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Die
Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Abtrennung von
Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser
und Phenol aufweist.
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Das
Verfahren der säurekatalysierten
Spaltung von Cumolhydroperoxid in Phenol und Aceton ist seit langem
von besonderer industrieller Bedeutung. Bei dieser Herstellung von
Phenol aus Cumol nach dem Hockverfahren wird in einer ersten Reaktionsstufe,
der so genannten Oxidation, Cumol zu Cumolhydroperoxid (CHP) oxidiert
und das CHP anschließend
in einer Vakuumdestillation, der so genannten Konzentrierung auf
65 bis 90 Gew.-% aufkonzentriert. In einer zweiten Reaktionsstufe,
der so genannten Spaltung, wird das CHP durch Einwirken einer Säure, zumeist
Schwefelsäure,
in Phenol und Aceton gespalten. Neben Phenol und Aceton weist das
Spaltprodukt weitere Verbindungen auf, die in den der Spaltung vorgelagerten
Reaktionsschritten entstanden sein können und die bei der Spaltung nicht
oder nur teilweise umgewandelt werden. Als wichtigste Verbindungen,
die im Spaltprodukt neben Phenol und Aceton vorliegen können, sind
insbesondere α-Methylstyrol
(AMS), Cumol und Acetophenon zu nennen. Außerdem können im Spaltprodukt geringe
Mengen von bereits in der Oxidation gebildetem Dimethylphenylcarbinol
(DMPC) vorliegen. Weitere Verunreinigungen umfassen Verbindungen
wie z.B. Methylbenzofuran (MBF), Hydroxyaceton, Mesityloxid (MO)
und Carbonylverbindungen wie z.B. (Acet-)Aldehyde und 2-Phenyl-propionaldehyd.
Nach Neutralisation des Spaltproduktes und eventueller Abtrennung
einer wässrigen
Phase wird das Spaltprodukt destillativ aufgearbeitet.
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Es
sind unterschiedliche Verfahren zur destillativen Aufarbeitung des
Spaltproduktes bekannt (Ullmann's
Encyclopädia
of Industrial Chemistry, 5th completely revised edition, Vol. A19,
1991, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim). Im Prinzip wird bei all
diesen Verfahren das Spaltprodukt zuerst neutralisiert, wobei wässrige Natronlauge,
Amine oder wässrige
Phenolatlauge verwendet wird. Nach einer Phasentrennung wird der
organische Teil des neutralisierten Spaltproduktes in eine erste
Kolonne überführt, in
welcher Rohaceton vom restlichen Spaltprodukt über Kopf abdestilliert wird.
Dieses Rohaceton wird üblicherweise
in einem Wäscher
alkalisch behandelt und erneut durch Destillation gereinigt. Zum Teil
erfolgt die Wäsche
aber auch in der Kolonne. Das in der ersten Kolonne erhaltene Sumpfprodukt
wird in einer zweiten Kolonne destilliert, wobei AMS und Cumol über den
Kopf dieser Kolonne abgezogen werden und üblicherweise einer Hydrierung
zugeführt werden,
in welcher wieder Cumol hergestellt wird. Die Abtrennung von AMS
und Cumol kann auch als Azeotropdestillation mit Wasser durchgeführt werden.
Das in der zweiten Kolonne verbleibende Sumpfprodukt wird in einer
Rohphenolkolonne destilliert.
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Das
erhaltene Rohphenol kann durch eine Extraktivdestillation mit Wasser
oder durch Behandlung mit einem sauren Ionenaustauscher und anschließender Destillation
weiter gereinigt werden. Bei letztgenanntem Prozess werden Verbindungen,
die sich destillativ schlecht von Phenol trennen lassen, wie z.B.
Mesityloxid und Hydroxyaceton, zu höher siedenden Verbindungen
kondensiert.
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Ein
solches Verfahren wird z.B. in US 5.064.507 (Allied) beschrieben.
Bei diesem Verfahren wird das Spaltprodukt zuerst in einer Rohacetonkolonne
vom Rohaceton getrennt. Das Sumpfprodukt wird in eine Cumolkolonne überführt, in
welcher Cumol und AMS vom Spaltprodukt abgetrennt werden. Die Kolonne
wird allerdings so betrieben, dass ein gewisser Anteil an AMS im
Sumpfprodukt noch vorhanden ist, da dieses bei der weiteren Aufarbeitung des
Phenols zur Abtrennung von MBF und anderer Verunreinigungen als
Reaktionspartner bzw. Lösungsmittel
benötigt
wird. Dieses Sumpfprodukt wird mit einem Amin, vorzugsweise Hexamethylendiamin, in
einem Reaktor mit Strömungsrohr-Charakteristik zur
Reaktion gebracht, um carbonylische Verunreinigungen, wie z.B. Acetol
(Hydroxyaceton) oder MO, zu höher
siedenden Verbindungen umzusetzen. Das so behandelte Produkt wird
weiter destillativ aufgearbeitet. Bis zum gereinigten Endprodukt
Phenol, werden allerdings noch weitere vier Kolonnen und zwei Reaktionszonen
durchlaufen. Der apparative Aufwand, der für die Abtrennung des Hydroxyacetons aus
dem Phenol betrieben werden muss, ist bei diesem Verfahren relativ
groß.
