DE3447615A1

DE3447615A1 - Verfahren zur entwaesserung eines propanol/butanol-gemisches durch destillation

Info

Publication number: DE3447615A1
Application number: DE19843447615
Authority: DE
Inventors: Heinz 6823 Neulussheim Auer; Otto Hermann Dr. 6703 Limburgerhof Huchler; Gerhard Dr. 6701 Birkenheide Wickenhaeuser
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1985-07-11
Also published as: DE3447615C2

Description

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Verfahren zur Entwässerung eines Propanol/Butanol-Gemisches durch Destillation

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung eines Propanol/ Butanol-Gemisches durch eine heteroazeotrope Destillation mit Cyclohexan.

Bei der Herstellung von Butandiol durch Hydrierung von Butindiol fällt bekanntlich ein wasserhaltiges Gemisch der Monoalkohole Methanol, Propanol und Butanol an, das man für eine Verwendung dieser Alkohole in anderen Synthesen destillativ aufarbeitet. Während die destillative Abtrennung von Methanol aus diesen Gemischen unproblematisch ist, lassen sich Propanol und Butanol durch einfache Destillation nicht entwässern, weil sie mit Wasser Azeotrope bilden.

Man entwässert das Gemisch aus Propanol und Butanol deshalb durch eine zweistufige heteroazeotrope Destillation mit Hilfe von Cyclohexan als Schleppmittel. Bei dieser bekannten Methode, die durch Figur 1 veranschaulicht werden soll, wird aus dem in die erste Kolonne (1) eingespeisten wasserhaltigen Alkoholgemisch (2) Methanol über Kopf (3) abdestilliert. Das über den dampfförmigen Seitenabzug (4) erhaltene Destillat (5) gelangt in das Phasentrenngefäß (6) der ersten Destillationsstufe, aus dem man die organische Phase (7) in die zweite Destillationskolonne (8) und } die wäßrige Phase (9) in die erste Destillationskolonne leitet. Das ' Wasser wird aus dem Sumpf der ersten Kolonne abgeleitet (10). Das überwiegend eyeIohexanhaltige Destillat der zweiten Kolonne (11) leitet man in das Phasentrenngefäß (13) der zweiten Destillationsstufe, aus dem man die organische Phase in die zweite Kolonne zurückführt (14). Das Wasser aus dem Phasentrenngefäß wird in die erste Destillationskolonne (15) zurückgeführt. Das entwässerte Gemisch aus Propanol und Butanol wird dem Sumpf der zweiten Kolonne entnommen (16). Zum Ausgleich von Schleppmittelverlusten wird frisches Cyclohexan (12) in das Phasentrenngefäß (13) eingeleitet.

Weil die Gewinnung eines wasserfreien Gemisches aus Propanol und Butanol nach dieser Arbeitsweise einen hohen Energiebedarf hat, war nach einem Verfahren zu suchen, das es gestattet, die genannten wäßrigen Alkoholgemische mit geringerem Energieaufwand zu entwässern.

Es wurde nun gefunden, daß man die Entwässerung eines Propanol/Butanol- -Gemisches durch zweistufige Destillation mit Hilfe von Cyclohexan, bei der man die Destillate beider Stufen einer Phasentrennung unterwirft, die wäßrigen Phasen in die erste Destillationsstufe und die wasserhaltigen organischen Phasen in die zweite Destillationsstufe leitet, und das ent-

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wässerte Gemisch aus Propanol und Butanol der zweiten Destillationsstufe als Sumpfprodukt entnimmt, erheblich wirtschaftlicher durchführen kann, wenn man die wasserhaltige organische Phase aus der Phasentrennung der ersten Destillationsstufe vor Eintritt in die zweite Destillationsstufe mit der wasserhaltigen organischen Phase aus der Phasentrennung der zwei ten Destillationsstufe vereinigt und die sich aus dem Gemisch durch erneute Wasserabscheidung bildende organische Phase mit vermindertem Wassergehalt In die zweite Destillationsstufe einspeist.

Bei dem neuen Verfahren, das z.B. durch Figur 2 veranschaulicht wird, leitet man die mit Wasser gesättigte organische Phase, die das Gemisch aus Propanol und Butanol enthält und die man dem Phasentrenngefäß (6) der ersten Destillationsstufe entnimmt (7) nicht in die zweite Destillationsstufe (8), sondern man vereinigt sie mit der mit Wasser gesättigten organi- sehen Phase, die man dem Phasentrenngefäß (13) der zweiten Destillationsstufe entnimmt (17). Die sich danach aus dem Gemisch durch erneute Wasserabscheidung bildende organische Phase mit vermindertem Wassergehalt wird nun über Leitung (14) in die zweite Destillationskolonne (8) eingespeist, während man die wäßrige Phase zusammen mit den wäßrigen Phasen der ande— ren Phasentrenngefäße in die erste Kolonne (1) zurückführt.

