DE2131642C3 - Verfahren zur Rückgewinnung eines wasserlöslichen primären Lösungsmittels aus einem durch eine primäre Extraktion der Aromaten aus einem Kohlenwasserstoffbeschickungsstrom erzeugten nichtaromatischen Raffinatstrom - Google Patents

Description

R₁ CH CH R₁

i ;

R₂ — CH CH R₃

In dieser Strukturformel sind R₁, R₂, R₃ und R₄ aus folgenden Gruppen ausgewählt: Ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit einem bis 10 Kohlenstoffatomen, ein Alkoxyrest mit einem bis zu 8 Kohlenstoffatomen sowie ein Arylalkylrest mit einem bis zu 12 Kohlenstoffatomen.

Andere im Rahmen dieses Verfahrens verwendbare Losungsmittel sind die Butadiensulfone, wie das 2-Butadiensulfon oder das 3-Butadiensulfon, die die folgenden Strukturformeln haben:

30

R₁ CH CH R₁

R. CH CH R₃

in der R₁, R₈, R₃ und R₄ ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, einen Arylalkylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder einen Alkoxyrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten, verwendet worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als primäres Lösungsmittel mindestens ein Polyalkylenglykol verwendet worden ist.

35 CH CH₂

CH CH₂
2-Butadiensulfon

CH CH,

CH CH
3-Butadiensulfon

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Es ist bekannt, daß das die Extraktionszone bei dem Extraktionsverfahren eines aromatischen Kohlenwasserstoffes verlassende nichtaromatische Raffiftat Lösungsmittel enthält. Das mit dem Raffinatstrom mitgeführte Lösungsmittel muß nicht nur deswegen zurückgewonnen werden, weil es auf das unmittelbar nachfolgende Weiterverarbeiten oder die zum Schluß erfolgende Verwendung des Raffinats einwirken könnte, sondern in erster Linie deswegen, weil der ständige Lösungsmitlelverlust in dem Raffinatstrom bei dem Extraktionsverfahren für die Aromaten eine hinderliche wirtschaftliche Ausgabe ist. Die Rückgewinnung des Lösungsmittels aus dem Raffinatstrom kann durch Destillation oder Adsorption oder mittels eines sekundären Lösungsmittelextraktionsverfahrens erfolgen.

Bei technisch durchgeführten Extraktionsverfah-Andere Lösungsmittel, welche ein großes Trennungsvermögen zur Trennung von Aromaten von nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen aufwei-

♦0 sen und welche im Rahmen der Erfindung verwendet werden könen.sind das 2-Methyltetramethylensulfon, das 2,4-DimethyltetramethylentiUlfon, der Methyl-2-sulfonäther, das n-Aryl-3-sulfonylamin, das 2-Sulfonylacetat, das Diäthylenglykol, verschiedene PoIyäthylenglykole, das Dipropylenglykol, verschiedene Polypropylenglykole, das Dimethylsulfoxyd, das N-Methylpy rollidon.

Das im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugte Lösungsmittel ist das Tetramethylensulfon mit der folgenden Strukturformel:

55 CH» CH»

CH₂ CH,

Da die für die Extraktion von Aromaten verwendeten Lösungsmittel wasserlöslich sind, wird das Lösungsmittel üblicherweise durch In-Kontakt-Bringen mit einem wäßrigen Strom in einer nachfolgenden Extraktionsanlage extrahiert. Die Extraktion des Lösungsmittels aus dem Raffinat mit Hilfe von Wasser kann in jeder geeigneten Flüssig-Flüssig-Extraktionsanlage erfolgen, wie z. B. in einer Füllkörper, wie Berl-Sattelkörper oder Raschigringe, enthaltenden Kolonne, in einer Böden enthaltenden Kolonne

ι/

oder in einem Drehscheibenkontaktbehälter. Das Lö- durch Veränderung der Durchtrittsgeschwindigkeii

sungsmittel kann dann leicht durcii Destillation aus gelingt, einen weiteren Bereich eines Optimums im

der wäßrigen Losung gewönne·; werden. Verhältnis von Extraktionswirkung und Wirtschaft-

Eine Extraktionsboden enthaltende Exifäküons- lichkeit zu finden, der bei gleichen oder geringeren kolonne, in der das Lösungsmittel durch Extraktion 5 Anlagenkosten einen wesentlich höheren Wirkungsmit Wasser aus dem nichtaromatischen Raifinat ge- grad der Extraktion erbringt und daher günstiger isi wonnen wird, ist die sogenannte »Regenbogen«- als der Bereich, in dem nach dem Stand der Technik Extrak'ionskolonne. Bei dieser Verfahrensweise gearbeitet wurde. Dieser Bereich liegt bei Werten weist die Extraktionskolonne eine Vielzahl von durch- von 1,5 bis 2,4 m/sec für die Durchtrittsgeschwindigbrochenen Extraktionsboden mit Einbauten für ₁₀ keit und ergibt eine Extraktion des restlichen Lö-Steigleitungec aof. Die Wasserphase sammelt sich sungsmittels aus dem Raffinat mit einem Wirkungs-Über dem Boden und lauft durch darin befindliche grad von mehr als 99% bei weniger Extraktionsbööffnungen nach unten, während die Kohlenwasser- den und größeren Bodenabständen, was insgesamt stoffphase s.Ji unter dem Boden befindet und durch zu geringeren Anlagenkosten führt,
die in dem Boden befindliche Steigleitung zu der ,₅ Bei einer anderen Ausführungsform der neuen Arnächsten Kontaktstufe nach oben -teigt. Das durch beitsweise wird mindestens ein Teil des im wesentdie öffnungen in dem Extraktionsboden fallende liehen von primärem Lösungsmittel freien extrahier-Wasser regnet durch die Kohlenwasserstoffphase, die ten Raffinats zu der Extraktionskolonne zurückgeleisich unmittelbar unter dem Boden befindet. Daher tet und mit dem das primäre Lösungsmittel enthalwird für diese Art eines Wasserrieselturmes bezeich- _ao tenden Raffinatstrom gemischt,
nenderweise der Ausdruck »Regenboden« verwendet. Die Erfindung eignet sich besonders gut für den

