DK147279B - Fremgangsmaade til ekstraktion af aromatiske carbonhydrider fra carbonhydridblandinger - Google Patents

Description

U7279 i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til ekstraktion af aromatiske carbonhydrider fra carbonhydridblandinger.

Den foreliggende opfindelse angår mere specielt 5 en fremgangsmåde til ekstraktion af benzen, toluen, xylener og aromatiske carbonhydrider med 9 carbonatomer fra carbonhydridblandinger .

Der kendes en række fremgangsmåder til ekstraktion af aromatiske forbindelser, ved hvilke man an-10 vender væske-væske-ekstraktion efterfulgt af ekstraktiv destillation, ved at tilpasse et højtkogende opløsningsmiddel i blanding med vand som ekstraktions- og ekstraktionsdestillationsmiddel .

De højtkogende opløsningsmidler, som er de mest 15 hensigtsmæssige til disse ekstraktioner, er morpholin, alkylderivaterne af morpholin, aldehyd- og ketonderivaterne af morpholin, og blandt disse sidstnævnte er der opnået specielt bemærkelsesværdige resultater med N-formylmorpholin blandet med vand op til 30 vægt%.

20 De konventionelle ekstraktionsmetoder og metoder til ekstraktiv destillation som skitseret i det foregående samt den metode, der er særligt beskrevet i italiensk patentbeskrivelse nr. 869.496, er som regel forholdsvis kostbare i henseende til varmeforbrug, 25 specielt ved operationerne ekstraktiv destillation og ’ opløsningsmiddelstripning til udvinding af opløsningsmidlet, så det kan genanvendes i såvel ekstraktionen som den ekstraktive destillation.

Det har vist sig, at det er muligt i betragtelig 30 grad at reducere forbrugene ved under den ekstraktive destillation og rektificeringen at lade opløsningsmidlet indeholde en mængde vand, som er højere (procentvis i forhold til opløsningsmidlet} end tidligere anvendt, i forhold til vandindholdet i· opløsningsmidlet ved væske-væske-ekstraktionstrinnet eller-trinnene, 35 Opfindelsen angår en fremgangsmåde til ekstraktion af aromatiske carbonhydrider fra carbonhydridblandinger, ved hvilken man underkaster carbonhydridblandingen en væske-væske-ekstraktion, hvorved der opnås en ekstrakt 2 147279 og et raffinat, idet ekstrakten, der kommer fra væske-væske-ekstraktionen, underkastes en ekstraktiv destillation under udvinding af et topprodukt, som splittes i en højerekogende fraktion og en laverekogende 5 fraktion, hvilken laverekogende fraktion recirkuleres til bunden af væske-væske-ekstraktionen, hvilken højerekogende fraktion recirkuleres til en zone over fødestedet til ekstraktionen, og underkaster bundproduktet fra den ekstraktive destillation en rektificering for 10 at skille de aromatiske carbonhydrider fra opløsningsmidlet udelukkende under anvendelse af vand som re-fluksstrøm, idet det vandige destillat, som opnås som topprodukt fra rektificeringen, udelukkende anvendes til vask af raffinatet og derefter sendes til bunden af 15 væske-væske-ekstraktionen, hvilken fremgangsmåde er kendetegnet ved, at a) det opløsningsmiddel, der kommer ud af bunden i rektificeringstrinnet, ekspanderes adiabatisk, hvorved der udskilles en væskeformig strøm sammensat 20 af et opløsningsmiddel med et indhold af vand og aromatiske restcarbonhydrider, der er lavere end i det opløsningsmiddel, der kommer ud fra bunden af rekti-fiseringstrinnet, samt en gasformig strøm, der overvejende består af vand med et ringe indhold af op-25 løsningsmiddel og af aromatiske carbonhydrider, og b) den gasformige strøm a) sendes efter kondensation helt eller delvis til bunden af væske-væskeekstraktionen eller blandes med den ekstrakt, der kommer fra væske-væske-ekstraktionen, før indgang i den 30 ekstraktive destillationskolonne, eller blandes med bundstrømmen fra den ekstraktive destillation, før denne strøm kommer ind i rektificeringskolonnen, eller i to eller tre portioner til alle de mulige kombinationer af punkter for indføring som angivet i det 35 foregående.

