DE3437615A1 - Verfahren zur aufarbeitung eines alkylierten reaktionsgemisches - Google Patents
Verfahren zur aufarbeitung eines alkylierten reaktionsgemischesInfo
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- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C15/00—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts
- C07C15/02—Monocyclic hydrocarbons
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- C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
- C07C7/04—Purification; Separation; Use of additives by distillation
Description
4250 Bottrop-Kirchhellen
Der Verfahrensprozeß zur Erzeugung von alkylierten
Kohlenwasserstoffen durch die Alkylierung von Benzol mit Propen an phosphorsäurehaltigen Katalysatoren zur selektiven Bildung von
Isopropylbenzol (Cumol) ist ein bekanntes Ver-fahren (US.-Cl. 260-671
und 203-27) und in "Hydrocarbon Processing", Seite 91 vom März 1971
beschrieben.
Auch die Alkylierung von Benzol mit einem Propen/Propan-Gemisch an
phosphorsäurehaltigen Katalysatoren ist ein bekanntes Verfahren US.Pat. 3,510,534 3,499,826 (Cl. 203-77) 3,520,944/5 (260-671).
0 Diese Alkylierungsverfahren werden mit einem Überschuß an Benzol in
Gegenwart geringer Wassermengen in Festbett-Reaktoren bei einem Überdruck von ca. 35 bar und bei Temperaturen bis 235 Grad Celsius
durchgeführt.
Das entstehende Reaktionsgemisch enthält neben Cumol, Benzol und
-] 5 Propan infolge von Nebenreaktionen Verunreinigungen, die teils, wie
die -IPB bei tieferen Temperaturen als Cumol sieden, zum Teil, wie die Di-Isopropylbenzole bei höheren Temperaturen als Cumol sieden (im
folgenden als +IPB bezeichnet).
4 '3-
Als -IPB werden »Amtlich* nichtaromatischen Bestandteile bezeichnet)
die mit einer polaren Trennsäule beim gaschromatographischen Trennverfahren vor dem Cumol sieden.
Bei den bekannten Verfahren wird das die Alkylierung verlassende
Reaktionsgemisch destillativ in nachfolgenden Rektifikationskolonnen getrennt in Verkaufsprodukte Propan» Cumol und Cumolrückstand (+IPB)
und in Kreislaufprodukte (Recycle I und Recycle II) » die zurück in das
Reaktionssystem (Alkylierung) geführt werden.
üblicherweise werden nach einer Entspannungsstufe drei 0 Aufarbeitungen in Rektifikationskolonnen vorgenommen, wobei auch ein
Verfahren (US.Pat. 4,108*914) bekannt ist, bei welchem eine der
Aufarbeitungen zweistufig durchgeführt wird.
Das die Alkylierung verlassende Reaktionsgemisch (ca. 35 bar, 235
Grad Celsius) wird in einer auch als
5 "Flashchamber" bekannten Waschkolonne auf 16,5 bar entspannt, wobei
überwiegend die leichter als Benzol siedenden Bestandteile» das ProzePwasser und ein Teil des Benzols sowie ein geringer Teil
höhersiedender Bestandteile dampfförmig diese Entspannungsstufe verlassen und nach partieller Kondensation in einer
2C Rektifikationskolonne (Propankolonne) aufgearbeitet werden.
Propan wird als Verkaufsprodukt am Kopf der Kolonne abgezogen. Ebenso die kleine Menge Prozeßwasser, die ausgeschleust wird. In den
Sumpf der Propankolonne gelangen alle anderen Bestandteile und werden zum Reaktionssystem zurückgeführt (Recycle I).
Das Sumpf produkt der Entspannungsstufe (Waschkolonne) - bestehend
aus Benzol, -IPB, Cumol und +IPB - wird in der zweiten
Aufarbeitungsstuft (Benzolkolonnt) in Krtislaufprodukt (Recydt II) als
Kopfprodukt und in die Verkaufsprodukte Cumol und +IPB als Sumpfprodukt ztrlegt.