Eine andere Ausführungsform, bei welcher eine Fall, in welchem das sekundäre Lösungsmittel Was-

mehrere Böden aufweisende Vorrichtung verwendet ser enthält und das primäre Lösungsmittel entweder

wird, um das nichtaromatische Raffinat zur Rück- ein Tetramethylensulfon oder eines oder mehrere

gewinnung des Lösungsmittels mit Wasser zu be- 25 Glykole enthält.

rieseln, weist eine Vielzahl von durchbrochenen Bö- Der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen den auf, die mit Falleitungen versehen sind. Bei die- Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren beser Bodenart wird das Wasser über den Böden zu- ruht mindestens in der erheblich größeren Wirtschaftruckgehalten und läuft über die Falleitungen in die lichkeit, teilweise wohl auch in dem besseren Extrakdarunter befindliche Kontaktstufe. Die unterhalb des _3O tionswirkungsgrad.

Bodens befindliche Kohlenwasserstoffphase steigt Die erfindungsgemäße Arbeitsweise wird im fol-

durch die öffnungen des Bodens und durch die Was- genden an Hand der Zeichnungen näher erläutert,

serphase nach oben, und die auf dem Boden befind- Diese zeigen in

liehe Wasserschicht extrahiert hierbei das in dem F i g. 1 ein vereinfachtes schematisches Fließbild

Raffinat enthaltene Lösungsmittel. ₃₅ einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver-

Bei Verwendung dieser Art von Wasserberiese- fahrens,

lungs-Extraktionsböden ist nach dem Stand der Tech- F i g. 2 die durch Laborversuche ermittelte Abhännik ein Bodenabstand zwischen benachbarter. Böden gigkeit der Menge des aus dem Raffinat extrahierten von 0,6 m üblich. Der Bodenzwischenraum enthält Lösungsmittels in Prozent von der Durchschnittsgewöhnlich etwa 0,3 m über dem Boden befindliche ₄₀ geschwindigkeit in m/sec und

Wasserphase und etwa 0,3 m über der Wasserphase F i g. 3 den Einfluß der Durchtrittsgeschwindigkeit

befindliche Kohlenwasserstoff phase. Die Kohlenwas- auf verschiedene Konstruktionsdaten der Extrak-

serstoffphase strömt durch die öffnungen in den Bö- tionskolonne für ein bestimmtes Beispiel,
den mit einei Durchschnittsgeschwindigkeit unterhalb Die Aninelderin stellte durch Laborversuche fest,

0,6 m/sec, vorzugsweise von etwa 0,3 m/sec. 45 daß der Extraktionswirkungsgrad, d. h. die Menge

Die nach dem Stand der Technik eingehaltenen an aus dem Raffinat extrahiertem Lösungsmittel mit Durchtrittsgeschwindigkeiten bei Verfahren der ein- zunehmender Durchtrittsgeschwindigkeit linear angangs genannten Art von höchsten 0.6 m/sec und steigt, unabhängig von der in der Kohlenwasserstoffvorzugsweise 0,3 m/sec ergaben sich nach der bis- phase gelösten Lösungsmittelmenge und unabhängig herigen Auffassung aus der Notwendigkeit, bei der- 50 von der in der wäßrigen Phase enthaltenen Lösungsartigen Wasserberieselungsverfahren ein Mitreißen mittelmenge (vgl. Fig.2). Bei diesen Laborversuchen der Phasen möglichst gering zu halten, um die Wirk- wurde Tetramethylensulfon aus einem Raffinat mit samkeit der Extraktion auf den Böden möglichst verschiedenem Tetramethylensulfongehalt (vgl. Kurgroß zu halten. Diese Werte wurden als Optimum für ven A, B, C) mit einer Wasserbeschickung von unterden Wirkungsgrad der Extraktion im Vergleich zur 55 schiedlichem Tetramethylensulfongehalt extrahiert. Wirtschaftlichkeit angesehen, da eine Verbesserung Aus den Kurven in F i g. 2 müßte man nun, ohne des Extraktionswirkungsgrades nach dem Stand der weitere Erkenntnisse zur Verfugung zu haben, den Technik nur durch Vergrößerung der Bodenzahl Schluß ziehen, daß der Eixtraktionswirkungsgrad auf hätte erreicht werden können, was die Kosten für die lOO°/o gebracht werden kann, wenn man nur die Anlage ungleich stärker erhöht hätte, so daß man das 60 Durchtritisgeschwindigkek entsprechend steigert. Optimum verlassen hätte. Dem ist jedoch nicht so, vielmehr gibt es eine obere

