DE2405730C3 - Verfahren zur Gewinnung von praktisch wasserfreiem Aceton mittels Extraktivdestillation - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von praktisch wasserfreiem Aceton mittels Extraktivdestillation, wobei das Aceton in Reaktionsgemischen vorliegt, die beispielsweise der Aceton-Synthese aus Isopropanol und der Methylisobutylketon-Synthese aus Aceton entstammen können. Insbesondere bezieht sich das Verfahren auf den Einsatz von Isopropanol als Extraktionsmittel bei der destillativen Acetonreinigung, wobei das Isopropanol im Kreislauf geführt wird und in den genannten Reaktionsgemischen vorhanden sein kann.

Zur Entfernung von Wasser aus Aceton, das nach verschiedenen Verfahren erzeugt worden sein kann, sind zahlreiche Vorschläge bekannt geworden. Diese Vorschläge stehen gewöhnlich in Zusammenhang mit dem jeweiligen Erzeugungsverfahren, d. h., das anfallende rohe Produktgemisch wird auf das oder die gewünschten Produkte aufgearbeitet und die erhaltenen Produkte einer weitergehenden Behandlung zur Erzielung möglichst hoher Reinheiten unterzogen. So erhält man bei der Acetonherstellung aus Isopropanol, Äthanol. Acetylen, Acetaldehyd oder Essigsäure mittels Dehydrierung, Oxidation oder katalytische Hydrierung in der Dampfphase im allgemeinen Acetondampf im Gemisch mit verschiedenartigen Dämpfen. In der DE-AS Nr. 10 12 909 wird ein vereinfachtes Destillationsverfahren zur Abtrennung und Entwässerung von Aceton aus den genannten Dampfgemischen vorgeschlagen, indem man das aus der Acetonsynthese kommende Gemisch warmer Gase und Dämpfe im Gegenstrom zu von oben nach unten strömender Flüssigkeit durch eine Kolonne schickt, wobei die zur Konzentrierung des Acetons und zum Entzug des Acetons aus den zurückbleibenden acetonhaltigen Flüssigkeiten benötigte Wärme der fühlbaren und latenten Wärme der Gase und Dämpfe entnommen wird. Der Wassergehalt des so erhaltenen Acetons soll 0,02 bis 0,10% betragen.

Nach dem Vorschlag der DE-AS 12 66 746 soll Aceton aus einer Mischung, enthaltend Aceton, Methylacetat und Methanol, dadurch entfernt werden, indem unter Beachtung der beobachteten Tatsache, daß bei extraktiven Destillationen mittels Wasser die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen stört, höhersiedende Komponenten vorweg destillativ entfernt werden; das Kopfprodukt der Vordestillation einer Flüssig-Flüssig-Extraktion mit Wasser unterworfen und die leichtere Kohlenwasserstoffschicht entfernt wird; schließlich der wässerige Extrakt mit Wasser extraktiv destilliert und das hieraus erhaltene Sumpfprodukt fraktioniert destilliert und Aceton als Kopfprodukt mit einem Wassergehalt von 0,43 Gew.-% erhalten wird. Weitere bekannte Verfahren zur Entfernung von

ίο Wasser aus Aceton bzw. zur Konzentration wässeriger Acetonmedien sind in der DE-AS 17 93 516 und in der DE-OS 20 47 614 beschrieben. Das in der DE-AS beschriebene Verfahren arbeitet mit Molekularsieben, wobei Zeolithe mit Porendurchmessern von 4 bis 5 A

Η eingesetzt werden, um Aceton von Methanol, Wasser und anderen Verunreinigungen zu befreien. Um die Bildung von Nebenprodukten beim Kontakt des Acetons mit dem Zeolithen zu vermindern, ist es erforderlich, bei bestimmten Kontaktzeiten und -tempe raturen zu arbeiten. Gemäß der zitierten DE-OS wird die Technik der Verdunstung durch eine Membran (Pervaporation) zur Erzielung eines Reinacetons mit 03

Gew.-% Wasser eingesetzt Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Aceton,

wie es beispielsweise in Reaktionsgemischen, die aus der katalytischen Dehydrierung von Isopropanol und aus der über Kondensation, Dehydratisierung und Hydrierung verlaufenden Methylisobutylketon-Synthese des Acetons kommen, anfällt, von begleitendem Wasser bis

jo auf Gehalte < 0,2 Gew.-% zu befreien.

Die Entfernung des Wassers soll mittels einer Extraktivkomponente, die in bei üblichen Aceton-Her-, stellungsverfahren anfallenden Reaktionsgemischen vorhanden ist, erfolgen.

