WO2004033400A1 - Verfahren zur trennung von butenen und butanen durch extraktive destillation mit einem polaren extraktionsmittel - Google Patents

Verfahren zur trennung von butenen und butanen durch extraktive destillation mit einem polaren extraktionsmittel Download PDF

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WO2004033400A1
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stage
fraction
separation
butenes
butanes
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PCT/EP2003/008687
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Lothar Kerker
Rainer Malzkorn
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Oxeno Olefinchemie Gmbh
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
    • C07C7/04—Purification; Separation; Use of additives by distillation
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    • C07C7/08—Purification; Separation; Use of additives by distillation with the aid of auxiliary compounds by extractive distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00—Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/02—Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms
    • C07C9/10—Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms with four carbon atoms

Definitions

  • the invention relates to a process for the separation of butenes and butanes from a stream containing C 4 hydrocarbons by extractive distillation with a polar extractant.
  • Butenes and butanes are industrially sought-after products that are mostly obtained by processing C 4 hydrocarbon cuts from steam or naphtha crackers.
  • the various isomers of butenes and butanes and butadiene are present in varying proportions in the raw material sources available.
  • Butadiene can either be converted to n-butenes by hydrogenation or removed from these mixtures by extractive distillation.
  • EP 501 848 describes the separation of a C 4 section freed from butadiene by extractive distillation with an extracting agent such as N-methylpyrrolidone (NMP) or DMF in three stages: In the first stage, the C 4 - hydrocarbon mixture with the extracting agent is used an extractive distillation column. Here, the olefinic constituents dissolve in the extractant, so that the less soluble aliphatic constituents can be separated off. For further separation or for the recovery of the extracting agent, a partial desorption of the butenes from the extract is then carried out under a pressure of 4 to 5 bar. For the remaining recovery of the extractant, the extract is then boiled out at normal pressure and a temperature of 140 to 170 ° C.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • JP 692 876 discloses the use of dimethylformamide as a polar extractant for butene / butane separation. Furthermore, this publication describes that after the extractive distillation and the separation of the aliphatic constituents from the feed Hydrocarbon mixture, most of the polar extractant is recovered by a desorption step at 1 to 2 atmospheres with recycling of most of the extractant. The butene-containing fraction is freed from the butenes in a cleaning stage at elevated pressure of 1 to 15 atmospheres; the pure extractant thus obtained is in turn returned to the extraction distillation stage. According to the examples, the extractant still contains large proportions of butenes, which are recycled with the extractant, ie are circulated. This is energetically and economically unfavorable.
  • the present invention relates to a process for the separation of butenes and butanes by extractive distillation using a polar extractant
  • stage b) a reflux ratio of stage b) to stage a) of 0.01-0.5 kg / kg, preferably 0.05-0.2 kg / kg, has proven successful.
  • the reflux ratio is defined here as the ratio of the amount returned to the amount of product.
  • the reflux ratio corresponds to the quotient of the material flows 9 and 8.
  • Stage b) is usually operated at 1.0 to 5 bar. If stage a) has a higher pressure stage, the part of the low boiler fraction recycled from stage b) in stage a) can be precompressed to the pressure of stage a).
  • FIG. 1 Such a procedure is outlined by FIG. 1: Here the butane / butene mixture (1) is separated in the extraction stage (2) into the butanes (3) and a fraction (4) containing the butenes and a polar extractant.
  • Material stream (4) is separated in the distillation stage (5) into a high-boiling fraction (6), which contains the polar extracting agent and possibly also butenes, and a low-boiling fraction (7), which comprises the butenes and any residues of extracting agent , Material flow (7) is completely or partially separated off and, if necessary, further processed (8) and / or returned to the extraction stage (2) after an optional compressor stage (10).
  • the compressor stage 10 can also be arranged directly behind the distillation stage, so that the low boilers obtained therefrom are fully condensed and then divided into product and recycle stream in liquid form.
  • the recycle stream can be cooled.
  • This cooling stage should bring the current down to -10 to +55 ° C, preferably 0-35 ° C.
  • the process according to the invention has a further separation stage c).
  • the low boiler fraction from stage b) is wholly or partly separated in a second separation stage c) into a butene-containing fraction and a fraction containing the polar extracting agent, and the fraction containing the polar extracting agent is returned to the distillative separation of stage b).
