DE3305303A1

DE3305303A1 - Verfahren zum trennen von kohlenwasserstoffen durch fluessigextraktion

Info

Publication number: DE3305303A1
Application number: DE19833305303
Authority: DE
Inventors: Luc F.L.N. 1410 Waterloo Delorme; Jacques F.J. 3061 Leefdaal Grootjans; James M. 79720 Big Spring Tex. Watson
Original assignee: Cosden Technology Inc
Current assignee: Cosden Technology Inc
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1983-02-16
Publication date: 1983-08-25
Also published as: IT1163087B; US4421640A; JPS58147494A; FR2521550A1; FR2521550B1; CA1181772A; BE895913A; IT8319514A0; GB2115831A; GB2115831B; GB8304036D0; NL8300481A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK. · dr. P. WEINHOLD ■ dr. P. BARZ · München DIPL.-ING. C. DANNENBERG · dr. D. GUDEL· dipu-ing. S. SCHUBERT · franisfurt

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

SIEGFRIEDSTRASSE β βΟΟΟ MÜNCHEN 4O

TELEFONi (089» 335024 + 335025 TELEGRAMME: WIRPATENTE TELEXt 5215679

Case: COS-415

COSDEN TECHNOLOGY INC.
West, 10th Street
Wilmington, Delaware
U.S.A.

VERFAHREN ZUM TRENNEN VON KOHLENWASSERSTOFFEN DURCH FLÜSSIGEXTRAKTION

- t- S

VERFAHREN ZUM TRENNEN VON KOHLENWASSERSTOFFEN DURCH FLÜSSIGEXTRAKTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von flüssigen Kohlenwasserstoffen durch Lösungsmittelextraktion, insbesondere ein Verfahren zum selektiven Trennen der aromatischen und paraffinischen Komponenten eines Kohlenwasserstoffgemisches.

Es ist bereits bekannt, Kohlenwasserstoffgemische, die paraffinische und aromatische Komponenten enthalten, durch Flüssigextraktion mit einem organischen Lösungsmittel zu trennen. Bei der Wahl des organischen Lösungsmittels für ein bestimmtes Extraktionsverfahren müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, z.B. die Selektivität, Kapazität, Rückgewinnbarkeit, Dichte, Grenzflächenspannung, Korrosivität, chemische Reaktivität und Stabilität, Visko-

2Q sität, Toxizität und die Kosten.

In der US-PS 3 157 592 ist die Verwendung von N-Hydroxyalkylpyrrolidonen zum Trennen von aromatischen und paraffinischen Verbindungen beschrieben. Die Durchführung des Ver-_2g fahrens erfolgt dort bei Atmosphärendruck und Temperaturen von 5 bis 60⁰C.

In den meisten Verfahren zur Lösungsmittelextraktion von Aromaten, die im Gemisch mit paraffinischen Verbindungen

J₃₀ vorliegen, erfordert die Abtrennung der Aromaten aus dem Lösungsmittel gewöhnlich eine Destillation bei erhöhter Temperatur. In derartigen Verfahren kann somit die Energienutzung optimiert werden, wenn man die Extraktionsstufe des Verfahrens bei erhöhter Temperatur durchführt. Die Auswahl

Q₅ von Lösungsmitteln, die für erhöhte Temperaturen geeignet sind, bereitet jedoch einige Probleme. Höhere Temperaturen erhöhen zwar die Beladungskapazität des Lösungsmittels, ver ringern jedoch seine Selektivität. In derartigen Extraktions

