NO140619B

NO140619B - Fremgangsmaate til ekstraksjonsdestillasjon

Info

Publication number: NO140619B
Application number: NO751906A
Authority: NO
Inventors: Martin Richard Cines
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1974-05-30
Filing date: 1975-05-29
Publication date: 1979-07-02
Also published as: CA1053601A; ZA753433B; NO140619C; NO751906L; FR2275234A1; FR2275234B1; IT1038564B; ES437977A1; DE2523704A1; GB1505722A; BE829720A

Description

Ekstraksjonsdestillasjonsprosesser har vært anvendt til separering av forskjellige blandinger av komponenter som ikke lett kan separeres ved vanlig destillasjon, f.eks. fraksjonert destillasjon, spesielt når flyktigheten av de enkelte bestanddeler er praktisk talt lik eller meget lite forskjellig.

Det er funnet at man kan få den fordel at der må anvendes en sterkt redusert mengde sterkt selektivt oppløsningsmiddel, hvis der ved en fremgangsmåte til ekstraksjonsdestillasjon arbeides med to væskefaser i de øverste brett av destillasjonskolonnen og kolonnen arbeider under hovedsakelig optimale tilbakeløpsforhold. Videre er det funnet at det er mulig å øke separasjonseffektiviteten ved å arbeide med to væskefaser. Man har hittil ikke vært klar over de fordeler som kan oppnås ved å arbeide med et sterkt selektivt oppløsningsmiddel under betingelser med to væskefaser og egnede tilbakeløpsforhold, fortrinnsvis optimalt tilbakeløp.

Nærmere bestemt er det oppdaget at man ved å arbeide som angitt i kravet effektivt og økonomisk kan oppnå virksom separering som langt oppveier eventuelle ulemper ved at der samtidig foreligger to væskefaser under de nevnte betingelser. Tilbakeløps-forholdet for toppstrømmen kan velges slik det er ønskelig for effektiv separering så lenge der vedlikeholdes to væskefaser. Fortrinnsvis vil tilbakeløpsforholdet holdes nær det optimale.

Mens der tidligere har vært utviklet fremgangsmåter til å unngå to væskefaser, f.eks. ved anvendelse av et sterkt selektivt opp-løsningsmiddel og ved ikke å anvende tilbakeløp til ekstraksjons-destillas jonskolonnen, slik som i US-PS 3 338 824, er det ifølge oppfinnelsen funnet at kombinasjonen av to væskefaser med riktig tilbakeløpsforhold gir en effektiv separeringsmetode som øker den generelle driftseffektivitet.

Fig. 1 viser anvendelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved separering av komponenter fra en katalytisk krakket bensin som

er beskrevet i eksempel I.

Fig. 2 illustrerer grafisk data oppnådd i eksempel I ved separering av alkaner, alkener, naftener og aromatiske forbindelser, idet alkanene og naftenene er slått sammen under betegnelsen mettede forbindelser. Fig. 3 viser grafisk økningen i "Research"-oktantallet (RON) og "Motor"-oktantallet (MON) som oppnås som følge av den høye konsentrasjon av aromatiske forbindelser som kan oppnås når sepa-rasjonsprosessen utføres på et Cg-Cg-reformat.

Fig. 4 gjengir data fra eksempel II og viser fordelene ved

et optimalt tilbakeløpsforhold.

Fig. 5 gjengir data fra eksemplene IV og V for å vise økningen i separasjonseffektiviteten etterhvert som tilbakeløpsforholdet økes til et maksimalt eller optimalt forhold.

Ved en ekstraksjonsdestillasjonsprosess blir et middel med lav flyktighet tilsatt blandingen av organiske bestanddeler som skal separeres, hvorved den relative flyktighet av de opprinnelige bestanddeler endres tilstrekkelig til at flyktighetene blir tilstrekkelig forskjellige til at en separering ved destillasjon blir mulig. En slik prosess er f.eks. beskrevet i Perry's Chemical Engineering Handbook, 3rd Edition, McGraw Hill Company, 1950, side 634-651.

Det middel med lav flyktighet som skal tilsettes, betegnes vanligvis som et "selektivt oppløsningsmiddel" og velges vanligvis for oppnåelse av størst mulig "selektivitet" av middelet i blandingen av bestanddeler som skal separeres. Med selektivitet menes i denne forbindelse endringer i flyktigheten av de bestanddeler av matningsmaterialet som oppnås ved nærværet av middelet. Jo høyere selektivitet, desto større resulterende forskjell i flyktigheter og følgelig desto enklere separering uttrykt i destillasjonsbrett. Jo dårligere bestanddelene i matningsmaterialet er oppløselige i separasjonsmiddelet, desto høyere er middelets selektivitet. Når oppløseligheten av bestanddelene i matningsmaterialet er meget lav og selektiviteten således meget høy, har det imidlertid vært nødvendig å drive ekstraksjonsdestillasjonskolonnen med en used-vanlig stor mengde av et selektivt oppløsningsmiddel for å gi tilstrekkelig oppløsning av en eller flere bestanddeler i den innmatede blanding. Ekstremt store mengder oppløsningsmiddel er ueffektive og uønskede fra et økonomisk synspunkt.

