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Verfahren zur Herstellung von Aceton Nach einem bekannten älteren
Verfahren gelingt es, Äthylalkohol durch Einwirkung von Wasserdampf bei höheren
Temperaturen in Gegenwart geeigneter Katalysatoren, als welche sich insbesondere
Metallsauerstoffverbindungen bewährt haben, in Aceton überzuführen.
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Nach vorliegender Erfindung erfolgt die Acetonherstellung derart,
daß die bei der Entgeistung von Maischen abgehenden Dämpfe unmittelbar der Ketonisierung
unterworfen werden. In Ausübung der Erfindung kann man z. B. derart verfahren, daß
man das aus den -Entgeistungskolonnen abgehende Dampfgemisch, nachdem man es gegebenenfalls
von gewissen Verunreinigungen, z. B. höher siedenden Beimengungen, befreit hat,
bei passenden Temperaturhöhen über die Ketonisierungskatalysatoren leitet.
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Das Verfahren bietet den Vorteil, daß auf die bisher übliche Konzentration
und Rektifikation des Alkohols sowie auf die Zumischung von besonders hergestelltem
Wasserdampf verzichtet werden kann. Statt dessen wird das aus den Entgeistungskolonnen
abgehende Gemisch von Äthylalkohol und Wasser unter Nutzbarmachung der ihm innewohnenden
Wärme unmittelbar ketonisiert. Weitere Vorteile des Verfahrens bestehen darin, daß
gewisse Nebenprodukte, wie 'z. B. Acetaldehyd, gleichzeitig in Aceton übergeführt
und somit ebenfalls nutzbar gemacht werden. Es hat sich sogar überraschenderweise
herausgestellt, daß die Ausbeuten an Aceton aus dem dem Alkoholwasserdampfgemisch
beiwohnenden Acetaldehyd wesentlich besser sind als diejenigen, welche bei getrennter
Verarbeitung des in den Spiritusraffinerien gewonnenen sogenannten Aldehydgemisches
erzielbar sind. Dabei hat man noch den Vorteil, daß Aldehydverluste, welche mit
der Spiritusrektifikation in der heute geübten Form stets verbunden sind, vermieden
werden.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, daß Methylalkohol, welcher dem Rohmaterial
für die Ketonisierung beigemischt sein kann, im wesentlichen unverändert den Prozeß
durchläuft. Hierdurch besteht die Möglichkeit, zu Produkten zu gelangen, welche
neben Aceton noch Methylalkohol enthalten. Derartige Mischprodukte finden bekanntlich
als Lösungsmittel ausgedehnte Verwendung. Bei Verarbeitung gewisser Maischen, z.
B. der aus Sulfitablauge gewonnenen Maischen, welche einige Prozente Methylalkohol
enthälten, mußte dieser bisher unter Verlusten und vermehrtem Dampfaufwand von dem
Äthylalkohol getrennt werden. Beim Arbeiten nach vorliegender Erfindung kommt auch
diese Maßnahme in Wegfall, da der den Ketönisierungsprozeß mit durchlaufende Methylalkohol
eine
wertvolle Beimengung des erzeugten'Acetons darstellt.
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Als Katalysatoren für die Durchführung, des Verfahrens kommen vorzugsweise
Sauerstoffverbindungen von Schwermetallen, wij z. B. Oxyde des Eisens, Mangans,
Kupfexs, Nickels usw., oder derartige Verbindungen enthaltende Stoffe oder Stoffgemische
in. Betracht. Hierbei können vorteilhaft noch reaktionsfördernde, die Wirkung der
eigentlichen Katalysatoren unterstützende Hilfsstoffe, wie z. B. Calciumcarbonat,
Magnesiumoxyd, Bariumoxyd, Zinkoxyd usw., mi.tverwendet werden. Zweckmäßig werden
die Katalysatoren auf Trägern zur. Anwendung gebracht, welche gutes Wärmeleitungsvermögen
besitzen. Als Träger können z. B. Metalle, wie Eisen, verwendet werden. Ein gut
brauchbarer Katalysator ist z. B. angerosteter Eisenschwamm, auf welchem gegebene-nfälls
noch. Hilfskatalysatoren2 vorgesehen werden können. Die Reaktionstemperaturen liegen
im allgemeinen zwischen. 25o und 6oo°.
