JP2006509619A - 抽出蒸留 - Google Patents

Abstract

２種以上の成分からなる出発混合物（Ａ）を隔壁カラム（ＴＫＷ）中で選択的溶剤（Ｓ）を使用する抽出蒸留により分別する方法が提案され、前記方法を隔壁（ＴＷ）を有する隔壁カラム（ＴＫＷ）中で実施し、前記隔壁はカラムの長手方向に配列され、カラムの上側端部に伸びており、カラムの内部を第１領域（１）、第２領域（２）および下側の結合したカラム領域（３）に分割し、出発混合物（Ａ）を第１領域（１）に供給し、第１領域（１）から第１頭部流（Ｂ）を取り出し、第２領域（２）から第２頭部流（Ｃ）を取り出し、それぞれの流れは決められた規格を有し、第１領域（１）の上側部分および／または第２領域（２）の上側部分に選択的溶剤（Ｓ）を導入し、第１領域（１）に流入する溶剤の流れ（Ｓ１）および／または第２領域（２）に流入する溶剤の流れ（Ｓ２）を頭部流（Ｂ、Ｃ）のそれぞれの決められた規格に適合するように調節する。

Description

本発明は２種以上の成分からなる出発混合物を隔壁カラム中で抽出蒸留により分別する方法およびこの目的に適した隔壁カラムおよび使用に関する。

抽出蒸留は相対的な揮発性がわずかに相違するかまたは共沸により沸騰する成分の混合物を分別蒸留する１つの知られた方法である。抽出蒸留は抽出剤と呼ばれる選択的溶剤を添加して実施し、抽出剤は分別すべき混合物の沸点よりかなり高い沸点を有し、個々の成分に関する選択的親和性により分別すべき混合物の個々の成分の相対的揮発性の差を増加する。適当な選択的溶剤を選択する１つの重要な基準は循環する吸収剤相を最小にして分離を可能にする、すなわち十分に高い吸収能力を有する吸収剤を見出すことである。

一般に互いに純粋な形で得られるべきである少なくとも３個の成分を混合するかなり複雑な分離作業のための隔壁カラムの使用は知られている。前記カラムは隔壁、すなわち平坦な金属シートを有し、前記シートは一般にカラムの長手方向に配列され、カラムの領域内で液体または蒸気流の横断する混合を防ぐ。典型的な蒸留カラムと比較して隔壁カラムは、一般に２つのカラムが必要である分離作業を１つの装置で行うことができ、投入費用およびエネルギー費用が著しく低いので経済的に有利である。

隔壁カラムで抽出蒸留を実施できることは知られている。

このような方法は、例えばドイツ特許第１９９５８４６４号に記載されている。隔壁の上側端部で取り出し領域が閉鎖されている隔壁カラムの特別な構造的形態の結果として、カラムのこの領域内の温度を、ここに存在する圧力を調節することにより調節できる。頭部で閉鎖されている取り出し領域の圧力がカラム内の作業圧力から変更できるので、圧力差は隔壁により分けられるカラムの領域に導入する蒸気流の調節に利用できる。

本発明の課題は、より経済的な方法、特にエネルギーおよび溶剤の消費に関してより有利である方法およびこの目的のために適している隔壁カラムを提供することである。

前記課題は方法に関しては隔壁カラム中で選択的溶剤を使用する抽出蒸留により２種以上の成分の出発混合物を分別する方法により解決され、その際
前記方法を、カラムの長手方向に配列された隔壁を有する隔壁カラム中で実施し、前記隔壁はカラムの上側端部に伸びており、カラムの内部を第１領域、第２領域および下側の結合したカラム領域に分割し、
出発混合物を第１領域に供給し、第１領域から第１頭部流を取り出し、第２領域から第２頭部流を取り出し、それぞれの流れは決められた規格を有し、
第１領域の上側部分および／または第２領域の上側部分に選択的溶剤を導入し、および
第１領域に流入する溶剤の流れおよび／または第２領域に流入する溶剤の流れを頭部流のそれぞれの決められた規格に適合するように調節する。

意想外にも、隔壁カラムの単純な構造的形態、すなわち隔壁が隔壁カラムの上側端部に伸びており、抽出蒸留中のそれぞれの分離作業に関する最適な熱力学的条件を、隔壁により分けられるカラム内部のそれぞれの領域で独立に調節することを可能にする。特にそれぞれの領域に最適な溶剤の量を導入することが可能であり、それぞれの領域で溶剤の吸収能力を完全に利用し、全部の溶剤の要求が最小になる。同時に典型的な隔壁カラムに比べてエネルギー消費が著しく減少する。

出発混合物は一般に少なくとも２つの成分の揮発性の少ない差によりまたは共沸混合物の形成により、相対的揮発性を変動する選択的溶剤の添加によってのみ分別できる炭化水素または他の有機成分の混合物である。

出発混合物は隔壁カラムの第１領域に、しばしばその約３分の２に導入する。分別される出発混合物の個々の組成に応じて、最も大きい揮発性を有する成分または成分の混合物を出発混合物の他の成分から蒸留により簡単なやり方で分離することが可能である。この場合に第１領域の上側部分での選択的溶剤の導入は、最も大きい揮発性を有する簡単な、純粋な成分または最も大きい揮発性を有する成分の組からなる頭部流を分離することを必ずしも可能にしない。

しかし隔壁カラムの第１領域での最も大きい揮発性を有する純粋な成分または成分の組の分離は一般に第１領域の上側部分での選択的溶剤の添加および分別される出発混合物との逆流接触を使用してのみ可能である。この場合に選択的溶剤を適当な熱力学的条件下で、一般に最も低い可能な温度で導入し、溶剤がかなり高い親和性を有する出発混合物の成分で負荷されるが、低い親和性を有する１種以上の成分、すなわち選択された溶剤にわずかしか溶解しない成分は蒸気相に残り、頭部流として取り出される。

第１領域から頭部流として取り出した１種以上の成分より大きい親和性を有する出発混合物の成分を負荷した溶剤は蒸気の形で隔壁の下側端部に隔壁カラムの第２領域に流れる。

隔壁カラムの第２領域で、分別される出発混合物の個々の組成に応じて、選択的溶剤により容易に溶解する成分を簡単な蒸留により分離することができるが、第２領域の上側部分で、逆流で選択的溶剤を導入してのみ、すなわち抽出蒸留により分離できる場合もある。

第２領域から取り出された頭部流は、再び、第１領域から取り出された頭部流の場合と同様に、特別な沸騰範囲を有する単純な純粋成分または成分の組であることができる。

第１領域および第２領域からの頭部流は、一般的であるように、カラムの頭部で、凝縮器中で凝縮し、凝縮液の部分を還流としてカラムに返送し、残りを取り出す。

一般に頭部流に関して決められた特別な純度要求、すなわち規格が存在する。

隔壁カラムの２つの領域のそれぞれで分別される混合物が常に量および組成に関して相違するので、抽出蒸留により分別を行う場合は、頭部流中で予め決められた規格を達成するために、それぞれの領域で特に最適な量の選択的溶剤が常に必要である。

上側端部に伸びる隔壁を有するカラム中で抽出蒸留する本発明の方法において、互いに独立に１つまたは２つの領域へのそれぞれの分離作業のための選択的溶剤の最適量の導入が簡単なやり方で可能である。

１つの変法において、選択的溶剤に最も多く溶解する１種以上の成分がなお負荷されている溶剤をカラムの底部で取り出す。引き続き負荷された溶剤からこれに溶解した成分を適当な熱力学的条件下で、ストリッピングカラム中で分離し、精製した溶剤を一般に抽出蒸留カラムに返送する。

１つの有利な変法において、下側の結合したカラム領域からガス流を取り出し、部分的にまたは完全に凝縮し、凝縮液の全部または一部を取り出し、残りを還流として抽出蒸留カラムに返送する。この取り出し位置より低いカラムの部分で、溶解した成分を溶剤からガスの形で完全に取り出す。