Gelöst wird die vorgenannte Aufgabenstellung durch ein Verfahren zur Gewinnung von praktisch wasserfreiem Aceton durch destillative Abtrennung des Wassers, wobei zuvor in einer Vordestillation die das Aceton enthaltende, üblichen Aceton-Herstellungsverfahren entstammende Reaktionsgemisch von leichtflüchtigen Nebenprodukten befreit werden, und sodann die Sumpfprodukte der Vordestillation in den Abtriebsteil der Destillationskolonne eingeleitet werden und das wasserhaltige Aceton durch Einleiten von praktisch

4> wasserfreiem flüssigen Isopropanol, insbesondere von Isopropanol mit einem Wassergehalt von höchstens 0,1 Gew.-°/o, in Anteilen von wenigstens 5 Vol.-%, bezogen auf die Belastung des Kopfs der Trennkolonne, in den Verstärkerteil der Trennkoionne, die mit

•ο RUcklaufverhältnissen von 2 :1 bis 10 :1, insbesondere 3:1 bis 4 :1, und Kopfdrücken von 0,49 bis 1,96 bar, insbesondere 0,9? bis 1,27 bar, betrieben wird, extraktiv destilliert wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemä-

V) Ben Verfahrens sieht vor, daß aus den bei der Acetonherstellung aus Isopropanol und ggf. aus den bei der MIBK-Herstellung aus Aceton anfallenden Reaktionsgemischen Aceton nach der Vordestillation und Extraktivdestillation als Kopfprodukt mit <0,2 Gew.-% Wasser abgenommen, das in die Sumpfprodukte der Extraktivdestillation gelangende Isopropanol nach Abtrennung aus denselben der Acetonherstellung und/oder teilweise der Extraktivdestillation zugeführt wird.

h5 Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein auf übliche Aceton-Herstellungsverfahren, wie z. B. die zum Stand der Technik erwähnten, anwendbar. Anhand von Reaktionsgemischen, wie sie beispielsweise bei der

Aceton-Synthese durch katalytische Dehydrierung von Isopropariol, sowie bei der Methylisobutylketon-Synthese aus Aceton durch Kondensation, Dehydratisierung und Hydrierung anfallen, soll das Verfahren nach der Erfindung näher erläutert werden. Eine Einengung des Erfindungsgegenstandes auf die gekoppelte Behandlung dieser Reaktionsgemische ist nicht vorgesehen, jedoch ermöglicht die Zusammensetzung dieser Gemische vorteilhafterweise eine gemeinsame Aufarbeitung. Die in den Rekationsgemischen enthaltenen Produkte sind in der Hauptsache Aceton, Wasser, Isopropanol und Methylisobutylketon (MIBK). Die Abtrennung von reinem Aceton und reinem MIBK erfolgt in einer gemeinsamen Aceton-MIBK-Destillationsanlage, in der an nacheinander geschalteten Kolonnen leichtsiedende niedere Kohlenwasserstoffe, Aceton, Wasser, Isopropanol, MIBK und höhere Ketone getrennt werden. Nach dem bis zum Anmeldetag durchgeführten üblichen Destillations-Verfahren lieferte die Aceionkolonne ein Aceton mit einem Wassergehalt von ca. 0,5 Gew.-%.

Roh-MIBK und -Aceton oder Roh-Aceton allein, aus den jeweiligen Synthesen kommend, werden vor Eintritt in die Anlage in einem Einsatzbehälter gemischt und sodann in einer Vorlaufkolonne die Mischung von leichtflüchtigen Nebenprodukten, hauptsächlich Kohlenwasserstoffe mit bis zu 6 C-Atomen, befreit. Das vorlauffreie Aceton-MIBK-Gemisch, das in die Aceton-Kolonne eingeführt wird, kann durch folgende Zusammensetzungsbereiche charakterisiert werden:

	Ge'- .-%■)	Gew.-%2)
Wasser	0,5	2,4
Dimethylketon	79,0	69,7
Isopropanol	19,0	13,6
MIBK		13,5
Diisobutylketon		03
Methylisobutylcarbinol
+ Mesityloxid	0,2	0,5

<) Zusammensetzung des Rohacetons aus der Synthese nach der Vorreinigung.

²) Durchschnittliche Zusammensetzung der vereinigten Reaktionsgemische aus Aceton- und MIBK-Synthese nach der Vorreinigung.