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Auch
in US 3.322.651 (UOP) wird die Verwendung von Stickstoffverbindungen,
insbesondere von Aminen zur Reinigung von Phenol, welches bei der
Spaltung von CHP erhalten wurde, beschrieben. Die zugegebenen Amine
müssen
allerdings ebenfalls wieder aus den Produkten entfernt werden.
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In
GB 1 021 759 (Mitsui) wird
die Aufarbeitung eines Spaltproduktgemisches, welches bei der säurekatalysierten
Spaltung von CHP erhalten wurde und aus welchem der Katalysator
durch Neutralisation und Waschen entfernt wurde, beschrieben. Um ein
Phenol, welches einen geringen Anteil an Hydroxyaceton aufweist,
erhalten zu können,
wird die Trennung so durchgeführt,
dass das Spaltproduktgemisch seitlich in eine Destillationskolonne
eingespeist wird und dieses Gemisch in einem Trennschritt in eine
Kopffraktion, welche Wasser, Aceton, Hydroxyaceton und Cumol aufweist,
und in eine Sumpffraktion, welche Phenol mit einem Gehalt an Hydroxyaceton
von kleiner 100 ppm aufweist, aufgetrennt wird. Je nach Zusammensetzung
des Spaltproduktgemisches wurde soviel Cumol zugesetzt, dass das
Verhältnis
von Cumol zu Phenol im Zulauf der Kolonne zumindest 0,28 Gewichtsteile
Cumol zu einem Gewichtsteil Phenol betrug, da das Verfahren auf
der Abtrennung eines azeotropen Gemisches von Hydroxyaceton und
Cumol vom Phenol basiert. Mit diesem Verfahren gelingt die Abtrennung
des Hydroxyacetons von Phenol. Es wird aber eine Kopffraktion erhalten,
die neben Wasser, Cumol und Hydroxyaceton auch noch Aceton aufweist.
Gegebenenfalls können auch
noch Verunreinigungen an Phenol in der Kopftraktion enthalten sein.
Diese Produkte müssen ebenfalls
voneinander getrennt werden.
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In
US 4.251.325 (BP Chemicals) ist die Aufarbeitung einer Fraktion,
die von Leichtsiedern, Wasser und Aceton weitestgehend befreit worden
ist, dahingehend optimiert worden, dass die Cumolkolonne so betrieben
wird, dass am Kopf ein Gemisch abgenommen wird, welches Cumol, AMS
und Hydroxyaceton aufweist, wobei letzteres nahezu vollständig vom
im Sumpf verbleibenden Rohphenol abgetrennt wird und somit nicht
bei der Phenolaufarbeitung aufwendig abgetrennt werden muss. Mit
diesem Verfahren wird Phenol erhalten, welches weniger als 30 ppm
Hydroxyaceton aufweist. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Tatsache, dass
das Eingangsgemisch weitestgehend von Wasser befreit sein muss, weshalb
im vorgeschalteten Trennschritt aus dem Spaltproduktgemisch eine
Acetonfraktion abgetrennt werden muss, die neben Leichtsiedern auch
den überwiegenden
Teil des im Spaltproduktgemisch vorhandenen Wassers aufweisen muss.
Die Aufarbeitung einer solchen Acetonfraktion nach dem Stand der
Technik ist relativ umständlich,
da ein hoher apparativer Aufwand getrieben werden muss.
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EP-A-190
790 offenbart ein Verfahren zur Abtrennung einer Phenolfraktion
aus einer Mischung, die Hydroxyaceton, Cumol, Wasser, weitere Verunreinigungen
und Phenol enthält,
durch fraktionierte Destillation und Phasentrennung der kondensierten Kopffraktion.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es deshalb ein einfaches Verfahren
zur Abtrennung von Phenol aus einem zumindest Cumol, Phenol und
Hydroxyaceton aufweisendem Gemisch bereitzustellen, bei welchem
mit geringem Energieaufwand, mit geringem apparativen Aufwand und
in Gegenwart von Wasser im Gemisch ein Phenol, welches einen Gehalt
von Hydroxyaceton von kleiner 30 ppm aufweist, aus dem Gemisch abgetrennt
wird.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass schon durch einen einzigen destillativen Trennschritt mit
anschließender
Phasentrennung ein Gemisch aus zumindest Phenol, Wasser, Hydroxyaceton
und Cumol in Kombination mit einer Phasentrennung so aufgearbeitet
werden kann, dass Phenol aus dem Gemisch abgetrennt wird, welches
einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 30 ppm aufweist und dieser
Trennschritt mit geringerem Energieaufwand und geringerem apparativen
Aufwand als bei herkömmlichen
Verfahren durchgeführt
werden kann. Ebenso überraschend
wurde gefunden, dass auch durch die Umkehrung der Verfahrensschritte
Phenol aus dem genannten Gemisch abgetrennt wird, welches einen Gehalt
an Hydroxyaceton von kleiner 30 ppm aufweist.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren gemäß Anspruch
1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch
8 zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest
Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol aufweist.
