DE3901587A1 - Verfahren zur aufarbeitung des raffinates einer extraktivdestillation von kohlenwasserstoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung des Raffinates einer Extraktivdestillation von Kohlenwasser­ stoffgemischen, bei der N-substituierte Morpholine, deren Substituenten nicht mehr als sieben C-Atome aufweisen, als selektives Lösungsmittel verwendet werden, wobei die leich­ ter siedenden Bestandteile des als Einsatzprodukt dienen­ den Kohlenwasserstoffgemisches als Raffinat über Kopf aus der Extraktivdestillationskolonne abgezogen und das Raffi­ nat daran anschließend zwecks Rückgewinnung der in ihm vor­ handenen Lösungsmittelreste destilliert und das dabei an­ fallende Sumpfprodukt mit einem bestimmten Lösungsmittelge­ halt aus der Raffinatdestillationskolonne abgezogen und in einem Scheidebehälter in eine leichte und eine schwere Pha­ se getrennt wird, worauf die schwere Phase in die Extraktiv­ destillationskolonne und die leichte Phase in die Raffinat­ destillationskolonne wiedereingeleitet wird.

Das vorstehend beschriebene Extraktivdestillationsverfahren ist bereits seit einer ganzen Reihe von Jahren bekannt und kann zur Trennung von Kohlenwasserstoffgemischen unter­ schiedlicher Zusammensetzung verwendet werden, beispiels­ weise zur Trennung von Aromaten und Nichtaromaten oder zur Trennung von Olefinen bzw. Diolefinen und Paraffinen. Im großtechnischen Maßstab hat sich das Verfahren insbeson­ dere unter Verwendung von N-Formylmorpholin als selekti­ vem Lösungsmittel zur Gewinnung von hochreinen Aromaten bewährt. Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird norma­ lerweise das aus der Extraktivdestillationskolonne abgezo­ gene Sumpfprodukt in eine nachgeschaltete Abtreiberkolonne eingeleitet, in der die in ihm als Extrakt enthaltenen Kohlen­ wasserstoffe destillativ vom Lösungsmittel abgetrennt werden. Das Lösungsmittel wird sodann aus dem Sumpf der Abtreiber­ kolonne abgezogen und zur Wiederverwendung in die Extrak­ tivdestillationskolonne zurückgeführt. Hierbei erfolgt aus verfahrenstechnischen Gründen die Einleitung bzw. Wieder­ einleitung des Lösungsmittels normalerweise am Kopf der Extraktivdestillationskolonne. Dadurch läßt es sich je­ doch praktisch nicht vermeiden, daß das anfallende Raffi­ nat noch gewisse Lösungsmittelreste enthält, wobei der Lö­ sungsmittelgehalt im Raffinat bis zu 2 Gew.-% betragen kann. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen und im Hinblick auf die Gewinnung eines möglichst reinen Raffinates ist es jedoch unerläßlich, diesen Lösungsmittelanteil im Raffi­ nat möglichst weitgehend zurückzugewinnen.

Dies wäre sicher möglich, wenn man die Extraktivdestilla­ tionskolonne mit einem entsprechend hohen Raffinatrück­ fluß betreiben würde. Im Gegensatz zur normalen Destilla­ tion ist jedoch bei der Extraktivdestillation ein derarti­ ger Rückfluß aus folgenden Gründen unangebracht und des­ halb zu vermeiden:

• 1. Ein Raffinatrückfluß führt zu einer Verdünnung des Lösungsmittels und damit zu einer Selektivitätsmin­ derung, wodurch die gewünschte Stofftrennung un­ nötig erschwert wird.
• 2. Hochselektive Lösungsmittel - und hierzu gehören die eingangs genannten N-substituierten Morpholine - weisen nur ein begrenztes Lösevermögen für die abzu­ trennenden leichter siedenden Kohlenwasserstoffe auf. Ein Raffinatrückfluß kann deshalb dazu führen, daß sich auf den oberen Böden der Extraktivdestillati­ ongskolonne zwei Flüssigphasen mit unterschiedli­ chen Dichten ausbilden, die einen störungsfreien Betrieb der Extraktivdestillationskolonne unmög­ lich machen.