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verfahren wird gewöhnlich Wasser zur Steuerung der Selektivität eingesetzt. Dabei nimmt zwar mit Erhöhung des Wassergehalts die Selektivität des Lösungsmittels zu, gleichzeitig nimmt jedoch seine Beladungskapazität ab. Aufgrund dieser entgegengesetzten Effekte sowie der anderen, oben genannten Faktoren haben sich sehr wenige Lösungsmittel als geeignet für eine wirksame Extraktion von Aromaten aus Gemischen mit paraffinischen Verbindungen bei erhöhten Temperaturen erwiesen.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur selektiven Trennung von aromatischen und paraffinischen _H_ Komponenten eines Kohlenwasserstoffgemisches durch Flüssig-Flüssig-Lösungsmittelextraktion der Aromaten bei erhöhten Temperaturen bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird ein flüssiges Kohlenwasserstoffgemisch von aromatischen und paraffinischen Komponenten mit einem Lösungsmittel, das im wesentlichen aus N-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidon (im folgenden: HEP) besteht und eine geringe Wassermenge enthält, bei einer Temperatur von etwa 107 bis 162°C (225 bis 325⁰F) und einem Druck von etwa 586 bis

„ 2137 kPa (85 bis 310 psia) vermischt, worauf man das erhaltene Gemisch sich in eine Raffinatphase und eine Extraktphase trennen läßt, wobei die letztere reich an den aromatischen Kohlenwasserstoffkomponenten des Kohlenwasserstoffgemisches ist. Die aromatischen Kohlenwasserstoffkomponenton können dann nach herkömmlichen Methoden, z.B. durch Destillation, gewonnen werden.

Die Eignung von HEP im erfindungsgemäßen Verfahren wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläute-rrt. Die verwendete Vorrichtung besteht aus einem verschließbaren Metallgefäß mit einem Volumen von etwa 1 1. Das Gefäß ist mit einem mechanischen Rührer und Probeleitungen ausgerüstet, di·· mit Sichtgläsern versehen sind und das Ab-

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ziehen von Proben aus der oberen Schicht (Raifinatphase) und der unteren Schicht (Extraktphase) ermöglichen.

In jedem Extraktionstest wird eine gewogene Menge jeder Komponente in das Gefäß eingebracht, so daß das Gesamtvolumen des erhaltenen Gemisches etwa 1 1 ausmacht. Das Gefäß wird verschlossen, auf den gewünschten Druck gebracht und in ein auf die gewünschte Testemperatur thermostatisier· tes Bad eingebracht. Das Gemisch wird 1/2 Stunde mit dem mechanischen Rührer bei der gewünschten Testtemperatur und dem Testdruck gerührt'. Anschließend unterbricht man das Rühren und läßt das Gemisch mindestens 1/2 h absetzen. Dann werden der Flüssigkeitspegel und die Grenzphase in den Sichtgläsern abgelesen, die Probeleitungen entleert und Proben der oberen und unteren Phase gesammelt. Der Kohlenwasserstoff- und Wassergehalt der beiden Phasen wird durch chromatographische Analyse bestimmt. Die Kohlenwasserstoffe

2- werden aus dem Lösungsmittel durch Destillation abgetrennt.

Unter Verwendung von Kohlenwasserstoffgemischen mit den unterschiedlichsten aromatischen und paraffinischen Komponenten und unter Verwendung von HEP, das unterschiedliche Wassermengen enthält, werden Tests über einen breiten Temperatur- und Druckbereich durchgeführt. Die oben genannten Analysen erlauben die Bestimmung der Beladungskapazität des Lösungsmittels für.die aromatische Komponente sowie der Selektivität des Lösungsmittels durch Vergleich der Konzen-

gg tration der aromatischen Komponente in der lösungsmittelreichen Phase mit der Konzentration der aromatischen Komponente in der lösungsmittelarmen Phase, jeweils auf lösungsmittelfreier Basis.

gg Die Lösungsmittel-Beladungskapazität für die aromatische Komponente ist ein wichtiger Parameter für ein Extraktionslösungsmittel. Die ausgezeichnete Beladungskapazität von HEP, das eine geringe Wassermenge enthält, wird im folgenden

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anhand eines Kohlenwasserstoffgemisches aus Benzol und n-Hexan demonstriert. Es wird die vorstehend beschriebene Testmethode angewandt, wobei die Extraktion bei 1379 kPa und 135⁰C erfolgt. Das Lösungsmittel ist HEP, das unterschiedliche Wassermengen enthält. Die Beladungskapazität des Lösungsmittels wird ausgedrückt als Gew.-% der gewonnenen Aromaten, bezogen auf die verwendete Lösungsmittelmenge, In der folgenden Tabelle 1 ist die Beladungskapazität bei Verwendung eines Gemisches aus 327 g Benzol, 247 n-Hexan und 383 g HEP (einschließlich Wasser) angegeben. Das Wasser wird ausgedrückt als Gew.-% der Gesamt-Lösungsmittelzusammensetzung.