Zur Durchführung der Versuche wurde eine kontinuierlich zu betreibende Glockenboden-Kolonne eingesetzt. Es wurde an Kolonnen mit bis zu 94 Glockenböden bei einem Einsatz von 0,6 L/h gearbeitet. Der Bodenwirkungsgrad des verwendeten Kolonnentyps betrug 70%. Der Bodenwirkungsgrad ist abhängig von der gegebenen Kolonnenkonstruktion und gibt an, wieviel Prozent der Trennleistung eines idealen Bodens (theor. Trennstufe) pro Kolonnenboden erreicht werden. Die Apparatur wurde für Versuche von 0,49 bis 1,96 bar, bezogen auf den Kolonnenkopfdruck, ausgerüstet. Zwischen den einzelnen Kolonnenschüssen konnten bei allen Versuchsbedingungen Proben entnommen werden, so daß Konzentrationsprofile längs der Kolonne aufgenommen werden konnten. Die Sumpfproduktentnahme erfolgte kontinuierlich. Die Kopfproduktabnahme und das Rücklaufverhältnis wurden über ein-jn Pendeltrichter gesteuert Das Einsatzprodukt wurde auf Kolonnentemperatur vorgewärmt in die Kolonne eingespeist Die Wasserbestimmungen im Aceton erfolgten durch Messen der OH-Valenzschwingung bei 1,89 ιπμ. Gegenüber der gebräuchlichen Methode nach Karl Fischer (DIN 51 777 oder ASTM D-1364) ergab sich eine höhere Genauigkeit, eine geringere zu ziehende Probenmenge sowie ein niedrigerer Zeitaufwand.
Es wurde zunächst in 8 Versuchen ohne Extraktivdestillation der Einfluß der folgenden Parameter auf den Wassergehalt des Kopfproduktes und den der Bodenprodukte an ausgewählten Niveaus längs der Kolonne untersucht:

1. Druck: 1,27; 0,98; 0,69 bar

2. Rücklaufverhältnis:4 :1;3 :1; 10 :1

3. Kolonnenlänge:54; 69; 94 Böden

4. Temperaturprofil in der Kolonne

Die 8 Versuche mit ihren Versuchsbedingungen und -ergebnissen sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt Diese Ergebnisse zeigen, daß eine Kolonnenverlängerung allein bei einem Destillationsdruck von 1,27 bar nicht zum gewünschten Ziel führt Die destillative Acetonentwässerung mit dem Ziel vher möglichst weitgehenden Wasserentfernung ist entweder mit einer Destillation bei vermindertem Druck realisierbar, wobei bei einer Druckverminderung auf 0,69 bar die Produktionskapazität der Kolonne um die Hälfte gegenüber der bei 1,27 bar abnimmt, oder durch eine Erhöhung des Rücklaufverhältnisses von 4 :1 auf mindestens 10:1 möglich, was ebenfalls zu einer Kapazitätsabnahme führt. Außerdem ergibt sich bei einer unter vermindertem Druck durchgeführten Aceton-Destillation durch einen tiefen Taupunkt ein ernsthaftes Umweltproblem.

30

40

45

Tabelle I
Vergleichsversüche

Parameter

Versuche	2	3	4	5	6	7	8
I	0,69	0,98	1,27	0,98	0,98	0,98	0,98
0,69	4:1	4:1	4:1	4:1	4:1	4:1	10:1
3:1	69	69	69	54	94	54	69
69	53	65	73	62	64	74	64
53	0,08	0,25	0,43	0,31	0,19	0,45	0,08
0,12

Druck, bar
Rücklaufverhältnis
Kolonnenlänge (praktische Böden)
Temperatur am 12. Boden, ⁶C
Wassergehalt im Kopfprodukt, Gew.-°/o

Überraschenderweise werden die vorstehend geschilderten Probleme gelöst, wenn man zwecks Gewinnung eines wasserarmen Reinacetons (Wassergehalt <0,2Gew.-%) Isopropanol (Wassergehalt

<0,l Gew.-%) als Mittel in einer Extraktivdestillation einsetzt und dasselbe an einer auszuwählenden Stelle in den Verstärkerteil der Acetonkolonne eingespeist wird. Bei einer kontinuierlichen Destillation wird der Kolonnenteil zwischen der Zulaufstelle des Einsatzproduktes und dem KolonnenkoDf als Verstärkerteil und

der Kolonnenteil zwischen Zulaufstelle und Kolonnensumpf als Abtriebsteil bezeichnet. Durch Angleichen der Temperatur des Isopropanols an die Temperatur des Einspeisbodens (=Siedetemperatur des Acetons) wird ein unkontrollierter Rücklauf in der Kolonne vermieden. Das herabfiießende Isopropanol entzieht dem aufsteigenden Aceton-Wasser-Dampfgemisch abhängig von der Isopropanolmenge und der Extraktionsstrecke den größten Teil des hier vorhandenen Wassers, das mit dem Isopropanol in den Sumpf der Kolonne gelangt. Die geringen Mengen Isopropanol, die dabei in den aufsteigenden Dampf gelangen, werden in dem restlichen Teil der Kolonne vom Aceton getrennt Das

