DE3813636A1 - Process for the removal of indole, quinoline bases and higher phenol derivatives from coal tar oil by extraction with supercritical gases - Google Patents
Process for the removal of indole, quinoline bases and higher phenol derivatives from coal tar oil by extraction with supercritical gasesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Indol, Chinolinbasen und höheren Phenolderivaten aus Steinkohlenteeröl, insbesondere aus Methylnaphthalinöl.The invention relates to a method for separating Indole, quinoline bases and higher phenol derivatives Coal tar oil, in particular from methylnaphthalene oil.
Das Methylnaphthalinöl wird bei der Destillation des Steinkohlenteers in einer Menge von ca. 6 bis 8% gewonnen (Franck; Collin: Steinkohlenteer, Seite 26). Sein Siedebereich liegt zwischen 230 und 270°C (Franck; Collin: Steinkohlenteer, Seite 43). Es enthält ca. 7% Chinolinbasen, 2-3% Indol, 2% Phenolhomologe und Indanole, während der Hauptanteil aromatische Kohlenwasserstoffe (Neutralöle) sind, die größtenteils aus Mono- und Dimethylnaphthalinen bestehen. The methylnaphthalene oil is distilled from the Coal tars in an amount of approx. 6 to 8% won (Franck; Collin: Coal tar, page 26). Its boiling range is between 230 and 270 ° C (Franck; Collin: Coal tar, page 43). It contains approx. 7% quinoline bases, 2-3% indole, 2% phenol homologue and indanols, while the majority are aromatic Hydrocarbons (neutral oils) are, for the most part consist of mono- and dimethylnaphthalenes.
Das Methylnaphthalinöl bildet den Rohstoff für die Gewinnung von technisch wichtigen Präparaten wie: β-Methylnaphthalin (für die Synthese von Menadion, Vitamin K 3), Isochinolin (für Medikamente), Chinaldin (für Insektizide und Farbstoffe), Indol (für die Herstellung von Tryptophan und Pflanzenwuchsstoffen oder als Parfümfixateur) und Acenaphthen (für Farbstoffe, Kunststoffe, Fungizide, und Insektizide).Methylnaphthalene oil forms the raw material for the extraction of technically important preparations such as: β- methylnaphthalene (for the synthesis of menadione, vitamin K 3), isoquinoline (for medicines), quinaldine (for insecticides and dyes), indole (for the manufacture of tryptophan and plant growth substances or as a perfume fixator) and acenaphthene (for dyes, plastics, fungicides, and insecticides).
Die geringen Anteile höherer Phenole haben bis heute keine größere Bedeutung gewonnen. Sie werden bei der Gewinnung der anderen wichtigeren Verbindungen als störend empfunden und mittels Extraktion durch verdünnte Natronlauge entfernt.The low levels of higher phenols have continued to this day gained no greater importance. You will be at the Obtaining other important connections than perceived as disturbing and by means of extraction dilute sodium hydroxide solution removed.
Zur Gewinnung der vorgenannten Präparate ist es meistens erforderlich, das Öl zu redestillieren und in solche Fraktionen zu zerlegen, welche die erwünschten Verbindungen stärker angereichert enthalten.It is for obtaining the aforementioned preparations mostly required to redistill and in the oil to dismantle such fractions as desired Contain connections more enriched.
Die Chinolinbasen werden mit verdünnter Schwefelsäure extrahiert, die Chinolinschwefelsäure zur Entfernung von restlichen neutralen Begleitstoffen mit Wasserdampf abgetrieben und anschließend mit Ammoniak oder Lauge neutralisiert, wobei die Basen sich wieder abscheiden. Sie werden anschließend durch Destillation getrennt (Franck; Collin: Steinkohlenteer, Seiten 62 und 63).The quinoline bases are made with dilute sulfuric acid extracted the quinoline sulfuric acid for removal of remaining neutral accompanying substances with water vapor expelled and then with ammonia or alkali neutralized, whereby the bases separate again. They are then separated by distillation (Franck; Collin: Coal tar, pages 62 and 63).
Die nach der Neutralisation verbleibende Sulfatlösung stellt ein schwer verkäufliches Produkt dar und muß normalerweise entsorgt werden. The sulfate solution remaining after neutralization is a difficult to sell product and must normally be disposed of.
