DE3142518C2 - - Google Patents
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- DE3142518C2 DE3142518C2 DE3142518A DE3142518A DE3142518C2 DE 3142518 C2 DE3142518 C2 DE 3142518C2 DE 3142518 A DE3142518 A DE 3142518A DE 3142518 A DE3142518 A DE 3142518A DE 3142518 C2 DE3142518 C2 DE 3142518C2
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- B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
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- Y10S203/00—Distillation: processes, separatory
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Description
Das Verfahren betrifft ein Destillationssystem,
in dem auf besonders energiesparende Weise aus
Rohethanol ein wasserfreies Ethanol technischer
Qualität gewonnen werden kann, das als Kraftstoff
komponente für Fahrzeugbenzin verwendet werden kann.
Eine Variante des Verfahrens besteht darin, daß
lediglich ein Teil des auf diese Weise erzeugten
Ethanols nur als Kraftstoffkomponente geeignet
ist, während der überwiegende Teil zwar auch als
Kraftstoffkomponente verwendet werden kann, wegen
seiner hohen Reinheit aber sehr wohl auch für andere
Verwendungszwecke offen steht.
Als Rohstoff für dieses Verfahren kann grundsätzlich
jeder wäßrige Rohalkohol verwendet werden, ganz
gleich, ob er synthetisch aus Ethylen und Wasser,
durch Gärung von Zucker- oder stärkehaltigen
Rohstoffen oder aus Holz durch Verzuckerung oder
Verwertung der Sulfitablaugen entstanden ist.
In den nachfolgenden Beispielen wird das synthetische
Ethanol weniger stark berücksichtigt, obwohl wegen
der höheren Ethanol-Konzentration in der Synthese
maische (13% gegenüber 8,5% in der Gärungs
maische) weniger Energie zur Abtrennung des Wassers
benötigt wird. Die überwiegende praktische Bedeutung
für den Einsatz vom Ethanol in den Kraftstoffsektor
wird bei der Verwendung land- und forstwirtschaftlicher
Rohstoffe liegen, da ein wesentlicher Vorzug des
Einsatzes von Ethanol als Kraftstoffkomponente
neben der Verbesserung der Klopffestigkeit in der Ein
beziehung regenerativer Rohstoffquellen liegt. Die
Problematik dieses Einsatzes von Gärungsalkohol aus
land- und forstwirtschaftlichen Rohstoffen liegt
jedoch darin, daß bei Aufarbeitung nach konventionellen
Verfahren mehr Energie in Form von fossiler oder
nachwachsender Primärenergie benötigt wird, als
der Energieinhalt des Ethanols ausmacht. Es ist also
bei der Gewinnung von Gärungsalkohol zum Zwecke des
Einsatzes als Kraftstoffkomponente von besonderer Bedeutung,
energiesparend zu arbeiten, um noch zu einer positiven
Energiebilanz zu kommen, die dem ganzen Verfahren
erst einen Sinn gibt.
Es ist aus der DE-PS 22 48 841 bekannt, den in vielen
physikalischen, chemischen und treibstofftechnischen
Eigenschaften dem Ethanol ähnlichen Isopropylalkohol
aus der synthetischen Herstellung aus Propylen und
Wasser in einer Zweikolonnen-Destillation für Kraft
stoff-Qualität vom Wasser zu befreien und in einer
technischen Qualität anfallen zu lassen, wobei die
Nebenprodukte der Synthese im wesentlichen nicht
abgetrennt werden. Als Schleppmittel bei der Ent
wässerung dient dabei der in der Synthese als
Nebenprodukt entstehende Diisopropylether, der sich
zunähst in der Entwässerungskolonne aufbaut, beim
laufenden Betrieb mit dem erzeugten wasserfreien
Isopropylalkohol im Verhältnis seiner Entstehung
abgegeben wird.
Die Abtrennung des Wassers aus der wäßrigen Schicht
des Dekanteurs für das Kopfprodukt der Entwässerungs
kolonne erfolgt in der Rektifizierkolonne, die unter
höherem Druck als die Entwässerungskolonne betrieben
wird, so daß der Wärmeinhalt der Brüden der
Rektifizierkolonne dazu benutzt werden kann, die
Entwässerungskolonne zu beheizen.
An sich liegt es nahe, dieses Verfahren auf Ethanol zu
übertragen. Jedoch bildet im Gegensatz zu Diisopropyl
ether, der mit Isopropylalkohol und Wasser ein
ternäres Azeotrop mit dem Siedepunkt 62°C und der
Zusammensetzung 4,5% Wasser, 4,5% Isopropylalkohol,
91% Ether bildet, Diethylether mit Ethanol und Wasser
kein ternäres Azeotrop; das in Gegenwart von Diethyl
ether bei Normaldruck am niedrigsten siedende binäre
Azeotrop besteht aus 1,3% Wasser und 98,7% Ether
und hat einen Siedepunkt von 34,15°C, das sich nicht
in zwei Schichten trennt.
Dadurch ist eine Abtrennung von Wasser und Rückführung
eines Rücklaufes mit unter azeotroper Zusammensetzung
nicht möglich.
Theoretisch wäre es möglich, durch Anwendung von
höherem als atmosphärischem Druck in der Entwässerungs
kolonne das Wasser mit Diethylether über Kopf ab
zutrennen, da mit steigendem Druck die binären
Azeotrope von Diethylether und Wasser mehr Wasser
enthalten, so daß schließlich eine Trennung in
zwei Phasen erfolgt. Jedoch ist die besonders
energiesparende Destillation bis zum wasserfreien
Ethanol nur möglich, wenn die Brüden der Rektifizier
kolonne zur Beheizung der Entwässerungskolonne aus
genutzt werden können, was ein bestimmtes Druckgefälle
zwischen diesen beiden Kolonnen voraussetzt. Die
Druckdifferenz muß so gewählt werden, daß die Siede
temperatur der Alkoholbrüden der ersten Kolonne
mindestens 6° höher liegt als die Sumpftemperatur
der zweiten Kolonne, da sonst die Aufkocher der zweiten
Kolonne unwirtschaftlich groß dimensioniert werden
müssen, oder daß eine Wärmenutzung gar nicht mehr
möglich ist, wenn die Sumpftemperatur der zweiten
Kolonne höher ist als die Siedetemperatur der
Alkoholbrüden.
Ein weiterer Nachteil des Schleppmittels Diethylether
zum Entwässern von Ethanol ist die Tatsache, daß
bei der Herstellung von Ethanol durch Gärung von
Kohlehydraten kein Ether als Nebenprodukt anfällt.
Wie bereits ausgeführt, wird jedoch die größte
Bedeutung beim Einsatz als Kraftstoffkomponente dem
durch Gärung erzeugten Ethanol - und nicht dem
synthetisch aus Ethylen erzeugten - zufallen.