  • the separation by distillation in stage b) is preferably carried out at a pressure of 1 to 5, in particular 1 to 3, bar.
  • the temperatures vary according to this pressure at 120 - 190 ° C, especially 125 - 160 ° C. In this way, a large part of the polar extractant is already carefully separated from the olefinic components at relatively low temperatures.
  • the second separation in step c) of the process according to the invention is preferably carried out by distillation at a pressure of 1-10 bar, in particular 3-7 bar. This process variant is explained in more detail by FIG. 2 as follows.
  • the feed hydrocarbon mixture (1) is reacted in the extraction stage (2) with a polar extractant, so that the butanes (3) can be separated off as a low boiler fraction.
  • the butenes and the polar extractant are fed as a bottom fraction (4) to a distillation separation (5), a mixture of butenes and the polar extractant being separated off as the low boiler fraction (6).
  • the low boiler fraction usually still contains 1-6% by weight of extractant. If water is present, the solvent fraction of the low boiler fraction mainly consists of water, in the case of the NMP / water system this fraction consists of approx. 1.5 - 3% water with approx. 100 - 1000 ppm NMP.
  • Material stream (6) is then worked up in a further separation stage (7) onto the pure butenes (8), small polar amounts of the extracting agent and possibly water being recycled as high boiler fraction (9) into the first separation stage (5).
  • the stream (9) may also contain butenes in addition to the polar extractant.
  • the high boiler fraction (10) obtained in the first separation stage (5), which comprises most of the polar extractant, is returned to the extraction stage (2).
  • a compressor and / or cold stage (11) is also expedient in this variant of the method.
  • the temperatures range from 40 to 100 ° C according to the set pressure.
  • the second separation stage c) is not carried out by separation by distillation, but rather by cooling the low boiler fraction from stage b) to -10 to +55 ° C., preferably 0-55 ° C., in particular 0-35 ° C.
  • the pressures required here range from 1.0 to 5, preferably 1-3.0, bar. This variant can be used advantageously wherever inexpensive cooling energy is available. Furthermore, the investments required for the pressure-resistant apparatus in the other process variant are eliminated.
  • the second separation stage (7) is not designed as a distillation separation, but as a top condenser of the column (5).
  • the returns (9) or the separation of the butenes (8) are carried out analogously.
  • the compressor and / or cold stage (11) is omitted in this variant.
  • dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone, acetonitrile, furfural, N-formylmorpholine or dimethylacetamine can be used as the polar extracting agent.
  • the extractants used can either be anhydrous or virtually anhydrous or else in a mixture of 0.1 to 20 wt.%, Preferably 3 to 18 wt.%, Particularly preferably 5 to 12 wt.%, In particular 8 to 9 wt. -%, are used with water.
  • the extraction distillation of stage a) is preferably carried out at a pressure of 2 to 15 bar and a temperature of 40 to 100 ° C.
  • Such columns are usually operated in countercurrent, ie the extractant is introduced into the column from above and the stream to be extracted from below.
  • the C 4 stream can also be fed in the middle part of the column.
  • the C 4 hydrocarbon stream to be extracted is preferably evaporated upstream of the column and brought into contact with the polar extractant as a gas stream in a mass ratio of 15: 1-6: 1, preferably 12: 1-6: 1 (gas: liquid) ,
  • the column is expediently equipped with internals or packing elements in order to build up the largest possible exchange surface.
  • the butane-containing mixture (n- and isobutane) is then drawn off in gaseous form at the top of the column and used for further use.
  • the bottom of the column can be heated externally or internally, all or part of the bottom fraction being fed to a distillation separation in stage b). Packings, bell or valve trays have proven particularly useful as internals for the extractive distillation column.
  • the C 4 stream obtained at the top of the column (stream 3 in the figures) is completely condensed and partially recycled to backwash the polar extractant. Return ratios of 0.5 to 2, in particular 1: 1, have proven themselves here.
  • the bottom fraction obtained from stage a) is then depressurized and preferably passed to the top of the distillation column in stage b).
  • This column is preferably filled with packing and is operated in countercurrent at a bottom temperature of 120 to 160 ° C.
  • the column bottom is returned to the extraction distillation according to stage a).
  • the low boiler fraction to be drawn off at the top which contains the butenes and the small amounts of the polar extracting agent mentioned, is cooled to a temperature of 30 to 60 ° C. and then fed to the cleaning stage c).
