DE3727171A1 - Verfahren zur absolutierung von aethanol - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Absolutierung von Aethanol durch destillative Trennung von Aethanol und Wasser. Wegen der Azeotropbildung von Aethanol in Wasser ist die Herstellung von reinem Aethanol nur mit Hilfe geeigneter Zusatzstoffe, sog. "Schleppmittel" möglich. In herkömmlichen Prozessen dieser Art wird nahezu azeotropes Gemisch aus Aethanol und Wasser in eine indirekt beheizte "Absolutierungskolonne" eingespeist, die als Rücklauf eine schleppmittelreiche, wasserarme Phase enthält, aus welcher sich ein Kopfdampf bildet, dessen Wassergehalt den des Rücklaufs beträchtlich übersteigt und der bei der Kondensation zwei flüssige Phasen bildet, von denen die obere den Rücklauf darstellt. Da der Kopfdampf mehr Wasser enthält als der Rücklauf, wird Wasser aus dem System "herausgeschleppt", so daß im Sumpf der Absolutierungskolonne reines Aethanol anfällt. Zur Einsparung von Energie werden mehrere Kolonnen so geschaltet, daß der Kopfdampf einer Kolonne eine oder mehrere der anderen Kolonnen beheizt. Auf diese Weise ist es möglich, Gärungs-Aethanol mit ca. 2,5 kg Dampf pro kg Aethanol zu absolutieren.

Um reines Aethanol zu erhalten, sind jedoch bei den bisherigen Verfahren sehr viele Trennstufen erforderlich, mit entsprechend hohen Investitionskosten. Aufgrund der energietechnischen Notwendigkeit, die Trennstufen thermisch hintereinander zu schalten, ergibt sich für die mit Frischdampf beheizte Kolonne sowie für die folgenden Stufen ein hoher Betriebsdruck mit entsprechend hohen Kosten. Nachteilig ist darüber hinaus der unterschiedliche Wärmebedarf der einzelnen Kolonnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Absolutierung von Aethanol aufzuzeigen, bei dem reines Aethanol mit einem sehr geringen apparativen Aufwand und gleichzeitig einem Minimum an Energie gewonnen werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst dadurch, daß einer Vorkolonne eine wässrige Aethanollösung zur Abtrennung aller in der Lösung enthaltenen Feststoffe und eines großen Teiles des Wassers zugeführt wird und der Kopfdampf der Vorkolonne eine Absolutierungskolonne beaufschlagt, daß in den Kopf dieser Absolutierungskolonne eine mit Calciumchlorid gesättigte, wasserfreie Aethanollösung als Rücklauf eingespeist und die im Sumpf anfallende wässrige Calciumchloridlösung zu Calciumchloridanhydrid aufbereitet wird. Es werden also z.B. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer wässrigen Aethanollösung - im allgemeinen Maische - in einem zweistufigen Verfahren mit einer Stripperkolonne als Vorkolonne reines Aethanol als Kopfdampf einer Absolutierungskolonne gewonnen, von dem nach der Verflüssigung in einem Kondensator ein Teil zur Lösung von Calciumchlorid eingesetzt und als Rücklauf in den Kopf der Absolutierungskolonne eingebracht wird. Die mit Calciumchlorid gesättigte Aethanollösung kommt auf dem Weg durch die Kolonne mit dem wasserhaltigen Aethanoldampf in Kontakt, wobei sie Wasser aufnimmt. Die relative Flüchtigkeit von Wasser gegenüber Aethanol wird hierbei so stark vermindert, daß die zweite Kolonne mit einem sehr geringen Rücklaufverhältnis (< 1,3) als Kopfdampf reines Aethanol erzeugt. Dem günstigen Rücklaufverhältnis entsprechend ist der Energiebedarf äußerst gering.

Der Salzgehalt der im Sumpf der zweiten Kolonne anfallenden Calciumchloridlösung liegt weit unter der Sättigung. Diese Lösung wird daher anschließend bis nahe an den Sättigungspunkt konzentriert, zu Dihydrat getrocknet und zu Anhydrid entwässert. Das Calciumchlorid-Anhydrid gelangt in einen Behälter, in welchen wasserfreies Aethanol einströmt, so daß sich dieses mit Calciumchlorid sättigt und den vorgenannten Rücklauf für die Absolutierungskolonne darstellt. Das neue Verfahren benötigt nur etwa 70% der Energiezufuhr herkömmlicher Prozesse und kommt mit einem weitaus geringeren apparativen Aufwand aus.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach der Erfindung die Absolutierungskolonne bei Unterdruck betrieben und vom Kopfdampf der bei Normaldruck arbeitenden Vorkolonne beheizt wird. Es ergeben sich damit günstige Auslegungsdaten für die Kolonnen, sowohl hinsichtlich der Prozeßführung als auch der Festigkeit.

Als weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die im Sumpf der Absolutierungskolonne anfallende Calciumchloridlösung in einem zweistufigen Vakuumverdampfer konzentriert, in einem Sprühturm zu Dihydrat getrocknet und anschließend in einem Trommeltrockner zu Anhydrid entwässert wird. Damit wird der Hilfsstoff (Calciumchlorid) im Kreislauf geführt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Stufen des Vakuumverdampfers so geschaltet sind, daß die erste Stufe (3 a) mit dem Kopfdampf der zweiten Stufe (3 b) und diese mit dem Kopfdampf der Vorkolonne (1) beheizt wird, da hierdurch eine weitestgehende Wärmeausnutzung erfolgt.