実施される分離作業に応じて１個以上の付加的な側流をそれぞれの適当なカラム領域から、特に第１領域および／または第２領域および／または下側の結合したカラム領域から取り出すことが可能である。

エネルギーに関して特に有利である１つの変法において、１個以上の熱力学的に適当な段階の抽出蒸留カラムから液体流を取り出し、熱いガス抜きした溶剤からの熱伝達により部分的にまたは完全に蒸発させ、抽出蒸留カラムに、液体流が取り出された同じ理論段または理論段より上に返送する。これは全部のエネルギー消費をかなり、典型的に約４０〜６０％だけ減少することを可能にする。

本発明は更に抽出蒸留を実施するための隔壁カラムを提供し、前記カラムはカラムの最も上の位置に伸びる隔壁の特別な構造的特徴を有し、下側の結合したカラム領域内でのみ液体流および蒸気流の混合を可能にする。すでに述べられた第１領域および第２領域は隔壁により互いに分離されている。

隔壁の長さおよびカラムの軸に対するその位置は抽出蒸留カラムに供給される出発混合物の組成および抽出蒸留カラム中で分離されるフラクションのための決められた規格に依存して変動することができる。従って、例えば隔壁を中心にまたは中心からはずれて設置することが可能である。２つの領域で液体と蒸気の供給量が一般に異なるので、中心からはずれた配置がしばしば有利である。

１つの有利な態様において、抽出蒸留カラムの第１領域および／または第２領域に、それぞれ選択的溶剤の供給位置の上に蒸気流で一緒に運ばれる選択的溶剤のためのバックスクラビングトレー（ｂａｃｋｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ｔｒａｙ）、しばしば３〜５個のトレーが用意される。使用できるトレーの形式に関する制限は原則的に存在しないが、小さい液体供給量のためのトレー、特にバルブトレー、バブルキャップトレーまたはソーマントレー（Ｔｈｏｒｍａｎｎ ｔｒａｙ）が特に適している。

バックスクラビングトレーの使用は残留溶剤内容物に関して特に純粋である頭部フラクションを得ることを可能にする。

本発明の方法および本発明の抽出蒸留カラムの最も重要な適用分野は石油化学製品、特にＣ_４フラクション、Ｃ_５フラクションの分別、芳香族混合物、特にベンゼン／トルエン／キシレン混合物またはキシレン異性体の混合物の分別である。

本発明を以下に実施例および図面により説明する。

図面において同じ参照番号は同じかまたは相応する特徴を示す。

図１に示される抽出蒸留カラムは隔壁ＴＷを有する隔壁カラムＴＫＷとして形成され、前記隔壁はカラムの長手方向にカラムの上側端部に向かって伸びている。隔壁ＴＷはカラムの内部を第１領域１、第２領域２および下側の結合したカラム領域３に分割する。分別される出発混合物Ａを第１カラム領域１に、この領域のほぼ中心に供給する。選択的溶剤の第１の流れを流れＳ１として第１領域１の上側部分に導入し、選択的溶剤の第２の流れを流れＳ２として領域２の上側部分に導入する。第１頭部流Ｂを領域１から取り出し、カラムの頭部で、凝縮器中で凝縮し、凝縮液の一部を還流としてカラムに返送し、残りを取り出す。同様に第２領域２から第２頭部流Ｃを取り出し、カラムの頭部で、凝縮器中で凝縮し、凝縮液の一部を還流として第２領域に返送し、残りを取り出す。

カラムの底部で負荷された選択的溶剤ＳＬを取り出す。

図２に示される実施態様は図１の実施態様と異なり、選択的溶剤の１つの流れ、流れＳ１を領域１に導入する。領域２での分別蒸留は選択的溶剤を添加せずに行う。

図３の実施態様においても選択的溶剤の１つの流れのみを導入するが、図２の実施態様の場合と異なり、領域２の上側部分に流れＳ２として導入する。

図４の実施態様は図１に示される基本的な実施態様の変形としてバックスクラビングトレーＲを有し、前記トレーはそれぞれの領域１および２に、溶剤の流れＳ１およびＳ２のための供給位置の上に配置されている。

図５に示される実施態様において、下側の結合したカラム領域３から気体の側流を取り出し、凝縮器中で部分的にまたは完全に凝縮し、凝縮液の一部を流れＤとして取り出し、残りを還流としてカラムに返送する。流れＤのための側面排出位置の下で、負荷された溶剤を底部の蒸発機Ｖによる熱の導入により完全にガス抜きし、精製した溶剤、流れＳＲとして取り出す。精製した溶剤を有利に、凝縮器で冷却後、抽出蒸留に返送する。

図６に示される実施態様は図５に示される実施態様と異なり、領域１および２にそれぞれ溶剤流Ｓ１およびＳ２の供給位置より上にバックスクラビングトレーＲが用意されている。

図７はエネルギーに関して特に有利である１つの変法を示し、熱い精製された溶剤、流れＳＲ、熱交換機Ｗ中の抽出蒸留カラムから取り出される加熱液を有する加熱部品の組み込みを有する。

実施例
抽出蒸留によるＣ_４フラクションの分別
分離作業は以下の組成（質量％）を有するＣ_４フラクションを、それぞれ頭部流としてブタン９０質量％を有するブタンフラクションおよびブテン９８質量％を有するブテンフラクションおよび１，３−ブタジエン９９％および１，３−ブタジエンより容易に溶解する成分と一緒に選択的溶剤を有する底部流に分離することからなる。
プロパジエン ０.０３
プロペン ０.０２
プロピン ０.０６
ｎ−ブタン ５.７４
イソブタン ２.４４
ｎ−ブテン １３.８８
イソブテン ２５.６３
トランス−ブテン−２ ４.４４
シス−ブテン−２ ２.９５
１，３−ブタジエン ４３.８１
１，２−ブタジエン ０.１４
１−ブチン ０.１３
ビニルアセチレン ０.７３
使用される選択的溶剤は水８.３質量％を含有する水溶液としてのＮ−メチルピロリドンであった。

前記組成を有するＣ_４フラクションの供給流３１２５０ｋｇ／ｈをそれぞれ６５個の理論段を有する隔壁カラムに供給した。比較例では通常の隔壁、すなわち頭部に伸びていない隔壁を有する隔壁カラムを使用し、本発明の例ではカラムの上側端部に伸びる隔壁を有する隔壁カラムを使用した。理論段はそれぞれ底部から上に向かって数えた。比較例では隔壁は熱力学的に最適にされ、３７番目の理論段と５８番目の理論段の間で４バールでおよび３８番目の理論段と６０番目の理論段の間で５バールで配置された。

重要な処理パラメーターを以下の表に示す。

表の結果は本発明の方法で４バールのカラム圧力で必要な蒸発機出力が典型的な隔壁カラムを使用する方法での出力より３０％低く、５バールのカラム圧力で１６％低いことを示す。

更に同じ分離作業に必要な溶剤の全部の量が本発明の方法では４バールのカラム圧力で典型的な隔壁カラムより３１％少なく、５バールのカラム圧力で２３％少ない。運転費用、特にエネルギー費用、および投入費用が必要な下側のカラム横断面により相当して少ない。

更に典型的な隔壁カラムは頭部にまっすぐに伸びている隔壁を有する本発明によるカラムに比べて作業圧力の変化に関して順応性が劣るという付加的な欠点を有する。前記蒸発機出力を使用する所定の分離作業を実施するために、４バールから５バールへの１バールだけの圧力の増加が、隔壁を垂直方向に１つの理論段だけ（３７番目の理論段から３８番目の理論段に）移動し、１つの理論段だけ長さを変化し、出発混合物の供給位置を（隔壁領域の１２番目の理論段から隔壁領域の７番目の理論段に）下側に５個の理論段の位置に再配置し、側面排出位置を１つの理論段だけ上側に移動することによる典型的な隔壁カラムの構造の変更を必要とした。

これに対して頭部にまっすぐに伸びている隔壁を有する本発明の隔壁カラムは作業圧力が変化した場合にこのような変更が必要でなかった。

本発明による抽出蒸留カラムの第１の実施態様を示す図である。 本発明による抽出蒸留カラムの他の実施態様を示す図である。 本発明による抽出蒸留カラムのもう１つの実施態様を示す図である。 バックスクラビングトレーを有する１つの有利な実施態様を示す図である。 組み込まれた溶剤ガス抜きを有する他の実施態様を示す図である。 バックスクラビングトレーおよび組み込まれた溶剤ガス抜きを有する１つの実施態様を示す図である。 熱伝達手段が組み込まれた１つの実施態様を示す図である。

Claims (10)

1. ２種以上の成分からなる出発混合物（Ａ）を隔壁カラム（ＴＫＷ）中で選択的溶剤（Ｓ）を使用する抽出蒸留により分別する方法において、
   前記方法を、カラムの長手方向に配列された隔壁（ＴＷ）を有する隔壁カラム（ＴＫＷ）中で実施し、前記隔壁がカラムの上側端部に伸びており、カラムの内部を第１領域（１）、第２領域（２）および下側の結合したカラム領域（３）に分割し、
   出発混合物（Ａ）を第１領域（１）に供給し、第１領域（１）から第１頭部流（Ｂ）を取り出し、第２領域（２）から第２頭部流（Ｃ）を取り出し、それぞれの流れは決められた規格を有し、
   第１領域（１）の上側部分および／または第２領域（２）の上側部分に選択的溶剤（Ｓ）を導入し、および
   第１領域（１）に流入する溶剤の流れ（Ｓ１）および／または第２領域（２）に流入する溶剤の流れ（Ｓ２）を、頭部流（Ｂ、Ｃ）のそれぞれの決められた規格に適合するように調節することを特徴とする、２種以上の成分からなる出発混合物を隔壁カラム中で選択的溶剤を使用する抽出蒸留により分別する方法。
2. 選択的溶剤の流れ（Ｓ１）を第１領域（１）の上側部分にのみ導入する請求項１記載の方法。
3. 選択的溶剤の流れ（Ｓ２）を第２領域（２）の上側部分にのみ導入する請求項１記載の方法。
4. 溶剤流（Ｓ１）を第１領域（１）の上側部分に導入し、かつ溶剤流（Ｓ２）を第２領域（２）の上側部分に導入する請求項１記載の方法。
5. 側流（Ｄ）を下側の結合したカラム領域（３）から取り出し、カラムの底部からの負荷された溶剤（ＳＬ）を底部蒸発機（Ｖ）でガス抜きし、精製した溶剤流（ＳＲ）として取り出し、有利に抽出蒸留に返送する請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. １個以上の液体流または副流を隔壁カラム（ＴＫＷ）から１個以上の熱力学的に適した理論段で取り出し、熱いガス抜きした溶剤流（ＳＲ）からの熱伝達により部分的にまたは完全に蒸発させ、隔壁カラム（ＴＫＷ）に、有利に液体流または副流を取り出した同じ理論段に返送する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 隔壁（ＴＷ）を有し、前記隔壁がカラムの長手方向に配列され、カラムの上側端部に伸びており、カラムの内部を第１領域（１）、第２領域（２）および下側の結合したカラム領域（３）に分割する請求項１から６までのいずれか１項記載の方法を実施するための隔壁カラム（ＴＫＷ）。
8. 第１領域（１）の上側部分および／または第２領域（２）の上側部分に、それぞれ溶剤流（Ｓ１、Ｓ２）の供給位置より上にバックスクラビングトレー（Ｒ）が用意されている請求項７記載の隔壁カラム（ＴＫＷ）。
9. 隔壁（ＴＷ）がカラムに、特に第１領域（１）の横断面が第２領域（２）の横断面より大きくなるように、中心からはずれて配置されている請求項７または８記載の隔壁カラム（ＴＫＷ）。
10. 炭化水素混合物、特にＣ_４フラクション、Ｃ_５フラクションまたは芳香族混合物、有利にベンゼン／トルエン／キシレン混合物または異性体キシレンの混合物を分別するための請求項１から６までのいずれか１項記載の方法または請求項７から９までのいずれか１項記載の隔壁カラムの使用。

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