner Form zu erhalten. In diesem Fall müssen die Paraffinkohlenwasserstoffe entfernt werden, was durch Destillation erfolgen kann, wenn die Flüchtigkeit (Fugazitäten) der beiden Verbindungstypen genügend verschieden sind. Wenn der Flüssigkeitsunterschied zu gering ist oder wenn sich die Siedebereiche der beiden verschiedenen Kohlenwasserstoffarten überschneiden, kann man eine extraktive Destillation anwenden. Zu diesem Zweck setzt man ein Lösungsmittel ein, das gegenüber den beiden Verbindungstypen verschieden affin ist. Die relativen Flüchtigkeiten jener Verbindungen können dann so beeinflußt werden, daß man die gewünschte Auftrennung tatsächlich nach

einem Destillationsverfahren erzielen kann.

Für die vorgenannten Trennverfahren wird häufig

eine mit Böden ausgerüstete Säule verwendet, in der das Gas oder der Dampf im Gegenstrom mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht wird. Die Wirkung der Böden kann stark von jenen Eigenschaften der Verbindungen abhängen, die die Art und den Grad der Dispersion des Dampfs oder des Gases in der Flüssigkeit beeinflussen.

Diese Eigenschaften können insbesondere dann eine

ίο sehr große Rolle spielen, wenn Veränderungen in der Konzentration der vorgenannten Verbindungen eintreten. Dies kann zur Schaumbildung führen, was zur Folge hat, daß die Höhe der Flüssigkeit/Dampf-Schicht auf dem Boden merklich ansteigt und daß die maximal zulässige Belastbarkeit der Säule mit Flüssigkeit und Dampf abnimmt Der Betriebsinhalt der Säule kann in diesem Fall außerdem von den Verfahrensbedingungen, z. B. von der Temperatur und vom Druck, abhängig werden. Diese Auswirkungen fallen im allgemeinen um so mehr ins Gewicht, je stärker sich die einzelnen Verbindungstypen voneinander unterscheiden. Die Wechselwirkung zwischen Verbindungen eines bestimmten Typs und dem selektiven Lösungsmittel können ebenfalls einen großen Einfluß ausüben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zur Verfügung zu stellen, bei dem die durch Dispersionsphänomene hervorgerufene Beschränkung der Belastbarkeit vermieden wird.
Um die destillative Auftrennung von Gemischen zu erleichtern ist es bereits bekannt, als Hilfsmittel ein sogenanntes »Schleppmittel« zuzusetzen, welches die Aufgabe hat, die relativen Flüchtigkeiten der Komponenten eines aufzutrennenden Gemisches zu beeinflussen und derart abzuändern, daß die Auftrennung selbst günstiger verläuft So kann durch den Zusatz eines Schleppmittels z. B. ein binäres Azeotrop zum Verschwinden gebracht werden. In der Regel geht das Schleppmittel in die leichter flüchtige Komponente über; es muß daher auch in entsprechend hohen Konzentrationen eingesetzt werden.

Die Art des Schleppmittels wird entsprechend der Art des abzutrennenden Verbindungstyps ausgewählt, wobei die Fähigkeit zur Wasserstoffbrückenbildung von Bedeutung ist.

Schleppmittel erlauben es jedoch nicht, das technische Problem der vorliegenden Erfindung zu lösen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auftrennung von Gemischen entsprechend dem Verbindungstyp der darin enthaltenen Stoffe zu einer oder mehreren relativ

so leichten Fraktionen und einer schwereren, zumindest von einem Verbindungstyp befreiten flüssigen Fraktion, durch eine Methode, bei der die Gasphase mit der flüssigen Phase in Berührung kommt, gegebenenfalls mittels Destillation in Gegenwart eines selektiven Lösungsmittels, und welche Methode man in Gegenwart eines Hilfsmittels durchführt, das mindestens einen Bestandteil enthält, der dem aus der schwereren Fraktion entfernten Verbindungstyp entspricht, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmittel eine weit geringere Flüchtigkeit als diese, aus der schwereren Fraktion entfernten, Verbindungen aufweist, und daher im wesentlichen als gelöster Bestandteil der schwereren Fraktion zurückgewonnen wird, und daß die Hilfsmittel-Konzentration in der schwereren Fraktion im Bereich von 10~⁷% bis zur Lösliciikeitsgrenze des Hilfsmittels in der schweren Fraktion oder in einem vorhandenen Lösungsmittel liegt.