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Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass durch den bei der Destillation gewählten Trennschnitt
die weitere Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches bzw. der einzelnen
Fraktionen, die aus dem Spaltproduktgemisch erhalten werden, wesentlich
vereinfacht wird. Insbesondere durch die gemeinsame Abtrennung von
Hydroxyaceton, AMS und Cumol vom Phenol aufweisenden Rest des Spaltproduktgemisches
wird die Aufarbeitung des Phenol aufweisenden Restes wesentlich
vereinfacht, da die bei herkömmlichen
Verfahren, bei denen das Hydroxyaceton in der Phenol-reichen Fraktion verbleibt
und aus dieser dadurch entfernt wird, dass das Hydroxyaceton durch
Reaktion mit Phenol zu Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt als Phenol
umgesetzt wird, die destillativ vom Phenol getrennt werden können, durchgeführten Schritte
entfallen.
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Gegenüber herkömmlichen
Verfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl eine wesentlich
günstigere
Energiebilanz als auch eine höhere
Gesamtausbeute an Phenol, bezogen auf den Phenolgehalt im Spaltproduktgemisch,
auf. Die herkömmliche
Verfahrensweise erfordert einen relativ hohen Energieeinsatz. Außerdem wird
die Ausbeute an Phenol verringert, da das Hydroxyaceton mit dem Phenol
abreagiert oder es müssen
teure Chemikalien, wie z.B. Amine zugesetzt werden, die selbst bzw. deren
Reaktionsprodukte wieder aufwendig aus dem Prozess entfernt werden
müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren,
welches dieses Problem dadurch umgeht, dass das Hydroxyaceton mit
dem Cumol aus dem Spaltproduktgemisch abgetrennt wird, erfordert außerdem einen
wesentlich geringeren apparativen Aufwand, da sowohl die Anzahl
der benötigten
Destillationskolonnen verringert wird, als auch die Anzahl der Reaktionsapparaturen,
die zur Verringerung des Gehalts von den diversen Nebenprodukten
in den Fraktionen benötigt
werden, ebenfalls verringert wird.
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Als
weiterer Vorteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, dass
das Hydroxyaceton bevorzugt in einer wässrigen Phase anfällt und
mit dieser einfach entsorgt oder aber aufgearbeitet werden kann.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Gesamtanzahl der in einer
Kolonne vorhandenen Böden
unabhängig
von der Anzahl der Böden
als 100 Trennpotential definiert, um auf diese Weise bei Kolonnen
mit einer unterschiedlichen Anzahl an Böden den Bereich angeben zu
können,
bei welchem ein ähnliches
Trennpotential vorliegt. Der Sumpf der Kolonne, dass heißt der Bereich
unter dem ersten Boden, hat entsprechend ein Trennpotential von
0 %. Am Kopf der Kolonne, dass heißt im Bereich über dem
obersten Boden, liegt entsprechend der Definition ein Trennpotential
von 100 % vor. Entsprechend dieser Definition hat eine 50 Böden aufweisende
Kolonne ein Trennpotential von 30 % im Bereich des 15-ten Bodens.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann zur destillativen Aufarbeitung von Gemischen eingesetzt werden,
die bei dem Prozess der Spaltung von Cumolhydroperoxid (CHP) in
Aceton und Phenol mit anschließender
Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches als Teil der Spaltproduktgemische
anfallen. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung
von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton, Cumol,
Wasser und Phenol aufweist, verwendet, wobei das Gemisch der Teil
eines Spaltproduktgemisches aus der Spaltung von CHP ist, der nach
einer Abtrennung von Rohaceton aus dem Spaltproduktgemisch erhalten
wird. Der Acetongehalt in einem solchen Gemisch beträgt vorzugsweise
kleiner 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,2 Gew.-%.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im folgenden beispielhaft an Hand der destillativen Aufarbeitung
eines Gemisches, welches bei der säurekatalysierten homogenen
Spaltung von CHP und anschließenden
Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches anfällt, ohne dass das Verfahren
auf diese Ausführungsart
beschränkt
sein soll. Diese Gemisch wird als Teil des Spaltproduktgemisches
durch Abtrennung einer Rohacetonfraktion vom Spaltproduktgemisch
erhalten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton,
Cumol, Wasser und Phenol aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass
das Gemisch durch zumindest einen destillativen Trennschritt und
zumindest einen Phasentrennschritt der Art aufgetrennt wird, dass
zumindest eine Phenol aufweisende Fraktion gewonnen wird, welche
weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist. Ganz besonders bevorzugt
wird diese Phenol aufweisende Fraktion durch ein Verfahren gewonnen,
bei welchem ein einziger destillativer Trennschritt und ein einziger Phasentrennschritt
durchgeführt
wird.
