DE2135622B2 - Verfahren zur Abtrennung »on Styrol aus thermisch gekracktem Erdöl - Google Patents
Verfahren zur Abtrennung »on Styrol aus thermisch gekracktem ErdölInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Styrol aus thermisch gekracktem Erdöl, worunter
hier ein Nebenprodukt zu verstehen ist, das man bei der thermischen Krackung von Erdölprodukten, wie
Naphtha, Leuchtpetroleum. Leichtöl oder Erdöl, bei Temperaturen oberhalb 700 C zwecks Gewinnung
von gasförmigen Olefinen, wie Ätnyien, Propylen und Buten erhält. Thermisch gekracktes Erdöl enthält ein
Gemisch von Verbindungen, wie verschiedene Arten von Dienen, Acetylene und aromatische Verbindungen,
wie Benzol, Toluol, Styrol, Xylole und Naphthaline.
Eine der wertvollsten Verbindungen im thermisch gekrackten Erdöl ist das Styrol. Um handelsfähig zu
werden, muß dieses jedoch in einen praktisch reinen Zustand gebracht werden, ohne zu polymerisieren.
Für die Abtrennung von Styrol und Xylol aus thermisch gekracktem Erdöl sind verschiedene Verfahren
bekannt. Eines der am weitesten verbreiteten besteht in der Hydrierung der ungesättigten Verbindungen,
insbesondere des Styrols zu den entsprechenden gesättigten Kohlenwasserstoffen. Darauf werden die
Benzol-, Toluol- und Xylolfraktionen durch Extraktion abgetrennt. Das durch Hydrierung aus Styrol erhaltene
Äthylbenzol wird aus der Xylolfraktion durch fraktionierte Feindestillation abgetrennt. Das Äthylbenzol
wird dann zu Styrol dehydriert und darauf durch Destillation gereinigt. Dieses Verfahren ist umständlich,
weil das Styrol zunächst in Äthylbenzol überführt und dieses anschließend wieder in Styrol
rückverwandelt wird, und verbraucht große Mengen Wasserstoff in der Hydrierungsstufe und eine große
Menge Dampfund Energie in der Dehydrierungsslufe.
Versuche zur direkten Abtrennung des Styrols aus thermisch gekracktem Erdöl wurden in der USA.-Patentschrift
33 28 267 und der britischen Patentschrift 10 38 606 beschrieben. Die USA.-Patentschrift
33 28 267 beschreibt eine extraktive Destillation von Styrol und o-Xylol aus thermisch gekracktem Erdöl
unter Benutzung eines niedermolekularen Dialkylformamids. Beispielsweise mit Dimethylformamid bildet
aber das o-Xylol ein azeotropes Gemisch und geht gemeinsam mit diesem an der Spitze der Kolonne ab.
Das bei diesem Verfahren erhaltene Styiol ist von schwachgelber Farbe und ergibt ein Polystyrol mit
schlechter Farbe und schlechten physikalischen Eigenschaften. Ferner beschreibt die USA.-Patentschrift
33 28 267 die Verwendung von p-tert.-Butylcatechin als Polymerisationsverhinderer. Bei Temperaturen
oberhalb 100 C, insbesondere oberhalb 120 C, wird
jedoch trotzdem eine ziemlich erhebliche Menge an Polystyrol gebildet, so daß die Destillation unter
stark vermindertem Druck durchgeführt werden muß und damit unwirtschaftlich wird.
Die britische Patentschrift 10 38 606 beschreibt eine
selektive Extraktion von Styrol aus thermisch gekracktem Erdöl unter Benutzung einer wäßrigen Lösung
eines Silbersalzes und verhindert die Bildung von Schleim im Inneren der Extraktionskolonne durch
Behandlung des thermisch gekrackten Erdöls mit Fullererde vor der Extraktion. Es zeigte sich jedoch,
daß bei Anwendung dieses Verfahrens das erhaltene Styrol selbst bei Reinheiten von 99,7% noch schwachgelblich war und stark gefärbtes Polystyrol bei der
Polymerisation ergab.
Die USA-Patentschrift 34 08 263 beschreibt ein Verfahren zur Fraktionierung eines Gemisches aus
Benzol, Toluol,Äthylbenzol und Styrol und damit eines von thermisch gekracktem Erdöl völlig verschiedenen
Ausgangsmaterials, bei dem offenbar eine einmalige Destillation ohne spezielle Behandlung ausreicht.