3 147279

Den ovenfor og i kravene nævnte væske-væskeekstraktion kan eventuelt udføres i to trin i serie, i hvilket tilfælde angivelsen "bunden af væske-væsk-ekstraktionen" betegner bunden af det andet trin.

5 Den procentvise'vandmængde varierer ved væske- ^øske-ekstraktionen fra 0,5% til-12% ; af -opløsningsmidlet, og i de andre trin fra 2 til 15% af opløsningsmidlet, og i hvert fald er den procentvise vardmængde under den ekstraktive destillation og opløsningsmiddelrektificeringen 10 (stripperen) altid højere.

I det følgende beskrives en fordelagtig udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvor der henvises til den medfølgende tegning.

Fødeblandingen sendes via en hovedledning 17 15 til den nedre del af en væske-væske-ekstraktør 1, hvori der finder modstrømskontakt sted med opløsningsmidlet, som føres til den øvre del af ekstraktøren via en ledning 20, Fra toppen af ekstraktøren 1 kommer raffinatet ud og sendes derefter via en ledning 18 til 20 en skrubberkolonne 3 til fjernelse af eventuelle spor af medrevet opløsningsmiddel. Denne vask udføres i modstrøm med vand kommende fra et dekanteringsapparat 12.

X

25 4 147279

Det er selvsagt, at vasken er mere rentabel, jo højere renheden er, når volumenet af anvendt vand er det samme. Fra toppen af kolonnen 3 opnås raffinatet, som er frit for opløsningsmiddel, og som ved hjælp af en 5 ledning 19 tages ud af den pågældende del af anlægget.

Det udvundne vand fra bunden af kolonne 3 sendes via en ledning 33 til bunden af en væske-væske-ekstraktør 2. Det på aromatiske forbindelser berigede opløsningsmiddel kommende fra bunden af ekstraktøren 1 10 føres via en ledning 21 ind på øverste bund i ekstraktøren 2. Fra den Øverste bund af ekstraktøren 2 opnås et raffinat, der via en ledning 41 sendes til bunden af ekstraktøren 1, så en del af de aromatiske carbonhydrider, der stadig er indeholdt i raffinatet, 15 kan udvindes.

Til bunden af ekstraktøren 2 sendes via ledninger 33 og 26 vaskevand fra raffinatet kommende fra kolonnen 3 henholdsvis en strøm sammensat af carbonhydrider og vand, der kommer fra et andet konden-20 sationstrin 8 efter en ekstraktiv destillationskolonne 5.

Et af de karakteristiske træk ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er tilvejebringelsen af en strøm sammensat overvejende af vand under samtidig tilstede-25 værelse af opløsningsmiddel og aromatiske carbonhydrider, som den opnås fra kondensationen i en kondensator af dampfasen, der kommer fra en evakueret flash-beholder 14.

Via en ledning 40 er det muligt at føre en del af en sådan strøm til bunden af ekstraktøren 2, indtil 30 der er opnået det optimale indhold af vand.

Bundstrømmen fra ekstraktøren 2 sendes via en ledning 22 til en varmeveksler 4, hvori der udøves varmeudvinding på bekostning af det magre opløsningsmiddel, der kommer ud fra bunden af en stripper 10, 35 og føres derefter til en ekstraktiv destillationskolonne 5 via en ledning 23. Før dets indtag i kolonnen bliver det berigede opløsningsmiddel igen suppleret med vand ved hjælp af en ledning 38, hvilket vand kommer fra en 5 147279 kondensator 15.

Tilsætningen af vand via ledningen 38 virker fordelagtig ved lettelse af fraskillelsen af de ikke-aromatiske carbonhydrider, hvilket således muliggør 5 opnåelsen af en yderst ren ekstrakt med nedsat varmeforbrug i forhold til de tilfælde, i hvilke der anvendes mindre vand.

De opløsningsmidler, der anvendes ved ekstraktion af aromatiske forbindelser, er af højtkogende natur, og 10 jo højere vandindholdet er, des lavere er kogepunktet for den pågældende blanding, hvorfor tilsætningen af vand som -angivet i det foregående, bevirker yderligere nedsættelse af varmeforbruget i forbindelse med kolonnen til den ekstraktive destillation.