Daher scheidet dieser an sich naheliegende Weg für die Rück­ gewinnung des Lösungsmittelanteiles aus dem Raffinat aus, und es muß stattdessen eine separate Rückgewinnung des Lö­ sungsmittels aus dem Raffinat erfolgen. Diese kann zwar durch einfache Destillation des Raffinates in der Weise durchgeführt werden, daß das Raffinat als Kopfprodukt mit Lösungsmittelgehalten von < 10 ppm aus der Destillations­ kolonne abgezogen wird, während das auf fast 100%-ige Reinheit aufkonzentrierte Lösungsmittel aus dem Sumpf die­ ser Kolonne abgezogen und in die Extraktivdestillations­ kolonne zurückgeführt wird. Diese Arbeitsweise, bei der eine möglichst vollständige Trennung von Raffinat und Lösungsmittel angestrebt wird, erfordert jedoch einen hohen apparativen Aufwand (Destillationskolonne mit hoher Bodenzahl) und einen hohen Energieverbrauch.

In der DE-OS 34 09 030 ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, die destillative Abtrennung des Lösungsmittels von den Kohlenwasserstoffen des Raffinates nur unvollstän­ dig vorzunehmen und stattdessen aus der Raffinatdestilla­ tionskolonne ein Sumpfprodukt abzuziehen, das noch einen be­ stimmten Lösungsmittelgehalt aufweist. Anschließend wird dieses Sumpfprodukt nach entsprechender Kühlung in einen Scheidebehälter eingeleitet, in dem es in eine schwere und eine leichte Phase getrennt werden soll. Die schwere Phase besteht dabei im wesentlichen aus dem Lösungsmittel und den Kohlenwasserstoffen des Extraktes, die als Verun­ reinigung in das Raffinat gelangt sind. Sie kann auf Grund ihrer Zusammensetzung in die Extraktivdestillations­ kolonne zurückgeführt werden, während die leichte Phase, die die übrigen Bestandteile des Sumpfproduktes enthält, in die Raffinatdestillationskolonne wiedereingeleitet wird.

Bei der Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfah­ rens hat sich in der Praxis jedoch in einigen Fällen ge­ zeigt, daß die Wirkungsweise des Scheidebehälters unzu­ reichend war. Dies war vor allem dann festzustellen, wenn die Bestandteile der schweren Phase in dem aus der Raffi­ natdestillationskolonne abgezogenen Sumpfprodukt in Form von sehr feinen Tröpfchen vorlagen, deren Sinkgeschwin­ digkeit geringer war als die Aufsteigegeschwindigkeit der Bestandteile der leichten Phase. In diesem Falle wurden im unerwünschten Umfange Bestandteile der schweren Phase wieder mit zurück in die Raffinatdestillationskolonne gefördert und verschlechterten so die Trennleistung die­ ser Kolonne.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sumpfpro­ dukt aus der Raffinatdestillationskolonne vor dem Eintritt in den Scheidebehälter durch einen Koaleszer geleitet wird.

In dem Koaleszer können sich die sehr feinen Tröpfchen der schweren Phase zu großen Tropfen vereinigen, die dann in­ folge ihrer höheren Sinkgeschwindigkeit im Scheidebehäl­ ter ohne Schwierigkeiten nach unten sinken können. Auf einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten Koaleszer und dessen Wirkungsweise wird weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 einge­ gangen werden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, wenn das Sumpfprodukt mit einem Lösungs­ mittelgehalt von 20 bis 75 Gew.-% aus der Raffinatdestil­ lationskolonne abgezogen und vor dem Eintritt in den Koa­ leszer bis auf eine Temperatur von 20 bis 70°C gekühlt wird. Der Lösungsmittelgehalt des Sumpfproduktes der Raf­ finatdestillation kann hierbei über die Sumpftemperatur bzw. die Temperatur der Kolonnenbeheizung am Sumpf der Raffinatdestillationskolonne gesteuert werden, da zwi­ schen dem Lösungsmittelgehalt und der Sumpftemperatur eine eindeutige Beziehung derart besteht, daß mit stei­ gendem Lösungsmittelgehalt die Sumpftemperatur ansteigt, wobei die sich einstellende Sumpftemperatur natürlich von der Siedetemperatur des verwendeten Lösungsmittels und der Zusammensetzung des in der Raffinatdestillations­ kolonne aufzuarbeitenden Kohlenwasserstoffgemisches ab­ hängig ist. So stellt sich beispielsweise bei der Gewin­ nung von Benzol aus einer aus Pyrolysebenzin gewonnenen Rohbenzolfraktion durch Extraktivdestillation mit N-Formyl­ morpholin bei einem Lösungsmittelgehalt im Sumpfprodukt der Raffinatdestillationskolonne von 50 Gew.-% eine Sumpftemperatur von ca. 100°C ein. Liegt dagegen der Ge­ halt des gleichen Lösungsmittels im Sumpfprodukt bei 75 Gew.-%, so beträgt die Sumpftemperatur ca. 125°C.