Die US.-Patentschrift 4,108,914 beansprucht tint zweistufige
Aufarbeitung dieser zweiten Aufarbeitungsstufe. Anstatt einer Rektifikationskolonne (Benzolkolonne) werden zwei
Rektifikationskolonnen mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen - in
Reihe geschaltet - verwendet.Diese Aufteilung hat man gewählt, um aus der Wärmeenergie des Kopfproduktes der Benzolkolonne
0 Wasserdampf gewinnen zu können.
Die Zusammensetzung der Kopfprodukte (Recycle II) bei dieser Verfahrensvariante ist jedoch in Summe vergleichbar mit der der
anderen bekannten Verfahren, die in dieser Aufarbeitungsstufe (Benzolkolonne) lediglich eine Rektifikationsstufe zur Trennung in
5 Kopfprodukt (Recycle ID und in Sumpfprodukt Cumol und +IPB verwenden.
Letztlich wird bei den bekannten Verfahren das Sumpfprodukt der Aufarbeitungsstufe (Benzolkolonne) in einer weiteren
Rektifikationskolonne (Cumolkolonne) in die Verkaufsprodukte Cumol
als Kopf produkt und +IPB als Sumpf produkt zerlegt.
Die bekannten Verfahren lassen die bei der Alkylierung entstehenden
und auch teilweise mit den Einsatzstoffen in den Prozeß eingeschleppten Verunreinigungen (-IPB) im Prozeß verweilen,indem
der Kreislauf Recycle II aufkonzentriert wird. Der Gehalt der Verunreinigungen im Recyclt II ist durch die Wahl einer
Ausschleusemenge aus dem Recyle II, in der die Nebenprodukte als
prozentualer Anteil vorliegen» beeinflußbar und damit von wirtschaftlicher Bedeutung.
Bei den bekannten Verfahren werden die Nebenprodukte bis zu einem
Gehalt von 10 Gew.% der Kreislaufmenge Recycle II angereichert.
Der Gehalt an Verunreinigungen im Recycle I ergibt sich verfahrensbedingt.
Die bekannten Verfahren haben den Nachteil» daß die aus dem
Reaktionssystem kommenden nichtaromatischen Reaktions-Nebenprodukte (-1PB) aufgrund der Aufkonzentrierung im
0 Recycle II» bei Rückführung in das Reaktionssystem, dort das
Reaktionssystem belasten. Teilweise sind auch die -IPB reaktionsfähig und dadurch Reaktionsteilnehmer für nichtgewünschte
Nebenreaktionen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist, daß der 5 Rektifikationsaufwand durch die Anreicherungsmethode (-IPB im
Recycle II) in der Aufarbeitungsstufe (Benzolkolonne) beträchtlich ist, weil der Sumpf ablauf ,bestehend aus Cumol und Rückstand (+IPB),
höchstens 0.1 Gew.% leichter als Cumol siedende Bestandteile haben
darf, um ein qualitätsgerechtes Verkaufsprodukt zu gewinnen.
Aus physikalischen Gründen muß in der Benzolkolonne eine bestimmte
Menge Cumol über Kopf in den Kreislauf (Recycle ID abgetrieben werden, damit der Sumpf ablauf keine größeren Gehalte als 0.1 Gew.%
leichter als Cumol siedende Bestandteile enthält.
Der Cumolgehalt im Kopfprodukt der Benzolkolonne (Recycle ID ist
durch die Wahl der Trennstufen-Einbauten in dieser
Rektifikationskolonne konstruktiv beeinflußbar» d.h. eine Frage dtr
Investition.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Investitionsaufwand für
die Aufarbeitungsstufe (Benzolkolonne) geringer als bei den bekannten Verfahren» da der Sumpfablauf mehr als zehnmal soviel leichter als
Cumol siedende Bestandteile enthält.
Erfindungsgemäß werden die Nachteile der bekannten Verfahren dadurch vermieden» daß bereits in der Nachverarbeitungsstufe
(Benzolkolonne) im Verfahrensgang so gefahren wird» daß der 0 Sumpfablauf, der bei den bekannten Verfahren kein Benzol enthält» bis
zu 4 Gew.%, vorzugsweise bis zu i Gew.% Benzol enthält.
Dieser Benzolrest des Sumpfablaufes der Verarbeitungsstufe (Benzolkolonne) wird gemeinsam mit den Nebenprodukten "-IPB"» die im
Siedebereich zwischen dem des Benzols und dem des Cumols liegen, in 5 einer neu in den Verfahrensablauf eingefügten Rektifikationskolonne
(Vor-Cumolkolonne) als Kopfprodukt abgezogen.
Die Anreicherungsmethode (-IPB im Recycle ID der bekannten
Verfahren mit der indirekten Ausschleusung von bis zu 10 Gew.%-IPB
als Bestandteil der Kreislaufmenge (Recycle II) wird beim 2C erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr praktiziert.