Die Erfindung resultiert aus der überraschenden Beobachtung, daß es bei Vereinigung der beiden, durch Wasserabscheidung entstandenen, wasserhaltigen organischen Phasen, zu einer abermaligen Zweiphasenbildung unter Abscheidung weiterer Wassermengen kommt. Dies war nicht zu erwarten, weil sich Mischungen von wasserhaltigen organischen Phasen im allgemeinen nicht in zwei Phasen aufteilen. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt aus der Abscheidung zusätzlicher Wasseranteile und dem dadurch bedingten Minderbedarf an Energie für die Entwässerung.

Sie vermindert sich von zuvor 2,0 t Heizdampf pro t wasserfreies C3-C4- ■ -Alkoholgemisch auf 0,75 t Heizdampf. Gleichzeitig senkt das erfindungsgemäße Verfahren auch die Investitionskosten der Trennanlage und ermöglicht in der zweiten Destillationsstufe eine Steigerung des Durchsatzes um mehr als das Doppelte.

Die nach dem Verfahren der Erfindung zu entwässernden Alkoholgemische, die z.B. bei der Herstellung von Butandiol als Nebenprodukte anfallen,

haben z.B. folgende Zusammensetzung: 40 bis 80 Gew.% Wasser, 0 bis 20 Gew.% Methanol, 3 bis 15 Gew.% Propanol und 5 bis 25 Gew.% Butanol. 40

Die Destillation in den beiden Stufen wird zweckmäßigerweise in zwei Kolonnen mit z.Bi 15 bis 70 Böden durchgeführt. Geht man bei dem Verfahren von einem methanolhaltigen Gemisch aus, so trennt man das Methanol

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über Kopf der ersten Kolonne ab, während man das wasserhaltige Gemisch aus Propanol und Butanol dem Seitenabzug und Wasser dem Sumpf dieser Kolonne entnimmt. Man betreibt die erste Kolonne vorzugsweise unter Normaldruck bei Sumpftemperaturen von 100 bis 120 C, vorzugsweise von 105 bis 110 C, und Kopftemperaturen von 55 bis 70⁰C. Das Schleppmittel Cyclohexan wird zweckmäßigerweise im Phasentrenngefäß der zweiten Destillationsstufe vorgelegt. Schleppmittelverluste gleicht man aus. Sie betragen etwa AO g Cyclohexan je 1 Tonne entwässertes Alkoholgemisch. Die zweite Kolonne betreibt man vorzugsweise unter Normaldruck bei Sumpftemperaturen von 105 bis 120 C, vorzugsweise von 110 bis 115°C,und Kopftemperaturen von 60 bis 90, vorzugsweise von 70 bis 80°C.

Man kann bei der Ausübung des neuen Verfahrens auch mit einem Phasenabscheider in der zweiten Destillationsstufe auskommen (s. Figur 3) *-> da dadurch nahezu die gleiche vorteilhafte Trennwirkung erzielt wird.

Beispiel 1

(Entwässerung nach Figur 3)

I_n einer Kolonne mit 70 Böden (1) destilliert man unter Normaldruck bei einer Sumpftemperatür von 107*C und einer Kopftemperatur von 64*C aus einer Mischung, die aus 61 Gew.Z Wasser, 13 Gew.% Methanol und 26 Gew.% "t Propanol/Butanol-Gemisch besteht, über Kopf das Methanol ab. Dem Seitenabzug (4) entnimmt man ein dampfförmiges Gemisch aus Wasser, Propanol und

*5 Butanol, das man in einen Phasenabscheider (6) leitet. 1492 g der sich abscheidenden wasserhaltigen organischen Phase aus 27,9 Gew.% Wasser, 22,2 Gew.Z Propanol und 49,9 Gew.Z Butanol werden aus dem Phasenabscheider (6) in das Mischgefäß (17) geleitet und dort mit dem Destillat (11) aus der zweiten Kolonne (8) gemischt. Die so erhaltene Mischung wird in das Phasentrenngefäß (13) eingeleitet. 3159 g der cyclohexanreichen organischen Phase mit der Zusammensetzung 6,3 Gew.Z Wasser, 49,6 Gew.% Cyclohexan und 44,1 Gew.% Cß-C^-Alkoholgemisch werden über Leitung (14) der Kolonne (8) zugeführt. Als Sumpfablauf (16) der Kolonne (8) fallen 1000 g eines Cß-C^-Alkoholgemisches an, das $0,01 Gew.% Wasser und <0,01 Gew.%

·" Cyclohexan enthält. Am Kopf der Kolonne treten 2159 g Brüden (11) der Zusammensetzung 9,2 Gew.% Wasser, 72,6 Gew.% Cyclohexan und 18,2 Gew.% Cß-C^-Alkoholgemisch aus.

