EP1349630A2 - Verfahren zur abtrennung von mindestens einer reaktiven komponente aus flüssigen stoffgemischen und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur abtrennung von mindestens einer reaktiven komponente aus flüssigen stoffgemischen und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens

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Publication number
EP1349630A2
EP1349630A2 EP01996422A EP01996422A EP1349630A2 EP 1349630 A2 EP1349630 A2 EP 1349630A2 EP 01996422 A EP01996422 A EP 01996422A EP 01996422 A EP01996422 A EP 01996422A EP 1349630 A2 EP1349630 A2 EP 1349630A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
column
product
reactive
formation
reactive distillation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01996422A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erik Stein
Achim Kienle
Kai Sundmacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1349630A2 publication Critical patent/EP1349630A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • B01D3/146—Multiple effect distillation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for separating at least one reactive component from liquid substance mixtures in a system comprising at least two coupled reactive distillation columns.
  • the invention also relates to an apparatus for performing the method.
  • Reactive distillation is understood to mean the simultaneous implementation of reaction and material separation in one apparatus, usually a reactive distillation column (RDK).
  • RDK reactive distillation column
  • Typical examples are esterifications, e.g. B. the synthesis of methyl acetate, or etherifications, for. B. the synthesis of methyl tert-butyl ether (MTBE).
  • RDKn are used on a large industrial scale.
  • Reactive separations using RDK are already known for various material systems. So in “Ind. Closely. Chem. Process Des. Dev. ", 1985, volume 24, pages 1062 ff. Describes the separation of m- and p-xylene, using sodium p-xylene as an entrainer. In this reactive distillation, one input is provided for the xylenes, while the two go out of both components p-xylene and m-xylene.
  • the reactive separation of a mixture of 3-picoline and 4-picoline is from “Comput. Chem. Engng. ", 1988, volume 12, pages 1141 ff.
  • trifluoroacetic acid, chloropyridine and nitromethane are used as solvents.
  • the system shown consists of two reactive distillation columns and four non-reactive columns.
  • the present invention therefore relates to a method for separating at least one reactive component from a liquid mixture of substances in a system of at least two coupled reactive distillation columns with a formation column and a cleavage column, in which at least one by-product is removed from the system.
  • Figure 1 shows a device with a column system
  • Figure 2 shows an example of the embodiment of Figure 1 based on the separation of the mixture of iso- butene / n-butene;
  • Figure 4 shows a device with a column system
  • FIG. 5 shows an example of the embodiment according to FIG. 4 based on the separation of the isobutene / n-butene mixture
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the method according to the invention on the basis of the separation of the isobutene / n-butene mixture
  • Figure 9 shows another embodiment of the method according to the invention based on the separation of the mixture cyclohexene / cyclohexane.
  • At least two reactive distillation columns which are coupled to one another, are required to carry out the process according to the invention.
  • the by-product or the by-products can be removed in or after the first column, the formation column, or in or after the second column, the cleavage column.
  • the by-product or the by-products are removed by means which are suitable for discharging the by-products from the system.
  • a separate, non-reactive distillation column or a side draw or a phase separator (decanter) can be provided for this.
  • the by-product is then removed from the top or bottom of the respective column.
  • FIG. 1 shows a device with a column system for carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • the column system 9 consists of two coupled reactive distillation columns, which are composed of the formation column 10 and the cleavage column 11. A non-reactive distillation column 12 is connected in between. Return devices 14 are provided at the top and bottom of the individual columns 10, 11 and 12, respectively.
  • the method for reactive separation with this column system 9 proceeds as follows:
  • a mixture of substances ie a mixture of at least two components 1, is introduced into the formation column 10.
  • the mixture is composed of at least one inert component 2 and at least one reactive component 3.
  • a reaction partner 7 is introduced into the formation column 10, which reacts in the formation column 10 with the reactive component or components 3 of the mixture to form one or more reaction products 4.
  • the lower-boiling, inert components 2 distill off in pure form from the top of the formation column 10.
  • a mixture of by-products and reaction product (s) 6 is then passed from the bottom of the formation column 10 and transferred to the non-reactive distillation column 12.
  • the by-products become from the bottom of the non-reactive distillation column 12 5 removed in pure form.
  • reaction product or products 4 passes from the top of the non-reactive distillation column 12 into the cleavage column 11, where the reaction products 4 split into the pure components 3 and into the reactants 7.
  • the pure reactive components 3 escape via the top of the Cleavage column 11, while the reactant 7 in a mixture with the by-products 5 formed in the cleavage column 11 is removed from the bottom of the cleavage column 11.
  • the mixture of reactants and by-products 8 is fed back to the formation column 10.
  • the by-products can also be withdrawn from the bottom of the formation column 10.
  • This preferred embodiment is shown in FIG. 4. Here a device with a column system is shown, a side draw being provided on the formation column.
  • the device comprises a column system 9, which is composed of the formation column 10 and the cleavage column 11.
  • the by-products 5 are derived in pure form at the bottom of the formation column 10.
  • a mixture of at least two components, at least one inert component 2 and at least one reactive component 3 is introduced into the formation column 10.
  • a reaction partner 7 is introduced into the formation column 10.
  • the reaction partner 7 forms a reaction product or reaction products 4 with the reactive components 3.
  • the reaction products 4 are removed from the formation column 10 via a vapor side draw 13.
  • the by-products 5 are derived in pure form from the bottom of the formation column 10.
  • the reaction product 4 are split again into the components 3 and the reactant 7 in the cleavage column 11.
  • the components 3 leave the top of the cleavage column 11 in pure form.
  • the reactant 8 forms a mixture 8 with the by-products 5 which have formed in the cleavage column 11 at the bottom of the cleavage column 11. This mixture leaves the bottom of the cleavage column 11 and is reintroduced into the formation column 10.
  • return devices 14 are located at the top and bottom of the two coupled columns 10 and 11.
  • high-boiling by-products are removed from the circuit in order to avoid accumulation. This can be done either in separate separation devices (e.g. distillation columns) or by vapor or liquid side draws from the respective component. A basic distinction must be made between two cases.
  • the by-products are more boiling than the reaction product or as the reaction partner.
  • the separation takes place as the bottom product of a separate non-reactive distillation column or as the bottom product of the RDK with side draw.
  • the by-products are lower boiling than the reaction product or as the reaction partner.
  • the separation takes place as the top product of a separate non-reactive distillation column or as a side draw from the RDK.
  • those components which have a higher reactivity can be separated from all substance mixtures which consist of narrow-boiling components.