Zur Gewinnung des Indols werden die Phenole und Basen aus der zwischen 245°C und 255°C siedenden Diphenyl/Indol-Fraktion durch Extraktion entfernt. Danach wird mittels einer KOH-Schmelze bei 190°C bis 210°C das Indol-Kalium gebildet. Die ölige Phase wird von der Schmelze abgezogen, mit Wasser hydrolysiert und das Indol mit Benzol extrahiert. Nach dem Abtreiben des Benzols wird der Schmelzprozeß wiederholt. Zur Reinigung des Indols wird das Rohindol bei 110°C bis 140°C mit ca. 2,5% metallischen Natriums behandelt. Dabei fallen Nebenprodukte an, deren Entsorgung zunehmend Schwierigkeiten bereitet.The phenols and bases are used to obtain the indole from the boiling between 245 ° C and 255 ° C Diphenyl / indole fraction removed by extraction. Then using a KOH melt at 190 ° C to 210 ° C formed the indole potassium. The oily phase will withdrawn from the melt, hydrolyzed with water and the indole extracted with benzene. After the abortion of the The melting process is repeated with benzene. To Purification of the indole is the crude indole at 110 ° C to Treated 140 ° C with about 2.5% metallic sodium. By-products arise, their disposal increasingly difficult.
Eine rein destillative Abtrennung des Indols von seinem Hauptbegleiter Diphenyl, dessen Siedepunkt bei Atmosphärendruck nur 0,3°C höher liegt, gelingt ohne Anwendung der Kaliumhydroxidschmelze durch Azeotropdestillation mit Diäthylenglykol. Die Siedepunktdifferenz der Azeotrope beträgt 12,2°C unter Atmosphärendruck. Zuerst destilliert Diphenyl über und kristallisiert aus dem Schleppmittel in nahezu reiner Form aus. Aus der höher siedenden einphasig bleibenden Fraktion wird 95 bis 99%iges Indol entweder durch Verdünnen des Diäthylenglykols mit Wasser ausgefällt oder mit Benzol extrahiert. Eine dritte Methode der Diphenyl/Indol-Trennung beruht auf der Extraktion des Indols mit Hilfe selektiver Lösungsmittel. Als solche sind Glykole und wasserhaltiges Dimethylsulfoxid geeignet (Franck; Collin: Steinkohlenteer, Seiten 60-61). A purely distillative separation of the indole from its Main companion diphenyl, whose boiling point at Atmospheric pressure is only 0.3 ° C higher without Application of the potassium hydroxide melt through Azeotropic distillation with diethylene glycol. The The boiling point difference of the azeotropes is 12.2 ° C below Atmospheric pressure. First, diphenyl distilled over and crystallizes from the entrainer in almost pure Shape out. From the higher-boiling one-phase Fraction is made by 95 to 99% indole either Dilution of diethylene glycol precipitated with water or extracted with benzene. A third method of Diphenyl / indole separation is based on the extraction of the Indols using selective solvents. As such are glycols and water-containing dimethyl sulfoxide suitable (Franck; Collin: coal tar, pages 60-61).
Andere Indolgewinnungsverfahren sind z. B. beschrieben in dem Japanischen Patent 59 13 758 (84 12 758) aus dem Jahre 1982, nach welchem Indol durch Adsorption an Zeolithen gewonnen wird.Other induction recovery processes are e.g. B. described in Japanese Patent 59 13 758 (84 12 758) from 1982, after which indole by adsorption Zeolite is extracted.
Die DE 30 40 795 C2 beschreibt ebenfalls die Gewinnung von Indol durch Adsorption an Zeolithen.DE 30 40 795 C2 also describes the extraction of indole by adsorption on zeolites.
In der DE 32 36 765 wird die Destillation einer indolhaltigen Mischung unter Verwendung einer alkalisch wirkenden Substanz beschrieben.In DE 32 36 765 the distillation is a indole-containing mixture using an alkaline acting substance described.
