WO2010031790A1 - Vorrichtungen und verfahren zur kontinuierlichen destillativen auftrennung eines gemisches enthaltend ein oder mehrere alkanolamin/e - Google Patents

Vorrichtungen und verfahren zur kontinuierlichen destillativen auftrennung eines gemisches enthaltend ein oder mehrere alkanolamin/e Download PDF

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WO2010031790A1
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dividing wall
wall column
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separation
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Willi Schmidt
Gerd Kaibel
Elke Geissler
Wolfgang Reif
Manfred Julius
Frank-Friedrich Pape
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Basf Se
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    • C07C213/10—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
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    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582—Recycling of unreacted starting or intermediate materials

Definitions

  • the present invention relates to apparatus and methods for continuous distillative separation of a mixture containing one or more alkanolamine (s).
  • z. B. continuous decomposition of multicomponent mixtures are different variants of the process common.
  • the mixture to be separated (feed mixture) is decomposed into two fractions, a low-boiling overhead fraction and a high-boiling bottom fraction.
  • a partition wall is mounted in the middle region above and below the feed point and the side removal, which opposite the inlet part 2, 4 the removal part 3, 5 seals and prevents cross-mixing of liquid and vapor streams in this column part.
  • intermediate evaporators and intermediate condensers can also be used in dividing wall columns. Intermediate condensers are preferably mounted at the upper end of the dividing wall or in the common column region 1 above the dividing wall. Intermediate evaporators are preferably provided at the lower end of the dividing wall or in the common column region 6 below the dividing wall.
  • a dividing wall column can be replaced with the same energy consumption by the arrangement of thermally coupled distillation columns.
  • thermally coupled distillation columns which may be embodied in various apparatus design, can also be found in the abovementioned points in the specialist literature. It is also possible to equip the individual sub-columns completely with evaporators and condensers. This corresponds to a dividing wall column with an intermediate evaporator and an intermediate condenser.
  • a particular advantage of this particular embodiment is that the individual columns can also be operated at different pressures. This makes it possible to avoid too high temperature spreads and to better adapt the operating temperatures to given heating and cooling media. The possibilities for energy interconnections are improved.
  • FIG. 1 b Another type of dividing wall columns which can be used according to the invention provides for the dividing wall to be carried out either continuously up to the upper or lower end of the distillation column (FIG. 1 b).
  • This design corresponds to the arrangement of a main column with attached side column. In this embodiment, compared with conventional column arrangements, no energy but investment-cost advantages are to be expected.
  • Dividing wall columns and thermally coupled distillation columns offer advantages over the arrangement of conventional distillation columns both in terms of energy consumption and investment costs.
  • Various control strategies are described for the control of dividing wall columns and thermally coupled columns. Descriptions can be found in: US 4,230,533, DE 35 22 234 C2, EP 780 147 A, Process Engineering 2 (1993), 33-34, and Ind. Eng. Chem. Res. 34 (1995), 2094-2103.
  • the individual alkanolamines especially monoethanolamine (MEOA), diethanolamine (DEOA), triethanolamine (TEOA), methylethanolamine
  • MeEOA methyldiethanolamine
  • DEOA dimethylethanolamine
  • DEEOA diethy- lethanolamine
  • MIPOA monoisopropanolamine
  • DIPOA diisopropanolamine
  • TIPOA triisopropanolamine
  • the alkanolamine (s) is / are preferably taken off as side draw streams / streams from the longitudinally divided regions of the dividing wall column (s).
  • an interconnection of two (conventional) distillation columns in the form of a thermal coupling may be used instead of a dividing wall column.
  • the alkanolamine (s) to be separated off and / or separated are preferably ethanolamine (s) or isopropanolamine (s), in particular monoethanolamine (MEOA), diethanolamine (DEOA), triethanolamine (TEOA), methylethanolamine (MeEOA, N-methylethanolamine ), Methyldiethanolamine (MDEOA, N-methyl-diethanolamine), dimethylethanolamine (DMEOA, N, N-dimethyl-ethanolamine), diethylethanolamine (DEEOA, N, N-diethyl-ethanolamine), monoisopropanolamine (MIPOA), diisopropanolamine (DIPOA) and / or triisopropanolamine (TIPOA).
  • MEOA monoethanolamine
  • DEOA diethanolamine
  • TEOA triethanolamine
  • MeEOA Methyldiethanolamine
  • MDEOA N-methyl-diethanolamine
  • dimethylethanolamine dimethylethanolamine
  • DEEOA diethyl
  • ammonia z. B in one to twenty-fold molar excess based on ethylene oxide or propylene oxide used.
  • an alkylamine especially a Ci-4-alkylamine they are used in a molar excess of 1-15, based on ethylene oxide or propylene oxide.
  • the discharge mixture of these reactions consisting predominantly of optionally unreacted ammonia or alkylamine, optionally water, one or more alkanolamines and by-products, is first of all expanded and degassed, then ammonia and water, in each case partially or completely, are removed by distillation.
  • a typical dividing wall column (TK) to be used in the process according to the invention has in each case a dividing wall (T) in the column longitudinal direction, forming an upper common column region (1), a lower common column region (6), an inlet part (2, 4). with reinforcement part (2) and driven part (4), as well as a removal part (3, 5) with reinforcement part (5) and driven part (3), wherein the feed of the mixture to be separated (feed) in the middle region of the inlet part (2, 4), the removal of the high boiler fraction via bottom (bottoms outlet C), the removal of the low boiler fraction via the top (top outlet A) and the removal of the medium boiler fraction from the middle region of the removal part (3, 5) (side draw B).
  • the dividing wall column (s) of the process according to the invention in each case preferably has from 30 to 100, in particular from 50 to 90, theoretical plates.
  • the mixture comprising alkanolamine / s is worked up in one or more dividing wall column (s) in which the alkanolamine (s) is preferably used as side draw-off products having a purity of> 98.0% by weight, particularly> 99.0% by weight, be won.
  • the operating pressure of the column (s) is preferably in the range from 0.001 to 5 bar, more preferably from 0.01 to 2 bar, more preferably from 0.1 to 1.6 bar.
  • Operating pressure in this document means the absolute pressure measured at the top of the column.
  • the separation is preferably carried out in two dividing wall columns connected in series, the bottom draw stream of the first dividing wall column forming the feed stream for the second dividing wall column.
  • the dividing wall column (s) (TK) is preceded by a conventional distillation column (K) in which lower boilers are separated off via the top, the bottom draw stream forming the feed stream for the dividing wall column or first dividing wall column.
  • the upper common column region (1) of the dividing wall column (s) (TK) has 5 to 50%, preferably 20 to 35%, the enrichment part (2) of the feed part (2, 4) of the column 5 to 50%, preferably 10 to 20%, the stripping section (4) of the feed section of the column 5 to 50%, preferably 20 to 35%, the reinforcing part (3) of the removal part (3, 5) of the column 5 to 50%, preferably 7 to 20%, the stripping section (5) of the removal section of the column 5 to 50%, preferably 20 to 35%, and the common lower section (6) of the column 5 to 50%, preferably 20 to 35%, of the total number of theoretical plates (nth) Column on.
  • the sum of the number of theoretical plates of subsections (2) and (4) in the feed section is 80 to 110%, preferably 90 to 100%, of the total number of plates Subareas (3) and (5) in the sampling section.
  • the process according to the invention is preferably characterized in that the feed point and the side take-off point of the dividing wall column (s) for separating alkanolamine (s) are arranged at different heights in the column with respect to the position of the theoretical separation stages by the feed point being from 1 to 20, in particular 5 to 15, theoretical plates different from the side trigger.
  • the partial region of the dividing wall column (s) (TK) subdivided by the dividing wall (T), consisting of the partial regions 2, 3, 4 and 5 or parts thereof, is preferably equipped with ordered packings or random packings, and the dividing wall is preferably heat-insulating in these partial regions.
  • the alkanolamine or the alkanolamines are / are removed at the side take-off point in liquid form or in gaseous form.
  • the vapor stream at the lower end of the partition / dividing walls (T) by the choice and / or dimensioning of Tiretrbauten and / or the installation pressure loss generating devices, such as diaphragms, adjusted so that the ratio of the vapor stream in the inlet part to that of the removal part , 8 to 1, 2, in particular 0.9 to 1, 1.
  • ratios referred to in this document with respect to certain streams refer to the weight.
  • the liquid draining out of the upper common region (1) of the dividing wall column (s) is preferably collected in a collecting space arranged in the column or outside the column and deliberately divided by a fixed setting or regulation at the upper end of the dividing wall (T) such that the ratio the liquid flow to the inlet part to the extraction part to 0.1 to 2.0, in particular 0.1 to 1, 0, z. B. 0.25 to 0.8, is.
  • the liquid is preferably conveyed to the inlet part 2 via a pump or volume controlled via a static inlet height of at least 1 m and the control is adjusted so that the amount of liquid applied to the inlet part does not fall below 30% of the normal value.
  • the dividing wall column (s) (TK) have sampling possibilities at the upper and lower end of the dividing wall (T) and samples are withdrawn from the column continuously or at intervals in liquid or gaseous form and analyzed with respect to their composition.
  • Compliance with the specification for the high boilers in the medium boiler fraction is preferably controlled by the distribution ratio of the liquid at the top of the partition.
  • the division ratio of the liquid at the upper end of the Partition / partition walls (T) adjusted so that the concentration of key components for the high boiler fraction in the liquid at the top of the partition from 5 to 75%, preferably 10 to 40%, of the value to be achieved in the Soabzugseck, and the liquid distribution is set to the effect that at higher levels of key components of the high boiler fraction more and at lower levels of key components of the high boiler fraction less liquid is directed to the inlet part.
  • the specification for the low boilers in the medium boiler fraction is preferably regulated by the heating power.
  • the heating power in the evaporator of the respective dividing wall column is adjusted so that the concentration of key components of the low boiler fraction in the liquid at the bottom of the partition / partition walls (T) 10 to 99%, preferably 25 to 97.5%, the value makes up is to be achieved in the soabzugseck, and the heating power is adjusted so that the higher the content of key components of the low boiler fraction increases the heating power and with lower content of key components of the low boiler fraction, the heating power is reduced.
  • the one by actuators For example, allow valves, controlled liquid transfer.
  • the liquid is first collected in collectors and from there into an internal or external collecting space.
  • the process according to the invention is preferably characterized in that the removal of the distillate takes place at a controlled temperature and a control point in the partial area 1 of the dividing wall column is used, which is arranged at 2 to 20, in particular 4 to 15, theoretical plates below the upper end of the column.