Durch die Gegenwart des erfindungsgemäß eingesetzten Hilfsmittels kann sichergestellt werden, daß die

Höhe der Flüssigkeit/Dampf-Schicht auf den Böden stark erniedrigt wird. Dadurch wird ein merklicher Anstieg des Betriebsinhaltes der Säule gewährleistet, da das Maximum der Belastbarkeit dann erreicht wird, wenn die Höhe der Flüssigkeit/Dampf-Schicht im we- s sentlichen dem Abstand zwischen zwei Böden entspricht

Man soll beim Verfahren der Erfindung ein Hilfsmittel mit einer solchen Flüchtigkeit einsetzen, daß eine genügend hohe Konzentration dieses Hilfsmittels in der schwereren Flüssigkeit sichergestellt ist Die Flüchtigkeit kann auch für die Weiterverarbeitung des Destillationsrückstands wichtig sein. Wenn man z. B. das Lösungsmittel aus diesem Rückstand durch Destillation abtrennt, kann es zweckmäßig sein, das Hilfsmittel gemeinsam mit dem Lösungsmittel zu entfernen, damit das Produkt in möglichst reiner Form erhalten wird.

Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß bereits niedrige Konzentrationen des Hilfsmittels wirksam sind. In vielen Fällen wird bereits bei einer Hilfsmittelkonzentration in der flüssigen schwereren Fraktion von 10-⁷% eine günstige Wirkung erzielt Wenn man diese Konzentration erhöht, wird eine stärkere Wirkung erzielt, bis ein Maximalwert erreicht ist Eine weitere Konzentrationserhöhung gegen einen Maximalwert hin, der durch die Grenze der Löslichkeit des Hilfsmittels in der schwereren Fraktion oder in einen beliebigen vorhandenen Lösungsmittel gegeben ist, hat keine nachteilige Wirkung auf den Betriebsinhalt, ist jedoch im Hinblick auf eine Verunreinigung des Produkts unzweckmäßig.

Man kann das Hilfsmittel vor Durchführung des Trennverfahrens entweder dem Gemisch, das aufgetrennt werden soll, oder dem gegebenenfalls eingesetzten selektiven Lösungsmittel zugeben. Es kann jedoch zweckmäßig sein, das Hilfsmittel während des Trennverfahrens selbst zuzusetzen, z. B. auf jenem(n) Boden (Böden) einer Säule, auf dem (denen) die Schaumbildungsneigung offensichtlich am größten ist und die Gegenwart des Hilfsmittels am meisten benötigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sehr gut für die Auftrennung von Kohlenwasserstoffgemischen durch Destillation in Gegenwart eines selektiven Lösungsmittels, wobei als Destillat-Fraktion(en) Paraffinkohlenwasserstoffe oder solche Kohlenwasserstoffe enthaltende Gemische und als Rückstandsfraktion Aromaten gemeinsam mit dem selektiven Lösungsmittel erhalten werden. Das Hilfsmittel soll in diesem Fall vorzugsweise einen oder mehrere Paraffinkohlenwasserstoffe enthalten. Spezielle Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Lösungsmittel sind Diäthylenglykol, Tetraäthyl englykol, Phenol, Anilin, Furfural und M-Methylpyrrolidon oder -piperidon. Die Affinitäten von Aromaten, Olefinen, Naphthenen und Paraffinkohlenwasserstoffen solchen Lösungsmitteln gegenüber nehmen im allgemeinen in der vorgenannten Reihenfolge ab. Paraffinkohlenwasserstoffp sind besonders geeignete Hilfsmittel, da sie im vorgenannten Fall bereits in niedrigen Konzentrationen wirksam sind, was möglicherweise auf ihre nitdrige Affinität zurückzuführen ist. Eine sehr gute Wirkung wird erzielt, wenn man ein Hilfsmittel verwendet, das mindestens einen Paraffinkohlenwasserstoff enthält, der pro Molekül mindestens zwei C-Atome mehr aufweist als jener Paraffinkohlenwasserstoff der Destillat-Fraktion(en), der die höchste Anzahl von C-Atomen im Molekül besitzt Es wurde festgestellt, daß im allgemeinen eine um so geringere Hilfsmittelmenge benötigt 7/ird, je größer der vorgenannte Unterschied in der Anzahl der C-Atome ist

Das Verfahren der Erfindung eignet sich sehr gut zur Abtrennung von Aromaten aus Benzinen, wie aus Pyrolysebenzin oder Platformat In diesem Fall dient vorzugsweise ein Paraffinkohlenwasserstoffe enthaltendes Kerosin und/oder Gasöl als Hilfsmittel.