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Die Erfindung wird vorteilhaft derart durchgeführt, daß der Äthylalkohol,
welcher bei einmaligem Durchgang durch die Ketonisierungsapparatur nichtvollständig
umgesetzt worden- ist, bis zur völligen Umwandlung in Aceton in. der Apparatur kreist,
so daß, auf der-einen Seite nur die alkoholhaltigen Dämpfe der Entgeistung in die
Apparatur eintreten, während auf der anderen Seite das. Fertigprodukt, Aceton, frei
von unverändertem Äthylalkohol austritt, und. zwar in Mengen, welche dem: aus der
Maische abgetriebenen. Äthylalkohol: entsprechen. - Man kann beispelsweise pro rookg
Äthylalkohol der Maisehe bis zu: 55 kg Aceton und: mehr- gewinnen.
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Eine beispielsweise geeignete Arbeitsweise zur Durchführung vorliegender
Erfindung sei an: Hand des Apparaturschernas der Abbildung näher erläutert.
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Die Maisehe- tritt durch das, Rohr. i in die mit. Dephlegmator versehene
Kolonne 2 ein. Die Kolonne 2 dient nur dazu, die Maische von allen flüchtigen Bestandteilen
zu befreien, wobei ein großer Teil, des Wasserdampfes durchs den Dephlegmator die
Kolonne verläßt Der A7xfiuß. aus der Yolonne:2 enthält nur sQ viel Wasser; als notwendig
ist, um die festen, oder auch bei zu weit gehender Eindampfung etwa sich- ausscheidenden
Verunxeinigungen ständig zu entfernen.
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Die abgehenden. Dämpfe treten durch das Rohr 3 in die- Kolonne 4 ein.,
In dieser, Kolonne 4 wird die Alkoholkonzentration so hoch, beispielsweise auf
30 Volumprozent gebracht, daß sich die öligen Verunreinigungen, worunter
sowohl die Fuselöle aus. der ursprünglichen Maische wie auch die Öle, die sieh als
Nebenprodukt des Ketonisierungsprozesses gebildet haben, fallen, auf den einzefihen
Kolonnenböden flüssig abscheiden und durch die Rohre 5 abgezogen und einer gesonderten.
Aufarbeitung zugeführt werden können. Der dabei zurückgewonnene Alkohol wird. dann
gegebenenfalls wieder den Kolonnen 2 bzw. 4 zugeführt.
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Am Kopf der- Kolonne 4 verläßt das Gemisch der Alkohol und Wasserdämpfe
-zusammen mit gewissen Mengen Aldehyd und Essigäther, die aus der Maische stammen,
die Kolonne durch das Rohr 6 und gelangt weiter durch das Rohr 7 in den KetonisierungsoIen
8, wo es unter Umsetzung zu etwa 80 bis 9o °/o, in Aceton übergeführt wird.
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Durch das Rohr -9 gelangt das Gemisch in eine Vorlaufkolonne 1o, die
im wesentlichen Aldehyd zusammen mit kleinen Mengen von Aceton. abtrennt. Dieses
Produkt gelangt durch das Rohr i i und weiter durch das Rohr 7 in den Ketonisierungsprozeß
zurück.
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Der Ablauf aus der Kolonne 1o tritt durch das- Rohr r2- in- die Kolonne
i3 über, in der das Aceton aus dem wäßrigen Gemisch in reiner Form und frei von
Äthylalkohol abgetrennt wird. Je narb den Anforderungen, die man an den Reinheitsgrad
des Acetons stellt; ist diese Kolonne 13 durch ein komplizierteres System von Kolonnen
zu. ersetzen, das. in jedem Fall die Aufgabe hat,. das Aceton. rein und hochprozentig
abzutrennen, während der unveränderte Spiritus, Wasser und Öle durch das Rohr 14
in die Kolonne 4 zuzÜckgelangen und- dort. der bereits geschilderten -Trennung unterworfen
werden. Beispiel Der Abtriebskolonne 2.- werden stündlich 1o. cbm einer Sulftablauaemaische
mit o;&2 Volumprozent §,thylalkohxal und oro3- Valumprozent Methylalkohol- zugeführt,
welche durch: die aus dieser Kolonne unten abgehende entgeistete Maische vorgewärmt
werden. Es gehen stündliclx 65 kg Äthylalkohol, zkg Methylalkohol und. etwa 9oo
kg Wasser aus der Kolonne ,:2 ab. Das dampfförmige Gemisch tritt in. die Kolonne
4 ein, während durch das Rohr 1q; in dieselbe Kolonne die den aus der Aufarbeitung
der Reaktionsprodukte rückgewonnenen- Äthylalkohol und kleine Mengen von Ölen und
höheren Ketonen enthaltende Flüssigkeit eintritt. Letztere setzt sich aus etwa r2
kg ÄtlylaIkohol, z bis 2 kg höheren Ketonen und' Ölen sowie 2o bis 25. kg Wasser
zusammen.