15 Det er således, at når man med en given ydelse af den ekstraktive destillationskolonne kan opvarme en strøm 27 sammensat af opløsningsmidlet og de ekstraherede aromatiske carbonhydrider til en lavere temperatur, svarende til den temperaturdifferens, som til-20 skrives forskellige størrelser af vandindhold, spares den til differensen svarende følelige varme.

Topproduktet fra kolonne 5 sendes ved hjælp af en ledning 24 først til en delkondensator 6, hvori en minimal del vand bringes til at kondensere med en del 25 af de tungere aromatiske carbonhydrider, af de højtkogende mættede carbonhydrider og af de ikke-aromatiske carbonhydrider, som er karakteriserede ved en unormal polaritet, der er således, at den fremmer deres opløse— lighed i opløsningsmidlet.

30 Det pågældende kondensat føres gennem en ledning 25 til et passende sted i ekstraktøren 1 over fødestedet ved hovedledningen 17 for at lette afløbet ind i raffinatet af de unormalt polære ikke-aromatiske forbindelser, hvorved man undgår såvel akkumulering af 35 disse forbindelser i kredsløbet som en formindskelse af ekstraktens renhed.

Den dampfase, der kommer fra en separator 7, kondenseres derefter fuldstændig i kondensatoren 8 147279 e og samles i en separator 9. Dette kondensat, som består af vand, lettere aromatiske carbonhydrider og lavt-kogende mættede carbonhydrider, føres til bunden af ekstraktøren 2 via ledningen 26.

5 Når al den vandtilsætning, der føres til bunden af ekstraktøren via ledningerne 33 og 40, tages i betragtning, vil de ikke-aromatiske højerekogende forbindelser indeholt i opløsningsmiddelfasen passere over i raffinatfasen, hvorimod de skal erstattes, delvis, i 10 opløsningsmiddelfasen, med de laverekogende ikke- aromatiske carbonhydrider; disse kan let fraskilles i det følgende ekstraktive destillationstrin.

Bundstrømmen fra kolonnen til ekstraktiv destillation suppleres via en ledning 39 med restfraktionen 15 af vand kommende ud fra kondensatoren 15 og føres derefter gennem ledning 28 til aromatstripperen 10.

Et karakteristisk trask ved den foreliggende opfindelse er tilsætningen af vand til det berigede opløsningsmiddel, før opløsningsmidlet kommer ind i 20 kolonnen 10,

Aromatstripperens opgave er at skille de aromatiske carbonhydrider fra opløsningsmidlet. Et sådant adskillelsestrin er mere møjsommeligt, des højere kogepunkterne for de aromatiske carbonhydrider, der skal 25 adskilles, er. Det har vist sig, at tilsætningen af vand fremmer denne adskillelse på helt overraskende måde. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det muligt at operere med fire trin, nemlig de operationer, der udføres i apparaterne 1, 2, 5 og 10, med de vand-30 indhold, som er mest hensigtsmæssige for at opløsningsmidlet udnyttes fuldstændigt ved de forskellige udførelsesformer .

Det magre opløsningsmiddel, der kommer ud fra stripperen 10, går via en ledning 34 til for-35 varmning af fødeblandingen til den ekstraktive destillationskolonne i varmeveksleren 4 og undergår derefter i en ventil 13 en adiabatisk ekspansion til en passende vakuumgrad, som er funktion af typen af føde- 7 147279 blanding til anlægget og indholdet af vand i opløsningsmidlet ved bunden af stripperen 10.

Ved at gøre således, på bekostning af enthalpien af strømmen 34, som efter varmevekslingen i varme-5 vekslingen i varmeveksleren 4 har en sådan temperatur, at den ikke længere kan ventes at give et fordelagtigt udbytte i installationen, opnås splitningen af strømmen 34 i to strømme 35 og 20, gasformig og væskeformig, ved hjælp af den adiabatiske ekspansion ved 10 vakuum, som er tilstrækkelige til opnåelse af et absolut tryk på 40 mm Hg.

Strømmen 35 er i det væsentlige sammensat af vand, foruden tilstedeværende opløsningsmiddel og aromatiske carbonhydrider, hvorimod strømmen 20 er 15 karakteriseret ved en betragtelig reduktion af indholdet af vand og carbonhydrider i sammenligning med strømmen 34. Ved at gøre således, opnås en strøm 20, der som følge af et mindre vandindhold og et mindre indhold af restcarbonhydrider gør det muligt, at væske-20 væske-ekstraktøren 1 kan operere under bedre betingelser, da doseringen af opløsningsmiddel kan nedsættes i forhold til hvad der gælder ved konventionelle metoder, hvilket resulterer i et nedsat varmeforbrug under løbende opnåelse af større udbytte af aromatiske 2 5 carbonhydrider.

Tilgængelig er ligeledes strømmen 35, som ved kondensering i kondensatoren 15 giver engstrøm 37 som kan splittes i strømmene 40, 38 og 39, der kan anvendes som skitseret nærmere i det foregående til at 30 variere vandindholdet i bunden af væske-væske-ekstraktøren 2, i kolonnen 5 til ekstraktiv destillation og i aromatstripperen 10.

Vakuum i separatoren 14 og kondensatoren 15 opretholdes ved hjælp af en ejektor 16 via ledning 35 36.

Det er vigtigt at bemærke, at vakuumgraden, der skal opnås, er nært knyttet til muligheden for opnåelse af fuldstændig kondensation (med undtagelse af 8 147279 ukondenserbare stoffer) i strømmen 35 til undgåelse af mulige tab af aromatiske carbonhydrider. Det formålstjenlige ved at anvende en adiabatisk ekspansion af opløsningsmidlet fra stripperbunden er at muliggøre, at andre fordele kan op-5 nås; disse beror på, at i modsætning til, hvad der gælder for den kendte teknik, kan opløsningsmidlet opnås ved stripperbunden med en sammensætning, som er forskellig fra sammensætningen af opløsningsmidlet, der føres til éks traktøren 1. Fordelene ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan præciseres i følgende punkter; 10 1. Restindholdet af aromatiske carbonhydrider i strømmen 34 er betydeligt højere end de tilsvarende indhold i strømmen 20, og netop på grund af den adiabatiske momentanfordampning . ‘ er det muligt at skille en del af disse carbonhydrider fra i damp- 15 fasen. Som resultat deraf er den fraktioneringsgrad, der skal opnås i den aromatiske stripper, ikke så høj, så der kan opnås betragtelige besparelser i varmeforbruget .

2. Eftersom, opløsningsmidlet ved'stripper- 20 bunden har et højere indhold af vand og carbonhydrider end strømmen 20, er det relative kogepunkt, når trykket er det samme, lavere end for strømmen 20.

Følgelig er det muligt at have et mindre forbrug, som er forbundet med formindskelserne i den følelige varme 25 svarende til temperaturforskellen.

3. Idet det bemærkes, at den højeste temperatur forefindes i bunden af stripperen, betyder det, at nedsættelse af denne temperatur har positivt gode resultater såvel i henseende til stabiliteten af 30 opløsningsmidlet som i henseende til undertrykkelsen af mulige korrosionsfænomener, således at kulstofstål kan anvendes i hele anlægget uden risiko.

4. Da fraktioneringen er mindre intens, er det muligt at undgå indføringen, ved stripperbunden, af 35 vanddamp dannet ved fordampning af en del af vandet som opnås som et destillat i dekanteringsapparatet 12.

Når den til kogerbunden tilførte varme er den samme og strømhastigheden for destillatet 32 reduceres til en 9 147279 minimal strømningshastighed i overensstemmelse med kravene til raffinatvasken, er det muligt at arbejde med høje refluksforhold, og der opnås således mindre intense opløsningsmiddelmedrivninger. · 5 5. Ved at udnytte den adiabatiske ekspansion dannes en strøm, som i det væsentlige er sammensat af vand, der anvendes efter installationens behov og ved at udnytte varmeværdier, som ikke kunne have været anvendt på anden måde. Derimod opnås i de til teknikkens stade hørende 10 procedurer, vandet, der skal anvendes i installationen, ved destillation af opløsningsmidlet, og det separeres derefter fra carbonhydriderne i separatorerne ved toppen af kolonnen til ekstraktiv destillation og stripperen for aromatiske forbindelser.

15 Operationerne i de forskellige trin ved frem gangsmåden ifølge opfindelsen udføres under anvendelse af temperaturintervaller og vandindhold som specificeret 1 det følgende.

a) Temperaturen i væske-væske-ekstraktionstrinnene 20 1 og 2 ligger mellem 15 og 100°C. Vandindholdet i trinnene 1 og 2 ligger mellem 0,5 og 12 vægts, og det foretrukne område for trin 1 er 0,5 til 8% og for trin 2 0,5 til 12%.

b) Vandindholdet i opløsningsmidlet i trinnet til' den 25 ékstraktive destillation i kolonne 5 og den aromatiske stripper 10 ligger mellem 2 og 15 vægt%.

De mest hensigtsmæssige vandindhold vælges i hvert tilfælde som funktion af indholdet af ikke-aromatiske forbindelser og relative forhold for de 30 aromatiske forbindelser i fødeblandingen til installationen .

Det efterfølgende eksempel forklarer opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen.

35 147279 10

Eksempel

Der blev anvendt en fødeblanding, som var reformerbenzin med følgende sammensætning:

Benzen 10 vægt% 5 Toluen 31 vægt%

Xylener 21 vægt%

Cg + aromatiske forbindelser 3 vægt%

Ikke-aromatiske forbindelser 30 vægt% Fødeblandingen blev i en mængde på 100 kg/time 10 ført til nederste bund i væske-væske ekstraktionskolonnen 1, som havde 60 gennemhullede plader.

Til toppen af kolonnen 1 blev der sendt en N-formylmorpholin (med 2 vægt% vand og med et restcarbon-hydridindhold på ca. 1,2 vægt%) med en strømningshastighed 15 på 370 kg/time. Til den tyvende bund (nummereret nedenfra) blev den tungere fraktion 25 sendt, hvilken fraktion var opnået i det første kondensationstrin 7 og stammede fra toppen af kolonnen 5 til ekstraktiv destillation, i en mængde på 1,5 kg/time, af hvilken 20 0,25 kg/time var vand. Kolonnen 1 blev holdt ved en temperatur beliggende mellem 50 og 60°C. Fra toppen af kolonnen 1 kom raffinatet ud, og det blev efter vask i kolonnen 3 sendt til den ikke viste del af anlægget med en strømningshastighed på 31,9 kg/time.

25 Som vaskevand anvendtes det, der kom ud af dekanteringsapparatet 12 fuldstændigt frit for opløsningsmiddel, ved en strømningshastighed på 2,2 kg/ time, og det blev efter at være brugt i vasketrinnet 3 sendt til bunden af væske-væske-ekstraktøren 2.

30 Ved bunden af ekstraktøren 2, som havde tyve gennemhullede bunde, blev den lettere fraktion 26 af topproduktet fra den ekstraktive destillation i kolonne 5 sendt i en mængde på 28,6 kg/time, hvoraf 7,4 kg/ time var vand.

35 Endelig blev via ledningen 40 sendt en strøm med en strømningshastighed på 7,8 kg/time, hvoraf 4,3 kg/time var vand, og resten af fraktionen var carbonhydrider og opløsningsmiddel, til bunden af 147279 11 ekstraktøren 2.

I bundstrøimnen fra ekstraktøren 2 var der en koncentration af vand på 4,5 vægt% i forhold til den totale blanding, mens der var 5,7 vægt% i forhold til 5 systemet opløsningsmiddel/vand.

Før indgang i kolonnen 5 til ekstraktiv destillation blev bundstrømmen fra 2 suppleret via ledningen 38 med en strøm på 5,9 kg/time, hvoraf 3,2 kg/time var vand.

10 Temperaturen ved bunden af kolonnen 5 blev holdt ved 146°C, og vandkoncentrationen var 3,8 vægt% i forhold til blandingen, som også omfattede aromatiske carbonhydrider og opløsningsmiddel, hvorimod denne koncentration var 4,5 vægt% i forhold til opløsnings-15 midlet alene.

I det viste eksempel blev det antaget, at det opnåede kondensat fra kondensatoren 15 kun blev splittet i to strømme 40 og 38, og at vandkoncentrationen også i den ekstraktive destillationskolonne blev holdt 20 så høj som forenelig med de anvendte kvantiteter.

Bundstrømmen fra den ekstraktive destillationss-kolonne blev sendt til den aromatiske stripper 1Q, fra hvis top med efterfølgende kondensator 11 og separator 12, der blev opnået aromatiske carbon^ 25 hydrider 30, med høj renhed. Indholdet af ikke*· aromatiske carbonhydrider var mindre end 400 ppm.

Der blev løbende opnået høje udbytter af aromas-tiske forbindelser, som det fremgår af følgende værdier:

Benzen 100% 30 Toluen 99,8%

Xylener 97%

Cg + aromatiske forbindelser 85%

Den som destillat opnåede vandige fase fra de·'-kanteringsapparatet 12 blev anvendt til vask af 35 raffinatet.

Bundproduktet fra aromatstripperen 10 blev holdt ved temperaturen 160°C og havde et restindhold af carbonhydrider på 2 vægt% og et vandindhold på 3,9 12 147279 vægt%.

Efter den adiabatiske ekspansion opnåedes et opløsningsmiddel, der sendtes til ekstraktøren 1 med et indhold af restcarbonhydrider på 1,2 vægt% og et 5 indhold af vand på 2 vægts.

I separatoren 14 så vel som i kondensatoren 15 blev der holdt et tryk på 110 mm Hg (absolut), I sammenligning med en konventionel cyclus, som ikke har adiabatisk ekspansion af opløsningsmidlet fra 10 stripperbunden, muliggør, ved opnåelse af aromatiske carbonhydrider med samme renhed, den hidtil ukendte fremgangsmåde varmebesparelser så høje som 18% i kolonnen til den ekstraktive destillation og af størrelsesordenen 20% i den aromatiske stripper, idet der 15 samtidig opnås højere udbytter af de aromatiske carbonhydrider.

Claims (2)

147279 PATENTKRAV ·

1. Fremgangsmåde til ekstraktion af aromatiske carbonhydrider fra carbonhydridblandinger, ved hvilken man underkaster carbonhydridblandingen en væske-væske-5 ekstraktion, hvorved der opnås en ekstrakt og et raf-finat, idet ekstrakten, der kommer fra væske-væskeekstraktionen, underkastes en ekstraktiv destillation under udvinding af et topprodukt, som splittes i en højerekogende fraktion og en laverekogende fraktion, 10 hvilken laverekogende fraktion recirkuleres til bunden af væske-væske-ekstraktionen, hvilken højerekogende fraktion recirkuleres til en zone over fødestedet til ekstraktionen, og underkaster bundproduktet fra den ekstraktive destillation en rektificering for at skille 15 de aromatiske carbonhydrider fra opløsningsmidlet udelukkende under anvendelse af vand som refluksstrøm, idet det vandige destillat, som opnås som topprodukt fra rektificeringen udelukkende anvendes til vask af raffinatet og derefter sendes til bunden af væske-20 væske-ekstraktionen, kendetegnet ved, at a) det opløsningsmiddel, der kommer ud af bunden i rektificeringstrinnet, ekspanderes adiabatisk, hvorved der udskilles en væskeformig strøm sammensat af et opløsningsmiddel med et indhold af vand og aromatiske 25 restcarbonhydrider, der er lavere end i det opløsningsmiddel, der kommer ud fra bunden af rektificeringstrinnet, samt engasformig strøm, der overvejende består af vand med et ringe indhold af opløsningsmiddel og af aromatiske carbonhydrider, og 30 b) den gasformige strøm fra a) sendes efter kondensation helt eller delvis til bunden af væske-væske-ekstraktionen eller blandes med den ekstrakt, der kommer fra væske-væske-ekstraktionen, før indgang i den ekstraktive destillationskolonne, eller blandes 35 med bundstrømmen fra den ekstraktive destillation, før denne strøm kommer ind i rektificeringskolonnen, eller i to eller tre portioner til alle de mulige kombinationer af punkter for indføring som angivet i det foregående.