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Verfahren zur Abtrennung von p-Xylol aus seinen technischen Gemischen
Zusatz zum Patent 972 036
Das Hauptpatent 972 036 betrifft die Gewinnung von p-Xylol
aus technischen Gemischen mit m-Xylol oder m-Xylol und o-xylol, die z. B. noch Toluol
und Athylbenzol enthalten können. Diese Gemische werden nach dem Hauptpatent zunächst
durch- indirekte Kälteübertragung, z.B. bis auf Temperaturen von etwa -Io bis 450
C, durch Zuhilfenahme von Kältemaschinen, die solche Temperaturen leicht erreichen
lassen, abgekühlt, jedoch nur so weit, daß noch keine Feststoffe ausgeschieden werden.
Dabei wird in das Isomerengemisch unter weiterem mittelbaren Wärmeentzug ein darin
lösliches Gas, z.B Äthan, Propan, Äthylen, Schwefeldioxyd oder andere Gase mit ähnlichen
kalorischen Eigenschaften, beispielsweise andere niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe
der Paraffin- und/oder Olefinreihe, die bis 4 C-Atome enthalten können, bei Normaldruck
oder erhöhtem Druck eingeleitet.
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Zweckmäßig werden Gase verwendet, deren Verflüssigungstemperatur bei
Atmosphärendruck zwischen 20 und -IooO C liegt. Diese Gase werden anschließend in
zweiter Stufe nach Abstellen der mittelbaren Kühlung, durch Druckverminderung (Entspannen
bzw. Abpumpen) adiabatisch verdannpft und dadurch das Gemisch weiter abgekühlt.
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Hierbei lassen sich Temperaturen bis etwa -55
bis
- 770 C leicht erreichen, und es wird aus dem Isomerengemisch das p-Xylol in grobkristalliner,
durch Filtrieren, Dekantieren und ähnliche Operationen leicht abtrennbarer Form
ausgeschieden.
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Durch Anwendung noch tieferer Temperaturen lassen sich auch die beiden
Xylole, die in der von Kristallen befreiten Mutterlauge zurückgeblieben sind, voneinander
und bzw. oder von dem gegebenenfalls im Ausgangsgemisch enthaltenen Äthylbenzol
trennen, das bei der ersten Kristallisation in die Mutterlauge geht. Das gewonnene
Gemisch von p-Xylol mit wenig o-Xylol läßt sich z. B. durch gegebenenfalls wiederholte
Umkristallisationen, die in der gleichen Weise wie die Abtrennung durchgeführt werden
können, auf technisch reines p-Xylol aufarbeiten.
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Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens.
Sie besteht darin, daß die Ausscheidung des p-Xylols aus seinen technischen Gemischen
mit einem oder mehreren Xylol-Isomeren. die z. B. noch Toluol oder Äthylbenzol enthalten
können, durch Kristallisation des p-Xylols auf kontinuierlichem Wege durchgeführt
wird. Vorteilhaft werden dabei die Ausgangsstoffe in an sich bekannter Weise kontinuierlich
durch die Einrichtungen zum Kühlen, Absorbieren von Gasen, Entspannen des mit Gasen
beladenen Xylolgemisches und Auskristallisieren des p-Xylols sowie gegebenenfalls
durch die Vorrichtung für die Trennung der Kristalle von der Flüssigkeit geführt.
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Nach der Erfindung wird beispieisweise das Xylol-Isomerengemisch
in kontinuierlichem Strom durch mit einer Kältemaschine betriebene Kühler und zur
Rückgewinnung der Kälteenergie vorgesehene Kältenustauscher geleitet, in denen es
indirekt auf die Temperatur von etwa -40 bis - 450 C gekühlt wird. Darauf findet
z. B. in einem Begasungsturm die Absorption eines geeigneten, im Gemisch löslichen
Gases statt, das im Gegenstrom zur Flüssigkeit durch den Turm geht. Vorteilhaft
wird ein Gas oder Gasgemisch gewählt, dessen Siedetemperatur unter Atmosphärendruck
zwischen -Ioo und + 200 C liegt, z. B. Äthylen, Äthan, Propan, Butan, Schwefeldioxyd
oder passend gewählte Gemische dieser Art. Die bei der Absorption des Gases auftretende
Lösungswärme wird durch . im Begasungsturm vorgesehene Kühleinrichtungen abgeführt.
Nach der Absorption des Gases, die unter normalem oder erhöhtem Druck erfolgen kann,
und einer erforderlichenfalls weiteren indirekten abkühlung des Gemisches erfolgt
die adiabatische Entspannung des Gemisches vorteilhaft auf Normaldruck oder niedrigeren
Druck.
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Hierbei kühlt sich das Gemisch auf Temperaturen von etwa -65 bis 750
C ab, und es scheidet sich das p-Xylol in kristallisierter Form aus. Es kann von
dein Gemisch der übrigen Isomeren in einer z. B. kontinuierlich arbeitenden Trennvorrichtung,
z. B. einer gegen Kälteverluste isolierten Zentrifuge, getrennt werden.
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Durch die Erfindung wird nicht nur ein gleichmäiger Betrieb der p-Xylol-Gewinnung
erreicht, sondern auch die Ubertragung von Kälte auf das abzukühlende Xylolgemisch
und deren Rückgewinnung in Kälteaustauschern auf ein wirtschaftliches Optimum gebracht.
Bei der Erfindung können sinngemäß alle Einzelmaßnahmen angewendet werden, die im
Hauptpatent beschrieben sind.
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In der Zeichnung ist-eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens gemäß
der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.
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Das Xylolgemisch, das sämtliche Isomeren und zum Teil noch andere,
homologe Kohlenwasserstoffe gleicher Siedelage, wie z. B. Äthylbenzol, enthält,
wird aus dem Vorratsbehälter 1 von der Pumpe 2, nachdem es gegebenenfalls in einem
beispielsweise mit Kieselgel gefüllten Trockner 3 zwecks Entfernung gegebenenfalls
im Gemisch enthaltenen z. B. gelösten Wassers behandelt worden ist, durch die einzelnen
Kühlstufen geschickt, die aus zwei Vorkühlern 22 und 4, einem mit Ammoniak als Kühlmittel
in an sich bekannter Weise betriebenen Kühler 6 bestehen, und die miteinander und
mit dem Trockner 3 durch die Leitungen 3I, 32 und 5 verbunden sind. Aus dem Ammoniakkühler
6 gelangt das Gemisch- mit einer Temperatur von z. B. etwa 400 C durch die Leitung
5t in den Begasungsturm 8, in dem es durch eine geeignete Füllkörperschicht, z.
B. Raschigringe, abwärts rieselt. In dem Begasungsturm strömt ihm von unten nach
oben Äthan oder ein anderes geeignetes Gas entgegen, das mittels Kompressor 9 aus
dem Gasometer 10 angesaugt und auf einen Druck von beispielsweise 20 at komprimiert
worden ist. Der Kompressor drückt das Gas durch die Leitung 34 in den Gegenstrom-Kälteaustauscher
I I, in dem eine erste Kühlung erfolgt. von diesem zwecks weiterer Kühlung, z. B.
auf 400 C, durch die Leitung 35 in den Ammoniakkühler 6 und weiter durch die Leitung
36 in den Kälteaustauscher 7, in dem seine Temperatur z. B. auf -50 bis -550C herabgesetzt
wird und aus dem es durch die Leitung 37 in den unteren Teil des Begasungsturmes
8 gelangt, in dem es von unten nach oben strömt und von der ihm entgegenfließenden
Flüssigkeit aufgenommen wird. Nichtgelöste, im Äthan eventuell vorhandene Inertgase
verlassen das obere Endendes Turmes durch die Leitung 38, an der das Ventil 39 vorgesehen
ist. Die beim Lösen des Gases im Xylolgemisch auftretende Lösungswärme wird im Begasungsturm
mittels Kühlschlange 14 kompensiert.
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Das mit Äthan beladene technische Xylol tritt aus dem Sumpf der Begasungskolonne
8 durch die Leitung 15, den Kälteaustauscher I6 und die Leitung 47 in den Behälter
I7 über, in dem es durch das Entspannungsventil I8 entspannt wird. Das durch Entspannung
frei gewordene Gas, z. B. Athan, wird über die Leitung Ig und die Kälteaustauscher
7 und II, die miteinander und mit dem Gasometer 10 durch die Leitungen 40 und 41
verbunden sind, wieder in den Gasometer 10 zurückgeführt, von wo aus es den Kreislauf
von neuem beginnt.
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Durch die adiabatische Entspannung des mit' Athan beladenen Xylols
in Behälter I7 tritt eine starke Abkühlung ein, so daß das Xylolgemisch, das nach
der Absorption der - Gase beispielsweise eine
Temperatur von - 400
C hat, weiter auf z. B. - 60 bis -65 ° C gekühlt wird. Hierbei scheidet sich praktisch
das ganze p-Xylol in kristallisierter, gut filtrierbarer Form aus. Das Gemisch von
Kristallschlamm und nicht auskristallisierten homologen Kohlenwasserstoffen wird
von einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge 20 aufgenommen, der es aus dem Behälter
I7 durch die Leitung 42 zugeführt wird. In dieser findet die Abtrennung des kalten
Gemisches von m-Xylol und o-Xylol und der anderen Homologen vom Kristallbrei des
p-Xylols statt. Der Kristallbrei wird durch die Leitung 21 in den Verflüssiger 22
gedrückt, wo das feste p-Xylol z. B. durch warmes Rohxylolgemisch durch indirekten
Wärmeaustausch geschmolzen und von wo es durch die Leitung 43 in den Vorratstank
23 übergeführt wird.
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Das aus der Zentrifuge ablaufende kalte flüssige Gemisch der restlichen
Xylolhomologen gelangt durch Leitungen 26, 44 und 45 und die Kälteaustauscher I6
und 4 in den Entgasungsturm 24, in dem Reste des gelösten Gases ausgetriebell und
durch Leitung 25 in den Gasometer Io zurüchgeführt werden.
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Die flüssigen Xyiolhomologen verlassen den Entgasungsturm 24 durch
die Leitung 27. Der Entgasungsturm wird durch die z. B. mit Dampf oder warmem Wasser
betriebene Heizeinrichtung 28 auf die für die Entgasung erforderliche Temperatur
gebracht. 29 ist ein Rückflußkondensator, der in bekannter Weise dem Entgasungsturm
24 zugeordnet ist und in dem einmal die Kühlung des austretenden Gases und zum anderen
die Regelung des Rücklaufes bewerkstelligt wird. Als Kühlmittel in 29 dient z. B.
Kühlwasser.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Abkühlung des technischen
Xylolgemisches und die Ausscheidung des p-Xylols in Verbesserung des Verfahrens
nach dem Hauptpatent kontinuierlich durchgeführt wird, wobei auch die Abtrennung
des kristallisierten ausgeschiedenen p-Xylols von den flüssig verbliebenen Anteilen
durch eine kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitende Zentrifuge erfolgen
kann.
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Bei Verarbeitung von Gemischen von m-Xylol und p-Xylol darf man die
indirekte Kühlung nicht so tief treiben, weil aus diesen Gemischen das p-Xylol je
nach den Mischungsverhältnissen und der Menge der gegebenenfalls vorhandenen anderen
Komponenten, z. B. Äthylbenzol, schon bei Temperaturen von etwa :o bis - 300 C auskristallisiert.