DE3703646C2 - Verfahren zur Gewinnung von p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99,5 % - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99,5% aus einem Vorprodukt, dessen p-Xylolgehalt mindestens 99% beträgt.

Die Gewinnung von reinem p-Xylol im technischen Maßstab erfolgt heute praktisch ausschließlich aus Xylolfrakti­ onen (KP ca. 135-145°C), die neben den drei Xylol­ isomeren noch Ethylbenzol und Nichtaromaten enthalten können. Diese Xylolfraktionen werden durch Destilla­ tion und/oder Extraktion entweder aus dem Kokereiben­ zol, aus Reformaten oder aus Pyrolyse-Benzin gewonnen, wobei deren Zusammensetzung je nach Herkunft schwankt. Der p-Xylolgehalt der Xylolfraktionen liegt dabei in der Regel zwischen 16 und 20 Vol.-%. Für die Abtren­ nung des p-Xylols aus dem jeweils verwendeten Einsatz­ produkt sind im technischen Maßstab eine ganze Reihe von Verfahren entwickelt worden, die unter Anwendung bekannter Trennmethoden, wie Kristallisation und Ad­ sorption, arbeiten. Auf Einzelheiten dieser Trennver­ fahren, die sich auch nach der Zusammensetzung des je­ weils verwendeten Einsatzproduktes richten, braucht hier nicht näher eingegangen zu werden, da diese Trenn­ verfahren nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Jedenfalls ist es mit diesen Trennverfahren heute im technischen Maßstab ohne weiteres möglich, ein p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99% herzu­ stellen.

In neuester Zeit ist es jedoch einigen Anbietern unter Anwendung besonderer Adsorptionsmittel gelungen, ein p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99,5% auf den Markt zu bringen, was natürlich eine entsprechende Nachfrage nach diesem sehr reinen Produkt verursacht hat.

Viele p-Xylol-Hersteller sind jedoch mit ihren laufen­ den Produktionsanlagen nicht in der Lage, eine derar­ tige Reinheit des von ihnen erzeugten p-Xylols zu ga­ rantieren. Um dies tun zu können, müßten die vorhan­ denen Produktionsanlagen auf neue verbesserte Trenn­ verfahren umgestellt werden. Dies würde aber neben den damit verbundenen Investitionskosten auch einen länge­ ren Stillstand der bestehenden Produktionsanlagen er­ forderlich machen, so daß der damit verbundene Pro­ duktionsausfall ebenfalls als negativer Kostenfaktor in Rechnung zu stellen wäre.

Es besteht daher in der Praxis ein echtes Bedürfnis nach einem Verfahren, welches es gestattet, unter Ver­ wendung der bereits vorhandenen Produktionsanlagen ein p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99,5% zu er­ zeugen, ohne daß die vorhandenen Anlagen umgebaut wer­ den müssen und ohne daß es zu Betriebsstillständen kommt.

Das erfindungsgemäße der Lösung dieser Aufgabe dienen­ de Verfahren geht deshalb von einem Vorprodukt aus, dessen p-Xylolgehalt mindestens 99% beträgt und das auf den bereits vorhandenen Produktionsanlagen ohne Schwierigkeiten hergestellt werden kann. Erfindungs­ gemäß ist dabei vorgesehen, daß das Vorprodukt im flüs­ sigen Zustande in eine inerte Flüssigkeit eingeleitet wird, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des reinen p-Xylols liegt, worauf die sich unter Rühren abscheidende Kristallphase in einer Trenneinrichtung von der inerten Flüssigkeit abgetrennt und anschließ­ end aufgeschmolzen wird, wobei in der Schmelzeinrich­ tung noch vorhandene Flüssigkeitsreste von den ge­ schmolzenen Kristallen abgetrennt und diese danach als p-Xylol mit der gewünschten Reinheit aus der Schmelzeinrichtung abgezogen werden.

Das heißt, beim erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um eine Verfahrensstufe, die den bereits vorhan­ denen Produktionsanlagen nachgeschaltet wird, so daß irgendwelche Veränderungen in diesen Anlagen oder Stillsetzungen dieser Anlagen nicht erforderlich sind.

Als inerte Flüssigkeit im Sinne der Erfindung ist eine Flüssigkeit zu verstehen, in der das p-Xylol keine oder nur eine ganz geringe Löslichkeit aufweist. Als Beispiele hierfür werden genannt: Gemische aus Wasser und bestimmten Alkoholen, wie beispielsweise Methanol, Ethanol und Glykol.

Vorzugsweise wird man jedoch als inerte Flüssigkeit Wasser verwenden, das sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders geeignet erwiesen hat und dem auch aus Kostengründen der Vor­ zug zu geben ist.