Das Indol ist eine begehrte Substanz, weshalb auch aufwendige Synthesen z. B. auf Basis von Anilin und Anilinderivaten durch Gasphasenreaktion durchgeführt wurden.The indole is a sought-after substance, which is why elaborate syntheses z. B. based on aniline and Aniline derivatives carried out by gas phase reaction were.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Gewinnung bestimmter Produktgruppen (z. B. Basen) und einzelner Verbindungen (z. B. Indol) einen hohen Wärmebedarf z.B. durch die notwendige Redestillation und einen hohen Chemikalienverbrauch haben und daß bei deren Erzeugung eine Menge an Abfallstoffen anfallen, deren Entsorgung immer schwieriger wird.In summary it can be said that the extraction certain product groups (e.g. bases) and individual ones Compounds (e.g. indole) have a high heat requirement e.g. through the necessary redistillation and a high Have chemical consumption and that in their production a lot of waste material accumulate, its disposal is becoming increasingly difficult.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, das in der Lage ist, die vorstehend genannten Verbindungen und Stoffklassen in der gewohnten Reinheit zu isolieren, wobei jedoch die beschriebenen Nachteile vermieden werden. It was therefore the task of a procedure develop that is capable of the above mentioned compounds and substance classes in the isolate accustomed purity, however, the described disadvantages can be avoided.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teeröle mit überkritischem Kohlendioxid unter Zusatz von Alkanen oder Olefinen mit einer Kettenlänge von 3 bis 8 Kohlenstoffatomen als Schleppmittel in drei Stufen im Gegenstrom unter einem Druck von 60 bis 250 bar bei einer Temperatur von 35 bis 100°C extrahiert werden, wobei in der ersten Stufe die Neutralöle, in der zweiten Stufe die Basen und Phenole vom Indol und in der dritten Stufe die Basen von den Phenolen getrennt werden.The object is achieved in that the tar oils with supercritical carbon dioxide underneath Addition of alkanes or olefins with a chain length from 3 to 8 carbon atoms as an entrainer in three Countercurrent stages under a pressure of 60 to 250 bar extracted at a temperature of 35 to 100 ° C. be, whereby in the first stage the neutral oils, in in the second stage the bases and phenols from indole and in the third stage the bases from the phenols be separated.
Als Schleppmittel in einer Konzentration von 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%, bezogen auf CO2, ist Propan oder Butan unter Bedingungen geeignet, bei denen Druck und Temperatur so gewählt werden, daß das binäre Gemisch überkritisch ist, d. h. der Zustandspunkt dieses Systems liegt oberhalb der kritischen Kurve im Einphasengebiet. Als weiteres Schleppmittel kann zur Verbesserung der Selektivität in der ersten Extraktionsstufe eine phenolische Verbindung oder ein Phenolgemisch in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Teeröl, zugesetzt werden. Geeignete Phenole sind Phenol, Kresole, Kresolgemische, Xylenole, Xylenolgemische, Indanole, Indanolgemische oder ähnliche Verbindungen mit schwach saurem Charakter der allgemeinen StrukturPropane or butane is suitable as an entrainer in a concentration of 5 to 80% by weight, preferably 20 to 60% by weight, based on CO 2 , under conditions in which the pressure and temperature are chosen so that the binary mixture is supercritical is, ie the state point of this system lies above the critical curve in the single phase area. As a further entrainer, a phenolic compound or a phenol mixture can be added in an amount of 2 to 15% by weight, based on the tar oil, to improve the selectivity in the first extraction stage. Suitable phenols are phenol, cresols, cresol mixtures, xylenols, xylenol mixtures, indanols, indanol mixtures or similar compounds with a weakly acidic character of the general structure
Ar-OH,Ar-OH,
worin Ar ein 1- bis 2-kerniger aromatischer Körper oder eine beliebig alkylierte aromatische Verbindung sein kann. wherein Ar is a 1- to 2-nucleus aromatic body or be any alkylated aromatic compound can.
Die weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist in den Unteransprüchen beschrieben.The further development of the method is in the Subclaims described.
Die Extraktion wird vorzugsweise so ausgeführt, daß in der Kolonne der ersten Stufe der höchste Druck oder/und die niedrigste Temperatur herrschen. In den Kolonnen der folgenden Stufen werden der Druck stufenweise abgesenkt oder/und die Temperatur erhöht.The extraction is preferably carried out so that in the column of the first stage has the highest pressure or / and the lowest temperature prevail. In the columns the following stages, the pressure will be gradual lowered or / and the temperature increased.
Die Erfindung wird anhand des Verfahrensfließbildes (Fig. ) beispielhaft erläutert.The invention is explained by way of example with the aid of the process flow diagram ( FIG. ).
Das zu trennende Methylnaphthalinöl hat folgende ZusammensetzungThe methylnaphthalene oil to be separated has the following composition
82,7 Gew.-% Neutralöl
9,1 Gew.-% Chinolinbasen
0,7 Gew.-% Phenolderivate
7,5 Gew.-% Indol.82.7% by weight neutral oil
9.1% by weight quinoline bases
0.7% by weight phenol derivatives
7.5% by weight indole.