Schließlich beschreibt die USA.-Patentschrift 22 51 938 ein Verfahren zur Reinigung von aus Leichtöl gewonnenem
Rohstyrol durch Waschen des Rohstyrols mit einem Gemisch von Schwefelsäure und Kaliumdichiomat
unter Polymerisation eines wesentlichen Teils des Styrols. anschließendes Waschen mit Alkali
und sodann mit Wasser, darauf folgende Destillation des Styrols und anschließende Behandlung des Destillats
unter Entfernung der Aldehyde und Waschen mit Wasser. Die Verwendung eines Gemisches von
Schwefelsäure und Kaliumdichromat bei Styrol aus thermisch gekracktem Erdöl ist jedoch völlig wirkungslos.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, aus thermisch gekracktem Erdöl auf
einfache, wirksame und wirtschaftliche Weise Styrol möglichst hoher Reinheit und geringer Färbung abzutrennen,
das zu Polymeren hoher Festigkeit polymerisiert werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von Styrol aus thermisch gekracktem Erdöl durch extraktive
Destillation von dessen Fraktion mit einem Siedepunkt zwischen 120 und 160 C mit einem polaren
organischen Lösungsmittel, in dem Styrol löslich ist, und in Gegenwart eines Polymerisalionsverhinderers,
wobei beim Siedepunkt und oberhalb des Siedepunktes von Xylol siedende Fraktionen entfernt werden
und eine Lösung einer styrolhaltigen Fraktion verbleibt, Gewinnung der styrolhalligtn Fraktion aus
dieser Lösung und nochmaliges Destillieren ist dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem nochmaligen
Destillieren die styrolhaltige Fraktion mit einer für die Umsetzung mil darin enthaltenen Verunreinigungen
ausreichenden Menge an Salpetersäure behandelt und
überschüssige Salpetersäure und deren Reaktionsprodukte
auswäscht.
Die Zeichnung erläutert schematisch in einem
Fließbild das Verfahren der Erfindung.
Die Anfangsstufe besteht beim Verfahren der Erfindung in der fraktionierten Destillation thermisch gekrackten
Erdöls und Gewinnung der Styrol und Xylole enthaltenden Fraktion. Die Fraktion, die gewonnen
wird, hat einen Siedepunkt zwischen 120 und 160 C,
vorzugsweise zwischen 135 und 150 C, bei Luftdruck.
Diese Fraktion enthält neben Styrol und Xylolen auch Paraffine, Naphthene, Olefine, Polyalkylaromaten,
Phenylacetylene und Diene mit 8 bis 9 Kohlenstoffatomen.
Die fraktionierte Destillation wird in üblicher Weise durchgeführt, und zwar bei Unterdruck, Luftdruck
oder überdruck. Aus praktischen Gründen «ihrt man die Destillation zweckmäßig unter Luftdruck oder
überdruck durch. Hierzu kann man eine einzige Destülierkolonne
benutzen. Vorzugsweise verwendet man jedoch zwei getrennte Desiillierkolonnen, wobei Fraktionen
mit Siedepunkten unterhalb 120 C, vorzugsweise unterhalb 135" C, von der Spitze der ersten
Kolonne und Fraktionen mit Siedepunkten oberhalb 160 C, vorzugsweise 150 C, vom Boden der zweiten
Kolonne entfernt werden. Es ist natürlich möglich, die vorstehende Arbeitsweise umzukehren und die niedriger
siedenden Fraktionen vom Boden der erstvn Kolonne und die höher siedenden Fraktionen an der
Spitze der zweiten Kolonne abzuziehen. In jedem Fall soll bei Verwendung von zwei Dcstillierkolonnen jede
20 bis 60 Böden besitzen.
Die das Styrol und Xylol enthaltende Fraktion, die man aus der fraktionierten Destillation erhält, wird
dann unter Benutzung eines organischen polaren Lösungsmittels, das für die Abtrennung von Styrol
und Xylol wirksam ist, extraktiv destilliert. Eine Styrolfraktion, die außer Styrol Alkylbenzole mit 9 Kohlenstoffatomen
und Verbindungen hoch ungesättigter Art enthält, wird vom Boden der DestilÜcrkolonne abgezogen.
Die Xylole, Paraffine, Naphthaline und Olefine werden an der Spitze der Destillierkolonne abdestilliert.
Als geeignetes Lösungsmittel für die extraktive Destillation seien beispielsweise genannt Dimethylacetamid,
/i-Methylpropionitril, Butyllacton, N-Methylpyrrolidon,
Dimethylformamid und Dimethylsulfoxyd. Die benutzte Lösungsmittelmenge beträgt das
0,5- bis 5fache des Gewichtes, vorzugsweise das 1 - bis 3fache der Styrolfraktion.