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Grenze der Durchtrittsgeschwindigkeit für einen op-

\ erfahren zu schaffen, welches apparativ einfach und timalen Extraktionswirkungsgrad, die sich aus ande-

wirtschaftlich durchführbar ist und welches einen ren Gesichtspunkten ergibt:

hohen Wirkungsgrad der Lösungsmittelrückgewin- 65 Da der Bodenabstand durch das hydraulische

iiung aus dem Raffinat mit einem Minimum an Gleichgewicht für eine bestimmte Durchtritts-

Kosten für die Anlage verbindet. geschwindigkeit festgelegt ist, erfordern größere

Die Anmelderin hat nämlich festgestellt, daß es Durchtrittsgeschwindißkeiten einen größeren Boden-

2 131

abstand. Ab einer bestimmten Durchtrittsgeschwin- sungsmittel, das aus dem Raffinat zurückgewonnen digkeit und bei bestimmten Betriebsbedingungen kann werden soll, so liegt das Molverhältnis von Wassei ein Mitreißen der Phasen und damit eine beträcht- zu Raffinat im Bereich von 0,5 : 1 bis 1: 1.
liehe Verschlechterung des Extraktionswirkungsgra- Die Extraktionsböden in dem Wasserberieselungs-

des auftreten, so daß der für das richtige hydrau- 5 turm 2 für das Raffinat können in beliebiger ArI lische Gleichgewicht erforderliche Bodenabstand ausgebildet sein, vorausgesetzt, daß das Raffinal unter Umständen nicht ausreicht, um ein Absetzen durch die Durchbrechungen in den Böden nach oben der Phasen zwischen den Böden zu ermöglichen. strömen kann. Auf diese Weise steht über jedem Zwar könnte ein ordnungsgemäßes Absetzen der Boden eine wäßrige Schicht, die über Falleitunger Phasen voneinander durch weitere Vergrößerung des io auf den darunterliegenden Extraktionsboden über-Bodenabstandes erzielt werden, bei einer Kolonnen- fließt. Die Kohlenwasserstoffphase Ist in dem Bereich länge, wie sie dann entstünde, wäre jedoch der Ko- unterhalb jedes Extraktionsbodens und oberhalb dei stenaufwand so groß, daß der Bereich des Optimums wäßrigen Phase, die von dem darunterliegenden Exverlassen wäre. traktionsboden zurückgehalten wird, eingeschlossen

Gemäß F i g. 3 würden sehr hohe Durchtrittsge- 15 Wenn das Raffinat durch den Turm oder die Koschwindigkeiten eine sehr geringe Bodenanzahl be- lonne nach oben strömt, tritt es durch die Durchdingen. Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann brechungen jedes Extraktionsbodens 3 mit einei es jedoch in der Extraktionsanlage für die Aroma- Durchtrittsgeschwindigkeit von 1,5 bis 2,4 m/sec ten, in welcher der Wasserberieselungsturm eine Ver- hindurch.

fahrensstufe darstellt, zu Fließratenschwankungen ao Das beladene Waschwasser verläßt den unterer und einem Umschlagen der Betriebsbedingungen Teil der Kolonne 2 durch die Leitung 5 und strömi kommen. Bei einem solchen Umschlagen könnte ein zu einer nachfolgenden Weiterverarbeitungsanlage beträchtlicher Schwall an primärem Lösungsmittel zur Rückgewinnung des primären Lösungsmittels mit dem nichtaromatischen Raffinat in den Wasser- Das Raffinat verläßt den Wasserberieselungsturm 2 berieselungsturm gelangen und aus dem Wasserberie- »5 durch die Leitung 6 und gelangt entweder zu einei selungsturm wieder ausströmen, ohne aus dem Raffi- Weiterverarbeitungsanlage oder zu Speicherbehälnat extrahiert worden zu sein, wenn die Bodenzahl tern, beides nicht dargestellt. Das Raffinat enthält in dem Wasserberieselungsturm weniger als 3 be- dann eine geringere Menge primären Lösungsmitträgt. Da die Bodenzahl aber ihrerseits wieder die tels, als dieses bisher nach dem Stand der Technik Durchtrittsgeschwindigkeit beeinflußt, ergibt sich aus 30 bei einer Betriebsweise mit Durchtrittsgeschwindig· der für das Vermeiden eines derartigen UmschJagens keiten unterhalb 0,6 m/sec erreicht wurde,
bzw. der dadurch verursachten, den Extraktionswir- Manchmal ist es wünschenswert, die Aromaten-

kungsgrad verschlechternden Erscheinungen, eine extraktionsanlage mit weniger als 5O°/o des Nennerforderliche Mindestbodenzahl, welche Durchtritts- durchflusses zu fahren. Demzufolge müssen Vorkehgeschwindigkeiten von über 2,4 m/sec ausschließt. 35 rangen getroffen werden, um beim Betrieb des Was-