Es wird aus Behälter 4 über die Pumpe 41 und die Leitung 42 in die Gegenstromextraktions-Kolonne 1 eingespeist. Gleichzeitig können Phenole aus Behälter 5 über die Pumpe 51 und die Leitung 52 zudosiert werden. Im unteren Teil der Kolonne 1 wird das Extraktionsmittel, ein Gemisch aus 70 Gew.-% CO2 und 30 Gew.-% Propan, eingespeist. Die Extraktion wird bei 40°C unter einem Druck von 130 bar durchgeführt. Das mit Neutralöl angereicherte Extraktionsmittel wird über die Leitung 16 in dem 130°C heißen Abscheider 12 auf einen Druck von 50 bar entspannt. Dabei trennen sich Neutralöl und Extraktionsmittel voneinander. Ein Teil des Neutralöls wird über die Leitung 17 und die Pumpe 15 als Rückfluß auf den Kopf der Kolonne 1 aufgegeben. Das restliche Neutralöl wird über die Leitung 18 abgezogen. Es enthält maximal noch Spuren Indol, höchstens 0,3 Gew.-% Chinolinbasen und weniger als 0,2 Gew.-% Phenole.It is fed into the countercurrent extraction column 1 from the container 4 via the pump 41 and the line 42 . At the same time, phenols can be metered in from container 5 via pump 51 and line 52 . The extractant, a mixture of 70% by weight of CO 2 and 30% by weight of propane, is fed into the lower part of column 1 . The extraction is carried out at 40 ° C under a pressure of 130 bar. The extractant enriched with neutral oil is expanded to a pressure of 50 bar via line 16 in the separator 12 which is heated to 130 ° C. The neutral oil and extractant separate from each other. Part of the neutral oil is fed via line 17 and pump 15 as reflux to the top of column 1 . The remaining neutral oil is withdrawn via line 18 . It contains a maximum of traces of indole, at most 0.3% by weight of quinoline bases and less than 0.2% by weight of phenols.
Das Extraktionsmittel aus dem Abscheider 12 wird über die Leitung 19 dem Kompressor 13 und dem Kühler 14 zugeführt. Das so auf Betriebsbedingungen gebrachte Extraktionsmittel wird in die Kolonne 1 zurückgeführt, gegebenenfalls gemeinsam mit frischem oder überschüssigem Extraktionsmittel der anderen Extraktionsstufen.The extractant from the separator 12 is fed via line 19 to the compressor 13 and the cooler 14 . The extractant brought to operating conditions in this way is returned to column 1 , optionally together with fresh or excess extractant from the other extraction stages.
Der Rückstand der ersten Extraktionsstufe mit einem Gehalt an Neutralölen von weniger als 0,4 Gew.-% wird über die Leitung 20 in die Gegenstromextraktions-Kolonne 2 eingespeist. Diese Extraktion wird bei gleicher Temperatur aber bei auf 120 bar vermindertem Druck durchgeführt. Das mit Basen und Phenolen beladene Extraktionsmittel wird über die Leitung 26 in den Abscheider 22 entspannt. Die Betriebsbedingungen stimmen mit denen des Abscheiders 12 und aller anderen Abscheider überein. Das Gemisch aus 50 Gew.-% Basen und 50 Gew.-% Phenolen wird teilweise über die Leitung 27 und die Pumpe 25 als Rückfluß auf den Kopf der Kolonne 2 zurückgeführt und der Rest über die Leitung 28 in die Kolonne 3 eingespeist. Ober die Leitung 30 wird der Rückstand der Kolonne 2 über die Leitung 30 in den Abscheider 21 entspannt. Das ausfallende Indol mit einer Reinheit von über 98 Gew.-% wird über die Leitung 44 ausgeschleust. Das Extraktionsmittel aus den Abscheidern 21 und 22 wird über die Leitung 29, nachdem es mittels des Kühlers 24 und des Kompressors 23 auf die Prozeßbedingungen der zweiten Extraktionsstufe gebracht wurde, wieder in die Kolonne 2 zurückgeführt.The residue of the first extraction stage with a neutral oil content of less than 0.4% by weight is fed into the countercurrent extraction column 2 via line 20 . This extraction is carried out at the same temperature but at a pressure reduced to 120 bar. The extractant loaded with bases and phenols is expanded via line 26 into separator 22 . The operating conditions are the same as those of the separator 12 and all other separators. The mixture of 50% by weight of bases and 50% by weight of phenols is partly returned via line 27 and pump 25 as reflux to the top of column 2 and the rest is fed into column 3 via line 28 . Upper line 30 the residue of the column 2 is released via the conduit 30 into the separator 21st The precipitated indole with a purity of over 98% by weight is discharged via line 44 . The extractant from the separators 21 and 22 is returned to the column 2 via the line 29 after it has been brought to the process conditions of the second extraction stage by means of the cooler 24 and the compressor 23 .