  • Removal of the bottoms product is temperature-controlled and is used as a control temperature, a measuring point in the section 6 of the dividing wall column, which by 2 to 20, in particular 4 to 15, theoretical separation stages is arranged above the lower end of the column.
  • the removal of the side product in the side take-off is controlled in a controlled manner, and the liquid level in the evaporator is used as the controlled variable.
  • the partition / partitions is not welded into the column / are, but is designed in the form of loosely inserted and adequately sealed Operasegmen- th / are.
  • a further variation of the process according to the invention for the distillative workup of an alkanolamine or of alkanolamines consists in replacing two of the (conventional) distillation columns instead of one of the dividing wall column (s) which is to be preferred in a new building in terms of investment costs is used in the form of a thermal coupling (thermally coupled columns corresponding to the energy requirements of a dividing wall column). This is especially beneficial if the columns are already present and / or the columns are to be operated at different pressures.
  • both thermally coupled distillation columns are each equipped with its own evaporator and condenser.
  • the two thermally coupled columns are preferably operated at different pressures and promoted only liquids in the connecting streams between the two columns. It is thus possible to choose circuit forms which allow only liquid connection streams to occur between the individual distillation columns.
  • These special interconnections offer the advantage that the two distillation columns can be operated under different pressures with the advantage that they can be better adapted to the temperature levels of existing heating and cooling energies.
  • the bottom stream of the first column of the two thermally coupled columns is partially or completely evaporated in an additional evaporator and then fed to the second column two-phase or in the form of a gaseous and a liquid stream.
  • the feed stream (feed) to the column (s) is preferably partially or completely pre-evaporated and fed to the column (s) in two-phase or gaseous and liquid streams.
  • Dividing wall columns and thermally coupled columns can be designed as packed columns with random packings or ordered packings or as tray columns.
  • alkanolamine (s) which is preferably operated under reduced pressure
  • ordered sheet metal packings having a specific surface area of 100 to 500 m 2 / m 3 , preferably about 250 to 350 m 2 / m 3 , are particularly suitable.
  • the invention relates to a process for the separation of a mixture containing monoethanolamine (MEOA), diethanolamine (DEOA) and triethanolamine (TEOA), wherein in a first dividing wall column (TK 1) DEOA as side draw stream from the longitudinally divided area, MEOA as side draw stream the upper column region (1) and a mixture comprising DEOA and TEOA is separated off via bottom, the latter being worked up further in a second dividing wall column (TK 2), in which TEOA is recovered as side draw stream from the longitudinally divided region. See Figure 2.
  • TK 1 monoethanolamine
  • DEOA diethanolamine
  • TEOA triethanolamine
  • the invention relates to a process for the separation of a mixture containing dimethylethanolamine (DMEOA), wherein in a conventional distillation column (K 1) a mixture containing DMEOA and lighter boilers overhead and a mixture containing DMEOA is separated via bottom, the latter in a dividing wall column (TK 2) is further worked up, is obtained in the DMEOA as a side draw stream from the longitudinally divided region.
  • K 1 a conventional distillation column
  • TK 2 dividing wall column
  • the invention relates to a process for the separation of a mixture containing diethylethanolamine (DEEOA), wherein in a conventional distillation column (K 1) light boilers overhead and a mixture containing DEEOA is separated via bottom, the latter in a dividing wall column (TK 2) is further processed, is obtained in the DEEOA as a side draw stream from the longitudinally divided area.
  • DEEOA diethylethanolamine
  • the invention relates to a process for the separation of a mixture comprising methyldiethanolamine (MDEOA), wherein in a conventional distillation column (K 1) light boilers overhead and a mixture containing MDEOA is separated via bottom, the latter being separated in a separating column. wall column (TK 2) is further processed, is recovered in the MDEOA as a side draw stream from the longitudinally divided area. See Figure 7.
  • MDEOA methyldiethanolamine
  • the invention relates to a process for the separation of a mixture comprising monoisopropanolamine (MIPOA), diisopropanolamine (DIPOA) and triisopropanolamine (TIPOA), wherein in a conventional distillation column (K 1) overheadsoluble and a mixture containing the I - Sopropanolamine is separated off via bottom, wherein the latter of a first dividing wall column (TK 2) is further processed, is separated in the MIPOA as a side draw stream from the longitudinally divided region and a mixture containing DIPOA and TIPOA via the bottom, the latter in a second dividing wall column (TK 3rd ), in which DIPOA is recovered as a side draw stream from the longitudinally subdivided area and TIPOA via bottom. See Figure 5.
  • MIPOA monoisopropanolamine
  • DIPOA diisopropanolamine
  • TIPOA triisopropanolamine
  • the invention relates to a process for the separation of a mixture comprising methylethanolamine (MeEOA) and methyldiethanolamine (MDEOA), wherein in a conventional distillation column (K 1) light boilers are separated overhead and a mixture containing the ethanolamines via the bottom, wherein the latter of a first dividing wall column (TK 2) is further processed, is separated in the MeEOA as a side draw stream from the longitudinally divided region and a mixture containing MDEOA via the bottom, the latter is further worked up in a second dividing wall column (TK 3), in the MDEOA is obtained as a side draw stream from the longitudinally divided area. See Figure 6.
  • K 1 methylethanolamine
  • MDEOA methyldiethanolamine
  • Articles of the present invention are also devices for the continuous distillation separation of a mixture containing one or more alkanolamine / s, characterized by a particular embodiment and column interconnection as defined above and in particular in the examples listed below.
  • the invention relates to a device suitable for the separation of a mixture comprising monoethanolamine (MEOA), diethanolamine (DEOA) and triethanolamine (TEOA), with a first dividing wall column (TK 1), having an inlet (feed) in the longitudinally subdivided Area, a side draw for DE-OA in the longitudinally divided area, a side draw for MEOA in the upper column area (1), a bottom take-off, a top take-off, a feed of the bottom take-off in the longitudinally divided area of a second dividing wall column (TK 2), having a side take-off for TEOA in FIG longitudinally subdivided area, a bottom outlet and a top outlet, which preferably leads to the inlet to the TK1. See Figure 2.
  • the invention relates to a device suitable for the separation of a mixture containing dimethylethanolamine (DMEOA), with a conventional distillation column (K 1), comprising a feed in the middle region, a top hatcher, which is preferably for the reaction of EO with DMA back - leads, a bottom take-off, a feed of the bottom draw in the longitudinally divided region of a dividing wall column (TK 2), comprising a side draw for DMEOA in the longitudinally divided region, a bottom draw and a top draw, which preferably leads to the implementation of EO with DMA.
  • TK 2 dividing wall column
  • the invention relates to a device suitable for the separation of a mixture containing diethylethanolamine (DEEOA), with a conventional distillation column (K 1), comprising a feed in the middle region, a top hatch, which preferably leads to the conversion of EO with DEA , a bottom take-off, a feed of the bottom draw in the longitudinally divided region of a dividing wall column (TK 2), comprising a side draw for DEEOA in the longitudinally divided region, a bottom draw and a top draw, which preferably leads to the conversion of EO with DEA.
  • K 1 diethylethanolamine
  • the invention relates to a device suitable for the separation of a mixture containing methyldiethanolamine (MDEOA), with a conventional distillation column (K 1), comprising a feed in the central region, a top hatcher, which preferably leads to the conversion of EO with MA , a bottom draw, a feed of the bottom draw in the longitudinally divided region of a dividing wall column (TK 2), having a side draw for MDEOA in the longitudinally divided region, a bottom draw and a top take-off, which preferably leads to the conversion of EO with MA.
  • MDEOA methyldiethanolamine
  • the invention relates to a device suitable for the separation of a mixture comprising monoisopropanolamine (Ml-POA), diisopropanolamine (DIPOA) and triisopropanolamine (TIPOA), with a conventional distillation column (K 1), having a feed in the middle region, a head take-off which preferably leads to the reaction of PO with ammonia, a bottom draw, a feed of the bottom draw in the longitudinally divided region of a dividing wall column (TK 2), having a side draw for MIPOA in the longitudinally divided region, a top draw, which is preferred for the reaction of PO with ammonia, a bottom take-off, a feed of the bottom draw of TK 2 in the longitudinally divided region of a dividing wall column (TK 3), having a side draw DIPOA sym / asym mixture in the longitudinally divided region, a side draw for Dl-POA-sym in the upper column area (1), a top draw
  • the invention relates to a device suitable for the separation of a mixture containing methylethanolamine (MeEOA) and methyldiethanolamine (MDEOA), with a conventional distillation column (K 1), comprising a feed in the central region, a top hatcher, preferably for the reaction from EO with MA, a bottom draw, a bottom draw divider feed of a dividing wall column (TK 2) having a sidestream for MeEOA in the longitudinally divided region, a top draw, preferably recirculating EO with MA, a bottom draw, a feed of the bottom take-off from TK 2 in the longitudinally subdivided region of a dividing wall column (TK 3), having a side take-off for MDEOA in the longitudinally divided region, a top take-off and a bottom take-off.
  • K 1 a conventional distillation column
  • the APHA measurements were carried out in accordance with DIN ISO 6271.
  • alkanolamines were determined by prior derivatization with trifluoroacetic anhydride by gas chromatography as follows: IPOA: Column: CP SIL 8 CB - 25 m - 0.32 mm - 5 ⁇ m FD MeEOA, MDEOA: Column: CP SIL 8 CB - 25 m - 0.32 mm - 5 ⁇ m FD DMEOA: Columns: Permabond CW 20 M - 30 m - 0.25 mm - 0.25 ⁇ m and CP SIL 8 CB - 50 m - 0.32 mm - 5 ⁇ m FD
  • MEOA, DEOA, TEOA Pillar. 30 m / glass DB 1, film thickness 0.25 ⁇ m, diameter 0.25 mm
  • the dividing wall column TK 1 is operated at a top pressure of 50 mbar.
  • monoethanolamine (MEOA) is recovered by means of a liquid side take-off in the dividing wall-free reinforcing section.
  • Diethanolamine (DEOA) is purified by distillation over the side wall via a liquid side draw.
  • NK low-boiling secondary components
  • a bottom temperature of 195 0 C is not exceeded advertising the. Therefore, a mixture of DEOA and triethanolamine (TEOA) is separated via bottoms.
  • the sump of the TK 1 forms the feed to the TK 2.
  • pure TEOA is obtained beyond the partition wall with a head pressure of 3 mbar.
  • a mixture consisting of DEOA and TEOA is returned overhead to the TK 1.
  • TK 2 is also used to recover TEOA.