Die extraktive Destillation kann unter Benutzung einer einzigen Kolonne durchgeführt werden, vorzugsweise
benutzt man jedoch mindestens zwei Kolonnen. Die gesamte Bödenzahl, gezählt als BMcn mit wirksamem
Gas-Flüssigkeitskontakt, soll zwischen 50 und 150, vorzugsweise zwischen 70 und 110. liegen. Die
Böden können Glocken, Siebe oder Ventile aufweisen. Vorzugsweise verwendet man Siebkolonnen, da sie
einen geringeren Druckverlust haben.
Die extraktive Destillationsstufe wird unter vermindertem Druck durchgerührt. Die Temperatur des
Erhitzers in der Kolonne kann unter 150r C, vorzugsweise
unter 1400C, liegen. Die Temperatur in der DestilIlerkolonne,
wie sie normalerweise für die Trennung von Xylol und Äthylbenzol in der Industrie verwendet
werden, werden unterhalb 1 IOC, vorzugsweise unterhalb 1000C, gehalten. Die Tatsache, daß die Temperatur
der Kolonnen beim Verfahren der Erfindung höher sein kann, ist von beträchtlichem Vorteil, weil
eine große Bödenzahl in der Kolonne selbst unter verminderten Druckbedingungen wirksam benutzt werden
kann.
Da das Ausmaß des Druckverlustes innerhalb der Kolonne wesentlich ist, führt eine Destillierkolonne
mit einer größeren Zahl wirksamer Böden zu einer verbesserten Produktreinheit, und die Destillation
kann mit geringerem Rückflußverhältnis durchgeführt werden. Die verbrauchte Energie ist dementsprechend
ebenfalls vermindert.
Während der extraktiven Destillation ist die Temperatur innerhalb der Destillierkolonne besonders in der
Nähe des Erhitzers infolge des hohen Siedepunktes des benutzten Lösungsmittels ziemlich hoch. Wenn beispielsweise
der Druck an der Spitze der Kolonne 50 mm Hg beträgt, liegt der Druck in der Nähe des
Bodens einer Destillierkolonne mit 80 Böden bei 200 bis 300 mm Hg. Wenn in diesem Fall die flüssige
Masse am Boden der Kolonne aus Styrol besteht, beträgt die Temperatur KX) bis 113 C. Wenn andererseits
Dimethylacetamid als Lösungsmittel für die extraktive Destillation benutzt wird, beträgt die Temperatur
am Boden derselben Destillierkolonne 115 bis 127 C.
Im allgemeinen benutzt man während der Destillation von Styrol Polymerisationsverhinderer. Typische
Verhinderer, die benutzt werden, sind Schwefel, Hydrochinon und p-tert.-Butylca techin. Wenn die
Temperatur jedoch oberhalb 100 C, insbesondere 120 C, während der extraktiven Destillation liegt, sind
diese bekannten Polymerisationsverhinderer unwirksam, und es wird eine große Menge Polystyrol innerhalb
sehr kurzer Zeit gebildet.
Es wurde gefunden, daß der Zusatz von mindestens 50 ppm Natriumnitrit oder Kaliumnitrit zu dem
organischen polaren Lösungsmittel, das Tür die extraktive Destillation benutzt wird, wirksam die PoIymerisierreaktion
verhindern, selbst wenn die Destillation bei hoher Temperatur oberhalb 120 C über lange
Zeiträume durchgeführt wird. Da Polymerisationsverhinderer allmählich ihre Aktivität während der extraktiven
Destillation verlieren, setzt man vorzugsweise zunächst eine Menge von 100 bis 5000 ppm oder
mehr, vorzugsweise anfangs eine Menge von 200 bis 1000 ppm. Natrium- oder Kaliumnitrit zu.
Es ist auch zweckmäßig, zusammen mit dem Nitrit 100 bis 2000 ppm, vorzugsweise 110 bis 1000 ppm.
einer Verbindung mit mindestens einer Nitro-, Nitroso-. Chinoid-, Phenol- oder Hydroxygruppe im
Molekül zuzusetzen. Bevorzugte Zusatzstoffe sind p-tert.-Butylcatechin. Hydrochinon, p-Benzochinon,
p-Dinitrosobenzol. u-Nitrop-naphthol. o-Nitrosonaphthol
und «-Naphthochinon.
Das Rückflußverhältnis in der extraktiven Destillation
schwankt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der konzentrierten Fraktion des thermischen
gekrackten Erdöls, Art und Menge, d. h. Verhältnis zur ölzuführung des Lösungsmittels, Bodenzahl in der
Destillierkolonne und gewünschte Reinheit. Im allgemeinen soll jedoch das Rückflußverhältnis zwischen
5 und 30 liegen.
Wenn der Aufbau und die Arbeitsbedingungen der extraktiven Destillierkolonne richtig gewählt sind,
wird eine Masse, bestehend aus Styrol und dem Lösungsmittel, vom Boden der Kolonne abgezogen.
Im wesentlichen gehen weder Äthylbenzol noch Xylole, Naphthaline oder Paraffine, deren Siedepunkte
unterhalb 1500C liegen, mit dem Ausfluß vom
Boden der extraktiven Destillierkolonne ab. Dieser Bodenablauf der Kolonne, der Styrol und Lösungsmittel
enthält, wird durch Destillation und/oder Waschen mit Wasser getrennt. Das Styrol wird schließlich
entfernt und durch Destillation gereinigt. Man erhält Styrol von hoher Reinheit.
Die durch die extraktive Destilliermethode entsprechend obigen Angaben erhaltene Styrolfraktion
wird weiter mit Salpetersäure behandelt, um die gefärbten Verunreinigungen in Stoffe umzuwandeln, die
durch Destillation entfernt werden können, so daß man ein noch höherwertiges Styrol erhält. Konzentration
und Menge der zur Reinigung erforderlichen Salpetersäure schwanken je nach den Eigenschaften
des thermisch gekrackten Erdöls, den Behandlungsbedingungen und der angewandten Behandlungsmethode.
Die Salpetersäurekonzentration soll im Bereich von etwa 40 bis 100%, vorzugsweise von
etwa 50 bis 70 Gewichtsprozent, liegen. Es ist wichtig, daß die benutzte Salpetersäuremenge mindestens 1 %,
bezogen auf die Styrolfraktion, berechnet als 100%ige Salpetersäure, beträgt. Dagegen besteht keine Beschränkung
nach oben, im allgemeinen ist die Salpetersäure begrenzt auf 100 Gewichtsprozent der
Styrolfraktion. Vorzugsweise verwendet man eine Salpetersäuremenge zwischen 1 und 30%, bezogen
auf das Gewicht der Styrolfraktion. Natürlich ist es möglich, Salpetersäuremengen im Überschuß über
die erforderliche Menge zu benutzen und die Uberschußmenge von Säure nach der Abtrennung zu recyclieren.
Zur Behandlung der Styrolfraktion mit Salpetersäure können verschiedene Gerätearten benutzt werden,
vorausgesetzt, daß eine gute Vermischung der Salpetersäure mit der Styrolfraktion sichergestellt ist.
Beispielsweise sind ein Rührgefäß, eine Kolonne mit rotierender Scheibe und ein Einlaufmischer geeignet.
Mischrührer, wie sie zur Herstellung feiner Dispersionen benutzt werden, sind besonders geeignet. Die
Kontaktzeit schwankt je nach der Art der Vorrichtung
und der Menge benutzter Salpetersäure. Im allgemeinen reichen jedoch 1 bis 30 Minuten aus. Die
Reaktionstemperatur soll 0 bis 50 C, vorzugsweise 20 bis 4O0C betragen. Es ist nicht notwendig, die
Salpetersäurereaktion unter Druck durchzuführen.
Nach Behandlung mit Schwefelsäure wird die Styrolfraktion durch Phasentrennung von der Salpetersäure
getrennt. Die Entfernung der Verunreinigungen aus der Styrolfraktion wird durch Waschen
mit Wasser und Destillation vervollständigt. Der Effekt der Waschung mit Wasser kann weiter verbessert
werden, wenn sie mit der Waschung mit einer Alkalilösung kombiniert und unter Erwärmung durchgeführt
wird.
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich weiter verbessern, indem man das thermisch gekrackte Erdöl
während oder nach der Anfangsdestillierstufe unter Benutzung eines Palladiumkatalysators hydriert. Das
als Katalysator benutzte Palladium wird so modifiziert, daß es möglichst nur sehr schwach wirksam in
Richtung einer Styrolhydrierung ist, aber selektive Hydrieraktivität für Verbindungen zeigt, die stark
ungesättigt sind, wie insbesondere Mono- und Poly ine.
beispielsweise Phenylacetylen. Zur Erzielung der Selektivität fur die Hydrierreaktion wird der Palladiumkatalysator
auf einem Träger angebracht und teilweise entaktiviert. Vorzugsweise benutzt man entweder
gepulvertes Calciumcarbonat oder granulierte Tonerde als Träger. Die Entaktivierung des Palladiumkatalysators
erreicht man durch Zusatz von Metallen, wie Blei, Kupfer, Zink, Wismut, Quecksilber,
Zinn oder Kadmium. Die Konzentration des Palladiums auf dem Träger soll im Bereich von etwa
0,01 bis 10%, vorzugsweise 0,01 bis 5%, liegen. Der Katalysator kann in Form von Pulver, Pellets oder
irgendeiner anderen geeigneten Form zubereitet werden. Geeignete Arbeitsbedingungen sind ein Druck
ίο von 1 bis 20 cm2 und eine Temperatur von 30 bis
100 C sowie eine stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit von 5 bis 50. Die Hydrierstufe wandelt
gewisse Verunreinigungen, die im ungesättigten Zustand schwer zu entfernen sind, in gesättigte Verbindüngen
um, die sich in der anschließenden extraktiven Destillation und Behandlung mit Salpetersäure leicliier
entfernen lassen. Die Hydrierstufe wird wahlweise angewandt, aber deren Benutzung ist vorteilhaft, da
sie die erreichte Styrolqualität verbessert.
Das Verfahren der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch erläutert. Das thermisch gekrackte Erdöl
wird durch Leitung 1 zugeleitet. Es ist ein Kohlenwasserstofföl, das durch Behandlung von Naphtha.
Leuchtpetroleum, Leichtöl, rohem Erdöl od. dgl. bei einer Temperatur von etwa 700 bis 850"C und Entfernung
der entstandenen Produkte von niedrigerem Siedepunkt, wie Olefine, z. B. Äthylen, Propylen,
Butylen und Butadien, Paraffinen, z. B. Äthan. Propan.
Butan und Pentanen sowie einem hochsiedenden Anteil, wie Teer, befreit worden ist. In dem thermisch
gekrackten Erdöl sind 3 bis 7 Gewichtsprozent Styrol und 5 bis 15 Gewichtsprozent Xylol enthalten.
In der Fraktionierdestillierkolonne 2, die als eine einzige Kolonne dargestellt ist, werden die niedrigsiedenden
Fraktionen aus dem thermisch gekrackten Erdöl über die Leitung 3 entfernt. Die darin enthaltenen
hochsiedenden Fraktionen werden durch Leitung 4 entfernt. Die gewünschte Zwischenfraktion,
die hauptsächlich aus Styrol und Xylol besteht, wird durch Leitung 5 abgezogen.
Ein Hydrierreaktor ist mit einer Packung eines granulierten Palladiumkatalysators versehen. Durch
Leitung 6 wird dem Reaktor 7 Wasserstoff zugeführt. Im Fließbild ist der Hydrierreaktor 7 nach der Fraktionierkolonne
dargestellt. Es ist jedoch zu bemerken, daß der Hydrierreaktor auch vor der Fraktiorierkolonne
2 oder, sofern dieser aus zwei getrennten Kolonnen besteht, zwischen der ersten und der zweiten
Kolonne angeordnet sein kann.
Nach der Hydrierung, wenn sie obenerwähnt zweckmäßig
ist, wird die styrolhaltige Fraktion extraktiv destilliert. Das extraktive Lösungsmittel wird der
extraktiven Destillierkolonne 12 durch Leitung 10 zugebracht, wobei gereinigtes Lösungsmittel und
zusätzliche Polymerisationsverhinderer durch Leitung 11 zugegeben werden. Das Lösungsmittel tritt in die
Kolonne 12 an einer Stelle ein, die 0 bis 30 Böden von der Spitze der Kolonne entfernt liegt. Die styrolhaltige
Fraktion wird durch Leitung 9 an einer Stelle eingeleitet, die etwa auf dem 20. bis 60. Boden von der
Mitte der Kolonne liegt.
Eine hauptsächlich aus Xylol bestehende Fraktion, die kleine Lösungsmittelmengen enthält, wird von
der Spitze der Kolonne abgezogen. Das Lüsungs-
mittel wird von der Xylolfraktion abgetrennt. Nach
- Durchgang durch geeignete Reinigungsbehandlungen, wie Extraktion oder extraktive Destillation, erhält
man gereinigtes Xylol.
Die Polymerisationsverhinderer werden hauptsächlich durch Leitung 11 eingeführt. Man erreicht jedoch
auch eine entsprechende Wirkung durch Zuführung eines Teils der Verhinderer durch eine Rückflußleitung
an der Spitze der Kolonne oder durch ihre Zuführung an einer Stelle unter der Mitte der Kolonne.
Lösungsmittel, Styrol und hochsiedendes Material werden durch Leitung 14 entfernt und in eine Lösungsmitteltrennkolonne
15 eingespeist. Der Hauptteil der Flüssigkeit am Boden der Kolonne wird durch Leitung 10 recycliert. Ein kleiner Teil der Flüssigkeit
wird durch Leitung 17 entfernt und in einer Lösungsmittelreinigungsstufe regeneriert.
Die Styrolfraktion wird durch Leitung 16 abgezogen und in den Salpetersäurereaktor 19 eingespeist.
Aus diesem wird die Styrol phase durch Leitung 20 zu einer Phasentrennung überführt und im Waschturm
23 gewaschen. Diesem wird entweder Alkali oder Wasser durch Leitung 22 zugeführt. Die im
Waschturm 23 abgetrennte Styrolfraktion wird durch Leitung 24 in eine Endfraktionierkolonne 26 eingeleitet.
Durch Leitung 27 wird ein Styrol von hoher Reinheit und hoher Qualität abdestilliert.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung des Verfahrens der Erfindung, ohne sich
hierauf zu beschränken. Alle Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht und nicht auf das
Volumen, soweit nichts anderes angegeben ist. Der Verfärbungsgrad APHA ist eine Einheit für den
Verfärbungsgrad, die aus JlS K 6727-1963 zu entnehmen ist.
B e i s ρ i e 1 1
Ein thermisch gekracktes Erdöl, das aus einer Fabrik erhalten war. wo Äthylen und Propylen durch
thermische Krackung von Naphtha hergestellt wurde und das folgende Zusammensetzung hatte, wurde als
Ausgangsmaterial in jedem der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele benutzt.
Benzol
Toluol
Äthylbenzol
Xylol
Styrol
Aromatische Verbindungen mit 9 bis
10 Kohlenstoffatomen
10 Kohlenstoffatomen
Substanzen mit niedrigerem Siede
punkt als Benzol
Andere nichtaromatische Verbin
dungen
25%
19%
2%
9%
5%
19%
10%
11%
10%
11%
Das thermisch gekrackte Erdöl wurde auf 30. Boden von der Spitze der Destillierkolonne mit 40 Böden
eingeführt und bei einer Temperatur von 88 C an der Kolonnenspitze bei einem Rückflußverhältnis von
0,8 destilliert. Styrol und Substanzen mit höheren Siedepunkten als Xylol wurden vom Boden der Kolonne und niedriger siedende Fraktionen von der
Kolonnenspitze abgeführt. Die abgezogene Bodcnfraktion wurde auf den 20. Boden an der Spitze einer
zweiten Destillierkolonne mit insgesamt 40 Böden aufgegeben. Bei einer Temperatur von 100 C unter
einem Druck von 200 mm Hgan der Spitzeder Kolonne und einem Rückflußverhältnis von 2 wurde eine
Fraktion abdestüliert. Dieser bestand hauptsächlich aus Xylol und Styrol. Zusammensetzung und Eigenschaften dieser Fraktion waren folgende:
Zusammensetzung der konzentrierten Fraktion
Toluol 1,0%
Äthylbenzol 8,1 %
, p-Xylol 10,5%
m-Xylol 13,1%
o-Xylol 12,4%
Styrol 28,4%
Aromatische Verbindungen mit
8 Kohlenstoffatomen 0,2%
Nichtaromatische Verbindungen.... 10,3%
Verfärbungsgrad APHA400
1000 g dieser konzentrierten Fraktion wurden mit 1 g eines Katalysators versetzt, der durch Beschichtung
von Caleiumcarbonatpulver mit 0,4% Palladium hergestellt war und dessen Palladium auf dem Träger
mit Bleiacetat entaktiviert war. Die Mischung wurde gerührt, während Wasserstoff in einem Verhältnis
von 1000cm3,'Std. durchgeblasen wurde. Wasserstoff
wurde unter Luftdruck eingeführt. Die Temperatur einer flüssigen Phase wurde auf 40 C gehalten.
Nach dieser Behandlung wurde das Katalysatorpulver entfernt, und die flüssige Phase wurde einer
extraktiven Destillierkolonne zugeleitet, die 100 Böden hatte. Eine Lösungsmittelzufuhrleitung befand sich
etwa auf dem fünften Boden von der Kolonnenspitze. Eine Einspeisleitung für die styrolhaltige Fraktion
befand sich etwa auf dem 35. Boden von der Kolonnenspitze.
Dimethy'.acetamid, dem 200 ppm Natriumnitrit und 200 ppm p-tert.-Butylcatechin als Polymerisationsverhinderer zugesetzt waren, wurde als Lösungsmittel
benutzt. Die gebrauchte Lösungsmittelmenge betrug das l,5fache der Menge der styrolhaltigen Fraktion.
Die Destillation wurde unter einem Druck an der Kolonnenspitze von 100 mm Hg, einer Kolonnenspitzentemperalur
von 80 C und einem Rückflußverhältnis von 10 durchgeführt. Obgleich die Temperatur
des Kolonnenerhitzers 127r'C erreichte, war
die Menge gebildeten Polystyrols sehr klein. Der Verlust durch Polymerisation von Styrol, gemessen
durch eine Methanolsedimentiermelhode, betrug weniger als Cl %, bezogen auf das Styrol im Material.
Die vom Boden der extraktiven Destillation abgenommene Styrollösung wurde auf eine Destillierkolonne
mit 40 Böden gegeben, von der das Styrol an der Spitze abdestillierte. Das Styrol hatte eine Reinheit
von 99,7%. und die Farbe betrug APHA 70. was eine schwachgelbe Farbe anzeigt.
250 ml dieser Fraktion und 12.5 ml 60%ige SaI petersäure wurden in ein Rührgefäß eingebracht unc
unter starkem Rührerumlauf 5 Minuten durchge mischt. Darauf wurde die untere Phase durch Phasen
trennung entfernt. Nachdem die obere Styrolphas« mit einer Alkalilösung gewaschen war. wurde si«
unter vermindertem Druck destilliert, um das Styro abzutreiben.
Das Styrolprodukt hatte eine Reinheit von 99,8°/(
und war vollkommen farblos und durchsichtig. De
APHA-Wert betrug 5. Das durch Heißpolymerisatioi
dieses Styrols erhaltene Polymer war farblos. un< die verschiedenen physikalischen Eigenschaften de
Polymers waren gut.
6S Vergleichsbeispiel 1
Styrol wurde aus dem thermisch gekrackten Erde
unter Anwendung derselben Arbeitsweise und de
Geräte wie im Beispiel 1 abgetrennt, jedoch wurde in der extraktiven Destillierkolonne nur 200 ppm
p-tert.-Butylcatechin zugesetzt. Wenn das Styrol und die Lösungsmittelmenge vom Boden der extraktiven
Destilliefkolonne abgezogen wurden, befand sich eine beträchtliche Menge Polystyrol im Produkt.
Durch Messung nach der Methanolsedimenliermethode erwies sich der Verlust durch Polymerisierung
von Styrol zu 4,5%. Die Bildung des Polymers äußerte einen ungünstigen Einfluß, z. B. als Verunreinigung
des Lösungsmittels und Erniedrigung der Slyrolausbeute.
Das Verfahren des Vergleichsbeispiels 1 wurde wiederholt, jedoch wurde der Zusatz des Polymerisationsverhinderers
zum Lösungsmittel auf 200 ppm Natriumnitrit beschränkt. Die Messung des Verlustes
durch Polymerisation von Styrol ergab 0,5%.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Styrolfraktion, die durch Benutzung desselben Materials, derselben Destillation, Konzentration, Hydrierreaktion,
extraktiven Destillation und Lösungsmitteltrennung wie im Beispiel 1 erhalten worden war,
wurde dann mit Alkali-Wasser gewaschen, und das Styrol wurde in der Endfraktionierkolonne gereinigt.
Die Behandlung mit Salpetersäure wurde jedoch fortgelassen. Das erhaltene Slyrolprodukt hatte eine
Reinheit von 99,7%, und der Verfärbungsgrad von APHA 70 bedeutete eine beträchtliche Verfärbung.
Das durch Warmpolymerisierung des Styrols erhaltene Polystyrol hatte eine noch stärkere Verfärbung,
daß es als durchsichtiges Polymer unbefriedigend tionskolonne zugesetzte Polymerisationsverhinderer
ersetzt durch 200 ppm Kaliumnitrit und 200 ppm p-Benzochinon. Die Menge eines gebildeten Polymers,
bezogen auf die vom Boden der extraktiven Destillierkolonne abgezogene Lösung, betrug weniger
als 0,1%.
B e i s ρ i e 1 e 4 bis 7
Beispiel 3 wurde wiederholt, jedoch wurde der Polymerisationsverhinderer wie folgt gewechselt. Der
Styrolverlust in der extraktiven Destillation war sehr klein.