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Die Kolonne 4 verläßt oben ein dampfförmiges Gemisch von 76 kg Äthylalkohol,
z kg Methylalkohol und etwa 2ookg Wasserdampf.
Durch das Rohr 7
tritt das Gemisch in den Ketonisierungsofen 8 ein, wo es zunächst auf etwa 400'
erwärmt und weiterhin über einem Kontakt, bestehend aus angerostetem, mit einigen
Prozenten Calciumacetat imprägnierten Eisenspänen bei 45o bis 500' ketonisiert wird.
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Da bei dieser Reaktion größere Mengen von inerten Gasen, Wasserstoff
und Kohlensäure, entstehen, ist es zweckmäßig, vor der Aufarbeitung der flüssigen
Reaktionsprodukte diese Gase vollständig zu entfernen, da sie sich im Kreislauf
sonst sehr schnell und in störender Menge anreichern würden. Zweckmäßig kühlt man
das austretende Gemisch von inerten Gasen und Dämpfen zunächst, wobei man einen
Teil des Reaktionsproduktes in Form einer wäßrigen Lösung erhält. Weiterhin werden
die Gase in zwei bis drei Waschtürmen, die im Gegenstrom mit Wasser berieselt sind,
gewaschen, worauf sie ins Freie treten. Man erhält auf diese Weise stündlich durch
Vereinigung von Kondenssatz und Waschwasser beispielsweise i lig Acetaldehyd, 24
kg Aceton, 2 kg unveränderten Methylalkohol, 12 kg unveränderten Äthylalkohol, i
bis z kg höhere Ketone und sogenannte Acetonöle zusammen mit i o7o kg Wasser. Diese
Flüssigkeit wird auf eine Entgeistungskolonne aufgegeben, die das Wasser bis auf
2o bis 25 kg entfernt und also ein- 7o- bis 8oo/9iges Produkt liefert. Hieraus wird
der Acetaldehyd in einer kleinen Vorlaufkolonne io abgetrennt und durch das Rohr
ii zusammen mit kleinen Mengen Aceton in den Ketonisierungsprozeß zurückgeführt.
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Die auf die Vorlaufkolonne io folgende Kolonne 13 liefert das Hauptprodukt
des Prozesses, ein Gemisch an 34 kg Aceton, 2 kg Methylalkohol in sehr reiner Form,
das direkt als Lösungsmittel verwendbar ist. Aus der Kolonne 13 läuft unveränderter
Äthylalkohol, zusammen mit kleinen --Mengen höherer Ketone und Öle in wäßriger Lösung,
ab, und wird, wie oben erwähnt, durch Rohr 14 in die Kolonne 4 zurückgeführt.
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Im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren besteht
die vorliegende Erfindung darin, daß an sich bekannte Ketonisierungsprozesse in
neuer, die Technik erheblich bereichernder Weise zur Anwendung gebracht werden können.
Dies geschieht derart, daß das bei der Entgeistung von Maischen abgehende Dampfgemisch
unmittelbar, gegebenenfalls nach Abtrennung hochsiedender Verunreinigungen, in-
den Ketonisierungsvorgang eingeführt wird, vorzugsweise so, daß der in den Ketonisierungsapparat
eingeführte Alkohol im Kreislauf bewegt wird, so daß das die Apparatur verlassende
Erzeugnis frei von Alkohol ist. Bisher ist man dagegen ausnahmslos so- verfahren,
daß das bei der Entgeistung von Maischen abgehende Dampfgemisch zunächst durch Konzentration
und Rektifikation auf Alkohol verarbeitet wurde, so daß bei Weiterverarbeitung des
letzteren auf Aceton dem Alkohol wieder die nötige Menge Wasser bzw. Wasserdampf
zugemischt werden mußte. Als besonderer Vorteil wurde, wie bereits angeführt, beim
Arbeiten nach der Erfindung in völlig unvorhersehbarer Weise noch gefunden, daß
die Ausbeuten an Aceton infolge Anwesenheit von Acetaldehyd in dem zu verarbeitenden
Alkoholwasserdampfgemisch wesentlich besser sind als diejenigen, welche bei getrennter
Verarbeitung des in den Spiritusraffinerien gewonnenen sogenannten Aldehydgemisches
erzielbar sind.
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Es war auch nicht vorauszusehen, daß die in dem aus den Entgeistungskolonnen
abgehenden Alkohol enthaltenden Verunreinigungen die Ketonisierung in keiner Weise
ungünstig beeinflussen würden, z. B. dadurch, daß sie als Katalysatorgiftewirken
oder Veranlassung zu unerwünschten Nebenreaktionen geben würden.