Die dritte Extraktionsstufe wird bei 40°C unter einem Druck von 110 bar durchgeführt. Das mit Basen beladene Extraktionsmittel gelangt über die Leitung 36 in den Abscheider 32. Ein Teil der Basen wird über die Leitung 37 und die Pumpe 35 wieder in den Kopf der Kolonne 3 zurückgeführt. Der Rest der Basen mit einer Reinheit von über 97 Gew.-% wird über die Leitung 38 abgezogen. Die Phenole wurden am Sumpf der Kolonne 3 über die Leitung 40 entnommen und im Abscheider 31 von dem Lösungsmittel getrennt. Ein Teil der Phenole wird als zusätzliches Schleppmittel über die Leitung 53 in den Behälter 5 zurückgeführt. Der Rest mit einer Reinheit von mehr als 95 Gew.-% wird aus dem Prozeß ausgeschleust. Das in den Abscheidern 32 und 31 zurückgewonnene Extraktionsmittel wird in die Kolonne 3 zurückgeführt, nachdem es durch den Kompressor 33 und dem Kühler 34 auf Prozeßbedingungen gebracht wurde.The third extraction stage is carried out at 40 ° C under a pressure of 110 bar. The extractant loaded with bases reaches the separator 32 via the line 36 . Some of the bases are returned to the top of column 3 via line 37 and pump 35 . The rest of the bases with a purity of over 97% by weight are withdrawn via line 38 . The phenols were removed from the bottom of column 3 via line 40 and separated from the solvent in separator 31 . Some of the phenols are returned as additional entraining agent via line 53 to container 5 . The rest with a purity of more than 95% by weight is removed from the process. The extractant recovered in separators 32 and 31 is returned to column 3 after being brought to process conditions by compressor 33 and cooler 34 .
Um eventuelle Verluste an Extraktionsmitteln zu decken, kann aus dem Behälter 6 über die Leitung 63 frisches Extraktionsmittel, nachdem es durch den Wärmeaustauscher 61 und den Kompressor in etwa auf die jeweiligen Druck- und Temperaturbedingungen gebracht wurde, in den Extraktionsmittelkreislauf jeder Extraktionsstufe eingespeist werden. In order to cover any loss of extractant, fresh extractant can be fed from the container 6 via line 63 , after it has been brought to approximately the respective pressure and temperature conditions by the heat exchanger 61 and the compressor, into the extractant circuit of each extraction stage.
Es ist natürlich auch möglich, die Extraktionsmittelleitung aller Abscheider miteinander zu verbinden und in einem Pufferbehälter zu kühlen und zu speichern. In diesem Falle wäre es sinnvoll, alle Extraktionsstufen unter gleichem Druck mit steigender Temperatur durchzuführen. Auf diese Weise könnte das Verfahren vereinfacht und Kompressoren eingespart werden. Es bestünde allerdings die Gefahr, daß infolge einer nicht vollständigen Regeneration des Lösungsmittels in den Abscheidern beispielsweise durch mitgerissene Flüssigkeitströpfchen Verunreinigungen in den Pufferbehälter und somit in die einzelnen Extraktionsstufen gelangen und dort die Extraktionsgleichgewichte stören. Bei der vorstehend beschriebenen Verfahrensvariante besteht diese Gefahr nicht.It is of course also possible that Extractant line of all separators together to connect and cool in a buffer tank and save. In this case, it would make sense to everyone Extraction levels under the same pressure with increasing Temperature. That way it could Process simplified and compressors saved will. However, there is a risk that as a result an incomplete regeneration of the Solvent in the separators, for example entrained liquid droplets of impurities in the buffer tank and thus into the individual Extraction levels and there the Disrupt extraction equilibria. In the above described process variant there is this risk Not.
Claims (9)
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-
1989
- 1989-04-14 JP JP1095048A patent/JPH01311039A/en active Pending
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