Die technische Entwicklung zur möglichst energie
sparenden Gewinnung von wasserfreiem, sonst jedoch
nicht besonders fein gereinigtem Ethanol ist daher andere
Wege als die der Verwendung von Diethylether als
Schleppmittel gegangen. So berichtet K. Misselhorn
in Chemie-Ingenieur-Technik 53 (1981), Seite 49, von
einem Dampfverbrauch von 2,5 kg/l Ethanol
entsprechend 3,2 kg Dampf/ kg Ethanol bis zur Ent
wässerung bei Betrieb der Rektifizierkolonne unter
Druck und Ausnutzung der Brüdenwärme in der Ent
wässerungskolonne und der Schleppmittel-Wiederge
winnungskolonne.
Das gleiche Prinzip wird auch bei der speziell auf
Ethanol für Kraftstoffeinsatz abgehobenen
europäischen Patentanmeldung 00 11 147 angewendet,
durch einen recht umfangreichen Wärmetausch an allen
drei Kolonnen wird hier bei Ausgang von 8,5%igem
Gärungsalkohol ein spezifischer Verbrauch von 2,06 kg/l
Ethanol entsprechend 2,6 kg Dampf /kg Ethanol bis zum
wasserfreien Alkohol mitgeteilt.
Auf eine Alkohol-Feinreinigung, die eine andere
Einsatzmöglichkeit als im Kraftstoffsektor offen
ließe, wird weitgehend verzichtet. Allerdings werden
sich zwischen Speisung und Produktabzug aufbauende
höhere Alkohole abgezogen, nach Kühlung mit Wasser
extrahiert und nach dem Abscheiden als organische
Phase der Kraftstoffkomponente zugegeben, während
aus dem zusätzlich eingebrachten Wasser der Alkohol in
der ersten Kolonne mit entsprechendem Einsatz von
Energie zurückgewonnen wird.
Außerdem wird der azeotrop siedende Alkohol (als Kon
zentration werden 95 Vol.-% angegeben) nicht aus dem
Kopf der Rektifizierkolonne abgezogen, sondern etwa
am 50. von 60 Böden als Flüssigkeit. Zur Aus
schleusung von leicht siedenden Verunreinigungen
(namentlich genannt wird Acetaldehyd) wird ein Teil
der Kopfbrüden der Rektifizierkolonne nicht als Rück
fluß auf die Kolonne gegeben, sondern mit 95 Vol.-%
Ethanol direkt dem wasserfreien Kraftstoffalkohol
zugegeben. Dies ist möglich, da die angewendete
Benzol-Entwässerung mühelos als Sumpfprodukt einen
Alkohol mit weniger als 0,1% Wasser liefert, 0,5%
Wasser jedoch bei der Kraftstoffzumischung zu
tolerieren sind.
Ohne daß dies ausgesprochen wird, liegt dem bekannten
Verfahren offensichtlich die Überlegung zugrunde,
daß, da eine Einspeisung des azeotrop siedenden Alkohols
mit seinen niedriger als Ethanol siedenden Verun
reinigungen in die Entwässerungskolonne zu deren
Anreicherung im Kopf dieser Kolonne führt, so daß,
da es sich im wesentlichen um hydrophile Stoffe,wie
Acetaldehyd und Methanol handelt, schließlich eine
Trennung in zwei Phasen nicht mehr erfolgt, eine
Ausschleusung dieser Leichtsieder erforderlich sei.
Durch die dort vorgeschlagene Maßnahme kann aber
nur ein Teil der leichtsiedenden Verunreinigungen
abgetrennt und damit der Entwässerungskolonne
ferngehalten werden,und zwar entsprechend dem
gewählten Rücklaufverhältnis, so daß kontinuierlich
oder diskontinuierlich ein Teil des Kopfproduktes
in einer weiteren in der europäischen Patentanmeldung
00 11 147 nicht dargestellten Kolonne aufgearbeitet
werden muß.
Sind Rohalkohole aus der alkoholischen Gärung mit höheren Gehalten an
niedrigsiedenden Verunreinigungen aufzuarbeiten, z. B. auf Basis Sulfit
ablaugen oder Holzverzuckerung mit bis zu 3% Methanol, so erfordert die
Methanolabtrennung einen erheblichen apparativen und energetischen zu
sätzlichen Aufwand.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß sich jeglicher Aufbau von Ne
benprodukten im Kopf der Entwässerungskolonne vermeiden läßt, wenn die
Trennung von Schleppmittel und Wasser an der gleichen Stelle erfolgt, wo
auch eine Anreicherung der leichtsiedenden Verunreinigungen vom Ethanol
erfolgt, nämlich am Kopf der Rektifizierkolonne. Damit reduziert sich der
Gesamtbedarf an Destillationskolonnen für die Herstellung von Kraftstoff-
Ethanol mit nicht mehr als 0,5% Wasser auf zwei.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Destillationsverfahren zur Her
stellung von entwässertem Ethanol aus verdünnten wäßrigen Lösungen, er
halten durch alkoholische Gärung aus kohlehydrathaltigen Rohstoffen oder
durch Hydratisierung von Ethylen, wobei das entwässerte Ethanol sowohl
als Kraftstoffzusatz als auch für andere technische Einsatzgebiete geeig
net ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Destillation in
einem Zweikolonnensystem durchgeführt wird, wobei die erste Kolonne zur
Rektifizierung unter einem Sumpfdruck von 0,2 bis 0,8 MPa und einer min
destens 6°C höheren Temperatur der Brüden als der Sumpftemperatur der
zweiten Kolonne entspricht, betrieben wird, die zweite Kolonne mit einem
Kopfdruck von 0,05 bis 0,2 MPa zur Entwässerung ausschließlich mit den
Brüden der ersten Kolonne beheizt wird, in der ersten Kolonne die Aufkon
zentrierung des verdünnten wäßrigen Ethanols auf eine Ethanolkonzentra
tion von 85 bis 92 Gew.-%, die Abtrennung höher als Ethanol siedender
Verunreinigungen oberhalb der Einspeisung des verdünnten Rohalkohols und
unterhalb des Brüdenabzugs erfolgt, die Rückgewinnung des Ethanols aus
der unteren Schicht des kondensierten Kopfproduktes der zweiten Kolonne,
sowie die Abtrennung von niedriger als Ethanol siedenden Verunreinigungen
und Schleppmittel am Kopf der ersten Kolonne erfolgt, in der zweiten Ko
lonne die Entwässerung mittels Benzinfraktionen mit einem Siedebereich
von 80° bis 200°C oder mit den reinen Komponenten Benzol, Cyclohexan
oder Heptan als Schleppmittel unter Abtrennung der wäßrigen Phase als
Kopfprodukt erfolgt, der größte Teil oder die Gesamtheit der Brüden aus
der ersten Kolonne aus einer Zone oberhalb des Seitenabzuges für höher
siedende Verunreinigungen und mehrere Böden unterhalb des Kopfabzuges in
den Aufkocher der zweiten Kolonne abgezogen und dort zu eine: wesentli
chen Teil kondensiert werden, wobei der nicht kondensierte Anteil in die
erste Kolonne einen Boden oberhalb des Brüdenabzugsbodens zurückgeführt
wird, während ein Teil des Kondensates auf die erste Kolonne zum Abzugs
boden zurückgeführt wird und der andere Teil auf die zweite Kolonne in
den oberen Teil eingespeist wird, die Brüden vom Kopf der ersten Kolonne
in einem Kondensator kondensiert werden, ein Teil dieser Brüden als Rück
fluß auf den Kopf dieser Kolonne gegeben wird, während der Rest, der
niedriger als Ethanol siedende Verunreinigungen und Schleppmittel aus der
zweiten Kolonne enthält, abgezogen wird, nach der Kondensation der Kopf
dämpfe der zweiten Kolonne nur die entsprechende Menge an Flüssigkeit
über eine Trenneinrichtung gefahren wird, um die mit der Speisung in die
zweite Kolonne eingebrachte Wassermenge ausschleusen zu können, während
weiteres Kondensat direkt als Rücklauf auf die zweite Kolonne gegeben
wird und die Rückführung der wäßrigen Phase aus der Trenneinrichtung der
zweiten Kolonne oberhalb der Einspeisung des Rohalkohols, aber unterhalb
des Seitenabzuges der höher als Ethanol siedenden Verunreinigungen er
folgt, und die Vorwärmung des in die erste Kolonne eingespeisten Rohalko
hols auf die Temperatur des Einlaufbodens durch Wärmetausch mit dem aus
dem Sumpf dieser Kolonne abgezogenen Wassers erfolgt.