Die Temperatur der inerten Flüssigkeit muß, wie be­ reits gesagt wurde, bei der Einleitung des flüssigen Vorproduktes unterhalb des Schmelzpunktes des reinen p-Xylols, d.h. unterhalb 13,26°C, liegen. Vorzugswei­ se wird man mit einer Flüssigkeitstemperatur zwischen 0 und 12°C arbeiten. Falls Wasser als inerte Flüssig­ keit verwendet wird, so kann diesem gegebenenfalls ein Frostschutzmittel, wie z.B. Ethylenglykol, im er­ forderlichen Umfange zugesetzt werden.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand des in der Abbildung darge­ stellten Fließschemas erläutert werden. Das Fließsche­ ma zeigt dabei selbstverständlich nur alle für die Ver­ fahrenserläuterung unbedingt notwendigen Apparate und Anlagenteile.

Das aus der im Fließschema nicht dargestellten, vorge­ schalteten Produktionsanlage stammende Vorprodukt, des­ sen p-Xylolgehalt mindestens 99% beträgt, wird über die Leitung 1 im flüssigen Zustande in den Mischbe­ hälter 2 eingeleitet. Die erforderliche inerte Flüssig­ keit, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des reinen p-Xylols liegt, wird dem Mischbehälter 2 über die Leitung 3 zugeführt. Das resultierende Gemisch wird vermittels der Pumpe 4, die in der Leitung 5 installiert ist, in das Trenngefäß 6 gefördert. Dieses ist mit dem motorgetriebenen Rührer 7 versehen. Auf Grund der Dich­ teunterschiede steigen die sich bildenden p-Xylol- Kristalle im Trenngefäß 6 hoch und werden durch den Rührer 7 in der Flüssigkeit verteilt über die Leitung 8 in den Vorlagebehälter 9 gedrückt. Dieser ist ebenfalls mit einem motorgetriebenen Rührer 10 ausgestattet. Nach einer Verweilzeit von ca. 5 bis 30 Minuten wird das Flüssigkeits-Kristallgemisch aus dem Vorlagebehäl­ ter 9 abgezogen und über die Leitung 11 der Trennein­ richtung 12 zugeführt. Hierbei kann es sich entweder um eine Zentrifuge oder um einen Filtrationsapparat handeln. Die Verweilzeit des p-Xylolkristall-Flüssig­ keitsgemisches während der Kristallisation ist abhän­ gig von der Geschwindigkeit, mit der die Kristallisa­ tionswärme an die inerte Flüssigkeit abgeführt wird. Je schneller dies geschieht, umso kürzer kann die Ver­ weilzeit sein. In der Trenneinrichtung 12 werden die Kristalle von der Flüssigkeit abgetrennt und gelangen anschließend über die Leitung 13 in die Schmelzein­ richtung 14, die mit der dampfbeheizten Heizschlange 15 versehen ist. Mittels dieser Heizschlange 15 werden die Kristalle in der Schmelzeinrichtung 14 wieder aufge­ schmolzen. Etwaige Flüssigkeitsreste scheiden sich da­ bei ab und sammeln sich als schwerere Phase am Boden der Schmelzeinrichtung 14, so daß die geschmolzenen Kristalle aus dem Oberteil der Schmelzeinrichtung 14 über die Leitung 16 abgezogen werden können. Hierbei handelt es sich um das gewünschte Reinprodukt, dessen p-Xylol-Gehalt mindestens 99,5% beträgt.

Die sich am Boden der Schmelzeinrichtung 14 ansammeln­ den Flüssigkeitsreste werden über die Leitung 17 in den Filtratbehälter 18 abgezogen. In der Leitung 17 ist dabei das Ventil 19 installiert, so daß dieser Flüssigkeitsabzug so eingestellt werden kann, daß die Trennschicht zwischen dem geschmolzenen p-Xylol und der inerten Flüssigkeit in der Schmelzeinrichtung 14 auf konstantem Niveau gehalten wird. In den Filtrat­ behälter 18 wird über die Leitung 20 auch die von der Trenneinrichtung 12 kommende Flüssigkeit eingeleitet. Im Filtratbehälter 18 können durch Phasenscheidung die in der inerten Flüssigkeit enthaltenen Kohlenwasser­ stoffe abgetrennt werden. Diese scheiden sich als leichtere Phase an der Flüssigkeitsoberfläche ab und können über die Leitung 21 abgezogen werden. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um ein Gemisch aus o- und m-Xylol sowie Ethylbenzol. Dieses Gemisch kann deshalb in den der Herstellung des Vorproduktes die­ nenden Prozeß zurückgeführt werden.