  • the low boiler fraction of stage b) first passes through a compressor stage and is compressed to the pressure stages mentioned.
  • the purification stage (7) can also be operated as a countercurrent distillation system in which the low boiler fraction from stage b) is introduced into the bottom of the column.
  • the polar extractant enriched in the sump is not returned to the extraction distillation of stage a) but exclusively to the cleaning stage b).
  • a reflux ratio of 0.001-0.1 kg / kg, preferably 0.01-0.1 kg / kg has proven successful.
  • the reflux ratio is defined here as the quotient of the amount returned in stage b) to the amount introduced in cleaning stage c). In Fig. 2 this corresponds to the ratio of the currents 9: 6.
  • part of the top product is preferably returned to the column to improve the separation performance.
  • a further, small separation stage which follows the separation stage c), is recommended, with which the butenes are drawn off as the bottom product and an aqueous phase is separated off by means of a decanter at the top of the column and is returned to the separation stage b) if necessary, is premixed with the polar extractant.
  • the separation stage c) is carried out without a compressor as a top condenser of stage b). For this it is necessary to fully condense the low boiler fraction of stage b) to a temperature of approx. 10-25 ° C. Part of the liquid fraction is returned to column b) in countercurrent.
  • An NMP / H2O mixture with about 8% by weight of water was used as solvent.
  • the extractive distillation column (2) had a diameter of 80 mm and was equipped with 70 bubble-cap trays.
  • the outgassing column (5) also had a diameter of 80 mm and was equipped with 30 bubble trays.
  • the butane product stream (3) was completely condensed and partially returned to the column (2) at a reflux ratio of 1 kg / kg.
  • the butene product stream (7) obtained was cooled to 50 ° C. and drawn off completely in gaseous form, ie there was no butene recycling (9) to the extractive distillation column (2).
  • the liquid stream obtained on cooling to 50 ° C. was fed back into the column (5).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Butenen und Butanen durch extrative Destillation mit einem polaren Extraktionsmittel.

Description

Verfahren zur Trennung von Butenen und Butanen durch extraktive Destillation mit einem polaren Extraktionsmittel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Separation von Butenen und Butanen aus einem C4-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Strom durch extraktive Destillation mit einem polaren Extraktionsmittel.
Butene und Butane sind industriell gefragte Produkte, die meist durch Aufarbeitung von C4- Kohlenwasserstoffe enthaltenden Schnitten aus Steam- oder Naphthacrackern gewonnen werden. In den zur Verfügung stehenden Rohstoffquellen liegen die verschiedenen Isomere der Butene und Butane sowie Butadien in wechselnden Anteilen vor. Butadien kann entweder durch Hydrierung in n-Butene umgewandelt oder durch extraktive Destillation aus diesen Gemischen entfernt werden. Zur weiteren Verarbeitung der Butene und Butane ist es häufig erforderlich, diese von einander zu trennen. Auf Grund der sehr dicht beieinander liegenden Siedepunkte ist dies durch einfache Destillation nicht mit den erforderlichen Reinheiten möglich, so dass auf andere Trennverfahren zurückgegriffen werden muss.
Großtechnisch werden hierzu meist Extraktivdestillationen mit polaren Lösemitteln eingesetzt. So beschreibt EP 501 848 die Auftrennung eines von Butadien befreiten C4- Schnitts durch Extraktiv-Destillation mit einem Extraktionsmittel wie N-Methylpyrrolidon (NMP) oder DMF in 3 Stufen: In der ersten Stufe wird das Einsatz C4- Kohlenwasserstoffgemisch mit dem Extraktionsmittel in einer Extraktivdestillationskolonne versetzt. Hierbei lösen sich die olefϊnischen Bestandteile im Extraktionsmittel, so dass die schlechter löslichen aliphatischen Bestandteile abgetrennt werden können. Zur weiteren Trennung bzw. zur Rückgewinnung des Extraktionsmittels wird dann unter einem Druck von 4 bis 5 bar eine teilweise Desorption der Butene aus dem Extrakt durchgeführt. Zur restlichen Rückgewinnung des Extraktionsmittels erfolgt anschließend ein Auskochen des Extrakts bei Normaldruck und einer Temperatur von 140 bis 170 °C.
In JP 692 876 ist die Verwendung von Dimethylformamid als polares Extraktionsmittel zur Buten-/Butantrennung offengelegt. Weiterhin beschreibt diese Druckschrift, dass nach der extraktiven Destillation und der Abtrennung der aliphatischen Bestandteile aus dem Einsatz- Kohlenwasserstoffgemisch der größte Teil des polaren Extraktionsmittels durch eine Desorptionsstufe bei 1 bis 2 Atmosphären unter Rückführung des größten Teils des Extraktionsmittels zurückgewonnen wird. Die butenhaltige Fraktion wird in einer Reinigungsstufe bei erhöhtem Druck von 1 bis 15 Atmosphären von den Butenen befreit; das so erhaltene reine Extraktionsmittel wird wiederum in die Extraktionsdestillationsstufe zurückgeführt. Das Extraktionsmittel enthält gemäß den Beispielen noch große Anteile von Butenen, die mit dem Extraktionsmittel zurückgeführt, d. h. im Kreis gefuhrt werden. Dies ist energetisch und ökonomisch ungünstig.
Es wurde nun gefunden, dass die Energieausnutzung der bekannten Verfahren durch eine verfahrenstechnisch optimierte Verschärfung der Anlagenteile verbessert werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Separation von Butenen und Butanen durch extraktive Destillation mit einem polaren Extraktionsmittel durch
a) Extraktive Destillation eines Butene und Butane enthaltenden Stroms mit einem polaren Extraktionsmittel unter Erhalt einer Butane enthaltenden Kopffraktion und einer Butene und das polare Extraktionsmittel enthaltenden Sumpffraktion und b) destillative Trennung der Sumpffraktion aus a) in eine Leichtsiederfraktion, die die Butene enthält und ein Schwersiederfraktion, die das polare Extraktionsmittel enthält, wobei die das polare Extraktionsmittel enthaltende Schwersiederfraktion aus b) in die Extraktionsstufe a) zurückgeführt wird.
Die so erhaltene Butenfraktion ist für viele Anwendungszwecke ausreichend vom polaren Extraktionsmittel gereinigt. Für eine verbesserte Trennleistung kann ein Teil der Leichtsiederfraktion aus Stufe b) in die Extraktionsstufe a)
Figure imgf000003_0001
werden. In der Praxis hat sich ein RücklaufVerhältnis von Stufe b) zur Stufe a) von 0,01 - 0,5 kg/kg, bevorzugt 0,05 - 0,2 kg/kg bewährt.
Das Rücklaufverhältnis ist hier als das Verhältnis der l ckgeführten Menge zur Produktmenge definiert. In Fig. 1 entspricht das Rücklaufverhältnis dem Quotienten der Stoffströme 9 und 8. Stufe b) wird in der Regel bei 1,0 bis 5 bar betrieben. Falls Stufe a) eine höhere Druckstufe aufweist, kann der in Stufe a) aus b) rückgeführte Teil der Leichtsiederfraktion auf den Druck der Stufe a) vorverdichtet werden. Eine solche Verfarirensführung ist durch Fig. 1 skizziert: Hier wird das Butan/Butengemisch (1) in der Extraktionsstufe (2) in die Butane (3) und eine die Butene und ein polares Extraktionsmittel enthaltende Fraktion (4) getrennt. Stoffstrom (4) wird in der Destillationsstufe (5) in eine schwer siedende Fraktion (6), die das polare Extraktionsmittel und ggf. noch Butene enthält, und eine Leichtsiederfraktion (7), die die Butene und ggf. Reste an Extraktionsmittel umfasst, getrennt. Stoffstrom (7) wird ganz oder teilweise abgetrennt und ggf. weiterverarbeitet (8) und/oder nach einer optionalen Verdichterstufe (10) wieder in die Extraktionsstufe (2) rückgeführt.
Die Verdichterstufe 10 kann auch direkt hinter der Destillationsstufe angeordnet werden, so dass die hieraus gewonnenen Leichtsieder vollständig kondensiert und anschließend in flüssiger Form in Produkt- und Rückführstrom geteilt werden.