  • the addition of phosphorous acid is particularly preferred.
  • dimethylamine (DMA) and water are mixed and fed together with ethylene oxide (EO) the tube reactor (55 bar, 110-140 0 C).
  • EO ethylene oxide
  • Water-catalyzed liquid-phase synthesis of DMA with EO to DMEOA proceeds exothermically and is operated at a molar excess DMA of 5. in the Mixing circuit are adjusted to about 20 wt .-% water.
  • the tubular reactor is divided into several cooling and heating zones. To remove the heat of reaction, the reactor is cooled in the first section with water and held for complete reaction sequence towards the end of the tube ( ⁇ 1 ppm EO) by heating to reaction temperature. From the reaction mixture in the pressure column K 1 (20 theoretical plates)
  • IPA isopropanolamines
  • MIPOA monoisopro panolamine
  • DIPOAsym and DIPOAasym diisopropanolamines
  • TIPOA triisopropanolamine
  • NH3 and water are mixed and fed together with propylene oxide (PO) the tube reactor (55 bar, 110-140 0 C).
  • PO propylene oxide
  • Water-catalyzed liquid-phase synthesis of NH3 with PO to IPOA is exothermic via a series of irreversible sequential reactions of NH3, MIPOA, and DIPOA to TIPOA.
  • the tubular reactor is divided into several cooling and heating zones. To dissipate the heat of reaction, the reactor is cooled in the first section with water and kept for complete reaction ( ⁇ 1 ppm PO) towards the end of the tube by heating to reaction temperature.
  • the reaction is usually operated with a molar NH3 excess between 3 and 8, to specifically the desired product mix
  • Diisopropanolamine asym ⁇ 0.1% by weight of water: ⁇ 0.1% by weight
  • Diisopropanolamine ⁇ 0.5% by weight
  • the product mix can also be shifted by targeted recycling of DIPA in the direction of TIPA (Tl PA-rich procedure).
  • methylamine (MA, CH3NH2) and water are mixed and fed together with ethylene oxide (EO) the tube reactor (45 bar, 90-140 0 C).
  • EO ethylene oxide
  • the water-catalyzed liquid-phase reaction of MA with EO to MeEOA / MDEOA is exothermic and is usually operated with a molar excess of MA of 1.7.
  • the tubular reactor is divided into several cooling and heating zones. To remove the heat of reaction, the reactor is cooled in the first section with water and the complete reaction sequence ( ⁇ 1 ppm EO) at the end of the pipe kept at reaction temperature by heating. In the mixing circuit 20 wt .-% water are adjusted.
  • the targeted product mix MeEOA / MDEOA can be tailored by targeted recycling of MeEOA for synthesis.
  • methylamine MA, CH3NH2
  • EO ethylene oxide
  • the tubular reactor is divided into several cooling and heating zones. To remove the heat of reaction, the reactor is cooled in the first section with water and held for complete reaction sequence towards the end of the tube ( ⁇ 1 ppm EO) by heating to reaction temperature. From the reaction mixture is in the pressure column K 1 (15 theoretical plates) excess MA overhead at a column pressure of 4 bar separated and recycled to synthesis. The bottom of K 1 forms the feed to the dividing wall column TK 2 (50 theoretical plates).
  • TK 2 pure MDEOA is recovered by means of a liquid side draw beyond the dividing wall. To ensure the high specification of the pure MDEOA, it is necessary to remove enough minor components (NK) over the bottom and top of the TK 2. In the bottom of K 1, a temperature of 225 0 C is expected by the absence of water. In the bottom of the TK 2 200 0 C should not be exceeded.
  • NK minor components

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Abstract

Vorrichtungen und Verfahren zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e, wobei die Auftrennung in einer oder mehreren Trennwandkolonne/n durchgeführt wird und das Alkanolamin bzw. die Alkanolamine als Seitenabzugsstrom bzw. Seitenabzugsströme (Seitenfraktion/en) entnommen werden.

Description

Vorrichtungen und Verfahren zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e.
Für die destillative, z. B. kontinuierliche Zerlegung von Mehrstoffgemischen sind ver- schiedene Verfahrensvarianten gebräuchlich. Im einfachsten Fall wird das aufzutrennende Gemisch (Zulaufgemisch) in zwei Fraktionen, eine leichtsiedende Kopffraktion und eine schwersiedende Sumpffraktion, zerlegt.
Bei der Auftrennung von Zulaufgemischen in mehr als zwei Fraktionen müssen nach dieser Verfahrensvariante mehrere Destillationskolonnen eingesetzt werden. Um den apparativen Aufwand zu begrenzen, setzt man bei der Auftrennung von Vielstoffgemi- schen nach Möglichkeit Kolonnen mit flüssigen oder dampfförmigen Seitenabzügen ein.
Die Anwendungsmöglichkeit von Destillationskolonnen mit Seitenabzügen ist jedoch dadurch stark eingeschränkt, dass die an den Seitenabzugsstellen entnommenen Produkte selten oder nie völlig rein sind. Bei Seitenentnahmen im Verstärkungsteil der Kolonne, die üblicherweise in flüssiger Form erfolgen, enthält das Seitenprodukt noch Anteile an leichtsiedenden Komponenten, die über Kopf abgetrennt werden sollen. Entsprechendes gilt für Seitenentnahmen im Abtriebsteil der Kolonne, die meist dampfförmig erfolgen, bei denen das Seitenprodukt noch Hochsiederanteile aufweist.
Die Verwendung von konventionellen Seitenabzugskolonnen ist daher auf Fälle begrenzt, in denen verunreinigte Seitenprodukte zulässig sind.
Eine Abhilfemöglichkeit bieten Trennwandkolonnen, bei denen auch die Seitenprodukte in hoher Reinheit gewonnen werden können (siehe z. B. Abbildung 1 ). Dieser Kolonnentyp ist beispielsweise beschrieben in: US 2,471 ,134, US 4,230, 533, EP 122 367 A, EP 126 288 A, EP 133 510 A, Chem. Eng. Technol. 10, (1987), Seiten 92 - 98,
Chem.-Ing.-Tech. 61 , (1989), Nr. 1 , Seiten 16 - 25,
Gas Separation and Purification 4 (1990), Seiten 109 - 1 14,
Process Engineering 2 (1993), Seiten 33 - 34,
Trans IChemE 72 (1994), Part A, Seiten 639 - 644, und Chemical Engineering 7 (1997), 72 - 76.
Bei dieser Bauart ist im mittleren Bereich oberhalb und unterhalb der Zulaufstelle und der Seitenentnahme eine Trennwand angebracht, die den Zulaufteil 2, 4 gegenüber dem Entnahmeteil 3, 5 abdichtet und in diesem Kolonnenteil eine Quervermischung von Flüssigkeits- und Brüdenströmen unterbindet. Hierdurch verringert sich bei der Auftrennung von Vielstoffgemischen die Zahl der insgesamt benötigten Destillationskolonnen. Wie bei konventionellen Seitenabzugskolonnen können auch bei Trennwand- kolonnen Zwischenverdampfer und Zwischenkondensatoren eingesetzt werden. Zwischenkondensatoren werden bevorzugt am oberen Ende der Trennwand oder im gemeinsamen Kolonnenbereich 1 oberhalb der Trennwand angebracht. Zwischenverdampfer werden bevorzugt am unteren Ende der Trennwand oder im gemeinsamen Kolonnenbereich 6 unterhalb der Trennwand vorgesehen.
Eine Trennwandkolonne kann bei gleichem Energieverbrauch auch durch die Anordnung von thermisch gekoppelten Destillationskolonnen ersetzt werden. Eine Beschreibung von thermisch gekoppelten Destillationskolonnen, die in verschiedener apparativer Gestaltung ausgeführt sein können, findet sich ebenfalls in den oben genannten Stellen in der Fachliteratur. Es ist auch möglich, die einzelnen Teilkolonnen komplett mit Verdampfern und Kondensatoren auszurüsten. Dies entspricht einer Trennwandkolonne mit einem Zwischenverdampfer und einem Zwischenkondensator. Ein besonderer Vorteil dieser speziellen Ausgestaltung ist, dass die einzelnen Kolonnen auch bei unterschiedlichen Drücken betrieben werden können. Dies ermöglicht es, zu hohe Temperaturspreizungen zu vermeiden und die Betriebstemperaturen besser an vorgegebene Heiz- und Kühlmedien anzupassen. Die Möglichkeiten für Energieverbundmaßnahmen werden verbessert.
In einer speziellen Ausgestaltung können bei Trennwandkolonnen und thermisch ge- koppelten Destillationskolonnen statt einer auch zwei reine Seitenfraktionen entnommen werden. Der Entnahmeteil 3, 5 wird durch einen zwischengeschalteten Kolonnenbereich 7 erweitert (Abbildung 1a). Es ist auch möglich, in den Kolonnenbereichen 1 , 3, 7, 5 und 6 oder zwischen den Kolonnenbereichen 1 und 3 sowie 5 und 6 weitere Seitenentnahmen vorzusehen, die jedoch keine völlig reine Fraktionen liefern können.
Eine weitere Bauform von erfindungsgemäß einsetzbaren Trennwandkolonnen sieht vor, die Trennwand durchgehend entweder bis zum oberen oder unteren Ende der Destillationskolonne auszuführen (Abbildung 1 b). Diese Bauform entspricht der Anordnung einer Hauptkolonne mit angeschlossener Seitenkolonne. Bei dieser Ausführungs- form sind gegenüber konventionellen Kolonnenanordnungen keine Energie-, dafür aber Investitionskostenvorteile zu erwarten.
Trennwandkolonnen und thermisch gekoppelte Destillationskolonnen bieten gegenüber der Anordnung von konventionellen Destillationskolonnen sowohl hinsichtlich des Ener- giebedarfs als auch der Investitionskosten Vorteile. Für die Regelung von Trennwandkolonnen und thermisch gekoppelten Kolonnen werden verschiedene Regelungsstrategien beschrieben. Beschreibungen finden sich in: US 4,230,533, DE 35 22 234 C2, EP 780 147 A, Process Engineering 2 (1993), 33 - 34, und Ind. Eng. Chem. Res. 34 (1995), 2094 - 2103.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes wirtschaftliches Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkano- lamin/e aufzufinden. Die einzelnen Alkanolamine, insbesondere Monoethanolamin (MEOA), Diethanolamin (DEOA), Triethanolamin (TEOA), Methylethanolamin
(MeEOA), Methyldiethanolamin (MDEOA), Dimethylethanolamin (DMEOA), Diethy- lethanolamin (DEEOA), Monoisopropanolamin (MIPOA), Diisopropanolamin (DIPOA) und Triisopropanolamin (TIPOA), sollten dabei jeweils in hoher Reinheit und unter Einhaltung weiterer Spezifikationsmerkmale, insbesondere Farbqualität, anfallen.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auftrennung in einer oder mehreren Trennwandkolonne/n durchgeführt wird und das Alkanolamin bzw. die Alkanolamine als Seitenabzugsstrom bzw. Seitenabzugsströme (Seitenfraktion/en) entnommen werden.