Ein geeignetes selektives Lösungsmittel ist Sulfolan und/oder ein Sulfolan, das durch Kohlenwasserstoffreste mit ingesamt höchstens 10 C-Atomen und/oder durch polare Reste subtituiert ist. Diese Sulfolan-Lösungsmivtel eignen sich sowohl für die vorstehend erläuterte Abtrennung von Aromaten von Paraffinkohlenwasserstoffen, als auch ganz allgemein für jene polarer (polarisierbarer) Verbindungen von nicht polaren Verbindungen.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein Kohlenwasserstoffgemisch, das aus Paraffinkohlenwasserstoffen mit 4 bis 9 C-Atomen pro Molekül, Naphthenen wiit 6 bis 9 C-Atomen pro Molekül und Aromaten mit ebenfalls 6 bis 9 C-Atomen pro Molekül besteht, wird in Gegenwart von Sulfolan als selektivem Lösungsmittel destilliert Das Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Sulfolan war als Extraktphase bei der Extraktion eines Platformatbenzins mit Sulfolan erhalten worden. Der Sulfolangehalt beträgt etwa 83 Gew.-%. Die Destillation wird in einer mit Siebboden ausgerüsteten Säule aus Glas, die einen Durchmesser von 50 mm aufweist, durchgeführt Als Hilfsmittel wird Hexadekan eingesetzt Bei Verwendung einer Hexadekan-Konzentration von 0,00001% beträgt die Erniedrigung der Schichthöhe auf den Böden 15%, bei einer Hexadekan-Konzentration von 0,0001% sogar 40%.

Beispiel 2

Die Destillation von Beispiel 1 wird wiederholt, als Hilfsmittel wird jedoch ein sogenantes »geruchsfreies« Kerosin verwendet, das hauptsächlich Paraffinkohlenwsserstoffe mit 12 bis 17 C-Atomen pro Molekül enthält Die Erniedrigung der Schichthöhe auf den Böden beträgt bei einer Kerosin-Konzentration von 0,00001% 25%, bei eine Kerosin-Konzentration von 0,0003% sogar 40%.

Beispiel 3

Es wird ein Gemisch aus Wasser und Äthanol in der Säule von Beispiel 1 durch Destillation aufgetrennt. Die Schichthöhe auf den Böden wird durch Zugabe von 0,1% 1-Propanol als Hilfsmittel um 35% erniedrigt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Auftrennung von Gemischen entsprechend dem Verbindungstyp der darin enthaltenen Stoffe zu ein«, r oder mehrren relativ leichten Fraktionen und einer schwereren, zumindest von einem Verbindungstyp befreiten flüssigen Fraktion durch eine Methode, bei der die Gasphase mit der flüssigen Phase in Berührung kommt, gegebenenfalls mittels Destillation in Gegenwart eines selektiven Lösungsmittels, und welche Methode man in Gegenwart eines Hilfsmittels durchführt, das mindestens einen Bestandteil enthält, der dem aus der schwereren Fraktion entfernten Verbindungstyp entspricht, dadurch gekennzeichnet,daß das Hilfsmittel eine weit geringere Flüchtigkeit als diese aus der schwereren Fraktion entfernten Verbindungen aufweist und daher im wesentlichen als gelöster Bestandteil der schwereren Fraktion zurückgewonnen wird, und daß die Hilfsmittel-Konzentration in der schwereren Fraktion im Bereich von 10-⁷% bis zur Löslichkeitsgrenze des Hilfsmittels in der schweren Fraktion oder in einem vorhandenen Lösungsmittel liegt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Hilfsmittel während des Trennverfahrens selbst zusetzt