DE60011937T2

DE60011937T2 - Behandlung von extraktionslösungen zur entfernung saurer verunreinigungen

Info

Publication number: DE60011937T2
Application number: DE60011937T
Authority: DE
Inventors: Philip Joseph BOYLE; C. David HAGER; Roy Alan KATRITZKY
Original assignee: ExxonMobil Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: US6217771B1; EP1242155A1; DE60011937D1; CA2384130C; CA2384130A1; WO2001028651A1; EP1242155B1; JP4892150B2; BR0014749B1; AU7870100A; BR0014749A; AU772267B2; JP2003512145A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von polaren Extraktionslösungsmitteln zur Entfernung von Säureverunreinigungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung von Ionenaustauscherharzen zur Entfernung von Verunreinigungen mit organischer Säure aus polaren Extraktionslösungsmitteln.
Hintergrund der Erfindung
Die Lösungsmittelextraktion ist ein in der petrochemischen Industrie zur Abtrennung von Mischungen von unterschiedlichen molekularen Spezies verwendetes Verfahren, bei dem die Mischung mit einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird, das bestimmte der in der Mischung vorhandenen molekularen Spezies selektiv entfernt. Ein Beispiel für ein kommerzielles Lösungsmittelextraktionsverfahren schließt die selektive Auflösung von aromatischen Kohlenwasserstoffen aus paraffinischen Kohlenwasserstoffen unter Verwendung von polaren Lösungsmitteln wie N-Methylpyrrolidon (NMP), Furfural, Phenol und dergleichen ein. Typischerweise werden die gelösten aromatischen Kohlenwasserstoffe aus dem Lösungsmittel durch Rektifizieren, Strippen oder eine Kombination dieser Mittel zurückgewonnen, um ein 0,5 bis etwa 5 Flüssigkeitsvolumen-% (liquid volume percent, LV%) Wasser enthaltendes Lösungsmittel zurückzugewinnen. Das Lösungsmittel wird dann im Kreislauf geführt, um mit frischem Einsatzmaterial in Kontakt zu kommen. Mit der Zeit sammeln sich Verunreinigungen aus dem Einsatzmaterial und Lösungsmittelabbauprodukte in der Lösungsmittelphase an. Diese Spezies sind sauer und können Carbonsäuren, Halogene und andere Produkte einschließen, die in der Lage sind, eine starke Korrosion in verschiedenen Bereichen der Anlagenausrüstung hervorzurufen, mit der sie in Kontakt kommen.
Diesbezüglich offenbart die US-A-4 919 816 ein Verfahren zur Verminderung der Korrosion in einem Verfahren zur Lösungsmittelextraktion von aromatischen Spezies. Die GB-A-2088850 offenbart ein Verfahren zur Entfernung von korrodierenden Verunreinigungen aus einer das nicht-wäßrige polare Extraktionslösungsmittel NMP, die Verunreinigungen und etwa 3 % Wasser enthaltenden Mischung, bei dem die Mischung mit einem basischen Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht wird, um die Verunreinigungen zu entfernen. Danach wird das NMP zurückgewonnen.
Deshalb besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Behandlung von zurückgewonnenen Extraktionslösungsmitteln, um in ihnen vorhandene Verunreinigung zu entfernen.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend umfasst ein Verfahren zur Entfernung von korrodierenden Verunreinigungen aus einem polaren Extraktionslösungsmittel die Zugabe von Wasser zu dem Lösungsmittel, um eine Lösungsmittel-und-Wasser-Mischung bereitzustellen, und danach das Inkontaktbringen der Mischung mit einem basischen Ionenaustauscherharz, um die Verunreinigungen zu entfernen.
Die zu dem Lösungsmittel gegebene Wassermenge ist eine ausreichende Menge, um die Austauschkapazität des Harzes für Carbonsäuren über diejenige bei der Abwesenheit von Wasserzugabe zu erhöhen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird Wasser zu einem polaren Extraktionslösungsmittel, wie NMP, Furfural und Phenol, gegeben, das korrodierende Verunreinigungen einschließlich Carbonsäuren enthält, um eine Lösungsmittel-und-Wasser-Mischung bereitzustellen. Die Mischung wird dann mit einem basi schen Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht, um die korrodierenden Verunreinigungen zu entfernen.
Die zu dem Lösungsmittel gegebene Wassermenge ist eine ausreichende Menge, um die Austauschkapazität des Harzes über diejenige bei der Abwesenheit von Wasserzugabe zu erhöhen. Zum Beispiel enthält ein zurückgewonnenes polares Extraktionslösungsmittel wie NMP im Allgemeinen nicht mehr als 5 LV% Wasser. Dieses zurückgewonnene Lösungsmittel wird mit Wasser in einem Volumenverhältnis von Wasser zu Lösungsmittel von etwa 20 : 1 bis etwa 1 : 1 und vorzugsweise von etwa 5 : 1 bis etwa 1 : 1 verdünnt, um eine Wasser-und-Lösungsmittel-Mischung bereitzustellen.
Die Wasser-und-Lösungsmittel-Mischung wird dann mit einem basischen Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht. Sowohl stark als auch schwach basische Ionenaustauscherharze sind kommerziell erhältlich und bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignet, obwohl ein schwach basisches Ionenaustauscherharz bevorzugt ist. Ein Beispiel für ein geeignetes schwach basisches Ionenaustauscherharz ist Amberlite^® IRA96.