Die untere Grenze für die Durchtrittsgeschwindig- serberieselungsturmes 2 die gewünschte Durchtrittskeit von 1,5 m/sec ergibt sich aus einem von da an geschwindigkeit durch die Extraktionsböden auferfolgenden allmählichen Ansteigen der Kosten, rechterhalten zu können und damit den erhöhten wenngleich auch in dem Bereich von 0,6 bis 1,5 m/sec Wirkungsgrad der Extraktion unbeschadet von Änsich im Vergleich zum Stand der Technik bei glei- 40 derungen der Fließrate des Raffinatbeschickungschem Extraktionswirkungsgrad immer noch eine stromes zu sichern. Zu diesem Zweck kann ein Teil größere Wirtschaftlichkeit ergibt. des reinen Raffinats riickgeleitet werden, derart, daß

Gemäß F i g. 1 verläßt ein nichtaromatischer, ein die Durchtrittsgeschwindigkeiten durch die Extrakprimäres Lösungsmittel in Lösung enthaltender Raffi- tionsböden den gewünschten Wert beibehalten,
natstrom eine nicht dargestellte Extraktionszone für 45 Sollte daher der Raffinatbeschickungsstrom ent-Aromaten bei einer Temperatur, die gewöhnlich weder infolge einer Änderung der Beschickungsfiießhöher liegt als 66⁰C. Dieser Raffinatstrom wird in rate oder der Zusammensetzung der der nicht darnicht dargestellten Wärmeaustauschern gekühlt und gestellten Aromatcnextraktionskolonne zufließenden tritt in den Wasserberieselungsturm 2 für das Raffi- Beschickung kleiner werden, so wird ein Teil des nat durch die Leitung 1 bei einer Temperatur von 50 Raffinats durch die Leitung 7 aus der Leitung 6 in 38° C oder niedriger em. Dieser Wasserberiesehings- einer geregelten Menge abgezogen. Die Fließrate des turm weist eine Vielzahl von Extraktionsböden 3 auf, durch die Leitung 7 erfolgenden Abzuges wird mitvon denen jeder einen durchbrochenen Boden und te!s eines Durchflußmengensteuerventils 8 geregelt, Falleitungen aufweist. Zur Vereinfachung ist jeder um die gesamte durch den Wasserberieselungstu m 2 Boden nur mit einer einzigen Falleitung dargestellt. 55 fließende Menge an Kohlenwasserstoffen auf einem Die Betriebsbedingungen des Berieselungsturms Wert τα halten, der zur Herbeiführung der gewünsch- oder der Kolonne 2 liegen in einem Temperatur- ten Durchtrittsgeschwindigkeit durch die Durchbrebereich von 16 bis 49° C, normalerweise bei etwa chungen in den Böden 3 ausreicht. Der zurückgelei-38° C und einem genügend hohen Druck, um alle tete Teil des Raffinats strömt durch das Ventil 8 in Komponenten im flüssigen Zustand zu halten. Nor- 60 die Leitung 9. Danach strömt er durch ein Absperrmalerweise beträgt der Druck mehr als 3 atm. Das ventil 10 und durch die Leitung 11 wieder in den unbeladene Waschwasser tritt durch die Leitung 4 Wasserberieselungsturm 2. Dies ist die bevorzugte in einem Verhältnis von Wasser zu Raffinatkohlen- Ausführungsfonn der Rückleitung. Frisch zugeführwasserstoff von 0,5 Mol pro Mol bis 2,0 Mol pro tes primäres Lösungsmittel enthaltendes Raffinat Mol ein. Ist Tetramethylensulfon das primäre Lo- 65 wird mit dem rückgeführten Raffinat unterhalb des sungsmittel, so bewegt sich das Molverhältnis von untersten Extraktionsbodens 3 vermischt, und der Wasser zu Raffinat in einem Bereich von 1 :1 bis vermischte Kohlenwasserstoffstrom strömt dann 1,4:1. Ist em Poryalkylenglykol das primäre Lo- durch die Durchbrechungen der Extraktionsböden

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mit der gewünschten Durchtrittsgeschwindigkeit nach oben.

Eine alternative Verfahrensweise besteht darin, das Raffinat durch die Leitung 12, das Absperrventil 13 und die Leitung 14 in die Leitung 1 zurückzuführen. Zu diesem Zweck bleibt das Absperrventil 10 in der Leitung 9 geschlossen, und frisches und rückgeleitetes Raffinat mischen sich in der Leitung 1 vor dem Eintritt in die Kolonne 2.

Die in F i g. 2 dargestellten Werte wurden in Laboratoriumsversuchen ermittelt, bei welchen ein einziger Extraktionsboden verwendet und mit einem nichtaromatischen Raffinat aus einer technischen Extraktionsanlage beschickt wurde. Das Raffinat wurde mit verschiedenen Konzentrationen eines primären Lösungsmittels gemischt, und durch Mischen reinen Wassers mit verschiedenen Konzentrationen eines primären Lösungsmittels (Tetramelhylensulfon) wurde synthetisches Waschwasser hergestellt. Es wurden verschiedene Konzentrationen des primären Lösungsmittels in dem Waschwasser eingestellt, um die Betriebsbedingungen an verschiedenen Stellen (oben und unten) eines Wasserberieselungsturmes zu simulieren.

traktion von Tetramethylensulfon mit Hilfe von Wasser aus einem Raffinat, wie oben an Hand der F i g. 2 beschrieben.