  • Reactive components are, in particular, alkenes, preferably tertiary olefins or cycloalkenes.
  • At least one reactive component of this mixture can be etherified, hydrated or esterified.
  • Olefins can be mentioned, for example, isobutene, isoamylene, isohexene and isoheptene from the corresponding C 4 to C 7 mixtures.
  • alcohols straight-chain or branched, mono- or polyhydric alcohols are used for the etherification.
  • the alcohol preferably has one to five carbon atoms.
  • methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol can be mentioned here.
  • ethers are formed, for example: olefins: methyl tert. -Butyl ether (MTBE), tert. -Amyl methyl ether, methyl tert. -Hexyl ether, methyl tert. -Heptyl ether, ethyl tert-butyl ether, ethyl tert-amyl ether, ethyl tert. -Hexyl ether, ethyl tert-heptyl ether and the corresponding ethers from the formation with propanols and butanols.
  • MTBE tert. -Amyl methyl ether
  • methyl tert. -Hexyl ether methyl tert. -Hexyl ether
  • ethyl tert-butyl ether ethyl tert-amyl ether
  • tert. Olefins for example, isobutene, isoamylene, isohexene and isoheptene from the various C 4 to C mixtures may be mentioned.
  • the tert. -Alcohol in this case correspond to the tert. -Butyl alcohol, ter. -Amyl alcohol, tert-hexyl alcohol and tert-heptyl alcohol.
  • Cyclopentene, cyclohexene or cycloheptene can be mentioned as examples of suitable cycloalkenes.
  • a carboxylic acid is used as the esterification agent.
  • the carboxylic acid can be a saturated or unsaturated, branched or unbranched carboxylic acid having two to ten carbon atoms and one or more acid groups.
  • formic acid, acetic acid, acrylic acid and methacrylic acid can be mentioned here.
  • the carboxylic acid esters formed are then, for example, cyclopentyl formate, cyclopentyl acetate, cyclopentyl acrylate, cyclopentyl methacrylate, cyclohexyl formate, cyclohexyl acetate, cyclohexyl acrylate and cyclohexyl methacrylate and the corresponding esters from the formation with the other carboxylic acids.
  • the reaction conditions depend on the mixture of substances to be separated.
  • the temperatures reached during reactive distillation depend directly on the pressure set in the column and correspond to the boiling temperatures of the respective mixtures or pure substances.
  • pressures of 0.1 to 11 bar are realized, preferably pressures of 5 to 8 bar (corresponding to temperatures up to 200 ° C.).
  • pressures of 0.1 to 6 bar are used, preferably pressures of 2 to 4 bar (temperatures up to 140 ° C).
  • the esterification of cycloalkenes takes place at pressures of 0, 1 to 10 bar (corresponding to temperatures up to 250 ° C) instead.
  • catalysts can be used to carry out the reactions.
  • strongly acidic substances are used as catalysts.
  • heterogeneous catalysts e.g. B. sulfonic acid ion exchange resins to be introduced in the form of commercial packs or as beds in the columns.
  • acids such. B. sulfuric acid can be used. The latter have the advantage that fewer by-products are formed, but it is more difficult to position the reaction zone.
  • the device according to the invention for carrying out the reactive separation of a liquid mixture comprises at least two coupled reactive distillation columns 9, which are composed of a formation column 10 and a cleavage column 11. Furthermore, the coupled reactive distillation column system 9 has at least one device for removing the by-products.
  • the device for removing the by-products is a non-reactive distillation column 12.
  • This non-reactive distillation column 12 is connected between the formation column 10 and the cleavage column 11.
  • the reaction product 6 formed in the formation column 10 from the reactive components and the supplied reactant 7 enters the column 12.
  • the by-products 5 are then derived in pure form at the bottom of the non-reactive distillation column 12.
  • the device for removing the by-products is a steam side draw 13.
  • This side draw 13 is provided in the lower part of the formation column 10.
  • the reaction product is transferred to the cleavage column 11 via the steam side draw 13.
  • the by-product can advantageously be discharged via at least one of the phase separators (decanters).
  • a phase separator is provided at the top of each column.
  • return devices or evaporator devices 14 are provided on the columns 10 and 11 and on the column 12.
  • the device according to the invention can be used in particular for the production of important raw materials for subsequent syntheses.
  • iso-butene can be used in a variety of ways in the plastics industry as the basis for polymers and polymer blends.
  • the by-products obtained in pure form can also be used directly.
  • diisobutene obtained in isobutene etherification which can be used as a fuel additive (anti-knock agent).
  • the advantages of the principle of reactive separation and the system of reactive distillation column are combined with one another in an advantageous manner.
  • Both the formation column and the cleavage column are known, but only individually without recycling the reactant.
  • the individual reactive distillation columns are directly connected.
  • the by-products are discharged from the column system in order to avoid their accumulation and to ensure good yield and purity of the components to be separated off.
  • the by-products can be discharged via further separation columns or via a side draw or via at least one Phase separators take place.
  • the second or third variant is, depending on the respective fabric systems, often an inexpensive solution.
  • a mixture of the narrow-boiling substances isobutene and n-butene is fed to a system consisting of two coupled reactive distillation columns and a non-reactive distillation column.
  • the reactive component iso-butene reacts with methanol, which is initially specified as the reaction partner, to form the heavy-boiling ether MTBE.
  • the top product of the column consists of pure n-butene.
  • DIB by-product diisobutene
  • DIB is drawn off in the bottom of this column in a highly pure form and can be used for further process steps.
  • the MTBE is transferred from the top of the non-reactive distillation column to the downstream cleavage column, where the ether is completely cleaved again into the original isobutene and methanol components.
  • the lower-boiling component isoButene is removed as the top product in pure form, while the methanol is returned to the formation column using the DIB.
  • the column system is operated at 6 bar, all inlets are supplied as saturated liquids.
  • the MTBE formation column has 30 stages, the condenser at the top being stage 1 and the evaporator in the bottom being stage 30.
  • the stages 2 to 12 are filled with catalyst and form the reactive zone.
  • stage 12 All feeds into this column are fed to stage 12, that is to say at the lower end of the reaction zone.
  • the non-reactive DIB separation column also has 30 stages, the feed is fed as stage 12.
  • stage 12 The MTBE cleavage column has 50 stages, of which stages 2 to 20 form the reaction zone. The feed is brought in at level 10.
  • the following table shows the mass flows (in mol / s) of all columns and their molar states (in mol%).