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Das
Gemisch weist vor der Abtrennung des Phenols vorzugsweise eine Konzentration
an Phenol von 20 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 90 Gew.-%,
besonders bevorzugt von 40 bis 70 Gew.-% auf. Das Gemisch kann eine
Konzentration von Hydroxyaceton von 300 ppm bis 5 Gew.-% aufweisen. Neben
den genannten Verbindungen kann das Gemisch weitere Verbindungen
aufweisen, wie z.B. α-Methylstyrol
(AMS), Cumol, Wasser, Phenylbutene, Methylbenzofuran (MBF), Dimethylphenylcarbinol
(DMPC), Kresole, wie z.B. o-Kresol,
Mesityloxid (MO), n-Propylbenzol, Isopropylphenol, Carbonylverbindungen
wie z.B. 3-Methylcyclopentenon, (Methyl-)-Isobyuthylketone oder
2-Phenylpropionaldehyd,
sek. Butylbenzol, tert.-Butylbenzol, Methylbenzole, wie z.B. Dimethylbenzol,
oder Acetophenon (AP).
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann in zumindest zwei unterschiedlichen Ausführungsformen durchgeführt werden,
denen aber gemeinsam ist, dass sie jeweils zumindest einen Destillationsschritt
und zumindest einen Phasentrennschritt aufweisen.
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In
einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Gemisch in zumindest einem destillativen Trennschritt,
vorzugsweise in nur einem einzigen Destillationsschritt so aufgetrennt,
dass eine Phenol aufweisende Fraktion, welche weniger als 300 ppm
Hydroxyaceton, vorzugsweise weniger als 100 ppm und ganz besonders
bevorzugt weniger als 10 ppm Hydroxyaceton aufweist und eine weitere
Fraktion, welche zumindest Hydroxyaceton, Cumol und Wasser aufweist,
erhalten wird und dass diese Fraktion in einem Phasentrennschritt in
eine organische und eine wässrige
Phase getrennt wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Gemisch, aus welchem Phenol abgetrennt werden soll, zuerst
in eine Destillationsapparatur, vorzugsweise eine Destillationskolonne
eingespeist. Die Destillationskolonne muss der Gestalt ausgeführt sein,
dass die Auftrennung des Gemisches in zumindest eine Fraktion, die Phenol
aufweist und zumindest eine weitere Fraktion, die zumindest Cumol,
Wasser und Hydroxyaceton aufweist, möglich ist. Vorzugsweise erfolgt
die Einspeisung des Gemisches seitlich in die Kolonne, vorzugsweise
in einer Position, an der die Kolonne ein Trennpotential von 25
bis 85, besonders bevorzugt von 40 bis 60 % aufweist. Die Kolonne
wird so betrieben, das im Sumpf der Kolonne eine Phenol aufweisende
Fraktion flüssig
abgenommen werden kann. Es kann vorteilhaft sein, einen Teil dieser
Fraktion in die Kolonne zurückzuspeisen.
Vorzugsweise wird die am Sumpf der Kolonne abgetrennte, Phenol aufweisende
Fraktion, die Hydroxyaceton in einer Konzentration von kleiner 300
ppm aufweist, als Rohphenol einer weiteren Aufarbeitung zugeführt.
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Die
Temperatur in der Kolonne beträgt
im Sumpf der Kolonne vorzugsweise von 140 bis 200 °C, besonders
bevorzugt von 170 bis 190 °C.
Am Kopf der Kolonne beträgt
die Temperatur vorzugsweise von 60 bis 160 °C, besonders bevorzugt von 65
bis 100 °C.
Die Temperatur im Kopf der Kolonne wird dabei immer so gewählt, dass
die Kopftemperatur niedriger als die Sumpftemperatur ist. Der Druck in
der Kolonne kann von 0,1 bis 4 bar betragen. Vorzugsweise weist
die Destillationskolonne Atmosphärendruck
auf.
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Die
am Kopf der Kolonne vorzugsweise dampfförmig abgenommene Fraktion weist
zumindest Wasser, Cumol und Hydroxyaceton auf. Ist im ursprünglichen
Gemisch AMS vorhanden, so weist auch die Kopftraktion AMS auf. Vorzugsweise
weist die Kopffraktion zumindest von 95 % bis 100 %, vorzugsweise
von 98 % bis 99,9 % des im Gemisch vorhandenen Cumols, von 95 %
bis 100 %, vorzugsweise von 98 % bis 99,9 % des im Gemisch vorhandenen
Hydroxyacetons und von 97 % bis 99,9 % des im Gemisch vorhandenen
Wassers auf.