Die -IPB im Siedebereich zwischen dem des Benzols und dem des
Cumols werden laufend (direkt)» so wie sie sich bilden, mit dem Kopfprodukt äer Vor-Cumolkolonne ausgeschleust.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren enthält das Kopfprodukt (Recycle
II) der Verarbeitungsstufe (Benzolkolonne) nicht mehr die -IPB im
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auch Cumol» wenn es zurück in das Reaktionssystem (Alkylierung) geführt wird» Reaktionsteilnehmer -für nichtgewünschte Nebenprodukte
ist und zu Ausbeuteverlusten führt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mit dem Kreislauf Recycle II
kein Cumol in das Reaktionssystem (Alkylierung) zurückgeführt und dadurch die Ausbeute verbessert.
Als Vorteil für das erfindungsgemäße Verfahren ist neben dem geringeren Energieaufwand, da das Kopfprodukt (Recycle ID wie
dargelegt» weder die -IPB im Siedebereich zwischen dem des Benzols C und dem des Cumols noch Cumol enthält, außerdem auch die
Verbesserung der Katalysatorausbeute von Bedeutung, da weniger Nebenreaktionen stattfinden.
Die Erfindung gestattet außerdem, daß als Ersatz für die wegfallenden Nebenprodukte das Reaktionssystem mit den
5 entsprechenden Reaktionsteilnehmern, die zu Cumol alkyliert werden,
beschickt werden kann, ohne daß dadurch das Reaktionssystem kinetisch höher belastet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der zugehörigen Zeichnung, in der zur Vereinfachung die erforderlichen Meß- und
Regelinstrumente sowie die Förderpumpen nicht dargestellt sind, erklärt.
784 Kmol/h eines Olefin/Paraffin-Gemisches bestehend aus 95 Mol%
Propen und 4,98 Mol% Paraffine wird durch Leitung i in Leitung 2
geleitet, in welcher 4049 Kmol/h, das Kopfprodukt der Benzolkolonne (Recycle II) mit einer Zusammensetzung von 0,002 Mol% Olefine, 5,24
Mol% Propan, 4,28 Mol% -IPB im Siedebereich vor dem des Benzols
liegend und 90,47 Mol% Benzol fließenJn dem Behälter 3 werden diese
Mengenströme gemischt und dann zu den Wärmetauschern 6 und 7 durch
Leitung 4 gepumpt.
Vor den Wärmetauschern 6 und 7 werden 4587 Kmol/h, das Sumpfprodukt der PropanKolonne 17 (Recycle I), bestehend aus 32 Mol%
Propan, 61 Mol% Benzol» 5 Mol% -IPB im Siedebereich vor dem Cumol
liegend und 2 Mol% Cumol, durch Leitung 5 diesem Mengenstrom beigemischt.
Nach Wärmetausch mit dem Kop-fprodukt der ersten Verarbeitungsstu-fe
(Waschkolonne) 13 wird das ReaKtionsgemisch durch Leitung 8 zum
C Wärmetauscher 10 gepumpt, wo es au-f Starttemperaturen größer als
180 Grad Celsius erwärmt wird. Vorher wird dem ReaKtionsgemisch
durch Leitung 9 noch eine kleine Menge Wasser zugegeben, welches ver-fahrensbedingt ist.
In dem Reaktor 11 wird unter einem Druck von ca.35 bar, Benzol mit
5 Propen an phosphorsäurehaltigen Katalysator zu Isopropylbenzol (Cumol) alkyliert.
Das Reaktionsgemisch verläßt den Reaktor durch Leitung 12 und -fließt
zur Entspannungsstufe (Waschkolonne) 13. Hier wird das Gemisch auf
ca.16,5 bar entspannt) wodurch eine Trennung in 4259 Kmol/h C dampfförmiges Kopfprodukt gelingt,das zur Aufarbeitungsstufe
(Propankolonne) 17 durch Leitung 14 fließt.
In die Leitung 14 werden 371 Kmol/h Benzol durch Leitung 15 und auf
den Kopf der Waschkolonne 13 ebenso 370 Kmol/h Benzol durch Leitung
16 in den Prozeß eingeleitet.
43 Kmol/h Propan werden ebenso wie eine kleine Menge Prozeßwasser am Kopf der Propankolonne durch Leitung 18 bzw. 19 ausgeschleust.