IO in den Sumpfprodukten der Acetonkolonne vorhandene Isopropanol wird nach seiner Abtrennung anteilig in die Aceton-Synthese zurückgeführt und ein Teilstrom zur erneuten Extraktivdestillation auf den Verstärkerteil der Kolonne gegeben. Die anzuwendende Isopropanolmenge ist relativ gering und betrug bei den durchgeführten Versuchen 5 bis 15 VoI.-%, vorzugsweise etwa 10Vol.-% der Kolonnenbelastung. Die Kolonnenbelastung ist die in der Zeiteinheit durchgesetzte Substanzmenge, die am Kolonnenkopf anfällt und sich aus der Summe der Rücklauf- und Destillatmenge zusammensetzt.

Tabelle II

Extraklivdestillation von Aceton mit Isopropanol (IPA)

	69	Wassergehalt	Vol.-0/o IPA	Extraktion?·	Wassergehalt
	1,27		bez. auf	boden
	12		Koionnen-
	57	Gew.-%')	belastung		Gew.-%2)
Bodenzahl	4:1
Kopfdruck, bar	94
Abtriebsböden	1,27	0,50	10	30	0,12
Verstärkerböden	12
Rücklaufverhältnis	82
Bodenzahl	4:1
Kopfdruck, bar	110
Abtriebsböden	0,98	0,42	10	42	0,08
Verstärkerböden	12		5	42	0,16
Rücklaufverhältnis	98		5	52	0,12
Bodenzahl	4:1
Kopfdruck, bar
Abtriebsböden	0,3	10	58	0,01
Verstärkerböden
Rücklaufverhältnis

Wassergehalt im Rein-Aceton ohne Extraktivdestillation. Wassergehalt im Rein-Aceton mit Extraktivdestillation nach der Erfindung.

Die Versuche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Extnktiv-Destillationsverfahr;ns wurden in der beschriebenen Apparatur bei den in der Tabelle II aufgeführten Parametern durchgeführt Die Ergebnisse dieser extraktiven Destillationen sind in der Tabelle H zusammengefaßt. Aus diesen Ergebnissen lassen sich folgende Vorteile des Verfahrens ableiten:

Es tritt keine wesentliche Einschränkung der Produktionskapazität ein, da die Kolonne bei gleichem Rücklauf (4:1) und gleichem Druck (1,27 bar) betrieben werden kann.

Der Extraktionseffekt läßt sich durch Variation der Extraktionsstrecke bzw. der zur Extraktion angewandten Isopropanolmenge beeinflussen.

Das Isopropanol wird aus dem Sumpf der Acetonkolonne zurückgewonnen und nach Entwässerung im Kreislauf eingesetzt

Das Verfahren ist bei allen Aceton-Destillationen, bei denen ein wasserarmes Aceton aus einem wasserhaltigen Einsatzgemisch erzeugt werden soll, anzuwenden, vorzugsweise bei solchen Aceton-Destillationen, deren Einsät/gemisch bei der Synthese von Aceton durch Dehydrierung von Isopropanol entstanden ist und das neben Wasser auch Iscpropanol enthält

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Gewinnung von praktisch wasserfreiem Aceton aus wasserhaltigem Rohaceton, nach Abtrennung von Nebenprodukten in einer Vordestillation, durch kontinuierliche Destillation in einer Trennkolonne unter Behandlung der aufsteigenden Dämpfe des wasserhaltigen Acetor.s mit Flüssigkeiten im Gegenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Sumpfprodukte der Vordestillation in den Abtriebsteil der Trennkolonne eingeleitet werden und das wasserhaltige Aceton durch Einleiten von praktisch wasserfreiem flüssigen Isopropanol in Anteilen von wenigstens 5 Vol.-°/o, bezogen auf die Belastung des Kopfs der Trennkolonne, in den Verstärkerteil der Trennkolonne, die mit Rücklaufverhältnissen von 2:1 bis 10:1 und Kopfdrücken von 0,49 bis 136 bar betrieben wird, extraktiv destilliert wird.