Die von den Kohlenwasserstoffen befreite inerte Flüs­ sigkeit sammelt sich am Boden des Filtratbehälters 18 und wird aus diesem über die Leitung 22 durch die Pumpe 23 zum Wärmeaustauscher 24 gefördert. Dieser ist an den Kühlmittelkreislauf 25 angeschlossen, so daß die inerte Flüssigkeit im Wärmeaustauscher 24 die erforder­ liche Wiederabkühlung erfährt, bevor sie über die Lei­ tung 3 zum Mischbehälter 2 zurückgeführt wird. In der Leitung 22 ist hinter der Pumpe 23 das Ventil 26 in­ stalliert, durch das die Flüssigkeitszufuhr zum Wärme­ austauscher 24 gesteuert werden kann. Außerdem mündet in die Leitung 22 die Leitung 27, durch die kristall­ freie Flüssigkeit aus dem unteren Teil des Trennge­ fäßes 6 abgezogen und in den Flüssigkeitsstrom in der Leitung 22 eingespeist werden kann. Das Ventil 28 dient dabei der Regelung dieses Flüssigkeitsabzuges.

Das Trenngefäß 6 ist mit dem Mischbehälter 2 durch die Leitung 29 verbunden. Durch diese Leitung kann bei Be­ darf ein Teilstrom des Kristall-Flüssigkeitsgemisches aus dem Trenngefäß 6 in den Mischbehälter 2 zurückge­ führt werden, wobei dieser Teilstrom durch das Ven­ til 30 einreguliert werden kann. Durch diese Maßnahme kann die Kristallisation des p-Xylols verbessert wer­ den.

Die technische Brauchbarkeit des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird durch das nachfolgende Ausführungsbeispiel belegt. Hierbei wurde ein Vorprodukt mit einem p-Xylol- Gehalt von 99% und einer Temperatur von 25°C im Misch­ behälter 2 im Verhältnis 1 : 8 mit Wasser, dessen Tem­ peratur bei ca. 5°C lag, durchmischt. Innerhalb weni­ ger Minuten fiel das p-Xylol in kristalliner Form aus und konnte über die Trenneinrichtung 12, die in die­ sem Falle als Vakuumfilter ausgebildet war, in die Schmelzeinrichtung 14 abgezogen werden. Aus dieser wurde das geschmolzene p-Xylol über die Leitung 16 mit einer Reinheit von 99,6 bis 99,7% abgezogen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Gewinnung von p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99,5% aus einem Vorpro­ dukt, dessen p-Xylolgehalt mindestens 99% be­ trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt im flüssigen Zustande in eine inerte Flüssigkeit eingeleitet wird, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des reinen p-Xylols liegt, worauf die sich unter Rühren abscheidende Kristallphase in einer Trenneinrichtung von der inerten Flüs­ sigkeit abgetrennt und anschließend aufgeschmol­ zen wird, wobei in der Schmelzeinrichtung noch vorhandene Flüssigkeitsreste von den geschmol­ zenen Kristallen abgetrennt und diese danach als p-Xylol mit der gewünschten Reinheit aus der Schmelzeinrichtung abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inerte Flüssigkeit vorzugsweise Wasser verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der inerten Flüssigkeit bei der Einleitung des Vorproduktes vorzugsweise im Bereich zwischen 0 und 12°C ge­ halten wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung von Wasser als inerter Flüssigkeit diesem gegebenenfalls ein Frostschutzmittel, wie Ethylenglykol, zuge­ setzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inerte Flüssigkeit nach Abtrennung der Kristallphase in einen Filtrat­ behälter eingeleitet wird, in dem die Flüssig­ keit von den mitgeführten Kohlenwasserstoffen durch Phasenscheidung getrennt und danach unter entsprechender Wiederabkühlung in den Prozeß zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Filtratbehälter von der inerten Flüssigkeit abgetrennten Kohlenwas­ serstoffe, bei denen es sich im wesentlichen um ein Gemisch aus o- und m-Xylol sowie Ethylben­ zol handelt, in den der Herstellung des Vorpro­ duktes dienenden Prozeß zurückgeführt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Schmelzeinrichtung anfallende inerte Flüssigkeit ebenfalls in den der Behandlung der Hauptmenge der Flüssigkeit dienenden Filtratbehälter eingeleitet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Kristall- Flüssigkeitsgemisches vor der Abtrennung der Kristallphase aus dem Trenngefäß in den Misch­ behälter zurückgeführt wird, in dem die Einlei­ tung des flüssigen Vorproduktes in die inerte Flüssigkeit erfolgt.