Die Daten für die Kurven in Fig. 3 wurden in einem Extraktionsbehälter von 1,2 m Durchmesser mit Extraktionsböden, welche Löcher von 0,95 cm Durchmesser aufweisen, erhalten. Die Lochgröße hat keine besondere Bedeutung, da die Durchtrittsgeschwindigkeit erfindungsgemäß der entscheidende Faktor ist. Die Extraktionsböden weisen Falleitungen auf, welche ausreichen, um 0,3 m wäßriger Phase auf jedem Boden festzuhalten.

Zu den vorgegebenen Bedingungen gehört ferner, daß der Tetramethylensulfongehalt des Raffinats von 550 Teilen pro Million auf nur ein Teil pro Million in dem Raffinatprodukt reduziert werden soll.

Aus den im Laboratorium für Tetramethylensulfon erhaltenen Daten ergibt sich die Kurve D, welche an der linken Ordinate die Anzahl der im Wasserberieselungsturm erforderlichen Extraktionsböden gegen die Durchtritlsgeschwindigkeit durch die Extraktionsböden in m/sec aufgetragen zeigt. Diese Kurve macht deutlich, daß in dem Maße, in dem die Durchtrittsgeschwindigkeit zunimmt, die Gesamtzahl der erfor-

Das verwendete Raffinat hatte ein spezifisches Ge- 15 derlichen Böden für eine spezifische Rückgewinnung icht von 0,703 bis 15,6/15,6° C sowie einen Siede- an Tetramethylensulfonlösungsmittel abnimmt.

In F i g. 3 ist weiter eine Kurve E dargestellt, welche an der rechten Ordinate den Bodenabstand innerhalb des Wasserberieselungsturmes gegen die Durchtrittsgeschwindigkeit durch die Extraktionsböden in m/sec aufgetragen zeigt. War z.B. 1 mhydrostatischer Wasserdruck erforderlich, um das Raffinat mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch die Löcher zu drücken, und würde eine kürzere Fall

bereich von 68 bis 181° C. Dieses Raffinat enthielt 98,2°o des flüssigen Volumens an Nichtaromaten und l,8°/o des flüssigen Volumens an Aromaten und wurde für die Experimente mit verschiedenen Mengen primären Lösungsmittels vermischt.

F i g. 2 zeigt eine Auftragung der Prozenlzahlen der Menge des aus dem Raffinat extrahierten Lösungsmittels gegen die Durchtrittsgeschwindigkeit. In

F i g. 2 sind drei Kurven aufgezeichnet, und alle Kur- 35 leitung verwendet, so würde das Raffinat die Löcher ven betreffen einen Extraktionsboden mit kreisför- in dem Boden einfach umgehen und durch die FaIlmigen öffnungen von 0,2083 cm Durchmesser. Die leitung aufsteigen. Daraus geht hervor, daß der zwi-Kurven/4, B C zeigen den größeren Wirkungsgrad, sehen benachbarten Extraktionsböden erforderliche der durch Vergrößerung der Durchtrittsgeschwindig- Bodenabstand in dem Maße zunimmt, wie die Durchkeit erzielbar ist. Der Tetramethylensulfongehalt des 40 trittsgeschwindigkeit größer wird. Es ist darauf hin-Raffinats und der Wasserbeschickung war für jede zuweisen, daß handelsübliche technische Anlagen Kurve verschieden auch noch einen Spielraum von 4,2 m am Boden

und am Kopf des Wasserberieselungsturmes erfordern. Dieser zusätzliche Abstand schafft eine Beruhigungszone im Kopf und im Boden, in welcher die Kohlenwasserstoff- und die wäßrige Phase sich absetzen können, bevor sie aus dem Wasserberieselungsturm abgezogen werden.

Die Kurven in F i g. 3 beruhen auf der Extraktior eines 550 Teile pro Million Tetramethylensufon ent haltenden nichtaromatischen Raffinats mit Wasser ii einem Wasserberieselungsturm zur Erzeugung eine: nur ein Teil pro Million Tetramethylensulfon enthal tenden Raffinats. Der Extraktionswirkungserad lieg daher über 99°o.

Als nächstes stellt sich daher die Frage, wo siel der mit niedrigsten Kosten erzielbare größte Wir kungsgrad befindet. Am meisten Kosten werden be einem Wasserberieselungsrurm durch die Kolonn

	A	B	C
Gewichtsteile pro Mil lion an Tetramethylen sulfon in eintretendem Raffinat ...	50 150	550 150	550 10 000
Gewichtsteile pro Mil lion an Tetramethylen- sulfon in eintretendem Wasser

Die Kurven in F i g. 2 zeigen deutlich, daß eine
größere Durchtrittsgeschwindigkeit den Extraktionswirkungsgrad unabhängig von der in der Kohlenwasserstoffphase gelösten Lösungsmittelmenge und unabhängig von der in der wäßrigen Phase enthaltenen 60 und die Extraktionsböden verursacht. Eine Kosten Lösungsmittelmenge vergrößert. Ähnliche Kurven kalkulation des Wasserberieselungsrurmes wurd wurden bei anderen Extraktionsverstichen erhalten, ~ - - -- - —

bei welchen andere Lochgrößen verwendet wurden.

