DE60132354T2

DE60132354T2 - Verfahren und vorrichtung zur destillativen aufreinigung von spaltproduktmischungen, die bei der spaltung von alkylarylhydroperoxiden anfallen

Info

Publication number: DE60132354T2
Application number: DE60132354T
Authority: DE
Inventors: Hermann-Josef Korte; Christoph Schwarz; Uwe Tanger; Jochen Ullrich; Markus Weber
Original assignee: Ineos Phenol GmbH
Current assignee: Ineos Phenol GmbH
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: CN1232491C; EP1339660B1; JP4319406B2; ES2298297T3; PL363676A1; US6657087B2; SK6612003A3; BRPI0115935B1; ATE383326T1; MXPA03004807A; JP2004515483A; RU2003120454A; US20020068840A1; EP1339660A1; CN1479709A; CZ20031478A3; DE60132354D1; KR20030060979A; RU2276130C2; WO2002046132A1

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von Spaltproduktgemischen, welche bei der Spaltung von Alkylarylhydroperoxiden anfallen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von Spaltprodukt, welches bei der Spaltung von Cumolhydroperoxid anfällt.
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.
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, wässrige Phenolatlauge und/oder Ionenaustauscherharz verwendet wird. Nach einer Phasentrennung wird der organische Teil des neutralisierten Spaltproduktes in eine erste Kolonne überführt, in welcher Rohaceton, welches Wasser, Hydroxyaceton, Cumol und/oder AMS aufweisen kann, 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 restliches 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.
Das erhaltene Rohphenol kann durch eine Extraktivdestillation mit Wasser und/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.
Auch in DE-AS 1 105 878 (Phenolchemie) wird das neutralisierte und in einer Rohacetonkolonne vom Rohaceton abgetrennte Spaltprodukt in eine Kohlenwasserstoffkolonne überführt, in welcher in Gegenwart von Wasser niedriger als Phenol siedende Kohlenwasserstoffe wie AMS und Cumol über Kopf abdestilliert werden. Aus dem Sumpf der Kolonne wird die organische Phase abgezogen und auf den Kopf einer nachgeschalteten Kolonne gegeben, in welcher Wasser von Phenol und Hochsiedern, welche im Sumpf der Kolonne anfallen, abgetrennt wird. Das Gemisch aus Phenol und Hochsiedern wird anschliessend in eine Rohphenolkolonne überführt. Die in der Rohphenolkolonne und in der Reindestillation des Phenols anfallenden Rückstände können dann einer Crackblase zugeführt werden, in welcher die Rückstände aufgearbeitet werden und ein Teil Phenol zurückgewonnen wird. Diese zurückgewonnenen Wertprodukte können wieder in die Kohlenwasserstoffkolonne überführt werden.
In EP 0 032 255 (UOP) wird ein Verfahren zur Aufarbeitung von Spaltprodukt beschrieben, bei welchem der organische Teil eines nahezu neutralisierten (pH ≈ 6) Spaltproduktes nochmals mit Wasser gewaschen wird und dann der organische Teil in eine Rohacetonkolonne überführt wird, in welcher das Rohaceton von dem restlichen Spaltprodukt abgetrennt wird. Der im Sumpf verbleibende Rest wird direkt in eine Cumolkolonne überführt, in welcher das Rohphenol als Sumpfprodukt anfällt, welches wiederum einer Reindestillation zugeführt wird. Das über Kopf der Cumolkolonne abgezogene Gemisch, welches hauptsächlich AMS, Cumol und Wasser aufweist, wird in einen Phasentrennbehälter überführt, in welchem eine wässrige Phase abgetrennt wird. Die erhaltene organische Phase wird in eine Wäscherkolonne überführt, in welcher das organische Gemisch mit Natronlauge behandelt wird, um noch vorhandenes Phenol aus dem Gemisch von AMS und Cumol als Natriumphenolat zu entfernen. Das von Phenol gereinigte Gemisch aus AMS und Cumol wird über den Kopf der Kolonne einer Hydrierung zugeführt.
Auch in US 4.262.150 (UOP) wird dieselbe Kolonnenschaltung wie in EP 0 032 255 (UOP) beschrieben eingesetzt. Der Unterschied zu EP 0 032 255 besteht darin, dass zur Neutralisation des Spaltproduktes eine Extraktionskolonne an Stelle von einer oder mehreren Kombinationen von Mischern und Phasentrennapparaturen eingesetzt wird.
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.
In US 5.510.543 (GE) wird ein Verfahren zur Aufarbeitung des Spaltproduktes aus der CHP-Spaltung beschrieben, bei welchem das Spaltprodukt in einem Neutralisator durch Zugabe einer Base, insbesondere Natronlauge, auf einen pH-Wert von 4,0 bis 4,9 eingestellt wird. Im Neutralisator wird das Spaltprodukt in eine wässrige und eine organische Phase getrennt. Die organische Phase wird in eine als Splitter bezeichnete Kolonne überführt, in welcher das Spaltprodukt in eine Aceton-reiche Fraktion und eine Phenol-reiche Fraktion destillativ aufgetrennt wird. Die Phenol-reiche Fraktion wird am Sumpf der Kolonne abgenommen und einer Phenolreinigung zugeführt, die z. B. aus einer oder mehreren weiteren Destillationen bestehen kann. Die Aceton-reiche Fraktion wird am Kopf der Kolonne abgenommen und einer Acetonkolonne zugeführt, wobei dieser Fraktion vor Eintritt in die Kolonne soviel Base zugesetzt wird, dass die Fraktion einen pH von ca. 9 aufweist, so dass die organischen Säuren, die in dieser Fraktion ebenfalls vorliegen, neutralisiert werden. Das im Sumpf der Kolonne anfallende Gemisch, welches neben Wasser auch Kohlenwasserstoffe sowie die Salze organischer Säuren aufweist, wird in eine Phasentrennapparatur überführt, in welcher dieses Gemisch in eine organische und eine wässrige Phase getrennt wird. Die organische Phase kann zur Rückgewinnung von Cumol nochmals behandelt werden.
Es sind außerdem Verfahren entwickelt worden, in welchen einzelne Fraktionen, die bei der destillativen Aufarbeitung von Spaltprodukt anfallen, speziell behandelt werden. So beschreibt US 5.487.816 (UOP) ein Verfahren zur Abtrennung von AMS aus einem Gemisch, das Phenol, AMS und Wasser aufweist und welches als Sumpfprodukt einer Rohacetonkolonne anfällt. Die Rohacetonkolonne wird in diesem Fall so betrieben, dass Cumol aus dem Spaltprodukt am Kopf der Rohacetonkolonne zusammen mit dem Aceton abgenommen wird. Das AMS und Phenol aufweisende Gemisch wir in einer Kolonne so getrennt, dass im Sumpf der Kolonne überwiegend Phenol anfällt, welches einer weiteren Aufarbeitung zugeführt werden kann und am Kopf der Kolonne ein Gemisch aus AMS, Wasser und geringeren Mengen Phenol abgenommen wird, welches kondensiert wird und durch Zugabe eines basischen Reagens auf einen pH-Wert größer 6 eingestellt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Phenol hauptsächlich in der wässrigen Phase vorliegt, während das AMS in einer organischen Phase vorliegt, in welcher nur geringe Mengen an Phenol als Verunreinigung vorliegt. Durch eine Phasentrennapparatur werden die Phasen voneinander getrennt. Die organische Phase kann einer Hydrierung zugeführt werden, während die wässrige Phase als Rücklauf in die Kolonne zurückgespeist werden kann.
In US 4.370.205 (UOP) enthält der aus dem Sumpf der Rohacetonkolonne abgenommene Strom im Gegensatz zu dem in US 5.487.816 (UOP) beschriebenen Verfahren auch noch Cumol. Vor diesem Hintergrund wird eine andere Kolonnen-Verschaltung vorgeschlagen. Insbesondere werden zwei bei nahezu den gleichen Bedingungen betriebene Kolonnen verwendet, bei denen als Sumpfprodukt überwiegend Phenol anfällt, während über Kopf überwiegend AMS und Cumol abgenommen werden. Das als Sumpfprodukt in der ersten Kolonne abgenommene Rohphenol wird weiteren Aufarbeitungsschritten zugeführt, das als Sumpfprodukt in der zweiten Kolonne abgenommene Rohphenol wird in die erste Kolonne zurückgespeist. Das Kopfprodukt der zweiten Kolonne wird in einer Wäscherkolonne mit Natronlauge behandelt. Das Kopfprodukt dieser Kolonne, welches AMS und Cumol aufweist, kann der Hydrierung zugeführt werden.
In US 4.251.325 (BP Chemicals) ist die Aufarbeitung einer Fraktion, die von Leichtsiedern und Aceton 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 verbleibenden Rohphenol abgetrennt wird und somit nicht bei der Phenolaufarbeitung aufwendig abgetrennt werden muss.
In US 4.333.801 (UOP) wird die Aufarbeitung einer Fraktion beschrieben, die AMS, Cumol, Phenol, Wasser und Verunreinigungen wie z. B. Hydroxyaceton aufweist. Hauptanliegen dieses Verfahrens ist die Abtrennung einer AMS/Cumol-Fraktion, die eine möglichst geringe Konzentration an Phenol aufweist, von der Gesamtfraktion. Dies wird dadurch erreicht, dass die Cumolkolonne in der Art betrieben wird, dass über den Kopf der Kolonne ein Gemisch von Cumol und AMS abgenommen wird, welches kondensiert wird und in einen Phasentrennbehälter gefahren wird. Möglicherweise vorhandenes Wasser wird abgetrennt und verworfen. Ein Teil der organischen Phase wird als Rücklauf in den Kopf der Kolonne zurückgespeist. Ein anderer Teil der organischen Phase wird einem Wäscher zugeführt, in welchem Phenolreste, welche die Hydrierung stören würden, aus der Phase entfernt werden so dass diese Phase der Hydrierung zugeführt werden kann. Aus einem Seitenabzug der Cumolkolonne wird eine AMS und Cumol sowie ein azeotropes Gemisch von Wasser und Phenol aufweisende Fraktion entnommen, die ebenfalls kondensiert und in einen Phasentrennbehälter überführt wird. Die wässrige Phase, die Phenol enthalten kann, wird einer Aufarbeitung zugeführt. Die organische Phase, die Cumol, AMS und soviel Phenol aufweist, wie gemäß Phasengleichgewicht zwischen organischer und wässriger Phase in der organischen Phase verblieben ist, wird verdampft und dampfförmig oberhalb des Seitenabzugs in die Cumolkolonne zurückgespeist. Aus dem Sumpf der Kolonne wird eine Rohphenolfraktion entnommen.
Ein weiteres Verfahren wird 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, HA) oder MO, zu höher siedenden Verbindungen umzusetzen. Das so behandelte Produkt wird weiter destillativ aufgearbeitet. Bis zum gereinigten Endprodukt Phenol, werden noch weitere vier Kolonnen und zwei Reaktionszonen durchlaufen.
In US 5.131.984 (Allied) wird die destillative Aufarbeitung von Rohphenol, welches vom überwiegenden Teil des Acetons, Cumols und AMS getrennt worden ist, beschreiben. Dieses Rohphenol wird in einer Vakuumdestillationskolonne so behandelt, dass am Kopf der Kolonne ein dampfförmiges Gemisch abgenommen wird, welches Phenol und Leichtsieder aufweist. Dieses Gemisch wird in einen Kondensator gefahren, in welchem der überwiegende Teil des dampfförmigen Gemisches kondensiert wird. Der kondensierte Teil des Gemisches wird in die Kolonne zurückgefahren, wobei die Reinheit des als Produkt abgenommenen Phenols davon abhängig war, ob das Kondensat am Kopf oder unterhalb des Kopfes in die Kolonne zurückgespeist wurde. Der dampfförmige Teil, der unter anderem Leichtsieder und Säuren aufweist, wird einer weiteren Behandlung z. B. einer weiteren Destillationskolonne zugeführt. Aus der Vakuumdestillationskolonne wird aus einem Seitenabzug, zumindest einen theoretischen Boden unterhalb des Kopfes der Kolonne angeordnet ist, eine Phenol aufweisende Fraktion entnommen, die weiter aufgearbeitet werden kann.
Ein ähnliches Verfahren wird in US 5.122.234 (Allied) beschrieben mit dem Unterschied, dass zusätzlich Wasser in die Kolonne gefahren wird und am Kopf der Kolonne ein Gemisch, welches überwiegend Wasser und Phenol aufweist, abgenommen wird, welches teilweise kondensiert und in die Kolonne zurückgefahren wird.
Alle bekannten Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von Spaltprodukt sind relativ aufwendig, da üblicherweise schon alleine zwei Destillationskolonnen zur Abtrennung der Hauptbestandteile des Spaltproduktes in drei Hauptfraktionen, Rohaceton, AMS/Cumol und Rohphenol notwendig sind. Auch die weitere Aufarbeitung der Hauptfraktionen zur Abtrennung von unerwünschten Nebenprodukten, wie z. B. Wasser, erfordert einen hohen apparativen Aufwand. Alle zur Zeit eingesetzten Verfahren haben einen relativ hohen Energieverbrauch, insbesondere einen hohen Verbrauch an Dampf. Da die Produktion an Phenol mehrere Millionen Tonnen pro Jahr umfasst, können schon kleine Einsparungen an Energie- oder Investitionskosten über die Wettbewerbsfähigkeit eines Verfahrens entscheiden.
EPA 0 028 910 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer phenolischen Verbindung, welches die Behandlung eines Alalkylhydroperoxids mit einer Mineralsäure, um es zu einer phenolischen Verbindung und einem Keton zu spalten, Neutralisieren der Metallsäure, um ein Salz davon zu bilden, Zuführen der resultierenden Säurespaltungsmischung, die das Salz enthält, zu einer Destillationskolonne, Destillieren dieser Mischung darin, um es in eine Kopffraktion, die hauptsächlich aus dem Keton besteht, und in eine Sumpffraktion, die hauptsächlich aus der phenolischen Verbindung besteht, zu separieren und Rückgewinnen der phenolischen Verbindung aus der Sumpffraktion umfasst, charakterisiert durch Entnehmen einer flüssigen Schicht von dem Niveau, bei dem die Säurespaltungsmischung der Destillationskolonne zugeführt wird oder von einem Niveau unterhalb dieses Niveaus, aber oberhalb der Destillationskolonne, Zuführen der flüssigen Schicht zu einer Öl-Wasser-Trennvorrichtung, um sie in eine Ölschicht und eine wässrige Schicht, die das Salz enthält, zu trennen, Rückführen der abgetrennten Ölschicht zu einem Niveau unterhalb dieses Entnahmeniveaus, wahlweise Zuführen eines Kohlenwasserstoffs mit einem niedrigeren Siedepunkt als die phenolische Verbindung, aber mit einem höheren Siedepunkt als der des Ketons, und/oder Wasser zu der Destillationskolonne, Entfernen einer flüssigen Schicht von dem Niveau, bei dem die Säurespaltungsmischung der Destillationskolonne zugeführt wird oder von einem Niveau unterhalb dieses Niveaus, aber oberhalb des Sumpfes der Destillationskolonne, Zuführen der flüssigen Schicht zu einer Öl-Wasser-Trennvorrichtung, um sie in eine Ölschicht und eine wässrige Schicht, die die Salze von dem Neutralisationsschritt enthält, aufzutrennen, Rückführen der abgetrennten Ölschicht zu einem Niveau unterhalb des Entnahmeniveaus. Durch Verwendung dieses Verfahrens kann der Salzgehalt der Sumpffraktion, die die phenolische Verbindung enthält, verringert werden.
Diese Druckschrift offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Phenol und Aceton, das den Schritt der Oxidation von Cumol zu Cumolhydroperoxid, die Spaltung von Cumolhydroperoxid und die destillative Aufarbeitung der Spaltproduktmischung, die bei der Spaltung des Cumolhydroperoxid erzeugt wird, unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens umfasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb ein Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von Spaltprodukt aus der Spaltung von Cumolhydroperoxid bereitzustellen, bei welchem mit geringerem Energieaufwand und geringerem apparativen Aufwand die Hauptprodukte Aceton, Cumol/AMS und Phenol voneinander und von unerwünschten Nebenprodukten getrennt werden können.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch destillative Trennung des Spaltproduktes in drei Hauptfraktionen in einem einzigen Destillationsschritt die Hauptprodukte mit geringerem Energieaufwand und geringerem apparativen Aufwand effektiv voneinander getrennt werden können als bei herkömmlichen Verfahren und auch die Abtrennung unerwünschter Nebenprodukte vereinfacht wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur destillativen Aufarbeitung von Spaltprodukt, welches bei der Spaltung von Alkylarylhydroperoxiden anfällt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Spaltprodukt in einem einzigen Destillationsschritt in zumindest drei Fraktionen aufgetrennt wird.
Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 21 zur Herstellung von Phenol und Aceton, welches die Schritte

– Oxidation von Cumol zu Cumolhydroperoxid
– Spaltung von Cumolhydroxperoxid
– destillative Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches, welches bei der Spaltung von Cumolhydroperoxid anfällt, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Spaltproduktgemisch in einem einzigen Destillationsschritt in zumindest drei Fraktionen aufgetrennt wird, gemäß dem oben angegebenen Verfahren.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die bei der Destillation gewählten Trennschnitte 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 und der Dampfverbrauch bei der Auftrennung in die genannten Trennschritte geringer ist.
Gegenüber herkömmlichen Verfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentlich günstigere Energiebilanz und im Vergleich zu Verfahren, bei denen Hydroxyaceton durch Reaktion mit Phenol aus dem Prozess entfernt wird, auch eine höhere Gesamtausbeute an Phenol, bezogen auf den Phenolgehalt im Spaltproduktgemisch, auf. Die herkömmliche Verfahrensweise erfordert einen relativ hohen Energieeinsatz. Außerdem wird bei herkömmlichen Verfahren 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 durch die Trennung des Spaltproduktgemisches in drei Fraktionen in einem einzigen Destillationsschritt 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.
Je nach Ausführung der einzelnen Prozessschritte, also Oxidation, Spaltung mit eventueller Nachtemperung und Hydrierung kann der Dampfverbrauch über den gesamten Prozess pro kg Phenol durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren, für die ein Verbrauch von 3,2 kg Dampf/kg Phenol (aus: Phenol/Acetone/Cumene, 96/97-2, der Chem Systems, 303 South Broadway, Tarrytown, New York 10591) angegeben wird, deutlich verringert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Energieaufwand für die Herstellung von Phenol, welches jeweils zur Herstellung von Bisphenol-A geeignet ist, einen deutlich verringert werden. Ebenso kann, je nach Ausführung der einzelnen, oben genannten Prozessschritte, die Ausbeute an Phenol in Bezug auf das eingesetzte Cumol gegenüber Verfahren, bei denen HA mit Phenol zu Hochsiedern umgesetzt wird, deutlich gesteigert werden.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur destillativen Aufarbeitung von Stoffgemischen eingesetzt werden, die bei der Spaltung von Alkylarylhydroperoxide, insbesondere bei der Spaltung von Cumolhydroperoxid in Aceton und Phenol, als Spaltproduktgemische anfallen. Die Spaltproduktgemische können durch homogene oder heterogene Katalyse erhalten werden. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren auf Spaltproduktgemische angewendet, die durch eine homogene, säurekatalysierte Spaltung erhalten werden. Als saurer homogener Katalysator wird üblicherweise Schwefelsäure eingesetzt. Die Alkylarylhydroperoxide können auf unterschiedliche dem Chemiker bekannte Art und Weise hergestellt worden sein. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren aber auf Spaltproduktgemische, die aus der Spaltung von Alkylarylhydroperoxiden, insbesondere aus der Spaltung Cumolhydroperoxid (CHP), stammen, welche entsprechend dem Prinzip der Hock'schen Phenolsynthese [H. Hock, S. Lang, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 77B, 257 (1944)] erhalten wurden, angewendet. Es versteht sich von selbst, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Spaltproduktgemische angewendet werden kann, die nach Verfahren erhalten werden, die Weiterentwicklungen des Hock-Verfahrens darstellen, insbesondere Weiterentwicklungen der Prozessschritte Oxidation und Spaltung.
Wird zur Spaltung von Alkylarylhydroperoxiden, insbesondere von CHP, Säure als Katalysator eingesetzt wird das Spaltproduktgemisch üblicherweise vor der destillativen Aufarbeitung auf einen pH-Wert von 3 bis 10, vorzugsweise von 4 bis 7 eingestellt. Dies geschieht auf dem Fachmann bekannte Weise durch Zugabe einer Base zum Spaltproduktgemisch. Die Base kann, je nach betrieblichen Gegebenheiten ein Nebenprodukt aus dem Gesamtprozess, wie z. B. eine Phenolatlauge, eine alkalische Waschlösung, wie sie z. B. bei der Acetonwäsche anfällt, eine anorganische Base, wie z. B. Natronlauge, NaOH, Ammoniak oder Ammoniumhydroxid oder eine organische Base wie z. B. ein Amin oder Diamin, wie z. B. Hexamethylendiamin.
Das Einstellen des pH-Wertes vor der destillativen Aufarbeitung kann auch durch Verwendung von Ionenaustauscherharzen vorgenommen werden. Solche Harze und die Verwendung solcher Harze sind dem Fachmann bekannt.
Aufgrund der Spaltreaktion, aber auch durch Zugabe von Katalysator oder Neutralisationsmittel, weisen Spaltproduktgemische üblicherweise einen Anteil an Wasser auf. Dieser kann auf dem Fachmann bekannte Art und Weise vor der Zuführung des Spaltproduktgemisches zu dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Zugabe von weiterem Wasser oder Abtrennung einer wässrigen Phase vom Spaltproduktgemisch abgetrennt werden. Vorzugsweise wird die wässrige Phase von dem Spaltproduktgemisch in zumindest einer Phasentrennapparatur, wie z. B. einem Scheidebehälter oder einem Koaleszer abgetrennt. Ganz besonders bevorzugt weist ein Spaltproduktgemisch, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens destillativ aufgearbeitet werden soll, einen Wasser Gehalt von 1 bis 14 Gew.-%, vorzugsweise von 6 bis 10 Gew.-% auf.
Aus der Neutralisation oder durch Verwendung von salzhaltigen Prozessströmen kann das Spaltproduktgemisch Salze, insbesondere Natrium- oder org. Ammoniumsalze aufweisen. Üblicherweise werden diese bei der Abtrennung der wässrigen Phase mit dieser von dem organischen Teil der Spaltproduktphase abgetrennt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft (wegen der Verringerung von Salzablagerungen an Wärmetauschern; Fouling), wenn das Spaltproduktgemisch vor der erfindungsgemäßen destillativen Aufarbeitung auf eine dem Fachmann bekannte Weise so behandelt wird, dass der Natriumionengehalt kleiner 200 ppm, vorzugsweise kleiner 50 ppm beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden beispielhaft an Hand der destillativen Aufarbeitung eines Spaltproduktgemisches, welches bei der säurekatalysierten homogenen Spaltung von CHP anfällt, ohne dass das Verfahren auf diese Ausführungsart beschränkt sein soll.
Dieses Spaltproduktgemisch kann, je nach Durchführung der Prozessschritte Oxidation, Spaltung mit eventueller Nachtemperung, Neutralisation und/oder Phasentrennung in wässrige und organische Phase, neben Wasser und den Hauptprodukten Phenol und Aceton sowie dem bei der Oxidation nicht umgesetzten Einsatzstoff Cumol auch diverse Nebenprodukte, wie z. B. α-Methylstyrol (AMS), Acetophenon, Hydroxyaceton (HA), Phenylbutene, 3-Methylcyclopentan, Dimethylphenylcarbinol (DMPC), Methylbenzofuran (MBF), Mesityloxid (MO) und weitere Carbonylverbindungen wie z. B. Hexanon, Heptanon und 2-Phenyl-propionaldehyd, aufweisen. Vorzugsweise weist das Spaltproduktgemisch zumindest von 20 bis 70 Gew.-% Phenol, von 15 bis 45 Gew.-% Aceton, von 5 bis 30 Gew.-% Cumol, von 1 bis 5 Gew.-% AMS und von 200 ppm bis 5 Gew.-% HA auf.
Erfindungsgemäß wird das Spaltproduktgemisch in einem einzigen Destillationsschritt in zumindest drei Fraktionen aufgetrennt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Spaltproduktgemisch in eine Destillationsapparatur, vorzugsweise eine Destillationskolonne überführt wird, die so dimensioniert ist, dass eine Auftrennung des Spaltproduktgemisches in drei Fraktionen möglich ist.
Ganz besonders bevorzugt wird das Spaltproduktgemisch so in drei Fraktionen aufgetrennt, dass zumindest eine Fraktion zumindest 75%, vorzugsweise zumindest 95% eines vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Ketons aufweist. Bei der Verwendung eines Spaltproduktgemisches aus der CHP-Spaltung ist dieses Keton Aceton. Vorzugsweise wird zumindest eine zweite Fraktion erhalten, die zumindest 75%, vorzugsweise zumindest 95% eines vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen substituierten und/oder unsubstituierten Phenols aufweist.
Eine dritte bei der erfindungsgemäßen destillativen Aufarbeitung eines Spaltproduktgemisches erhaltene Fraktion weist vorzugsweise zumindest 75%, besonders bevorzugt zumindest 95% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen eingesetzten mono-, di- und/oder trialkylsubstituerten Benzols auf. Im Falle der destillativen Aufarbeitung eines Spaltproduktgemisches aus der Spaltung von CHP weist diese dritte Fraktion vorzugsweise zumindest 75%, besonders bevorzugt zumindest 95% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Cumols und zumindest 75%, besonders bevorzugt zumindest 95% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen α-Methylstyrols aufweist.
Die erste Fraktion, die das Keton bzw. Aceton aufweist, wird vorzugsweise am Kopf der Destillationskolonne abgetrennt. Die zweite Fraktion, die das substituierte oder unsubstituierte Phenol aufweist, wird vorzugsweise am Sumpf der Kolonne abgenommen. Die dritte Fraktion, welche das in der Oxidation eingesetzte und nicht umgesetzte mono-, di- und/oder trialkylsubstituerte Benzol, im Falle der Herstellung von Phenol das Cumol aufweist, wird aus einem Seitenabzug der Destillationskolonne abgenommen. Vorzugsweise befindet sich der Seitenabzug oberhalb der Einspeisung des Spaltproduktgemisches in die Kolonne, welche ebenfalls seitlich erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur destillativen Aufarbeitung wird vorzugsweise so durchgeführt, dass die Sumpftemperatur in der Destillationskolonne von 140°C bis 200°C, besonders bevorzugt von 170 bis 190°C beträgt. Die Temperatur im Kopf der Kolonne beträgt vorzugsweise von 30 bis 90°C, besonders bevorzugt von 38 bis 58°C. Die Temperatur im Inneren der Kolonne im Bereich des Seitenabzuges beträgt vorzugsweise von 60 bis 120°C, besonders bevorzugt von 65 bis 90°C.
Es kann vorteilhaft sein, einen Teil der am Kopf, aus dem Sumpf und/oder aus dem Seitenabzug aus der Kolonnen abgenommenen drei Fraktionen als Rücklauf in die Destillationskolonne zurückzuspeisen.
Die Rückführung aus dem Sumpf in die Kolonne wird vorzugsweise über einen Wärmetauscher beheizt, wobei als Heizmittel Dampf oder ein eine ausreichende Wärmeenergie aufweisender Prozessstrom verwendet werden kann. Das Rückführungsverhältnis, definiert als Menge an dampfförmig rückgeführtem Sumpfprodukt geteilt durch die Menge abgeführten Sumpfprodukt, beträgt vorzugsweise von 0 bis 10.
Der Rücklauf des am Kopf dampfförmig abgenommenen Kopfproduktes wird vorzugsweise mit einem Wärmetauscher kondensiert und als Flüssigkeit in die Destillationskolonne zurückgeführt. Das Rücklaufverhältnis, definiert als Menge flüssig rückgeführtem Kopfprodukt geteilt durch die Menge an abgeführtem Kopfprodukt beträgt vorzugsweise von 0,2 bis 20, besonders bevorzugt von 2 bis 4.
Bei der aus dem Seitenabzug entnommenen Fraktion, die Wasser enthalten kann und in einer Phasentrennapparatur in zwei Phasen aufgetrennt werden kann, kann es vorteilhaft sein, als Rücklauf den organischen Teil dieser Fraktion, den wässrigen Teil dieser Fraktion oder eine Mischung aus organischem und wässrigem Teil als Rücklauf in die Kolonne zurückzuführen. Ganz besonders bevorzugt wird der wässrige Teil und der organische Teil dieser Fraktion getrennt in die Destillationskolonne zurückgeführt. Das Rücklaufverhältnis in Bezug auf die Menge an rückgeführtem Wasser und die Menge an entnommenem Wasser beträgt vorzugsweise von 0,2 bis 3, ganz besonders bevorzugt von 0,4 bis 2. Das Wasser, welches in die Kolonne zurückgeführt wird, kann flüssig oder dampfförmig, vorzugsweise flüssig in die Kolonne gespeist werden. Das Rücklaufverhältnis in Bezug auf die Menge an rückgeführter und die Menge an entnommener 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 dieser dritten Fraktion wird, ebenso wie die am Kopf und am Sumpf der Destillationskolonne abgenommene Fraktion einer weiteren Aufarbeitung zugeführt. Der Rest des aus der Phasentrennapparatur erhaltenen wässrigen Teils der dritten Fraktion wird einer Aufarbeitung oder Entsorgung zugeführt.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, einen Teil des zur Aufarbeitung oder Entsorgung vorgesehenen Wassers, unter Verwendung eines Wärmetauschers, dampfförmig in die Kolonne zurückzuspeisen. Die Einspeisung erfolgt vorzugsweise unterhalb der Stelle, an welcher das Spaltprodukt in die Destillationskolonne eingespeist wird.
Die weitere Aufarbeitung der im ersten Destillationsschritt erhaltenen drei Fraktionen erfolgt vorzugsweise als destillative Aufarbeitung und kann wie im Stand der Technik bereits beschrieben erfolgen. Die Aufarbeitung kann insbesondere angepasst an die Zusammensetzung der Fraktionen erfolgen. Je nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren können störende Verunreinigungen, insbesondere Hydroxyketone, in der zweiten und/oder dritten Fraktion vorliegen. Liegen die Hydroxyketone, wie z. B. Hydroxyaceton in der zweiten Fraktion vor, so kann dieses z. B. von Phenol durch die verschiedenen im Stand der Technik beschriebenen Verfahren abgetrennt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses so betrieben, dass die erfindungsgemäße dritte Fraktion zumindest 20%, vorzugsweise zumindest 50% und ganz besonders bevorzugt zumindest 90% der vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Hydroxyketone aufweist. Im Falle der destillativen Aufarbeitung eines Spaltproduktgemisches aus der Spaltung von CHP weist diese dritte Fraktion vorzugsweise zumindest 90% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Hydroxyacetons aufweist.
Der Vorteil dieser Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich das Hydroxyaceton, welches in der dritten Fraktion vorhanden ist, im Wasser dieser Fraktion anreichert. Das Hydroxyaceton geht in der Phasentrennapparatur überwiegend in die wässrige Phase über und kann somit mit dem wässrigen Teil der dritten Fraktion auf einfache Weise aus dem Prozess ausgeschleust werden. Vorzugsweise weist die wässrige Phase zumindest 75%, besonders bevorzugt 95% und ganz besonders bevorzugt 98% des in der dritten, Cumol und/oder AMS aufweisenden Fraktion vorhandenen Hydroxyacetons auf.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das Spaltproduktgemisch nicht wie oben beschrieben in drei Hauptfraktionen sondern in zumindest vier Hauptfraktionen aufgetrennt wird. Eine solche vierte Fraktion, kann aus einem weiteren Seitenabzug, welcher oberhalb des Seitenabzugs, über den die dritte, Cumol aufweisende Fraktion abgenommen wird, und unterhalb des Kopfes der Kolonne angeordnet ist, und/oder aus einem weiteren Seitenabzug, welcher unterhalb der Einspeisung des Spaltproduktgemisches und oberhalb des Sumpfes der Kolonne angeordnet ist, abgenommen werden und weist zumindest eine organische Säure auf. Als organische Säure kann diese vierte Fraktion z. B. Essigsäure, Oxalsäure, Ameisensäure oder Buttersäure oder ein Gemisch aus zumindest einer dieser Säuren aufweisen. Vorzugsweise können solche zumindest eine Säure aufweisende Fraktionen einer der destillativen Aufarbeitung vorgeschalteten Neutralisation zugeführt werden. Es kann vorteilhaft sein, mehrere solcher Seitenabzüge vorzusehen, um aus diesen Fraktionen aus der Kolonne ausschleusen zu können, die Säuren mit unterschiedlichen Siedepunkten aufweisen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Fraktion, die im Falle der CHP-Spaltung zumindest 75% des im Spaltproduktgemisch vor der destillativen Aufarbeitung vorhandenen Acetons aufweist, vorzugsweise seitlich, vorzugsweise dampfförmig in eine Acetonkolonne überführt. In dieser Kolonne wird das Aceton soweit von Verunreinigungen getrennt, dass es den Anforderungen an Reinaceton (bestehen des Permanganattests gemäß ASTM D 1363-94) genügt. Als Verunreinigungen, die vor Eintritt in die Acetonkolonne im Rohaceton vorhanden sind, sind insbesondere Acetaldehyd als Verbindung mit einem niedrigeren Siedepunkt als Aceton und Verbindungen, die einen höheren Siedepunkt als Aceton aufweisen, zu betrachten.
Zur Abtrennung der Verunreinigungen ist die Acetonkolonne so auszulegen, dass das Reinaceton bevorzugt aus einem Seitenabzug abgenommen werden kann, während eine Fraktion, in welcher sich Acetaldehyd angereichert, am Kopf der Kolonne abnehmen lässt. Diese Fraktion kann teilweise direkt in die Acetonkolonne zurückgefahren werden, wobei ein Wärmetauscher vorgesehen werden kann, mit welchem die mit Acetaldehyd angereicherte Fraktion ganz oder teilweise kondensiert werden kann. Das Rücklaufverhältnis, definiert als Menge an Rücklauf im Kopf geteilt durch die Menge im Seitenstrom, beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 1000. Besonders bevorzugt wird die mit Acetaldehyd angereicherte Fraktion ganz oder teilweise in eine Reaktionsapparatur überführt, wobei ebenfalls ein Wärmetauscher vorgesehen sein kann, mit welchem die mit Acetaldehyd angereicherte Fraktion ganz oder teilweise kondensiert werden kann, in der die Fraktion mit einem Reaktionspartner, der alkalische Eigenschaften aufweist, vorzugsweise mit Natronlauge und ganz besonders bevorzugt mit einer 5 bis 20%-igen Natronlauge in Kontakt gebracht wird. Die Temperatur in dieser Reaktionsapparatur beträgt vorzugsweise von 20 bis 60°C. Der Druck in dieser Reaktionsapparatur beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 2 bar. In dieser Reaktionsapparatur reagiert das Acetaldehyd durch basische Katalyse in einer Aldolkondensationsreaktion z. B. mit sich selbst ab zu 3-Hydroxybutyraldehyd (Acetaldol) oder mit Aceton ab zu Hydroxypentanon. Insbesondere das Acetaldol und das Hydroxypentanon haben einen höheren Siedepunkt als Aceton. Das Reaktionsgemisch aus dieser Reaktionsapparatur wird seitlich in die Acetonkolonne zurückgefahren. Ein weiterer Teil des Kopfproduktes der Acetonkolonne kann auch direkt aus dem Prozess ausgeschleust werden und einer Aufarbeitung oder thermischen Nutzung zugeführt werden.
Am Sumpf der Acetonkolonne wird eine Mischung von Verbindungen, die einen höheren Siedepunkt als Aceton aufweisen abgenommen. Dieses Sumpfprodukt kann unter anderem geringe Mengen Cumol und/oder AMS, die mit der ersten Fraktion aus der ersten Destillationskolonne in die Acetonkolonne überführt wurden und Verbindungen aus der Reaktionsapparatur aufweisen, insbesondere Natronlauge bzw. Wasser und die durch Aldolkondensationsreaktionen entstandenen Folgeprodukte des Acetaldehyds, wie z. B. Acetaldol. Es kann vorteilhaft sein, einen Teil des Sumpfproduktes dampfförmig in die Kolonne zurückzufahren. Vorzugsweise beträgt das Rückführungsverhältnis von 0,2 bis 400. Der restliche Teil des Sumpfproduktes kann einer Aufarbeitung oder Verwertung zugeführt werden. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, zur Gewinnung von im Sumpfprodukt enthaltenen Resten an Cumol und/oder AMS das Sumpfprodukt oder Teile davon in eine Cumolkolonne einzuspeisen, in welcher Cumol und AMS angereichert werden.
Die Acetonkolonne wird vorzugsweise so betrieben, dass am Kopf der Kolonnen eine Temperatur von 30 bis 60°C eingestellt wird. Die Sumpftemperatur beträgt vorzugsweise von 40 bis 110°C, besonders bevorzugt von 50 bis 80°C. Die Temperatur in der Acetonkolonne am Seitenabzug, aus welchem das Reinaceton abgenommen wird, beträgt vorzugsweise von 30 bis 60°C. Die Acetonkolonne weist vorzugsweise von 10 bis 120 theoretische Trennstufen auf. Der Seitenabzug, aus welchem das Reinaceton entnommen wird, befindet sich vorzugsweise in einem Bereich der Kolonne, in welchem diese ein Trennpotential von 80 bis 99%, vorzugsweise von 90 bis 95% aufweist. Das Einspeisen des Rohacetons, also der ersten Fraktion aus der ersten Destillationskolonne erfolgt vorzugsweise in einen Bereich der Acetonkolonne, wo diese ein Trennpotential von 0 bis 30% aufweist. Die Einspeisung des Reaktionsgemisches aus der Reaktionsapparatur erfolgt vorzugsweise in einen Bereich der Acetonkolonne, wo diese ein Trennpotential von 0 bis 30% aufweist.
Der organische Teil der dritten Fraktion aus der Phasentrennapparatur wird in eine Cumolkolonne überführt. Diese wird vorzugsweise so dimensioniert, dass über Kopf Verbindungen, die einen niedrigeren Siedepunkt als Cumol und/oder AMS aufweisen, abgetrennt werden können, wie z. B. Wasser oder Acetaldol, am Sumpf der Kolonne Verbindungen abgenommen werden können, die einen Siedepunkt aufweisen, der über dem von AMS und Cumol liegt und aus einem Seitenabzug die Verbindungen Cumol und/oder AMS abgenommen werden können. Vorzugsweise wird sowohl ein Teil des am Kopf als auch des am Sumpf der Kolonne abgenommenen Produktes in die Kolonne zurückgespeist. Besonders bevorzugt wird die Cumolkolonne so dimensioniert und die Verfahrensparameter so eingestellt, dass ein aus dem Seitenabzug oder Sumpfbereich entnommenes Gemisch direkt der Hydrierung zugeführt werden kann.
Die Cumolkolonne wird vorzugsweise so betrieben, dass am Kopf der Kolonnen eine Temperatur von 40 bis 170°C eingestellt wird. Die Sumpftemperatur beträgt vorzugsweise von 110 bis 180°C. Die Temperatur in der Cumolkolonne am Seitenabzug, aus welchem das Cumol und/oder das AMS abgenommen wird, beträgt vorzugsweise von 110 bis 180°C. Die Cumolkolonne weist vorzugsweise von 10 bis 90 theoretische Trennstufen auf. Der Seitenabzug, aus welchem das Cumol und/oder AMS entnommen wird, befindet sich vorzugsweise in einem Bereich der Kolonne, in welchem diese ein Trennpotential von 0 bis 50% aufweist. Das Einspeisen der organischen Phase der dritten Fraktion aus der ersten Destillationskolonne erfolgt vorzugsweise in einen Bereich der Cumolkolonne, wo diese ein Trennpotential von 10 bis 80% aufweist.
Es kann auch vorteilhaft sein die Cumolkolonne so zu dimensionieren, dass über zumindest einen weiteren Seitenabzug, der oberhalb des Seitenabzugs, aus welchem Cumol und/oder AMS aus der Cumolkolonne entfernt werden, und unterhalb des Kopfes der Kolonne angeordnet ist, zumindest eine weitere Fraktion abgenommen werden kann, die zumindest Mesityloxid, Ketone und/oder Wasser aufweist. Durch das Vorsehen eines oder mehrerer solcher zusätzlicher Seitenabzüge kann erreicht werden, dass als Kopfprodukt in der Cumolkolonne ein Produkt erhalten wird, welches im wesentlichen Aceton, welches frei von Mesityloxid ist, aufweist, welches einer weiteren Aufarbeitung, z. B. in der Acetonkolonne, zugeführt werden kann.
Die am Sumpf der ersten Destillationskolonne abgenommene zweite Fraktion, die Rohphenolfraktion, welche einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 500 ppm, vorzugsweise kleiner 100 ppm und ganz besonders bevorzugt kleiner 10 ppm aufweist, wird vorzugsweise seitlich in eine Kolonne überführt, die im weiteren Verlauf als Rohphenolkolonne bezeichnet wird. Diese Kolonne wird vorzugsweise so dimensioniert, dass über Kopf Verbindungen, die einen niedrigeren Siedepunkt als Phenol aufweisen, abgetrennt werden können, wie z. B. Reste von Cumol, AMS oder Aceton, am Sumpf der Kolonne Verbindungen abgenommen werden können, die einen Siedepunkt aufweisen, der über dem von Phenol liegt und aus einem Seitenabzug Phenol abgenommen werden kann. Vorzugsweise wird sowohl ein Teil des am Kopf als auch des am Sumpf der Rohphenolkolonne abgenommenen Produktes in die Kolonne zurückgeführt. Besonders bevorzugt wird die Rohphenolkolonne so dimensioniert und die Verfahrensparameter so eingestellt, dass eine aus dem Seitenabzug entnommene Phenolfraktion einer weiteren Phenolreinigung zugeführt werden kann. Auch bei dem Seitenabzug kann es vorteilhaft sein, einen Teil der abgenommenen Fraktion als Rücklauf in die Rohphenolkolonne zurückzuspeisen.
Die Rohphenolkolonne wird vorzugsweise so betrieben, dass am Kopf der Kolonnen eine Temperatur von 120 bis 200°C, vorzugsweise 130 bis 180°C eingestellt wird. Die Sumpftemperatur beträgt vorzugsweise von 120 bis 220°C. Die Temperatur in der Rohphenolkolonne am Seitenabzug, aus welchem das Phenol abgenommen wird, beträgt vorzugsweise von 120 bis 190°C, besonders bevorzugt von 140 bis 190°C. Die Rohphenolkolonne weist vorzugsweise von 10 bis 70 theoretische Trennstufen auf. Der Seitenabzug, aus welchem das Phenol entnommen wird, befindet sich vorzugsweise in einem Bereich der Kolonne, in welchem diese ein Trennpotential von 30 bis 90% aufweist. Das Einspeisen der zweiten Fraktion aus der ersten Destillationskolonne, also des Rohphenols, erfolgt vorzugsweise in einen Bereich der Rohphenolkolonne, wo diese ein Trennpotential von 0 bis 80% aufweist.
Es kann vorteilhaft sein, das Kopfprodukt der Rohphenolkolonne in die erste Destillationskolonne zurückzufahren. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn das Kopfprodukt der Rohphenolkolonne größere Mengen an Cumol, AMS und/oder Aceton aufweist. Das Sumpfprodukt der Rohphenolkolonne, welches Verbindungen aufweist, die einen höheren Siedepunkt als Phenol aufweisen, kann zur weiteren Einengung der Hochsieder einer weiteren Destillation und/oder einer Crackung zugeführt werden.
Trotz des Vorteils, dass bei einer Crackung wertvolle Verbindungen wie z. B. AMS oder Phenol zurückgewonnen werden können und somit die Gesamtausbeute des Prozesses erhöht wird, kann es vorteilhaft sein, auf eine Crackung der Hochsieder zu verzichten, da der apparative Aufwand als auch der Aufwand an Energie nicht immer durch die höhere Gesamtausbeute kompensiert werden kann.
Vorzugsweise wird das Sumpfprodukt der Rohphenolkolonne in eine weitere Destillationskolonne überführt, die im weiteren Hochsiederkolonne genannt wird. Das Einspeisen des Sumpfproduktes aus der Rohphenolkolonne erfolgt vorzugsweise seitlich in die Hochsiederkolonne. Diese Kolonne wird vorzugsweise so dimensioniert, dass über Kopf Verbindungen, die einen Siedepunkt aufweisen, der im Bereich des Siedepunktes von Phenol liegt, abgetrennt werden können, wie z. B. Reste von Phenol, Cumol, AMS oder Aceton und am Sumpf der Kolonne Verbindungen abgenommen werden können, die einen Siedepunkt aufweisen, der deutlich über dem von Phenol liegt. Vorzugsweise wird sowohl ein Teil des am Kopf als auch des am Sumpf der Hochsiederkolonne abgenommenen Produktes in die Kolonne zurückgeführt. Das Rücklaufverhältnis beträgt für das Kopfprodukt vorzugsweise von 0,5 bis 20. Das Sumpfprodukt kann einer Crackung oder vorzugsweise einer thermischen Verwertung zugeführt werden. Das Kopfprodukt der Hochsiederkolonne wird vorzugsweise in die Rohphenolkolonne zurückgespeist.
Die Hochsiederkolonne wird vorzugsweise so betrieben, dass am Kopf der Kolonnen eine Temperatur von 90 bis 180°C eingestellt wird. Die Sumpftemperatur beträgt vorzugsweise von 120 bis 220°C. Die Hochsiederkolonne weist vorzugsweise von 5 bis 70 theoretische Trennstufen auf. Das Einspeisen des Sumpfproduktes aus der Rohphenolkolonne, erfolgt vorzugsweise in einen Bereich der Hochsiederkolonne, wo diese ein Trennpotential von 40 bis 100% aufweist.
Die am Seitenabzug der Rohphenolkolonne abgenommene Phenolfraktion kann einer weiteren destillativen Aufarbeitung zugeführt werden. Vorzugsweise wird diese Phenolfraktion vorher in einem Reaktor behandelt. Die Behandlung besteht vorzugsweise aus einer Behandlung mit einem sauren Katalysator, um unerwünschte Nebenprodukte zu höher oder niedriger als Phenol siedenden Verbindungen umzusetzen. Ganz besonders bevorzugt werden saure Ionenaustauscher als saure Katalysatoren eingesetzt.
Zur weiteren destillativen Aufarbeitung der Phenolfraktion aus der Rohphenolkolonne, wird diese behandelt oder unbehandelt in eine im folgenden als Reinphenolkolonne bezeichnete Destillationskolonne überführt. Diese Kolonne wird vorzugsweise so dimensioniert, dass über Kopf Verbindungen, die einen niedrigeren Siedepunkt als Phenol aufweisen, abgetrennt werden können, wie z. B. Reste von Cumol, AMS, Aceton und/oder Wasser, am Sumpf der Kolonne Verbindungen abgenommen werden können, die einen Siedepunkt aufweisen, der über dem von Phenol liegt und aus einem Seitenabzug Phenol abgenommen werden kann. Vorzugsweise wird sowohl ein Teil des am Kopf als auch des am Sumpf der Reinphenolkolonne abgenommenen Produktes in die Kolonne zurückgeführt. Das Rücklaufverhältnis, definiert als Menge an Rücklauf im Kopf geteilt durch die Menge im Seitenstrom, beträgt für vorzugsweise von 0,1 bis 1000. Das Rückführungsverhältnis beträgt für das Sumpfprodukt vorzugsweise von 0,1 bis 40. Besonders bevorzugt wird die Reinphenolkolonne so dimensioniert und die Verfahrensparameter so eingestellt, dass eine aus dem Seitenabzug entnommene Reinphenolfraktion einen Gehalt an Verunreinigungen von kleiner 0,01 Gew.-%, vorzugsweise kleiner 0,005 Gew.-% aufweist. Dieses Reinphenol kann einem Lager oder direkt einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
Die Reinphenolkolonne wird vorzugsweise so betrieben, dass am Kopf der Kolonnen eine Temperatur von 100 bis 190°C eingestellt wird. Die Sumpftemperatur beträgt vorzugsweise von 120 bis 210°C. Die Temperatur in der Reinphenolkolonne am Seitenabzug, aus welchem das Reinphenol abgenommen wird, beträgt vorzugsweise von 100 bis 190°C. Die Reinphenolkolonne weist vorzugsweise von 10 bis 70 theoretische Trennstufen auf. Der Seitenabzug, aus welchem das Reinphenol entnommen wird, befindet sich vorzugsweise in einem Bereich der Kolonne, in welchem diese ein Trennpotential von 80 bis 95% aufweist. Das Einspeisen der Phenolfraktion aus der Rohphenolkolonne, erfolgt vorzugsweise in einen Bereich der Reinphenolkolonne, wo diese ein Trennpotential von 10 bis 80% aufweist, nicht aber in dem Bereich der Kolonne, die das gleiche Trennpotential aufweist wie der Bereich, aus dem das Reinphenol entnommen wird.
Es kann vorteilhaft sein, das Kopfprodukt der Reinphenolkolonne in die Rohphenolkolonne zurückzufahren. Dies bietet sich insbesondere an, weil das Kopfprodukt der Reinphenolkolonne häufig Cumol, AMS und/oder Aceton aufweist. Das Sumpfprodukt der Reinphenolkolonne, welches Verbindungen aufweist, die einen höheren Siedepunkt als Phenol aufweisen, kann ebenfalls in die Rohphenolkolonne zurückgespeist werden oder zur weiteren Einengung der Hochsieder einer weiteren Destillation und/oder einer Crackung zugeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einem Druck von 0,05 bis 2 bar durchgeführt werden. Je nach eingestelltem Druck, bei welchen die einzelnen Verfahrensschritte durchgeführt werden, sind die Temperaturen in diesen Verfahrensschritten entsprechend zu wählen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Phenol und Aceton, welches die Schritte

– Oxidation von Cumol zu Cumolhydroperoxid
– Spaltung von Cumolhydroxperoxid
– destillative Aufarbeitung des Spaltproduktgemisches, welches bei der Spaltung von Cumolhydroperoxid anfällt, umfasst

Das erfindungsgemäße Verfahren zur destillativen Aufarbeitung eines Spaltproduktgemisches, welches bei der Spaltung eines Alkylarylhydroperoxids, insbesondere bei der Spaltung von CHP anfällt, wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Destillationskolonne zur destillativen Trennung von Spaltproduktgemischen aus der Cumolhydroperoxidspaltung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kolonne so dimensioniert ist, dass am Kopf der Kolonne eine mindestens 75 Gew.-% Aceton aufweisende Rohacetonfraktion, am Sumpf der Kolonne eine zumindest 75 Gew.-% Phenol aufweisende Rohphenolfraktion und seitlich eine Fraktion, die zumindest Hydroxyaceton und Cumol und/oder α-Methylstyrol aufweist, abgenommen werden kann.
Die Destillationskolonne, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist vorzugsweise eine Anzahl von theoretischen Trennstufen von 20 bis 200, besonders bevorzugt von 30 bis 70 auf. Die Gesamtanzahl der in der Destillationskolonne vorhandenen Böden wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung 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 der Bereich über dem obersten Boden, liegt entsprechend der Definition ein Trennpotential von 100% vor.
Die Destillationskolonne weist zumindest eine Einspeisemöglichkeit auf, die vorzugsweise in einem Bereich der Destillationskolonne vorhanden ist, in welchem diese ein Trennpotential von 20 bis 50% aufweist.
Die Destillationskolonne weist außerdem zumindest einen Seitenabzug, bei welchem eine Fraktion, die zumindest ein Hydroxyaceton, also im Fall der Spaltung von CHP Hydroxyaceton und ein ein- oder mehrfach alkyliertes Benzol, im Fall der Spaltung von CHP also Cumol und/oder α-Methylstyrol aufweist, abgenommen werden kann, auf. Vorzugsweise ist dieser Seitenabzug an einem Bereich der Destillationskolonne installiert, bei welchem das Trennpotential von 15 bis 95%, vorzugsweise von 60 bis 90% beträgt. So ist der Seitenabzug bei einer erfindungsgemäßen Kolonne, die eine Anzahl von theoretischen Trennstufen von 50 aufweist, vorzugsweise zwischen der dreißigsten und fünfundvierzigsten Trennstufe installiert.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Destillationskolonne zumindest einen weiteren Seitenabzug aufweist, bei welchem eine Fraktion, die zumindest eine organische Säure aufweist, abgenommen werden kann. Als organische Säure kann die Fraktion z. B. Essigsäure, Oxalsäure, Ameisensäure oder Buttersäure oder ein Gemisch aus zumindest einer dieser Säuren aufweisen.
Ein Säureabzug kann oberhalb und/oder unterhalb der Einspeisemöglichkeit und/oder unterhalb und/oder oberhalb des Seitenabzugs vorgesehen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung, die in dem Verfahren verwendet wird, werden in den Abbildungen 1 und 2 beispielhaft beschrieben, ohne dass das Verfahren bzw. die Vorrichtung auf diese Ausführungsarten beschränkt sein soll.
In 1 ist schematisch eine Ausführungsform einer Destillationskolonne dargestellt, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die erfindungsgemäße Destillationskolonne K1 weist einen seitlichen Eingang auf, in welchen Spaltproduktgemisch SP zur destillativen Aufarbeitung eingespeist werden kann. Am Kopf und am Sumpf der Kolonne können das Kopfprodukt KP1 bzw. das Sumpfprodukt SP1 abgenommen werden. Die erfindungsgemäße Destillationskolonne weist jeweils Rücklaufsysteme auf, mit welchen das Sumpf- und/oder das Kopfprodukt ganz oder teilweise in die Kolonne zurückgefahren werden kann. In diesen Rücklaufsystemen sind die Wärmetauscher WT1 und WT2 installiert, mit welchen es möglich ist, dem als Rücklauf in die Kolonne zurückgeführten Sumpf- oder Kopfprodukt Wärmeenergie hinzuzufügen oder zu entziehen. Wird in der erfindungsgemäßen Destillationskolonne ein Spaltproduktgemisch, welches aus der Spaltung von CHP stammt, destillativ aufgearbeitet, so reichert sich im Kopfprodukt Aceton an. Im Sumpfprodukt reichert sich überwiegend Phenol sowie Verbindungen mit einem Siedepunkt höher als Phenol an.
Die Destillationskolonne weist weiterhin einen Seitenabzug auf, über welchen eine Fraktion, die einen Siedepunkt aufweist, der zwischen dem des Kopfproduktes und dem des Sumpfproduktes liegt, aus der Kolonne abgenommen wird. Wird in der Kolonne ein Spaltproduktgemisch aus der Spaltung von CHP destillativ aufgearbeitet, so wird über diesen Seitenabzug ein Gemisch aus der Kolonne ausgeschleust, welches zumindest Cumol, AMS und/oder Wasser aufweisen kann. Dieses Gemisch wird über Leitung SCA in eine Phasentrennapparatur PT1, wie z. B. einen Dekanter, 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 kann einer weiteren Aufarbeitung über CA zugeführt werden. Ein Teil der wässrigen Phase kann über RW1 ebenfalls in die Destillationskolonne K1 zurückgefahren werden, vorzugsweise wird diese wässrige Phase flüssig in die Kolonne zurückgefahren. Der restliche Teil der wässrigen Phase kann über W1 einer Verwertung oder Aufarbeitung zugeführt werden.
Optional kann ein weiterer Teil der wässrigen Phase dampfförmig oder flüssig in die Kolonne über RW2 zurückgefahren werden, wobei die Einspeisung der wässrigen Phase vorzugsweise unterhalb der Einspeisung des Spaltproduktgemisches SP erfolgt. Optional können außerdem ein oder mehrere weitere Seitenabzüge SOS1 und SOS2 vorgesehen sein. Der Seitenabzug SOS1 ist vorzugsweise zwischen der Einspeisung des Spaltproduktgemisches SP und dem Sumpf der Kolonne angeordnet. Der Seitenabzug SOS2 ist vorzugsweise zwischen dem Seitenabzug SCA und dem Kopf der Kolonne angeordnet. Über die Seitenabzüge SOS1 und SOS2 können Fraktionen, die zumindest eine organische Säure aufweisen, aus der Kolonne ausgeschleust werden.
In 2 ist eine schematische Darstellung des Gesamtverfahrens zur destillativen Aufarbeitung von Spaltproduktgemischen, welche bei der Spaltung von Alkylarylhydroperoxiden, am Beispiel eines Spaltproduktgemisches, welches bei der Spaltung von CHP anfällt, dargestellt. Die Darstellung enthält zur besseren Übersicht nicht die diversen Rückläufe an den Kolonnen. Ebenso ist die wärmetechnische Verschaltung, dass heißt der Austausch von Wärmeenergie zwischen den einzelnen Fraktionen oder Prozessströmen nicht dargestellt.
Über SP gelangt ein Spaltproduktgemisch zur destillativen Aufarbeitung in die Kolonne K1. Das Spaltproduktgemisch kann bereits behandelt worden sein, z. B. kann der pH-Wert eingestellt worden sein und/oder eine evtl. vorhandene wässrige Phase kann bereits abgetrennt worden sein. In der Kolonne K1 wird das Spaltproduktgemisch in drei Fraktionen aufgeteilt. Als Kopfprodukt KP1 wird eine Fraktion, in welcher sich Aceton angereichert hat, am Kopf der Kolonne abgenommen. Eine Seitenstromfraktion SCA, in welcher sich Cumol, AMS und/oder Wasser angereichert hat, wird seitlich der Kolonne K1 entnommen. Ein Phenolreiches Sumpfprodukt SP1 wird am Sumpf der Kolonne K1 abgenommen.
Diese Fraktion wird seitlich in die Acetonkolonne K2 überführt, in der das Kopfprodukt KP1 in eine Reinacetonfraktion RA, die seitlich unterhalb des Kopfes der Kolonne abgenommen wird, eine Aldehyd und Leichtsieder aufweisende Fraktion AA, die am Kopf der Kolonne abgenommen wird und eine Sumpffraktion SP2, die am Sumpf der Kolonne abgenommen wird und welche Verbindungen mit einem Siedepunkt, der höher als der von Aceton ist, aufweist, aufgetrennt wird. Die Fraktion AA wird teilweise in einen Wäscher W gespeist, in welchen auch eine Base B eingespeist wird oder über KP2 aus dem Prozess ausgeschleust. Das aus dem Wäscher W abgezogene Produkt wird in die Kolonne K2 zurückgespeist. Das Reinaceton RA wird einer weiteren Verwertung oder Lagerung zugeführt. Das Sumpfprodukt SP2 kann z. B. einer Aufarbeitung AB, insbesondere einer Abwasseraufarbeitung zugeführt werden. Ein Teil des aufgearbeiteten Sumpfproduktes AB2 kann seitlich in die Kolonne K3 eingespeist werden.
In die Kolonne K3 wird außerdem der organische Teil CA der Seitenstromfraktion SCA aus Kolonne K1 eingespeist. Dieser wird in einer Phasentrennapparatur PT1 erhalten, in welchen die Seitenstromfraktion eingespeist wird. Ein Teil RO des organischen Teils der Seitenstromfraktion wird in die Kolonne K1 zurückgeführt. Der in der Phasentrennapparatur PT1 erhaltene wässrige Teil der Seitenstromfraktion kann entweder aus dem Prozess als Prozesswasser W1 ausgeschleust und/oder ganz oder teilweise in die Kolonne K1 als Rücklauf RW zurückgefahren werden.
In Kolonne K3 wird der organische Teil der Seitenstromfraktion aus Kolonne K1, der Cumol und/oder AMS enthält so destilliert, dass über einen Seitenabzug aus Kolonne K3 eine Fraktion CAH, die Cumol und AMS aufweist und die geeignet ist direkt der Hydrierung von AMS zu Cumol zugeführt zu werden, erhalten wird. Höher als AMS oder niedriger als Cumol siedende Verbindungen werden als Kopfprodukt KP3 oder als Sumpfprodukt SP3 aus dem Gesamtprozess ausgeschleust und können einer Verwertung zugeführt werden. Optional können einer oder mehrere Seitenabzüge KM oberhalb des Seitenabzugs CAH und unterhalb des Kopfes der Kolonne K3 vorgesehen werden, über welche Fraktionen abgenommen werden können, die zumindest Mesityloxid und/oder Ketone, insbesondere von Aceton verschiedene Ketone, aufweisen.
Das Phenol-reiche Sumpfprodukt SP1 aus Kolonne K1 wird seitlich in Rohphenolkolonne K4 eingespeist. Aus dieser Kolonne wird seitlich ein Rohphenol abgenommen, welches in einem Reaktor HR, der z. B. einen sauren Festbettkatalysator aufweisen kann, weiterbehandelt wird und welches dann in die Kolonne K5 überführt wird. Das Kopfprodukt KP4 wird in die Kolonne K1 zurückgespeist. Das Sumpfprodukt SP4 aus Kolonne K4 wird in Kolonne K6 eingespeist. In dieser Kolonne werden Hochsieder wie z. B. Teer als Sumpfprodukt SP6 aus dem Prozess ausgeschleust und einer Verwertung zugeführt. Das Kopfprodukt KP6 wird in die Kolonne K4 zurückgespeist.
Das in die Reinphenolkolonne K5 überführte, im Reaktor HR behandelte, Rohphenol wird in dieser Kolonne in Reinphenol RPH, welches seitlich der Kolonne K5 entnommen wird und einer Verwendung oder Lagerung zugeführt wird, eine höher siedende Fraktion die als Sumpfprodukt SP5 aus K5 abgenommen und in Kolonne K4 zurückgefahren wird und eine niedriger siedende Fraktion die als Kopfprodukt KP5 der Kolonne K5 entnommen wird und ebenfalls der Kolonne K4 zugeführt wird.
Beispiel 1:
Ein Spaltproduktgemisch, welches unter anderem 48 Gew.-% Phenol, 10 Gew.-% Cumol, 3 Gew.-% AMS, 27 Gew.-% Aceton, 0,03 Gew.-% Acetaldehyd, 0,1 Gew.-% Acetophenon, 0,1 Gew.-% Hydroxyaceton und 9 Gew.-% Wasser aufwies, wurde seitlich, in Höhe des 40-ten Bodens in eine wie in 1 und 2 beschriebene Destillationskolonne, die 90 Böden aufwies, eingespeist.
Die Temperatur in der Kolonne wurde so eingestellt, dass die Kopftemperatur 47°C, die Sumpftemperatur 179°C und die Temperatur am Seitenabzug 88 bis 89°C betrug. Der Druck in der Destillationskolonne entsprach im Sumpf Atmosphärendruck. Ein Teil des abgenommenen Kopfproduktes, welches unter anderem 99 Teile Aceton und 0,1 Teile Acetaldehyd aufwies, wurde in Höhe des 8-ten Bodens in eine 40 Böden aufweisende Acetonkolonne überführt.
Die Temperatur in der Acetonkolonne war so eingestellt, dass im Kopf der Kolonne eine Temperatur von 42°C und im Sumpf der Kolonne eine Temperatur von 65°C vorlag. Am Seitenabzug, der in Höhe des 35-ten Bodens angebracht war und aus welchem Reinaceton, welches einen Gehalt an Verunreinigungen von kleiner 0,25 Gew.-% aufwies, abgenommen wurde, lag eine Temperatur von 42,5°C vor. Das Kopfprodukt, welches einen Gehalt an Acetaldehyd von 100 ppm aufwies, wurde kondensiert und in einen Wäscher gefahren, in welchen pro kg Kopfprodukt außerdem 10 g einer 5%igen Natronlauge gefahren wurde. Die Temperatur im Wäscher betrug 56°C. Das aus dem Wäscher abgezogene Gemisch wies einen Gehalt an Acetaldehyd von kleiner 20 ppm auf.
Das Sumpfprodukt aus der Acetonkolonne, welches unter anderem Cumol, AMS und Wasser aufwies, wurde in die Cumolkolonne überführt.
Die aus dem Seitenabzug der ersten Destillationskolonne abgenommene Fraktion wurde in einen Scheidebehälter überführt. In diesem Scheidebehälter wurde eine wässrige Phase, die unter anderem 98 Gew.-% Wasser und 1,3 Gew.-% Hydroxyaceton aufwies, von der organischen Phase, die unter anderem 65 Gew.-% Cumol, 30 Gew.-% AMS, 2 Gew.-% Phenol und 0,2 Gew.-% Wasser aufwies, abgetrennt. Nach der Phasentrennung befanden sich über 95% des in der abgenommenen Fraktion enthaltenen Hydroxyacetons in der wässrigen Phase. Ein Teil der wässrigen Phase wurde verworfen. Der Rest der wässrigen Phase wurde in die erste Destillationskolonne zurückgefahren.
Die im Scheidebehälter von der wässrigen Phase abgetrennte organische Phase wies einen Gehalt an Hydroxyaceton von kleiner 1000 ppm auf. Diese organische Phase wurde teilweise in die erste Destillationskolonne zurückgefahren. Der restliche Teil der organischen Phase wurde in Höhe des 25-ten Bodens seitlich in die 60 Böden aufweisende Cumolkolonne gefahren. Die Cumolkolonne wurde so betrieben, dass am Kopf der Kolonne eine Temperatur von 56°C und im Sumpf der Kolonne eine Temperatur von 140°C vorlag. Aus einem Seitenabzug in Höhe des 14-ten Bodens wurde bei 138°C ein Gemisch aus AMS und Cumol abdestilliert, welches weniger als 2 Gew.-% Verunreinigungen aufwies. Die am Kopf und aus dem Sumpf der Cumolkolonne abgenommenen Leicht- bzw. Hochsieder wurden verworfen.
Das aus dem Sumpf der ersten Destillationskolonne abgenommene Sumpfprodukt, welches unter anderem 94 Gew.-% Phenol und 1,6% Acetophenon aufwies, wird seitlich in Höhe des 26-ten Bodens in eine 70 Böden aufweisende Rohphenolkolonne gespeist. Diese Kolonne wird so betrieben, dass am Kopf der Kolonne eine Temperatur von 176°C und im Sumpf der Kolonne eine Temperatur von 203°C vorliegt. Die am Kopf der Rohphenolkolonne abgenommene Fraktion wurde in die erste Destillationskolonne zurückgefahren. Die im Sumpf der Rohphenolkolonne anfallende Fraktion wurde in eine weitere Kolonne, die so genannte Hochsiederkolonne, überführt, in welcher die Hochsieder eingeengt wurden. Als Kopfprodukt dieser 50 Böden aufweisenden Kolonne wurde bei 154°C eine Fraktion erhalten, die unter anderem 95 Gew.-% Phenol und 5 Gew.-% Acetophenon aufwies. Diese Fraktion wurde in die Rohphenolkolonne zurückgespeist. Das Sumpfprodukt aus der Hochsiederkolonne, welches bei einer Temperatur von 203°C erhalten wurde, bestand aus einem Teer, der ein Gehalt an Phenol von kleiner 5 Gew.-% aufwies. Aus der Rohphenolkolonne wurde in Höhe des 55-ten Bodens bei einer Temperatur von 181°C ein Rohphenolstrom abgenommen.
Dieser Rohphenolstrom wies ein Gehalt an Phenol von 99 Gew.-% auf. Als Verunreinigungen wies dieser Rohphenolstrom unter anderem 2-Methylbenzofuran, AMS, Mesitylaxid, geringe mengen von Hydroxyaceton sowie Spuren von weiteren Verunreinigungen auf. Dieser Rohphenolstrom wurde durch einen Reaktor, der 120 m³ des sauren Ionenaustauscherharzes Amberlyst 15 als Katalysator aufwies, geleitet. Das so behandelte Rohphenol wurde in Höhe des 20-ten Bodens seitlich in eine 45 Böden aufweisende Reinphenolkolonne gefahren. Diese Kolonne, die mit einem Unterdruck betrieben wurde, wies eine Kopftemperatur von 139°C und einen Sumpftemperatur von 142°C auf. Der Reinphenolkolonne wurde seitlich in Höhe des 40-ten Bodens bei einer Temperatur von 140°C ein Reinphenol, welches einen Gehalt an Verunreinigungen kleiner 100 ppm aufwies, entnommen. Die am Kopf der Reinphenolkolonne abgenommene Fraktion wurde unterhalb des Kopfes der Rohphenolkolonne wieder in diese eingespeist. Die am Sumpf der Reinphenolkolonne abgenommene Fraktion wurde oberhalb des Sumpfes der Rohphenolkolonne wieder in diese eingespeist.

Claims

Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von Spaltproduktmischungen, die bei der Spaltung von Alkylarylhydroperoxiden erzeugt werden, welches das Auftrennen der Spaltproduktmischung in wenigstens drei Fraktionen in einem einzigen Destillationsschritt umfasst, durch: – Zuführen der Spaltproduktmischung an der Seite einer Destillationskolonne, – Entfernen einer ersten Fraktion, die Keton enthält, am Kopf der Destillationskolonne, – Entfernen einer zweiten Fraktion, die substituiertes oder unsubstituiertes Phenol enthält, am Sumpf der Destillationskolonne und – Entfernen einer dritten Fraktion, die nichtumgesetztes mono-, di- und/oder trialkylsubstituiertes Benzol und Hydroxyketon enthält, als Seitenstrom, wobei die Entnahmestelle des Seitenstroms oberhalb der Zuführstelle der Spaltproduktmischung in die Destillationskolonne angeordnet ist.
Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die erste Fraktion wenigstens 75% eines vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Ketons enthält.
Verfahren wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei das Keton Aceton ist.
Verfahren wie in wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, wobei die zweite Fraktion wenigstens 75% eines vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen substituierten und/oder unsubstituierten Phenols enthält.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, wobei die dritte Fraktion wenigstens 75% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Cumols und/oder 75% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen α-Methylstyrols enthält.
Verfahren wie in Anspruch 5 beansprucht, wobei diese Fraktion, die Wasser, Cumol und/oder AMS aufweist, wenigstens 20% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Hydroxyacetons enthält.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 5 oder 6 beansprucht, wobei die Fraktion, die wenigstens 75% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen Cumols und/oder 75% des vor dem Destillationsschritt im Spaltprodukt vorhandenen α-Methylstyrols enthält, in einer Phasentrennvorrichtung in eine wässrige Phase und eine organische Phase aufgetrennt wird.
Verfahren wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei wenigstens ein Teil der organischen Phase in den Destillationsschritt zurückgeführt wird.
Verfahren wie in Anspruch 7 oder 8 beansprucht, wobei wenigstens ein Teil der organischen Phase in eine Destillationskolonne (Cumolkolonne) geführt wird, in der die organische Phase in einer solchen Art und Weise aufgetrennt wird, dass Verbindungen über Kopf entnommen werden, die eine niedrigere Siedetemperatur als Cumol oder α-Methylstyrol aufweisen, Verbindungen über den Sumpf entnommen werden, die eine höhere Siedetemperatur als Cumol oder α-Methylstyrol aufweisen, und die Verbindungen Cumol und/oder α-Methylstyrol über eine Seitenstromentnahme entnommen werden.
Verfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei die organische Phase in der Cumolkolonne in einer solchen Art und Weise aufgetrennt wird, dass über wenigstens eine zusätzliche Seitenstromentnahme, die oberhalb der Seitenstromentnahme, über die Cumol und/oder α-Methylstyrol aus der Cumolkolonne entfernt werden, und unterhalb des Kopfes der Kolonne angeordnet ist, wenigstens eine zusätzliche Fraktion entnommen werden kann, die wenigstens Mesityloxid, Keton und/oder Wasser enthält.
Verfahren wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei wenigstens ein Teil der wässrigen Phase flüssig oder dampfförmig in den Destillationsschritt zurückgeführt wird.
Verfahren wie in Anspruch 7 oder 11 beansprucht, wobei die wässrige Phase 75% des Hydroxyacetons enthält, das in der cumol- und/oder α-methylstyrolhaltigen Fraktion vorhanden ist.
Verfahren wie in wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Spaltproduktmischung vor der destillativen Aufarbeitung eine Phenolkonzentration von 20 bis 70 Gew.-% aufweist.
Verfahren wie in wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Spaltproduktmischung vor der destillativen Aufarbeitung eine Hydroxyacetonkonzentration von 200 ppm bis 5 Gew.-% aufweist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 1 bis 14 beansprucht, wobei die Kolonne 20 bis 200 theoretische Böden aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Phenol und Aceton, welches die Schritte umfasst: – Oxidation von Cumol zu Cumolhydroperoxid, – Spaltung von Cumolhydroperoxid, – destillative Aufarbeitung der Spaltproduktmischung, die durch die Spaltung von Cumolhydroperoxid erzeugt wird, die Aufspaltung der Spaltproduktmischung in wenigstens drei Fraktionen in einem einzigen Destillationsschritt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.