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Ein
Teil der am Kopf der Kolonne abgenommenen Fraktion kann als Rücklauf flüssig in
die Kolonne zurückgespeist
werden. Vorzugsweise wird die am Kopf der Destillationskolonne entnommene
Fraktion zumindest teilweise in eine Phasentrennapparatur, wie z.B.
einen Dekanter, Koaleszer, Phasentrennbehälter oder Extraktor überführt, in
welchem die Fraktion in zwei Phasen, eine wässrige und eine organische
Phase aufgetrennt werden kann. Es kann vorteilhaft sein, als Rücklauf zumindest
einen Teil der organischen Phase dieser Fraktion, zumindest einen Teil
der wässrigen
Phase dieser Fraktion oder eine Mischung aus organischer und wässriger
Phase als Rücklauf
in die Kolonne zurückzuführen. Die
Temperatur, bei welcher die Phasentrennung durchgeführt wird,
beträgt
bei Normaldruck vorzugsweise von 20 bis 100 C.
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Ganz
besonders bevorzugt wird zumindest ein Teil der wässrigen
Phase und ein Teil der organischen Phase der in der Phasentrennapparatur
aufgetrennten Kopftraktion getrennt in die Destillationskolonne
zurückgeführt.
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Es
kann vorteilhaft sein, zumindest einen Teil der wässrigen
Phase dampfförmig
oder flüssig,
vorzugsweise dampfförmig
unterhalb des Zulaufs in die Kolonne zurückzuspeisen.
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Das
Rücklaufverhältnis in
Bezug auf die Menge an entnommenem und die Menge an rückgeführtem Wasser
beträgt
vorzugsweise von 0,2 bis 3, ganz besonders bevorzugt von 0,4 bis
2. Das Rücklaufverhältnis in
Bezug auf die Menge an entnommener und die Menge an rückgeführter organischer Phase
beträgt
vorzugsweise von 0,1 bis 10, ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis
5. Der Rest des aus der Phasentrennapparatur erhaltenen organischen Teils
der Kopftraktion wird einer weiteren Aufarbeitung zugeführt. Dieser
organische Teil der Kopftraktion weist zumindest Cumol auf. Der
Anteil an Hydroxyaceton in diesem organischen Teil der Kopffraktion beträgt von 0,01
bis 10 %, vorzugsweise von 0,1 bis 2 % des ursprünglich in der Kopffraktion
enthaltenen Hydroxyacetons.
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Der
Rest des wässrigen
Teils der Kopffraktion, der nicht in die Destillationskolonne zurückgefahren
wird, kann einer Entsorgung oder Aufarbeitung zugeführt werden.
Dieser wässrige
Teil weist das restliche Hydroxyaceton aus der Kopffraktion auf, welches
nicht in dem organischen Teil der Kopffraktion vorhanden ist.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise
besteht darin, dass sich das Hydroxyaceton, welches in der Kopffraktion
vorhanden ist, im Wasser dieser Fraktion anreichert. Das Hydroxyaceton
geht in der Phasentrennapparatur überwiegend (Faktor 20 – 30) in
die wässrige
Phase über
und kann somit mit dem wässrigen
Teil der Kopftraktion auf einfache Weise aus dem Prozess ausgeschleust
werden und muss nicht von einer organische Phase entsprechend dem
Stand der Technik abgetrennt werden (US 4.251.325, US 3.322.651
oder US 5.064.507).
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In
einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Gemisch, das zumindest Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und
Phenol enthält
und nach Abtrennung von Rohaceton von der Spaltproduktmischung aus
der Spaltung von Cumolhydroperoxid in Phenol und Aceton erhalten
worden ist, in zumindest einem Phasentrennschritt in eine organische
und eine wässrige
Phase aufgetrennt und die erhaltene organische Phase wird in einem
destillativen Trennschritt so aufgetrennt, dass eine Phenol aufweisende
Fraktion erhalten wird, welche weniger als 300 ppm Hydroxyaceton
aufweist.
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Bei
dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Gemisch, aus welchem Phenol abgetrennt werden soll, in
zumindest eine Phasentrennapparatur, wie z.B. einen Dekanter, Koaleszer,
Phasentrennbehälter
oder Extraktor überführt, in
welchem das Gemisch in zwei Phasen, eine wässrige und eine organische,
aufgetrennt werden kann. Die Temperatur, bei welcher die Phasentrennung
durchgeführt
wird, beträgt
bei Normaldruck vorzugsweise von 20 bis 100 °C.
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Die
wässrige
Phase des Gemisches kann einer Entsorgung oder Aufarbeitung, z.B.
einer Abwasser-Entphenolung und einer Kläranlage, wie sie aus dem Stand
der Technik bekannt sind, zugeführt
werden. Diese wässrige
Phase weist einen großen
Teil des Hydroxyacetons aus dem Gemisch auf.