F i g. 3 zeigt Kurven zur Verdeutlichung der maxiauf Grund der Kurven nach F i g. 3 durchgeführt. E wurde festgestellt, daß die Kosten bei einer Durch trittsgeschwindigkeit über 1,5 m/sec praktisch kor

malen Wirkung der Erfindung bei ihrer Anwendung 65 stant waren. Bei Durchtrittsgeschwindigkcitcn unte auf einen in herkömmlicher Weise ausgelegten Was- 1,5 m/sec stiegen die Kosten mit sinkender Durct serberiesclungsturm. F i g. 3 enthält eine Auftragung trittsgeschwindigkeit an. Bei niedrigen Durchtritt von Konstruktionsgrößen für ein Verfahren zur Ex- geschwindigkeiten war die Kolonne kürzer, es wurc

cno inont

jedoch eine größere Anzahl von Extraktionsböden notwendig. Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist bekannt, daß die Extraktionsböden ein sehr teurer Punkt der Anlage sind. Ein kurzer Wasserberieselungsturm mit vielen Extraktionsböden ist daher teurer als ein langer Turm mit weniger Extraktionsböden, die in größerem Bodenabstand angeordnet sind.

Aus den Daten kann daher der Schluß gezogen werden, daß weniger Kapitalaufwand notwendig ist, wenn man eine Durchtrittsgeschwindigkeit über 1,5 m/sec beim Extrahieren einstellt.

Aus den in F i g. 3 aufgetragenen Kurven könnte der Schluß gezogen werden, daß bei einer sehr hohen Durchtrittsgeschwindigkeit maximale Wirtschaftlichkeit und ein maximaler Wirkungsgrad erzielbar wären. Jedoch begrenzen andere Gesichtspunkte den Betriebsbereich auf eine maximale Durchtrittsgeschwindigkeit von 2,4 m/sec.

Der Bodenabstand ist durch das hydraulische Gleichgewicht für eine bestimmte Durchtnttsgeschwindigkeit festgelegt. Größere Durchtrittsgeschwindigkeiten erfordern einen größeren Bodenabstand. Im Laboratorium wurde festgestellt, daß der erforderliche Bodenabstand angemessen war, um die Phasen sich absetzen zu lassen, so daß nicht so viel mitgerissen wurde, daß die durch die hohe Durchtrittsgeschwindigkeit erzielte Verbesserung des Extraktionswirkungsgrades wieder verloren ging. So wurde gefunden, daß eine Durchtrittsgeschwindigkeit von bis zu 2,4 m/sec und ein Bodenabstand von bis zu 3,6 m verwirklicht werden konnten, urr; einen mit minimalen Kosten zu erstellenden Wasserberieselungsturm zu konstruieren, welcher dennoch den Vorteil eines verbesserten Extraktionswirkungsgrades besaß. Im Laboratorium erhaltene Daten zeigen, daß Durchtrittsgeschwindigkeiten von über 2,4 m/sec ein problematisches Mitreißen bewirkten. Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann der für das richtige hydraulische Gleichgewicht erforderliche Bodenabstand unter Umständen nicht ausreichen, um ein richtiges Absetzen der Phasen zwischen den Böden zu ermöglichen. Der durch die hohe Durchtrittsgeschwindigkeit erzielbare Extraktionswirkungsgrad könnte daher durch auftretendes Mitreißen wieder verlorengehen. Zwar könnte ein ordnungsgemäßes Absetzen der Phasen voneinander durch weitere Vergrößerung des Bodenabstandes erzielt werden, dies würde jedoch zu einer Kolonnenlänge führen, welche sich durch den Kostenaufwand verbieten würde.

Aus F i g. 3 ist ?uch ein weiterer Grund für die Beschränkung der Betriebsbedingungen auf eine maximale Durchtrittsgeschwindigkeit von 2.4 m/sec ersichtlich. Aus F i g. 3 geht hervor, daß die Zahl der für die Extraktion bei dieser Durchtrittsgeschwindigkeit erforderlichen Böden nur sechs beträgt und daß bei größeren Durchtrittsgeschwindigkeiten weniger Böden erforderlich sind. Verkleinert man den Wasserberieselungsturm auf eine so kleine Anzahl von Extraktionsböden, so tritt bei der Extraktion mit Wasser die Gefahr auf, daß das primäre Lösungsmittel nicht mehr wirksam aus dem nichtaromatischen Raffinat extrahiert werden kann. Diese Gefahr liegt bei bestimmten Betriebsbedingungen darin, daß die Extraktionsanlage für die Aromaten, in welcher der Wasserberieselungsturm eine Verfahrensstufe darstellt, Fließratenschwankungen und einem Umschlagen der Betriebsbedingungen unterliegen kann. Wenr ein solches Umschlagen sich ereignen sollte und dei Wasserberieselungsturm weniger als sechs Extraktionsböden enthält, so könnte ein beträchtlichei Schwall an primärem Lösungsmittel mit dem nichtaromatischen Raffinat in den Wasserberieselungsturm gelangen und aus dem Wasserberieselungsturm wieder ausströmen, ohne aus dem Raffinat extrahier! worden zu sein. Es ist daher wünschenswert, eine genügende Anzahl von Extraktionsböden in dem Wasserberieselungsturm vorzusehen, um die Gefahr, daG irgendein Umschlagen oder Schwanken der Betriebsbedingungen in der Extraktionskolonne für die Aromaten zum Verlust einer wesentlichen Menge primä-