Selbstverständlich können anstelle der Temperaturmessung auch analytische Methoden, wie z.B. die Gaschromatographie, zur Ermittlung und Kontrolle des Lösungsmittelgehaltes des Sumpfproduktes herangezogen werden.

Weitere Einzelheiten des beanspruchten Verfahrens sowie des zu seiner Durchführung verwendeten Koaleszers ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand der Abbildungen erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 einen Koaleszer mit dem dazugehörigen Scheidebe­ hälter und

Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene A-B von Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Fließschema enthält dabei nur die für die Verfahrenserläuterung unbedingt erforderlichen Anlagenteile, während Nebeneinrichtungen, wie beispielswei­ se Pumpen, Umlaufkocher, Wärmetauscher etc., nicht darge­ stellt sind. Das als Einsatzprodukt dienende Kohlenwasser­ stoffgemisch, das gegebenenfalls bereits einer Vordestil­ lation unterworfen worden sein kann, wird durch die Leitung 1 in den mittleren Teil der mit Böden versehenen Extraktiv­ destillationskolonne 2 eingeleitet. Das Einsatzprodukt ist dabei normalerweise bis dicht unterhalb des Siedepunktes erhitzt, so daß es beim Eintritt in die Extraktivdestil­ lationskolonne sofort verdampft. Durch die Leitung 3 wird das verwendete selektive Lösungsmittel am Kopf in die Ex­ traktivdestillationskolonne 2 eingeleitet und fließt über die Böden dieser Kolonne herab nach unten, wobei es die dampfförmigen Kohlenwasserstoffe des Extraktes aufnimmt. Die leichter siedenden Kohlenwasserstoffe, die die Raffi­ natphase bilden, entweichen durch Leitung 4 am Kopf der Kolonne und gelangen über diese Leitung in den mittleren Teil der mit Füllkörpern oder Böden versehenen Raffina­ destillationskolonne 19.

Das flüssige Sumpfprodukt der Extraktivdestillationskolon­ ne 2 besteht aus dem Lösungsmittel und den darin gelösten Kohlenwasserstoffen des Extraktes und wird durch die Leitung 5 aus der Extraktivdestillationskolonne 2 abge­ zogen und gelangt in die Abtreiberkolonne 6, in der die­ se Kohlenwasserstoffe destillativ vom selektiven Lösungs­ mittel abgetrennt werden. Das Lösungsmittel wird durch die Leitung 7 aus dem Kolonnensumpf entfernt und fließt über die Leitung 3 wieder in die Extraktivdestillations­ kolonne 2 zurück während die zu gewinnenden Kohlenwas­ serstoffe über Kopf aus der Abtreiberkolonne 6 entwei­ chen und durch die Leitung 8 in die Kolonne 9 gelangen, in der ihre weitere Auftrennung erfolgt. So können bei­ spielsweise durch die Leitung 10 die höhersiedenden Be­ standteile und durch die Leitung 11 die niedrigersieden­ den Bestandteile abgezogen werden. Da sich im Laufe der Zeit im verwendeten Lösungsmittel Verunreinigungen an­ reichern können, ist im Bereich der Leitung 7 die Ab­ zweigleitung 12 vorgesehen, durch die bei entsprechender Stellung des Ventils 13 eine Teilmenge des Lösungsmit­ tels zur Regeneriereinrichtung 14 gelangen kann. Das re­ generierte Lösungsmittel wird durch die Leitung 15 wieder in den Kreislauf (Leitung 7) zurückgeführt, während die ausgeschiedenen Verunreinigungen durch die Leitung 16 aus der Regeneriereinrichtung entfernt werden. Die Lei­ tung 17 dient schließlich der Zufuhr von frischem Lö­ sungsmittel.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Raffinatdestillationskolonne 19 anfallende Sumpfprodukt mit einem Lösungsmittelgehalt von 20 bis 75 Gew.-% über die Leitung 21 abgezogen, während Kohlen­ wasserstoffe des Raffinates mit einem Lösungsmittelgehalt unter 10 ppm über die Leitung 20 aus der Raffinatdestil­ lationskolonne 19 entfernt werden. Das abgezogene Sumpf­ produkt gelangt über die Leitung 21 in den Kühler 22, in dem es die erforderliche Abkühlung erfährt. Danach wird es über die Leitung 29 in den Koaleszer 30 eingeleitet, der mit dem Scheidebehälter 23 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt ist. Aus dem Koaleszer 30 tritt deshalb das Sumpfprodukt unmittelbar in den Oberteil des Scheide­ behälters 23 ein, in dem im mittleren Bereich der Trenn­ schichtregler 24 installiert ist. Da die über die Lei­ tung 21 abfließende Sumpfproduktmenge verhältnismäßig klein ist, wird für deren erforderliche Abkühlung nicht in jedem Falle der Kühler 22 notwendig sein. Gegebenen­ falls ist es vielmehr auch möglich, auf diesen Kühler zu verzichten und die Abkühlung des Sumpfproduktes in der Leitung 21 und im Scheidebehälter 23 dadurch vorzu­ nehmen, daß dieselben nicht isoliert sind bzw. mit einem Kühlmantel ausgestattet sind. Eine zu starke Abkühlung des Sumpfproduktes auf eine Temperatur unter 20°C ist nicht angebracht, weil dadurch der Heizenergiebedarf in der Raffinatdestillationskolonne 19 und der Extraktiv­ destillationskolonne 2 unnötig erhöht werden würde. Bei einer Temperatur zwischen 20 und 70°C erfolgt im Scheide­ behälter die gewünschte Trennung des eingeleiteten Sumpf­ produktes in eine Ober- und eine Unterphase. Auf die un­ terschiedliche Zusammensetzung dieser beiden Phasen ist bereits weiter oben hingewiesen worden. Der Abzug der schweren Phase (Unterphase) aus dem Scheidebehälter 23 wird dabei durch den Trennschichtregler 24 gesteuert. Dies geschieht in der Weise, daß die Lage der Trennschicht zwischen der schweren und der leichten Phase die Stellung des Trennschichtreglers 24, der an einem Gelenk frei be­ weglich befestigt ist, beeinflußt. Sobald sich die schwere Phase im unteren Teil des Scheidebehälters 23 soweit angereichert hat, daß sich die Trennschicht zwi­ schen schwerer und leichter Phase auf der gleichen Höhe wie der Trennschichtregler 24 befindet, nimmt dieser die in der Abbildung eingezeichnete waagerechte Stellung ein und betätigt bei Erreichen dieser Stellung über die Impulsleitung 27 den Stellantrieb 28 des Ventils 26 in der Weise, daß dieses geöffnet wird. Da das Ventil 26 in der Leitung 25 installiert ist, wird damit schwere Phase aus dem Scheidebehälter 23 abgezogen und kann über diese Leitung mit dem in der Leitung 3 fließenden Lö­ sungsmittel vereinigt werden. Sinkt dagegen die Trenn­ schicht zwischen schwerer und leichter Phase im Scheide­ behälter weiter nach unten, so verändert sich die Stel­ lung des Trennschichtreglers 24 entsprechend nach unten und das Ventil 26 wird dadurch in der beschriebenen Art und Weise geschlossen bzw. gedrosselt. Die leichte Phase (Oberphase) wird indessen über die Leitung 18 aus dem Scheidebehälter 23 entfernt und gelangt in den Sumpf der Raffinatdestillationskolonne 19 zurück. In Abweichung von der im Fließschema dargestellten Schaltung ist es natürlich auch möglich, die durch die Leitung 25 abgezo­ gene schwere Phase nicht mit dem Lösungsmittel in der Leitung 3 zu vereinigen, sondern getrennt von diesem in den Oberteil der Extraktivdestillationskolonne 2 einzu­ leiten.