Drift med to væskefaser har vært foreslått rent generelt i f.eks. US-PS 2 257 283 og 2 501 114. Drift med mindre av et sterkt selektivt oppløsningsmiddel fører til drift med to ikke-blandbare væskefaser, hvorav den ene væskefase i kolonnen er rik på oppløsningsmiddel, mens den annen væskefase er relativt rik på bestanddelene i matningsmaterialet.

Bortsett fra disse generelle antydninger har imidlertid alle spesifikke forskrifter i teknikkens stand gått ut på at en ekstraksjonsdestillasjonsprosess og -kolonne ikke bør drives med to væskefaser. Perry's Handbook, som er nevnt ovenfor, angir spesielt på side 644 at det selektive oppløsningsmiddel og driftsbetingelsene for ekstraksjonsdestillasjonen bør velges slik at der unngås dannelse av to væskefaser (oppløsningsmiddel og bestanddeler) i ekstraksjonsdestillasjonskolonnen. Det er der angitt at hvis der føres inn et oppløsningsmiddel som er for selektivt, slik at der fås ikke-blandbarhet, vil væskene i kolonnen bestå av en fase som er rik på matningsmateriale, og en fase som er rik på oppløs-ningsmiddel, slik at konsentrasjonen av oppløsningsmiddel i den fase som er rik på matningsmateriale, vanligvis vil være utilstrekkelig til å øke flyktigheten av komponentene i ønsket grad for å tillate separering. I US-PS 3 338 824 er det angitt at der fås en dårlig separasjonseffektivitet hvis der dannes to væskefaser ved anvendelse av selektive separeringsmidler.

Den økte effektivitet i ekstraksjonsdestillasjonsprosessen ifølge den foreliggende oppfinnelse gjør det imidlertid mulig å redusere driftskostnadene ved separering av matningsmaterialer som for tiden separeres ved mindre effektive destillasjonsprosesser,

og tillater også utførelse av nye separasjoner som hittil ikke har vært mulige ved ekstraksjonsdestillasjon.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på en fremgangsmåte til ekstraksjonsdestillasjon av en blanding av blandbare organiske bestanddeler, hvorav minst to har flyktigheter som ligger meget nær hinannen, og fremgangsmåten omfatter å bringe blandingen i berøring med et sterkt selektivt oppløsningsmiddel for derved å øke forskjellen i flyktighet mellom bestanddelene, deretter ekstraksjonsdestillere blandingen i nærvær av det selektive oppløsningsmiddel for å danne en toppstrøm omfattende de mest flyktige av forbindelsene og en bunnstrøm omfattende de minst flyktige av forbindelsene og det selektive oppløsningsmiddel, separere det selektive oppløsningsmiddel fra bunnstrømmen og resirkulere det fraskilte oppløsningsmiddel til berøringstrinnet for anvendelse som selektivt oppløsningsmiddel og tilbakeløps-kjøle i det minste en del av toppstrømmen . Tilbakeløpsforholdet og forholdet mellom oppløsningsmiddelet og blandingen innstilles som angitt i kravet for å vedlikeholde to ikke-blandbare væskefaser.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan videre beskrives som en fremgangsmåte til separering av en matningsstrøm inneholdende to eller flere bestanddeler med hovedsakelig samme flyktighet, omfattende å bringe blandingen i berøring med et tynt, selektivt oppløsningsmiddel under ekstraksjonsdestillasjonsbetingelser for vesentlig å endre bestanddelenes flyktighet, danne en toppstrøm av de mest flyktige forbindelser og en bunnstrøm omfattende opp-løsningsmiddelet og mindre flyktige bestanddeler, trekke toppstrøm-damper ut fra de ekstraksjonsdestillasjonsorganer som inneholder de mest flyktige av bestanddelene, kondensere og føre tilbake i det minste en del av den nevnte toppstrøm som et tilbakeløp til ekstraksjonsdestillasjonsorganene i tilstrekkelig mengde til i det minste i en del av destillasjonsorganene av ekstraksjonsdestil-las jonsorganene å danne to ikke-blandbare væskefaser omfattende en oppløsningsmiddelrik fase og en fase som er rik på de mer flyktige bestanddeler, separere bunnstrømmen i strømmer som omfatter det tynne,selektive oppløsningsmiddel og de mindre flyktige bestanddeler, føre det tynne, selektive oppløsningsmiddel tilbake til berøringstrinnet og føre i det minste en del av de mindre flyktige bestanddeler tilbake til ekstraksjonsdestillasjonsorganene som vaskedamp.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter også en måte til vesentlig å øke effektiviteten av en ekstraksjonsdestillasjonsprosess for å ekstrahere i det minste én organisk bestanddel fra en blanding av organiske bestanddeler, hvor flyktigheten av i det minste to av bestanddelene ligger tilstrekkelig nær hinannen til å hindre effektiv separering ved fraksjonert destillasjon. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir et selektivt oppløsnings-middel tilsatt blandingen for å skape en betydelig forskjell i flyktigheten av bestanddelene for således å tillate separering av bestanddelene ved ekstraksjonsdestillasjon, samtidig som ekstraksjonsdestillasjonsprosessen utføres under betingelser og mengdeforhold mellom oppløsningsmiddel og matningsmateriale samt toppstrømtilbakeløpsforhold som i ekstraksjonsdestillasjonen vil vedlikeholde to ikke-blandbare væskefaser omfattende en opp-løsningsmiddelrik fase og tilbakeløpet.