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Die
aus der Phasentrennapparatur erhaltene organischen Phase des Gemisches
weist zumindest Cumol und Phenol auf. Der Anteil an Hydroxyaceton in
dieser organischen Phase des Gemisches beträgt von 10 bis 60 %, vorzugsweise
von 30 bis 40 % des ursprünglich
in dem Gemisch enthaltenen Hydroxyacetons.
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Diese
organische Phase des Gemisches wird dann in eine Destillationsapparatur,
vorzugsweise eine Destillationskolonne eingespeist. Die Destillationskolonne
muss der Gestalt ausgeführt
sein, dass die Auftrennung des Gemisches in zumindest eine Fraktion,
die Phenol aufweist und zumindest eine weitere Fraktion, die zumindest
Cumol aufweist, möglich
ist. Vorzugsweise erfolgt die Einspeisung des Gemisches seitlich
in die Kolonne, vorzugsweise in einer Position, an der die Kolonne
ein Trennpotential von 25 bis 85, besonders bevorzugt von 40 bis
60 % aufweist. Die Kolonne wird so betrieben, das im Sumpf der Kolonne
eine Phenol aufweisende Fraktion flüssig abgenommen werden kann.
Vorzugsweise wird die am Sumpf der Kolonne abgetrennte, Phenol aufweisende
Fraktion, die Hydroxyaceton in einer Konzentration von kleiner 300
ppm aufweist, als Rohphenol einer weiteren Aufarbeitung zugeführt.
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Die
Temperatur in der Kolonne beträgt
im Sumpf der Kolonne vorzugsweise von 140 bis 200 °C, besonders
bevorzugt von 170 bis 190 °C.
Am Kopf der Kolonne beträgt
die Temperatur vorzugsweise von 60 bis 160 °C, besonders bevorzugt von 80
bis 100 °C.
Die Temperatur im Kopf der Kolonne wird dabei immer so gewählt, dass
die Kopftemperatur niedriger als die Sumpftemperatur ist. Der Druck in
der Kolonne kann von 0,1 bis 4 bar betragen. Vorzugsweise weist
die Destillationskolonne Atmosphärendruck
auf.
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Die
am Kopf der Kolonne vorzugsweise dampfförmig abgenommene Fraktion weist
zumindest Cumol und Hydroxyaceton auf. Ist im ursprünglichen
Gemisch AMS vorhanden, so weist auch die Kopffraktion AMS auf. Vorzugsweise
weist die Kopffraktion zumindest von 95 % bis 100 %, vorzugsweise
von 98 % bis 99,9 % des im ursprünglichen
Gemisch vorhandenen Cumols auf.
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Ein
Teil der am Kopf der Kolonne abgenommenen Fraktion kann als Rücklauf flüssig in
die Kolonne zurückgespeist
werden.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise
besteht darin, dass sich das Hydroxyaceton im Wasser anreichert.
Ein Teil des Hydroxyacetons geht in der Phasentrennapparatur überwiegend in
die wässrige
Phase über
und kann somit auf einfache Weise aus dem Prozess ausgeschleust
werden. Durch eine weitere Behandlung der Kopftraktion bei dieser
Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Verfahren
in einer Phasentrennapparatur kann, gemäß der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
auch die Ausschleusung des Hydroxyacetons aus der Kopftraktion über eine
durch Phasentrennung aus dem Kopfprodukt abgetrennte wässrige Phase
erfolgen.
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Ganz
besonders bevorzugt wird bei beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen
des Verfahrens eine Phenol aufweisende Fraktion erhalten, die vorzugsweise
von 95 bis 99 Gew.-% Phenol und einen Gehalt an Hydroxyaceton von
weniger als 300 ppm, vorzugsweise weniger 100 ppm und ganz besonders
bevorzugt weniger als 10 ppm Hydroxyaceton aufweist.
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Bei
beiden Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahren
kann es vorteilhaft sein, im Destillationsschritt über einen
Seitenabzug eine weitere Fraktion der Destillationsapparatur zu
entnehmen, welche zumindest eine organische und/oder anorganische
Säure aufweist.
Vorzugsweise wird eine solche Fraktion aus einem Seitenabzug entnommen,
der unterhalb des Zulaufs des Gemisches und oberhalb des Sumpfes
der Kolonne vorzusehen ist. Auf diese Weise lässt sich der Anteil an Nebenprodukten
in den Fraktionen noch einmal verringern.
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Es
kann bei beiden Ausführungsarten
des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorteilhaft sein, dem zu behandelnden Gemisch Verbindungen, die
in diesem Gemisch schon vorhanden sind, zuzusetzen. Besonders bevorzugt
werden die Verbindungen Cumol und/oder Wasser oder Cumol und/oder
Wasser aufweisende Gemische dem zu behandelnden Gemisch zugesetzt.
Die Zugabe kann vor oder während der
Durchführung
des Destillationsschrittes und/oder vor oder während der Durchführung des
Phasentrennschrittes erfolgen.