  • D denotes the distillate stream at the top of the column, B the bottom product stream. It can be seen that all products leave the plant in high to very high purities. 70% of the isobutene used can be obtained in pure form, the remaining 30% are converted to diisobutene. The required heating capacities of the evaporators are also given.
  • DME dimethyl ether
  • Figure 3 with the concentration profiles of the individual components in the three columns (a to c) shows that the inert component n-butene, the reactive component iso-butene and the by-product DIB are deducted in high to very high purities at the corresponding points.
  • a steam side draw is provided for a steam flow in the MTBE formation column.
  • the design of this column system essentially corresponds to the design with DIB column described in Example 1.
  • the only difference in equipment is that the formation column here has 40 stages, with the vapor-shaped side draw being attached to stage 22.
  • the feed of the cleavage column consists of saturated steam.
  • pure MTBE is drawn off via this steam side draw and fed to the MTBE cleavage column.
  • the diisobutene (DIB) is removed in liquid form at the bottom of the formation column in pure form.
  • FIG. 5 shows the concentration profiles in the two columns for the components involved. Compared to the variant in Example 1, one column is saved.
  • Example 2 Unlike in Example 2, a phase separator is used to remove the by-product diisobutene. A corresponding separation scheme is shown in FIG. 7.
  • the TBA formation column is operated at a pressure of 10 bar.
  • the external inlets are supplied as saturated liquids.
  • the column consists of 30 stages, the evaporator in the bottom representing stage 30.
  • the upper part of the column up to and including stage 14 is filled with catalyst and forms the reactive zone.
  • Pure water is fed to stage 2, the butene mixture to stage 14.
  • the vapor mixture drawn off at the top of the column (stage 1) is partially condensed, the more volatile n-butene being obtained in pure form as vapor.
  • the remaining components are fully compensated and separated into an organic and an aqueous phase in a phase separator (decanter).
  • the aqueous phase is returned to the column, while the organic phase is drawn off as a by-product stream.
  • the TBA cleavage column is operated at a pressure of 3 bar. This column also consists of 30 stages. The bottom product stream from the formation column is fed as a feed to stage 14. Stages 3 to 27 of the column are carried out reactively. Analogous to the formation column, the steam flow is partially condensed at the top, so that isobutene is drawn off in its purest form as steam and the remaining components are split into two phases. In contrast to the formation column, the organic phase is almost completely returned to the column here. The concentration profiles of the two reactive columns are shown in FIG. 8.
  • Nb denotes the vaporous butene product streams
  • Norg the discharged organic phase streams from the known
  • B the bottom product stream. It can be seen that all products leave the plant in high to very high purities. About half of the isobutene used can be obtained in pure form, the rest is mainly converted to diisobutene. The required heating power of the evaporators are also given.
  • the steam flow at the top of the column is completely condensed, as a result of which an aqueous and an organic phase form in the phase separator (decanter).
  • the organic phase consists of the highly pure product cyclohexane and is separated off.
  • the aqueous phase is returned to the column.
  • the intermediate product cyclohexanol and any by-products formed are fed to the cleavage column, which is carried out in a completely reactive manner. At the top of this column, a vapor stream is obtained, which is completely condensed analogously to the formation column and separated into two liquid phases. The product cyclohexene is drawn off in high purity as the organic phase. The aqueous phase is returned to the column. The bottom stream of the cleavage column is also fed to a decanter in order to discharge the by-products formed in the organic phase. The aqueous phase is returned to the formation column.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch mit mindestens zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen, bei dem mindestens ein Nebenprodukt aus dem System entfernt wird. Die Erfindung beschreibt ebenfalls Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus flüssigen Stoffgemischen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus flüssigen Stoffgemischen in einem System aus mindestens zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
In der chemischen Verfahrenstechnik liegen zumeist Gemische von Stoffen vor, die zur Weiterverarbeitung oder direkt als Produkt in die einzelnen Komponenten mit vorgegebener Reinheit zerlegt werden müssen. Das Standardverfahren zur Stofftrennung ist die Destillation oder Rektifikation. Bei diesem Verfahren strömen Flüssigkeit und Dampf im Gegenstrom in einer Kolonne, wodurch sich die Komponenten mit niedrigem Siedepunkt oben am Kopf der Kolonne anreichern und die Komponenten mit höheren Siedepunkten unten im Sumpf der Kolonne verbleiben. Die Trennung eng siedender Gemische mit ähnlichen Siedepunkten ist mit hohem apparativen und/oder energetischen Aufwand verbunden. Mögliche Einsparungen in Investitions- und/oder Energiekosten sind daher von großer wirtschaftlicher Bedeutung.
Falls sich Stoffe, die destillativ nicht getrennt werden können, in ihren chemischen Eigenschaften stark unterscheiden, ist es möglich, eine oder mehrere Komponenten reaktiv abzutrennen. Dabei reagieren besagte Komponenten mit einem geeigneten Reaktionspartner zu neuen Substanzen, die aufgrund ihrer Stoffeigenschaften (z. B. Siedepunkt) vom restlichen Gemisch leicht abgetrennt werden können. Diese Reaktion uss reversibel sein, um nach Abtrennung der Reaktionsprodukte dieses wieder in seine Ausgangskomponenten zu spalten. Der Reaktionspartner wird in die erste Prozessstufe zurückgeführt, wohingegen die gewünschten Komponenten in der erforderlichen Reinheit abgetrennt werden. Die Reaktionsbedingungen für die Hin- und Rückreaktion können sich dabei deutlich unterscheiden, z. B. im Druck- und Temperaturbereich oder in der Art und Menge des eingesetzten Katalysators .
Solche reaktiven Trennungen werden destillativ in einer Reaktivdestillation (RD) durchgeführt. Unter Reaktivdestillation (RD) versteht man die simultane Durchführung von Reaktion und Stofftrennung in einem Apparat, üblicherweise einer Reaktivdestilla- tionskolonne (RDK) . Typische Beispiele sind Veresterungen, z. B. die Synthese von Methylacetat, oder Veretherungen, z. B. die Synthese von Methyl tert-Butyl Ether (MTBE) . Bei beiden Beispielen werden RDKn großindustriell eingesetzt.
Reaktive Trennungen unter Verwendung von RDK sind bereits für diverse StoffSysteme bekannt. So ist in „Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev.", 1985, Band 24, Seiten 1062 ff. die Trennung von m- und p-Xylol beschrieben, wobei Natrium p-Xylol als Schleppmittel verwendet wird. In dieser Reaktivdestillation ist ein Eingang für die Xylole vorgesehen, während über zwei Ausgänge die beiden Komponenten p-Xylol und m-Xylol herausgehen.
Die reaktive Trennung eines Gemisches aus 3-Picolin und 4- Picolin ist aus „Comput. Chem. Engng.", 1988, Band 12, Seiten 1141 ff. bekannt. In diesem Reaktivdestillationsprozess werden Trifluoressigsäure, Chlorpyridin und Nitromethan als Lösungsmittel eingesetzt. Die gezeigte Anlage besteht aus zwei Reaktivdestillationskolonnen und vier nicht-reaktiven Kolonnen.
Der Artikel in „Chemical Technology (RSA)", März/April 1999, Seiten 1 ff. berichtet ganz allgemein über gekoppelte Reaktiv- destillationskolonnen. Bei dem angegebenen Fließbild wird ein Gemisch aus den Komponenten A und B über eine nicht-reaktive Säule (A) und eine reaktive Regenerationssäule (B) aufgetrennt. Andere im Fließbild auftretenden Komponenten bleiben im System und werden nicht nach außen geführt.
Das Hauptproblem bei reaktiven Trennungen besteht darin, dass in der Regel unerwünschte Nebenreaktionen auftreten. Dabei wird ein Teil der zu trennenden Ausgangsstoffe in Nebenprodukte umgewandelt, mit der Folge, dass die Produktausbeute der einzelnen Komponenten wesentlich herabgesetzt ist, und sich Nebenprodukte durch die Rückführung des oben genannten Reaktionspartners akkumulieren können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für die Reaktivdestillation ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem bzw. der die bei der Auftrennung der Komponenten eines Stoffgemisches auftretenden Nebenprodukte gesteuert werden können, um die Komponenten jeweils in reiner Form und hoher Ausbeute zu erhalten, und oben genannten Akkumulationseffekte zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls mit einer Vorrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 22 definiert ist. Die Unteransprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch in einem System aus mindestens zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen mit einer Bildungskolonne und einer Spaltungskolonne, bei dem mindestens ein Nebenprodukt aus dem System entfernt wird.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung mit einem Kolonnensystem zur
Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine nichtreaktive Destillationskolonne zwischengeschaltet ist;
Figur 2 ein Beispiel für die Ausführungsform nach Figur 1 anhand der Trennung des Gemisches iso- Buten/n-Buten;
Figuren 3a bis c Konzentrationsprofile der einzelnen Komponenten in den drei Kolonnen nach Figur 2;
Figur 4 eine Vorrichtung mit einem Kolonnensystem zur
Durchführung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein Dampfseitenabzug an der Bildungskolonne vorgesehen ist;
Figur 5 ein Beispiel für die Ausführungsform nach Figur 4 anhand der Trennung des Gemisches iso- Buten/n-Buten; und
Figuren βa, b Konzentrationsprofile der einzelnen Komponenten in den zwei Kolonnen nach Figur 5. Figur 7 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Trennung des Gemisches iso-Buten/n-Buten,
Figur 8 a, b Konzentrationsprofile der einzelnen Komponenten in den Kolonnen nach Figur 7 und
Figur 9 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Trennung des Gemisches Cyclohexen/Cyclohexan.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei Reaktivdestillationskolonnen benötigt, die miteinander gekoppelt sind. Das Nebenprodukt bzw. die Nebenprodukte können, je nach zu trennendem Stoffgemisch und zugeführtem Reaktionspartner in oder nach der ersten Kolonne, der Bildungskolonne, bzw. in oder nach der zweiten Kolonne, der Spaltungskolonne, entfernt werden.
Die Entfernung des Nebenproduktes bzw. der Nebenprodukte erfolgt über Einrichtungen, die geeignet sind, die Nebenprodukte aus dem System zu schleusen. Beispielsweise kann dafür eine separate, nicht-reaktive Destillationskolonne oder ein Seitenabzug oder ein Phasenscheider (Dekanter) vorgesehen werden.
Abhängig von den Eigenschaften des konkreten Stoffgemisches ist es günstiger, das Nebenprodukt in oder nach der Spaltungskolonne zu entfernen oder es gemeinsam mit dem Reaktionspartner zur Bildungskolonne zurückzuführen und es in oder nach dieser Kolonne abzutrennen. Treten mehrere Nebenprodukte auf, so kann es auch vorteilhaft sein, diese sowohl in oder nach der Bildungskolonne als auch in oder nach der Spaltungskolonne aus dem gekoppelten System auszuschleusen. Beispielsweise können diese mit einer nicht-reaktiven Reaktivdestillationskolonne je nach Siedereihenfolge als Kopf- oder Sumpfprodukt dieser Kolonne anfallen.
Je nach dem, ob es sich bei dem Nebenprodukt um eine höhersiedende oder niedrigsiedende Substanz handelt, wird das Nebenprodukt dann aus dem Kopf oder dem Sumpf der jeweiligen Kolonne entfernt.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Kolonnensystem zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Kolonnensystem 9 besteht aus zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen, die aus der Bildungskolonne 10 und der Spaltungskolonne 11 zusammengesetzt sind. Dazwischen ist eine nicht-reaktive Destillationskolonne 12 geschaltet. Jeweils am Kopf und am Sumpf der einzelnen Kolonnen 10, 11 und 12 sind Rücklaufeinrichtungen 14 vorgesehen. Das Verfahren zur reaktiven Trennung mit diesem Kolonnensystem 9 läuft folgendermaßen ab:
Ein Stoffgemisch, d. h. eine Mischung aus mindestens zwei Komponenten 1 wird in die Bildungskolonne 10 eingeleitet. Das Gemisch ist aus mindestens einer inerten Komponente 2 und mindestens einer reaktiven Komponente 3 zusammengesetzt. Gleichzeitig wird in die Bildungskolonne 10 ein Reaktionspartner 7 eingeleitet, der in der Bildungskolonne 10 mit der reaktiven Komponente bzw. den reaktiven Komponenten 3 des Gemisches unter Bildung eines Reaktionsproduktes oder mehrerer Reaktionsprodukte 4 reagiert. Die niedriger siedenden, inerten Komponenten 2 destillieren in reiner Form aus dem Kopf der Bildungskolonne 10 ab. Aus dem Sumpf der Bildungskolonne 10 wird dann eine Mischung aus Nebenprodukten und Reaktionsprodukt (en) 6 geleitet und in die nichtreaktive Destillationskolonne 12 überführt. Aus dem Sumpf der nicht-reaktiven Destillationskolonne 12 werden die Nebenprodukte 5 in reiner Form entfernt. Gleichzeitig geht das Reaktionsprodukt oder die Reaktionsprodukte 4 aus dem Kopf der nichtreaktiven Destillationskolonne 12 in die Spaltungskolonne 11 ü- ber. Dort spalten sich die Reaktionsprodukte 4 in die reinen Komponenten 3 und in den Reaktionspartner 7. Die reinen reaktiven Komponenten 3 entweichen über den Kopf der Spaltungskolonne 11, während der Reaktionspartner 7 im Gemisch mit den in der Spaltungskolonne 11 gebildeten Nebenprodukten 5 aus dem Sumpf der Spaltungskolonne 11 entfernt wird. Das Gemisch aus Reaktionspartner und Nebenprodukten 8 wird der Bildungskolonne 10 wieder zugeführt.
Die Nebenprodukte können auch aus dem Sumpf der Bildungskolonne 10 abgezogen werden. Diese bevorzugte Ausführungsform ist in Figur 4 gezeigt. Hier wird eine Vorrichtung mit einem Kolonnensystem gezeigt, wobei ein Seitenabzug an der Bildungskolonne vorgesehen ist.
Die Vorrichtung umfasst ein Kolonnensystem 9, das sich aus der Bildungskolonne 10 und der Spaltungskolonne 11 zusammensetzt. Am Sumpf der Bildungskolonne 10 werden die Nebenprodukte 5 in reiner Form abgeleitet. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens läuft folgendermaßen ab:
In die Bildungskolonne 10 wird eine Mischung aus mindestens zwei Komponenten, mindestens eine inerte Komponente 2 und mindestens eine reaktive Komponente 3 eingeleitet. Gleichzeitig wird ein Reaktionspartner 7 in die Bildungskolonne 10 eingeleitet. Der Reaktionspartner 7 bildet ein Reaktionsprodukt oder Reaktionsprodukte 4 mit den reaktiven Komponenten 3. Die Reaktionsprodukte 4 werden über einen Dampfseitenabzug 13 aus der Bildungskolonne 10 entfernt. Gleichzeitig werden aus dem Sumpf der Bildungskolonne 10 die Nebenprodukte 5 in reiner Form abgeleitet. Die Reaktionsprodukt 4 werden in der Spaltungskolonne 11 wieder in die Komponenten 3 und den Reaktionspartner 7 gespalten. Die Komponenten 3 verlassen in reiner Form den Kopf der Spaltungskolonne 11. Der Reaktionspartner 8 bildet am Sumpf der Spaltungskolonne 11 eine Mischung 8 mit den Nebenprodukten 5, die sich in der Spaltungskolonne 11 gebildet haben. Diese Mischung verlässt den Sumpf der Spaltungskolonne 11 und wird wieder in die Bildungskolonne 10 eingeleitet. Wie bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens befinden sich jeweils am Kopf und am Sumpf der beiden gekoppelten Kolonnen 10 und 11 Rücklaufeinrichtungen 14.
Erfindungsgemäß werden schwersiedende Nebenprodukte aus dem Kreislauf entfernt, um eine Akkumulation zu vermeiden. Das kann entweder in separaten Trenneinrichtungen (z. B. Destillationskolonnen) oder durch dampfförmige oder flüssige Seitenabzüge aus der jeweiligen Komponente geschehen. Dabei sind grundsätzlich zwei Fälle zu unterscheiden.
a) Die Nebenprodukte sind schwerer siedend als das Reaktionsprodukt bzw. als der Reaktionspartner. Die Abtrennung erfolgt als Sumpfprodukt einer separaten nicht-reatkiven Destillationskolonne oder als Sumpfprodukt der RDK mit Seitenabzug.
b) Die Nebenprodukte sind leichter siedend als das Reaktionsprodukt bzw. als der Reaktionspartner. Die Abtrennung erfolgt als Kopfprodukt einer separaten nicht-reaktiven Destillationskolonne oder als Seitenabzug der RDK.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können prinzipiell aus allen Stoffgemischen, die aus eng siedenden Komponenten bestehen, diejenigen Komponenten abgetrennt werden, die eine höhere Reaktivität aufweisen. Als Beispiel kann die Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem Gemisch eng siedender Kohlenwasserstoffe genannt werden. Reaktive Komponenten sind hierbei insbesondere Alkene, vorzugsweise tertiäre Olefine oder Cyc- loalkene .
Bei der Auftrennung von Gemischen mit Alkenen kann mindestens eine reaktive Komponente dieses Gemisches verethert, hydrati- siert oder verestert werden.
Als Beispiel wird nachfolgend die Veretherung eines tert.- Olefins wie folgt dargestellt:
tert.-Olefin + Alkohol <^> Alkyl tert .-Alkylether .
Als tert . -Olefine können bspw. Isobuten, Isoamylen, Isohexen und Isohepten aus den entsprechenden C4- bis C7-Gemischen genannt werden.
In der Regel werden für die Veretherung geradkettige oder verzweigte, ein- oder mehrwertige Alkohole verwendet. Bevorzugt weist der Alkohol ein bis fünf Kohlenstoffatome auf. Beispielhaft können hier Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, n- Butanol, sec.-Butanol erwähnt werden.
Für den Fall der obigen tert . -Olefine bilden sich bspw. folgende Ether: Methyl tert . -Butylether (MTBE) , tert . -Amylmethylether, Methyl tert . -Hexylether, Methyl tert . -Heptylether, Ethyl tert.- Butylether, Ethyl tert .-Amylether, Ethyl tert . -Hexylether, Ethyl tert .-Heptylether und die entsprechenden Ether aus der Bildung mit Propanolen und Butanolen.
Die Hydratisierung eines Olefins kann anhand eines tert .-Olefins wie folgt dargestellt werden: tert.-Olefin + Wasser <-=> tert .-Alkohol
Für diesen Fall können als tert . -Olefine bspw. Isobuten, Isoamylen, Isohexen und Isohepten aus den verschiedenen C4- bis C- Gemischen erwähnt werden. Die tert . -Alkohle entsprechen in diesem Falle dem tert . -Butylalkohol, ter . -Amylalkohol, tert.- Hexylalkohol und tert .-Heptylalkohol .
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, mit dem vorliegenden Verfahren mindestens ein Cycloalken eng siedender Kohlenwasserstoffe aufzutrennen. Dieses verläuft bspw. über die Veresterung eines Cycloalkens nach folgendem Schema:
Cycloalken + Carbonsäure <=> Carbonsäureester.
Als Beispiele für geeignete Cycloalkene können Cyclopenten, Cyc- lohexen oder Cyclohepten genannt werden.
Als Veresterungsmittel wird eine Carbonsäure eingesetzt. Die Carbonsäure kann eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder nicht-verzweigte Carbonsäure mit zwei bis zehn Kohlenstoffatomen und einer oder mehreren Säuregruppen sein. Beispielhaft können hier Ameisensäure, Essigsäure, Acrylsäure und Methacryl- säure genannt werden.
Die dabei gebildeten Carbonsäureester sind dann bspw. Cyclopen- tylformiat, Cyclopentylacetat, Cyclopentylacrylat, Cyclopentyl- methacrylat, Cyclohexylformiat, Cyclohexylacetat, Cyclohexylac- rylat und Cyclohexylmethacrylat und die entsprechenden Ester aus der Bildung mit den anderen Carbonsäuren. Die Reaktionsbedingungen hängen von den aufzutrennenden Stoffgemischen ab. Die erreichten Temperaturen hängen bei der Reaktivdestillation direkt von dem in der Kolonne eingestellten Druck ab und entsprechen den Siedetemperaturen der jeweiligen Gemische oder reinen Stoffe. Bi der Olefinabtrennung durch Veretherungen werden Drücke von 0,1 bis 11 bar (entsprechend Temperaturen von 220°C) realisiert, vorzugsweise Drücke von 5 bis 8 bar (entsprechend Temperaturen bis 200°C) . Bei der Olefinabtrennung durch Hydratisierung kommen Drücke von 0,1 bis 6 bar (Temperaturen bis 160°C) zum Einsatz, vorzugsweise Drücke von 2 bis 4 bar (Temperaturen bis 140 °C) .Die Veresterung von Cycloalkenen findet bei ' Drücken von 0,1 bis 10 bar (entsprechend Temperaturen bis 250°C) statt.
Zur Steigerung der Reaktionsumsätze können zur Durchführung der Reaktionen Katalysatoren eingesetzt werden. In der Regel werden als Katalysatoren stark saure Substanzen verwendet.
Es kommen sowohl heterogene Katalysatoren als auch homogene Katalysatoren in Frage. Bei heterogenen Katalysatoren sind z. B. sulfonsaure Ionentauscherharze zu nennen, die in Form von Gewerbepackungen oder als Schüttungen in die Kolonnen eingebracht werden. Als homogene Katalysatoren können Säuren, wie z. B. Schwefelsäure, eingesetzt werden. Letztere haben den Vorteil, dass weniger Nebenprodukte gebildet werden, allerdings ist es schwieriger, die Reaktionszone zu positionieren.
Es ist unter Umständen zweckmäßig, in der Bildungs- und in der Spaltungskolonne unterschiedliche Katalysatoren zu verwenden. Es hat sich gezeigt, dass in der Spaltungskolonne deutlich geringere Mengen an Katalysator eingesetzt werden müssen als in der Bildungskolonne, um die Entstehung von Nebenprodukten zu verhindern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der reaktiven Trennung eines flüssigen Stoffgemisches umfasst mindestens zwei gekoppelte Reaktivdestillationskolonnen 9, die aus einer Bildungskolonne 10 und einer Spaltungskolonne 11 zusammengesetzt sind. Des Weiteren weist das gekoppelte Reaktivdestillationsko- lonnensystem 9 mindestens eine Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte auf .
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte eine nicht-reaktive Destillationskolonne 12 dar. Diese nicht-reaktive Destillationskolonne 12 ist zwischen die Bildungskolonne 10 und die Spaltungskolonne 11 geschaltet. In die Kolonne 12 tritt das in der Bildungskolonne 10 gebildete Reaktionsprodukt 6 aus den reaktiven Komponenten und dem zugeführten Reaktionspartner 7 ein. Am Sumpf der nichtreaktiven Destillationskolonne 12 werden dann die Nebenprodukte 5 in reiner Form abgeleitet.
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt die Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte einen Dampfseitenabzug 13 dar. Dieser Seitenabzug 13 ist im unteren Teil der Bildungskolonne 10 vorgesehen. Über den DampfSeitenabzug 13 wird das Reaktionsprodukt in die Spaltungskolonne 11 überführt .
Für den Fall, dass je nach Betriebsbedingungen ein Phasenzerfall in zwei koexistierende flüssige Phasen auftreten, wie eine wäss- rige und eine organische Phase, kann das Nebenprodukt in vorteilhafter Weise über mindestens einen der Phasenscheider (De- kanter) ausgeschleust werden. In einer bevorzugten Ausführungs- form wird am Kopf jeder Kolonne ein Phasenscheider vorgesehen. Hinsichtlich der Ausschleusung der Nebenprodukte wird auf die vorangegangenen Ausführungen hingewiesen.
Üblicherweise sind an den Kolonnen 10 und 11 sowie an der Kolonne 12 Rücklaufeinrichtungen bzw. Verdampfereinrichtungen 14 vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere einsetzbar zur Herstellung wichtiger Grundstoffe für nachfolgende Synthesen. So ist bspw. iso-Buten in der Kunststoffindustrie vielseitig als Basis für Polymere und Polymermischungen einsetzbar. Auch die in reiner Form gewonnen Nebenprodukte können direkt weiterverwendet werden. Ein Beispiel ist das bei der iso-Buten-Veretherung anfallende Diisobuten, das als Kraftstoffzusatz (Antiklopfmittel) Einsatz finden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Vorteile des Prinzips der reaktiven Trennung und des Systems Reaktivdestilla- tionskolonne in vorteilhafter Weise miteinander verbunden. Sowohl die Bildungs- als auch die Spaltungskolonne sind bekannt, allerdings jeweils nur einzeln ohne Rückführung des Reaktionspartners. Es war aber bisher noch nicht bekannt, ein vollständig gekoppeltes System von Reaktivdestillationskolonnen für die Bildung und die Spaltung des Reaktionsproduktes mit Rückführung des Reaktionspartners und Ausschleusung von Nebenprodukten zu verwenden. Erfindungsgemäß liegen die einzelnen Reaktivdestillationskolonnen direkt verschaltet vor. Die Nebenprodukte werden erfindungsgemäß aus dem Kolonnensystem ausgeschleust, um ihre Akkumulation zu vermeiden und eine gute Ausbeute und Reinheit der abzutrennenden Komponenten zu gewährleisten.
Die Ausschleusung der Nebenprodukte kann über weitere Trennkolonnen oder über einen Seitenabzug oder über mindestens einen Phasenabscheider erfolgen. Die zweite bzw. dritte Variante ist, abhängig von den jeweiligen StoffSystemen, oftmals eine kostengünstige Lösung.
Die nachfolgenden Beispiele dienen dazu, die vorliegende Erfindung weiter zu erläutern.
Beispiele
Beispiel 1
Auftrennung des Stoffgemisches iso-Buten/n-Buten
Wie in Figur 2 dargestellt ist, wird ein Gemisch der eng siedenden Stoffe iso-Buten und n-Buten einem System aus zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen und einer nicht-reaktiven Destillationskolonne zugeführt. In der Bildungskolonne reagiert die reaktive Komponente iso-Buten mit Methanol, das als Reaktionspartner anfänglich vorgegeben wird, zu dem schwer siedenden E- ther MTBE. Bei vollständigem Umsatz der eingesetzten reaktiven Komponente iso-Buten besteht das Kopfprodukt der Kolonne aus reinem n-Buten. Der MTBE wird zusammen mit dem Nebenprodukt Dii- sobuten (DIB) in die nicht-reaktive Destillationskolonne überführt. Dort wird das MTBE/DIB-Gemisch in die einzelnen Komponenten zerlegt. DIB wird hochrein im Sumpf dieser Kolonne abgezogen und kann für weitere Prozessschritte verwendet werden. Der MTBE wird vom Kopf der nicht-reaktiven Destillationskolonne in die nachgeschaltete Spaltungskolonne überführt, wo der Ether wieder vollständig in die ursprünglichen Komponenten iso-Buten und Methanol gespalten wird. Die leichter siedende Komponente isoButen wird als Kopfprodukt in reiner Form abgetrennt, während das Methanol mit dem DIB wieder in die Bildungskolonne zurückgeführt wird. Das Kolonnensystem wird bei 6 bar betrieben, sämtliche Zuläufe werden als gesättigte Flüssigkeiten zugeführt. Die MTBE- Bildungskolonne hat 30 Stufen, wobei der Kondensator am Kopf die Stufe 1 darstellt und der Verdampfer im Sumpf die Stufe 30. Die Stufen 2 bis 12 sind mit Katalysator gefüllt und bilden die reaktive Zone. Alle Zuläufe in diese Kolonne werden auf Stufe 12 zugeführt, also am unteren Ende der Reaktionszone . Die nichtreaktive DIB-Trennkolonne hat ebenfalls 30 Stufen, das Feed wird als Stufe 12 zugeführt. Die MTBE-Spaltungskolonne hat 50 Stufen, von denen die Stufen 2 bis 20 die Reaktionszone bilden. Das Feed wird auf Stufe 10 eingebracht.
In der folgenden Tabelle sind die Mengenströme (in mol/s) aller Kolonnen und ihre molaren Zustände (in mol%) dargestellt. D bezeichnet dabei jeweils den Destillatstrom über Kopf der Kolonne, B den Sumpfproduktström. Man erkennt, dass sämtliche Produkte in hohen bis sehr hohen Reinheiten die Anlage verlassen. 70 % des eingesetzten iso-Buten kann in reiner Form erhalten werden, die restlichen 30 % werden zu Diisobuten umgesetzt. Die erforderlichen Heizleistungen der Verdampfer sind ebenfalls angegeben.
Ein kleiner Prozentsatz des Methanols wird in einer weiteren Nebenreaktion zu Dimetylether (DME) und Wasser umgesetzt, so dass ein geringer externer Methanolzufluss vorgesehen werden muss.
Figur 3 mit den Konzentrationsprofilen der einzelnen Komponenten in den drei Kolonnen (a bis c) zeigt, dass die inerte Komponente n-Buten, die reaktive Komponente iso-Buten und das Nebenprodukt DIB in hohen bis sehr hohen Reinheiten an den entsprechenden Stellen abgezogen werden.
Beispiel 2
Auftrennung des Systems iso-Buten/n-Buten
Hier wird ein Dampfseitenabzug für einen Dampfstrom in der MTBE- Bildungskolonne vorgesehen. Die Auslegung dieses Kolonnensystems entspricht im Wesentlichen der in Beispiel 1 beschriebenen Auslegung mit DIB-Kolonne. Der einzige apparative Unterschied besteht darin, dass die Bildungskolonne hier 40 Stufen hat, wobei der dampfförmige Seitenabzug auf der Stufe 22 angebracht ist. Das Feed der Spaltungskolonne besteht aus gesättigtem Dampf.
Die folgende Tabelle zeigt die Ströme und ihre Zusammensetzungen. Wieder werden die Produkte in hohen bis sehr hohen Reinheiten erhalten. 82 % des eingesetzten iso-Buten kann in reiner Form erhalten werden. Die restlichen 18 % werden zu Diisobuten umgesetzt.
Wie aus Figur 5 hervorgeht, wird über diesen Dampfseitenabzug reines MTBE abgezogen und der MTBE-Spaltungskolonne zugeführt. Das Diisobuten (DIB) wird flüssig am Sumpf der Bildungskolonne in reiner Form entnommen.
In Figur 5 sind die Konzentrationsprofile in den beiden Kolonnen für die beteiligten Komponenten dargestellt. Gegenüber der Variante im Beispiel 1 wird eine Kolonne eingespart.
Beispiel 3
Auftrennung des Systems iso-Buten/n-Buten
Anders als im Beispiel 2 wird ein Phasenabscheider zur Ausschleusung des Nebenproduktes Diisobuten verwendet. Ein entsprechendes Trennschema ist in Figur 7 gezeigt.
Die TBA-Bildungskolonne wird bei einem Druck von 10 bar betrieben. Die externen Zuläufe werden als gesättigte Flüssigkeiten zugeführt. Die Kolonne besteht aus 30 Stufen, wobei der Verdampfer im Sumpf die Stufe 30 darstellt. Der obere Teil der Kolonne bis einschließlich Stufe 14 ist mit Katalysator gefüllt und bildet die reaktive Zone. Reines Wasser wird auf Stufe 2, das Butengemisch auf Stufe 14 zugeführt. Das am Kopf der Kolonne (Stufe 1) abgezogene Dampfgemisch wird partiell kondensiert, wobei das leichter flüchtige n-Buten in reiner Form als Dampf erhalten wird. Die verbleibenden Komponenten werden vollständig kompensiert und in einem Phasenscheider (Dekanter) in eine organische und eine wässrige Phase getrennt. Die wässrige Phase wird in di'e Kolonne zurückgeführt, während die organische Phase als Nebenproduktstrom abgezogen wird.
Die TBA-Spaltungskolonne wird bei einem Druck von 3 bar betrieben. Diese Kolonne besteht ebenfalls aus 30 Stufen. Der Sumpfproduktstrom aus der Bildungskolonne wird als Feed auf Stufe 14 zugeführt. Die Stufen 3 bis 27 der Kolonne sind reaktiv ausgeführt. Analog zur Bildungskolonne wird am Kopf der Dampfström partiell kondensiert, so dass iso-Buten in reinster Form als Dampf abgezogen wird und die restlichen Komponenten wiederum in zwei Phasen aufgespalten werden. Im Gegensatz zur Bildungskolonne wird hier auch die organische Phase nahezu komplett in die Kolonne zurückgeführt. Die Konzentrationsprofile der beiden Reaktivkolonnen sind in Figur 8 gezeigt.
In der folgenden Tabelle sind die Mengenströme (in kmol/h) aller Kolonnen und ihre molaren Zusammensetzungen (in mol%) dargestellt. Nb bezeichnet dabei die dampfförmigen Buten- Produktströme, Norg die abgeführten Ströme der organischen Phase aus dem Bekannter und B den Sumpfproduktstrom. Man erkennt, dass sämtliche Produkte in hohen bis sehr hohen Reinheiten die Anlage verlassen. Etwa die Hälfte des eingesetzten iso-Buten kann in reiner Form erhalten werden, der Rest wird überwiegend zu Diisobuten umgesetzt. Die erforderlichen Heizleistungen der Verdampfer sind ebenfalls angegeben.
Beispiel 4
Auftrennung des Systems Cyclohexen/Cyclohexan .
Die Auftrennung erfolgt nach dem Schema
Cyclohexen + Wasser <-» Cyclohexanol (Zwischenprodukt)
Cyclohexen +Cyclohexanol <-» Cyclohexan + Cyclohexanon (Neberprodukt 1)
2 Cyclohexanol <- Dicyclohexylether + Wasser (Nebenprodukt 2) Cyclohexan inert (bzgl . einer Reaktion mit Wasser)
Abhängig vom eingesetzten Katalysator sind Betriebsdrücke zwischen 1 und 10 bar vorgesehen . Wie aus Figur 9 zu erkennen ist, erfolgt die Trennung von Cyclohexen und Cyclohexan in zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen . Die Ausschleusung der Nebenprodukte Cyclohexanon und Dicyclohexylether erfolgt im Dekanter im Rücklauf ström . Der obere Teil der Cyclohexanol- Bildungskolonne ist mit Katalysator versehen und bildet die Reaktions zone . Der untere Teil ist nichtreaktiv ausgeführt und dient zur Abtrennung des Zwischenproduktes Cyclohexanol. Das zu trennende Gemisch wird unterhalb der Reaktionszone zugeführt, der Reaktionspartner Wasser oberhalb. Der Dampfström am Kopf der Kolonne wird vollständig kondensiert, wodurch sich eine wässrige und eine organische Phase im Phasenscheider (Dekanter) ausbilden. Die organische Phase besteht aus dem hochreinen Produkt Cyclohexan und wird abgetrennt. Die wässrige Phase wird in die Kolonne zurückgeführt.
Das Zwischenprodukt Cyclohexanol und etwaige entstandene Nebenprodukte werden der Spaltungskolonne zugeführt, die vollständig reaktiv ausgeführt ist. Am Kopf dieser Kolonne erhält man einen Dampfstrom, der analog zur Bildungskolonne vollständig kondensiert und in zwei flüssige Phasen getrennt wird. Als organische Phase wird das Produkt Cyclohexen in hoher Reinheit abgezogen. Die wässrige Phase wird in die Kolonne zurückgeführt. Der Sumpfstrom der Spaltungskolonne wird ebenfalls einem Dekanter zugeführt, um die entstandenen Nebenprodukte in der organischen Phase auszuschleusen. Die wässrige Phase wird in die Bildungskolonne zurückgeführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch in einem System aus mindestens zwei gekoppelten Reaktivdestillationskolonnen mit einer Bildungskolonne und einer Spaltungskolonne, bei dem mindestens ein Nebenprodukt aus dem System entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt in oder nach der Bildungskolonne entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt in oder nach der Spaltungskolonne entfernt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Entfernung des Nebenproduktes eine separate nicht-reaktive Destillationskolonne oder ein Seitenabzug vorgesehen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt am Kopf oder am Sumpf der nicht-reaktiven Destillationskolonne entfernt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt in der Spaltungskolonne gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt zusammen mit dem Reaktionspartner zur Bildungskolonne zurückgeführt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt aus dem Sumpf der Bildungskolonne abgezogen wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt mit dem Reaktionsprodukt in eine nicht-reaktive Destillationskolonne überführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt aus dem Sumpf der nicht-reaktiven Destillationskolonne abgezogen wird.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein reaktives Olefin aus einem eng siedendem Stoffgemisch abgetrennt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Olefin verethert, hydratisiert oder verestert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem geradkettigen oder verzweigten, ein- oder mehrwertigen Alkohol verethert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol ein bis fünf Kohlenstoffato e aufweist.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus iso-Buten/n-Buten mit Methanol als Veretherungsmittel aufgetrennt wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein reaktives Cycloalken aus einem eng siedendem Stoffgemisch abgetrennt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Cycloalken verestert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Veresterungsmittel eine Carbonsäure eingesetzt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonsäure eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder nicht-verzweigte Carbonsäure mit zwei bis zehn Kohlenstoffatomen ist.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der reaktiven Komponente in Gegenwart eines Katalysators erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator eine stark saure Substanz verwendet wird.
22. Vorrichtung zur Abtrennung von mindestens einer reaktiven Komponente aus einem flüssigen Stoffgemisch nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, mit den Merkmalen: mindestens zwei gekoppelte Reaktivdestillationskolonnen (9), die aus einer Bildungskolonne (10) und einer Spaltungskolonne (11) zusammengesetzt sind, und mindestens eine Einrichtung zum Entfernen des Nebenproduktes oder der Nebenprodukte.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte eine nichtreaktive Destillationskolonne (12) darstellt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Entfernen der Nebenprodukte einen Seitenabzug (13) oder einen Phasenscheider darstellt.
25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kolonnen (10) und (11) sowie an der Kolonne (12) Rücklaufeinrichtungen bzw. Verdampfereinrichtungen (14) vorgesehen sind.
26. Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 25 auf dem Gebiet der Kraftstoffherstellung und in der Kunststoffindustrie .
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