DE3815324A1 - Verfahren zur gewinnung von p-xylol mit einer reinheit von mindestens 99,5 % - Google Patents

Description

Verfahren zur Gewinnung von p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99,5%.

Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 37 03 646.7).

Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 37 03 646.7) betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von p-Xylol mit einer Rein­ heit von mindestens 99,5% aus einem Vorprodukt mit hohem p-Xylolgehalt, wobei das Vorprodukt im flüssigen Zustand in eine inerte Flüssigkeit, vorzugsweise Was­ ser, 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 abge­ trennt und anschließend aufgeschmolzen wird, und wobei in der Schmelzeinrichtung noch vorhandene Flüssigkeits­ reste von den geschmolzenen Kristallen abgetrennt und diese danach als p-Xylol mit der gewünschten Reinheit aus der Schmelzeinrichtung abgezogen werden.

Mit Hilfe dieses Verfahrens gelingt es, unter Verwen­ dung eines in den bereits vorhandenen Produktionsanla­ gen erzeugten Vorproduktes ein p-Xylol mit einer Rein­ heit von mindestens 99,5% zu erzeugen, ohne daß die vorhandenen Produktionsanlagen umgebaut werden müssen und ohne daß es deshalb zu Betriebsstillständen kommt.

Die vorliegende Erfindung betrifft die weitere Ausge­ staltung des Verfahrens nach dem Hauptpatent, wobei das Verfahren in folgenden Punkten verbessert werden soll:

1. Vereinfachung des Verfahrensablaufes;

2. Anwendbarkeit des Verfahrens zur Gewinnung eines p-Xylols mit einer Reinheit von mehr als 99,5% und

3. Anwendbarkeit des Verfahrens bei Verwendung eines Vorproduktes, dessen p-Xylolgehalt kleiner als 99% ist.

Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die als Käl­ teträger verwendete inerte Flüssigkeit unter Rotation in einem Mischbehälter mit dem Vorprodukt zusammengeführt und das dabei resultierende Gemisch aus dem Unterteil des Mischbehälters abgezogen wird, worauf das Gemisch in einer Filtereinrichtung bis auf einen Kristallanteil von 30% bis 70% eingedickt und daran anschließend unmittel­ bar der Trenneinrichtung zugeführt wird.

Diese Arbeitsweise stellt gegenüber dem Verfahren nach dem Hauptpatent eine Vereinfachung dar, weil hierbei das aus der Filtereinrichtung abgezogene Gemisch un­ mittelbar in die Trenneinrichtung eingeleitet werden kann und der beim Verfahren nach dem Hauptpatent als Zwischenstufe vorgesehene, mit einem Rührwerk ausge­ stattete Vorlagebehälter entfällt. Außerdem werden bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise die Verfahrensbe­ dingungen im Mischbehälter dadurch verbessert, daß die inerte Flüssigkeit mit dem Vorprodukt unter Rotation zusammengeführt wird. Die durch die Rotation der Flüssigkeit bewirkte Trombenbildung ermöglicht es, das stark auftreibende Kristallagglomerat kontinuierlich aus dem Mischbehälter nach unten abzuziehen. Die er­ forderliche Rotation kann dabei dadurch bewirkt wer­ den, daß die inerte Flüssigkeit tangential in den Misch­ behälter eingeführt wird, in dem zusätzlich ein Rühr­ werk installiert ist.

Die Erhöhung der Reinheit des gewonnenen p-Xylols über den Wert von 99,5% hinaus kann dadurch erreicht wer­ den, daß die abgetrennten p-Xylolkristalle in der Trenn­ einrichtung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 7 und 13°C erwärmt werden, so daß sie mit einer ent­ sprechend erhöhten Temperatur die Trenneinrichtung ver­ lassen und der Schmelzeinrichtung zugeführt werden. Die Erwärmung kann durch geeignete Flüssigkeiten, wie z.B. vorgewärmtes Wasser, vorgewärmtes Einsatzprodukt oder eine andere Flüssigkeit, die sich nachträglich leicht vom gereinigten p-Xylol abtrennen läßt, erfol­ gen. Es können hierfür aber auch Dampf oder erhitztes Gas, wie z.B. Stickstoff, verwendet werden.