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Bei
der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann es besonders vorteilhaft sein, wenn dem Gemisch vor der Destillation soviel
Cumol und/oder Wasser zugesetzt wird, dass der Gehalt an Wasser
im Gemisch von 1 bis 14 Gew.-% beträgt und der Gehalt an Cumol
von 1 bis 50 Gew.-% beträgt.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
kann es vorteilhaft sein, dem Gemisch vor oder während der Durchführung des
Phasentrennschrittes Wasser zuzugeben. Ebenso kann es vorteilhaft
sein, wenn der organischen Phase des Gemisches vor dem Destillationsschritt
Cumol zugesetzt wird. Vorzugsweise beträgt bei der zweiten Ausführungsform
der Gehalt an Cumol im organischen Teil des Gemisches vor der Zuführung zum
Destillationsschritt von 5 bis 50 Gew.-%.
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In
beiden Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird aus dem eingesetzten Gemisch nicht nur Phenol erhalten, welches
weniger als 300 ppm Hydroxyaceton aufweist, sondern ein Phenol,
welches abgereichert an Verunreinigungen, wie z.B. Phenylbutenen,
Methylbenzofuran (MBF), Mesityloxid (MO), n-Propylbenzol, Isopropylphenol,
Carbonylverbindungen wie z.B. 3-Methylcyclopentenon,
(Methyl-)-Isobyuthylketone oder 2-Phenylpropionaldehyd, sek. Butylbenzol,
tert.-Butylbenzol oder Methylbenzole, wie z.B. Dimethylbenzol. Diese
Verunreinigungen werden zusammen mit α-Methylstyrol (AMS), Cumol und
Wasser über
den Kopf der Destillationskolonne aus dem Gemisch abgetrennt.
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Die
erfindungsgemäß erhaltenen
Fraktionen können
mittels Verfahren gemäß des Standes
der Technik weiter aufgearbeitet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Abtrennung von Phenol aus einem Gemisch, welches zumindest Hydroxyaceton,
Cumol, Wasser und Phenol aufweist, wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
durchgeführt.
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Diese
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist zumindest eine Destillationskolonne, die so dimensioniert
ist, dass am Kopf der Kolonne eine zumindest Cumol und/oder α-Methylstyrol
aufweisende Fraktion und am Sumpf der Kolonne eine Phenol aufweisende Fraktion,
welche einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 300 ppm, vorzugsweise
kleiner 100 ppm und ganz besonders bevorzugt kleiner 10 ppm aufweist, abgenommen
werden kann und zumindest eine Phasentrennapparatur zur Trennung
von organischen Phasen von wässrigen
Phasen auf.
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Besonders
bevorzugt weist die Destillationskolonne vorzugsweise zumindest
eine Anzahl von theoretischen Böden
von 20 bis 160, besonders bevorzugt von 40 bis 80 auf. In einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist diese einen Seitenabzug, bei welchem eine Fraktion, die zumindest
eine organische Säure
aufweist, abgenommen werden kann, zwischen dem Zulauf des Gemisches
und dem Sumpf der Kolonne auf. Als organische Säure kann die Fraktion z.B.
Essigsäure,
Oxalsäure,
Ameisensäure
oder Buttersäure
oder ein Gemisch aus zumindest einer dieser Säuren aufweisen.
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Als
Phasentrennapparatur weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise
zumindest einen Dekanter auf.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
ist Phenol erhältlich.
Dieses Phenol weist einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 300
ppm, besonders bevorzugt kleiner 100 ppm und ganz besonders bevorzugt
kleiner 10 ppm auf. Ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann ein Cumol und/oder AMS aufweisendes Gemisch mit reduziertem
Hydroxyaceton-Gehalt erhalten werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
werden in den Abbildungen 1 und 2 beispielhaft
beschrieben, ohne dass das Verfahren bzw. die Vorrichtung auf diese
Ausführungsarten
beschränkt
sein soll.
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In 1 ist
schematisch eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Destillationskolonne K1' auf, die einen seitlichen Eingang aufweist,
in welchen das Gemisch SP' zur
Abtrennung des Phenols eingespeist werden kann. Am Kopf und am Sumpf
der Kolonne können
das Kopfprodukt KP' bzw.
das Sumpfprodukt SP1' abgenommen
werden. Die Destillationskolonne der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist am Sumpf der Kolonne einen Wärmetauscher WT2' auf, mit welchem
es möglich ist,
der Kolonne die entsprechende Wärmeenergie hinzuzufügen.