t5 ren Lösungsmittels führt, möglichst klein zu halten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Wasserberieselungsturmes sollte die Anzahl der Extraktionsböden daher mindesten sechs, vorzugsweise mehr als sechs betragen, so daß Durchtrittsgeschwindigkeiten über 2,4 m 'see vermieden werden.

Die Wirksamkeit der Erfindung wird an Hand des folgenden Beispiels verdeutlicht, welches auf den Betriebsergebnissen einer handelsüblichen Fixirak tionsanlage für Aromaten beruht.

Beispiel

Eine handelsübliche Extraktionsanlage für Aromaten wurde mit einer konzentrierten Aromatenbeschickung beaufschlagt, um Benzol, Toluol, Xylol und C₉ Aromaten aus r"em Kohlenwasserstoffbeschickungsstrom zu extrahieren. Aus dem Extraktionsverfahren für die Aromaten wurde ein Raffinat abgezogen, welches einen Siedebereich im C₀-C₀-Be-

reich und ein spezifisches Gewicht von 0,728 aufwies. Diese Raffinatmenge enthielt 2,7 Molprozent aromatische Kohlenwasserstoffe und 1,2 Molprozent Tetramethylensufonlösungsmittel.

Das Raffinat trat in den Wasserberieselungsturm einer handelsüblichen Aromatenextraktionsanlage (Fig. 1) durch die Leitung 1 mit einer Fließrale von 330 nVVStunde oder 212,3 kmol pro Stunde ein. Bei diesen Fließraten enthielt der dem Wasserberieselungsturm 2 zugeführte Raffinatstrom 2,5 kmol pro Stunde an Tetramethylensulfonlösungsmittel, welches in dem Verfahren wieder zurückgewonnen werden sollte.

Der Wasserberieselungsturm 2 enthielt acht Extraktionsböden 3 mit Löchern von 6,35 mm Größe.

Der Bodenabstand in der Extraktionskolonne betrug

2.3 m zwischen benachbarten Extraktionsböden.

Ein Waschwasserstrom trat in den Berieselungsturm 2 durch die Leitung 4 mit einer Fließrate von

5.4 m'/Stunde oder 300 kmol/Stunde ein. Dieses unbeladene Waschwasser kam aus dem Extraktstripper der handelsüblichen Extraktionsaniage für die Aromaten und enthielt daher etwa 100 Teile pro Million Tetramethylensulfon und Spuren von niedrigsiedenden aromatischen Kohlenwasserstoffen.

Der Raffinatstrom trat in die Extraktionskolonne durch die Leitung 1 ein und strömte durch die Durchbrechungen der acht Extraktioiisnodcn mit einer Durchtrittsgeschwindigkeit von 1,85 m see nach oben. Es wurde eine ExtraktionstemperaMr vnn 38° C

und ein Druck von 5,4 atm eingehalten.

Das Waschwasser wurde aus dem Boden des Wasserberieselungsturmes 2 durch die Leitung 5 mit einer Fließrate von 5.6 rn-Vh nder m? S kmnl/h ab-

11 * 12

gezogen. Dieser Wasserstrom enthielt 2,5 kmol pro mären Lösungsmittels aus dem Raffinat zu verbes-

Stundc Tetramethylensulfonlösungsmittel, das aus sern, ohne ein Einsetzen zusätzlicher Stufen für den

der Kohlenwasserstoffphase in der die acht Extrak- Stoffaustausch erforderlich zu machen. Im Gegen-

tionsböden enthaltenden Extraktionszone extrahiert satz zu dem, was man nach dem Stand der Technik

worden war. 5 erwarten würde, kann ein besserer Extraktionswir-

Das Raffinat wurde vom Kopf des Wasserberiese- kungsgrad durch Verringerung der Bodenzahl an-

lungsturmes 2 durch die Leitung 6 mit einer Fließ- statt durch Vergrößerung der Bodenzahl erreicht

rate von 327 m^:l/h oder 209,8 kmol/h abgezogen. werden. Natürlich muß das Verfahren in anderen

Das Raffinat des Wasserberieselungsturmes enthielt Punkten modifiziert werden, um den Durchtritt des

dementsprechend 10 bis 12 Teile pro Million Tetra- io Raffinats durch die Durchbrechungen der Extrak-

methylensulfon. tionsböden mit größerer Durchtrittsgeschwindigkeit

Die Erfahrungen nach dem Stand der Technik sicherzustellen, dies wird jedoch in einfacher Weise

beim Entfernen von Lösungsmittel mit Hilfe von durch Anbringen einer Rückführungsleitung für die