Bevorzugt wird/werden das bzw. die Alkanolamin/e als Seitenabzugsstrom/-ströme aus den längsunterteilten Bereichen der Trennwandkolonne/n entnommen.
In alternativen Ausführungsformen kann anstelle einer Trennwandkolonne eine Zusammenschaltung von zwei (konventionellen) Destillationskolonnen in Form einer thermischen Kopplung verwendet werden.
Bei dem/den ab- und aufzutrennenden Alkanolamin/en handelt es sich bevorzugt um Ethanolamin/e oder Isopropanolamin/e, insbesondere um Monoethanolamin (MEOA), Diethanolamin (DEOA), Triethanolamin (TEOA), Methylethanolamin (MeEOA, N- Methyl-ethanolamin), Methyldiethanolamin (MDEOA, N-Methyl-Diethanolamin), Dimethylethanolamin (DMEOA, N,N-Dimethyl-ethanolamin), Diethylethanolamin (DEEOA, N,N-Diethyl-ethanolamin), Monoisopropanolamin (MIPOA), Diisopropanola- min (DIPOA) und/oder Triisopropanolamin (TIPOA).
Die Herstellung dieser Gemische kann nach verschiedenen in der Fachliteratur beschriebenen Verfahren erfolgen. Bei den Herstellverfahren wird Ammoniak z. B. im ein- bis zwanzigfachen molaren Überschuss bezogen auf Ethylenoxid oder Propylenoxid eingesetzt. Beim Einsatz eines Alkylamins, besonders eines Ci-4-Alkylamins werden diese im molaren Überschuss von 1-15, bezogen auf Ethylenoxid oder Propylenoxid, eingesetzt. Das Austragsgemisch dieser Umsetzungen, bestehend überwiegend aus ggf. unumgesetztem Ammoniak bzw. Alkylamin, ggf. Wasser, einem oder mehreren Alkanolaminen und Nebenprodukten, wird zunächst entspannt und ausgegast, anschließend werden Ammoniak und Wasser, jeweils teilweise oder vollständig, destillativ abgetrennt.
Es wurde gefunden, dass die weitere destillative Aufarbeitung und spezifikationsgerechte Reingewinnung des Alkanolamis oder der Alkanolamine besonders vorteilhaft hinsichtlich der Produktqualität gelingt, wenn die Aufarbeitung in einer oder mehreren Trennwandkolonnen oder thermisch gekoppelten Destillationskolonnen erfolgt und das/die Alkanolamin/e als Seitenfraktion/en entnommen werden. Diese Verfahrensgestaltung ermöglicht zudem niedrige Investitionskosten und einen geringen Energieverbrauch.
Eine typische, im erfindungsgemäßen Verfahren anzuwendende Trennwandkolonne (TK) (siehe Abbildung 1 ) weist jeweils eine Trennwand (T) in Kolonnenlängsrichtung unter Ausbildung eines oberen gemeinsamen Kolonnenbereichs (1), einen unteren gemeinsamen Kolonnenbereichs (6), eines Zulaufteils (2, 4) mit Verstärkungsteil (2) und Abtriebsteil (4), sowie eines Entnahmeteils (3, 5) mit Verstärkungsteil (5) und Abtriebsteil (3) auf, wobei die Zuführung des aufzutrennenden Gemischs (Feed) im mittle- ren Bereich des Zulaufteils (2, 4), die Abführung der Hochsiederfraktion über Sumpf (Sumpfabzug C), die Abführung der Leichtsiederfraktion über Kopf (Kopfabzug A) und die Abführung der Mittelsiederfraktion aus dem mittleren Bereich des Entnahmeteils (3, 5) (Seitenabzug B) erfolgt.
Die Trennwandkolonne/n des erfindungsgemäßen Verfahrens weist/weisen jeweils bevorzugt 30 bis 100, insbesondere 50 bis 90, theoretische Trennstufen auf.
Das Gemisch enthaltend Alkanolamin/e wird in einer oder mehreren Trennwandkolonne/n aufgearbeitet, in der das/die Alkanolamin/e als Seitenabzugsprodukte bevorzugt mit einer Reinheit > 98,0 Gew.-%, besonders > 99,0 % Gew.-%, gewonnen werden.
Der Betriebsdruck der Kolonne/n liegt bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 5 bar, besonders bevorzugt 0,01 bis 2 bar, weiter besonders bevorzugt 0,1 bis 1 ,6 bar.
Unter Betriebsdruck ist in diesem Dokument der am Kopf der Kolonne gemessene absolute Druck zu verstehen.
Bevorzugt wird die Auftrennung in zwei hintereinandergeschalteten Trennwand- kolonnen durchgeführt, wobei der Sumpfabzugstrom der ersten Trennwandkolonne den Zulaufstrom für die zweite Trennwandkolonne bildet. Bevorzugt ist der bzw. den Trennwandkolonne/n (TK) eine konventionelle Destillationskolonne (K) vorgeschaltet, in der Leichtersieder über Kopf abgetrennt werden, wobei der Sumpfabzugstrom den Zulaufstrom für die Trennwandkolonne bzw. erste Trennwandkolonne bildet.
Insbesondere weist im erfindungsgemäßen Verfahren der obere gemeinsame Kolonnenbereich (1 ) der Trennwandkolonne/n (TK) 5 bis 50 %, bevorzugt 20 bis 35 %, der Verstärkungsteil (2) des Zulaufteils (2, 4) der Kolonne 5 bis 50 %, bevorzugt 10 bis 20 %, der Abtriebsteil (4) des Zulaufteils der Kolonne 5 bis 50 %, bevorzugt 20 bis 35 %, der Verstärkungsteil (3) des Entnahmeteils (3, 5) der Kolonne 5 bis 50 %, bevorzugt 7 bis 20 %, der Abtriebsteil (5) des Entnahmeteils der Kolonne 5 bis 50 %, bevorzugt 20 bis 35 %, und der gemeinsame untere Bereich (6) der Kolonne 5 bis 50 %, bevorzugt 20 bis 35 %, der Gesamtzahl der theoretischen Trennstufen (nth) der Kolonne auf.
Insbesondere beträgt in der bzw. den Trennwandkolonne/n (TK) jeweils die Summe der Zahl der theoretischen Trennstufen der Teilbereiche (2) und (4) im Zulaufteil 80 bis 110 %, bevorzugt 90 bis 100 %, der Summe der Zahl der Trennstufen der Teilbereiche (3) und (5) im Entnahmeteil.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufstelle und die Seitenabzugsstelle der Trennwandkolonne/n zur Abtrennung von Alkanolamin/en hinsichtlich der Lage der theoretischen Trennstufen auf unterschiedlicher Höhe in der Kolonne angeordnet sind, indem sich die Zulaufstelle um 1 bis 20, insbesondere 5 bis 15, theoretische Trennstufen von der Seitenabzugsstelle unterscheidet.
Falls besonders hohe Anforderungen an die Reinheiten der Produkte gestellt werden, ist es günstig, die Trennwand mit einer thermischen Isolierung auszustatten. Eine Be- Schreibung der verschiedenen Möglichkeiten der thermischen Isolierung der Trennwand findet sich z. B. in EP 640 367 A. Eine doppelwandige Ausführung mit einem zwischenliegenden engen Gasraum ist besonders günstig.
Bevorzugt ist der durch die Trennwand (T) unterteilte Teilbereich der Trennwand- kolonne/n (TK) bestehend aus den Teilbereichen 2, 3, 4 und 5 oder Teilen davon mit geordneten Packungen oder Füllkörpern bestückt und die Trennwand in diesen Teilbereichen bevorzugt wärmeisolierend ausgeführt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird/werden das Alkanolamin bzw. die Alkanolamine an der Seitenabzugsstelle in flüssiger Form oder gasförmig entnommen. Bevorzugt wird der Brüdenstrom am unteren Ende der Trennwand/Trennwände (T) durch die Wahl und/oder Dimensionierung der Trenneinbauten und/oder den Einbau druckverlusterzeugender Vorrichtungen, beispielsweise von Blenden, so eingestellt, dass das Verhältnis des Brüdenstroms im Zulaufteil zu dem des Entnahmeteils 0,8 bis 1 ,2, insbesondere 0,9 bis 1 ,1 , beträgt.
Die in diesem Dokument genannten Verhältnisse bezüglich bestimmter Ströme (z. B. Flüssigkeitsströme, Brüdenströme, Sumpfströme, Zulaufströme, Seitenabzugsströme) beziehen sich auf das Gewicht.
Bevorzugt wird die aus dem oberen gemeinsamen Bereich (1 ) der Trennwandkolonne/n ablaufende Flüssigkeit in einem in der Kolonne oder außerhalb der Kolonne angeordneten Auffangraum gesammelt und gezielt durch eine Festeinstellung oder Regelung am oberen Ende der Trennwand (T) so aufgeteilt, dass das Verhältnis des Flüssigkeitsstroms zum Zulaufteil zu dem zum Entnahmeteil 0,1 bis 2,0, insbesondere 0,1 bis 1 ,0, z. B. 0,25 bis 0,8, beträgt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt die Flüssigkeit auf den Zulaufteil 2 über eine Pumpe gefördert oder über eine statische Zulaufhöhe von mindestens 1 m mengengeregelt aufgegeben und die Regelung so eingestellt, dass die auf den Zulaufteil aufgegebene Flüssigkeitsmenge nicht unter 30 % des Normalwertes sinkt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt die Aufteilung der aus dem Teilbereich 3 im Entnahmeteil der Trennwandkolonne ablaufenden Flüssigkeit auf den Sei- tenabzug und auf den Teilbereich 5 im Entnahmeteil der Kolonne durch eine Regelung, z. B. im Prozessleitsystem, so eingestellt, dass die auf den Teilbereich 5 aufgegebene Flüssigkeitsmenge nicht unter 30 % des Normalwertes sinkt.
Bevorzugt ist weiterhin, dass die Trennwandkolonne/n (TK) am oberen und unteren Ende der Trennwand (T) Probenahmemöglichkeiten aufweist/aufweisen und aus der/den Kolonne kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen flüssig oder gasförmig Proben entnommen und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung untersucht werden.