TABELLE 1

Lösungsmittel Beladungskapazität HEP + 1.0 % Wasser 31 %

HEP + 5.1 % Wasser 25 %

HEP + 11.9 % Wasser 18 %

Aus Tabelle 1 ist deutlich der Einfluß des Wassergehalts des Lösungsmittels auf die Beladungskapazität ersichtlich. Auch die Selektivität wird durch den Wassergehalt des Lösungsmittel s beeinflußt. In der folgenden Tabelle 2 ist dies anhand typischer Punktkoordinaten in einem Diagramm erläutert, bei dem der Aromatengehalt der lösungsmittelreichen Phase gegen den Aromatengehalt der lösungsmittelarmen Phase (jeweils auf lösungsmittelr<?ier Basis) aufgetragen ist. Das Kohlenwasserstoffgemisch besteht ebenfalls aus Benzol und η-Hexan und die Extraktion erfolgt bei 135°C und 1379 kPa.

TABELLE 2

Lösungsmittel Gew.-% Benzol in Gew.-% Benzol in

der Extrakty >hase der Raffinatphase

HEP Λ 1.0 % Wasser 73 % 40 %

HEP + 5.1 % Wasser 78 % 40 %

HEP + 11.9 % Wasser 82 % 40 %

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Die Temperatur, bei der die Extraktion erfolgt, wird im allgemeinen als wicht iger Faktor angesehen. Gewöhnlich nimmt bei zunehmenden Extraktionstemperaturen die Beladungskapazität des Lösungsmittels zu, während die Selektivität abnimmt. Im vorliegenden Fall wurde jedoch gefunden, daß Temperaturänderungen in dem erhöhten Temperaturbereich, in dem das erfindungsgemäße Extraktionsverfahren durchgeführt wird, keinen nennenswerten Einfluß auf das Verfahren haben. Die Steuerung des Verfahrens ist deshalb wesentlich vereinfacht. In den Tabellen 3 und 4 sind Ergebnisse wiedergegeben, die diese Erscheinung verdeutlichen.

In dieser Versuchsreihe wird die Lösungsmittelzusammensetzung konstant gehalten, nämlich bei HEP +5.1 % Wasser. Der Druck beträgt 1379 kPa, die Extraktionstemperatur variiert von 127 bis 143^QC- Die Versuche werden auf die vorstehend beschriebene Weise durchgeführt und die Beladungskapazität

«n und Selektivität werden wie in den Tabellen 1 und 2 bestimmt und angegeben. In Tabelle 3 ist die Beladungskapazität bei unterschiedlichen Temperaturen und in Tabelle 4 die Selektivität bei unterschiedlichen Temperaturen genannt. Das Kohlenwasserstoffgemisch besteht wiederum aus Benzol und n-Hexan.

TABELLE 3 Extraktionstemperatur Beladungskapazität

127°C 26 %

135°C 25 %

143°C 25 %

Bei Berücksichtigung der Reproduzierbarkeit dieser Versuche können die genannten Beladungskapazitäten als im wesentlichen gleich betrachtet werden.

TABELLE 4

Extraktions- Gew.-% Benzol in Gew.-% Benzol in der

temperatur der Extraktphase Raffinatphase

127°C 78 % 40 %

135^PC 78 % 40 %

143°C 74 % 40 %

Unter Berücksichtigung der Reproduzierbarkeit dieser Versuche j.eigen die Ergebnisse innerhalb des genannten Temperaturbereichs eine nur geringe Variation der Selektivität.