Wenn als Schleppmittel ein Kohlenwasserstoff eingesetzt wird, der ohnehin
als Kraftstoffkomponente vorgesehen ist, werden mit dem Schleppmittel aus
der organischen Schicht des Kopfproduktes der Rektifizierkolonne auch
die leichtsiedenden Verunreinigungen des Ethanols abgezogen. Dieses Pro
dukt kann dann dem Kraftstoff-Ethanol aus dem Sumpf der Entwässerungsko
lonne ohne weitere Behandlung zugemischt werden. Die minimale Zumischung
von Ethanol aus der Entwässerungskolonne ist durch den Wassergehalt der
organischen Phase des Kopfproduktes der Rektifizierkolonne bestimmt, der
wiederum vom jeweils verwendeten Schleppmittel abhängig ist. In der
Regel wird nur ein kleiner Teil des Sumpfproduktes
der Entwässerungskolonne auf diese Weise zweckge
bunden als Kraftstoffzusatz gebraucht, der größere Teil
steht als hochreiner wasserfreier Alkohol allen
Verwendungszwecken offen.
Um eine wirtschaftlich optimale Fahrweise des De
stillationsverfahrens zur Erzielung von entwässertem
Ethanol zu erzielen, wird die Rektifizierkolonne
unter einem solchen Druck betrieben, daß die
aufgestärkten Ethanoldämpfe, die zum Aufkocher
der Entwässerungskolonne geleitet werden, dort so
weit kondensiert werden, daß noch ein für die
Abtrennung der Niedrigsieder ausreichender Anteil
unkondensiert in die Rektifizierkolonne einen Boden
oberhalb des Abzugsbodens der Brüden für die Beheizung
der Entwässerungskolonne zurückgeführt wird, während
das im Aufkocher anfallende kondensierte Produkt teils
in die Entwässerungskolonne, teils auf den Abzugs
boden der Rektifizierkolonne gespeist wird.
Der obere Teil der Rektifizierkolonne wird bei einem
niedrigeren Druck als im unteren Teil betrieben, wo
bei der Unterschied mindestens dem Druckverlust der
Brüden in den Leitungen von und zur Rektifizierkolonne
und im Aufkocher der Entwässerungskolonne entspricht.
Vorzugsweise wird das Oberteil bei nahezu atmosphärischem
Druck betrieben, wobei die nicht am Kopf der Kolonne
abgezogene Menge, die als Rücklauf auf die Kolonne
zurückgeführt wird, mit einer Pumpe in den Kolonnen
teil mit dem höheren Druck zurückgeführt wird, wenn
der hydrostatische Druck nicht ausreicht.
Bei der Reduzierung der Destillationskolonnen auf
zwei war auch eine andere Optimierung der Wärme
wiederverwertung als in dem recht komplizierten
System gemäß der europäischen Patentanmeldung 00 11 147
vorzusehen. Wie dort bereits ausgeführt, ist der
Energiebedarf an der Rektifizierkolonne größer als an
der Entwässerungskolonne, wenn versucht wird, in der
Rektifizierkolonne bereits möglichst nahe an die
azeotrop siedende Zusammensetzung heranzukommen.
Bei Verlagerung der Aufgabe der Trennung von
Schleppmittel und Wasser aus der unteren Schicht
des Dekanteurs für das Kopfprodukt der Entwässerungs
kolonne auf die Rektifizierkolonne wird dieses
Ungleichgewicht noch größer, da die Wiedergewinnungs
kolonne nicht mehr als Energie-Aufnehmer zur Verfügung
steht und ihre Energie zusätzlich in den Brüden
der Rektifizierkolonne ansteht.
Dieses Gleichgewicht zwischen Energieinhalt der Brüden
der Rektifizierkolonne und dem Bedarf der Entwässerungs
kolonne wird wieder hergestellt, wenn darauf ver
zichtet wird, als Produktabzug der Rektifizierkolonne
möglichst ein azeotrop siedendes Gemisch zu erhalten,
sondern wenn die Dampfzugabe zur Rektifizierkolonne
nur durch den vollständigen Ethanol-Abtrieb aus dem
Sumpf bestimmt wird. Da bekannt ist, daß die Abtriebs
energie mit fallender Ethanolkonzentration stark
zunimmt, muß vermieden werden, zusätzlich Wasser
in den Destillationsprozeß einzubringen, wie es z. B.
gemäß der europäischen Patentanmeldung 00 11 147
im Fuselölwascher geschieht. Ferner muß die Vorwärmung
des in die Rektifizierkolonne eingespeisten wäßrigen
Rohalkohols möglichst exakt auf die Siedetemperatur
am Einlaufboden erfolgen, damit keine Entspannungs
verdampfung und Abnahme der Ethanolkonzentration
der Flüssigkeit erfolgt, was eine Erhöhung der
Abtriebsarbeit bedeuten würde. Bei einer Gärungs
maische mit zum Beispiel 8,5 Gew.-% Ethanol beträgt
die Abtriebsarbeit 1,8 kg Dampf pro kg Ethanol
(1,4 kg Dampf/l Ethanol), dabei wird ein 91gew.-%iger
Alkohol dampfförmig am 50. Boden abgezogen, der Rückfluß
ist die 2,3-fache Menge der Speisung zur Ent
wässerungskolonne.
Bei dem immer noch hohen Wärmeinhalt der Brüden läßt
sich der höhere Wassergehalt über Kopf der Entwässerungs
kolonne abtrennen. Neben dem besonders niedrigen
Dampfbedarf liegt der Vorteil der hier gewählten
Verfahrensweise in der erheblichen Einsparung von
apparativem Aufwand für eine Kolonne und mehrere
Wärmeaustauscher im Vergleich zur europäischen
Patentanmeldung 00 11 147.
Weiterhin sind folgende Maßnahmen für das erfindungs
gemäße Verfahren von Vorteil:
Die Aufkonzentrierung des Ethanols in der ersten Kolonne erfolgt auf eine Konzentration von 85-92 Gew.-%, der Kolonnensunpf wird bei einen Druck von 0,2-0,8 MPa betrieben. Die Speisung mit wäßrigem Rohalkohol erfolgt in den unteren Bereich der ersten Kolonne auf die Böden 12-20, wobei bei niedriger Konzentration die höheren Böden gewählt werden. Es ist angebracht den einge speisten Rohalkohol auf die Temperatur des Einlauf bodens durch Wärmetausch mit dem aus dem Sumpf dieser Kolonne abgezogenem Wasser zu bringen. Die sich in der ersten Kolonne anreichernden, höher als Ethanol siedenden Verunreinigungen werden einige Böden oberhalb der Rohalkoholeinspeisung abgezogen und dem Kraftstoff zugesetzt. Werden bei diesem Hochsiederabzug zwei flüssige Phasen gebildet, so wird nur die obere, organische Phase abgezogen, während die untere, wäßrige Phase einen oder mehrere Böden tiefer in die Kolonne zurückgeführt wird. Zur Ver minderung des Wassergehaltes des Hochsiederabzugs kann eine Extraktion mit Kraftstoff oder einer Komponente des Kraftstoffes, dem das Ethanol gegebenen falls zugesetzt werden soll, erfolgen. Hierbei wird nur die organische Phase abgezogen, die wäßrige wird auf den Abzugsboden bzw. tiefer, aber unter der Einspeisungsstelle des wäßrigen Rohalkohols zurückgeführt.
Die Aufkonzentrierung des Ethanols in der ersten Kolonne erfolgt auf eine Konzentration von 85-92 Gew.-%, der Kolonnensunpf wird bei einen Druck von 0,2-0,8 MPa betrieben. Die Speisung mit wäßrigem Rohalkohol erfolgt in den unteren Bereich der ersten Kolonne auf die Böden 12-20, wobei bei niedriger Konzentration die höheren Böden gewählt werden. Es ist angebracht den einge speisten Rohalkohol auf die Temperatur des Einlauf bodens durch Wärmetausch mit dem aus dem Sumpf dieser Kolonne abgezogenem Wasser zu bringen. Die sich in der ersten Kolonne anreichernden, höher als Ethanol siedenden Verunreinigungen werden einige Böden oberhalb der Rohalkoholeinspeisung abgezogen und dem Kraftstoff zugesetzt. Werden bei diesem Hochsiederabzug zwei flüssige Phasen gebildet, so wird nur die obere, organische Phase abgezogen, während die untere, wäßrige Phase einen oder mehrere Böden tiefer in die Kolonne zurückgeführt wird. Zur Ver minderung des Wassergehaltes des Hochsiederabzugs kann eine Extraktion mit Kraftstoff oder einer Komponente des Kraftstoffes, dem das Ethanol gegebenen falls zugesetzt werden soll, erfolgen. Hierbei wird nur die organische Phase abgezogen, die wäßrige wird auf den Abzugsboden bzw. tiefer, aber unter der Einspeisungsstelle des wäßrigen Rohalkohols zurückgeführt.
Die Brüden aus der ersten Kolonne wurden oberhalb
des Hochsiederabzugs aber unterhalb des
Kopfabzuges abgezogen und teilweise oder ganz in
den Aufkocher der zweiten Kolonne, um diese zu
beheizen, überführt und dort zu einem wesentlichen
Teil kondensiert, wobei der nichtkondensierte Teil
in die erste Kolonne einen Boden oberhalb des
Brüdenabzuges rückgeführt wird, während das
Kondensat teilweise auf die erste Kolonne zum Brüden
abzugsboden, teilweise in den oberen Teil der
zweiten Kolonne gefahren wird. Das Oberteil der ersten
Kolonne oberhalb des Brüdenabzugs zur Beheizung der
zweiten Kolonne wird bei einem niedrigeren Druck
als das Unterteil betrieben und zwar mindestens um den
Betrag, der als Druckverlust in den Leitungen von der
ersten Kolonne zum Aufkocher, im Aufkocher selbst,
in den erforderlichen Meß- und Regeleinrichtungen
und in den Leitungen zur ersten Kolonne entsteht.
Die Brüden der ersten Kolonne, die außer Ethanol
die niedriger als Ethanol siedenden Verunreinigungen
und einen Teil des Schleppmittels enthalten werden
kondensiert.
Ein Teil des Kondensates geht als Rückfluß auf die
erste Kolonne zurück, der Rest, wird abgezogen und
so dem Kraftstoff zugefügt. Bilden sich dabei
zwei flüssige Phasen, so wird die wäßrige Phase
vollständig rückgeführt, während ein Teil der
organischen Phase als Rückfluß zurückgegeben und
der andere Teil abgezogen und dem Kraftstoff zugesetzt
wird.
Die zweite Kolonne wird bei einem Kopfdruck von
0,05-0,2 MPa, vorzugsweise Atmosphärendruck, betrieben.
Nach Kondensation der Kopfdämpfe der zweiten Kolonne
wird nur die Menge über die Trennvorrichtung - die
zweckmäßig im Oberteil der Kolonne angeordnet sein
kann - gefahren, die erforderlich ist, um das mit
der Speisung eingebrachte Wasser auszuschleusen.
Die wäßrige Phase aus der Trenneinrichtung der
zweiten Kolonne wird auf die erste Kolonne oberhalb
der Rohalkoholeinspeisung, aber unterhalb des Hoch
siederabzugs rückgeführt. Als Schleppmittel für die
Entwässerung dienen Rohölschnitte bzw. Benzinschnitte
im Siedebereich 80-200°C oder die
reinen Komponenten Benzol, Cyclohexan oder Heptan.
Im einzelnen soll der Verfahrensablauf im
folgenden geschildert werden, zur Veranschaulichung
dient die beigefügte Zeichnung.
Die Maische aus Gärung oder Synthese (Leitung 1)
wird im Wärmeaustauscher (2) im Gegenstrom zum
Sumpfprodukt (Leitung 3) der Rektifizierkolonne (4)
auf die Temperatur des Speisungsbodens in der
Rektifizierkolonne (4) vorgewärmt und diesem
zugeführt. Die Rektifizierkolonne (4) wird über
den Umlaufverdampfer (5) mit Dampf (6) beheizt. Wenn
die Kolonne bei einem Sumpfdruck von 0,5 MPa betrieben
wird, ist ein Sattdampf von 0,8 MPa mit 170°C zur
Beaufschlagung des Umlaufverdampfers (5) sinnvoll. Die
Dampfmenge richtet sich nach dem Bedarf für den
Abtrieb, das heißt zur Erzielung eines alkoholfreien
Sumpfproduktes (3). Bei Einsatz einer Gärungsmaische
mit 8,5 Gew.-% Ethanol liegt dieser bei 1,8 kg Dampf
pro kg Ethanol.
Die Hauptmenge der Dämpfe wird über Leitung (7) von
einem oberen Boden abgezogen und dem Umlaufverdampfer
(8) der Entwässerungskolonne (9) zugeführt. Die
Energiezufuhr zu dieser Kolonne die im Kopf zur
Atmosphäre entlüftet, wird durch Kondensatstandhaltung
im Umlaufverdampfer (8) geregelt. Der nicht kondensier
te Anteil der Dämpfe wird über Leitung (10) der Rek
tifizierkolonne (4) einem Boden über dem Dämpfeab
zugsboden zugeführt. Zusammen mit den nicht abgezogenen
Dämpfen des Dämpfeabzugsbodens wird damit dem
Oberteil der Rektifizierkolonne (4) die erforder
liche Energie zugeführt. Zweckmäßig ist, die gesamten
Brüden über den Umlaufverdampfer (8) zu fahren,
da hier während der Kondensation der Hauptmenge
eine zusätzliche Anreicherung der Niedrigsieder
stattfindet. Das Kondensat des Umlaufverdampfers (8)
dient teilweise als Speisung über Leitung (11) für die
Entwässerungskolonne (9), teilweise wird es auf
den Dämpfeabzugsboden der Rektifizierkolonne (4)
über Leitung (12) gegeben. Da ein Druckgefälle
zur Entlüftung des Umlaufverdampfers (8) zwischen
Unter- und Oberteil der Rektifizierkolonne (4)
bestehen muß, wird der Flüssigkeitsablauf des
Kolonnenoberteils zum Kolonnenunterteil mit
Hilfe einer Pumpe gefördert.
In der Zone oberhalb der Rohalkoholeinspeisung sich
anreichernde, höher als Ethanol siedende Verun
reinigungen werden über Leitung (13) einer Trenn
einrichtung (15) zugeführt, die spezifisch
leichtere organische Phase wird über Leitung (17)
abgezogen, während die wäßrige Phase über Leitung (18)
einen oder mehrere Böden unterhalb des Abzugsbodens,
allerdings oberhalb des Einlaufes der Maische
in die Rektifizierkolonne zurückkehrt. Sollte eine
Trennung in zwei Phasen in (15) nicht erfolgen
oder sollte der Wassergehalt der organischen Phase
gesenkt werden, so wird statt in einer Dekantation
in einer Gegenstromextraktion - es können alle in der
Technik üblichen Methoden eingesetzt werden - über
Leitung (16) das Extraktionsmittel - Verwendung findet
dafür der Kraftstoff, dem später Ethanol zugesetzt
werden soll - zu dem via Leitung (13) abgezogenem
Produkt im Gegenstrom geführt. Die mit den Höher
siedern angereicherte organische Phase wird über
Leitung (17) nach Kühlung in (14) dem Kraftstoff
zugesetzt, während die wäßrige Phase über Leitung
(18) in die Rektifizierkolonne (4) zurückgeführt
wird, und zwar einen oder mehrere Böden unterhalb
des Abzugsbodens, aber oberhalb des Speisebodens
der Maische.
Die Entwässerungskolonne (9) liefert als Sumpf
produkt einen reinen, wasserfreien Alkohol
(unter 0,1% Wasser), der über Leitung (19)
abgezogen wird und ganz oder teilweise als Kraft
stoffbemischung verwendet wird.
Als Schleppmittel für die Entwässerungskolonne (9)
wird über Leitung (20) in jedem Fall ein Kohlen
wasserstoff eingesetzt, der als Kraftstoffkomponente
geeignet ist. Je nach dem, ob die Gesamtmenge des
erzeugten Ethanols nur als Kraftstoffzusatz
Verwendung finden soll oder aber neben Kraftstoff-
Ethanol auch hochreiner wasserfreier Alkohol abge
geben werden soll, wird man als Schleppmittel entweder
eine Benzinfraktion (Siedeschnitt 80-200°C.)
oder eine Reinsubstanz (Cyclohexan, Benzol
oder n-Heptan) einsetzen.
Die Kopfbrüden der Entwässerungskolonne (9) werden
im Kondensator (21) (Luft- oder Wasserkühler)
kondensiert und über Leitung (22) dem Kopfdekanteur (23)
der Entwässerungskolonne (9) zugeführt, der außer
halb der Kolonne aufgestellt oder auch zweckmäßig
im Inneren der Kolonne angebracht sein kann. Zur
Aufrechterhaltung des Wasserhaushaltes im Oberteil
der Kolonne - d. h. es muß sich möglichst nur
ternäres Kohlenwasserstoff-Ethanol-Wasser-Azeotrop
und möglichst wenig binäres Kohlenwasserstoff-
Ethanol-Azeotrop ausbilden - wird ein entsprechender
Anteil des Kondensates aus (21) am Dekanteur (23)
vorbeigefahren und direkt als Rücklauf auf die
Kolonne (9) gegeben.
Die organische Phase aus (23) läuft als Rückfluß auf
die Kolonne zurück, die wäßrige Phase wird
über Leitung (24) einem Boden zwischen Rohprodukt
speisung und Seitenabzug der Höhensieder in die
Rektifizierkolonne (4) geführt, wo die Trennung in
Wasser, das über den Sumpf (3) der Kolonne aus
geschleust wird, Ethanol mit Restwasser und Schlepp
mittel erfolgt.
Im Kopf der Rektifizierkolonne (4) findet sich das
Schleppmittel als ternäres Azeotrop mit Ethanol
und Wasser wieder, außerdem reichern sich dort alle
niedrigsiedenden Verunreinigungen des Ethanols an,
ob sie nun Azeotrope bilden oder nicht (z. B.
Acetaldehyd, Methanol, Kohlenwasserstoffe; bei
Synthese-Rohstoff: Diethylether). Nach Kondensation
im Kondensator (25) (vorzugsweise Wasserkühlung
wegen der teilweise besonders niedrigen Siedepunkte
der Verunreinigungen) wird das Kopfprodukt dem
Dekanteur (26) zugeführt. Ein Teil der organischen
Phase wird über Leitung (27) abgezogen und nach
Kühlung dem Kraftstoff zugesetzt, während der Rest
der organischen Phase zusammen mit der wäßrigen
Phase als Rücklauf auf den Kopf der Kolonne
über Leitung (28) gegeben wird.
Über diese organische Phase (Leitung 27) wird die
gesamte Schleppmittelmenge ausgeschleust, die
entsprechend der über die Entwässerung auszu
schleusenden Wassermenge in der wäßrigen Phase
(24) des Dekanteurs (23) der Entwässerungskolonne
(9) enthalten ist. Sie gelangt mit einer kleinen
Menge Ethanol und den niedrigsiedenden
Verunreinigungen des Rohalkohols sowie einem
Restwassergehalt in den Kraftstoff und muß laufend durch
frisches Schleppmittel (20) ersetzt werden.
Die Mindestmenge des Sumpfproduktes (19) der
Entwässerungskolonne (9) zur Abmischung für den
Kraftstoffzusatz richtet sich nach Menge und
Zusammensetzung des Zwangsanfalls an unreinen
Fraktionen aus dem Dekanteur des Seitenabzuges (17)
und des Kopfproduktes (27) der Rektifizierkolonne (4).
Zweckgebunden für den Einsatz als Kraftstoffkomponente
aus dem Sumpfprodukt (19) der Entwässerungskolonne (9)
ist die Menge, die den Wassergehalt in der Gesamt
mischung auf 0,5% des Ethanolgehaltes bringt.
Für die Destillation werden die in der Technik
üblichen Apparate, Einrichtungen und Werkstoffe
verwendet. Für den Abtriebsteil der ersten Kolonne
werden die Böden so gewählt, daß durch entsprechende
Strömungsführung und Dampfdurchtritt durch die
Flüssigkeit ein maximaler Selbstreinigungseffekt
erzielt wird. Der Umlaufverdampfer (5) wird zweckmäßiger
weise als Zwangsumlaufverdampfer ausgebildet, um durch
entsprechende Strömungsgeschwindigkeit ein Belegen der
Rohre und damit Verschlechterung des Wärmedurchganges
zu verhindern.
Wegen der für den Kraftstoffsektor erforderlichen
großen Menge werden im allgemeinen Bödenkolonnen
und nur ausnahmsweise Füllkörper-Kolonnen o. ä. Ein
satz finden. Bei der Bödenauslegung wird man
besonderes Augenmerk richten auf niedrigen
Druckverlust, damit der Sumpfdruck in der ersten
Kolonne möglichst niedrig gefahren werden kann.
Das Verfahren soll an Hand von 4 Beispielen erläutert
werden, wobei damit natürlich nicht die gesamte
Breite der Anwendung und alle Kombinations
möglichkeiten abgedeckt werden können.
100 t einer Maische, die durch alkoholische Gärung
unter Verwendung von Weizen als Rohstoff entstanden
ist und die neben 8,5 Gew.-% Ethanol noch 0,01%
Acetaldehyd und 0,04% Fuselöle (hauptsächlich
Amylalkohol) enthält, werden stündlich mit einer
Temperatur von 32°C durch den Wärmeaustauscher (2)
geschickt, wo sie im Gegenstrom zum Sumpfprodukt
der Rektifizierkolonne (4), die bei 0,45 MPa
Sumpfdruck betrieben wird, auf 135°C vorgewärmt
werden und dann auf den 18. von 60 Böden der Rektifi
zierkolonne eingespeist werden.
Der Umlaufverdampfer (5) der Rektifizierkolonne (4)
wird stündlich mit 15,3 t Dampf (satt 0,8 MPa, 170°C)
beaufschlagt, also 1,8 t Dampf/t Ethanol.
Durch Leitung (7) werden vom 50. Boden stündlich
28,8 t Dämpfe abgezogen mit 90 Gew.-% Ethanol,
9 Gew.-% Wasser, 0,1% Acetaldehyd, 1 Gew.-% Cyclohexan
und dem Umlaufverdampfer (8) zugeführt. Dort
kondensieren 25,9 t Dämpfe /h, von dem Kondensat
werden über Leitung (19) 12,4 t/h als Speisung
auf den 40. von 60 Böden der Entwässerungs
kolonne (9) gegeben, 13,5 t/h gehen auf
über Leitung (12) den Dämpfeabzugsboden der
Rektifizierkolonne (4) zurück und 2,9 t/h werden
dampfförmig über Leitung (10) auf den nächsten
Boden oberhalb des Dämpfeabzugsbodens der
Rektifizierkolonne (4) geleitet.
Vom 23. Boden der Rektifizierkolonne (4) werden
stündlich 0,6 t Flüssigkeit über Leitung (13)
zum Extraktionsdekanteur (15) gefahren, im Gegen
strom dazu über Leitung (16) 0,1 t/h Cyclohexan.
Am Kopf werden 170 kg/h mit der Zusammensetzung
57,6 Gew.-% Cyclohexan, 19,6 Gew.-% Fuselöle,
21,3 Gew.-% Ethanol und 1,5 Gew.-% Wasser abgezogen.
Auf Ethanol und Fuselöl bezogen, enthält dies
Gemisch 3,7 Gew.-% Wasser.
Vom Dekanteur (23) werden über Leitung (24)
stündlich 5,3 t wäßrige Phase auf den 20. Boden
der Rektifizierkolonne (4) mit folgender
Zusammensetzung gefahren: 2,2 Gew.-% Wasser, 53 Gew.-%
Ethanol, 0,5 Gew.-% Acetaldehyd und 24 Gew.-%
Cyclohexan.
Die vom Kopf der Kolonne (4) abgezogenen Dämpfe
werden im Kondensator (25) verflüssigt und im
Dekanteur (26) in 2 Schichten getrennt. Von der
oberen Schicht werden 0,3 t/h mit einer Zusammen
setzung von 78% Cyclohexan, 12% Ethanol, 4% Acet
aldehyd, 2% Wasser und 4% Kohlenwasserstoffe
über Leitung (27) abgezogen. Bezogen auf die
Summe Ethanol und Acetaldehyd beträgt der Wasser
gehalt 12,5%, Die untere Schicht und der Rest
der oberen Schicht werden aus dem Dekanteur
(26) als Rücklauf auf die Kolonne (4) gefahren.
Insgesamt fallen damit die Nebenprodukte aus der
Gärung in Mischung mit Ethanol und Kohlenwasser
stoffen in einer Gesamtmenge von 470 kg pro h an
mit einem Gesamtwassergehalt von 8,5 kg.
Vom Sumpf der Entwässerungskolonne (9) werden
8450 kg entwässerten Ethanols mit einem Wasser
gehalt von unter 0,1 Gew.-% abgezogen. Die
stündlich zu ersetzende Cyclohexanmenge beträgt 330 kg.
Um die Nebenproduktmischung von 470 kg/h auf einen
Wassergehalt unter 0,5 Gew.-% abzumischen, ist der
Zusatz von maximal 1450 kg erforderlich,
so daß bei Bedarf maximal 7 t/h Ethanol für andere
Zwecke als Treibstoffzusatz verfügbar sind.
100 t einer Maische, die aus dem Abtrieb von Sulfit
lauge erhalten wurde und neben 8,5 Gew.-% Ethanol noch
2 Gew.-% Methanol, 0,5 Gew.-% Acetaldehyd und 0,01%
Fuselöle enthält, werden stündlich mit einer
Temperatur von 60°C durch den Wärmeaustauscher (2)
geschickt, wo sie im Gegenstrom zum Sumpfprodukt der
Rektifizierkolonne (4), die bei 0,5 MPa Sumpfdruck
betrieben wird, auf 140°C vorgewärmt werden und
dann auf den 16. von 60 Böden der Rektifizierkolonne
eingespeist werden. Der Umlaufverdampfer (5) der
Rektifizierkolonne (4) wird stündlich mit 15,3 t Dampf
(satt 0,8 bar MPa, 170°C) beaufschlagt, also 1,8 t Dampf/t
Ethanol.
Durch Leitung (7) werden vom 50. Boden stündlich
28,0 t Dämpfe abgezogen mit 78 Gew.-% Ethanol, 10,5
Gew.-% Methanol, 2,5 Gew.-% Acetaldehyd, 9 Gew.-% Wasser
und dem Umlaufverdampfer (8) zugeführt. Dort
kondensieren 24 t Dämpfe/h, von dem Kondensat
werden 13 t/h als Speisung auf den 50. von
60 Böden der Entwässerungskolonne (9) gegeben,
11 t/h Kondensat gehen auf den Dämpfeabzugsboden
der Rektifizierkolonne zurück. 4 t/h der Dämpfe mit
62 Gew.-% Methanol, 17 Gew.-% Acetaldehyd, 14 Gew.-%
Ethanol, 7 Gew.-% Wasser werden im Umlaufverdampfer (8)
nicht kondensiert und gelangen dampfförmig durch
Leitung (10) auf den Boden oberhalb des Dämpfeab
zugsbodens der Rektifizierkolonne (4).
Aus dem Dekanteur (26) werden an organischer Phase
stündlich 15 t abgezogen mit folgender Zusammen
setzung: 40 Gew.-% Heptan, 40 Gew.-% Methanol, 10 Gew.-%
Acetaldehyd, 9,2 Gew.-% Ethanol, 0,8 Gew.-% Wasser.
Auf die Inhaltsstoffe der Maische-Ethanol, Methan und
Acetaldehyd bezogen sind in dieser Mischung 1,4 Gew.-% Wasser.
Die 40 Gew.-% Heptan machen 2 t n-Heptan/h aus, die
laufend über Leitung (20) ersetzt werden müssen.
Vom 23. Boden der Rektifizierkolonne werden stündlich
0,12 t Flüssigkeit zum Extraktionsdekanteur (15)
gegeben, in dem sich ohne Fremdstoffzugabe zwei
Phasen bilden. Die wäßrige Phase wird über
Leitung (18) dem 20. Boden der Rektifizierkolonne (4)
zugeführt.
Als organische Schicht fallen stündlich 14 kg an mit
71 Gew.-% Fuselölen, 15 Gew.-% Ethanol, 14 Gew.-% Wasser.
Genau wie der Abzug an organischer Phase aus dem
Dekanteur (26) der Rektifizierkolonne (4)
wird dieser Abzug in die Mischung zum Kraftstoff
ethanol gegeben. Gesamtwassergehalt der Abzüge:
40 kg + 2 kg = 42 kg. Wenn die Kraftstoffzumischung
nicht mehr als 0,5 Gew.-% Wasser auf die Summe von
Ethanol, Methanol und Acetaldehyd bezogen enthalten
soll, ist nahezu die gesamte Erzeugung für den
Kraftstoffzusatz zweckgebunden. Das heißt, in diesen
besonderen Fall mit dem extrem hohen Methanolgehalt im
Rohprodukt muß der gesamte Anfall an wasserfreiem
Ethanol aus dem Sumpf (19) der Entwässerungs
kolonne (9) dem Kraftstoff zugemischt werden.
Die Rückführung an wäßriger Phase (24) des inneren
Dekanteurs (23) der Entwässerungskolonne (9)
beträgt stündlich 10,2 t mit 66 Gew.-% Ethanol,
16,9% n-Heptan, 14,7 Gew.-% Wasser, 2,4 Gew.-% Methanol.
Es werden wie in Beispiel 2 100 t/h einer Maische,
die aus dem Abtrieb einer vergorenen Sulfitablauge
erhalten wurde, unter den dort genannten Bedingungen
in die Rektifizierkolonne (4) gefahren. Abweichend
zu Beispiel 2 werden 10 t/h eines Benzinschnittes
mit dem Siedebereich 80-200°C mit in Leitung (11)
eingespeist. Der Überschuß wird kontinuierlich aus dem
Sumpf der Entwässerungskolonne (9) zusammen mit dem
entwässerten Ethanol über Leitung (19) abgezogen.
Durch diese Fahrweise wird ein besonders wasser
armes Ethanol erzeugt mit 0,05% Wasser. Im übri
gen sind diese Bedingungen wie im Beispiel 2 angegeben.
100 t einer Maische, die durch alkoholische Gärung
unter Verwendung von Kartoffeln als Rohstoff ent
standen ist und die neben 8,5 Gew.-% Ethanol noch
0,1 Gew.-% Methanol, 0,01% Acetaldehyd
und 0,05% Fuselöle (hauptsächlich Amylalkohol) enthält,
werden stündlich mit einer Temperatur von 32°C durch
den Wärmeaustauscher (2) geschickt, wo sie im
Gegenstrom zum Sumpfprodukt der Rektifizierkolonne
(4), die bei 0,45 MPa Sumpfdruck betrieben wird, auf
135°C vorgewärmt werden und dann auf den 18. von
60 Böden der Rektifizierkolonne eingespeist werden.
Der Umlaufverdampfer (5) der Rektifizierkolonne (4)
wird stündlich mit 15,3 t Dampf (satt 0,8 MPa, 170°C)
beaufschlagt, also 1,8 t Dampf pro t Ethanol.
Durch Leitung (7) werden vom 50. Boden stündlich
28,5 t Dämpfe abgezogen mit 88,5 Gew.-% Ethanol,
9 Gew.-% Wasser, 0,5 Gew.-% Methanol, 2 Gew.-% Benzin
und dem Umlaufverdampfer (8) zugeführt. Dort konden
sieren 25,5 t Dämpfe/h, von dem Kondensat werden 12,4 t
als Speisung auf den 50. von 60 Böden der Ent
wässerungskolonne (9) gegeben, 13,1 t Kondensat/h
gehen auf den Dämpfeabzugsboden der Rektifizier
kolonne (4) zurück. 3,0 t/h der Dämpfe mit 4 Gew.-%
Methanol, 86 Gew.-% Ethanol, 8 Gew.-% Wasser, 2 Gew.-%
Benzin werden im Umlaufverdampfer (8) nicht kondensiert
und gelangen dampfförmig durch Leitung (10) auf den
Boden oberhalb des Dämpfeabzugsbodens der Rektifizier
kolonne (4).
Aus dem Dekanteur (26) werden an organischer Phase
stündlich 2,5 t abgezogen mit folgender Zusammen
setzung: 80 Gew.-% Benzin, 15 Gew.-% Ethanol, 4 Gew.-%
Methanol, 1 Gew.-% Wasser, 0,3 Gew.-% Acetaldehyd.
Auf die Summe Ethanol, Methanol und Acetaldehyd
bezogen sind in dieser Mischung ca. 5% Wasser.
Der Benzinanteil macht 2 t Benzin (Siedefraktion
80-200°C) aus, der laufend über Leitung (20)
oder Leitung (11) ersetzt werden muß.
Vom 23. Boden der Rektifizierkolonne werden stündlich
0,6 t Flüssigkeit zum Extraktionsdekanteur (15)
gegeben, der stündlich mit 0,1 t Benzin beauf
schlagt wird. Die wäßrige Phase wird über Lei
tung (18) dem 20. Boden der Rektifizierkolonne (4)
zugeführt. Als organische Schicht fallen stündlich etwa
170 kg an mit 60 Gew.-% Benzin, 29 Gew.-% Fuselölen,
6 Gew.-% Ethanol und 6 Gew.-% Wasser.
Auf die Summe Ethanol und Fuselöl bezogen enthält
dieser Abzug 17% Wasser. Genau wie der Abzug
an organischer Phase aus dem Dekanteur (26) der
Rektifizierkolonne (4) wird dieser Abzug in die
Mischung zum Kraftstoff-Ethanol gegeben. Gesamt
wassergehalt der Abzüge: 35 kg/h. Wenn die Kraft
stoffmischung nicht mehr als 0,5 Gew.-% Wasser
auf Ethanol bezogen enthalten soll, ist die Ethanol
erzeugung für den Kraftstoffzusatz nahezu zweckge
bunden. Das heißt, in diesem besonderen Fall beim
Zusammentreffen der Notwendigkeit des Methanolab
zugs mit der Verwendung einer weitgeschnittenen
Benzinfraktion als Schleppmittel muß der gesamte
Anfall an wasserfreiem Ethanol aus dem Sumpf (19)
der Entwässerungskolonne (9) den Kraftstoff zu
gemischt werden.
Die Rückführung an wäßriger Phase (24) des inneren
Dekanteurs (23) der Entwässerungskolonne (9) beträgt
stündlich 9,12 t mit 60 Gew.-% Ethanol, 24,9% Benzin,
15% Wasser, 0,1% Methanol.
Claims (8)
1. Destillationsverfahren zur Herstellung von entwässertem Ethanol aus
verdünnten wäßrigen Lösungen, erhalten durch alkoholische Gärung aus
kohlehydrathaltigen Rohstoffen oder durch Hydratisierung von Ethylen,
wobei das entwässerte Ethanol sowohl als Kraftstoffzusatz als auch
für andere technische Einsatzgebiete geeignet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Destillation in einem Zweikolonnensystem durchgeführt wird,
wobei die erste Kolonne zur Rektifizierung unter einem Sumpfdruck von
0,2 bis 0,8 MPa und einer mindestens 6°C höheren Temperatur der Brü
den als der Sumpftemperatur der zweiten Kolonne entspricht, betrieben
wird, die zweite Kolonne mit einem Kopfdruck von 0,05 bis 0,2 MPa zur
Entwässerung ausschließlich mit den Brüden der ersten Kolonne beheizt
wird, in der ersten Kolonne die Aufkonzentrierung des verdünnten wäß
rigen Ethanols auf eine Ethanolkonzentration von 85 bis 92 Gew.-%,
die Abtrennung höher als Ethanol siedender Verunreinigungen oberhalb
der Einspeisung des verdünnten Rohalkohols und unterhalb des Brüden
abzugs erfolgt, die Rückgewinnung des Ethanols aus der unteren
Schicht des kondensierten Kopfproduktes der zweiten Kolonne, sowie
die Abtrennung von niedriger als Ethanol siedenden Verunreinigungen
und Schleppmittel am Kopf der ersten Kolonne erfolgt, in der zweiten
Kolonne die Entwässerung mittels Benzinfraktionen mit einem Siedebe
reich von 80°C bis 200°C oder mit den reinen Komponenten Benzol,
Cyclohexan oder Heptan als Schleppmittel unter Abtrennung der wäßri
gen Phase als Kopfprodukt erfolgt, der größte Teil oder die Gesamt
heit der Brüden aus der ersten Kolonne aus einer Zone oberhalb des
Seitenabzuges für höhersiedende Verunreinigungen und mehrere Böden
unterhalb des Kopfabzuges in den Aufkocher der zweiten Kolonne abge
zogen und dort zu einem wesentlichen Teil kondensiert werden, wobei
der nicht kondensierte Anteil in die erste Kolonne einen Boden ober
halb des Brüdenabzugsbodens zurückgeführt wird, während ein Teil des
Kondensates auf die erste Kolonne zum Abzugsboden zurückgeführt wird
und der andere Teil auf die zweite Kolonne in den oberen Teil einge
speist wird, die Brüden vom Kopf der ersten Kolonne in einem Konden
sator kondensiert werden, ein Teil dieser Brüden als Rückfluß auf den
Kopf dieser Kolonne gegeben wird, während der Rest, der niedriger als
Ethanol siedende Verunreinigungen und Schleppmittel aus der zweiten
Kolonne enthält, abgezogen wird, nach der Kondensation der Kopfdämpfe
der zweiten Kolonne nur die entsprechende Menge an Flüssigkeit über
eine Trenneinrichtung gefahren wird, um die mit der Speisung in die
zweite Kolonne eingebrachte Wassermenge ausschleusen zu können, wäh
rend weiteres Kondensat direkt als Rücklauf auf die zweite Kolonne
gegeben wird und die Rückführung der wäßrigen Phase aus der Trennein
richtung der zweiten Kolonne oberhalb der Einspeisung des Rohalko
hols, aber unterhalb des Seitenabzuges der höher als Ethanol sieden
den Verunreinigungen erfolgt, und die Vorwärmung des in die erste
Kolonne eingespeisten Rohalkohols auf die Temperatur des Einlauf
bodens durch Wärmetausch mit dem aus dem Sumpf dieser Kolonne abge
zogenen Wassers erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speisung des durch Gärung von kohlehydrathaltigen Rohstoffen
oder durch Hydratisierung von Ethylen erhaltenen wäßrigen Rohalkohols
in den unteren Bereich der ersten Kolonne auf die Böden 12 bis 20
erfolgt, wobei bei niedrigeren Konzentrationen die höheren Böden ge
wählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Seitenabzug der ersten Kolonne, der höher als Ethanol sieden
de Verunreinigungen enthält, bei Ausbildung von zwei flüssigen Phasen
in eine Trenneinrichtung gefahren wird, von dem die obere organische
Phase abgezogen und die untere wäßrige Phase einen oder mehrere Böden
tiefer in die erste Kolonne rückgeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verminderung des Wassergehaltes eine Extraktion des flüssigen
Seitenabzuges der höher als Ethanol siedenden Verunreinigungen mit
den im Anspruch 1 als Schleppmittel angegebenen Komponenten erfolgt,
wobei nur die organische Phase abgezogen wird, während die wäßrige
Phase auf den Abzugsboden oder wenige Böden darunter, jedoch nicht
tiefer als auf den Einspeiseboden des Rohalkohols, zurückgeführt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Ausbildung von zwei flüssigen Phasen nach der Kondensation
der Kopfdämpfe der ersten Kolonne die wäßrige Phase vollständig in
diese zurückgeführt wird, während ein Teil der organischen Phase als
Rückfluß auf die erste Kolonne gegeben und ein Teil abgezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Kolonne vorzugsweise bei Atmosphärendruck betrieben
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Einsatz des Ethanols als Kraftstoffzusatz das im Kondensator
der ersten Kolonne anfallende Kondensat in Rückfluß für die erste
Kolonne und Abzug (für den Kraftstoffzusatz) aufgeteilt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Trenneinrichtung für die zweite Kolonne im Oberteil dieser
Kolonne angeordnet ist.
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