Bei der Trennung von Mehrstoffgemischen in eine Leichtsieder-, Mittelsieder- und Hochsiederfraktion existieren üblicherweise Spezifikationen über den maximal zulässigen Anteil an Leichtsiedern und Hochsiedern in der Mittelsiederfraktion. Hierbei werden entweder einzelne für das Trennproblem kritische Komponenten, sogenannte Schlüsselkomponenten, oder die Summe von mehreren Schlüsselkomponenten spezifiziert.
Die Einhaltung der Spezifikation für die Hochsieder in der Mittelsiederfraktion wird bevorzugt über das Aufteilungsverhältnis der Flüssigkeit am oberen Ende der Trennwand geregelt. Dabei wird das Aufteilungsverhältnis der Flüssigkeit am oberen Ende der Trennwand/Trennwände (T) so eingestellt, dass die Konzentration der Schlüsselkomponenten für die Hochsiederfraktion in der Flüssigkeit am oberen Ende der Trennwand 5 bis 75 %, bevorzugt 10 bis 40 %, des Wertes ausmacht, der im Seitenabzugsprodukt erzielt werden soll, und die Flüssigkeitsaufteilung dahingehend eingestellt wird, dass bei höheren Gehalten an Schlüsselkomponenten der Hochsiederfraktion mehr und bei niedrigeren Gehalten an Schlüsselkomponenten der Hochsiederfraktion weniger Flüssigkeit auf den Zulaufteil geleitet wird.
Entsprechend wird die Spezifikation für die Leichtsieder in der Mittelsiederfraktion be- vorzugt durch die Heizleistung geregelt. Hierbei wird die Heizleistung im Verdampfer der jeweiligen Trennwandkolonne so eingestellt, dass die Konzentration an Schlüsselkomponenten der Leichtsiederfraktion in der Flüssigkeit am unteren Ende der Trennwand/Trennwände (T) 10 bis 99 %, bevorzugt 25 bis 97,5 %, des Wertes ausmacht, der im Seitenabzugsprodukt erzielt werden soll, und die Heizleistung dahingehend ein- gestellt wird, dass bei höherem Gehalt an Schlüsselkomponenten der Leichtsiederfraktion die Heizleistung erhöht und bei niedrigerem Gehalt an Schlüsselkomponenten der Leichtsiederfraktion die Heizleistung verringert wird.
Zur Kompensation von Störungen der Zulaufmenge oder der Zulaufkonzentration er- weist es sich zudem als vorteilhaft, durch entsprechende Regelvorschriften, z. B. im Prozessleitsystem, sicherzustellen, dass die Mengenströme der Flüssigkeiten, die auf die Kolonnenteile 2 und 5 (vgl. Abbildung 1 ) aufgegeben werden, nicht auf unter 30 % ihres Normalwertes sinken.
Zur Entnahme und Aufteilung der Flüssigkeiten am oberen Ende der Trennwand und an der Seitenentnahmestelle eignen sich sowohl innenliegende als auch außerhalb der Kolonne angeordnete Auffangräume für die Flüssigkeit, die die Funktion einer Pumpenvorlage übernehmen oder für eine ausreichend hohe statische Flüssigkeitshöhe sorgen, die eine durch Stellorgane, beispielsweise Ventile, geregelte Flüssigkeitswei- terleitung ermöglichen. Bei der Verwendung von gepackten Kolonnen wird die Flüssigkeit zunächst in Sammlern gefasst und von dort aus in einen innenliegenden oder außenliegenden Auffangraum geleitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die Destillatentnahme temperaturgeregelt erfolgt und als Regeltemperatur eine Messstelle im Teilbereich 1 der Trennwandkolonne verwendet wird, die um 2 bis 20, insbesondere 4 bis 15, theoretische Trennstufen unterhalb des oberen Endes der Kolonne angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet , dass die
Entnahme des Sumpfprodukts temperaturgeregelt erfolgt und als Regeltemperatur eine Messstelle im Teilbereich 6 der Trennwandkolonne verwendet wird, die um 2 bis 20, insbesondere 4 bis 15, theoretische Trennstufen oberhalb des unteren Endes der Kolonne angeordnet ist.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung erfolgt die Entnahme des Seitenprodukts im Seitenabzug standgeregelt und als Regelgröße wird der Flüssigkeitsstand im Verdampfer verwendet.
Bevorzugt ist, dass die Trennwand/Trennwände nicht in die Kolonne eingeschweißt ist/sind, sondern in Form von lose gesteckten und adäquat abgedichteten Teilsegmen- ten gestaltet ist/sind.
Eine weitere erfindungsgemäße Variation des Verfahrens zur destillativen Aufarbeitung eines Alkanolamins bzw. von Alkanolaminen besteht darin, dass anstelle einer der genannten Trennwandkolonne/n - die bei einem Neubau hinsichtlich der Investitionskos- ten zu bevorzugen ist/sind - eine Zusammenschaltung von zwei (konventionellen) Destillationskolonnen in Form einer thermischen Kopplung verwendet wird (thermisch gekoppelte Kolonnen, die hinsichtlich des Energiebedarfs einer Trennwandkolonne entsprechen). Dies ist vor allem dann günstig, wenn die Kolonnen schon vorhanden sind und/oder die Kolonnen bei verschiedenen Drücken betrieben werden sollen.
Je nach der Trennstufenzahl der vorhandenen Kolonnen können die geeignetsten Formen der Zusammenschaltung gewählt werden.
Bevorzugt sind beide thermisch gekoppelten Destillationskolonnen jeweils mit einem eigenen Verdampfer und Kondensator ausgestattet.
Weiterhin werden bevorzugt die beiden thermisch gekoppelten Kolonnen bei verschiedenen Drücken betrieben und in den Verbindungsströmen zwischen den beiden Kolonnen nur Flüssigkeiten gefördert. Es ist also möglich, Schaltungsformen zu wählen, die es erlauben, dass nur flüssige Verbindungsströme zwischen den einzelnen Destillationskolonnen auftreten. Diese speziellen Verschaltungen bieten den Vorteil, dass die beiden Destillationskolonnen unter verschiedenen Drücken betrieben werden können mit dem Vorteil, dass sie sich besser an die Temperaturniveaus vorhandener Heiz- und Kühlenergien anpassen las- sen.
Bevorzugt wird der Sumpfstrom der ersten Kolonne der beiden thermisch gekoppelten Kolonnen in einem zusätzlichen Verdampfer teilweise oder vollständig verdampft und anschließend der zweiten Kolonne zweiphasig oder in Form eines gasförmigen und eines flüssigen Stromes zugeführt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt der Zulaufstrom (Feed) zur Kolonne/zu den Kolonnen teilweise oder vollständig vorverdampft und der/den Kolonne/n zweiphasig oder in Form eines gasförmigen und eines flüssigen Stromes zugeführt.
Trennwandkolonnen und thermisch gekoppelte Kolonnen können als Packungskolonnen mit Füllkörpern oder geordneten Packungen oder als Bodenkolonnen ausgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Reindestillation von Alkanolamin/en, die bevorzugt im Va- kuum betrieben wird, empfiehlt es sich, Packungskolonnen einzusetzen. Dabei sind geordnete Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 500 m2/m3, bevorzugt etwa 250 bis 350 m2/m3, besonders geeignet.
In einer besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Monoethanolamin (MEOA), Diethanolamin (DEOA) und Triethanolamin (TEOA), wobei in einer ersten Trennwandkolonne (TK 1) DEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich, MEOA als Seitenabzugsstrom aus dem oberen Kolonnenbereich (1 ) und ein Gemisch enthaltend DEOA und TEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer zweiten Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der TEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird. Siehe Abbildung 2.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Dimethylethanolamin (DMEOA), wobei in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1) ein Gemisch enthaltend DMEOA und Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend DMEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der DMEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird. Siehe Abbildung 3.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Diethylethanolamin (DEEOA), wobei in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1 ) Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend DEEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer Trennwand- kolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der DEEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird. Siehe Abbildung 4.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Methyldiethanolamin (MDEOA), wobei in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1) Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend MDEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer Trenn- wandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der MDEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird. Siehe Abbildung 7.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Monoisopropanolamin (MIPOA), Diisopropa- nolamin (DIPOA) und Triisopropanolamin (TIPOA), wobei in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1 ) Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend die I- sopropanolamine über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres einer ersten Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der MIPOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich und ein Gemisch enthaltend DIPOA und TIPOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer zweiten Trennwandkolonne (TK 3) weiter aufgearbeitet wird, in der DIPOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich und TIPOA über Sumpf gewonnen wird. Siehe Abbildung 5.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Methylethanolamin (MeEOA) und Methyl- diethanolamin (MDEOA), wobei in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1 ) Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend die Ethanolamine über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres einer ersten Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufge- arbeitet wird, in der MeEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich und ein Gemisch enthaltend MDEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer zweiten Trennwandkolonne (TK 3) weiter aufgearbeitet wird, in der MDEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird. Siehe Abbildung 6.
Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind auch Vorrichtungen zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e, gekennzeichnet durch eine jeweilige Ausgestaltung und Kolonnenverschaltung wie vorstehend und insbesondere in den weiter unten aufgeführten Beispielen definiert und beschrieben.