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Über den
Kopf der Kolonne wird das Kopfprodukt KP', welches zumindest Cumol, Hydroxyaceton
und Wasser aufweist, durch einen Wärmetauscher WT3' geleitet, in welchem
das Kopfprodukt kondensiert wird, und von dort in eine Phasentrennapparatur
PT1' überführt. Ein
Teil der sich in dieser Phasentrennapparatur gebildeten organischen
Phase kann über
RO' in die Destillationskolonne
zurückgefahren
werden. Der restliche Teil der organischen Phase, die zumindest
Cumol aufweist, kann einer weiteren Aufarbeitung über CA' zugeführt werden. Ein
Teil der wässrigen
Phase kann über
RW1' flüssig ebenfalls
in die Destillationskolonne K1' zurückgefahren
werden. Ein weiterer Teil der wässrigen
Phase kann über
RW2' flüssig oder
dampfförmig
in die Destillationskolonne K1' gefahren
werden. Der restliche Teil der wässrigen
Phase, die Hydroxyaceton aufweist, kann über W1' einer Verwertung oder Aufarbeitung
zugeführt
werden. Optional können
ein oder mehrere Seitenabzüge
SOS' in der Destillationskolonne
K1' vorhanden sein, über welche
Fraktionen, die zumindest eine organische Säure aufweisen, aus der Kolonne
ausgeschleust werden können.
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In 2 ist
schematisch eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Ein zu behandelndes Gemisch SP wird in eine Phasentrennapparatur
PT1 gespeist. Die organische Phase des Gemisches, die zumindest
Cumol und Phenol aufweist, kann über
SCA seitlich in eine Destillationskolonne K1 gespeist werden. Die
wässrige
Phase des Gemisches, die Hydroxyaceton aufweist, kann über W1 einer
Verwertung oder Aufarbeitung zugeführt werden. Über AW kann,
wenn notwendig oder gewünscht,
eine wässrige
Phase oder Wasser in den Phasentrennbehälter gefahren werden.
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Die über SCA
seitlich in die Kolonne K1 gespeiste organische Phase des Gemisches
wird in der Kolonne in eine Fraktion, die zumindest Cumol aufweist
und welche am Kopf der Kolonne als KP1 abgenommen wird und eine
Fraktion, die zumindest Phenol aufweist und die am Sumpf der Kolonne
als SP1 abgenommen werden kann, getrennt. Die Destillationskolonne
der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist
am Kopf bzw. am Sumpf der Kolonne Rücklaufsysteme auf, mit welchen
das Kopf- bzw. Sumpfprodukt ganz oder teilweise in die Kolonne zurückgefahren
werden kann. In diese Rücklaufsysteme
sind die Wärmetauscher
WT1 und WT2 installiert, mit welchen es möglich ist, dem in die Kolonne
zurückgeführten Kopf-
bzw. Sumpfprodukt Wärmeenergie
hinzuzufügen
oder zu entziehen. Optional können
ein oder mehrere Seitenabzüge
SOS in der Destillationskolonne K1 vorhanden sein, über welche
Fraktionen, die zumindest eine organische Säure aufweisen, aus der Kolonne
ausgeschleust werden können.
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Beispiel 1:
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Ein
Gemisch, welches unter anderem 73 Teile Phenol, 20 Teile Cumol,
3 Teile AMS, 1 Teile Acetophenon, 0,2 Teile Hydroxyaceton und 2
Teile Wasser aufwies, wurde seitlich, in Höhe des 40-ten theoretischen
Bodens in eine wie in 1 beschriebene Destillationskolonne,
die 80 theoretische Böden
aufwies, eingespeist.
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Die
Temperatur in der Kolonne wurde so eingestellt, dass die Kopftemperatur
95 °C und
die Sumpftemperatur 182 °C
betrug. Der Druck in der Destillationskolonne entsprach Atmosphärendruck. Die
am Kopf der Destillationskolonne abgenommene Fraktion wies einen
Gehalt an Wasser von 8 Gew.-%, an Cumol von 79 Gew.-%, an Hydroxyaceton
von 0,8 Gew.-% und an AMS von 12 Gew.-% auf. Diese Fraktion wurde
in einen Dekanter überführt. In
diesem Dekanter wurde eine wässrige
Phase von der Fraktion abgetrennt, die den überwiegenden Teil des in der Fraktion
enthaltenen Hydroxyacetons aufwies. Ein Teil der wässrigen
Phase wurde verworfen. Der Rest der wässrigen Phase wurde in die
Destillationskolonne zurückgefahren.
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Die
im Scheidebehälter
von der wässrigen Phase
abgetrennte organische Phase wies einen Gehalt an Hydroxyaceton
von kleiner 400 ppm auf. Diese organische Phase wurde teilweise
in die Destillationskolonne zurückgefahren.
Der restliche Teil der organischen Phase wurde zur weiteren Aufarbeitung
in eine Cumolkolonne gefahren.
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Die
aus dem Sumpf der ersten Destillationskolonne abgenommene Fraktion,
wies unter anderem 98,5 Gew.-% Phenol und 1,4 Gew.-% Acetophenon
aber nur 13 ppm Hydroxyaceton auf. Diese Fraktion wurde zur weiteren
Aufarbeitung in eine Rohphenolkolonne eingespeist.