Anstelle oder zusätzlich zu einer Verdichterstufe kann eine Kühlung des Rückführstroms erfolgen. Diese Kühlstufe sollte eine Abkühlung des Stroms auf -10 bis +55 °C, bevorzugt 0- 35 °C bewirken.
hi einer besonderen Variante weist das erfindungsgemäße Verfahren eine weitere Trennstufe c) auf. Hier wird die Leichtsiederfraktion der Stufe b) ganz oder teilweise in einer zweiten Trennstufe c) in eine Buten-haltige und eine das polare Extraktionsmittel enthaltende Fraktion getrennt und die das polare Extraktionsmittel enthaltende Fraktion in die destillative Trennung der Stufe b) zurückgeführt.
Wichtig beim erfϊndungsgemäßen Verfahren ist die Folge der Druckstufen der Verfahrensstufen a), b) und optional c). Die destillative Trennung in Stufe b) wird bevorzugt bei einem Druck von 1 bis 5, insbesondere bei 1 bis 3 bar durchgeführt. Die Temperaturen bewegen sich entsprechend diesem Druck bei 120 - 190 °C, insbesondere 125 - 160 °C. Auf diese Weise wird ein großer Teil des polaren Extraktionsmittels bei relativ niedrigen Temperaturen schonend für die olefmischen Bestandteile bereits abgetrennt. Die zweite Trennung gemäß Stufe c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt durch eine Destillation bei einem Druck von 1-10 bar, insbesondere 3-7 bar durchgeführt. Diese Verfahrensvariante wird durch Figur 2 wie folgt näher erläutert.
Das Einsatzkohlenwasserstoffgemisch (1) wird in der Extraktionsstufe (2) mit einem polaren Extraktionsmittel umgesetzt, so dass die Butane (3) als Leichtsiederfraktion abgetrennt werden können. Die Butene und das polare Extraktionsmittel werden als Sumpffraktion (4) einer destillativen Trennung (5) zugeführt, wobei als Leichtsiederfraktion (6) ein Gemisch aus Butenen und dem polaren Extraktionsmittel abgetrennt wird. Die Leichtsiederfraktion enthält in der Regel noch 1-6 Gew.-% Extraktionsmittel. Ist Wasser anwesend, so besteht der Lösungsmittelanteil der Leichtsiederfraktion hauptsächlich aus Wasser, im Falle des Systems NMP/Wasser besteht diese Fraktion zu ca. 1,5 - 3 % aus Wasser mit ca. 100 - 1000 ppm NMP. Stoffstrom (6) wird anschließend in einer weiteren Trennstufe (7) auf die reinen Butene (8) aufgearbeitet, wobei geringe polare Mengen des Extraktionsmittels und ggf. Wasser als Schwersiederfraktion (9) in die erste Trennstufe (5) rückgeführt wird. Je nach Reinheitsanforderungen der Butene (8) bzw. der Trennleistungen der Kolonne (7) kann der Stoffstrom (9) neben dem polaren Extraktionsmittel noch Butene enthalten. Die in der ersten Trennstufe (5) erhaltene Schwersiederfraktion (10), die den größten Teil des polaren Extraktionsmittels umfasst, wird in die Extraktionsstufe (2) rückgeführt. Auch in dieser Verfahrensvariante ist eine Verdichter- und/oder Kältestufe (11) zweckmässig.
In der zweiten Trennstufe c) bewegen sich die Temperaturen dem eingestellten Druck entsprechend bei 40 - 100 °C.
In einer weiteren Verfahrensvariante wird die zweite Trennstufe c) nicht durch destillative Trennung, sondern durch ein Abkühlen der Leichtsiederfraktion aus Stufe b) auf -10 bis +55 °C, bevorzugt 0-55 °C, insbesondere 0-35 °C durchgeführt. Die hierbei nötigen Drücke bewegen sich bei 1,0 bis 5, bevorzugt 1-3,0 bar. Diese Variante kann überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo preiswerte Kälteenergie zur Verfügung steht. Weiterhin entfallen die bei der anderen Verfahrensvariante erforderlichen Investitionen für druckfeste Apparate.
Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ebenfalls anhand Fig. 2 erläutert werden, wobei die zweite Trennstufe (7) nicht als destillative Trennung, sondern als Kopfkondensator der Kolonne (5) ausgelegt ist. Die Rückführungen (9) bzw. die Abtrennung der Butene (8) erfolgen analog. Die Verdichter- und/oder Kältestufe (11) entfällt in dieser Variante.
In beiden Verfahrensvarianten kann als polares Extraktionsmittel Dimethylformamid (DMF), N-Methylpyrrolidon, Acetonitril, Furfural, N-Formylmorpholin oder Dimethylacetamind verwendet werden. Die eingesetzten Extraktionsmittel können entweder wasserfrei oder nahezu wasserfrei oder aber in einem Gemisch von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 18 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 12 Gew.-%, insbesondere 8 bis 9 Gew.-%, mit Wasser eingesetzt werden.
Die Extraktionsdestillation der Stufe a) wird bevorzugt bei einem Druck von 2 bis 15 bar und einer Temperatur von 40 bis 100 °C betrieben. Üblicherweise werden solche Kolonnen im Gegenstrom betrieben, d. h. das Extraktionsmittel wird von oben und der zu extrahierende Strom von unten in die Kolonne eingeführt. Optional kann die Zuführung des C4-Stroms auch in dem Mittelteil der Kolonne erfolgen. Im vorliegenden Fall wird der zu extrahierende C4- Kohlenwasserstoffstrom bevorzugt vor der Kolonne verdampft und als Gasstrom im Massenverhältnis von 15:1 - 6:1, bevorzugt 12:1 - 6:1 (Gas: Flüssigkeit) mit dem polaren Extraktionsmittel in Kontakt gebracht. Zweckmäßiger Weise wird die Kolonne mit Einbauten oder Füllkörpern zum Aufbau einer möglichst großen Austauschfläche ausgestattet. Am Kopf der Kolonne wird dann gasförmig das Butan enthaltende Gemisch (n- und Isobutan) abgezogen und einer weiteren Verwendung zugeführt. Der Sumpf der Kolonne kann extern oder intern beheizt werden, wobei die Sumpffraktion ganz oder teilweise in Stufe b) einer destillativen Trennung zugeführt wird. Als Einbauten für die Extraktivdestillationskolonne haben sich insbesondere Füllkörper, Glocken- oder Ventilböden bewährt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der am Kopf der Kolonne erhaltene C4-Strom (Strom 3 in den Figuren) vollständig kondensiert und teilweise zum Zurückwaschen des polaren Extraktionsmittels rückgeführt. Hier haben sich Rücklaufverhältnisse von 0,5 bis 2, insbesondere von 1 : 1 bewährt. Die aus Stufe a) erhaltene Sumpffraktion wird anschließend entspannt und bevorzugt auf den Kopf der Destillationskolonne gemäß Stufe b) geführt. Diese Kolonne ist bevorzugt mit Füllkörpern gefüllt und wird mit einer Sumpftemperatur von 120 bis 160 °C im Gegenstrom betrieben. Der Kolonnensumpf wird in die Extraktionsdestillation gemäß Stufe a) zurückgeführt. Die am Kopf abzuziehende Leichtsiederfraktion, die die Butene und die genannten geringen Mengen des polaren Extraktionsmittels enthält, wird auf eine Temperatur von 30 bis 60 °C abgekühlt und dann der Reinigungsstufe c) zugeführt.
In der Verfahrensvariante gemäß Fig. 2 durchläuft die Leichtsiederfraktion der Stufe b) zunächst eine Verdichterstufe und wird auf die genannten Druckstufen komprimiert. Die Reinigungsstufe (7) kann auch als Gegenstrom-Destillationsanlage betrieben werden, in dem die Leichtsiederfraktion aus Stufe b) in den Sumpf der Kolonne eingetragen wird. Das im Sumpf angereicherte polare Extraktionsmittel wird nicht in die Extraktionsdestillation der Stufe a) sondern ausschließlich in die Reinigungsstufe b) zurückgeführt. Zwischen den Reinigungsstufen b) und c) hat sich ein Rücklaufverhältnis von 0,001 - 0,1 kg/kg, bevorzugt 0,01 - 0,1 kg/kg bewährt. Das Rücklaufverhältnis ist hier als Quotient der in Stufe b) rückgeführten Menge zu der in die Reinigungsstufe c) eingeführten Menge definiert. In Fig. 2 entspricht dies dem Verhältnis der Ströme 9:6. Auch in dieser Trennstufe wird bevorzugt ein Teil des Kopfprodukts zur Verbesserung der Trennleistung in die Kolonne zurückgegeben.