In besonderen Fällen und je nach Preisrelation kann es vorteilhaft sein, wenn anstelle von Calciumchlorid Strontiumchlorid verwendet wird. Zwar ist Strontiumchlorid teurer, die Löslichkeit in Aethanol ist jedoch geringer als die von CaCl₂, wodurch sich ein geringerer Umlauf an Hilfsstoff ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung als Prozeßschaltbild dargestellt und im folgenden näher beschrieben, wobei auf die Darstellung der für die Prozeßführung selbstverständlichen Amaturen, Meßgeräte und Regeleinrichtungen verzichtet wurde.

Die aus einem Gärungsprozeß stammende Maische, eine mit Feststoffen beladene wässrige Aethanollösung, wird in eine über einen Wärmeaustauscher 4 mit Frischdampf von ca. 130°C beheizte und bei atmosphärem Druck (ca. 760 Torr) betriebene Strippkolonne - als Vorkolonne 1 bezeichnet - eingespeist. In ihr entsteht ein Kopfdampf von ca. 45 Gew.-% Aethanol mit einer Temperatur von ca. 82°C und als Sumpfprodukt die mit allen Feststoffen beladene Schlempe.

Der Kopfdampf der Vorkolonne 1 wird in zwei Teilströmen der Absolutierungskolonne 2 zugeführt, die auf einem niedrigeren Druckniveau (ca. 260 Torr) betrieben wird. Der eine Teilstrom wird über den Wärmetauscher 5 geführt und beheizt so die Absolutierungskolonne 2; der andere heizt die zweite Stufe 3 b des zweistufigen Vakuumverdampfers und fließt dann in die Absolutierungskolonne 2. Als Rücklauf wird dieser Absolutierungskolonne 2 eine mit Calciumchlorid (CaCl₂) gesättigte Aethanollösung zugegeben. Bei der Kopftemperatur von ca. 53°C lösen sich in Aethanol ca. 29 Gew.-% CaCl₂. Als Ergebnis erhält man reines Aethanol als Kopfdampf und im Sumpf eine wässrige Calciumchloridlösung. Das Aethanol wird im Kondensator 6 zum Endprodukt verflüssigt.

Der Hilfsstoff, in diesem Falle Calciumchlorid, wird im Kreislauf geführt wie folgt: Dem Behälter 7, in dem sich CalCl₂ befindet, wird ein Teil des flüssigen, wasserfreien Aethanols (der Rücklauf) zugeführt. Es bildet sich eine CaCl₂-gesättigte Aethanollösung, die im Kopf der Absolutierungskolonne 2 eingespeist wird. Die im Sumpf anfallende wässrige Calciumchloridlösung weist bei ca. 72°C einen Salzgehalt auf, der weit unter dem Sättigungspunkt liegt. Sie wird daher einem zweistufigen Vakkumverdampfer zugeführt und zwar der ersten Stufe 3 a, die vom Austrittsdampf der zweiten Stufe 3 b beheizt wird, der hierbei kondensiert und als Wasser abgezogen wird. Der in der ersten Stufe 3 a sich auf einem Temperaturniveau von ca. 42°C bildende Wasserdampf wird in dem Kondensator 8 niedergeschlagen. In den Kreislauf eingedrungene und mitgeführte Luft wird über die Vakuumpumpe 9 abgezogen. Die aus der ersten Stufe 3 a austretende, angereicherte Calciumchloridlösung wird in die zweite Stufe 3 b des Vakuumverdampfers eingespeist, die, wie oben erwähnt, vom Kopfdampf der Vorkolonne 1 beheizt wird. Es bildet sich Dampf bei ca. 62°C, mit dessen Hilfe die erste Stufe 3 a beheizt wird. Am Austritt des zweistufigen Verdampfers erhält man somit eine bis nahe an die Sättigung eingedickte Calciumchloridlösung. Die eingedickte CaCl₂-Lösung wird anschließend in einem mit Kesselabgas beheizten Sprühtrockner 10 bis zum Dihydrat getrocknet und in einem vorzugsweise induktiv beheizten Trommeltrockner 11 zu Anhydrid entwässert. Die Zuluft des Trommeltrockners wird mit Hilfe der Heizung 12 entsprechend vorgewärmt. Das CaCl₂-Anhydrid aus dem Trommeltrockner 11 wird in den Behälter 7 eingebracht, womit der Hilfsstoff-Kreislauf geschlossen ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Absolutierung von Aethanol, dadurch gekennzeichnet, daß einer Vorkolonne (1) eine wässrige Aethanollösung zur Abtrennung aller in der Lösung enthaltenen Feststoffe und eines großen Teiles des Wassers zugeführt wird und der Kopfdampf der Vorkolonne (1) eine Absolutierungskolonne (2) beaufschlagt, daß in den Kopf dieser Absolutierungskolonne (2) eine mit Calciumchlorid gesättigte, wasserfreie Aethanollösung als Rücklauf eingespeist und die im Sumpf anfallende wässrige Calciumchloridlösung zu Calciumchloridanhydrid aufbereitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutierungskolonne (2) bei Unterdruck betrieben und vom Kopfdampf der bei Normaldruck arbeitenden Vorkolonne (1) beheizt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Sumpf der Absolutierungskolonne (2) anfallende Calciumchloridlösung in einem zweistufigen Vakuumverdampfer (3) konzentriert, in einem Sprühturm (10) zu Dihydrat getrocknet und anschließend in einem Trommeltrockner zu Anhydrid entwässert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (3 a) des Vakuumverdampfers mit dem Kopfdampf der zweiten Stufe (3 b) des Vakuumverdampfers und diese mit dem Kopfdampf der Vorkolonne (1) beheizt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Calciumchlorid Strontiumchlorid verwendet wird.