DE3205096A1 - Process for the dehydration of alcohols, in particular aliphatic alcohols having not more than three C atoms - Google Patents
Process for the dehydration of alcohols, in particular aliphatic alcohols having not more than three C atomsInfo
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Description
STARCCS/; G.m.b.H., Am Alten Bahnhof 5, 3300 BraunschweigSTARCCS /; G.m.b.H., Am Alten Bahnhof 5, 3300 Braunschweig
Verfahren zur Entwässerung von Alkoholen, insbesondere aliphatische Alkohole mit nicht mehr als drei C-AtomenProcess for the dehydration of alcohols, in particular aliphatic alcohols with no more than three carbon atoms
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entwässerung von niederen aliphatischen Alkoholen, vorzugsweise Äthanol, unter Einsatz einer Schleppmitteldestillation mit Methylcyclohexan als zu verwendendes Lösungsmittel. 5 The invention relates to a process for dehydrating lower aliphatic alcohols, preferably ethanol, using an entrainer distillation with methylcyclohexane as the solvent to be used. 5
Gemäß Anspruch 1 geschieht die Energiezufuhr im Sumpf der Kolonne durch Kondensation des zuvor in einem Brüdenkompressor vorgespannten Kopfproduktes. Bei dem zu entwässernden Äthanol kann es sich sowohl um Gärungsalkohol als auch um einen Synthesealkohol handeln.According to claim 1, the energy is supplied in the bottom of the column by condensation of the top product, which was previously pressurized in a vapor compressor. In the case of the ethanol to be dehydrated it is both fermentation alcohol and a synthetic alcohol.
Die Entwässerung von Äthanol durch Schleppmitteldestillation ist ein in der Technik seit längerem angewandtes Verfahren. Als Lösungsmittel wurden bislang Benzol, in letzter Zeit über · wiegend auf Grund seiner stärkeren toxikologischen Unbedenklichkeit Cyclohexan verwende-tsThe dehydration of ethanol by entrainer distillation is a technique that has been used in technology for a long time. Benzene has hitherto been used as the solvent, lately mainly because of its greater toxicological harmlessness Use cyclohexane
Neben ökologischen und medizinischen Gesichtspunkten tritt die Frage nach dem Energieeintrag bei der Äthi.nolproduktion, ins-"20 besondere bei der Absolutierung des Äthanols zum Zwecke seiner Verwendung als Flüssigenergietrager, stark in den Vordergrund.In addition to ecological and medical aspects, there is also the question of the energy input in the production of ethi.nol, ins- "20 especially when it comes to the absoluteization of ethanol for the purpose of its use as a liquid energy carrier.
Hier ist ein Ansatzpunkt gegeben, die Energiebilanz bei der Xthanolfabrikation aus landwirtschaftlichen Rohstoffen weiterhin zu verbessern.Here is a starting point, the energy balance in the xthanol production from agricultural raw materials continues to improve.
Der Ersatz des Cyclohexans durch Methylcyclohexan ermöglicht 'eine grundsätzliche Änderung der bisher bekannten Absolutierungsverfahren. The replacement of the cyclohexane by methylcyclohexane enables a fundamental change in the previously known absolutization process.
Bei der Rektifikation des Dreikomponentensystems Äthanol (1) Wasser (2) - Methylcyclohexan (3) entsteht in Abhängigkeit von Bodenzahl und Rücklaufverhältnis ein ternäres Gemisch am Kopf der Kolonne, das sich gerade im überdruckbereich durch einen gegenüber dem Cyclohexan stark erhöhten Wassergehalt auszeichnet. Hierdurch wird erreicht, daß die zur Entwässerung notwendige Stoffmenge des ternären Gemisches abnimmt. Gleichzeitig nimmt die Siedetemperatur des ternären Gemisches als Funktion des Arbeitsdruckes der Kolonne einen Wert an, der den energiesparenden Einsatz eines Brüdenkompressors ermöglicht, wodurch eine grundlegende Verbesserung des Verfahrens erzielt wird.In the rectification of the three-component system ethanol (1) water (2) - Methylcyclohexane (3) results in a ternary mixture at the top, depending on the number of plates and the reflux ratio the column, which is characterized by a water content that is significantly higher than that of cyclohexane, especially in the overpressure range. This ensures that the amount of substance of the ternary mixture required for dewatering decreases. Simultaneously the boiling temperature of the ternary mixture as a function of the working pressure of the column assumes a value that corresponds to the energy-saving Use of a vapor compressor made possible, whereby a fundamental improvement of the process is achieved.
Wie aus der Praxis bekannt ist, wird bei der bisherigen Arbeitsweise mit Cyclohexan zur Gewinnung von 1 Liter reinem Äthanol aus einem Äthanol/Wasser-Gemisch von 94,5 % mas Äthanol eine Wärmemenge von etwa 4 MJ benötigt. Diese Zahl bezieht sich auf ein Zweikolonnensystem, bestehend aus Absolutierungs- und Aufarbeitungskolonne.As is known from practice, the previous way of working with cyclohexane to obtain 1 liter of pure ethanol from an ethanol / water mixture of 94.5% mas Ethanol requires a heat quantity of about 4 MJ. This number refers to a two-column system, consisting of absolute and work-up column.
Es ist die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Verfahren der zuvor erwähnten Art vorzusehen, welches die kontinuierliche Produktion von ISsungsmittelfreiem Äthanol mit einem Anteil von weniger als 0,1 % mas Wasser zuläßt und durch einen besonders an ein bestimmtes Lösungsmittel gebundenen Verfahrensablauf eine Verminderung des Energieeintrages auf 25 - 30 % des obigen Wertes ermöglicht.It is the underlying object of the present invention to provide a method of the aforementioned type, which the continuous production of solvent-free ethanol with a proportion of less than 0.1% by mass water and by a particularly bound to a certain solvent Process sequence enables the energy input to be reduced to 25 - 30% of the above value.
3205Q963205Q96
Diese Aufgabe ist durch den kennzeichnenden Teil dos Hauptanspruches gelöst.This task is through the characterizing part of the main claim solved.
Das Verfahren nach der Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung beschrieben werden.The method according to the invention is hereinafter referred to as reference to be described on the attached figure.
Die Abbildung zeigt ein Flußdiagramm, welches die prinzipielle Schaltung der Absolutierungsrektifikationskolonne wiedergibt.The figure shows a flow chart showing the principle Circuit of the absolutization rectification column reproduces.
Der Zulauf (Z) setzt sich aus Äthanol und einem gewissen Restanteil Wasser, der üblicherweise etwa 5 % mas H3O beträgt, zusammen und wird etwa 10 bis 20 Böden unterhalb des Kopfes in die Kolonne geführt. Vorzügsweise werden Arbeitsdrücke zwischen 5 Und 15 bar eingehalten. Das am Kopfteil der Anlage entstehende ternäre Gemisch (K), das bei RücklaufVerhältnissen von ν = 4 bis ν = 5 dem ternären Azeotrop entspricht, wird mittels eines durch einen Motor (M) angetriebenen Verdichters (V) komprimiert und auf das zur Beheizung des Systems notwendige Druck- und Temperatur-Niveau gebracht. Im Ver* dämpfer (H) wird die Kondensationswärme des Kopfgemisches an das Sumpfprodukt (P), welches aus absolutem Alkohol besteht, abgegeben. Während ein Teil des kondensierten ternären Gemisches zur Rückflußerzeugung auf den Kopf der Kolonne geführt wird, gelangt eine zur Entwässerung des Äthanols notwendige Menge zu einem Dekanteur (D)♦ Hier kann wahlweise bei Systemdruck oder nach vorhergehender Entspannung (E) die Phasentrennung des Gemisches vorgenommen werden.Feed (Z) is made up of ethanol and a certain residual proportion of water, which is usually about 5% by mass H 3 O, and is fed into the column about 10 to 20 trays below the top. Working pressures between 5 and 15 bar are preferably maintained. The ternary mixture (K) created at the top of the system, which corresponds to the ternary azeotrope with return flow ratios of ν = 4 to ν = 5, is compressed by means of a compressor (V) driven by a motor (M) and transferred to that for heating the system necessary pressure and temperature level brought. In the evaporator (H) the heat of condensation of the top mixture is given off to the bottom product (P), which consists of absolute alcohol. While part of the condensed ternary mixture is fed to the top of the column for reflux generation, an amount necessary for dehydrating the ethanol reaches a decanter (D) ♦ Here the phase separation of the mixture can be carried out either at system pressure or after previous expansion (E) .
Während die Oberphase, welche überwiegend aus dem Lösungsmittel besteht, direkt zur Absolutierungskolonne zurückgeführt wird, gelangt die äthanol- und wasserreiche Unterphase zu einer Aufarbeitungskolonne (S).During the upper phase, which mainly consists of the solvent exists, is returned directly to the absolutizing column, the lower phase which is rich in ethanol and water is added a work-up column (S).
-T--T-
Diesem Verfahren liegt zugrunde, daß die Rektifikation bevorzugt bei Systemdrücken von 5 bis 15 bar vorgenommen wird. Durch das erreichte Temperaturniveau und 'die verbesserte Temperaturdifferenz der Siedepunkte von Kopf- und Sumpfprodukt, die je nach Druck bei Methylcyclohexan als Schleppmittel 6 bis 11°C und bei Cyclohexan etwa das Doppelte beträgt, werden gute Leistungszahlen des Verdichters (V) erzielt.This process is based on the fact that rectification is preferred is carried out at system pressures of 5 to 15 bar. Due to the temperature level reached and 'the improved Temperature difference between the boiling points of the top and bottom product, which, depending on the pressure, is 6 to 11 ° C for methylcyclohexane as an entrainer and approximately twice that for cyclohexane, good performance figures of the compressor (V) are achieved.
Ein Massenstrom von 7,86 kg/h einer Äthanol/Wasser-Mischung mit einem Anteil von 94,5 % mas Äthanol wurde in eine Druckrektifizierkolonne mit 55 Glockenboden und einem Durchmesser von 100 mm geführt. Der Systemdruck am Kopf der Kolonne betrug 8,6 bar, im Sumpf 8,8 bar. Zur Minimierung von Strahlungswärmeverlusten trugen eine ausreichende Isolation sowie Kompensationsheizmäntel bei.A mass flow of 7.86 kg / h of an ethanol / water mixture with a proportion of 94.5 % mass ethanol was fed into a pressure rectification column with a 55 bubble-cap base and a diameter of 100 mm. The system pressure at the top of the column was 8.6 bar and at the bottom 8.8 bar. Adequate insulation and compensation heating jackets contributed to minimizing radiant heat losses.
Die Produktionsmenge an reinem Äthanol (mit 0,1 % mas H2O) betrug 6,15 kg/h bei einem eingehaltenen Rücklaufverhältnis von ν = 4. Zum Entfernen des VJassers mußten 3,72 kg/h des ternären Gemisches aus der Kolonne abgezogen werden.The production amount of pure ethanol (with 0.1% mass H 2 O) was 6.15 kg / h with a reflux ratio of ν = 4. To remove the water, 3.72 kg / h of the ternary mixture had to be withdrawn from the column will.
Sämtliche benötigten Konzentrationswerte sind in der Tabelle aufgeführt.All required concentration values are listed in the table.
Nach der sich anschließenden Dekantation wurde die Oberphase, gemäß Abbildung, zur Rektifikation zurückgeführt, während die das Wasser enthaltende Unterphase verworfen wurde. Der hierdurch dem Prozeß entzogene Äthanol wurde bei der Zulaufmenge (Z) berücksichtigt. Lösungsmittelverluste in Höhe von 0,12 kg/h wurden durch Zudosierung zur Oberphase ausgeglichen, weil die Versuchsapparatur keine - in der Technik übliche HilScolonne zur Aufarbeitung der Unterphase besitzt.After the subsequent decantation, the upper phase, as shown in the figure, was returned to the rectification while the lower phase containing the water was discarded. The ethanol withdrawn from the process as a result was added to the feed quantity (Z) taken into account. Solvent losses of 0.12 kg / h were compensated for by metering into the upper phase, because the experimental apparatus is not a HilScolonne, which is common in technology to work up the sub-phase.
-T--T-
Beheizt wurde die Kolonne mit Hilfe des verdichteten Kopfproduktdampfes. The column was heated with the aid of the compressed overhead product vapor.
Die Leistungsaufnahme am Motor (M) des Verdichters (V) betrug 0,207 kW, das entspricht einem Wärmestrom von 747 kJ/h, 'bzw. 97 kJ/1 r.A. oder 0,027 kWh/l r.A.The power consumption at the motor (M) of the compressor (V) was 0.207 kW, which corresponds to a heat flow of 747 kJ / h, 'respectively. 97 kJ / 1 r.A. or 0.027 kWh / l r.A.
Um den Bedarf an elektrischer Energie mit konventioneller Dampfbeheizung vergleichen zu können, muß der Turbinenwirkungsgrad für Eigenstromversorgung mit einbezogen werden (-9 = 0,7/,To meet the need for electrical energy with conventional To be able to compare steam heating, the turbine efficiency must be must be included for internal power supply (-9 = 0.7 /,
Es zeigt sich, daß bei der Produktion von absolutem Äthanol nach dem dem Patentanspruch zugrundeliegenden Verfahren 139 kJ/1 r.A. in Form von entsprechend vorgespannten Dampf benötigt werden. Die Aufarbeitungskolonne verbraucht, wie bei dem konventionellen Verfahren im Überdruckbereich,etwa 670 kJ/1 r.A. zusätzlich, so daß ein Gesaratwärmebedarf von 809 kJ/1 r.a. resultiert.It turns out that in the production of absolute ethanol according to the method on which the patent claim is based 139 kJ / 1 r.A. in the form of appropriately pre-stressed steam are needed. As in the conventional process in the overpressure range, the work-up column consumes about 670 kJ / 1 r.A. in addition, so that a total heat requirement of 809 kJ / 1 r.a. results.
Konzentrationen der Komponenten (% mas)Concentrations of the components (% mas)
% masPhase proportion
% mas
Azeotrop
(Kopfprodukt)ternary
Azeotrope
(Head product)
Dekanteur
(25°C)Upper phase
Dean
(25 ° C)
Dekanteur
(25°C)Sub-phase
Dean
(25 ° C)
Arbeitsdruck der Rektifizierkolonne =8,6 barWorking pressure of the rectification column = 8.6 bar
GO K) OGO K) O
OD (T)OD (T)
LL 2 HlHLL 2 HlH
" ' - ' ■ 320509G "'-' ■ 320509G
a-a-
Zur ^Gurteilunn hcran7;ii7.iehr.nfici SchriftenZur ^ G Judunn hcran7; ii7.iehr.nfici writings
Riedel, K.U.: Branntweinwirtschaft 5 (1976) S.Riedel, K.U .: Branntweinwirtschaft 5 (1976) p.
Klar, M.:Sure, M .:
Fabrikation von absolutem Alkohol zwecks Verwendung al:Manufacture of absolute alcohol for use as:
Zusatzmittel zu Motortrciljstoffen T.-7. Knapp Verlag, Halle, 1936Additives to motor substances T. -7. Knapp Verlag, Halle, 1936
3) Leppmann, 0. - Denslow, J. - Ronkainen, P.:3) Leppmann, 0. - Denslow, J. - Ronkainen, P .:
Energy Consumption in the Distillation of Fuel Alcohol (Vortrag auf dem IV. International Symposium on Alcoholfuels Technology, Guaruja, Brasilien, 1980.)Energy Consumption in the Distillation of Fuel Alcohol (Lecture at the IV. International Symposium on Alcoholfuels Technology, Guaruja, Brazil, 1980.)
4) Tegtmeier, U, - Misselhorn, K, Biotechnology Letters VoI 3, 8 (1981) S.4) Tegtmeier, U, - Misselhorn, K, Biotechnology Letters VoI 3, 8 (1981) p.
*) ÜS-PS 4 256 541, 3/1981 Müller et al.*) ÜS-PS 4 256 541, 3/1981 Müller et al.
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1982
- 1982-02-12 DE DE19823205096 patent/DE3205096A1/en not_active Withdrawn
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1983
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