Wird als polares Extraktionsmittel ein wasserhaltiges Gemisch eingesetzt, so empfiehlt sich eine auf die Trennstufe c) folgende weitere, kleine Trennstufe, mit der die Butene als Sumpfprodukt abgezogen und eine wässrige Phase mittels eines Dekanters am Kopf der Kolonne abgetrennt und wieder in die Trennstufe b) ggf. unter Vormischung mit dem polaren Extraktionsmittel zurückgeführt wird.
In der alternativen Verfahrensvariante gemäß Figur 2 wird die Trennstufe c) ohne Verdichter als Kopfkondensator der Stufe b) ausgeführt. Hierzu ist es notwendig, die Leichtsiederfraktion der Stufe b) auf eine Temperatur von ca. 10-25 °C vollständig zu kondensieren. Ein Teil der flüssigen Fraktion wird im Gegenstrom wieder in die Kolonne b) zurückgeführt.
Beispiel: Die extraktive Destillation (2) des Butan/Buten-Gemisches (1), sowie die Abtrennung der Butene (7) vom Lösungsmittel (6) wurden mit einer Anlage gemäß Fig. 1 durchgeführt. Als Lösungsmittel wurde ein NMP/H2O-Gemisch mit etwa 8 Gew. % Wasser verwendet. Die Extraktivdestillationskolonne (2) hatte 80 mm Durchmesser und war mit 70 Glockenböden ausgerüstet. Die Ausgasungskolonne (5) hatte ebenfalls 80 mm Durchmesser und war mit 30 Glockenböden ausgestattet. Der Butan-Produktstrom (3) wurde vollständig kondensiert und teilweise mit einem Rücklaufverhältnis von 1 kg/kg in die Kolonne (2) zurückgeführt. Der gewonnene Buten-Produktstrom (7) wurde auf 50 °C abgekühlt und vollständig gasförmig abgezogen, d.h. es gab keine Buten-Rückführung (9) zur Extraktivdestillationskolonne (2). Der bei der Abkühlung auf 50 °C angefallene Flüssigkeitsstrom wurde zurück in die Kolonne (5) geführt.
Die Betriebsparameter der beiden Kolonnen waren wie folgt:
Figure imgf000008_0001
Die Mengen und die Zusammensetzungen der Ströme sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben:
Figure imgf000009_0001
Mit dieser Anlagenverschaltung konnte ein Butanstrom mit 90 % Reinheit und ein Butenstrom mit 84 % Reinheit gewonnen werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Separation von Butenen und Butanen durch extraktive Destillation mit einem polaren Extraktionsmittel durch a) Extraktive Destillation eines Butene und Butane enthaltenden Stroms mit einem polaren Extraktionsmittel unter Erhalt einer Butane enthaltenden Kopffraktion und einer Butene und das polare Extraktionsmittel enthaltenden Sumpffraktion und b) destillative Trennung der Sumpffraktion aus a) in eine Leichtsiederfraktion, die die Butene enthält und ein Schwersiederfraktion, die das polare Extraktionsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die das polare Extraktionsmittel enthaltende Schwersiederfraktion aus b) in die
Extraktionsstufe a) zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die destillative Trennung der Stufe b) bei einem Druck von 0.5 bis 5 bar durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leichtsiederfraktion der Stufe b) in die Exfraktionsstufe a) zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklaufverhältnis der Stufe b) zur Stufe a) 0,01 - 0,5 kg kg beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Stufe a) zurückgeführte Teil der Leichtsiederfraktion b) auf den Betriebsdruck der Stufe a) verdichtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtsiederfraktion der Stufe b) ganz oder teilweise in einer zweiten Trennstufe c) in eine Buten-haltige und eine das polare Extraktionsmittel enthaltende Fraktion getrennt und die das polare Extraktionsmittel enthaltende Fraktion in die destillative
Trennung der Stufe b) zurückgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklaufverhältnis der Stufe c) zur Stufe b) 0,001 - 0,1 kg/kg beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trennstufe c) durch eine Destillation bei einem Druck von 1 - 5 bar erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trennstufe c) durch Abkühlen der Leichtsiederfraktion aus Stufe b) auf -10 bis +55 °C erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das polare Extraktionsmittel wasserfrei oder im Gemisch mit 0,1 bis 20 Gew.-% Wasser eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als polares Extraktionsmittel Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon, Acetonitril, Furfural, N-Formylmorpholin oder Dimethylacetamid eingesetzt wird.
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