Im Allgemeinen wird die Mischung mit dem Harz in Kontakt gebracht, indem die Mischung durch ein Bett aus Harz geführt wird. Typischerweise liegt die Verweilzeit der Mischung in dem Bett im Bereich von etwa 1 bis etwa 60 Minuten und vorzugsweise von etwa 5 bis 30 Minuten bei Temperaturen im Bereich von etwa 0 °C bis etwa 100 °C.
Als Ergebnis des Inkontaktbringens der Mischung mit dem Harz werden die korrodierenden Verunreinigungen, wie Carbonsäuren, zurückgewonnen. Dann wird das Wasser durch Strippen aus dem selektiven polaren Lösungsmittel im Wesentlichen entfernt.
Das Harz kann durch jedwede herkömmliche Regeneriertechnik regeneriert werden. Zum Beispiel kann das Bett aus Harz mit Wasser rückgespült und dann mit einer geeigneten basischen Lösung in Kontakt gebracht werden.
Obwohl die Erfindung als Chargenverfahren ausgeführt werden kann, bietet sie besondere Vorteile, wenn sie auf kontinuierlicher Grundlage verwendet wird. So kann beispielsweise in einem Verfahren, bei dem Aromaten aus Naphtha mit einem polaren Extraktionslösungsmittel extrahiert und bei dem das Lösungsmittel nachfolgend zurückgewonnen und im Kreislauf geführt wird, ein Seitenstrom des zurückgewonnenen Lösungsmittels erfindungsgemäß behandelt werden. Somit wird der Seitenstrom mit Wasser verdünnt und mit dem Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht, um Verunreinigungen zu entfernen. Dann wird das Wasser aus dem Lösungsmittel entfernt und. das Lösungsmittel im Kreislauf zurückgeführt.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Vorteile der Erfindung weiter.
Beispiele
In den folgenden Beispielen wurde die Austauschkapazität eines schwach basischen Ionenaustauscherharzes (Amberlite^® IRA96) unter Verwendung von verschiedenen Einsatzmaterialien gemessen. In diesen Tests wurden etwa 10 g Harz in eine Bürette gepackt. Das Harz wurde mit 4 %iger wäßriger Na()H behandelt und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Testeinsatzmaterialien, die in den einzelnen Beispielen beschrieben sind, wurden mit einer Rate von etwa 2,3 Bettvolumen pro Stunde durch das Bett geführt. Einsatzmaterial- und Ausflußproben wurden auf Säureverunreinigungen analysiert. Aus diesen Messungen wurden Durchbruchkurven erzeugt und die Austauschkapazität berechnet.
Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Mit den vier in Tabelle 1 aufgelisteten Einsatzmaterialien wurden Durchbruchmessungen durchgeführt. Die Austauskapazität für jedes Einsatzmaterial ist ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
Wie ersichtlich ist die Austauschkapazität für Essigsäure in NMP weniger als halb so groß wie die in Wasser und beträgt ein Viertel von derjenigen von HCl in entweder Wasser oder NMP.
Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 5 und 6
Mit vier Einsatzmaterialien, die 1000 ppm Essigsäure in variierenden Mengen von NMP und Wasser enthielten, wurden zusätzliche Durchbruchmessungen durchgeführt. Die Einsatzmaterialien und Ergebnisse bezüglich der Austauschkapazität sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Die Ergebnisse belegen, dass die Verdünnung von NMP mit Wasser zu einer erhöhten Harzaustauschkapazität für Essigsäure führt.
Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 7
Es wurden weitere Durchbruchmessungen durchgeführt. Diesmal wurden Proben von frischem NMP und NMP, dass bei der kommerziellen Extraktion von Schmierölen verwendet worden war, als Einsatzmaterial verwendet. Das kommerziell verwendete NMP enthielt eine Mischung von Säuren einschließlich Bernstein- und organischen C₁- bis C₄-Säuren mit einer Gesamtsäurezahl, gemessen durch KOH-Titration, von etwa 0,5 mg KOH/g. Dieses NMP wurde 3 : 1 in einem Fall mit frischem NMP und in einem weiteren Fall mit Wasser verdünnt, um zwei Einsatzmaterialien mit vergleichbarem Säuregehalt von etwa 0,12 mg KOH/g bereitzustellen. Mit jedem Einsatzmaterial wurden Durchbruchexperimente durchgeführt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
Es sei angemerkt, dass die Kapazität von frischem Harz um etwa 30 % erhöht wird, wenn Wasser mit dem NMP gemischt wird.
Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 8
Mit Harz Amberlite^® IRA96, dass mehrere Monate in Gebrauch gewesen war, wurden weitere Durchbruchmessungen durchgeführt, und es wurden Mischungen von (1) Anlagen- und frischem NMP (2) Anlagen-NMP und Wasser verwendet. Mit jedem Einsatzmaterial wurden bei dem gebrauchten Harz Durchbruchexperimente durchgeführt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4
Es sei angemerkt, dass die genutzte Harzkapazität für den Austausch von Säuren in dem 100 %igen NMP-Strom mit 0,02 meq/g vernachlässigbar ist, während die Austauschkapazität aus einem aus 25 % NMP und 75 % Wasser bestehenden und die gleiche Säurenmenge enthaltenden Strom mit 0,18 meq/g beträchtlich ist.

