NL8300481A - Werkwijze voor het scheiden van koolwaterstoffen door vloeistofextractie teneinde de aromatische en alkaancomponenten daarvan selectief te scheiden. - Google Patents

Description

' « ^ A».

- 1 -

Werkwijze voor het scheiden van koolwaterstoffen door vloeistofextractie teneinde de aromatische en alkaan-componenten daarvan selectief te scheiden.

De uitvinding heeft betrekking op de scheiding van vloeibare koolwaterstoffen door oplosmiddelextractie.

Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een dergelijke extractiewerkwijze waarbij 5 gebruik wordt gemaakt van een oplosmiddel dat omvat N-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidon (hierna aan te duiden als HEP).

Het is bekend dat koolwaterstofmengsels die alkaan-en aromatische verbindingen omvatten, kunnen worden 10 gescheiden door vloeistofextractie door gebruikmaking van een organisch oplosmiddel. De selectie van een organisch oplosmiddel voor de bijzondere extractiewerkwijze moet een aantal faktoren in aanmerking nemen. Dergelijke faktoren houden in selectiviteit, capaciteit, terugwin-15 baarheid, dichtheid, grensvlakspanning, corrosiviteit, chemische reactiviteit en stabiliteit, viscositeit, toxiciteit en de kostenfaktor.

_ De toepassing van N-hydroxyalkylpyrro1idonen voor het scheiden van aromatische en alkaanverbindingen is eerder 20 beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.157.592.

De daarin beschreven werkwijze wordt uitgevoerd bij atmosferische druk en bij temperaturen in het traject van 5° tot 6Q°C. In de meeste werkwijzen voor oplosmiddel-extractie van aromatische stoffen die zijn opgenomen in 25 een mengsel met alkaanverbindingen, vereist scheiding van de aromatische stoffen uit het oplosmiddel gewoonlijk destillatie bij een verhoogde temperatuur. Bij een dergelijke werkwijze maakt de extractiestap van de werkwijze bij een verhoogde temperatuur het doeltreffend 30 gebruik van energie zo groot mogelijk. Oplosmiddelselectie ten gebruike bij verhoogde temperaturen geeft verscheidene problemen. Hogere temperaturen hebben, hoewel de belastings-capaciteit van het oplosmiddel toeneemt, de neiging de selectiviteit daarvan te doen afnemen. In een dergelijke 35 extractiewerkwijze als deze wordt water gewoonlijk gebruikt om de selectiviteit te regelen. Hoewel het 830 0 48 1 II· rf - 2 - V» * watergehalte de selectiviteit van het oplosmiddel zal doen toenemen, wordt de belastingscapaciteit van het oplosmiddel echter tegelijkertijd verminderd. Ten gevolge van deze strijdige effekten, en voorts van de 5 andere eerder vermelde faktoren die in aanmerking moeten worden genomen, zijn zeer weinig oplosmiddelen werkelijk geschikt gebleken voor de doeltreffende extractie van aromatische stoffen die zijn opgenomen in een mengsel, met alkaanverbindingen bij verhoogde temperaturen.

10 In overeenstemming daarmee is het doel van de uitvinding een verbeterde werkwijze te verschaffen voor het behandelen van een koolwaterstofmengsel teneinde de aromatische en alkaancomponenten daarvan selectief te scheiden door een vloeistof-vloeistofoplosmiddel-15 extractie van de aromatische stoffen bij verhoogde temperaturen *

Andere doeleinden zullen duidelijk worden uit de beschrijving van de uitvinding.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een 20 vloeibaar koolwaterstofmengsel van aromatische en alkaancomponenten behandeld door het mengsel te mengen met HEF dat een minderheidshoeveelheid water bevat bij een temperatuur in het traject van ongeveer 225°F (107°C) tot ongeveer 325°F (162°C) en een druk van ongeveer 25 85 psia (586 kilopascal) tot ongeveer 310 psia (2137 kilopascal) en daarna toelaten van het ontstane mengsel dat het zich afscheidt in een raffinaatfase en een extractfase, waarbij de laatste rijk is aan aromatische koolwaterstdfcomponenten van het koolwaterstofmengsel.

30 De aromatische koolwaterstofcomponenten kunnen worden teruggewonnen door elke conventionele werkwijze, bijv. door destillatie.