Die Eignung von HEP, das geringe Wassermengen enthält, im erfindungsgemäßon Extraktionsverfahren wird durch seine Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen noch zusätzlich begünstigt. Metallstreifen von 304-Edelstahl und Kohlenstoffstahl werden 120 Tage bei 200⁰C in HEP getaucht, das geringe Wassermengen enthält. Es ist keine nachweisbare Korrosion zu beobachten. Auch bei 120-tägiger Lagerung von HEP, das geringe Wassermengen enthält, bei 200⁰C sind keine sig-.. nifikanten Viskositätsänderungen oder eine Verfärbung zu beobachten.

Die in der lösungsmittelreichen Phase enthaltenen Aromaten können leicht daraus abgetrennt werden, z.B. durch einfache Destillation oder Wasserdampfdestillation. Es wurden keine Azeotrope gefunden, die ein derartiges Trennverfahren stören würden, und es treten auch keine Schaumprobleme auf.

Das erfinciungsgemäße Verfahren kann auf Kohlenwasserstoffge-„, mische angewandt werden, die eine breite Vielzahl von aromatischen und paraffinischen Komponenten enthalten. Derartige Komponenten sind z.B. _f neben Benzol und η-Hexan, Toluol, Xylole, Ethylbenzol, Cyclopentan, Methylcyclopentan und Isohexaii. Aromatische Bestandteile in depentanisiertem neuron mat konnten ebenfalls zufriedenstellend extrahiert und gewonncn werden.

Der Wassergehalt des erfindungsgmeäß eingesetzten Lösungsmittels unterliegt Schwankungen. Es ist nur eine geringe Wassermenqe notwendig. Vorzugsweise enthält das Lösungsmittel etwa I bis 20 Gew.-% Wasser. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erzielt, wenn das Lösungsmittel etwa 4 bis 12 Gew.-V. Wasser enthält. Die genannten Wassergehalte be-

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ziehen sich auf das Gewicht der Gesamt-Lösunqsmittelzusammensetzung. Das erfindungsgemäße Verfahren wird boi Temperaturen von etwa 107 bis 162⁰C, vorzugsweise 121 bis 135°C durchgeführt. Der Druck liegt im Bereich von etwa 586 bis 2137 kPa, vorzugsweise etwa 690 bis 1379 kPa.

Das Extraktionsverfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich in einer herkömmlichen Flüssig-Flüssig-Extraktionskolonne durchgeführt werden. Füllkörperkolonnen sind besonders vorteilhaft. Das selektive Lösungsmittel wird hierbei kontinuierlich am oberen Ende der Kolonne eingeführt, während das Kohlenwasserstoffgemisch in den zentralen Teil der Kolonne eingespeist wird. Das Raffinat wird kontinuierlich im Kopfteil der Kolonne über dem Lösungsmitteleinlaß abgezogen, während der Extrakt kontinuierlich vom Boden der Kolonne abgezogen wird. Die Aromaten können aus der lösungsmittelreichen Phase leicht durch Destillation abgetrennt werden, wobei man das Lösungsmittel anschließend wieder in die Extraktionskolonne zurückführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I 1)/Verfahren zum selektiven Trennen der aromatischen und paraffinischen Komponenten eines Kohlenwasserstoffgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlenwasserstoff gemisch mit einem selektiven Lösungsmittel, das im wesentlichen aus N-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidon besteht, das eine geringe Wassermenge enthält, bei einer Temperatur von etwa 107 bis 162⁰C unter einem Druck von etwa 586 bis 2137 kPa vermischt und das erhaltene Gemisch sich in zwei Phasen trennen läßt, um eine Raffinatphase und eine Extraktphase zu erhalten, wobei die letztere reich an den aromatischen Kohlenwasserstoffkomponenten des Kohlenwasserstoffgemisches ist.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Lösungsmittel im wesentlichen aus N-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidon besteht, das etwa 1 bis 20 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Gesamt-Lösungsmittelzusammensetzung, enthält.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß »das selektive Lösungsmittel im wesentlichen aus N-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidon besteht, das etwa 4 bis 12 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Gesamt-Lösungsmittelzusammensetzung, enthält.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlenwasserstoffgemisch mit dem selektiven Lösungsmittel bei einer Temperatur von etwa 121 bis 135°C und einem Druck von etwa 690 bis 1379 kPa vermischt.