Claims

Verfahren zum Entfernen von korrodierenden Verunreinigungen einschließlich Carbonsäuren aus einem nicht-wässrigen, polaren Extraktionslösungsmittel, bei dem: Wasser zu dem Lösungsmittel gegeben wird, wobei das Lösungsmittel vor der Zugabe von Wasser weniger als 5 Flüssigkeitsvolumen-% Wasser enthält, um eine Lösungsmittel-und-Wasser-Mischung bereitzustellen, die Mischung mit einem basischen Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht wird, um die Verunreinigungen zu entfernen, wobei die zu dem Lösungsmittel gegebene Menge an Wasser eine ausreichende Menge ist, um die Austauschkapazität des Harzes für Carbonsäuren über diejenige bei der Abwesenheit von Wasserzugabe zu erhöhen, und danach das Lösungsmittel zurückgewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge an Wasser im Volumenverhältnis von Wasser zu Lösungsmittel im Bereich von 20 : 1 bis 1 : 1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Lösungsmittel N-Methylpyrrolidon ("NMP") ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Ionenaustauscherharz ein schwach basisches Harz ist.
Verfahren zum Extrahieren von aromatischen Kohlenwasserstoffen aus Mischungen mit naphthenischen Kohlenwasserstoffen unter Verwendung von N-Methylpyrrolidon ("NMP") als nicht-wässriges, selektives Lösungsmittel, wobei das NMP mit Carbonsäuren verunreinigt wird, bei dem: das weniger als 5 Flüssigkeitsvolumen-% Wasser enthaltende, verunreinigte NMP zurückgewonnen wird, daraus die Carbonsäuren gemäß dem Verfahren von Anspruch 2 entfernt werden und dann das NMP zurückgewonnen wird, wobei das Volumenverhältnis von Wasser zu NMP im Bereich von 5 : 1 bis 1 : 1 liegt.