Fig. 2 zeigt den Koaleszer 30, der mit dem dazugehörigen Scheidebehälter 23 zu einer baulichen Einheit verbunden ist. Man erkennt, daß der Koaleszer 30 hierbei am Ober­ teil des Scheidebehälters 23 angeflanscht ist, so daß das im Koaleszer 30 befindliche Sumpfprodukt aus der Raf­ finatdestillationskolonne 19 unmittelbar in den Oberteil des Scheidebehälters 23 abfließen kann. Die Bezugszeichen 18, 25 und 29 markieren die Anschlüsse für die entspre­ chenden Leitungen und das Bezugszeichen 24 den Anschluß für den Trennschichtregler.

Fig. 3 stellt schließlich einen Schnitt durch den Koales­ zer 30 in der Ebene A-B von Fig. 2 dar. Man erkennt auf der Abbildung, daß der Innenraum des Koaleszers 30 in diesem Falle vollständig mit übereinander angeordneten Wellblechplatten 31 ausgefüllt ist. Diese Wellblechplat­ ten 31 sind dabei so im Koaleszer 30 angeordnet, daß deren Rinnen 32 parallel zur Längsrichtung des Koales­ zers 30 verlaufen. Außerdem weisen die Wellblechplatten 31 in Richtung auf die Eintrittsöffnung zum Scheidebe­ hälter 23 ein Gefälle von ca. 1% auf, so daß das im Koaleszer 30 befindliche Sumpfprodukt ohne weiteres in den Scheidebehälter 23 abfließen kann. Die Wellblech­ platten 31 sollen dabei vorzugsweise aus gebeiztem Koh­ lenstoffstahl bestehen, weil dieses Material eine gute Benetzbarkeit garantiert. Die Rinne 32 einer Wellblechplatte 31 ist in Fig. 3 als Detaildarstellung wiedergege­ ben. Die Tiefe a der Rinnen 32 soll vorzugsweise 20 mm betragen.

In Fig. 2 sind, wie bereits gesagt wurde, der Koaleszer 30 und der Scheidebehälter 23 zu einer baulichen Einheit zu­ sammengefaßt, was zweifellos die bevorzugte Ausführungs­ form darstellt. Wenn es besondere betriebliche Gegeben­ heiten erfordern, ist es aber auch möglich, den Koaleszer 30 und den Scheidebehälter 23 getrennt voneinander anzu­ ordnen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Aufarbeitung des Raffinates einer Ex­ traktivdestillation von Kohlenwasserstoffgemischen, bei der N-substituierte Morpholine, deren Substitu­ enten nicht mehr als sieben C-Atome aufweisen, als selektives Lösungsmittel verwendet werden, wobei die leichter siedenden Bestandteile des als Einsatzpro­ dukt dienenden Kohlenwasserstoffgemisches als Raffi­ nat über Kopf aus der Extraktivdestillationskolonne abgezogen und das Raffinat daran anschließend zwecks Rückgewinnung der in ihm vorhandenen Lösungsmittel­ reste destilliert und das dabei anfallende Sumpfpro­ dukt mit einem bestimmten Lösungsmittelgehalt aus der Raffinatdestillationskolonne abgezogen und in einem Scheidebehälter in eine leichte und eine schwere Phase getrennt wird, worauf die schwere Phase in die Extraktivdestillationskolonne und die leichte Phase in die Raffinatdestillationskolonne wiederein­ geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sumpf­ produkt aus der Raffinatdestillationskolonne vor dem Eintritt in den Scheidebehälter durch einen Koaleszer geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sumpfprodukt mit einem Lösungsmittelgehalt von 20 bis 75 Gew.-% aus der Raffinatdestillations­ kolonne abgezogen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sumpfprodukt aus der Raffinat­ destillationskolonne vor dem Eintritt in den Koa­ leszer bis auf eine Temperatur von 20 bis 70°C ge­ kühlt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Koaleszers (30) vollständig mit übereinander angeordneten Wellblechplatten (31) aus­ gefüllt ist, wobei die Wellblechplatten (31) so an­ geordnet sind, daß deren Rinnen (32) parallel zur Längsrichtung des Koaleszers (30) verlaufen und au­ ßerdem ein leichtes Gefälle zur Austrittsöffnung hin aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Koaleszer (30) mit dem Scheidebehälter (23) zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt ist, wobei der Koaleszer (30) am Oberteil des Scheidebehälters (23) angeflanscht ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wellblechplatten (31) aus ge­ beiztem Kohlenstoffstahl bestehen.