Eksempler på systemer hvor driftskostnadene for separering av matningsmaterialene kan reduseres, omfatter separering av butadien fra butener og butaner, separering av isopren fra amylener og pentaner, separering av benzen, toluen og xylener fra et reformatmatningsmateriale som også inneholder naftener og alkaner,

og separering av naftener som f.eks. cykloheksan fra alkaner som har nærliggende kokepunkter, f.eks. heksaner.

Reduserte driftskostnader kan oppnås ved slike separasjoner, idet mindre oppløsningsmiddel resirkuleres og/eller færre brett er nødvendige sammenlignet med tidligere fremgangsmåter hvor to væskefaser uttrykkelig skulle unngås ved anvendelse av økte mengder av sterkt selektivt oppløsningsmiddel eller ved anvendelse av en mindre mengde av et mindre selektivt oppløsningsmiddel eller ved unngåelse av tilbakeløp i kolonnen.

Eksempler på de nye separasjoner som kan utføres i henhold

til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, omfatter separering av C^-Cg-aromater fra en pyrolysebensin-strøm oppnådd ved katalytisk

eller termisk krakking av solarolje eller lignende matningsmaterialer. En slik matningsstrøm inneholder C^-Cn-alkener, og tidligere har

det vært ansett umulig å separere aromatene med tilstrekkelig høy renhet fra alkenene til at dette er umaken verd. De fremgangs-

måter som for tiden anvendes, har således utgjort en sløsing med alkenene, idet fremgangsmåten har gått ut på selektivt å hydro-genere matningsmaterialet for å omdanne alkenene til alkaner, som deretter lett kunne separeres fra aromatene.

Den nye fremgangsmåte til ekstraksjonsdestillasjon er inn-lemmet i et program til separering av pyrolysebensin i forskjellige bestanddeler. Nærmere bestemt blir pyrolysebensin underkastet fraksjonert destillasjon, og midtfraksjonen, som inneholder C^-C^Q-hydrokarboner, separeres ved ekstraksjonsdestillasjon til et raffinat som inneholder alkaner, naftener og alkener av C^-C1Q og en ekstrakt av aromater og nC^+ alkaner. Den sistnevnte strøm fraksjoneres for gjenvinning av benzen, toluen, xylener og en strøm som inneholder aromater samt nCg+ alkaner. Den sistnevnte strøm ekstraksjonsdestilleres for å separere nCg+ alkanene fra Cg+ aromatene. Hvis det ønskes, kan denne annen ekstraksjonsdestillasjon utføres på "strømmen mellom f raks jonereren for toluenet og fraksjonereren for xylenene. Dette program er belyst nærmere av de etterfølgende eksempler.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes til separering av

en strøm av aromater med høy renhet, fra toluen til C^-aromater,

fra en krakket bensinfraksjon som inneholder slike aromater, uten

at det er nødvendig med et innledende hydrogeneringstrinn for å eliminere alkenene.

En annen anvendelse av den foreliggende oppfinnelse går ut

på behandling av en katalytisk krakket bensinfraksjon ved hjelp av ekstraksjonsdestillasjonsprosessen med to væskefaser i henhold til oppfinnelsen for å fjerne mesteparten av de svovelholdige forbindelser. Bensin som anvendes i forbrenningsmotorer, inneholder svovelforbindelser. Oksydasjonskatalysatorer som anvendes til regulering av utslippene, fører til dannelse av svoveloksyder som f.eks. SOg og (i nærvær av fuktighet) I^SO^, som er skadelige. Svovelinnholdet av motorbrensler må reduseres til meget lave

nivåer, f.eks. 30-1000 ppm, som eventuelt kan bli redusert ytterligere i fremtiden. Mesteparten av det svovel som er tilstede i motorbrensler, stammer fra katalytisk krakkede bensinfraksjoner.

Den i dag vanligvis anvendte teknikk er en hydrobehandling for å

fjerne svovelholdige forbindelser til et akseptabelt nivå. Beklageligvis er resultatet en hydrogenering av alkeninnholdet til et innhold av alkaner med lavt oktantall, hvorved oktantallet for hele bensinfraksjonen reduseres og reformering blir nødvendig for å øke oktantallet til tilfredsstillende nivåer. Mange av de tilstedeværende alkener er i prosessen blitt omdannet til C^-C^-alkaner som ikke kan reformeres tilfredsstillende. Istedenfor denne vanlige teknikk kan den foreliggende oppfinnelse anvendes for utførelse av en ekstraksjonsdestillasjon med to væskefaser for å fjerne mesteparten av svovelforbindelsene med aromatene og deretter selektivt hydrobehandle den resulterende strøm. Derved blir alkenene tilbake i den mettede raffinatstrøm, slik at om-

fanget av en eventuell nødvendig hydrobehandling av alkenene reduseres, samtidig som det ellers nødvendige hydrogenbehov reduseres i sterk grad.

Oppløsningsmidler som er istand til selektivt å oppløse og ekstrahere aromatiske hydrokarboner fra en blanding av aromatiske og ikke-aromatiske hydrokarboner, er kjent. Foretrukne typer av selektive oppløsningsmidler er de forbindelser som vanligvis er kjent som sulfolantypen. Sulfolan-oppløsningsmidlene har en femleddet ring som inneholder et svovelatom og fire karbonatomer med to oksygenatomer bundet til svovelatomet i ringen. Generelt har sulfolan-oppløsningsmidlene følgende strukturformel:

hvor R^, R2, R3 og R^ hver for seg er valgt fra den gruppe som består av hydrogenatomer, alkylgrupper med 1-10 karbonatomer, alkoksyradikaler med 1-8 karbonatomer og arylalkylradikaler med 1-12 karbonatomer.

Andre oppløsningsmidler som er analoge med oppløsnings-midlene av sulfolantypen, og som kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er sulfolener, f.eks. 2-sulfolen eller 3-sulfolener med følgende henholdsvise strukturformler:

Andre typiske oppløsningsmidler som har en høy selektivitet for separering av aromater fra ikke-aromatiske hydrokarboner,og som kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er 2-metylsulfolan, 2,4-dimetylsulfolan, metyl-2-sulfonyleter, n-aryl-3-sulfonylamin, 2-sulfonylacetat, dietylenglykol, forskjellige polypropenglykoler, dimetylsulfoksyd og N-metylpyrrolidon.

I et spesielt foretrukket oppløsningskjemikalium i henhold til formel 1 utgjør R^, R^ t R^ og R^ et hydrogenatom. Struktur-formelen av dette sulfolan er

Da disse selektive oppløsningsmidler er vel kjent for

fagfolk, og spesielt da oppløsningsmidler av sulfolantypen er handelsvarer som har vidstrakt anvendelse ved oppløsningsekstrak-sjon, skulle det ikke være nødvendig å gå nærmere i detalj med hensyn til oppløsningsmidlene.

Den aromatiske selektivitet av aromatisk selektive opp- . løsningsmidler som f.eks. sulfolan kan vanligvis økes ved tilsetning av vann til oppløsningsmiddelet. Det oppløsningsmiddel som fortrinnsvis anvendes ve'd utførelse av den foreliggende oppfinnelse, innholder små mengder vann for å øke selektiviteten av den samlede oppløsningsfase (overall solvent phase) for de aromatiske hydrokarboner uten i vesentlig grad å redusere oppløseligheten av oppløsningsmiddelet i aromatene. Tilstedeværelsen av vann i opp-løsningsmiddelsammensetningen skaffer videre et forholdsvis flyktig materiale som kan destilleres fra oppløsningsmiddelet for å for-dampe de siste spor av ikke-aromatiske hydrokarboner fra oppløs-ningsmiddelstrømmen ved dampdestillasjon. En foretrukket oppløs-ningssammensetning som kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse innholder således ca. 0,1-20 vektprosent vann og nærmere bestemt 0,5-1 vektprosent vann, avhengig av det spesielle oppløsningsmiddel som anvendes og de prosessbetingelser som foreligger i oppløsningsekstraksjonssonen og ekstraksjonsdes-tillas jonssonen.

Enten vann tilsettes eller ikke kan sulfolanoppløsningsmiddelet anvendes i blanding med andre oppløsningsmidler som f.eks. dietylenglykol og andre glykoler, glykoletere som f.eks. etylenglykol-monometyleter og dietylenglykolmonometyleter, alkoholer som f.eks. metanol og ketoner som f.eks. aceton.

Eksempel I

For å vise den økte separasjonsvirkning av ekstraksjons-destillas jon med to væskefaser ble en komplett (full range) katalytisk krakket bensin fraksjonert for fremstilling av en midtfraksjon som inneholdt C^-C-^-hydrokarbonene. Analyser av den innmatede bensin og midtfraksjonen var som følger:

Aromatinnholdet i midtfraksjonen ble funnet å være hovedsakelig fullstendig C7-C10-aromater.

Midtfraksjonen ble separert i et aromatrikt ekstraktprodukt (kjeleprodukt eller bunnstrøm) og et aromatfattig raffinatprodukt

(toppstrøm) ved ekstraksjonsdestillasjon med tp væskefaser som vist på fig. 1. Destillasjonskolonnene 30 var 46 cm i diameter og inneholdt .24 berøringsbrett av ventiltypen. Hydrokarbonmatnings-materialet 21 ble ført gjennom en varmeveksler 22 til kolonnen 30

på det tiende brett via en ledning 31. Fortynnet oppløsnings-

middel 32 ble tilført toppen av kolonnen 30. Toppdamper 33 ble fjernet og kondensert i en vannkjølt varmeveksler 34, og konden-satet ble ført til en tilbakeløpsakkumulator 35. En del av toppstrømkondensatet ble via en ledning 36 ført tilbake til toppen av kolonnen 30 som tilbakeløp, og mesteparten av den resterende mengde ble fjernet som raffinatprodukt 37. En liten mengde vann fraskilles i bunnen av akkumulatoren 35 og kan tappes ut gjennom en ledning 38, idet vannet er kommet inn i systemet som en del av oppløsningsmiddelet som forklart senere. De øvre atten brett av kolonnen 30, dvs. brettene 7-24, arbeider som ekstraksjonsdestil-las jonsorganer. De nedre seks brett tjener som vaskeorganer for oppløsningsmiddelet, dvs. at ekstraktproduktet vaskes av fra det rike oppløsningsmiddel. Ekstraktproduktet 39 ble fjernet fra kolonnen 30 i damptilstand og ført til en væskeutskillingsbeholder 40 hvor eventuelt medført væske felles ut ved hjelp av et dugg-fjerningselement (ikke vist). Den gjenvunne væske 42 ble ført tilbake til kolonnen 30. Ekstraktdamper 43 ble ført gjennom en kondensator 44, og det flytende kondensat 24 fra denne ble ført til en akkumulator/separator-beholder 45. Medført vann i konden-satet 24 sammen med vann fra akkumulatoren 35 bunnfelles i bunnen av separatoren 45 og kan fjernes gjennom en ledning 46 for tilbake-føring til bunnen av kolonnen 30. Væskeformet ekstraktprodukt fra separatoren 45 føres ut gjennom en ledning 47.

I kolonnen 30 fant der sted en koking flere ganger ved at

noe av bunnstrømmen 25 fra kolonnen ble ført tilbake til kolonnen 30 via en varmeveksler 48 hvor strømmen fordampes, og en ledning 49 for dampen. Resten av bunnstrømmen resirkuleres som tynt oppløs-ningsmiddel til toppen av kolonnen 30 gjennom en ledning 32. Vann som føres inn i bunnen av kolonnen 30 gjennom ledningen 46, føres i stor utstrekning tilbake til kolonnen 30 sammen med oppløsnings-middelet gjennom ledningen 32. Innlemmelse av en liten mengde vann i oppløsningsmiddelet er undertiden ønskelig som et middel til innstilling av oppløsningsmiddelets selektivitet og oppløs-elighet og dermed separasjonseffektiviteten, slik det vil bli forklart senere.

Kolonnene 30 ble drevet ved et trykk på 1 atm ved separering av et.matningsmateriale i henhold til tabell I under anvendelse av sulfolan som selektivt oppløsningsmiddel, idet oppløsningsmiddelet videre inneholdt ca. 2,3 vektprosent vann. Driftsbetingelsene for søylen er gjengitt i tabell II.

Analyser av matningsmaterialet, raffinatet og ekstrakt-produktene for de tre forsøk i tabell II er gitt i tabell III.

Resultatene i tabell III viser at alkeninnholdet i matningsmaterialet i forsøk nr. I ble redusert fra 30,7 volumprosent til 6,7 volumprosent i ekstraktproduktet, mens aromatinnholdet ble økt fra 35,4 volumprosent til 88,2 volumprosent. Dette er en bemer-kelsesverdig separasjon når det tas i betraktning at bare fire ekstraksjonsdestillasjonsbrett ble anvendt under tilførselspunktet for matningsmaterialet, nærmere bestemt brettene 6-10, ved separering av aromatene fra alkenene.

Hittil har det vært regnet som umulig å separere alkener fra aromater i et så bredtkokende matningsmateriale som en C^-C^q-fraksjon, idet de høyestkokende C1Q-alkener er tilbøyelige til å ha omtrent den samme flyktighet som det lavestkokende aromat toluen under vanlige ekstraksjonsdestillasjonsbetingelser. Det har tidligere vært nødvendig å forsøke å unngå dette problem ved separering av de høytkokende alkener fra de lavtkokende aromater ved hydrogenering av matningsmaterialet for således å omdanne alkenene til alkaner med medfølgende tap av de potensielt verdi-fulle alkener.

Den evne som sulfolan har til å bevirke separering mellom alkener og alkaner, er videre drastisk illustrert på fig. 2, hvor dataene fra tabellene II og III er inntegnet, og som viser gjenvinning og konsentrasjon i ekstrakten av en bestemt bestanddel i vektprosent som funksjon av utbyttet av matningsmaterialet som ekstrakt i vektprosent. Alkaner og naftener er i fig. II summert som mettede forbindelser. Forskjellene i konsentrasjon mellom aromatene og alkenene er nesten så stor som mellom aromatene og de mettede forbindelser.

Ved anvendelse av den økte separasjonsvirkning av ekstraksjonsdestillasjonsprosessen med to væskefaser er det således blitt mulig å separere alkener fra aromater i de tilfeller hvor bégge inneholdes i en strøm med et bredt kokeområde.

Under henvisning til fig. 1 og de driftsbetingelser som anvendes i forsøk 1, som oppført i tabell II, vil det ses at strømnings-mengden av oppløsningsmiddelet sulfolan pluss vann gjennom ledningen 32 til toppen av kolonnen 30 var 2640 kg/h. Mengden av tilbakeløp 36 til toppen av kolonnen 30 var 383 kg/h.

I henhold til teknikkens stand ville det ha vært nødvendig å føre tilstrekkelig oppløsningsmiddel til toppen av en ekstraksjons-destillas jonskolonne til effektivt å oppløse alt tilbakeløp. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det imidlertid klart at 2640 kg sulfolan inneholdende 2,3 vektprosent vann ikke fullstendig kan opp-løse 383 kg tilbakeløpshydrokarbon av den sammensetning som er gitt i tabell III for raffinatet i forsøk nr. 1. Følgelig må to væskefaser, én rik på oppløsningsmiddel og en annen rik på hydrokarbon, være blitt ført nedover i kolonnen 30. Eventuelt uønskede virkninger på separasjonseffektiviteten som skyldes nærværet av den annen væskefase slik det hevdes ifølge teknikkens stand, ble mer enn oppveid av den økning i separasjonseffektivitet som ble oppnådd ved anvendelse av et sterkt selektivt oppløsningsmiddel, også ifølge teknikkens stand. Den økning i effektivitet som oppnås ved anvendelse av et sterkt selektivt oppløsningsmiddel, er vist å kunne mer enn overvinne en eventuell reduksjon i effektiviteten som følge av tilstedeværelsen av en annen væskefase.

Eksempel II

Ved en annen påvisning av separasjonseffektiviteten av ekstraksjonsdestillasjon med to væskefaser ble en reformatfraksjon inneholdende Cg - Cg-aromater, dvs. fra benzen til xylener, sammen med alkaner og naftener med det samme kokeområde separert i den samme kolonne som anvendt og beskrevet i eksempel I. Sammensetningen av dette matningsmateriale var som følger:

Det ovennevnte matningsmateriale ble separert i den samme kolonne som beskrevet i eksempel I, under anvendelse av sulfolan pluss ca. 2 vektprosent vann som selektivt oppløsningsmiddel, idet der ble anvendt et konstant mengdeforhold på 2,43 mellom oppløsningsmiddel og matningsmateriale, et kolonnetrykk på 1 atmosfære og forskjellige til-bakeløpsf orhold som gjengitt tabellarisk i tabell IV, som gjengir driftsresultatene. En konstant mengde oppløsningsmiddel på 2472 kg/h ble anvendt, mens tilbakeløpsmengden ble variert fra 268 til 535 kg/h for å fastlegge det optimale tilbakeløpsforhold. I alle tilfeller var imidlertid mengden av oppløsningsmiddel utilstrekkelig til å oppløse alt tilbakeløpet, og to væskefaser ble derfor ført nedover i kolonnen.

Resultater for "Research"-oktantallet og "Motor"-oktantallet er inntegnet på fig. 3, som viser de oppnådde "clear"-oktantall som funksjon av aromatkonsentrasjonen i vektprosent, tatt fra de ovennevnte resultater.

Inspeksjon av resultatene viser at der ble oppnådd et ekstraktprodukt med et aromatinnhold på 90,9 - 93,3 vektprosent fra et matningsmateriale som inneholdt bare 35 vektprosent aromater, ved anvendelse av bare fire fraksjoneringsbrett mellom det punkt hvor matningsmaterialet kommer inn i kolonnen, og det punkt hvor ekstraktproduktet tas ut, hvilket var det samme som beskrevet i eksempel I og vist på fig. 1.

At der finnes et optimalt tilbakeløpsforhold for en ekstraksjonsdestillasjonsprosess, er vist ved inntegning av dataene fra tabell IV på fig. 4. Dataene viser at en maksimal renhet og gjenvinning av aromater i ekstraktproduktet ble oppnådd med et tilbake-løpsf orhold på ca. 0,5 - 0,7, fortrinnsvis 0,6. Ved høyere og lavere tilbakeløpsforhold ble både renheten og gjenvinningen redusert. To væskefaser beveget seg nedover i kolonnen ved alle de prøvede og inntegnede tilbakeløpsforhold. Bare ved reduksjon av tilbakeløps-forholdet til en verdi langt under 0,4 ville kolonnen arbeide med bare én væskefase (oppløsningsmiddel), men med en meget lavere gjenvinning og renhet av aromatproduktet.

Eksempel III

For å vise den økte renhet av aromatproduktet som kan oppnås ved anvendelse av flere fraksjoneringsbrett, ble det samme matningsmateriale som beskrevet i eksempel II tilført brett nr. 14 i kolonnen istedenfor brett nr. 10 som i forsøkene i eksempel II, og en serie forsøk ble utført med åtte brett mellom det punkt hvor matningsmaterialet ble ført inn,, og det punkt hvor ekstraktproduktet ble tatt ut, i motsetning til bare fire brett for forsøkene i eksempel II. De oppnådde resultater er gjengitt i tabell V.

Dataene i tabell V viser at et ekstraktprodukt inneholdende så meget som 99,0 vektprosent aromater i forsøk 14 kan oppnås fra et matningsmateriale som inneholdt bare 32,7 vektprosent aromater, ved anvendelse av bare åtte fraksjoneringsbrett mellom tilførselsstedet for matningsmaterialet og avtapningsstedet for ekstraktproduktet, hvis der arbeides med et sterkt selektivt oppløsningsmiddel (sulfolan + vann) under optimale tilbakeløpsbetingelser og med to væskefaser tilstede på toppen av fraksjonereren. Det vil også legges merke til at det optimale tilbakeløpsforhold har variert med endringen i tilførselspunktet for matningsmaterialet og generelt ligger i om-rådet 0,3 -1,1.

Eksempel IV

Ved ytterligere forsøk til påvisning av effektiviteten av ekstraksjonsdestillasjon med to væskefaser for separering av di-alkener, en separering som er vanskeligere enn separeringen av aromater fra alkener og alkaner, ble blandinger av butadien og buten-1 separert under anvendelse av blandinger av sulfolan og metyl-diglykol som selektivt oppløsningsmiddel. Ekstraksjonsdestil-las jonskolonnen var 10 cm i diameter, inneholdt 37 brett av siltypen med et åpent område på 29,7% og var forøvrig lik den større kolonne som er vist på fig. 1. Effektiviteten av ekstraksjonsdestillasjonskolonnen i denne prøveserie ble uttrykt ved hjelp av en "separa-sjonsfaktor" som ble beregnet fra sammensetningen av toppstrømmen (OH) og kjelen (KP) som følger:

Eksempelvis var sammensetningen av toppstrømmen i et forsøk 70,7 vektprosent buten-1 og 29,3 vektprosent butadien, mens kjele-produktets sammensetning var 19,1 vektprosent buten-1 og 80,9 vektprosent butadien.

Separasjonsfaktoren for kolonneeffektiviteten beregnes da som følger:

Separasjonsfaktoren øker"naturligvis med graden av separering i kolonnen og ville nå verdien uendelig ved oppnåelse av rent buten-1 i toppstrømmen og rent butadien som bunnprodukt.

Data oppnådd i de første prøveserier er tabellarisk gjengitt i tabell VI.

De ovennevnte data er inntegnet på fig. 5, hvor forsøksnummeret er vist ved siden av hvert inntegnet punkt. Hvis man ser bort fra forsøkene 1 og 2, som synes ikke å være på linje med de øvrige for-søk, viser dataene den karakteristiske økning i kolonneseparasjons-ef fektiviteten, uttrykt ved separasjonsfaktoren, ved økning av til-bakeløpsforholdet fra 1,5 til ca. 3, hvor effektiviteten er høyest. Det generelt ønskelige tilbakeløpsforhold med dette matningsmateriale og disse separasjonsbetingelser med hensyn til temperatur, opp-løsningsforhold og lignende synes å være ca. 2,9 - 3,2. Bruk av ytterligere tilbakeløp, f.eks. med et tilbakeløpsforhold på 3,79 som er større enn det optimale forhold, gir en reduksjon i effektiviteten. Det er ikke klart hvorfor forsøkene 1 og 2 viser uventet høye effek-tiviteter. Da alle de andre forsøk viser en reduksjon i effektiviteten etterhvert som tilbakeløpsforholdet nærmer seg null, kan man bare trekke den konklusjon at der er en feil ved resultatene fra forsøkene 1 og 2. Drift av kolonnen med dette system under anvendelse av et tilbakeløpsforhold på over ca. 2 medførte at to væskefaser var tilstede ved toppen av kolonnen, og dataene og fig. 5 viser derfor den høye separasjonseffektivitet som kan oppnås ved drift ved det optimale tilbakeløpsforhold på ca. 3, selv om to væskefaser er tilstede.

Eksempel V

En annen serie forsøk ble utført med en annen butadienkonsen-trasjon i matningsmaterialet og et annet forhold mellom oppløsnings-middel og matningsmateriale. Data fra disse forsøk er gjengitt i tabell VII.

Disse data, som også er inntegnet på fig. 5, viser en maksimal effektivitet ved et tilbakeløpsforhold på ca. 1,2, hvor to væskefaser var tilstede ved toppen av kolonnen.

Det vil legges merke til at det optimale tilbakeløpsforhold på ca. 1 som fås i eksempel V, avviker betraktelig fra det optimale tilbakeløpsforhold på ca. 3,2 i eksempel IV. Dette skyldes den be-tydelige forskjell i sammensetningen av matningsmaterialet i de to eksempler. For hvert sett av driftsvariable for ekstraksjonsdestil-las jonskolonnen foreligger der et optimalt tilbakeløpsforhold, som imidlertid vil variere når en eller flere av de andre variable endres, f.eks. sammensetningen av matningsmaterialet, mengdeforholdet mellom oppløsningsmiddel og matningsmateriale, arten av oppløsnings-middelet etc.

Eksempel VI

I enda en prøveserie ble butadien/buten-l-systemet separert ved anvendelse av en blanding av 58 vektprosent sulfolan, 38,5 vektprosent metyl-diglykol og 3,5 vektprosent vann som oppløsningsmiddel. Resultatene er tabellarisk gjengitt i tabell VIII.

Eksempel VII

Ytterligere forsøk ble utført som i eksempel VI, men ved et lavere mengdeforhold mellom oppløsningsmiddel og matningsmateriale. De oppnådde resultater er gjengitt i tabell IX.

Også dataene fra tabellene VIII og IX er inntegnet på fig. 5 og viser igjen den topp i separasjonseffektiviteten som kan oppnås ved optimale tilbakeløpsforhold i nærvær av to væskefaser.

Claims

Fremgangsmåte til ekstraksjonsdestillasjon av en blanding av innbyrdes blandbare organiske forbindelser, omfattende å bringe blandingen i berøring med et selektivt oppløsningsmiddel i en ekstraksjonsdestillasjonskolonne for å øke forskjellen i flyktighet mellom forbindelsene, ekstraksjonsdestillere blandingen i nærvær av det selektive oppløsningsmiddel for å danne en toppstrøm omfattende de mest flyktige av forbindelsene og en bunnstrøm omfattende de minst flyktige av forbindelsene og det selektive opp-løsningsmiddel og kondensere i det minste en del av toppstrømmen for å danne en tilbakeløpsstrøm som føres tilbake til kolonnen, karakterisert ved at tilbakeløpsforholdet og forholdet mellom selektivt oppløsningsmiddel og blandingen innstilles for å holde to ikke-blandbare væskefaser i bare den øvre del av kolonnen, dvs. over det sted hvor blandingen føres inn i denne, idet de to ikke-blandbare væskefaser er en oppløsnings-middelrik fase og en fase som er rik på<»de mest flyktige av forbindelsene.