De apparatuur om het nut van HEF aan te tonen in de werkwijze van deze uitvinding bestond uit een 35 luchtdicht afsluitbaar metalen vat met een volume van bij benadering 1 liter. Het vat was uitgerust met een mechanische roerder en monsternemingsleidingen die zijn uitgerust met kijkglazen om het mogelijk te maken dat monsters aan de bovenste laag (raffinaatfase) 40 en de onderste laag (extractfase) worden onttrokken.

8300481 - 3 -

In elke extractietest werd een gewogen hoeveelheid van elke component toegevoegd aan het vat, waarbij het totale volume van het ontstane mengsel bij benadering 1 liter was. Het vat werd luchtdicht afgesloten, onder 5 druk van het gewenste niveau gezet en geplaatst in een bad met constante temperatuur dat op het gewenste test-temperatuumiveau werd gehouden. Het mengsel werd een half uur lang met de mechanische roerder geroerd bij de gewenste testtemperatuur en druk. Na een half uur lang 10 roeren werd het roeren stopgezet en het mengsel liet men ten minste een half uur lang bezinken. Het vloeistofniveau en de tussenfase werden daarna afgelezen in de kijkglazen, de monstememeningsleidingen daarna gezuiverd en monsters van de top- en bodemfasen opgevangen. Het koolwaterstof 15 en watergehalte van de twee fasen werd door chromatogra-fische analyse bepaald. Koolwaterstoffen werden door destillatie van het oplosmiddel gescheiden.

Testen werden uitgevoerd over een ruim traject van temperatuur en druk, waarbij koolwaterstofmengsels 20 werden gebruikt die een variëteit van aromatische en alkaancomponenten hadden, waarbij HEI? werd gebruikt dat uiteenlopende hoeveelheden water bevatte. De in het voorafgaande vermelde analyses maakten een bepaling mogelijk van de belastingscapaciteit van het oplosmiddel 25 voor de aromatische component en voorts een waardering van de selectiviteit van het oplosmiddel door de concentratie van de aromatische component in de oplosmiddelrijke fase te vergelijken met de concentratie van de aromatische component in de oplosmiddelarme fase, beide 30 op een oplosmiddelvrije basis.

Oplosmiddelbelastingscapaciteit voor de aromatische component is een belangrijke karakteristiek voor elk extractie-oplosmiddel. De uitstekende belastingskarakteris-tieken van HEP dat een minderheidshoeveelheid water bevat, 35 is aangetoond onder gebruikmaking van een koolwater stof-mengsel van benzeen en n-hexaan. De in het voorafgaande beschreven testwerkwijze werd toegepast, waarbij extractie-omstandigheden in stand werden gehouden bij 200 psia (1379 kilopascal} en 275°P (I35°C}. Het oplosmiddel was 40 HEP dat uiteenlopende hoeveelheden water bevatte.

-—___A

8300481 - 4 -

Belastingscapaciteit van het oplosmiddel werd uitgedrukt als het gewichtspercentage van de gebruikte hoeveelheid oplosmiddel voorgesteld door het gewicht van teruggewonnen aromatische stoffen, De volgende tabel A geeft weer de 5 belastingscapaciteit die verwezenlijkt is wanneer gebruik wordt gemaakt van een mengsel van componenten in de verhouding van 327 gram benzeen, 247 gram n-hexaan, 383 g HEP (inclusief water), Water wordt uitgedrukt in termen van gewichtspercentage van de totale oplosmiddel-10 samenstelling.

TABEL A

Oplosmiddel Belastingscapaciteit HEP +1,0 % water 31 % HEP +5,1 % water 25 % 15 HEP + 11,9 % water 18 %

De voorafgaande tabel A geeft duidelijk het effekt van watergehalte van het oplosmiddel op de belastingscapaciteit aan. Selectiviteit wordt ook teweeggebracht door watergehalte van het oplosmiddel. De hierna volgende 20 tabel B licht dit toe door typerende coördinaten van punten van een uitzetting van het aromatische gehalte van de oplosmiddelrijke fase versus het aromatische gehalte van de oplosmiddelarme fase (beide op een oplosmiddelvrije basis) weer te geven.. . Het koolwaterstofmengsel was.· opnieuw 25 benzeen en n-hexaan, waarbij de extractie-omstandigheden waren 275°F (135aC) en 200 psia- (1379 kilopascal).

TABEL’ B

Oplosmiddel Gew. % benzeen in Gew. % benzeen in ' ' extrac'tf ase..... ' raf f 'lnaatf ase_ 30 HEE + 1,0 % water 73 % 40 % HEP + 5,1 % water 78 % 40 % HEP +11,9 % water 82 % 40 %

De temperatuur waarbij een extractiewerkwijze werd uitgevoerd werd in het algemeen erkend als een 35 belangrijke faktor. In het algemeen zal, als .extractie-temperaturen worden verhoogd, de belastingscapaciteit 8300481 *»· - 5 - van het oplosmiddel toenemen, maar de selectiviteit zal afnemen. In het onderhavige geval is echter gebleken, dat temperatuurvariaties in het verhoogde temperatuur-traject waarbij deze extractiewerkwijze wordt uitgevoerd, 5 niet een inhoudelijk effekt op de werkwijze hebben.

Daarom wordt regeling van de werkwijze in hoge mate vereenvoudigd. Illustratief voor dit verschijnsel zijn de resultaten die zijn weergegeven in de tabellen C en D.

10 In deze serie arheidsgangen werd de oplosmiddel- samenstelling constant gehouden, t.w. HEP-t-5,1 % water.

De druk werd gehouden op 200 psia (1379 kilopascal). De extractietemperaturen werden gevarieerd van 260°F (127°CI tot 29Q°F (143°C). Test-arbeidsgangen werden uit-15 gevoerd zoals in het voorafgaande is beschreven en de be-lastingscapaciteit en selectiviteit werden bepaald en weergegeyen in tabel A en B. Tabel C geeft weer de be-lastingscapaciteit, verkregen bij uiteenlopende temperaturen en tabel D geeft weer de selectiviteit verkregen bij 20 verschillende temperaturen. Het koolwaterstofmengsel was opnieuw benzeen en n-hexaan.

TABEL· C

Extractietemperatuur Belastingscapacite it 260°F (127°C) 26 % 275°F (135°C) 25 % 25 290°F (143°C) 25 %

De reproduceerbaarheid van deze testen in aanmerking genomen, kunnen:in de in het voorafgaande vermelde helastingscapaciteiten geacht worden in wezen hetzelfde te zijn.

30 3 TABEL· D

Extractietemperatuur Gew. % benzeen Gew. % benzeen _ in extractfase in raffinaatfase 260°F (127°C) 78 % 40 % 275°F (135°C) 78 % 40 % 35 290°F (143°C) 74 % 40 % ----—--- ^ 83 0 0 48 1 * - * - 6 -

Opnieuw geven, in aanmerking nemend de reproduceerbaarheid van deze testen, de resultaten weinig variaties in selectiviteit binnen'hèt specifieke temperatuurtrajeet aan.

5 Het nut van HEP dat minderheidshoeveelheden water bevat, in de nieuwe extractiewerkwijze volgens de uitvinding, wordt verder vergroot door zijn eigenschappen bij verhoogde temperaturen.' Metaalsnijdsels van 304 roestvrij staal en koolstofstaal werden ingedompeld 10 in HEP dat minderheidshoeveelheden water bevatte, gedurende een periode van 120 dagen bij 392°F (200°C). Geen opspoorbare corrosie werd waargenomen.

Geen significante veranderingen in viscositeit of kleurvorming werden opgemerkt in HEP dat minderheids-15 hoeveelheden water bevatte, nadat het 120 dagen lang was gehouden op 392°F (200°C).

Aromatische stoffen die zijn apgenomen in aplos-middelrijke fase, kunnen geschikt daaruit worden afgescheiden en teruggewonnen door eenvoudig destilleren 20 of. stoomstrippen. Geen noodlottige azeotropen werden aangetroffen die storend zouden kunnen inwerken bij een dergelijke terugwinningswerkwijze en geen schuim-vormingsproblemen deden zich voor.

De nieuwe werkwijze volgens de uitvinding is 25 toepasbaar gebleken bij koolwaterstesfmengsels die een ruime variëteit van aromatische en alkaancomponenten bevatten. Dergelijke componenten houden in, naast benzeen en n-hexaan, tolueen, xylenen, ethylbenzeen, cyclopentaan, methyleyelopentaan en isohexaan. De 30 aromatische stoffen in gedepentaniseerd reformaat zijn ook naar tevredenheid geëxtraheerd en teruggewonnen.

Het watergehalte van het oplosmiddel dat gebruikt wordt bij de extractiewerkwijze van de uitvinding is onderwerp van variatie. Slechts een minderheidshoeveel-35 heid water is noodzakelijk. Bij voorkeur bevat het oplosmiddel ongeveer 1 to ongeveer 20 gew. % water.

In het bijzonder worden voordelige resultaten verkregen wanneer het oplosmiddel ongeveer 4 gew. % tot ongeveer 12 gew. % water bevat. De voorafgaande watergehalten 40 berusten op het gewicht van de totale oplosmiddel- 83 0 0 48 1 - 7 - samenstelling. De bij de werkwijze van de uitvinding toegepaste temperaturen kunnen uiteenlopen van ongeveer 225°F (107°C) tot ongeveer 325°F (162°C), waarbij temperaturen in het traject van ongeveer 250°F (121°C) 5 tot ongeveer 275°F (135°C) bijzondere voorkeur hebben.

De druk waarbij de extractiewerkwijze wordt uitgevoerd, kan uiteenlopen van ongeveer 85 psia (585 kilopascal) tot ongeveer 310 psia (2137 kilopascal), waarbij drukken in het traject van ongeveer 100 psia (690 kilopascal) 10 tot ongeveer 200 psia (1379 kilopascal) de voorkeur hebben.

De extractiewerkwijze zelf kan worden uitgevoerd als een ladingsgewijze bewerking zoals in deze beschrijving is beschreven, of als een continue bewerking in een conventionele vloeistof-vloeistofextractiekolom.

15 Gepakte kolommen zijn bijzonder voordelig. In een dergelijke bewerking wordt het selectieve oplosmiddel continu ingeleid in het boveneinde van de kolom en het koolwater-stofmengsel wordt in het centrale deel van de kolom ingeleid. Het raffinaat wordt continu onttrokken aan het 20 bovenste gedeelte van de kolom boven de oplosmiddelinlaat, waarbij het extract continu wordt verwijderd uit de bodem van de kolom. De aromatische stoffen kunnen geschikt uit de oplosmiddelrijke fase worden teruggewonnen door destillatie, waarbij het oplosmiddel in kringloop wordt 25 teruggeleid naar de extractiekolom.

- conclusies - __ _ 'Λ 8 3 0 0 48 1

Claims (5)

1, Werkwijze voor het behandelen van een koolwater-stofmengsel teneinde de aromatische en alkaancomponenten daarvan selectief te scheiden, met het kenmerk, dat men het koolwaterstofmengsel mengt met een 5 selectief oplosmiddel dat in wezen bestaat uit N-(2- hydroxyethyl)-2-pyrrolidon dat een minderheidshoeveelheid water bevat, bij een temperatuur in het traject van ongeveer 107°C tot ongeveer 162°C onder een druk van ongeveer 586 kilopascal tot ongeveer 2137 kilopascal, 10 waarbij men toelaat dat het ontstane mengsel in twee fasen wordt gescheiden ter verkrijging van een raffinaat-fase en een extractfase, waarbij de laatste rijk is aan de aromatische koolwaterstofcomponenten van het koolwaterstofmengsel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het selectief oplosmiddel in wezen bestaat uit N-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidon dat ongeveer 1 tot ongeveer 20 gew. % water, berekend op de totale oplosmiddelsamenstelling, bevat.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat men het mengen van het koolwater-stofmengsel met het selectief oplosmiddel uitvoert bij een temperatuur in het traject van ongeveer 121°C tot ongeveer 135°C en een druk in het traject van , 25 ongeveer 690 kilopascal tot ongeveer 1379 kilopascal.

4. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat het selectief oplosmiddel in wezen bestaat uit N-C2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidon dat ongeveer 4 gew. % tot ongeveer 12 gew. % water, berekend op 30 de totale oplosmiddelsamenstelling, bevat.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, m e t het • kenmerk, dat men het mengen van het koolwaterstofmengsel met het selectief oplosmiddel uitvoert bij een temperatuur in het traject van ongeveer 121°C tot 83 0 0 48 1 * * - 9 - ongeveer 135°C en een druk in het traject van ongeveer 690 kilopascal tot ongeveer 1379 kilopascal.. 8300481