Wasser aus ähnlichen Raffinaten bei einer niedrigen Rückführung eines Teils des reinen Raffinatproduk-

Durchtrittsgeschwindigkeit, gewöhnlich 0,3 m/sec, 15 tes in der geschilderten Weise erzielt,

ergaben einen wesentlich größeren Tetramethylen- Die Erfindung ermöglicht also eine vermehrte

sulfongehalt des Raffinats, üblicherweise 50 bis 100 Rückgewinnung eines primären Lösungsmittels mit

Teile pro Million Tetramethylensulfon. einem Minimum an Kosten sowohl für noch zu kon-

Beim technischen Verfahren mußte kein Raffinat struierende Wasserberieselungsanlagen als auch für zurückgeleitet werden, da die Aromatenextraktions- ao bereits bestehende, die etwas verändert werden müskolonne genügend Raffinat erzeugte, um die in dem sen, um die bei der Rückgewinnung des reinen Wasserberieselungsturm erforderlichen Durchtritts- Lösungsmittels auftretenden Probleme lösen zu geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten. Während an- können,
derer Betriebsperioden des technischen Verfahrens Es ist klar, daß die Wirksamkeit der Erfindung wurden jedoch Beschickungsraten zu der Aromaten- 25 von einer Vielzahl von Faktoren beeinflußt wird. So extraktionskolonne zurückgeschnitten und daher eine hängt z. B. der Extraktionsgrad von dem speziellen Rückführung von reinem Raffinat zu dem Wasser- primären Lösungsmittel ab, welches aus dem Kohlenberieselungsturm notwendig. Der Rückleitungsstrom wasserstoffraffinatstrom durch die Wasserberiesedes Raffinats wurde durch die Leitung 7, das Durch- lungsstufe entfernt werden soll. Außerdem werden flußmengensteuerventil 8, die Leitung 9, die Leitung 30 die Wirksamkeit und die erforderlichen Betriebsbe-12, das Absperrventil 13 und die Leitung 14 geleitet, dingungen durch die Temperatur und den Lösungswobei der Rückleitungsstrom des Raffinats mit der mittelgehalt des Raffinatstroms, den Lösungsmittelfrischen Raffinatbeschickung außerhalb des Wasser- gehalt des unbeladenen Waschwassers und die speberieselungsturmes gemischt wurde. Mit der Raffi- ziellen Betriebsbedingungen innerhalb des Wassernatrückleitung jvurde die Durchtrittsgeschwindigkeit 35 berieselungsturmes beeinflußt. Der Lösungsmittel in einem Bereich von 1,8 bis 1,9 m/sec aufrecht- gehalt des Raffinats hängt von der Temperatur dei erhalten, und der Extraktionswirkungsgrad blieb so vorhergehenden Aromatenextraktionsstufe ab, wie hoch, daß das reine Raffinatprodukt im wesentlichen auch von dem Aromatengehalt in dem Raffinat. Die die gleiche niedrige Tctramethylensulfonmenge ent- Betriebsbedingungen in dem Wasserberieselungs hielt wie bei der Betriebsweise ohne Rückleitung des 40 turm hängen daher von den Raffinat- und den Wasch-Raffinats. wassereigenschaften ab. Für den Fachmann ist e:

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft also eine jedoch kein Problem, die für jede spezifische Raffi

Möglichkeit, einen bestehenden Wasserberieselungs- natzusammensetzung erforderlichen Betriebsbedin

turm zu modifizieren, um die Extraktion eines pri- gungen zu ermitteln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Rückgewinnung eines wasserlöslichen primären Lösungsmittels aus einem durch eine primäre Extraktion der Aromaten aus einem Kohlenwasserstoffbeschickungsstrom erzeugten nichtaromatischen Raffinatstrom, in dessen Verlauf der Raffinatstrom einem wäßrigen sekundären Lösungsmittel in einer eine Vielzahl von fest eingebauten durchbrochenen Böden enthaltenden Extraktionskolonne in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Raffinat mit einer Durchtrittsgeschwindigkeit im Bereich von 1,5 bis 2,4 m/sec durch die Durchbrechungen der Böden geschickt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des im wesentlichen von primärem Lösungsmittel freien extrahierten Raffinats zu der Extraktions- ao kolonne zurückleitet und mit dem das primäre Lösungsmittel enthaltenden Raffinatstrom mischt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als primäres Lösungsmittel Tetramethylensulfon oder ein Derivat davon mit as der allgemeinen Formel

ren von Aromaten wird vorzugsweise ein Lösungsmittel vom Tetramethylensulfontyp verwendet. Das Lösungsmittel weist einen Fünferring mit einem Schwefelatom und 4 Kohlenstoffatomen auf, wobei an das Schwefelatom der. Ringes 2 Sauerstoffatome gebunden sind. Lösungsmittel vom Tetramethylensulfontyp können durch die folgende Strukturformel wiedergegeben werden: