DE2139146A1

DE2139146A1 - Verfahren zur rueckgewinnung des selektiven loesungsmittels aus dem raffinat einer extraktivdestillation

Info

Publication number: DE2139146A1
Application number: DE19712139146
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Eisenlohr; Kamar Percy John
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1971-08-05
Filing date: 1971-08-05
Publication date: 1973-02-15
Also published as: IT963471B; FR2149715A5; NL7207595A; BE784059A; JPS4825686A

Description

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METALIiGESELLSCHAFT Frankfurt/Main, den 21 _β7« 1971

Aktiengesellschaft DrWer/WP 6 Frankfurt/Main 1
Reuterv/eg 14

Nr₀ 67 42 LÖ

Verfahren zur Rückgewinnung des selek-^ tiven Lösungsmittels aus dem Raffinat einer Extraktivdestillation

Durch Extraktivdestillation können flüssige Stoffgemische, z.Bspe Gemische von aromatischen oder olefinisch ungesättigten Kohlenwasserstoffen und nichtaromatischen bzw„ · gesättigten Kohlenwasserstoffen, die durch fraktionierende Destillation wegen einer Azeotropbildung oder wegen einer Überschneidung der Siedebereiche nicht getrennt werden können, in unterschiedliche Stoffklasseri, Aromaten, Olefine, Paraffine und Naphtene zerlegt.werden_e

Bei der Extraktivdestillation wird das zu zerlegende Stoffgemisch einer Destillationskolonne in mittlerer Höhe aufgege«*· ben„ Am Kopf der Kolonne wird in üblicher Weise ein Rücklauf des Destillates, das in diesem Falle das Raffinat ist, aufgegeben» Auf einen der obersten Kolonnenboden, unterhalb der Rücklaufaufgabe wird das selektive hochsiedende Lösungsmittel aufgegeben,, Es fließt in der Kolonne abwärts und den darin aufsteigenden Dämpfen des Einsatzgemisehes entgegen und nimmt dabei die besser lösliche Komponente des Einsatz«

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gemisches auf» Die aus dem Sumpf der Kolonne kontinuierlich abgezogene Extraktphase besteht aus dem selektiven Lösungs-; mittel und den aus dem Dämpfegemisch bevorzugt aufgenommenen Komponenten«, Aus dieser Extraktphase wird die selektiv gelöste Komponente des Einsatzgemisches abdestilliert und das als Sumpfprodukt zurückbleibende selektive Lösungsmittel wird erneut in die Extraktivdestillation aufgegeben.

Als selektive Lösungsmittel werden Stoffe verwendet, deren Siedepunkte mit beträchtlichem Abstand über dem Siedebereich des Einsatzgemisch.es liegen«, Für die Trennung von Aromaten und Nichtaromaten oder die Trennung von Olefinen und Paraffinen haben sich Propylencarbonat, substituierte Morpholine, Butyrolacton, N^Methylpyrrolidon, Demethylformamid und andere, auch in Gemischen, bewährt«.

Diese Lösungsmittel haben am Kopf der Extraktivdestillation, an dem die Siedetemperatur des Raffinates herrscht, einen Dampfdruck und gehen mit diesem Partialdruck in das dampfförmige Raffinat ein, das anschließend in einem Kondensator niedergeschlagen und in einer Vorlage aufgefangen wird. Ein Teil des Kondensates wird als Destillatrücklauf auf die Extraktivdestillation gegeben«, Der Rest ist Endprodukt«,

Wegen des Partialdruckes des selektiven Lösungsmittels im Kopf der Extraktivdestillation enthält das Raffinat kleine Lösungsmengen, die nicht nur eine Verunreinigung des Raffinates sondern auch einen untragbaren Lösungsmittelverlust darstellen Bei Extraktionsprpzessen müssen im allgemeinen Lösungsmittelverluste von maximal 100 ppm, bezogen auf den gewonnenen Extrakt, garantiert werden« «■mittel

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Es ist bekannt, diese kleine im Raffinat enthaltene Lösungs« mittelmenge als Rückstand einer Destillation zurückzugewinnen, Dabei muß das gesamte Raffinat nochmals verdampft werden.

Es ist auch bekannt, diese kleine, im Raffinat enthaltene Lösungsmittelmenge durch eine Gegenstromextraktion mit Wasser wiederzugewinnen. Diese Extraktion kann so ausgestaltet werden, daß dabei zugleich ein Teilstrom des durch die Extraktivdestillation und die Destillation der Extraktphase umlaufenden selektiven Lösungsmittels mit Raffinat extra-, hiert wird, um im Lösungsmittel sich anreichernde Verunreinigungen mit dem Raffinat auszuschleusen«, Dabei fällt das aus dem Raffinat zurückgewonnene und/oder das durch Extraktion mit Raffinat gereinigte Lösungsmittel im Gemisch mit Wasser an und bedarf einer Trocknung, die zumeist durch Abdestillier en des Wassers vorgenommen wird, aber auch mit der Destillation der Extraktphase verbunden werden kann.

Es wurde gefunden, daß sich die Wiedergewinnung des Lösungsmittels aus dem Raffinat einer Extraktivdestillation durch Destillation des Raffinates wesentlich vereinfachen und bezüglich des Wärmebedarfes verbilligen läßt, wenn das am Kopf der Extraktivdestillation anfallende- Destillat -noch dampfförmig oder wenigstens teilweise als Dampf einer Destillationskolonne in mittlerer Höhe aufgegeben wird, aus deren beheiztem Sumpf das zurückgewonnene Lösungsmittel entnommen und mit dem aus der Destillation der Extraktphase zur Extraktivdestillation zurückkehrenden Lösungsmittel ver·» einigt wird, während das als Kopfprodukt aus dieser Destillation anfallende lösungsrnittelfrede Raffinat nach Kondensation zum Teil auf die Raffinatdestillationals Rücklauf aufgegeben und im übrigen als Endprodukt abgeleitet wird«, Zur.Beein«

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flussung des Flüssigkeit-Dampfgleichgewichtes in der Raffinatdestillation kann es in manchen Fällen vorteilhaft sein,einen Teil des Destillates aus der Extraktivdestillation zu kondensieren und flüssig in die Raffinatdestillation aufzugeben.

Dabei wird die Sumpftemperatür der Raffinat-Destillationskolonne durch einen Aufkocher auf einer oberhalb des Siedebereiches des Raffinates liegenden Temperatur gehalten, um das Lösungsmittel möglichst raffinatfrei zu machen. Da das zurückgewonnene Lösungsmittel unmittelbar auf den Kopf der Extraktivdestillation zurückkehrt, schadet ein kleiner Restgehalt von Raffinat nicht, solange sich in dem Kreislauf des Lösungsmittels durch die Extraktivdestillation und die Raffina tdestilla tion kein störender Raffinatspiegel einstellt. Durch Belassung eines kleinen Raffinatanteils im Sumpfprodukt kann der Dampfbedarf zur Beizung der Raffinatdestillation vermindert werden.

Die Extraktivdestillation wird vorzugsweise ohne Destillatrücklauf betrieben, wobei das selektive Lösungsmittel zweckmäßig auf den obersten Kolonnenboden aufgegeben wird. Die Extraktivdestillation kann aber auch derart mit einem Destillatrücklauf betrieben werden, daß als solcher ein Teil des kondensierten Endproduktes aus der RaffinatdestüLation auf den Kopf der Extraktivdestillation zurückgeführt wird. In diesem Fall wird das selektive Lösungsmittel unterhalb auf einen der obersten Kolonnenboden aufgegeben werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsweise liegt darin, daß das Raffinat zum Zwecke der Wiedergewinnung der zwangsläufig darin enthaltenen Lösungsmittelmengen nicht nochmals verdampft werden muß.

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Da die Einsätzgemische einer Extraktivdestillation zumeist eine Vorkonzentration durch fraktionierende Destillation erfahren haben, ist in ihnen das Verhältnis von Extrakt zu Raffinat zugunsten des Extraktes verschoben. Bei kleinerem Raffinatanteil fällt die Kolonne 3 klein aus und kann auch mit sehr geringem Aufwand betrieben werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die erfindungsgemäße Raffinatdestillation mit beliebigem Rücklaufverhältnis betrieben werden kann, ohne die Wirkung des auf die Extraktivdestillation aufgegebenen selektiven Lösungsmittels zu bosmträchtigen. Das in der Raffinatdestillation angewendete Rückflußverhältnis kann je nach dem Abstand der Siedepunkte von Raffinat und Lösungsmittel im Bereich von etwa 0,2 bis über 1,5 liegen.

Wird die Extraktivdestillationskolonne selbst mit einem Rückfluß von Kopf produkt, also Raffinat betrieben, dann werden in der üblichen Arbeitsweise Rückflußverhältnisse bis 8:1_ angewendet. Durch die zusätzliche Belastung der Kolonne mit den im Raffinat enthaltenen Nichtaromaten wird die durch die Extraktion zu bewältigende Trennaufgabe beträchtlich erschwert.

In der Figur ist das Fließschema einer Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise_i dargestellt.

Die Anlage besteht aus der Extraktivdestillationskolonne 1, der Kolonne 2 zur Destillation der Extraktphase und der Raffinatdestillation 3« Diese Destillationseinrichtungen können Füllkörperkolonnen oder Bodenkolonnen sein. Sie sind in den Kolonnensümpfen wie üblich mit Aufkochern 4,5,6 ausgerüs'tet. ·. ·

Durch die Leitung 7 wird das zu zerlegende Stoffgemisch flüssig und zweckmäßig vorgewärmt oder auch schon dampf-

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förmig auf einen Boden in mittlerer Höhe der Extraktivdestillation 1 aufgegeben. Aus der Leitimg 3 wird selektives Lösungsmittel auf den obersten Boden der Kolonne 1 aufgegeben. In der Leitung 9 wird aus dem Sumpf der Extraktivdestillation Extraktphase, das ist das Gemisch von extrahiertem Stoff und Lösungsmittel zur Destillationskolonne 2 geleitet und dieser in einer mittleren Höhe aufgegeben. Das dabei als Rückstand verbleibende Lösungsmittel kehrt in der Leitung 8 zum Kopf der Extraktivdestillation zurück. Dieser Lösungsmittelrückstrom in der Leitung 8 wird zweck- ψ mäßig durch einen Wärmeaustauscher 23 am Sumpf der Extraktivdestillationskolonne geführt, um %±ne fühlbare Wärme auszunutzen. In der Leitung 8 ist auch noch ein weiterer Kühler 24 vorgesehen. Am Kopf der Kolonne 2 wird der reine Extrakt als Destillat in üblicher Weise in der Leitung 17 zum Kondensator 18 geleitet, in diesem niedergeschlagen und in einer Vorlage 19 gesammelt. Ein Teil davon kehrt.als Rücklauf in der Leitung 20 auf den Kolonnenkopf zurück. Der.Rest wird durch die Leitung 21 .zur Verwendung abgeleitet. ··

In der Leitung 10 wird das Kopf produkt der Extraktivdestillation 1 vorzugsweise dampfförmig zur Raffinatsdestillation 3 t in mittlerer Höhe der Kolonne aufgegeben. Für manche Fälle kann es vorteilhaft sein, eine Zweigleitung der Leitung 10 durch einen Kühler zu führen (nicht dargestellt), und das anfallende kondensierte Raffinat mit dem dampfförmigen in die Raffinatdestillation einzuführen. In der Leitung 11 wird als Kopfprodukt der Destillation 3 reines Raffinat dampfförmig abgeleitet, im Kondensator 12 niedergeschlagen und

in der Vorlage 13 gesammelt. Ein Teil davon kehrt in der Leitung 14 auf den Kolonnenkopf der Kolonne 3 zurück. Der Rest wird als lösungsmittelfreies Raffinat aus der Leitung 15 entnommen.

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Der Sumpf der Raffinatdestillation 3 wird mittels des Aufkochers 6 auf einer Temperatur gehalten, die mit einigem Abstand über diem Siedebereich des Raffinates liegt. Aus dem Kolonnensumpf wird durch die Leitung 16 ein von Raffinat freies Lösungsmittel abgezogen und dem in der Leitung 8 auf den Kopf der Extraktivdestillation zurückkehrenden Lösungsmittel zugefügt.

Zur eingehenderen Erläuterung der Erfindung möge das nachfolgende Beispiel dienen. -

Beispiel1 :

Von einer Fraktion des Siedebereiches 70 bis 90° C eines vorraff inerten Kokereibenzols werden stündlich 6630 kg, die 6520 kg Benzol und 110 kg Nichtaromaten enthalten, in einer Anlage gemäß Figur 1 zu Reinsibbenzol aufgearbeitet. Das Einsatzgemisch, das auf etwa 70° C vorgewärmt ist, wird durch die Leitung 7 in die Extraktivdestillation eingeführt. Auf den obersten Boden dieser Extraktivdestillation werden aus Leitung 8 stündlich 13 280 kg benzolhaltiges Lösungsmittel, N-Methylpyrrolidon aufgegeben,, Der Benzolgehalt von 260 kg resultiert daraus, daß der Lösungsmittelstrom in Leitung 8 das in der Raffinatdestillation zurückgewonnene benzolhaltige Lösungsmittel enthält. Das Lösungsmittel wird aus der Leitung mit einer Temperatur von 60° C auf den obersten Kolonnenboden zugeführt. Die Kopftemperatur in der Kolonne beträgt 119° C. Aus dem Sumpf der Extraktivdestillation werden bei einer Sumpf temperatur von 1$5° C und einem Druck von 1,3 ata stündlich 19 480 kg Extraktphase _y bestehend aus 6480' kg Benzol und 13000 kg Lösungsmittel in der Leitung 9 zur Extraktdestillation 2 geleitet, die bei vermindertem Druck von 0,5 ata betrieben wird. Bei einer Sumpftemperatur von 180 C werden daraus stündlich 13000kg Lösungsmittel

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zurückgewonnen, während bei einer Kopftemperatur von 59° C stündlich 94-80 kg Reinstbenzol überdestilliert werden,,

Die als Kopfprodukt der Extraktivdestillation stündlich anfallende Raffinatphase von 430 kg besteht aus 110 kg Nicht« aromaten, 300 kg Benzol und 20 kg Lösungsmittel_o Dieses Kopfprodukt wird dampfförmig durch die Leitung 10 einem mittleren Boden der Raffinatdestillation 3 aufgegeben» Diese Kolonne wird bei Atmosphärendruck mit einer Kopftemperatur von 75⁰C und einer Sumpftemperatur von 85°C betrieben,.

Als Sumpfprodukt fallen aus der Raffinatdestillation stündlich 280 kg, bestehend aus 260 kg Benzol und 20 kg Lösungsmittel an. Es kehrt in den Leitungen 16 und 8 auf den Kopf der Extraktivdestillation zurück. Das Kopfprodukt der Raffinatdestillation von stündlich 450 kg, das nach Kondensation in der Vorlage gesammelt wird, kehrt zum größeren Teil mit 300 kg je Stunde als Rücklauf auf den Kolonnenkopf zurück; Aus der Leitung 15 werden stündlich 150 kg lösungsmittelfreies Raffinat, bestehend aus 110 kg Nichtaromaten und 40 kg Benzol, entnommen.

Der Schmelzpunkt des gewonnenen Reinstbenzols liegt bei 5,51⁰C. Die Ausbeute beträgt, bezogen auf den Bensolgehalt des Einsatzgemisches 99,4 %. Die bei hohem Reinheitsgrad erzielte hohe Ausbeute beruht darauf, daß im Kopfprodukt der Extraktivdestillation der Raffinatphase in Leitung 10 ein verhältnismäßig großer Benzolanteil zugelassen werden kann, der in der Raffinatdestillation 3 wirksam zurückgehalten wird. Dies wiedep· um ist möglich, weil die Raffinatdestillation mit beliebigem Rückflußverhältnis betrieben werden kann.

Beispiel 2;

In der Anlage gemäß Fig. 1 wird aus einer benzolreichen Frak-

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tion reinstes Benzol durch Extraktivdestillation gewonnen. 18 800 kg/h des Einsatzgemisches, das aus

200 kg (^-Kohlenwasserstoffen
3 040 kg Cg-Nichtaromaten
1 475 kg Benzol

810 kg Cy-Nichtaromaten

besteht, werden vorgewärmt auf einen mittleren Boden der Extraktivdestillation aufgegeben. Als selektives Lösungsmittel wird wiederum N-Methylpyrrolidon verwendet.

Die Kopftemperatur der Extraktivdestillation beträgt 63°C. Am Kolonnenkopf werden stündlich 60 45.0 kg Lösungsmittel aufgegeben, "in denen von der Raffinatdestillation her 50 kg Benzol enthalten sind.

Die Temperatur im Sumpf der Extraktivdestillation beträgt 130°. Aus dem Sumpf werden stündlich 74 740 kg Extraktphase mit 60 300 kg Lösungsmittel und 14 440 kg Benzol entnommen und zur Extraktdestillation geleitet.

Die Extraktdestillation wird bei vermindertem Druck von 0,5 ata betrieben. Die Kopftemperatür beträgt 59°C, die Sumpftemperatür liegt bei 180°C.

Als Kopfprodukt fallen 21 440 kg/h stündlich Reinbenzol an, von denen 7 000 kg/h als Rücklauf auf den Kopf der Extraktdestillation zurückgeführt werden. Als Reinprodukt werden stündlich 14 440 kg Benzol mit einem Schmelzpunkt von 5,51⁰C entnommen. ·

Aus dem Sijmpf der Extraktdestillation kehren stündlich 60 300 kg/h Lösungsmittel zur Extraktivdestillation zurück.

Aus der Extraktivdestillation fallen stündlich 4 510 kg Raffinat an, die noch dampfförmig einem mittleren Boden der Raffi-

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natdestillation aufgegeben werden.

Die Raffinatdestillation wird unter einem vermindertem Druck von 0,56 ata betrieben. Als Kopf produkt fallen darin bei einer Kopf temperatur von 60⁰C stündlich 6 360 kg Destillat, von denen 2 000 kg auf den Kopf der Raffinatdestillation als Rückfluß zurückgeführt werden.. Die übrigen 4 360 kg werden als reines Raffinat abgeleitet. Sie bestehen aus ■

200 kg Cq-Kohlenwasserstoffen

3 040 kg Cg-Nichtaromaten

310 kg Benzol

810 kg Cy-Nichtaromaten.

In der Raffinatdestillation wird eine Sumpftemperatur von 9S°C gehalten. Als Sumpf produkt fallen stündlich 150 kg eines Gemisches von 100 kg N-Methylpyrrolidon und 50 kg Benzol an, die zusammen mit den 60 300 kg Sumpfprodukt aus der Extraktdestillation die 60 450 kg Lösungsmittel ergeben, die auf die Extraktivdestillation zurückkehren.

PATENTANSPRÜCHE -11-

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

4. ^Verfahren zur Rückgewinnung des Lösungsmittels auf dem Raffinat einer Extraktivdestillation'durch Abdestillieren des Raffinates, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfpro-. dukt der Extraktivdestillation dampfförmig einer Destillationskolonne in mittlerer Höhe zugeführt wird, daß als kondensiertes Kopfprodukt dieser Destillation lösungsmittelfreies Kondensat gewonnen und teilweise als Rück-, laittf auf die Destillationskolonne zurückgeführt wird, und ^?äaß aus dem beheizten Sumpf der Destillationskolonne raffinatfreies Lösungsmittel entnommen und auf die Extraktivdestillation zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktivdestillation ohne Destillatrücklauf betrieben wird, und daß das selektive Lösungsmittel auf den obersten Boden aufgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, daß der Extraktivdestillation als Destillatrücklauf reines Raffinat aus der Raffinatdestillation aufgegeben wird, und dass das selektive Lösungsmittel auf einen darunterliegenden Boden aufgegeben wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sumpf tempera tür der Raffinatdestilla-

• tion soweit gesenkt wird, daß das auf die Extraktivdestillation zurückkehrende Sumpfprodukt 5 bis 10 % Raffinat enthält.

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