In einer besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, geeignet zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Monoethanolamin (MEOA), Diethanolamin (DEOA) und Triethanolamin (TEOA), mit einer ersten Trennwandkolonne (TK 1 ), auf- weisend einen Zulauf (Feed) im längsunterteilten Bereich, einen Seitenabzug für DE- OA im längsunterteilten Bereich, einem Seitenabzug für MEOA im oberen Kolonnenbereich (1 ), einen Sumpfabzug, einen Kopfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs im längsunterteilten Bereich einer zweiten Trennwandkolonne (TK 2), aufweisend einen Seitenabzug für TEOA im längsunterteilten Bereich, einen Sumpfabzug und einen Kopfabzug, der bevorzugt zum Zulauf zur TK1 führt. Siehe Abbildung 2. In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, geeignet zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Dimethylethanolamin (DMEOA), mit einer konventionellen Destillationskolonne (K 1), aufweisend einen Zulauf im mittleren Bereich, einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit DMA zurück- führt, einen Sumpfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs im längsunterteilten Bereich einer Trennwandkolonne (TK 2), aufweisend einen Seitenabzug für DMEOA im längsunterteilten Bereich, einen Sumpfabzug und einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit DMA zurückführt. Siehe Abbildung 3.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, geeignet zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Diethylethanolamin (DEEOA), mit einer konventionellen Destillationskolonne (K 1 ), aufweisend einen Zulauf im mittleren Bereich, einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit DEA zurückführt, einen Sumpfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs im längsunterteilten Be- reich einer Trennwandkolonne (TK 2), aufweisend einen Seitenabzug für DEEOA im längsunterteilten Bereich, einen Sumpfabzug und einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit DEA zurückführt. Siehe Abbildung 4.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, geeignet zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Methyldiethanolamin (MDEOA), mit einer konventionellen Destillationskolonne (K 1 ), aufweisend einen Zulauf im mittleren Bereich, einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit MA zurückführt, einen Sumpfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs im längsunterteilten Bereich einer Trennwandkolonne (TK 2), aufweisend einen Seitenabzug für MDEOA im längsunterteilten Bereich, einen Sumpfabzug und einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit MA zurückführt. Siehe Abbildung 7.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, geeignet zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Monoisopropanolamin (Ml- POA), Diisopropanolamin (DIPOA) und Triisopropanolamin (TIPOA), mit einer konventionellen Destillationskolonne (K 1), aufweisend einen Zulauf im mittleren Bereich, einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von PO mit Ammoniak zurückführt, einen Sumpfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs im längsunterteilten Bereich einer Trennwandkolonne (TK 2), aufweisend einen Seitenabzug für MIPOA im längsunterteil- ten Bereich, einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von PO mit Ammoniak zurückführt, einen Sumpfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs von TK 2 im längsunterteilten Bereich einer Trennwandkolonne (TK 3), aufweisend einen Seitenabzug für DIPOA-sym/asym-Gemisch im längsunterteilten Bereich, einen Seitenabzug für Dl- POA-sym im oberen Kolonnenbereich (1 ), einen Kopfabzug und einen Sumpfabzug für TIPOA. Siehe Abbildung 5. In einer weiteren besonderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, geeignet zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Methylethanolamin (MeEOA) und Methyldiethanolamin (MDEOA), mit einer konventionellen Destillationskolonne (K 1 ), aufweisend einen Zulauf im mittleren Bereich, einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit MA zurückführt, einen Sumpfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs im längsunterteilten Bereich einer Trennwandkolonne (TK 2), aufweisend einen Seitenabzug für MeEOA im längsunterteilten Bereich, einen Kopfabzug, der bevorzugt zur Umsetzung von EO mit MA zurückführt, einen Sumpfabzug, einer Zuführung des Sumpfabzugs von TK 2 im längsunterteilten Bereich einer Trennwandkolonne (TK 3), aufweisend einen Seitenabzug für MDEOA im längsunterteilten Bereich, einen Kopfabzug und einen Sumpfabzug. Siehe Abbildung 6.
Beispiele
Die APHA-Messungen erfolgten gemäß DIN ISO 6271.
Die Bestimmung von Wasser-Gehalten erfolgte standardgemäß durch Karl-Fischer- Titration.
Die Ermittlung der Reinheit von Alkanolaminen erfolgte nach vorheriger Derivatisierung mit Trifluoressigsäureanhydrid mittels Gaschromatographie wie folgt: IPOA: Säule: CP SIL 8 CB - 25 m - 0,32 mm - 5 μm FD MeEOA, MDEOA: Säule: CP SIL 8 CB - 25 m - 0,32 mm - 5 μm FD DMEOA: Säulen: Permabond CW 20 M - 30 m - 0,25 mm - 0,25 μm und CP SIL 8 CB - 50 m - 0,32 mm - 5 μm FD
DEEOA: Säule: CP SIL 8 CB - 50 m - 0,32 mm - 5 μm FD
MEOA, DEOA, TEOA: Säule. 30 m/Glas DB 1 , Filmdicke 0,25 μm, Durchmesser 0,25 mm
Alle ppm-Angaben beziehen sich auf das Gewicht (Gew.-ppm).
Beispiel 1 :
Auftrennung eines Gemisches enthaltend Monoethanolamin (MEOA), Diethanolamin
(DEOA) und Triethanolamin (TEOA)
Siehe die Abbildung 2.
Die Trennwandkolonne TK 1 wird bei einem Kopfdruck von 50 mbar betrieben. Im Verstärkungsteil wird Monoethanolamin (MEOA) über einen flüssigen Seitenabzug im trennwandfreien Verstärkungsteil rein gewonnen. Diethanolamin (DEOA) wird jenseits der Trennwand über einen flüssigen Seitenabzug reindestilliert. Über Kopf werden leichtsiedende Nebenkomponenten (NK) ausgeschleust. Um die gewünschte Farbspezifikation einzuhalten, soll eine Sumpftemperatur von 195 0C nicht überschritten wer- den. Deshalb wird eine Mischung aus DEOA und Triethanolamin (TEOA) über Sumpf abgetrennt. Der Sumpf der TK 1 bildet den Zulauf zur TK 2. In der TK 2 wird bei einem Kopfdruck von 3 mbar reines TEOA jenseits der Trennwand gewonnen. Eine Mischung bestehend aus DEOA und TEOA wird über Kopf zur TK 1 zurückgeführt. Über Sumpf der TK 2 wird ebenfalls TEOA gewonnen. Zur Sicherung der TEOA Farbspezifikation ist die Zugabe von phosphoriger Säure besonders bevorzugt.
Spezifikationen:
MEOA:
Reinheit: > 99, 7 Gew.-%
DEOA: < 0,1 Gew.-%
TEOA: < 0,1 Gew.-%
Wasser: < 0,3 Gew.-%
Farbzahl: < 10 APHA
DEOA:
Reinheit: > 99, 3 Gew.-%
MEOA: < 0,3 Gew.-%
TEOA: < 0,3 Gew.-%
Wasser: < 0,1 Gew.-%
Farbzahl: < 20 APHA
TEOA:
Reinheit: > 99,3 Gew.-% DEOA: < 0,4 Gew.-%
MEOA: < 0,1 Gew.-%
Hochsieder: < 0,5 Gew.-%
Wasser: < 0,1 Gew.-%
Farbzahl: < 30 APHA
TEOA-Sumpf:
TEOA: ca. 90 Gew.-%
DEOA: < 0,1 Gew.-%
Beispiel 2:
Auftrennung eines Gemisches enthaltend Dimethylethanolamin (DMEOA)
Siehe die Abbildung 3.
Im Mischkreis (4 bar, 40 0C) werden Dimethylamin (DMA) und Wasser gemischt und zusammen mit Ethylenoxid (EO) dem Rohrreaktor (55 bar, 110-140 0C) zugeführt. Die wasserkatalysierte Synthese in der flüssigen Phase von DMA mit EO zu DMEOA verläuft exotherm und wird bei einem molaren DMA-Überschuss von 5 betrieben. Im Mischkreis werden ca. 20 Gew.-% Wasser eingestellt. Der Rohrreaktor ist in mehrere Kühl- und Heizzonen unterteilt. Zur Abfuhr der Reaktionswärme wird der Reaktor im ersten Abschnitt mit Wasser gekühlt und zum vollständigen Reaktionsablauf gegen Rohrende (< 1 ppm EO) durch Beheizen auf Reaktionstemperatur gehalten. Aus dem Reaktionsgemisch werden in der Druckkolonne K 1 (20 theoretische Trennstufen)
Wasser und überschüssiges DMA über Kopf bei einem Kolonnendruck von 4 bar abgetrennt und zum Mischbehälter zurückgeführt. Da Wasser mit DMEOA ein Azeotrop bildet, sind geringe Mengen DMEOA in der Rückführung unvermeidlich. Der Sumpf der K 1 bildet den Zulauf zur Trennwandkolonne TK 2 (60 theoretische Trennstufen). In der TK 2 werden DMEOA über einen flüssigen Seitenabzug jenseits der Trennwand rein gewonnen und restliches Wasser über einen flüssigen Seitenabzug im trennwandfreien Verstärkungsteil zum Mischkreis zurückgeführt. Um die hohe Spezifikation des reinen DMEOA sicherzustellen ist es notwendig, ausreichend viele Nebenkomponenten über Sumpf und Kopf der TK 2 zu entfernen.
Spezifikation DMEOA: Reinheit: > 99,8 Gew.-%
Vinyloxyethanol: < 2 ppm Ethylenglykol: < 2 ppm Methoxyethanol: < 100 ppm Ethoxyethanol: < 50 ppm Dimethylethoxyethanol: < 100 ppm Wasser: < 300 ppm
Farbzahl: < 10 APHA
Beispiel 3:
Auftrennung eines Gemisches enthaltend Diethylethanolamin (DEEOA)
Siehe die Abbildung 4. Im Mischkreis (4 bar, 40 0C) werden Diethylamin (DEA) und Wasser gemischt und zusammen mit Ethylenoxid (EO) dem Rohrreaktor (25 bar, 100-140 0C) zugeführt. Die wasserkatalysierte Synthese in der Flüssigphase von DEA mit EO zu DEEOA verläuft exotherm und wird bei einem molaren DEA-Überschuss von 3 betrieben. Im Mischkreis werden ca. 20 Gew.-% Wasser eingestellt. Der Rohrreaktor ist in mehrere Kühl- und Heizzonen unterteilt. Zur Abfuhr der Reaktionswärme wird der Reaktor im ersten Abschnitt mit Wasser gekühlt und zum vollständigen Reaktionsablauf gegen Rohrende (< 1 ppm EO) durch Beheizen auf Reaktionstemperatur gehalten. Aus dem Reaktionsgemisch werden in der Druckkolonne K 1 (20 theoretische Trennstufen) Wasser und überschüssiges DEA über Kopf bei einem Kolonnendruck von 3 bar abgetrennt und zum Mischbehälter zurückgeführt. Der Sumpf der K 1 bildet den Zulauf zur Trennwandkolonne TK 2 (60 theoretische Trennstufen). In der TK 2 werden DEEOA über einen flüssigen Seitenabzug jenseits der Trennwand rein gewonnen und restliches Wasser über einen flüssigen Seitenabzug im trennwandfreien Verstärkungsteil zum Mischkreis zurückgeführt. Um die hohe Spezifikation des reinen DEEOA sicherzustellen ist es notwendig, ausreichend viele Nebenkomponenten (NK) über Sumpf und Kopf der TK 2 zu entfernen.
Spezifikation DEEOA: Reinheit: > 99,5 Gew.-% Wasser: < 0,2 Gew.-% Farbzahl: < 15 APHA
Beispiel 4:
Auftrennung eines Gemisches enthaltend die Isopropanolamine (IPOA) Monoisopro- panolamin (MIPOA), Diisopropanolamine (DIPOAsym und DIPOAasym) und Triisopro- panolamin (TIPOA)
Siehe die Abbildung 5.
Im Mischkreis (25 bar, 40 0C) werden NH3 und Wasser gemischt und zusammen mit Propylenoxid (PO) dem Rohrreaktor (55 bar, 110-140 0C) zugeführt. Die wasserkatalysierte Synthese in der Flüssigphase von NH3 mit PO zu IPOA läuft exotherm über eine Reihe von irreversiblen Folgereaktionen von NH3 über MIPOA und DIPOA zu TIPOA. Der Rohrreaktor ist in mehrere Kühl- und Heizzonen unterteilt. Zur Abfuhr der Reaktionswärme wird der Reaktor im ersten Abschnitt mit Wasser gekühlt und zum vollständigen Reaktionsablauf (< 1 ppm PO) gegen Rohrende durch Beheizen auf Reaktionstemperatur gehalten. Die Reaktion wird üblicherweise mit einem molaren NH3- Überschuss zwischen 3 und 8 betrieben, um gezielt das gewünschte Produktmix
MIPOA/DIPOA/TIPOA zu erzielen. Im Mischkreis werden ca. 20 Gew.-% Wasser eingestellt. Aus dem Reaktionsgemisch werden in der Druckkolonne K 1 (15 theoretische Trennstufen) Wasser und überschüssiges NH3 über Kopf bei einem Kolonnendruck von 3 bar abgetrennt und zum Mischbehälter zurückgeführt. Der Sumpf der K 1 bildet den Zulauf zur 1. Trennwandkolonne TK 2 (50 theoretische Trennstufen). In der TK 2 wird bei 200 mbar Kopfdruck reines MIPOA über einen flüssigen Seitenabzug jenseits der Trennwand gewonnen und restliches Wasser über Kopf recycelt. In der 2. Trennwandkolonne TK 3 (60 theoretische Trennstufen) werden simultan bei 10 mbar Kopfdruck reines DIPOAsym (sym = symmetrisch) über einen flüssigen Seitenabzug im trennwandfreien Verstärkungsteil reindestilliert, eine vorgegebene DIPOAa- sym/DIPOAsym-Mischung (asym = asymmetrisch) über einen flüssigen Seitenabzug jenseits der Trennwand gewonnen und reines TIPOA über Sumpf der TK 3 abgetrennt. Über Kopf der TK 3 werden Nebenkomponenten (NK) ausgeschleust. Um die spezifizierten Farbqualitäten der Isopropanolamine (IPOA) zu gewährleisten, sollen in den Kolonnen K 1 , TK 2 und TK 3 Sumpftemperaturen von 200 0C nicht überschritten werden. Spezifikationen:
MIPOA:
Reinheit > 99 Gew.-% Diisopropanolamin: < 0,1 Gew.-% Wasser: < 0,15 Gew.-%
Farbzahl: < 20 APHA
DIPOAsym: Reinheit: > 99 Gew.-%
Diisopropanolamin asym: < 0,1 Gew.-% Wasser: < 0,1 Gew.-%
Farbzahl: < 40 APHA
Mischung DIPOA sym/asym: Reinheit: > 99 Gew.-%
Monoisopropanolamin: < 0,9 Gew.-%
Wasser: < 0,5 Gew.-%
Farbzahl: < 40 APHA
TIPOA:
Reinheit: > 97 Gew.-%
Diisopropanolamin: < 0,5 Gew.-%
Wasser: < 0,5 Gew.-%
Farbzahl: < 150 APHA
Zusätzlich zur Variation des NH3-Überschusses kann der Produktmix auch durch gezieltes Rückführen von DIPA in Richtung TIPA verschoben werden (Tl PA-reiche Fahrweise).
Beispiel 5:
Auftrennung eines Gemisches enthaltend Methylethanolamin (MeEOA) und Methyl- diethanolamin (MDEOA)
Siehe die Abbildung 6.
Im Mischkreis (15 bar, 90 0C) werden Methylamin (MA, CH3NH2) und Wasser gemischt und zusammen mit Ethylenoxid (EO) dem Rohrreaktor (45 bar, 90-140 0C) zugeführt. Die wasserkatalysierte Reaktion in der Flüssigphase von MA mit EO zu MeEOA/MDEOA verläuft exotherm und wird üblicherweise mit einem molaren MA- Überschuss von 1 ,7 betrieben. Der Rohrreaktor ist in mehrere Kühl- und Heizzonen unterteilt. Zur Abfuhr der Reaktionswärme wird der Reaktor im ersten Abschnitt mit Wasser gekühlt und zum vollständigen Reaktionsablauf (< 1 ppm EO) gegen Rohrende durch Beheizen auf Reaktionstemperatur gehalten. Im Mischkreis werden 20 Gew.-% Wasser eingestellt. Aus dem Reaktionsgemisch werden in der Druckkolonne K 1 (15 theoretische Trennstufen) Wasser und überschüssiges MA über Kopf bei einem Kolonnendruck von 3 bar abgetrennt und zum Mischbehälter zurückgeführt. Der Sumpf der K 1 bildet den Zulauf zur 1. Trennwandkolonne TK 2 (50 theoretische Trennstufen). In der TK 2 wird bei 170 mbar Kopfdruck reines MIPA über einen flüssigen Seitenabzug jenseits der Trennwand gewonnen und restliches Wasser über Kopf recycelt In der 2. Trennwandkolonne TK 3 (60 theoretische Trennstufen) wird bei 40 mbar Kopfdruck reines MDEOA über einen flüssigen Seitenabzug jenseits der Trennwand gewonnen. Über Kopf und Sumpf der TK 3 werden Nebenkomponenten (NK, z. B. Ethylenglykol (EG) über Kopf) ausgeschleust. Um die spezifizierten Farbqualitäten von MeEOA und MDEOA zu gewährleisten, sollen in den Kolonnen K 1 , TK 2 und TK 3 maximale Sumpftemperaturen in der K 1 von 200, in der TK 2 von 190 und in der TK 3 von 180 0C nicht überschritten werden.
Spezifikationen:
MeEOA:
Reinheit: > 99,7 Gew.-%
Dimethylethanolamin: < 400 ppm Wasser: < 0,1 Gew.-%
Farbzahl: < 5 APHA
MDEOA:
Reinheit: > 99 Gew.-% Wasser: < 0,3 Gew.-% Wasser
Farbzahl: < 50 APHA
Durch gezielte Rückführung von MeEOA zur Synthese kann der gewünschte Produktmix MeEOA/MDEOA gezielt eingestellt werden.
Beispiel 6:
Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein Alkylalkanolamin aus einem wasserfreien
Alkylalkanolamin-Verfahren: Beispiel: Methyldiethanolamin (MDEOA)
Siehe die Abbildung 7.
Es werden Methylamin (MA, CH3NH2) und Ethylenoxid (EO) dem Rohrreaktor (25 bar, 90-140 0C) zugeführt. Die wasserfrei durchgeführte Synthese in der Flüssigphase von MA mit EO zu MDEOA verläuft exotherm und wird bei einem molaren MA-Überschuss von 1 ,7 betrieben. Der Rohrreaktor ist in mehrere Kühl- und Heizzonen unterteilt. Zur Abfuhr der Reaktionswärme wird der Reaktor im ersten Abschnitt mit Wasser gekühlt und zum vollständigen Reaktionsablauf gegen Rohrende (< 1 ppm EO) durch Beheizen auf Reaktionstemperatur gehalten. Aus dem Reaktionsgemisch wird in der Druck- kolonne K 1 (15 theoretische Trennstufen) überschüssiges MA über Kopf bei einem Kolonnendruck von 4 bar abgetrennt und zur Synthese zurückgeführt. Der Sumpf der K 1 bildet den Zulauf zur Trennwandkolonne TK 2 (50 theoretische Trennstufen). In der TK 2 wird reines MDEOA über einen flüssigen Seitenabzug jenseits der Trennwand rein gewonnen. Um die hohe Spezifikation des reinen MDEOA sicherzustellen ist es notwendig, ausreichend viele Nebenkomponenten (NK) über Sumpf und Kopf der TK 2 zu entfernen. Im Sumpf der K 1 wird durch die Abwesenheit von Wasser eine Temperatur von 225 0C erwartet. Im Sumpf der TK 2 sollten 200 0C nicht überschritten werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf- trennung in einer oder mehreren Trennwandkolonne/n durchgeführt wird und das
Alkanolamin bzw. die Alkanolamine als Seitenabzugsstrom bzw. Seitenabzugsströme (Seitenfraktion/en) entnommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Alkano- lamin/e als Seitenabzugsstrom/-ströme aus den längsunterteilten Bereichen der
Trennwandkolonne/n entnommen wird/werden.
3. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem bzw. den Alkanolamin/en um Monoethanolamin (MEOA), Diethanolamin (DEOA), Triethanolamin (TEOA), Methylethanolamin
(MeEOA), Methyldiethanolamin (MDEOA), Dimethylethanolamin (DMEOA), Diethylethanolamin (DEEOA), Monoisopropanolamin (MIPOA), Diisopropanola- min (DIPOA) und/oder Triisopropanolamin (TIPOA) handelt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gemisch enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e um ein Produkt, erhalten durch Umsetzung von Ethylenoxid (EO) oder Propylenoxid (PO) mit Ammoniak oder einem Ci-4-Alkylamin und nachfolgender teilweiser oder vollständiger Abtrennung von unumgesetztem Ammoniak bzw. Ci-4-Alkylamin sowie gegebenenfalls Wasser, handelt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsdruck der Kolonne/n im Bereich von 0,001 bis 5 bar liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandkolonne (TK) jeweils eine Trennwand (T) in Kolonnenlängsrichtung unter Ausbildung eines oberen gemeinsamen Kolonnenbereichs (1 ), einen unteren gemeinsamen Kolonnenbereichs (6), eines Zulaufteils (2, 4) mit Verstärkungsteil (2) und Abtriebsteil (4), sowie eines Entnahmeteils (3, 5) mit Ver- stärkungsteil (5) und Abtriebsteil (3) aufweist, wobei die Zuführung des aufzutrennenden Gemischs (Feed) im mittleren Bereich des Zulaufteils (2, 4), die Abführung der Hochsiederfraktion über Sumpf (Sumpfabzug C), die Abführung der Leichtsiederfraktion über Kopf (Kopfabzug A) und die Abführung der Mittelsieder- fraktion aus dem mittleren Bereich des Entnahmeteils (3, 5) (Seitenabzug B) er- folgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung in zwei hintereinandergeschalteten Trennwandkolonnen durchgeführt wird, wobei der Sumpfabzugstrom der ersten Trennwandkolonne den Zulaufstrom für die zweite Trennwandkolonne bildet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. den Trennwandkolonne/n (TK) eine konventionelle Destillationskolonne vorgeschaltet ist, in der Leichtersieder über Kopf abgetrennt werden, wobei der Sumpfabzugstrom den Zulaufstrom für die Trennwandkolonne bzw. erste Trennwandkolonne bildet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandkolonne 30 bis 100 theoretische Trennstufen aufweist bzw. die Trennwandkolonnen jeweils 30 bis 100 theoretische Trennstufen aufweisen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der bzw. den Trennwandkolonne/n (TK) jeweils die Summe der Zahl der theoretischen Trennstufen der Teilbereiche (2) und (4) im Zulaufteil 80 bis 110 % der Summe der Zahl der Trennstufen der Teilbereiche (3) und (5) im Entnahmeteil beträgt.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der obere gemeinsame Kolonnenbereich (1 ) der Trennwandkolonne/n (TK) zur Abtrennung von Alkanolamin bzw. Alkanolaminen 5 bis 50 %, der Verstärkungs- teil (2) des Zulaufteils (2, 4) der Trennwandkolonne 5 bis 50 %, der Abtriebsteil
(4) des Zulaufteils der Trennwandkolonne 5 bis 50 %, der Verstärkungsteil (3) des Entnahmeteils (3, 5) der Trennwandkolonne 5 bis 50 %, der Abtriebsteil (5) des Entnahmeteils der Trennwandkolonne 5 bis 50 %, und der gemeinsame untere Bereich (6) der Kolonne 5 bis 50 % der Gesamtzahl der theoretischen Trennstufen der Trennwandkolonne aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufstelle und die Seitenabzugsstelle der Trennwandkolonne/n zur Abtrennung von Alkanolamin/en hinsichtlich der Lage der theoretischen Trennstufen auf unterschiedlicher Höhe in der Kolonne angeordnet sind, indem sich die Zulaufstelle um 1 bis 20 theoretische Trennstufen von der Seitenabzugsstelle unterscheidet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Trennwand (T) unterteilte Teilbereich der Trennwandkolonne/n
(TK) bestehend aus den Teilbereichen 2, 3, 4 und 5 oder Teilen davon mit ge- ordneten Packungen oder Füllkörpern bestückt ist und die Trennwand in diesen Teilbereichen wärmeisolierend ausgeführt ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkanolamin bzw. die Alkanolamine an der/den Seitenabzugsstelle/n in flüssiger Form entnommen wird/werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkanolamin bzw. die Alkanolamine an der/den Seitenabzugsstelle/n gasför- mig entnommen wird/werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Brüdenstrom am unteren Ende der Trennwand/Trennwände (T) durch die Wahl und/oder Dimensionierung der Trenneinbauten und/oder den Einbau druckverlusterzeugender Vorrichtungen so eingestellt wird, dass das Verhältnis des Brüdenstroms im Zulaufteil zu dem des Entnahmeteils 0,8 bis 1 ,2 beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem oberen gemeinsamen Bereich (1) der Trennwandkolonne/n ablau- fende Flüssigkeit in einem in der Kolonne oder außerhalb der Kolonne angeordneten Auffangraum gesammelt und gezielt durch eine Festeinstellung oder Regelung am oberen Ende der Trennwand (T) so aufgeteilt wird, dass das Verhältnis des Flüssigkeitsstroms zum Zulaufteil zu dem zum Entnahmeteil 0,1 bis 2,0 beträgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit auf den Zulaufteil 2 über eine Pumpe gefördert oder über eine statische Zulaufhöhe von mindestens 1 m mengengeregelt aufgegeben wird und die Regelung so eingestellt wird, dass die auf den Zulaufteil aufgegebene Flüssig- keitsmenge nicht unter 30 % des Normalwertes sinkt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der aus dem Teilbereich 3 im Entnahmeteil der Trennwandkolonne ablaufenden Flüssigkeit auf den Seitenabzug und auf den Teilbereich 5 im Ent- nahmeteil der Kolonne durch eine Regelung so eingestellt wird, dass die auf den
Teilbereich 5 aufgegebene Flüssigkeitsmenge nicht unter 30 % des Normalwertes sinkt.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilungsverhältnis der Flüssigkeit am oberen Ende der Trennwand/Trennwände (T) so eingestellt wird, dass die Konzentration an denjenigen Komponenten der Hochsiederfraktion, für die im Seitenabzug ein bestimmter Grenzwert für die Konzentration erzielt werden soll, in der Flüssigkeit am oberen Ende der Trennwand 5 bis 75 % des Wertes ausmacht, der im Seitenabzugsprodukt erzielt werden soll, und die Flüssigkeitsaufteilung dahingehend eingestellt wird, dass bei höheren Gehalten an Komponenten der Hochsieder- fraktion mehr und bei niedrigeren Gehalten an Komponenten der Hochsiederfrak- tion weniger Flüssigkeit auf den Zulaufteil geleitet wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung im Verdampfer so eingestellt wird, dass die Konzentration an denjenigen Komponenten der Leichtsiederfraktion, für die im Seitenabzug ein bestimmter Grenzwert für die Konzentration erzielt werden soll, am unteren Ende der Trennwand/Trennwände (T) so eingestellt wird, dass die Konzentration an Komponenten der Leichtsiederfraktion in der Flüssigkeit am unteren Ende der Trennwand 10 bis 99 % des Wertes ausmacht, der im Seitenabzugsprodukt er- zielt werden soll, und die Heizleistung dahingehend eingestellt wird, dass bei höherem Gehalt an Komponenten der Leichtsiederfraktion die Heizleistung erhöht und bei niedrigerem Gehalt an Komponenten der Leichtsiederfraktion die Heizleistung verringert wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Destillatentnahme temperaturgeregelt erfolgt und als Regeltemperatur eine Messstelle im Teilbereich 1 der Kolonne verwendet wird, die um 2 bis 20 theoretische Trennstufen unterhalb des oberen Endes der Trennwandkolonne angeordnet ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des Sumpfprodukts temperaturgeregelt erfolgt und als Regeltemperatur eine Messstelle im Teilbereich 6 der Trennwandkolonne verwendet wird, die um 2 bis 20, theoretische Trennstufen oberhalb des unteren Endes der Trennwandkolonne angeordnet ist.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des Alkanolamins im Seitenabzug standgeregelt erfolgt und als Regelgröße der Flüssigkeitsstand im Verdampfer verwendet wird.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand/Trennwände nicht in die Kolonne/n eingeschweißt ist/sind, sondern in Form von lose gesteckten und adäquat abgedichteten Teilsegmenten gestaltet ist/sind.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Trennwandkolonne eine Zusammenschaltung von zwei Destillationskolonnen in Form einer thermischen Kopplung verwendet wird.
27. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beide thermisch gekoppelten Destillationskolonnen jeweils mit einem eigenen Verdampfer und Kondensator ausgestattet sind.
28. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die beiden thermisch gekoppelten Kolonnen bei verschiedenen
Drücken betrieben werden und in den Verbindungsströmen zwischen den beiden Kolonnen nur Flüssigkeiten gefördert werden.
29. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Sumpfstrom der ersten Kolonne in einem zusätzlichen Verdampfer teilweise oder vollständig verdampft wird und anschließend der zweiten Kolonne zweiphasig oder in Form eines gasförmigen und eines flüssigen Stromes zugeführt wird.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufstrom (Feed) zur Kolonne/zu den Kolonnen teilweise oder vollständig vorverdampft wird und der/den Kolonne/n zweiphasig oder in Form eines gasförmigen und eines flüssigen Stromes zugeführt wird.
31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Monoethanolamin (MEOA), Diethanolamin (DEOA) und Triethanolamin (TEOA), dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Trennwandkolonne (TK 1) DEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich, MEOA als Seitenabzugsstrom aus dem oberen Kolonnenbereich (1) und ein Gemisch enthaltend DEOA und TEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei
Letzteres in einer zweiten Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der TEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 30 zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Dimethylethanolamin (DMEOA), dadurch gekennzeichnet, dass in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1 ) ein Gemisch enthaltend DMEOA und Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend DMEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer Trennwandkolon- ne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der DMEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird.
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 30 zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Diethylethanolamin (DEEOA), dadurch gekennzeichnet, dass in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1) Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend DEEOA über Sumpf abgetrennt wird, wo- bei Letzteres in einer Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der
DEEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird.
34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 30 zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Methyldiethanolamin (MDEOA), dadurch gekennzeichnet, dass in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1) Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend MDEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der MDEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 30 zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Monoisopropanolamin (MIPOA), Diisopropanolamin (DIPOA) und Triisopropanolamin (TIPOA), dadurch gekennzeichnet, dass in ei- ner konventionellen Destillationskolonne (K 1) Leichtersieder über Kopf und ein
Gemisch enthaltend die Isopropanolamine über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres einer ersten Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der MIPOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich und ein Gemisch enthaltend DIPOA und TIPOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzte- res in einer zweiten Trennwandkolonne (TK 3) weiter aufgearbeitet wird, in der
DIPOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich und TIPOA über Sumpf gewonnen wird.
36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 30 zur Auftrennung eines Gemisches enthaltend Methylethanolamin (MeEOA) und Methyldiethanolamin (MDEOA), dadurch gekennzeichnet, dass in einer konventionellen Destillationskolonne (K 1) Leichtersieder über Kopf und ein Gemisch enthaltend die E- thanolamine über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres einer ersten Trennwandkolonne (TK 2) weiter aufgearbeitet wird, in der MeEOA als Seitenabzugs- ström aus dem längsunterteilten Bereich und ein Gemisch enthaltend MDEOA über Sumpf abgetrennt wird, wobei Letzteres in einer zweiten Trennwandkolonne (TK 3) weiter aufgearbeitet wird, in der MDEOA als Seitenabzugsstrom aus dem längsunterteilten Bereich gewonnen wird.
37. Vorrichtungen zur kontinuierlichen destillativen Auftrennung eines Gemisches enthaltend ein oder mehrere Alkanolamin/e, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung und Kolonnenverschaltung wie in einem der Ansprüche 1 bis 36 definiert.
PCT/EP2009/062016 2008-09-17 2009-09-16 Vorrichtungen und verfahren zur kontinuierlichen destillativen auftrennung eines gemisches enthaltend ein oder mehrere alkanolamin/e WO2010031790A1 (de)

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