Beim Verfahren nach dem Hauptpatent ist vorgesehen, daß das als Ausgangsmaterial dienende Vorprodukt einen p-Xylolgehalt von mindestens 99% aufweist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch von einem Vorprodukt mit einem niedrigeren p-Xylol-Gehalt ausgegangen werden kann. Allerdings erhöht sich in diesem Falle die Menge des Kohlenwasserstoffgemisches, die in den der Her­ stellung des Vorproduktes dienenden Prozeß zurückge­ führt werden muß. Bei Verwendung eines Vorproduktes mit einem p-Xylol-Gehalt von 99% beträgt die zurück­ geführte Menge ca. 6% des Einsatzproduktes. Unter den gleichen Prozeßbedingungen vergrößert sich die Rück­ führmenge bei einem Vorprodukt mit 98% p-Xylol auf ca. 13% des Einsatzproduktes und bei einem Vorpro­ dukt mit 97% p-Xylol auf ca. 20% des Einsatzproduk­ tes. Es muß deshalb jeweils vom Betreiber der der Her­ stellung des Vorproduktes dienenden Anlage beurteilt werden, welche Fahrweise für ihn am wirtschaftlichsten ist.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Arbeitswei­ se sollen nachfolgend an Hand des in der Abbildung dar­ gestellten Fließschemas erläutert werden. Das Fließ­ schema zeigt dabei selbstverständlich nur alle für die Verfahrenserläuterung unbedingt notwendigen Apparate und Anlagenteile.

Das aus der im Fließschema nicht dargestellten, vorge­ schalteten Produktionsanlage stammende Vorprodukt wird über die Leitung 1 im flüssigen Zustand in den Misch­ behälter 2 eingeleitet. Die erforderliche inerte Flüs­ sigkeit, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des reinen p-Xylols liegt, wird dem Mischbehälter 2 über die Leitung 3 zugeführt und tangential in diesen eingeleitet, so daß die inerte Flüssigkeit im Misch­ behälter 2 unter Rotation mit dem Vorprodukt ver­ mischt wird. Als inerte Flüssigkeit im Sinne der Er­ findung ist hierbei eine Flüssigkeit zu verstehen, in der das p-Xylol keine oder nur eine ganz geringe Lös­ lichkeit aufweist. Als Beispiele hierfür werden ge­ nannt: Wasser und Gemische aus Wasser und bestimmten Alkoholen, wie beispielsweise Methanol, Ethanol und Glykol. Die Temperatur der inerten Flüssigkeit muß, wie bereits gesagt wurde, bei der Einleitung des flüs­ sigen Vorproduktes unterhalb des Schmelzpunktes des reinen p-Xylols, d.h. unterhalb 13,26°C, liegen. Vor­ zugsweise wird man mit einer Flüssigkeitstemperatur zwischen 0 und 12°C arbeiten.

Die durch die Rotation der inerten Flüssigkeit im Misch­ behälter 2 bewirkte Trombenbildung ermöglicht es, stark auftreibende Kristallagglomerate kontinuierlich von unten aus dem Mischbehälter 2 abzuziehen und über die Leitung 5 von unten in die Filtereinrichtung 6 einzu­ leiten. Hier wird das Kristall-Flüssigkeitsgemisch bis auf einen Kristallanteil von 30 bis 70% eingedickt und anschließend über die Leitung 11 unmittelbar der Trenneinrichtung 12 zugeführt, die in diesem Falle als Zentrifuge ausgebildet ist. Die Trenneinrichtung 12 kann dabei, wie bereits weiter oben erwähnt wurde, so ausgerüstet sein, daß in ihr eine Erwärmung der von der Flüssigkeit abgetrennten p-Xylolkristalle bis auf eine Temperatur im Bereich zwischen 7 und 13°C möglich ist. Die erwärmten p-Xylolkristalle werden aus der Trenn­ einrichtung 12 abgezogen und gelangen anschließend über die Leitung 13 in die Schmelzeinrichtung 14, die mit der dampfbeheizten Heizschlange 15 versehen ist. Mittels dieser Heizschlange 15 werden die Kristalle in der Schmelzeinrichtung 14 wieder aufgeschmolzen. Etwaige inerte Flüssigkeitsreste scheiden sich dabei 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 Lei­ tung 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 Reste der inerten Flüssigkeit werden über die Lei­ tung 17 in den Filtratbehälter 18 abgezogen. In der Lei­ tung 17 ist dabei das Ventil 19 installiert, so daß die­ ser 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 Filtratbe­ hälter 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 mit niedrigem p-Xylol­ gehalt. Dieses Gemisch kann deshalb in den der Her­ stellung des Vorproduktes dienenden Prozeß zurückge­ führt werden. Die Menge des zurückgeführten Gemisches richtet sich dabei, wie weiter oben erläutert wurde, nach der Reinheit des eingesetzten Vorproduktes.

