DEP0040643DA - Verfahren zur Trennung von Gemischen aliphatischer und aromatischer Kohlenwasserstoffe - Google Patents

Description

Aromatische und aromatische Kerne enthaltende Kohlenwasserstoffe spielen als Ausgangsprodukte für die chemische Industrie eine grosse Rolle. Zum Teil sind sie wegen ihrer guten Klopfeigenschaften als Treibstoffe für Vergasermotore von Bedeutung. Neben den aromatischen sind in den letzten Jahren aliphatische Kohlenwasserstoffe als Ausgangsprodukte für die aliphatische Chemie immer wichtiger geworden. Bei verschiedenen technischen Verfahren fallen Gemische von aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen an, so z.B. bei der Druckhydrierung oder Tiefentemperaturverkokung der Kohle und bei der Verarbeitung von Erdölprodukten. Um diese Produkte als Ausgangsmaterialien für die chemische Industrie einsetzen zu können, ist man daran interessiert, mit Hilfe geeigneter Verfahren Fraktionen, vorwiegend aromatischen oder aliphatischen Charakters zu gewinnen.

Es wurde nun gefunden, dass man die Trennung von Aromaten und Aliphaten in technische einfacher und wirtschaftlicher Weise durch selektive Extraktion erreichen kann, wenn man als selektive Extraktionsmittel mehrwertige Alkohole oder auch funktionelle Derivate mehrwertiger Alkohole, die noch wenigstens eine freie Hydroxylgruppe im Molekül besitzen, oder beliebige Gemische dieser Stoffe untereinander verwendet. Diese Extraktionsmittel können noch niedere einwertige Alkohole, insbesondere Methylalkohol, oder auch Wasser enthalten und müssen bei der Extraktionstemperatur flüssig sein.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Trennung von Gemischen von Aliphaten und Aromaten durch selektive Extraktion mittels der genannten selektiven Lösungsmittel, wobei es belanglos ist, ob die Abtrennung der einen Komponente nur als Reinigung der betreffenden Kohlenwasserstoffe gedacht ist, oder ab sie aus dem Gemisch, z.B. zum Zwecke der Weiterverarbeitung, gewonnen werden soll.

Als mehrwertige Alkohole eignen sich insbesondere Diole oder Triole, wie z.B. Aethylen-, Propylen- und Butylenglykol, Glycerin, Methylglycerin, Pentandi- und -triole u.a., aber auch Alkohole mit mehr als drei Hydroxylgruppen, wie z.B. Pentite und

Hexite, lassen sich als Extraktionsmittel oder als Bestandteile solcher verwenden.

Als Derivate mehrwertiger Alkohole im Sinne dieser Anmeldung sind Aether und Ester mehrwertiger Alkohole, insbesondere folgende Verbindungsklassen zu verstehen:

1.) Verätherungsprodukte zweier oder mehrerer, gleichartiger oder ungleichartiger Moleküle mehrwertiger Alkohole. Solche Verbindungen sind z.B. Diäthylenglykol, Triäthylenglykol usw. oder Polyglycerine. Auch die Polyglykoläther mehrwertiger Alkohole sind hierzu zu rechnen. Ebenfalls gehören hierzu solche Verbindungen, die als innere Aether mehrwertiger Alkohole aufgefasst werden können, wie z.B. die verschiedenen durch innermolekulare Wasserabspaltung aus mehrwertigen Alkoholen, z.B. Hexiten, erhältlichen heterocyclischen Verbindungen.

2.) Verbindungen, bei denen die Hydroxylgruppen mehrwertiger Alkohole teilweise mit Säuren verestert oder mit einwertigen Alkoholen veräthert sind und die im Molekül für jede freie Hydroxylgruppe mehr als eines und weniger als vier Kohlenstoffatome enthalten. Dabei ist es gleichgültig, ob im Falle der Ester die freien Hydroxylgruppen aus dem Alkohol oder aus der Säure, z.B. einer Oxysäure, stammen. Derartige Verbindungen sind z.B. Glycerinmonomethyläther, Glycerinmonoformiat, Glycerinmonoacetat sowie Veresterungsprodukte aus mehrwertigen Alkoholen und Dicarbonsäuren oder Oxysäuren, soweit sie dem oben definierten Verhältnis Kohlenstoffatome : Hydroxylgruppen entsprechen.

Alle diese Stoffe können allein oder in beliebigen Mischungen untereinander, die auch Wasser und/oder niedere aliphatische Alkohole, insbesondere Methylalkohol, enthalten können, angewandt werden. Alle diese Stoffe oder Gemische werden im Folgenden der Einfachheit halber als mehrwertige Alkohole bezeichnet.

Wie festgestellt wurde, sind diese mehrwertigen Alkohole besonders gut zur Trennung von Gemischen von Aliphaten und Aromaten geeignet, da sich aromatische und aromatische Kerne enthaltende Verbindungen z.T. sehr gut in den mehrwertigen Alkoholen lösen, während Aliphaten darin praktisch unlöslich sind. Die extrahierten Verbindungen können aus diesen Extrakten durch Extraktion, fraktionierte Destillation, Wasserdampfdestillation oder Ausfällen mit Wasser oder auf andere Weise gewonnen werden.

Besonders vorteilhaft können die aromatischen Verbindungen aus den erhaltenen Extrakten durch die sogenannte Rückextraktion gewonnen werden, indem man den Extrakt seinerseits wiederum mit geeigneten Extraktionsmitteln behandelt. Die Extraktion wie auch die Rückextraktion können sowohl bei normaler als auch bei erhöhter Temperatur stattfinden.

In der Praxis wird das Verfahren in an sich bekannter Weise, vorteilhaft mit Hilfe von Gegenstromextraktoren, ausgeführt. Bei der Wahl des Extraktionsmittels richtet man sich zweckmässigerweise nach der chemischen Konstitution und evtl. auch nach der Molekülgrösse der zu extrahierenden Verbindungen.

Zur Extraktion aromatischer Verbindungen verwendet man zweckmässigerweise Extraktionsmittel, wie Propylen- oder Butylenglykol oder solche mehrwertigen Alkohole oder deren Derivate, bei denen das Zahlenverhältnis Kohlenstoffatome : Hydroxylgruppen etwa das gleiche ist, wie bei den beiden genannten Glykolen. Durch Verwendung von Alkoholen oder Derivaten solcher mit einem anderen Zahlenverhältnis lässt sich die Selektivität des Extraktionsmittels beeinflussen, sodass entweder bevorzugt rein aromatische Verbindungen oder auch partiell hydrierte oder aliphatische Gruppen enthaltende Aromaten mit extrahiert werden. Den gleichen Effekt kann man durch Zusatz von einwertigen aliphatischen Alkoholen, insbesondere Methylalkohol, oder mässigen Mengen Wasser zum Extraktionsmittel erreichen. Welchen mehrwertigen Alkohol bzw. welches Gemisch man in einem konkreten Fall wählt, hängt von den in diesem Fall vorliegenden Verhältnissen ab. Das am besten geeignete Extraktionsmittel ist durch einige kurze Vorversuche leicht zu ermitteln. Das Mengenverhältnis von Extraktionsgut : Extraktionsmittel kann i9n weiten Grenzen variieren und ist bestimmt durch die Molekülgrösse und die Art der zu extrahierenden Verbindungen, die chemische Konstitution der verwandten mehrwertigen Alkohole, die Wirksamkeit der Extraktionskolonne, den Gehalt des Extraktionsgutes an zu extrahie- renden Verbindungen, durch den beabsichtigten Extraktionsgrad des Ausgangsmaterials und durch die angestrebte Reinheit des zu gewinnenden Produktes.

Die extrahierten Verbindungen können aus diesen Lösungen, wie schon erwähnt, durch fraktionierte Destillation, Wasserdampfdestillation, Ausfällen mit Wasser oder auch durch Rückextraktion mit geeigneten Lösungsmitteln gewonnen werden. Als Rückextraktionsmittel kommen insbesondere Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Petroläther oder Benzin geeigneter Siedelage, oder andere in Frage. Bei Verwendung von Petroläther oder Benzin kann auf Grund der Verteilungskoeffizienten von Aromaten zwischen Paraffinen und mehrwertigen Alkoholen unter Anwendung des Gegenstromprinzips mit Hilfe einer Extraktionskolonne von guter Wirksamkeit mit einem Unterschuss an Rückextraktionsmittel gearbeitet werden. Im allgemeinen wird man die Rückextraktion mit einem Verhältnis von Extrakt : Rückextraktionsmittel zwischen 3 : 1 und 1 : 2 durchführen. Zur Gewinnung der extrahierten Verbindungen aus der Benzinlösung destilliert man das Benzin ab. Da diese Benzinlösungen geringe Mengen an mehrwertigen Alkoholen gelöst enthalten, wäscht man sie vorher am besten mit Wasser.

Es war zwar bekannt, aromatische Verbindungen durch selektive Extraktion mit flüssigem Schwefeldioxyd zu gewinnen. Demgegenüber besitzt das Verfahren nach vorliegender Erfindung jedoch bedeutende Vorteile, wie z.B. Fortfall von Druckgefässen oder von Korrosionen bei Anwesenheit von Feuchtigkeit.

Beispiel:

Zur Extraktion wurde ein mit gläsernen Raschigringen gefüllter und mit einem Heizmantel umgebener Gegenstromextraktor aus Glas (Länge 1,5 m, innerer Durchmesser 20 mm) benutzt. Das zur Extraktion benutzte Lösungsmittel wurde von oben, das zu extrahierende Kohlenwasserstoffgemisch von unten in die Kolonne eingeführt. Durch das verschiedene spezifische Gewicht gleiten die Flüssigkeiten aneinander vorbei, wobei die Extraktion stattfindet. Die aromatenfreien Kohlenwasserstoffe werden im oberen Teil, der Extrakt im unteren Teil der Kolonne abgezogen.

192 g eines Benzins mit 30% Aromaten wurden im Verlauf von 5 Stunden mit 1000 g Butylglykol in einer Gegenstrom-Extraktionskolonne bei 60-70° behandelt. Die extrahierten aromatischen Verbindungen wurden vom Extraktionsmittel abdestilliert und sowohl die aus dem Extrakt abdestillierten Anteile als auch das Raffinat zur Entfernung geringer Mengen Extraktionsmittel mit Wasser gewaschen. Es wurden erhalten:

133 g Raffinat mit etwa 6% Aromaten (Bestimmung nach Kattwinkel)

54 g Extrakt mit 65% Aromaten (Bestimmung nach Kattwinkel).

Claims (5)

1.) Verfahren zur Trennung von Gemischen aliphatischer und aromatischer Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aromaten aus ihren Gemischen mit Aliphaten mittels gegebenenfalls Wasser und/oder niedere aliphatische Alkohole enthaltender mehrwertiger Alkohole oder deren funktioneller Derivate, die noch mindestens eine freie Hydroxylgruppe im Molekül enthalten, extrahiert.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Extraktionsmittel gegebenenfalls Wasser und/oder niedere aliphatische Alkohole enthaltende, freie Hydroxylgruppen besitzende Aether mehrwertiger Alkohole verwendet, vorzugsweise solche, die im Molekül für jede freie Hydroxylgruppe mehr als eines und weniger als vier Kohlenstoffatome enthalten.

3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Extraktionsmittel gegebenenfalls Wasser und/oder niedere aliphatische Alkohole enthaltende, freie Hydroxylgruppen besitzende Ester mehrwertiger Alkohole verwendet, vorzugsweise solche, die im Molekül für jede freie Hydroxylgruppe mehr als eines und weniger als vier Kohlenstoffatome enthalten.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass man Gemische der genannten Extraktionsmittel in beliebiger Kombination verwendet.

5.) Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die aromatischen Kohlenwasserstoffe aus den erhaltenen Extrakten mittels anderen Lösungsmittel extrahiert.