Beispiel | Verhinderer A | Verhinderer B | Polymerisations verlust in Styrol |
(ppm) | (ppm) | (%) | |
4 | Nalrium- | p-Dinitro- | unter 0,1 |
nitrit (200) | benzol | ||
(1000) | |||
5 | Nairium- | u-Nitroso- | unter 0,1 |
nitrit (200) | u-naphthol | ||
(1000) | |||
6 | Kalium | o-Nitro- | 0,3 |
nitrit (200) | phenol | ||
(1000) | |||
7 | Kalium | o-Naphtho- | 0,1 |
nitrit (200) | chinon | ||
(1000) |
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, jedoch wurde der dem Lösungsmittel in der Destilla-Vergleichsbeispiele
3 bis 10
jedoch wurde die
Beispiel 1 wurde wiederholt, Salpetersäure wie folgt ersetzt:
Behandlungsmittel
Styrolqualität
Styrolqualität
48% Schwefelsäure
10 ml
10 ml
stark verfärbt
(merkliche Polymerisation) Vergleichsbeispiel
5
(merkliche Polymerisation) Vergleichsbeispiel
5
60% Schwefelsäure 50 ml verfärbt konzentrierte Phosphorsäure 10 ml
verfärbt
verfärbt
Hypochloridsäurelösung 50 ml stark verfärbt
Behandlungsmittel
Styrolqualität
wäßrige Lösung
von Wasserstoffperoxyd 50 ml
verfärbt
Kaliumpermanganat50 ml
verfärbt
aktiver Ton 30 g
verfärbt
10
Maleinsäureanhydrid 25 j
verfärbt
a) Gemäß der USA.-Patentschrift 22 51 938.
linke Spalte. Zeilen 64 bis 69, wurde folgendes
dationsmittel hergestellt:
J100 Gewientsteile 95%ige Schwefelsäure,
400 Gewichtsteile Wasser.
5 Gewichtsteile Kaüumdichromat.
S. Oxy- Im Beispiel 1 wurde unter im übrigen identischei
Versuchsbedingungen die 60%ige Salpetersäure durcl die gleiche Menge (IIS ml) des obigen Oxydations
mittelgemisches ersetzt. Das dabei erhaltene Styro
besaß einen Verfärbungsgrad von API4A 70, der den
des Vergleichsbeispiels 2 entsprach, woraus ersichtüd
ist, daß die Verwendung des aus der USA-Patent
schrift 22 51 938 bekannten Oxydationsmittelgerai
sches keinen besseren Effekt ergibt, als wenn man überhaupt keine Behandlung mit Oxydationsmittel
anwendet.
Der obige Versuch wurde nochmals unter Verwendung von 25 cm3 des obigen Oxydationsmittelgemisches
aus Schwefelsäure und Kaliumdichromal, also mit der doppelten Menge, wiederholt. Der
APHA-Wert war ebenfalls 70.
b) Beispiel 1 wurde erneut wiederholt, jedoch jetzt unter Verwendung eines Gemisches von 7,5 g Kaliumpermanganat,
250 ml Wasser und 10 ml 98%iger Schwefelsäure an Stelle der 60%igen Salpetersäure.
Im übrigen wurde das Verfahren identisch wie im Beispiel 1 durchgeführt.
Das erhaltene Styrol besaß einen APHA-Wert von 30, was eine Besserung gegenüber dem obigen
Versuch a) darstellt, doch lag der Wert noch 6mal so hoch wie derjenige, der erfindungsgemäß im Beispiel
1 erhalten wurde. Außerdem wurde beobachtet daß das Styrol während des Verfahrens teilweise
polymerisierte.
c) Schließlich wurde das Beispiel 1 auch noch untei Verwendung von 100 g Calciumhypochlorit unc
200 cm3 Wasser an Stelle der Salpetersäure durchgeführt.
Der APHA-Wert lag wiederum bei 70 unc ergab somit keinerlei Verbesserung gegenüber derr
Vergleichsbeispiel 2, das ohne oxidierende Behandlung arbeitete.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Abtrennung von Styrol aus thermisch
gekracktem Erdöl durch extraktive Destriation von dessen Fraktion mit einem Siedepunkt
zwischen 120 und 1600C mit einem polaren
organischen Lösungsmittel, in dem Styrol löslich ist, und in Gegenwart eines Polymerisationsverhinderers,
wobei beim Siedepunkt und oberhalb des Siedepunktes von Xylol siedende Fraktionen
entfernt werden und eine Lösung einer styrolhaltigen Fraktion verbleibt, Gewinnung der styrolhaltigen
Fraktion aus dieser Lösung und nochmaliges Destillieren, dadurch gekennzeichnet,
daß man vor dem nochmaligen Destillieren die styroJhalfige Fraktion mit einer für
die Umsetzung mit darin enthaltenen Verunreinigungen ausreichenden Menge an Salpetersäure
behandelt und überschüssige Salpetersäure und deren Reaktionsprodukte auswäscht.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die styrolhaltige Fraktion mit
1 bis 30 Gewichtsprozent Salpetersäure behandelt und anschließend mit Wasser oder einer wäßrigen
Alkalilösung wäscht.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |