EP4633759A1 - Energieeffizientes verfahren zur abtrennung von butenen aus c4-kohlenwasserstoffströmen - Google Patents

Energieeffizientes verfahren zur abtrennung von butenen aus c4-kohlenwasserstoffströmen

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Publication number
EP4633759A1
EP4633759A1 EP23821249.2A EP23821249A EP4633759A1 EP 4633759 A1 EP4633759 A1 EP 4633759A1 EP 23821249 A EP23821249 A EP 23821249A EP 4633759 A1 EP4633759 A1 EP 4633759A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solvent
absorber
desorber
butenes
stream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23821249.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Niklas Paul
Armin Matthias RIX
Moritz SCHRÖDER
Tanita Valèrie Six
Andreas OLDENKOTT
Benjamin WOLDT
Thomas Beck
Dietmar Hohmann
Stefan VOLLE
Roland BRANGES
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.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Oxeno GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Oxeno GmbH and Co KG filed Critical Evonik Oxeno GmbH and Co KG
Publication of EP4633759A1 publication Critical patent/EP4633759A1/de
Pending 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
    • 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
    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/40—Extractive distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0057—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes
    • B01D5/006—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes with evaporation or distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02—Alkenes
    • C07C11/08—Alkenes with four carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/04—Purification; Separation; Use of additives by distillation
    • C07C7/05—Purification; Separation; Use of additives by distillation with the aid of auxiliary compounds
    • C07C7/08—Purification; Separation; Use of additives by distillation with the aid of auxiliary compounds by extractive distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/11—Purification; Separation; Use of additives by absorption, i.e. purification or separation of gaseous hydrocarbons with the aid of liquids

Definitions

  • the present invention relates to a process for separating butenes from C4 hydrocarbon streams which contain butanes in addition to the butenes, by extractive distillation with a suitable solvent.
  • the process according to the invention is characterized in that in the inlet region of at least one packed bed of the absorber, packings with a smaller specific surface area are present than in the rest of the packed bed.
  • aprotic solvent e.g. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or acetonitrile (ACN)
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • ACN acetonitrile
  • An extractive distillation column the absorber, the butenes are preferentially dissolved in the solvent, and the butanes are separated off as the overhead product.
  • the loaded solvent is then freed from the butenes in a stripping column, the desorber, at elevated temperature and/or reduced pressure, which are obtained as the overhead product in enriched form.
  • the solvent freed from butenes is then returned to the extractive distillation.
  • a typical process for separating butane-butene mixtures by means of extractive distillation is described, for example, in WO 2022/161869 A1.
  • the butenes in the absorber column are washed out of the butane-butene mixtures, i.e. the C4 hydrocarbon streams used, using an initially liquid solvent. If the process is implemented as described in the prior art, it can be seen that a miscibility gap can occur in the inlet areas of the absorber's packed beds or that fine droplets can condense out due to temperature and/or concentration gradients. This can lead to liquid accumulations in the inlet areas of the absorber's packed beds, which causes premature blockage of the absorber column. This reduces the separation efficiency in these areas.
  • the object of the present invention was therefore to provide a process in which an improved separation efficiency of the absorber can be achieved in the simplest possible way.
  • a further object was to reduce the amount of solvent to be used. This object is achieved by the embodiment of the process proposed in claim 1.
  • Preferred embodiments are specified in the subclaims.
  • the process according to the invention is a process for separating butenes from a C4 hydrocarbon stream which contains at least butenes and butanes by extractive distillation with a solvent, the process comprising the following steps: a.
  • an absorber which comprises at least three packed beds arranged one below the other and in which the C4 hydrocarbon stream and the solvent are brought into contact with one another, whereby predominantly butenes from the C4 hydrocarbon stream pass into the solvent and a loaded solvent is formed, wherein the solvent loaded in this way is collected in a liquid collector of the absorber and passed through
  • the solution according to the invention is that two packing elements with different specific surfaces are used in at least one packing bed of the absorber.
  • the packing beds are usually filled with a bed of packing elements.
  • the difference in the The specific surface area of packings for extraction distillation columns according to the invention is based, for example, on the size of the packings. In relation to a volume into which the packings are filled, large packings are known to have a smaller specific surface area than small packings.
  • the specific surface areas x and y of the packing it is impossible to restrict the specific surface areas x and y to exact numerical values or limit values.
  • the surfaces to be used depend on the spatial design of the extraction distillation system or the composition of the hydrocarbon stream used.
  • the specific surface area x of the packing in the lower region of the at least one packing bed is preferably at least 10% higher than the specific surface area y of the packing in the upper region of the at least one packing bed.
  • the inlet area of the packed beds is characterized by a pronounced temperature and concentration profile.
  • cold, unloaded solvent is added to a hot gas stream, causing the gas phase to condense.
  • the formation of fine droplets due to concentration or temperature profiles means that droplets are kept suspended by the gas stream and do not flow away directly.
  • the liquid load in the inlet area of the packed beds is higher than in the rest of the packed bed, and an accumulation of liquid occurs, known as flooding.
  • flooding in the inlet area leads to a hydraulic bottleneck and also to a loss of separation performance. It has been shown that the use of two different packings in a packed bed of the absorber leads to an increase in capacity and separation performance in the upper part of the absorber.
  • the exact spatial design of the packing beds with the different packings in the design according to the invention depends on the design of the absorber.
  • the exact design is, apart from the fact that the packings with a smaller specific surface area y are arranged above the packings with a larger specific surface area x, thus variable and can be adapted to the prevailing conditions.
  • a larger part of the volume of the packing bed should preferably be filled with the packings with the specific surface area x, i.e. the packings with the larger surface area.
  • a maximum of 20% of the volume of the packing bed is preferably filled with the packings with a specific surface area y. The remaining 80% of the volume is then made up of the packings with the specific surface area x.
  • the packings with specific Surface y takes up 20% of the filling height of the packing bed. The remaining 80% of the filling height is then allocated to the packing with the specific surface x.
  • the absorber of the method according to the invention comprises at least three packing beds. It is preferred according to the invention that the at least one packing bed with the different packing bodies is the top packing bed of the at least three packing beds of the absorber. However, it is also possible that two or three packing beds of the at least three packing beds of the absorber contain the different packing bodies in the embodiment according to the invention. The embodiment in which all packing beds in the absorber are equipped with different packing bodies in the embodiment according to the invention is particularly preferred.
  • the absorber can also contain more than three packing beds. If the absorber comprises more than three packing beds, it is preferred that the at least one packing bed with the different packing bodies is the top packing bed of the at least three packing beds of the absorber. However, it is also possible that two or three packing beds of the at least three packing beds of the absorber contain the different packing bodies in the inventive design. In a preferred embodiment of the present invention, the two or three packing beds with different packing bodies in the inventive design are the top two or the top three packing beds of the absorber. The design is particularly preferred that all packing beds in the absorber are equipped with different packing bodies in the inventive design.
  • the present process relates to the separation of butenes from butene-containing C4 hydrocarbon streams.
  • These streams usually contain alkanes (n-butane, isobutane) in addition to the butenes.
  • alkanes n-butane, isobutane
  • the term butane is understood to mean both n-butane and isobutane, unless otherwise stated.
  • all C4 hydrocarbon streams which contain at least butenes and butanes can therefore be used, provided that the amounts in which the butenes and/or butanes are present allow the process to be carried out economically.
  • the C4 hydrocarbon stream used consists essentially, i.e. more than 98% by weight, preferably more than 99% by weight, of butanes and butenes.
  • the corresponding streams can also contain impurities or other hydrocarbons, such as 1,3-butadiene or C5 hydrocarbons, in small amounts.
  • a liquid solvent is used in which primarily the butenes of the gaseous C4 hydrocarbon stream used dissolve.
  • Suitable solvents are aprotic solvents, for example N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the process according to the invention is preferably carried out using NMP as solvent.
  • the solvent contains water, in particular in the range from 1 to 10% by weight, preferably from 4 to 9% by weight, in each case based on the total amount of solvent.
  • the absorber used in the present invention is a packed column which has at least three packed beds arranged one below the other. Such columns are generally known to those skilled in the art. Above the first packed bed there is preferably a backwash zone with several theoretical plates in order to retain the solvent entrained in the gas phase. Above the backwash zone is the top of the absorber, where a stream enriched in butanes compared to the C4 hydrocarbon stream used is obtained.
  • the liquid collector according to the invention would be arranged below the last packed bed, below which is the bottom of the absorber. The exact structure of the absorber depends on various parameters and is variable to a certain extent.
  • the liquid solvent is preferably added to the absorber spatially above the inlet for the C4 hydrocarbon stream.
  • the solvent is added to the absorber above the first packed bed and the C4 hydrocarbon stream is added to one or more packed beds below the first packed bed.
  • the liquid solvent will trickle downwards in the absorber and come into contact with the (ascending) vaporous C4 hydrocarbon stream, whereby a portion of the C4 hydrocarbon stream, which predominantly contains butenes, passes into the solvent, thereby forming a loaded solvent.
  • the C4 hydrocarbon stream and the solvent are thus brought into contact with one another in step a, in particular in countercurrent.
  • the portion of the C4 hydrocarbon stream that passes into the solvent comprises at least 70% by weight, particularly preferably at least 80% by weight, of butenes, based on the composition of the portion of the C4 hydrocarbon stream that passed into the solvent. This results in particular in at least 80%, particularly preferably at least 90%, of the butenes contained in the C4 hydrocarbon stream used passing into the solvent.
  • the loaded solvent runs downwards in the absorber and is collected in a suitable liquid collector, in particular a chimney tray.
  • the temperature of the loaded solvent accumulating in the liquid collector is preferably between 40 and 90°C, particularly preferably between 45 and 65°C.
  • the loaded solvent is removed from the liquid collector, passed through an absorber evaporator and then passed below the liquid collector into the sump of the absorber, whereby mainly butanes are outgassed from the loaded solvent.
  • the absorber evaporator is preferably a once-through evaporator in which the loaded solvent is passed through the evaporator only once. This allows the lowest possible temperatures to be achieved, which prevents fouling. In addition, the driving temperature difference is increased, which enables even more efficient energy utilization of the NMP stream.
  • the absorber evaporator can also be designed in several stages, ie there can be several heat exchangers or several evaporators that belong to the absorber evaporator.
  • the solvent which is predominantly loaded with butenes, then remains in the bottom, where it is removed and fed to the desorber as a bottom stream.
  • the temperature in the bottom stream of the absorber, which is fed to the desorber, is preferably between 70 and 130 °C, particularly preferably between 85 and 120 °C.
  • a stream enriched in butanes in particular is obtained compared to the C4 hydrocarbon stream used.
  • the top pressure in the absorber can be between 3 and 7 bar absolute, preferably between 4 and 6.5 bar absolute.
  • the butane-enriched stream can also contain water which comes from the solvent. This water can be separated in a subsequent step.
  • the butane-enriched stream is removed at the top of the absorber and preferably subjected to a single or multi-stage condensation, whereby a water-containing stream and a butane-containing product stream are condensed out. These two streams can be separated from one another in a suitable device, for example an udder.
  • the water-containing stream separated from the butane-containing product stream can, depending on its composition, be led to the absorber or to the desorber and/or partially discharged from the process.
  • the butane-containing product stream may be subjected to drying after condensation, preferably in a drying column, in order to separate off the water still present.
  • the butane-containing product stream preferably has a maximum amount of water of 50 ppm by weight, preferably 25 ppm by weight, after drying. The water obtained during drying can be returned to the absorber for condensation.
  • the solvent removed in the bottom of the absorber and predominantly loaded with butenes is fed to the desorber.
  • the loaded solvent can be fed to the desorber by means of a pump, for example.
  • In the bottom of the desorber there is a higher temperature and preferably a lower pressure than in the bottom of the absorber.
  • the temperature in the bottom of the desorber is preferably between 120 and 200 °C, more preferably between 130 and 195 °C.
  • the head pressure in the desorber can be between 1 and 6 bar absolute, preferably between 2 and 5 bar absolute. Due to the higher temperature compared to the absorber and the preferably lower pressure, the butenes and optionally still contained butanes are at least partially removed from the solvent.
  • the solvent at least partially freed of butenes contains up to 5000 ppm by weight of butenes, particularly preferably 100 to 900 ppm by weight of butenes.
  • the solvent at least partially freed of butenes flows downwards in the desorber and is collected in a liquid collector of the desorber. From there, the solvent at least partially freed of butenes is passed through a desorber evaporator and then passed below the liquid collector, in particular a chimney tray, into the sump of the desorber, whereby any butenes still present in the solvent are outgassed.
  • the desorber evaporator is preferably a once-through evaporator in which the solvent at least partially freed of butenes is passed through the evaporator only once. This makes it possible to achieve the lowest possible temperatures, which can prevent fouling.
  • the desorber evaporator can also be designed in several stages, ie there can be several heat exchangers that belong to the desorber evaporator. The solvent freed from butenes then remains in the sump, which is removed from there, led to the absorber as a sump stream and used there again as a solvent for the absorption of butenes.
  • the solvent freed of butenes can be partially or completely regenerated before it is fed to the absorber, whereby impurities, for example the aforementioned by-products present in the C4 hydrocarbon stream used and/or by-products formed from the butenes at the temperatures in the desorber, such as oligomers or polymeric compounds, are removed from the solvent, preferably the NMP.
  • the regeneration is preferably carried out in such a way that the solvent freed of butenes is fed into a container and evaporated at a pressure of less than 500 mbar absolute, more preferably less than 200 mbar absolute and a temperature between 100 and 150 °C.
  • a column can be connected to the container. High boilers in particular are separated by the regeneration. If only part of the solvent freed of butenes is subjected to regeneration, the regenerated part of the solvent is then combined with the non-regenerated solvent and returned to the absorber.
  • the process according to the invention can further preferably be characterized by heat integration, with which the heat of the solvent is used for heating and/or at least partially evaporating various streams.
  • the heat of the solvent, preferably the NMP, removed as the bottom stream of the desorber is used at least partially for heat integration, in which the heat of the solvent, preferably the NMP, is used in at least one heat exchanger for preheating the loaded solvent, preferably NMP, fed to the desorber, for evaporation in the absorber evaporator and for evaporating the liquid C4 hydrocarbon stream in a feed evaporator.
  • One advantage is the simple design of the heat integration, which nevertheless enables efficient energy recovery.
  • additional side evaporators are not necessarily provided, which would entail additional plant engineering effort and thus higher costs.
  • Heat integration removes heat from the solvent. The reason for this is not only that it is used to heat other streams or columns, but primarily to cool the solvent for absorption.
  • the absorption of the butenes usually takes place at a lower temperature than the desorption (here: step b). If sufficient heat is removed from the solvent during heat integration, i.e. if it has a suitable temperature, the solvent can be fed directly into the absorber. However, it is also conceivable that the solvent is not yet at the right temperature despite the heat integration. In such a case, the solvent can be passed through a residual cooler after heat integration and before entering the absorber in order to be cooled to a suitable temperature.
  • Heat is a process variable.
  • the heat added or removed corresponds to the change in internal energy minus the work performed.
  • the terms heat, heat transport and heat integration used in this invention are always based on this definition.
  • the preheating of the loaded solvent fed to the desorber is carried out in two stages, with a first heat transfer to the loaded solvent fed to the desorber taking place in a heat exchanger, for example a tube bundle heat exchanger, and a second heat transfer to the loaded solvent fed to the desorber taking place in a kettle evaporator.
  • a heat exchanger for example a tube bundle heat exchanger
  • a second heat transfer to the loaded solvent fed to the desorber taking place in a kettle evaporator comes from the solvent taken as the bottom stream of the desorber as a heat transfer medium.
  • kettle evaporator would also have the advantage that a lower pre-pressure could prevail in the line to the desorber. Normally, a high pre-pressure is necessary to prevent evaporation in the pipeline, which could lead to problems up to the bursting of the pipeline.
  • a further advantage is that the temperature load is limited, thereby ensuring that the temperature difference for heat transfer is or remains sufficiently large.
  • a stream enriched in butenes is produced in particular compared to the C4 hydrocarbon stream used.
  • This butene-enriched stream can also contain water which originates from the solvent. This water can be separated in a subsequent step.
  • the butene-rich stream is removed from the top of the desorber and subjected to a single or multi-stage condensation, whereby a water-containing stream, which may also contain organic residues in addition to water, and a butene-containing product stream are condensed out.
  • These two streams can be separated from one another in a suitable device, for example an udder.
  • the water-containing stream separated from the butene-containing product stream can then be fed back to the desorber. It is also possible to discharge all or part of the water-containing stream in order to remove the organics.
  • the butene-containing product stream obtained from the condensation preferably contains less than 20% by weight, more preferably less than 16% by weight of butanes based on the total composition of the butene-containing product stream.
  • the butene-containing product stream obtained from the condensation preferably has a butene content of at least 70% by weight, more preferably of at least 75% by weight, particularly preferably of at least 86% by weight, based on the total composition of the butene-containing product stream.
  • the solvent preferably NMP, which has been at least partially freed of butenes, is collected in a liquid collector of the desorber and passed through a desorber evaporator, whereby butenes still present in the solvent can be outgassed.
  • the heat for evaporation in the desorber evaporator can be introduced into a heat exchanger by heat transfer from a suitable heat transfer medium.
  • the heat transfer medium can in particular be heating steam, which is used as medium or high-pressure steam.
  • a medium-pressure steam is preferred as heating steam, which has a temperature of 150 to 270 °C, preferably 160 to 250 °C.
  • the medium-pressure steam preferably has a pressure of 15 to 30 bar absolute, particularly preferably 17 to 25 bar absolute.
  • a steam with a pressure of > 30 bar absolute can also be used as heating steam.
  • Such heating steam can also be referred to as high-pressure steam.
  • the heating steam used for evaporation can at least partially condense in the heat exchanger, whereby a hot condensate is produced at a pressure of 10 to 20 bar absolute, preferably 12 to 17 bar absolute and a temperature of 150 to 210 °C, preferably 160 to 200 °C.
  • a condensate tank is preferably arranged after the heat exchanger, in which the hot condensate can be separated from the steam.
  • the pressure in the condensate tank is preferably lower than in the heat exchanger on the heating steam side. Due to the lower pressure, part of the hot condensate can evaporate, whereby the entire steam, i.e.
  • Low-pressure steam in the present case preferably has a pressure of more than 0 bar and less than 10 bar absolute.
  • the temperature of the low-pressure steam is preferably 100 to 180 °C.
  • the heating steam used for evaporation in the desorber evaporator can be made available by means of a preferably controllable steam jet (thermocompressor).
  • the thermocompressor is then fed with both the heating steam used, which comes for example from a corresponding steam network, here in particular the preferably used medium-pressure steam, and with the low-pressure steam from the condensate container, whereby a mixed steam is created, which is accordingly the heat transfer medium for the desorber evaporator.
  • the mixed steam is therefore the heating steam.
  • Such a steam jet is designed in such a way that it is operated with a motive steam and can suck in suction steam from a container through a negative pressure (dynamic pressure in the steam jet), which then creates the mixed steam that is used as the heat transfer medium.
  • the motive steam is the heating steam or the medium-pressure steam with which the low-pressure steam is sucked in as suction steam from the condensate tank and mixed with the motive steam.
  • the advantage of such a design is obvious.
  • the energy of the low-pressure steam accumulating in the condensate tank can be used, thus saving energy and costs.
  • Such a procedure can also be advantageous for another reason.
  • the steam jet used can be adjustable so that the amounts of medium-pressure or high-pressure and low-pressure steam can be adjusted, for example depending on certain process parameters.
  • the suction steam amount is adjusted via the motive steam amount.
  • the amounts of medium-pressure and low-pressure steam can be adjusted, for example, depending on the temperature in the desorber.
  • a further preferred embodiment can also be present if the desorber has a side evaporator.
  • the heat transfer medium used for the side evaporator can be the mixed steam from the steam jet, while medium-pressure steam is used as heating steam in the desorber evaporator.
  • the hot condensate from the desorber evaporator and the side evaporator is then fed to a condensate tank in accordance with the above statements.
  • the low-pressure steam produced there is then used in the steam jet, whose mixed steam is used in the side evaporator.
  • the advantage of this variant is that the hot condensate produced can be further expanded in order to be able to provide a larger amount of low-pressure steam.
  • the process described here can be used in chemical networks which in particular comprise oligomerization and optionally hydroformylation. It is possible for the separation of butenes according to the process according to the invention to be used at different points in the network. It is also possible for the separation of butenes according to the invention to be present at several points within a chemical network. It is possible, for example, for the process described here to be used at the start of such a network.
  • the C4 hydrocarbon stream used can then in particular be a cracked C4, a raffinate 1, a raffinate 2 or a mixture thereof.
  • cracked C4 and/or the raffinate 2 are used, a cracked C4 hydrogenation in which butadiene is selectively hydrogenated or a butadiene separation in which butadiene is removed by extraction with a solvent such as NMP or nitriles can take place before the separation process according to the invention in order to reduce the butadiene content.
  • a hydroisomerization can be arranged in order to facilitate the separation task in the process according to the invention, since 1-butene is converted into 2-butene, which is generally better absorbed by the solvent.
  • the product stream obtained can be fed to an MTBE synthesis and preferably then successively a 1-butene separation, an oligomerization and one or more hydroformylation(s) on the purified oligomers can be carried out.
  • Hydroformylation can be carried out both with the product stream from the oligomerization, whereby, for example, INA (isononanol) can be produced from di-n-butenes after subsequent hydrogenation or ITDA (isotridecanal) from tributenes, and with the unreacted butenes from the oligomerization, whereby 2-PH (2-propylheptanol) can be produced after subsequent aldol condensation and subsequent hydrogenation.
  • INA isononanol
  • ITDA isotridecanal
  • a further oligomerization could also be carried out instead of a hydroformylation.
  • the conditions of the individual process steps are familiar to the person skilled in the art.
  • the individual process steps can include further steps such as the separation of the products or the processing of the resulting streams, but are not explicitly mentioned here.
  • the separation process according to the invention can also be inserted at any other point in such a network.
  • the C4 hydrocarbon stream used in the separation process according to the invention is taken from an MTBE synthesis after the separation of MTBE and the butene-containing product stream is then fed to a 1-butene separation, after which an oligomerization and one or more hydroformylations are carried out successively for the subsequent production of 2-PH, ITDA and/or INA.
  • the individual process steps can include further steps such as, for example, the separation of the However, costs that may include the processing of the resulting streams are not explicitly mentioned here.
  • the C4 hydrocarbon stream used in the separation process according to the invention is taken from a 1-butene separation and the butene-containing product stream is then fed to an oligomerization, after which one or more hydroformylations are carried out for the subsequent preparation of 2-PH, ITDA and/or INA.
  • the individual process steps can contain further steps such as, for example, the separation of the products or the processing of the resulting streams, but are not explicitly mentioned here.
  • the C4 hydrocarbon stream used in the separation process according to the invention is removed from an oligomerization and the butene-containing product stream is then fed to a hydroformylation for the subsequent production of 2-PH.
  • the individual process steps can contain further steps such as, for example, the separation of the products or the processing of the resulting streams, but are not explicitly mentioned here.
  • the separation process according to the invention is used at the end of the network.
  • the C4 hydrocarbon stream used is taken from a 2-PH production process following the hydroformylation.
  • the butene-containing product stream then obtained from the separation process according to the invention can in this case be recycled and used at a suitable point in the network, for example for 1-butene separation, for oligomerization or one or more hydroformylation(s). This can increase the efficiency of the entire network, since even after the last process step in the network has been completed, up to 20% by weight of butenes can still be present.
  • the butane-containing product stream can be fed, for example, to an adiabatic oligomerization, a hydrogenation of the butenes still present or an n/-iso splitting of the butanes, in which n-butane and isobutane are separated from one another, regardless of the point in the network at which the separation process according to the invention is arranged.
  • the n/iso splitting can also take place after an adiabatic oligomerization. It would also be possible to incorporate the butane-containing product stream before the oligomerization in a network described above comprising MTBE synthesis, 1-butene separation, oligomerization and hydroformylation.
  • the energy required for n/iso splitting can be at least partially provided by heat integration with the first stage a two-stage condensation at the top of the desorber. This has the advantage that the energy generated in the condensation is used and not simply released into the environment as in the prior art.
  • Fig. 1 shows one embodiment according to the prior art (WO 2022/161869 A1).
  • the liquid C4 hydrocarbon stream is evaporated via a heat exchanger (4) and fed into the absorber (1).
  • the solvent is brought to the desired temperature via a residual cooler (3) - if necessary - and also fed into the absorber, the inlet being spatially above the inlet for the C4 hydrocarbon stream, in the present case above the first packed bed.
  • the butane-enriched stream is obtained and removed. Possible condensation is not shown here, only the return of a possible partial stream is indicated.
  • the loaded solvent is collected in the sump of the absorber (1), which is indicated in the figure by the chimney bottom. There, at least part of the loaded solvent is removed and fed to the sump of the absorber (1) via an absorber evaporator (5).
  • the loaded solvent is removed from the sump of the absorber (1) and pumped through the heat exchanger (9)
  • Fig. 2 shows the particularly preferred embodiment according to the invention, in which different packing elements are contained in each packing bed in the absorber (1).
  • the other embodiment is as described under Fig. 1.
  • the packing elements in the upper grayish area of the packing bed have a specific surface y and the packing elements in the lower area of the packing bed have a specific surface x, the specific surface x being larger than the specific surface y.
  • Fig. 3 shows a section of Fig. 2, in which the structure of the packed bed (10) is shown in more detail.
  • the packed bed comprises a support ring (12) for a liquid distributor and a hold-down grid (11) which is located on the packing elements (13, 14) and holds the packing in the packed bed.
  • the packing elements (13) In the upper part of the packed bed are the packing elements (13) with the smaller specific surface area y.
  • In the lower part of the packed bed are the packing elements (14) with the larger specific surface area x.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus C4-Kohlenwasserstoffströmen, die neben den Butenen auch Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem geeigneten Lösemittel. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Einlaufbereich mindestens eines Füllkörperbettes des Absorbers Füllkörper mit geringerer spezifischer Oberfläche vorhanden sind als im restlichen Füllkörperbett.

Description

Energieeffizientes Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus C4- Kohlenwasserstoffströmen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus C4- Kohlenwasserstoffströmen, die neben den Butenen auch Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem geeigneten Lösemittel. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Einlaufbereich mindestens eines Füllkörperbettes des Absorbers Füllkörper mit geringerer spezifischer Oberfläche vorhanden sind als im restlichen Füllkörperbett.
Die Trennung von Butan-Buten-Gemischen mittels Extraktivdestillation ist an sich bekannt. Dabei wird ein aprotisches Lösemittel (z. B. N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) oder Acetonitril (ACN)) eingesetzt, um die relative Flüchtigkeit der Alkane gegenüber den Alkenen zu erhöhen. In einer Extraktivdestillationskolonne, dem Absorber, werden bevorzugt die Butene im Lösemittel gelöst, die Butane werden als Kopfprodukt abgetrennt. Das beladene Lösemittel wird anschließend in einer Stripkolonne, dem Desorber, bei erhöhter Temperatur und/oder reduziertem Druck von den Butenen befreit, die als Kopfprodukt in angereicherter Form gewonnen werden. Das von Butenen befreite Lösemittel wird dann zur Extraktivdestillation zurückgefahren. Ein typisches Verfahren zur Trennung von Butan-Buten-Gemischen mittels Extraktivdestillation wird beispielsweise in der WO 2022/161869 A1 beschrieben.
In allen Verfahrensvarianten werden die Butene in der Absorberkolonne mit einem zunächst flüssigen Lösemittel aus dem Butan-Buten-Gemischen, also den eingesetzten C4- Kohlenwasserstoffströmen, ausgewaschen. Wird das Verfahren wie im Stand der Technik beschrieben umgesetzten, ist festzustellen, dass es in den Einlaufbereichen der Füllkörperbetten des Absorbers auf Grund von Temperatur- und/oder Konzentrationsgradienten zum Auftreten einer Mischungslücke oder zum Auskondensieren von feinen Tropfen kommen kann. Das kann zu Flüssigkeitsakkumulationen in den Einlaufbereichen der Füllkörperbetten des Absorbers führen, wodurch ein verfrühtes Stauen der Absorberkolonne verursacht wird. Dadurch sinkt in diesen Bereichen die Trenneffizienz.
Mit den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren kann sich also das Problem ergeben, dass die Trenneffizienz in den Einlaufbereichen verringert ist. Dies führt in der Gesamtbetrachtung zu einer Verringerung der Anlagenkapazität und dazu, dass höhere Mengen an Lösemittel eingesetzt werden müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine verbesserte Trenneffizienz des Absorbers auf möglichst einfache Weise erreicht werden kann. Weiterhin war die Aufgabe die Menge des einzusetzenden Lösemittels zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 vorgeschlagene Ausführung des Verfahrens gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus einem C4-Kohlenwasserstoffstrom, der zumindest Butene und Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem Lösemittel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Zuführen des gasförmigen C4-Kohlenwasserstoffstroms und des flüssigen Lösemittels, vorzugsweise NMP, zu einem Absorber, der mindestens drei untereinander befindliche Füllkörperbetten umfasst und in dem der C4-Kohlenwasserstoffstrom und das Lösemittel miteinander in Kontakt gebracht werden, wodurch überwiegend Butene aus dem C4- Kohlenwasserstoffstrom in das Lösemittel übergehen und ein beladenes Lösemittel entsteht, wobei das so beladene Lösemittel in einem Flüssigkeitssammler des Absorbers gesammelt und durch einen Absorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Absorbers geleitet wird, wodurch überwiegend Butane aus dem beladenen Lösemittel ausgegast werden, und wobei das beladene Lösemittel anschließend als Sumpfstrom zu einem Desorber geführt wird; b. Zuführen des beladenen Lösemittels zu dem Desorber, in dessen Sumpf im Vergleich mit dem Sumpf des Absorber eine erhöhte Temperatur und bevorzugt ein geringerer Druck vorliegt und in dem die Butene vom Lösemittel getrennt werden, wodurch am Kopf des Desorbers ein an Butenen angereicherter Strom anfällt, wobei ein zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt und durch einen Desorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Desorbers geleitet wird, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden, und wobei das Lösemittel anschließend als Sumpfstrom zum Absorber zurückgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Füllkörperbetten des Absorbers unterschiedliche Füllkörper enthält, wobei die Füllkörper im oberen Bereich des Füllkörperbettes eine spezifische Oberfläche y aufweisen und die Füllkörper im unteren Bereich des Füllkörperbettes eine spezifische Oberfläche x aufweisen, wobei die spezifische Oberfläche x größer ist als die spezifische Oberfläche y.
Die erfindungsgemäße Lösung ist also, dass in mindestens einem Füllkörperbett des Absorbers zwei Füllkörper mit unterschiedlicher spezifischer Oberfläche eingesetzt werden. Die Füllkörperbetten sind üblicherweise mit einer Schüttung aus den Füllkörpern gefüllt. In das Füllkörperbett werden zunächst die Füllkörper mit der größeren spezifischen Oberfläche x und anschließend die Füllkörper mit der geringeren spezifischen Oberfläche eingefüllt. Die Füllkörper mit der spezifischen Oberfläche y, die den oberen Bereich bilden, liegen also auf den Füllkörpern mit der speifischen Oberfläche x, die den unteren Bereich bilden. Der Unterschied in der spezifischen Oberfläche von Füllkörpern für erfindungsgemäße Extraktionsdestillationskolonnen beruht beispielsweise auf der Größe der Füllkörper. Bezogen auf ein Volumen, in das die Füllkörper gefüllt werden, weisen große Füllkörper bekanntermaßen eine geringere spezifische Oberfläche als kleine Füllkörper.
Hinsichtlich der der spezifischen Oberflächen x und y der Füllkörper ist eine Einschränkung auf exakte nummerische Werte bzw. Grenzwerte unmöglich. Die einzusetzenden Oberflächen hängen von der räumlichen Ausgestaltung des Extraktionsdestillationssystems oder der Zusammensetzung des eingesetzten Kohlenwasserstoffstroms ab. Die spezifische Oberfläche x der Füllkörper im unteren Bereich des mindestens einen Füllkörperbettes ist jedoch vorzugsweise mindestens 10% höher als die spezifische Oberfläche y der Füllkörper im oberen Bereich des mindestens einen Füllkörperbettes.
Der Einlaufbereich der Füllkörperbetten insbesondere der obersten Betten zeichnet sich durch ein ausgeprägtes Temperatur- und Konzentrationsprofil aus. Hier wird kaltes, unbeladenes Lösungsmittel auf einen heißen Gasstrom gegeben, sodass es zur Kondensation der Gasphase kommt. Zusätzlich ist an dieser Stelle die Gefähr der Ausbildung einer zweiten flüssigen Phase groß. Die Ausbildung feiner Tropfen durch Konzentrations- oder Temperaturprofile führt dazu das Tropfen durch den Gasstrom in Schwebe gehalten werden und nicht direkt abfließen. Demzufolge ist die Flüssigkeitsbelastung im Einlaufbereich der Füllkörperbetten höher als im restlichen Füllkörperbett und es entsteht eine Akkumulation der Flüssigkeit, dem sogenannten Fluten. Ein Fluten im Einlaufbereich führt zu einem hydraulischen Engpass und ferner zu einem Trennleistungsverlust. Es hat sich gezeigt, dass durch den Einsatz zwei unterschiedlicher Füllkörper in einem Füllkörperbett des Absorbers im oberen Teil des Absorbers zu einem Kapazitäts- und einem Trennleistungsgewinn führt.
Die exakte räumliche Ausgestaltung der Füllkörperbetten mit den unterschiedlichen Füllkörpern in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung hängt von der Ausgestaltung des Absorbers ab. Die exakte Ausführung ist, abgesehen davon, dass die Füllkörper mit geringerer spezifischer Oberfläche y oberhalb der Füllkörper mit größerer spezifischer Oberfläche x angeordnet sind, somit variabel und kann an die jeweils vorherrschenden Bedingungen angepasst werden. Grundsätzlich ist es aber so, dass vorzugsweise ein größerer Teil des Volumens des Füllkörperbettes mit den Füllkörpern mit der spezifischen Oberfläche x, also den Füllkörpern mit der größeren Oberfläche, gefüllt sein sollte. Bevorzugt sind in diesem Zusammenhang maximal 20% des Volumens des Füllkörperbettes mit den Füllkörpern mit spezifischer Oberfläche y gefüllt. Die restlichen 80 % des Volumens entfallen dann auf die Füllkörper mit der spezifischen Oberfläche x. Bei der Installation der Füllkörper kann es bevorzugt sein, die Füllhöhe der Füllkörper im Füllkörperbett zu berücksichtigen. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die Füllkörper mit spezifischer Oberfläche y 20% der Füllhöhe des Füllkörperbettes einnehmen. Die restlichen 80% der Füllhöhe entfallen dann auf die Füllkörper mit der spezifischen Oberfläche x.
Der Absorber des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst mindestens drei Füllkörperbetten. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das zumindest eine Füllkörperbett mit den unterschiedlichen Füllkörpern das oberste Füllkörperbett der mindestens drei Füllkörperbetten des Absorbers ist. Es ist jedoch auch möglich, dass zwei oder drei Füllkörperbetten der mindestens drei Füllkörperbetten des Absorbers die unterschiedlichen Füllkörper in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung enthalten. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung, dass in den Absorber alle Füllkörperbetten mit unterschiedlichen Füllkörpern in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ausgestattet sind.
Der Absorber kann auch mehr als drei Füllkörperbetten enthalten. Umfasst der Absorber mehr als drei Füllkörperbetten, ist es bevorzugt, dass das zumindest eine Füllkörperbett mit den unterschiedlichen Füllkörpern das oberste Füllkörperbett der mindestens drei Füllkörperbetten des Absorbers ist. Es ist jedoch auch möglich, dass zwei oder drei Füllkörperbetten der mindestens drei Füllkörperbetten des Absorbers die unterschiedlichen Füllkörper in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zwei oder drei Füllkörperbetten mit unterschiedlichen Füllkörpern in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die obersten zwei bzw. die obersten drei Füllkörperbetten des Absorbers. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung, dass in den Absorber alle Füllkörperbetten mit unterschiedlichen Füllkörpern in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ausgestattet sind.
Das vorliegende Verfahren betrifft die Abtrennung von Butenen aus butenhaltigen C4- Kohlenwasserstoffströmen. Diese Ströme enthalten üblicherweise neben den Butenen auch Alkane (n-Butan, Isobutan). Der Begriff Butane wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei so verstanden, dass er - sofern nichts anderes bezeichnet ist - sowohl n-Butan als auch Isobutan meint. Im erfindungsgemäßen Verfahren können daher alle C4-Kohlenwasserstoffströme eingesetzt werden, die zumindest Butene und Butane enthalten, sofern die Mengen, in denen die Butene und/oder Butane vorhanden sind, eine wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens zulassen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom im Wesentlichen, d.h. zu mehr als 98 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 99 Gew.-% aus Butanen und Butenen. Die entsprechenden Ströme können auch Verunreinigungen oder andere Kohlenwasserstoffe, wie 1 ,3-Butadien oder C5- Kohlenwasserstoffe, in geringen Mengen enthalten.
In dem erfindungsgemäßen Extraktionsverfahren wird ein flüssiges Lösemittel eingesetzt, in dem sich vorrangig die Butene des eingesetzten, gasförmigen C4-Kohlenwasserstoffstroms lösen. Geeignete Lösemittel sind aprotische Lösemittel, beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP). Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit NMP als Lösemittel durchgeführt. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Lösemittel Wasser, insbesondere im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 4 bis 9 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Lösemittel.
Als Absorber wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Füllkörperkolonne eingesetzt, die mindestens drei untereinander befindliche Füllkörperbetten aufweist. Solche Kolonnen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Oberhalb des ersten Füllkörperbettes befindet sich vorzugsweise eine Rückwaschzone mit mehreren theoretischen Böden, um das in die Gasphase mitgerissene Lösemittel zurückzuhalten. Oberhalb der Rückwaschzone ist der Kopf des Absorbers, wo ein im Vergleich zum eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffstrom an Butanen angereicherter Strom anfällt. Unter dem letzten Füllkörperbett würde der erfindungsgemäße Flüssigkeitssammler angeordnet sein, worunter sich der Sumpf des Absorbers befindet. Der exakte Aufbau des Absorbers hängt von verschiedenen Parametern ab und ist in gewisser Hinsicht variabel.
Das flüssige Lösemittel wird vorzugsweise räumlich betrachtet oberhalb des Einlasses für den C4- Kohlenwasserstoffstroms zu dem Absorber gegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Lösemittel oberhalb des ersten Füllkörperbettes und der C4-Kohlenwasserstoffstrom in ein oder mehrere Füllkörperbetten unterhalb des ersten Füllkörperbettes zum Absorber gegeben. Das flüssige Lösemittel wird im Absorber nach unten rieseln und mit dem (aufsteigenden) dampfförmigen C4-Kohlenwasserstoffstrom in Kontakt gebracht, wodurch ein Teil des C4- Kohlenwasserstoffstroms, der überwiegend Butene enthält, in das Lösemittel übergeht, wodurch ein beladenes Lösemittel entsteht. Der C4-Kohlenwasserstoffstrom und das Lösemittel werden in Schritt a somit insbesondere im Gegenstrom miteinander in Kontakt gebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Teil des C4- Kohlenwasserstoffstroms, der in das Lösemittel übergeht, mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-% Butene, bezogen auf die Zusammensetzung des in das Lösemittel übergegangenen Teils des C4-Kohlenwasserstoffstroms. Daraus ergibt sich insbesondere, dass mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90% der im eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffstrom enthaltenen Butene in das Lösemittel übergehen.
Das beladene Lösemittel läuft im Absorber nach unten und wird in einem geeigneten Flüssigkeitssammler, insbesondere einem Kaminboden, gesammelt. Die Temperatur des im Flüssigkeitssammler anfallenden beladenen Lösemittels beträgt vorzugsweise zwischen 40 und 90°C, besonders bevorzugt zwischen 45 und 65 °C. Vom Flüssigkeitssammler wird das beladene Lösemittel abgenommen, durch einen Absorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Absorbers geleitet, wodurch überwiegend Butane aus dem beladenen Lösemittel ausgegast werden. Der Absorberverdampfer ist vorzugsweise ein Once- Through-Verdampfer, bei dem das beladene Lösemittel nur einmal durch den Verdampfer geleitet wird. Dadurch lassen sich möglichst niedrige Temperaturen realisieren, wodurch Fouling verhindert werden kann. Zudem wird die treibende Temperaturdifferenz vergrößert, was eine noch effizientere Energieausnutzung des NMP-Stroms ermöglicht. Der Absorberverdampfer kann auch mehrstufig ausgestaltet sein, d. h. es können mehrere Wärmetauscher bzw. mehrere Verdampfer vorhanden sein, die zum Absorberverdampfer gehören.
Im Sumpf verbleibt dann das vorwiegend mit Butenen beladene Lösemittel, welches von dort abgenommen und als Sumpfstrom zum Desorber geführt wird. Die Temperatur im Sumpfstrom des Absorbers, der zum Desorber geführt wird, beträgt dabei vorzugsweise zwischen 70 und 130 °C, besonders bevorzugt zwischen 85 und 120 °C.
Am Kopf des Absorbers fällt dann insbesondere ein im Vergleich zum eingesetzten C4- Kohlenwasserstoffstrom an Butanen angereicherter Strom an. Der Kopfdruck im Absorber kann dabei zwischen 3 und 7 bar absolut, vorzugsweise zwischen 4 und 6,5 bar absolut betragen. Der an Butanen angereicherte Strom kann zusätzlich Wasser enthalten, welches aus dem Lösemittel stammt. Dieses Wasser kann in einem nachfolgenden Schritt abgetrennt werden. Dabei wird der an Butanen angereicherte Strom am Kopf des Absorbers entnommen und vorzugsweise einer ein- oder mehrstufigen Kondensation unterworfen, wobei ein wasserhaltiger Strom und ein butanhaltiger Produktstrom auskondensiert werden. Diese beiden Ströme können in einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem Euter, voneinander getrennt werden. Der vom butanhaltigen Produktstrom abgetrennte wasserhaltige Strom kann je nach seiner Zusammensetzung zum Absorber oder zum Desorber geführt und/oder teilweise aus dem Verfahren ausgeschleust werden.
Je nach den Anforderungen an den erhaltenen butanhaltigen Produktstrom kann es erforderlich sein, dass der butanhaltige Produktstrom nach der Kondensation einer Trocknung, vorzugsweise in einer Trocknungskolonne, unterworfen wird, um das noch enthaltene Wasser abzutrennen. Vorzugsweise weist der butanhaltige Produktstrom nach der Trocknung eine maximale Menge an Wasser von 50 Gew. -ppm, vorzugsweise von 25 Gew.-ppm auf. Das bei der Trocknung anfallende Wasser kann zur Kondensation am Absorber zurückgeführt werden.
Das im Sumpf des Absorbers abgenommene und vorwiegend mit Butenen beladenen Lösemittel wird dem Desorber zugeführt. Das beladene Lösemittel kann dazu beispielsweise mittels einer Pumpe zum Desorber geführt werden. Im Sumpf des Desorbers liegt im Vergleich zum Sumpf des Absorbers eine erhöhte Temperatur und bevorzugt ein geringerer Druck vor. Die Temperatur im Sumpf des Desorbers beträgt vorzugsweise zwischen 120 und 200 °C, weiterhin bevorzugt zwischen 130 und 195 °C. Der Kopfdruck im Desorber kann zwischen 1 und 6 bar absolut, vorzugsweise zwischen 2 und 5 bar absolut betragen. Durch die gegenüber dem Absorber erhöhte Temperatur und den vorzugsweise geringeren Druck werden die Butene und optional noch enthaltenen Butane zumindest teilweise aus dem Lösemittel entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel bis zu 5000 Gew. -ppm an Butenen, besonders bevorzugt 100 bis 900 Gew. -ppm an Butenen. Das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel läuft im Desorber nach unten und wird in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt. Von dort wird das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel durch einen Desorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers, insbesondere einem Kaminboden, in den Sumpf des Desorbers geleitet, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden. Der Desorberverdampfer ist vorzugsweise ein Once-Through-Verdampfer, bei dem das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel nur einmal durch den Verdampfer geleitet wird. Dadurch lassen sich möglichst niedrige Temperaturen realisieren, wodurch Fouling verhindert werden kann. Der Desorberverdampfer kann auch mehrstufig ausgestaltet sein, d. h. es können mehrere Wärmetauscher vorhanden sein, die zum Desorberverdampfer gehören. Im Sumpf verbleibt dann das von Butenen befreite Lösemittel, welches von dort abgenommen, als Sumpfstrom zum Absorber geführt und dort wieder als Lösemittel für die Absorption von Butenen eingesetzt wird.
Das von Butenen befreite Lösemittel kann bevor es zum Absorber geführt wird teilweise oder vollständig einer Regeneration unterworfen werden, wodurch Verunreinigungen, beispielsweise die vorgenannt im eingesetzten C4-Kohlenwasserstoffstrom vorhandenen und/oder bei den Temperaturen im Desorber aus den Butenen gebildeten Nebenprodukte wie Oligomere oder polymere Verbindungen, aus dem Lösemittel, vorzugsweise dem NMP, entfernt werden. Die Regeneration wird vorzugsweise so durchgeführt, dass das von Butenen befreite Lösemittel in einen Behälter gefahren und bei einem Druck von weniger als 500 mbar absolut, weiterhin bevorzugt von weniger als 200 mbar absolut und einer Temperatur zwischen 100 und 150 °C verdampft wird. An den Behälter kann eine Kolonne angeschlossen sein. Durch die Regeneration werden insbesondere Schwersieder abgetrennt. Wird nur ein Teil des von Butenen befreiten Lösemittels einer Regeneration unterworfen, wird der regenerierte Teil des Lösemittels anschließend mit dem nicht regenerierten Lösemittel vereint und zum Absorber zurückgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich weiterhin bevorzugt durch eine Wärme integration auszeichnen, mit der die Wärme des Lösemittels zur Erwärmung und/oder zumindest teilweiser Verdampfung verschiedener Ströme genutzt wird. Die Wärme des als Sumpfstrom des Desorbers abgenommen Lösemittels, vorzugsweise des NMPs, wird dabei zumindest teilweise zur Wärmeintegration verwendet wird, in dem die Wärme des Lösemittels, vorzugsweise des NMPs, in jeweils mindestens einem Wärmetauscher für die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels, vorzugsweise NMP, zur Verdampfung im Absorberverdampfer und zur Verdampfung des flüssigen C4-Kohlenwasserstoffstroms in einem Feedverdampfer eingesetzt wird. Ein Vorteil ist der einfache Aufbau der Wärmeintegration, die dennoch eine effiziente Energierückgewinnung ermöglicht. In der einfachsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zudem nicht zwingend zusätzlichen Seitenverdampfer vorgesehen, die einen zusätzlichen anlagentechnischen Aufwand und damit höhere Kosten nach sich ziehen.
Durch die Wärmeintegration wird dem Lösemittel Wärme entzogen. Der Grund dafür ist nicht nur, dass damit andere Ströme oder Kolonnen geheizt werden sollen, sondern in erster Linie die Abkühlung des Lösemittels für die Absorption. Die Absorption der Butene (hier: Schritt a) findet meistens bei einer geringeren Temperatur statt als die Desorption (hier: Schritt b). Wird dem Lösemittel bei der Wärmeintegration ausreichend Wärme entzogen, weist also eine geeignete Temperatur auf, kann das Lösemittel direkt in den Absorber gefahren werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Lösemittel trotz der vorliegenden Wärmeintegration noch nicht die richtige Temperatur aufweist. In so einem Fall kann das Lösemittel nach der Wärmeintegration und vor dem Eintritt in den Absorber durch einen Restkühler geleitet werden, um auf eine geeignete Temperatur gekühlt zu werden.
Wärme ist eine Prozessgröße. Die zu- oder abgeführte Wärme entspricht der Änderung der Inneren Energie abzüglich der verrichteten Arbeit. Bei den in dieser Erfindung verwendeten Begriffe Wärme, Wärmetransport und Wärmeintegration wird diese Definition stets zu Grunde gelegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels zweistufig durchgeführt, wobei eine erste eine Wärmeübertragung auf das zum Desorber geführten beladenen Lösemittel in einem Wärmetauscher, beispielsweise einen Rohrbündelwärmetauscher, und eine zweite Wärmeübertragung auf das zum Desorber geführten beladenen Lösemittel in einem Kettleverdampfer erfolgt. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei der vorgenannten bevorzugten Ausgestaltung die Wärme, die in beiden Stufen, d. h. im Wärmetauscher und im Kettleverdampfer auf das beladene Lösemittel übertragen wird, aus dem als Sumpfstrom des Desorbers abgenommen Lösemittel als Wärmeträgermedium stammt. Die Verwendung eines Kettleverdampfers hätte auch den Vorteil, dass in der Leitung zum Desorber ein geringerer Vordruck herrschen könnte. Normalerweise ist ein hoher Vordruck notwendig, um das Verdampfen in der Rohrleitung zu verhindern, was zu Problemen bis zum Bersten der Rohrleitung führen könnte. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Temperaturbelastung begrenzt und dadurch sichergestellt wird, dass die Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung ausreichend groß ist bzw. bleibt.
Am Kopf des Desorbers fällt dann insbesondere ein im Vergleich zu dem eingesetzten C4- Kohlenwasserstoffstrom an Butenen angereicherte Strom an. Dieser an Butenen angereicherte Strom kann zusätzlich Wasser enthalten, welches aus dem Lösemittel stammt. Dieses Wasser kann in einem nachfolgenden Schritt abgetrennt werden. Dabei wird der an Butenen angereichte Strom am Kopf des Desorbers entnommen und einer ein- oder mehrstufigen Kondensation unterworfen, wobei ein wasserhaltiger Strom, der neben Wasser auch noch Reste an Organik enthalten kann, und ein butenhaltiger Produktstrom auskondensiert werden. Diese beiden Ströme können in einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem Euter, voneinander getrennt werden. Der vom butenhaltigen Produktstrom abgetrennte wasserhaltige Strom kann anschließend zurück zum Desorber geführt werden. Möglich ist auch eine Ausschleusung des ganzen oder von Teilen des wasserhaltigen Stroms, um die Organik zu entfernen.
Der aus der Kondensation erhaltene butenhaltige Produktstrom enthält vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, weiterhin bevorzugt weniger als 16 Gew.-% an Butanen bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des butenhaltigen Produktstroms. Der aus der Kondensation erhaltene butenhaltige Produktstrom weist stattdessen vorzugsweise einen Butengehalt von mindestens 70 Gew.-%, weiterhin bevorzugt von mindestens 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 86 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des butenhaltigen Produktstroms auf.
Erfindungsgemäß wird das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel, vorzugsweise NMP, in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt und durch einen Desorberverdampfer gefahren, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden können. Die Wärme zur Verdampfung im Desorberverdampfer kann dabei in einem Wärmetauscher durch Wärmeübertragung von einem geeigneten Wärmeträgermedium eingetragen werden. Das Wärmeträgermedium kann insbesondere Heizdampf sein, der als Mitteloder Hochdruckdampf eingesetzt wird. Als Heizdampf ist ein Mitteldruckdampf bevorzugt, welcher eine Temperatur von 150 bis 270 °C, vorzugsweise von 160 bis 250 °C aufweist. Der Mitteldruckdampf weist vorzugsweise einen Druck von 15 bis 30 bar absolut, besonders bevorzugt von 17 bis 25 bar absolut auf. Als Heizdampf kann auch ein Dampf mit einem Druck von > 30 bar absolut eingesetzt werden. Ein solcher Heizdampf kann auch als Hochdruckdampf bezeichnet werden.
Der zur Verdampfung eingesetzte Heizdampf kann im Wärmetauscher zumindest teilweise kondensieren, wodurch ein Heißkondensat bei einem Druck von 10 bis 20 bar absolut, vorzugsweise 12 bis 17 bar absolut und einer Temperatur von 150 bis 210 °C, vorzugsweise 160 bis 200 °C anfällt. Nach dem Wärmetauscher ist vorzugsweise ein Kondensatbehälter angeordnet, in dem das Heißkondensat vom Dampf getrennt werden kann. In dem Kondensatbehälter liegt vorzugsweise ein geringerer Druck vor als im Wärmetauscher auf der Heizdampfseite. Aufgrund des geringeren Drucks kann ein Teil des Heißkondensats verdampfen, wodurch der gesamte Dampf, d. h. der nicht kondensierte Anteil des Heizdampfes und das im Kondensatbehälter durch Druckentspannung verdampfte Heißkondensat, im Kondensatbehälter ais Niederdruckdampf anfällt. Niederdruckdampf weist vorliegend vorzugsweise einen Druck von mehr als 0 bar und weniger als 10 bar absolut auf. Die Temperatur des Niederdruckdampfs beträgt vorzugsweise 100 bis 180 °C.
Der dort anfallende Niederdruckdampf enthält noch Energie, die in keinem bekannten Verfahren ausgenutzt wird. Aus energetischer und wirtschaftlicher Sicht ist das jedoch nicht sinnvoll. Diese Energie kann jedoch in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Dazu kann der zur Verdampfung im Desorberverdampfer eingesetzte Heizdampf mittels eines, vorzugsweise regelbaren Dampfstrahlers (Thermokompressors) zur Verfügung gestellt werden. Der Thermokompressor wird dann sowohl mit dem eingesetzten Heizdampf, der beispielsweise aus einem entsprechenden Dampfnetz stammt, hier insbesondere der bevorzugt eingesetzte Mitteldruckdampf, als auch mit dem Niederdruckdampf aus dem Kondensatbehälter gespeist, wodurch ein Mischdampf entsteht, der dementsprechend das Wärmeträgermedium für den Desorberverdampfer ist. Der Mischdampf ist in dieser Ausgestaltung demnach der Heizdampf. Ein solcher Dampfstrahler ist so ausgestaltet, dass er mit einem Treibdampf betrieben wird und durch einen Unterdrück (Staudruck im Dampfstrahler) Saugdampf aus einem Behälter ansaugen kann, wodurch dann der Mischdampf entsteht, der als Wärmeträgermedium eingesetzt wird. Der Treibdampf ist im vorliegenden Fall der Heizdampf bzw. der Mitteldruckdampf, mit dem der Niederdruckdampf als Saugdampf aus dem Kondensatbehälter angesaugt und mit dem Treibdampf vermischt wird.
Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist offensichtlich. Die Energie des im Kondensatbehälter anfallenden Niederdruckdampfes kann genutzt und damit Energie und Kosten gespart werden. Eine solche Verfahrensweise kann auch aus einem anderen Grund vorteilhaft sein. Der eingesetzte Dampfstrahler kann dahingehend regelbar sein, dass die Mengen von Mittel- bzw. Hochdruck- und Niederdruckdampf, beispielsweise in Abhängigkeit von bestimmten Prozessparametern, eingestellt werden können. Die Saugdampfmenge stellt sich dabei über die Treibdampfmenge ein. Die Mengen von Mitteldruck- und Niederdruckdampf können beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur im Desorber eingestellt werden.
Eine weiterhin bevorzugte Ausgestaltung kann auch dann vorliegen, wenn der Desorber einen Seitenverdampfer aufweist. In einem solchen Fall kann das Wärmeträgermedium, welches für den Seitenverdampfer eingesetzt wird, der Mischdampf aus dem Dampfstrahler sein, während im Desorberverdampfer Mitteldruckdampf als Heizdampf eingesetzt wird. Das Heißkondensat aus dem Desorberverdampfer und dem Seitenverdampferwerden dann entsprechend den obigen Ausführungen zu einem Kondensatbehälter geleitet. Der dort anfallende Niederdruckdampf wird dann im Dampfstrahler verwendet, dessen Mischdampf im Seitenverdampfer eingesetzt wird. Der Vorteil dieser Variante ist, dass das anfallende Heißkondensat weiter entspannt werden könnte, um eine größere Niederdruckdampfmenge bereitstellen zu können. Das vorliegend beschriebene Verfahren kann in chemischen Verbünden, die insbesondere eine Oligomerisierung und optional eine Hydroformylierung umfassen, eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, dass die Abtrennung von Butenen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an verschiedenen Stellen im Verbund eingesetzt wird. Es ist auch möglich, wenn die erfindungsgemäße Abtrennung von Butenen an mehreren Stellen innerhalb eines chemischen Verbundes vorhanden ist. Möglich ist beispielsweise, dass das hier beschriebene Verfahren zu Beginn eines solchen Verbunds eingesetzt wird. Der eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom kann dann insbesondere ein Crack-C4, ein Raffinat 1 , ein Raffinat 2 oder eine Mischung daraus sein. Sofern Crack-C4 und/oder das Raffinat 2 eingesetzt werden, kann vor dem erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eine Crack-C4-Hydrierung, in der Butadien selektiv hydriert wird, oder eine Butadienabtrennung, bei der Butadien extraktiv mit einem Lösemittel wie NMP oder Nitrilen entfernt wird, erfolgen, um den Gehalt an Butadien zu reduzieren. Nach einer extraktiven Butadienabtrennung und vor der erfindungsgemäßen Abtrennung kann eine Hydroisomerisierung angeordnet sein, um die Trennaufgabe beim erfindungsgemäßen Verfahren zu erleichtern, da 1- Buten in 2-Buten umgewandelt wird, was vom Lösemittel in der Regel besser aufgenommen wird.
Wird das Abtrennverfahren zu Beginn des Verbunds eingesetzt, kann der erhaltene Produktstrom einer MTBE-Synthese zugeführt werden und vorzugsweise anschließend sukzessive eine 1- Butenabtrennung, eine Oligomerisierung und eine oder mehrere Hydroformylierung(en) auf die aufgereinigten Oligomere erfolgen. Eine Hydroformylierung kann sowohl mit dem Produktstrom aus der Oligomerisierung erfolgen, wodurch zum Beispiel aus Di-n-butenen nach anschließender Hydrierung INA (Isononanol) oder aus Tributenen ITDA (Isotridecanal) hergestellt werden kann, als auch mit den nicht umgesetzten Butenen der Oligomerisierung, wodurch nach anschließender Aldolkondensation und nachfolgender Hydrierung 2-PH (2-Propylheptanol) hergestellt werden kann. Mit den nicht umgesetzten Butenen aus der Oligomerisierung könnte ggf. auch anstatt einer Hydroformylierung eine weitere Oligomerisierung betrieben werden. Die Bedingungen der einzelnen Verfahrensschritte sind dem Fachmann geläufig. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt. Das erfindungsgemäße Abtrennverfahren kann aber auch an jeder anderen Stelle eines solchen Verbunds eingefügt werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der beim erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom einer MTBE-Synthese nach der Abtrennung von MTBE entnommen und der butenhaltige Produktstrom anschließend einer 1- Butenabtrennung zugeführt, wonach sukzessive eine Oligomerisierung und eine oder mehrere Hydroformylierung(en) zur anschließenden Herstellung von 2-PH, ITDA und/oder INA erfolgen. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der beim erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom einer 1 -Butenabtrennung entnommen und der butenhaltige Produktstrom anschließend einer Oligomerisierung zugeführt, wonach eine oder mehrere Hydroformylierung(en) zur anschließenden Herstellung von 2-PH, ITDA und/oder INA erfolgen. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der beim erfindungsgemäßen Abtrennverfahren eingesetzte C4-Kohlenwasserstoffstrom einer Oligomerisierung entnommen und der butenhaltige Produktstrom anschließend einer Hydroformylierung zur anschließenden Herstellung von 2-PH zugeführt. Die einzelnen Verfahrensschritte können weitere Schritte wie beispielsweise die Abtrennung der Produkte oder die Aufarbeitung der resultierenden Ströme enthalten, sind hier jedoch nicht explizit genannt.
In einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Abtrennverfahren am Ende des Verbunds eingesetzt. In dem Fall wird der eingesetzte C4- Kohlenwasserstoffstrom einer der Hydroformylierung sich anschließenden 2-PH-Herstellung entnommen. Der aus dem erfindungsgemäßen Abtrennverfahren sodann erhaltene butenhaltige Produktstrom kann in diesem Fall zurückgeführt werden und an einer geeigneten Stelle im Verbund, beispielsweise zur 1 -Butenabtrennung, zur Oligomerisierung oder einer oder mehrere Hydroformylierung(en) eingesetzt werden. Dadurch kann die Effizienz des gesamten Verbunds gesteigert werden, da selbst nach Durchlaufen des letzten Verfahrensschrittes im Verbund noch bis zu 20 Gew.-% Butene vorhanden sein können.
Der butanhaltige Produktstrom kann unabhängig von der Stelle im Verbund, in der das erfindungsgemäße Abtrennverfahren angeordnet ist, beispielsweise einer adiabaten Oligomerisierung, einer Hydrierung der noch vorhandenen Butene oder einer n/-iso-Splittung der Butane, bei der n-Butan und Isobutan voneinander getrennt werden, zugeführt werden. Die n/iso- Splittung kann auch nach einer adiabaten Oligomerisierung erfolgen. Möglich wäre auch eine Einbindung des butanhaltigen Produktstroms vor der Oligomerisierung in einem oben beschriebenen Verbund aus MTBE-Synthese, 1 -Butenabtrennung, Oligomerisierung und einer Hydroformylierung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zur n/iso- Splittung erforderliche Energie zumindest teilweise durch Wärmeintegration mit der ersten Stufe einer zweistufigen Kondensation am Kopf des Desorbers erfolgen. Das hat den Vorteil, dass die Energie, die in der Kondensation anfällt, genutzt wird und nicht wie im Stand der Technik einfach an die Umgebung abgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen erläutert. Die Abbildungen dienen der Veranschaulichung, sind aber nicht einschränkend zu verstehen.
Fig. 1 zeigt die eine Ausgestaltung nach dem Stand der Technik (WO 2022/161869 A1). Der flüssige C4-Kohlenwasserstoffstrom wird über einen Wärmetauscher (4) verdampft und in den Absorber (1) geleitet. Das Lösemittel wird über einen Restkühler (3) - wenn notwendig - auf die gewünschte Temperatur gebracht und ebenfalls in den Absorber geleitet, wobei der Einlass räumlich gesehen oberhalb des Einlasses für den C4-Kohlenwasserstoffstrom ist, im vorliegenden Fall oberhalb des ersten Füllkörperbettes. Am Kopf des Absorbers (1) fällt der an Butanen angereicherte Strom an, der abgenommen wird. Eine mögliche Kondensation ist hier nicht gezeigt, lediglich die Rückführung eines möglichen Teilstroms ist angedeutet. Im Sumpf des Absorbers (1) wird das beladene Lösemittel gesammelt, was in der Abbildung durch den Kaminboden angedeutet ist. Dort wird zumindest ein Teil des beladenen Lösemittels abgenommen und über einen Absorberverdampfer (5) zum Sumpf des Absorbers (1) geführt. Aus dem Sumpf des Absorbers (1) wird das beladene Lösemittel abgenommen und mittels einer Pumpe (9) über den Wärmetauscher
(6) zur Vorwärmung des beladenen Lösemittels zum Desorber (2) geleitet, wo die im Lösemittel vorhandenen Butene vom Lösemittel getrennt werden. Am Kopf des Desorbers fällt der an Butenen angereicherte Strom an. Dieser Strom kann einer ein- oder mehrstufigen Kondensation unterworfen werden, was in der Abbildung nicht gezeigt ist. Lediglich ein möglicher Rückführstrom ist angedeutet. Im Sumpf des Desorbers (2) wird das zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel gesammelt, was in der Abbildung durch den Kaminboden angedeutet ist. Dort wird zumindest ein Teil des beladenen Lösemittels abgenommen und über einen Desorberverdampfer
(7) zum Sumpf des Desorbers geführt. Aus dem Sumpf des Desorbers (2) wird dann das von Butenen befreite Lösemittel abgenommen und mittels einer Pumpe (8) über den Wärmetauscher (6) zur Vorwärmung des beladenen Lösemittels, den Absorberverdampfer (5), den Wärmetauscher (4) zur Verdampfung des C4-Kohlenwasserstoffstroms und den Restkühler (3) zum Absorber zurückgeführt.
Fig. 2 zeigt die besonders bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei dem im Absorber (1) in jedem Füllkörperbett unterschiedliche Füllkörper enthalten sind. Die sonstige Ausführung ist wie unter Fig. 1 beschrieben. Die Füllkörper im oberen gräulichen Bereich des Füllkörperbettes weisen eine spezifische Oberfläche y und die Füllkörper im unteren Bereich des Füllkörperbettes eine spezifische Oberfläche x auf, wobei die spezifische Oberfläche x größer ist als die spezifische Oberfläche y. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt von Fig. 2, bei dem der Aufbau des Füllkörperbettes (10) genauer gezeigt ist. Das Füllkörperbett umfasst in diesem Fall neben einem Tragring (12) für einen Flüssigkeitsverteiler, ein Niederhalterost (11), welches sich auf den Füllkörpern (13, 14) befindet und die Füllkörperschüttung im Füllkörperbett hält. Im oberen Bereich des Füllkörperbettes befinden sich die Füllkörper (13) mit der geringeren spezifischen Oberfläche y. Im unteren Teil des Füllkörperbettes sind die Füllkörper (14) mit der größeren spezifischen Oberfläche x vorhanden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Abtrennung von Butenen aus einem C4-Kohlenwasserstoffstrom, der zumindest Butene und Butane enthält, durch Extraktivdestillation mit einem Lösemittel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Zuführen des gasförmigen C4-Kohlenwasserstoffstroms und des flüssigen Lösemittels zu einem Absorber, der mindestens drei untereinander befindliche Füllkörperbetten umfasst und in dem der C4-Kohlenwasserstoffstrom und das Lösemittel miteinander in Kontakt gebracht werden, wodurch überwiegend Butene aus dem C4- Kohlenwasserstoffstrom in das Lösemittel übergehen und ein beladenes Lösemittel entsteht, wobei das so beladene Lösemittel in einem Flüssigkeitssammler des Absorbers gesammelt und durch einen Absorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Absorbers geleitet wird, wodurch überwiegend Butane aus dem beladenen Lösemittel ausgegast werden, und wobei das beladene Lösemittel anschließend als Sumpfstrom zu einem Desorber geführt wird; b. Zuführen des beladenen Lösemittels zu dem Desorber, in dessen Sumpf im Vergleich mit dem Sumpf des Absorber eine erhöhte Temperatur und bevorzugt ein geringerer Druck vorliegt und in dem die Butene vom Lösemittel getrennt werden, wodurch am Kopf des Desorbers ein an Butenen angereicherter Strom anfällt, wobei ein zumindest teilweise von Butenen befreite Lösemittel in einem Flüssigkeitssammler des Desorbers gesammelt und durch einen Desorberverdampfer gefahren und dann unterhalb des Flüssigkeitssammlers in den Sumpf des Desorbers geleitet wird, wodurch noch im Lösemittel vorhandene Butene ausgegast werden, und wobei das Lösemittel anschließend als Sumpfstrom zum Absorber zurückgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Füllkörperbetten des Absorbers unterschiedliche Füllkörper enthält, wobei die Füllkörper im oberen Bereich des Füllkörperbettes eine spezifische Oberfläche y aufweisen und die Füllkörper im unteren Bereich des Füllkörperbettes eine spezifische Oberfläche x aufweisen, wobei die spezifische Oberfläche x größer ist als die spezifische Oberfläche y.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das zumindest eine Füllkörperbett mit den unterschiedlichen Füllkörpern das oberste Füllkörperbett des Absorbers ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest zwei oder drei Füllkörperbetten des Absorbers unterschiedliche Füllkörper enthalten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zwei oder drei Füllkörperbetten mit unterschiedlichen Füllkörpern die obersten zwei bzw. die obersten drei Füllkörperbetten des Absorbers sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Absorber alle Füllkörperbetten unterschiedliche Füllkörpern enthalten.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei maximal 20% des Volumens des Füllkörperbettes mit den Füllkörpern mit spezifischer Oberfläche y gefüllt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das eingesetzte Lösemittel NMP ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lösemittel bzw. das NMP Wasser enthält und der Wassergehalt zwischen 1 und 10 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 4 und 9 Gew.-% liegt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur im Sumpfstrom des Absorbers, der zum Desorber geführt wird, 70 und 130 °C, vorzugsweise 85 bis 120 °C beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur im Sumpf des Desorbers zwischen 120 und 200 °C, vorzugsweise 130 und 195 °C beträgt.
11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopfdruck im Desorber zwischen 1 und 6 bar absolut, vorzugsweise 2 bis 5 bar absolut beträgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorwärmung des zum Desorber geführten beladenen Lösemittels zweistufig durchgeführt wird, wobei eine erste eine Wärmeübertragung auf das Lösemittel in einem Wärmetauscher und eine zweite Wärmeübertragung auf das Lösemittel in einem Kettleverdampfer erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärme zur Verdampfung im Desorberverdampfer durch Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher mit einem geeigneten Wärmeträgermedium, insbesondere Heizdampf, eingetragen wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eingesetzte Heizdampf im Wärmetauscher zumindest teilweise kondensiert und dadurch ein Heißkondensat bei einem Druck von 10 bis 20 bar absolut, vorzugsweise 12 bis 17 bar absolut und einer Temperatur von 150 bis 210 °C, vorzugsweise 160 bis 200 °C anfällt, das zu einem Kondensatbehälter geleitet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Heizdampf für den Desorberverdampfer mittels eines Dampfstrahlers, der mit Hochdruck- oder Mitteldruckdampf und dem im Kondensatbehälter anfallenden Niederdruckdampf gespeist wird, zur Verfügung gestellt wird.
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