4807 Kmol/h Sumpf produkt der Waschkolonne 13 - bestehend aus Benzol, -IPB, Cumol und gelöste Mengen leichter siedende
Bestandteile - wird durch Leitung 20 der Benzolkolonne 21 zugeführt.
In der Benzolkolonne 21 werden über Kop-f Benzol und sämtliche
Bestandteile« die leichter als Benzol sieden» abgenommen. Das
Kop-fprodukt wird als "Recycle II" bezeichnet und -fließt durch Leitung 2
in Richtung Reaktor Ii.
Das Sump-f produkt der Benzolkolonne 21 - bestehend aus weniger als 4
Gew.% Benzol, sämtlichen Produkten, die im Siedebereich zwischen dem
des Benzols und dem des Cumols liegen (Nichtaromaten) sowie Cumol und +IPB - wird durch Leitung 22 der Vor-Cumolkolonne 23 zuge-fuhrt.
In der Vor-Cumolkolonne 23, die die Funktion eines Strippers hat,
0 werden über Kop-f sämtliche Bestandteile, die leichter als Cumol
sieden, abgetrieben und aus dem Prozeß durch Leitung 24 ausgeschleust. Insgesamt beträgt der Abzug 12 kmol/h, bestehend aus
gleichen Gewichtsanteilen Benzol, -IPB und Cumol. Die -IPB sind
entsprechend angereichert.
5 Das Sump-f produkt der Vor-Cumolkolonne 23, bestehend aus Cumol und
den oberhalb des Cumol siedenden Bestandteilen wird durch Leitung 26
der letzten Rektifikationskolonne (Cumolkolonne) zuge-fuhrt. In der
Cumolkolonne werden als Kop-fprodukt 716 Kmol/h Cumol abgetrieben und durch Leitung 28 ausgeschleust, während im Sump-f der
2C Cumolkolonne 32 Kmol/h +IPB an-fallen und durch Leitung 29 den Prozeß
verlassen.
Falls gewünscht, kann die Kühlung oer Kop-fprodukte der
Rekti-fikationskolonnen 23 und 27 zur Gewinnung von Dampf verwandt
werden, der bei 25 bzw. 29 abgezogen wird.
- 40-
- Leerseite -
Claims (4)
- Patentansprüche/Λ^iI Verfahren zur Aufarbeitung des bei der Alkylierung von Benzol mit gegebenenfalls Propan enthaltendem Propen an phosphorsäurehaltigen Katalysatoren anfallenden Reaktionsgemisches durch Abtrennen des Propans und eines Teils des Benzols durch eine Entspannungsstufe und eine Rektifikationskolonne, in der Propan und Wasser von Benzol getrennt wird, durch Abtrennen des restlichen Benzols und der bei tieferen Temperaturen als Cumol siedenden Nebenprodukte in den hintereinander geschalteten zweiten und dritten Rek'tifikationskolonnen und durch Abtrennen des Cumols von den bei höheren Temperaturen siedenden ^- Nebenprodukten in einer vierten Rektifikationskolonne, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpfablauf der zweiten Rektifikationskolonne einen weitgehend verminderten Benzolgehalt aufweist und dieses restliche Benzol zusammen mit den Nebenprodukten mit Siedebereichen zwischen dem des Benzols und dem des Cumols in der dritten 5 Rektifikationskolonne abgetrieben wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf ablauf der zweiten Rektifikationskolonne weniger als 4 Gew.%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.% Benzol enthält.
- 3. Verfahren nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet) daß die zweite Rektifikationskolonne bei Drücken zwischen 3 und 6 bar betrieben wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Rektifikationskolonne bei Drücken zwischen 1,5 und 3 bar betrieben wird.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE19843437615 DE3437615A1 (de) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | Verfahren zur aufarbeitung eines alkylierten reaktionsgemisches |
| NL8502791A NL8502791A (nl) | 1984-10-13 | 1985-10-11 | Werkwijze voor het opwerken van een gealkyleerd reactiemengsel. |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19843437615 DE3437615A1 (de) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | Verfahren zur aufarbeitung eines alkylierten reaktionsgemisches |
Publications (2)
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| DE19843437615 Granted DE3437615A1 (de) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | Verfahren zur aufarbeitung eines alkylierten reaktionsgemisches |
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| NL (1) | NL8502791A (de) |
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Also Published As
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