Im Phasentrenngefäß (13) fallen an wäßriger Phase 292 g mit der Zusammen- *O setzung 84,6 Gew.% Wasser, 0,01 Gew.% Cyclohexan und 15,4 Gew.% C3-C4-AI-

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sehen Böden. Die Kopftemperatur beträgt 77*C, die Sumpftemperatur 113*C. Der spezifische Dampfbedarf liegt bei 0,75 t Heizdampf/t wasserfreiem C^-C^-Alkoholgemisch.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
Entwässerung nach Figur 1

Der zweiten Kolonne (8) werden als Zulauf 1564 g eines was3ergesättigten Cg-C^-Gemisches (7) mit 31 Gew.% Wasser und 69 Gew.Z Cg-C^Gemisch sowie als Eücklauf 4642 g der cyclohexanreichen Phase aus dem Phasentranngefäß (13) mit 3,5 Gew.% Wasser, 74,5 Gew.Z Cyclohexan und 22,0 Gew.% Cg-C^-Gemisch zugeführt. Als Sumpfablauf (16) fallen 1000 g C^-C^-Alkoholgemisch an, mit ^0,01 Gew.% Wasser und <0,0l Gew.Z Cyclohexan. Am Kopf der Kolonne treten 5206 g Brüden (11) mit der Zusammensetzung 12,3 Gew.% Wasser, 66,4 Gew.Z Cyclohexan und 21,3 Gew.Z C-j-C^-Alkoholgemisch aus, die nach der Kondensation in das Phasentrenngefäß (13) geleitet werden, von wo die organische Phase als Rücklauf der Kolonne (8) wieder zugeführt wird. 564 g der wäßrigen Phase (15) mit der Zusammensetzung 85,0 Gew.Z Wasser, 0,01 Gew.Z Cyclohexan und 15,0 Gew.Z C^-C^-Alkoho!gemisch werden in die Kolonne (1) zurückgeführt.

Die Entwässerung in der zweiten Kolonne findet bei Atmosphärendruck statt. Die Kopftemperatur beträgt 77*C, die Sumpftemperatur 113"C. Der spezifische Dampfbedarf liegt bei 2,0 t Heizdampf/t wasserfreiem C3-C4- -Alkoholgemisch.

Zeichn.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Entwässerung eines Propanol/Butanol-Gemisches durch zweistufige Destillation mit Hilfe von Cydohexan, bei der man die Destillate beider Stufen einer Phasentrennung unterwirft, die wäßrigen Phasen in die erste Destillationsstufe und die wasserhaltigen organischen Phasen in die zweite Destillationsstufe leitet, und das entwässerte Gemisch aus Propanol und Butanol der zweiten Destillationsstufe als Sumpfprodukt entnimmt, • dadurch gekennzeichnet, daß man die wasserhaltige organische Phase aus der Phasentrennung der ersten Destillationsstufe vor Eintritt in die zweite Destillationsstufe mit der wasserhaltigen organischen Phase aus der Phasentrennung der zweiten Destillationsstufe vereinigt und die sich aus dem Gemisch durch erneute Wasserabscheidung bildende organische Phase mit vermindertem Wassergehalt in die zweite Destillationsstufe einspeist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das wasserhaltige Propanol/Butanol-Gemisch

a) in einer Kolonne bei einer Sumpftemperatür von 100 bis 120⁰C und 2Q einer Kopftemperatur von 55 bis 70 C so destilliert, daß man ein dampfförmiges Gemisch, das Wasser, Propanol und Butanol enthält, dem Seitenabzug der Kolonne entnimmt und in einen Phasenabscheider V leitet,

b) die sich im Phasenabscheider abscheidende organische Phase mit dem Cyclohexan enthaltenden Destillat einer zweiten Kolonne in einen zweiten Phasenabscheider leitet,

c) die sich im zweiten Abscheider abscheidende wasserhaltige organische Phase in die zweite Kolonne leitet,

d) die sich in beiden Phasenabscheidern abscheidenden wäßrigen Phasen in die erste Kolonne leitet, und

e) das entwässerte Propanol/Bitanol-Gemisch dem Sumpf der zweiten Kolonne entnimmt, wobei man die zweite Kolonne bei einer Sumpftemperatur von ¹°5 bis 120°c und bei einer Kopftemperatur von 60 bis 90⁰C betreibt.

*O
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu entwässernde Gemisch 40 bis 80 Gew.% Wasser, 0 bis 20 Gew.% Methanol, 3 bis 15 Gew.% Propanol und 5 bis 25 Gew.% Butanol enthält. COPV