In den Filtratbehälter 8 wird die in der Filtereinrich­ tung 6 abgetrennte Flüssigkeit über die Leitung 7 ein­ geleitet. Die hierbei gegebenenfalls mitgeführten Kohlenwasserstoffe scheiden sich im Filtratbehälter 8 als leichtere Phase an der Flüssigkeitsoberfläche ab und können über die Leitung 9 abgezogen und mit den Kohlenwasserstoffen in der Leitung 21 vereinigt wer­ den. In Abweichung von der Darstellung im Fließschema ist es gegebenenfalls auch möglich, die aus dem Filtrat­ behälter 8 abgezogene leichte Phase über die Leitung 9 mit in den Filtratbehälter 18 einzuleiten.

Die von den Kohlenwasserstoffen befreite inerte Flüssig­ keit wird über die Leitung 27 aus dem Filtratbehälter 8 abgezogen und mit der Pumpe 4 dem Wärmeaustauscher 24 zugeführt. Das Ventil 10 dient dabei der Regelung die­ ses Abzuges. Der Wärmeaustauscher 24 ist an den Kühl­ mittelkreislauf 25 angeschlossen, so daß die inerte Flüssigkeit im Wärmeaustauscher 24 die erforderliche Wiederabkühlung erfährt, bevor sie über die Leitung 3 zum Mischbehälter 2 zurückgeführt wird.

In die Leitung 27 mündet die vom Filtratbehälter 18 kommende Leitung 22. Durch diese Leitung wird die sich am Boden des Filtratbehälters 18 ansammelnde, von Koh­ lenwasserstoffen befreite inerte Flüssigkeit abgezogen und mittels der Pumpe 23 zur Leitung 27 zurückgeführt. Das Ventil 26 dient dabei der Regelung dieses Flüssig­ keitsstromes. In Abweichung von der Darstellung im Fließschema kann diese Rückführung auch in den Filtrat­ behälter 8 erfolgen.

Falls für die Erwärmung der p-Xylolkristalle in der Trenneinrichtung 12 ein Teilstrom des zum Einsatz ge­ langenden Vorproduktes verwendet werden soll, wird dieser Teilstrom über die Leitung 32 von dem Strom in der Leitung 1 abgezweigt. Bei Verwendung eines Vor­ produktes mit einem p-Xylolgehalt von 99% kann dieser Teilstrom beispielsweise etwa 25% der Einsatzprodukt­ menge betragen. Im Wärmeaustauscher 33 erfährt der über Leitung 33 abgezogene Teilstrom die erforderliche Erwärmung und gelangt danach in die Trenneinrichtung 12. Die dort bei der Erwärmung der p-Xylolkristalle anfal­ lende Filtratflüssigkeit wird in diesem Falle separat über die Leitung 28 aus der Trenneinrichtung 12 abge­ zogen und gelangt in die Pumpenvorlage 29. Von dort wird sie mit der Pumpe 30 über die Leitung 31 zur Lei­ tung 1 zurückgefördert und dem Einsatzprodukt zuge­ setzt.

Eine Kristallabscheidung beim Herunterkühlen der im Kreislauf geführten inerten Flüssigkeit im Wärmeaus­ tauscher 24 kann dadurch vermieden werden, daß der Flüssigkeit in den Leitungen 22 und 27 etwas-Xylolge­ misch mit einem geringen p-Xylolgehalt zugemischt wird, so daß der p-Xylolgehalt des in der Flüssigkeit ge­ lösten Xylols so weit abgesenkt wird, daß der Kristal­ lisationsbeginn unterhalb der Austrittstemperatur der gekühlten inerten Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher 24 liegt.

EinerEmulsionsbildung, wie sie beispielsweise in der Trenneinrichtung 12 oder den Pumpen entstehen kann, wird durch den Einbau von handelsüblichen Einrichtungen zum Brechen von Emulsionen in den jeweils nachgeschalte­ ten Leitungen begegnet.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens noch an Hand eines Ausführungsbeispiels er­ läutert werden:

Hierbei gelangte ein Vorprodukt mit einem p-Xylolgehalt von 99% zum Einsatz. Dieses Vorprodukt wurde mit einer Temperatur von 30°C in den Mischbehälter 2 eingeleitet. Als inerte Flüssigkeit wurde Wasser verwendet, das mit einer Temperatur von ca. 2°C tangential in den Mischbe­ hälter 2, der zusätzlich mit einem Rührer ausgerüstet war, eingeführt wurde. Das aus dem Mischbehälter 2 abge­ zogene Wasser-Kristallgemisch wies einen Kristallgehalt von 7-8% auf und wurde in der Filtereinrichtung 6 bis auf einen Kristallanteil von 30% entwässert. Dieser Kristallbrei wurde mit einer Temperatur von ca. 6°C kontinuierlich einer Zentrifuge zugeführt, die in die­ sem Falle als Trenneinrichtung 12 fungierte. Ohne zu­ sätzliche Erwärmung der dort abgeschiedenen p-Xylol­ kristalle wurde ein Endprodukt mit einem p-Xylolgehalt von 99,5% erreicht.

Eine weitere Erhöhung der Reinheit des anfallenden End­ produktes konnte dadurch erreicht werden, daß ein Teil­ strom des eingesetzten Vorproduktes in der Größenord­ nung von ca. 25% zur Erwärmung der p-Xylolkristalle in der Zentrifuge herangezogen wurde. Dieser Teilstrom wurde mit einer Temperatur von ca. 45°C in die Zentri­ fuge eingeleitet. Die Reinheit des anfallenden Endpro­ duktes konnte dadurch bis auf einen p-Xylolgehalt von < 99,8% gesteigert werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Gewinnung von p-Xylol mit einer Reinheit von mindestens 99,5% aus einem Vorpro­ dukt mit hohem p-Xylolgehalt, wobei das Vorpro­ dukt im flüssigen Zustand in eine inerte Flüssig­ keit, vorzugsweise Wasser, eingeleitet wird, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des reinen p-Xylols liegt, worauf die sich un­ ter Rühren abscheidende Kristallphase in einer Trenneinrichtung von der inerten Flüssigkeit ab­ getrennt und anschließend aufgeschmolzen wird und wobei in der Schmelzeinrichtung noch vorhan­ dene Flüssigkeitsreste von den geschmolzenen Kristallen abgetrennt und diese danach als p-Xylol mit der gewünschten Reinheit aus der Schmelzein­ richtung abgezogen werden, gemäß Patent (Patent­ anmeldung P 37 03 646.7), dadurch gekennzeichnet, daß die als Kälteträger verwendete inerte Flüssig­ keit unter Rotation in einem Mischbehälter mit dem Vorprodukt zusammengeführt und das dabei re­ sultierende Gemisch aus dem Unterteil des Misch­ behälters abgezogen wird, worauf das Gemisch in einer Filtereinrichtung bis auf einen Kristall­ anteil von 30 bis 70% eingedickt und daran an­ schließend unmittelbar der Trenneinrichtung zu­ geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung eines p-Xylols mit einer Rein­ heit von mehr als 99,5% die abgetrennten p-Xylol­ kristalle in der Trenneinrichtung auf eine Tem­ peratur im Bereich zwischen 7 und 13°C erwärmt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Erwärmung der abgetrennten p-Xylolkristalle in der Trenneinrichtung sowohl vorgewärmtes Wasser, vorgewärmtes Einsatzprodukt oder eine andere Flüssigkeit, die sich nachträg­ lich leicht vom gereinigten p-Xylol abtrennen läßt, als auch Dampf oder erhitztes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, verwendet werden können.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung eines Vorproduk­ tes, dessen p-Xylolgehalt kleiner als 99% ist, die Menge des in den der Herstellung des Vorpro­ duktes dienenden Prozeß zurückgeführten Kohlen­ wasserstoffgemisches entsprechend erhöht wird.