WO2011082978A1 - Saure toluolextraktion von dnt-abwässern - Google Patents

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WO2011082978A1
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mixture
sulfuric acid
nitration
wastewater
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Rüdiger FRITZ
Renate Hempel
Bärbel GUSCHEL
Helmut Richter
Anne-Kathrin Merten
Michael Zöllinger
Elvira Flegel
Holger Allardt
Reiner Reetz
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Basf Se
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Definitions

  • the present invention relates to a process for working up alkaline process waste water from the nitration of aromatic compounds or from a mixture W of alkaline process wastewater from the nitration and the aqueous distillate from the sulfuric acid concentration, wherein the alkaline process wastewater or the mixture by adding concentrated sulfuric acid acidified from the work-up of the aqueous, sulfuric acid-containing phase obtained in the nitration, and the acidified process wastewater or wastewater mixture is extracted with an aromatic extractant.
  • Aromatic nitro compounds such as mono- and dinitrotoluene are usually prepared by nitrating the corresponding aromatic compounds by means of a mixture of concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid, called nitrating acid. This produces an organic phase containing the crude product of the nitration, and an aqueous phase containing substantially sulfuric acid, water of reaction and water introduced by the nitrating acid. The nitric acid is almost completely consumed in the nitration.
  • the aqueous, sulfuric acid-containing phase is mixed again with fresh nitric acid, depending on the technology of the nitration process, or after concentration, and used for nitriding.
  • the sulfuric acid must be continuously or discontinuously discharged from the overall process, in order to avoid a concentration of impurities, in particular metallic salts (see also DE 10 143 800 C1).
  • the impurities are, for example, impurities originally contained in the nitric acid and metal compounds which are dissolved out of the reactor and tube materials under the highly corrosive conditions prevailing during the reaction and the work-up of the aqueous phase.
  • Concentrating the aqueous sulfuric acid-containing phase obtained in the nitration, an aqueous distillate having a low sulfuric acid content, hereinafter referred to as an aqueous distillate of sulfuric acid concentration, and a high sulfuric acid-containing phase are hereinafter concentrated Sulfuric acid, obtained.
  • the part of the concentrated sulfuric acid discharged from the nitriding process is also referred to below as waste sulfuric acid.
  • the crude product of the nitration of aromatic compounds such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, etc.
  • nitrobenzene NB
  • dinitrobenzene DNT
  • MNT and DNT mono- and dinitrotoluene
  • NCB nitrochlorobenzene
  • nitroxylol also small amounts of mono-, di- and Trinitrophenole (hereinafter called nitrophenols), mono-, di- and Trinitrokresole (hereinafter called nitrocresols) and mono-, di- and Trinitroxylenole (hereinafter called nitroxylenols) and others Hydroxyl groups and nitro groups containing compounds and mono- and Dinitrobenzoe Textren (hereinafter called nitrobenzoic acids).
  • nitrobenzene NB
  • DNT mono- and dinitrotoluene
  • NCB nitrochlorobenzene
  • nitroxylol also small amounts of mono-, di- and Trinitrophenole (hereinafter called nitrophenols), mono-, di- and Trinitrokresole (hereinafter called nitrocresol
  • Aromatic nitro compounds which contain no hydroxyl group or carboxyl group in the molecule are also referred to in the context of the invention as neutral nitrocarbons or neutral nitroaromatics.
  • Nitrophenols, nitro cresols, nitroxylenols and nitrobenzoic acids are also summarized below as hydroxynitroaromatics.
  • the crude product from the nitration must be freed from the unwanted by-products before further use.
  • the by-products are separated by separation of the nitrating acid by multi-stage washing with acidic, alkaline and neutral washing liquid, which is usually washed in the order listed.
  • the alkaline wash is usually carried out with aqueous sodium hydroxide solution, aqueous sodium carbonate solution or aqueous ammonia solution.
  • the resulting alkaline process wastewater contains nitrophenols, nitro cresols, nitroxylenols and nitrobenzoic acids in the form of their water-soluble salts of the base used. They are usually present in a concentration of 0.2 to 2.5 wt .-%, based on the alkaline process wastewater.
  • the alkaline process waste water also contains neutral nitro compounds formed during the nitration, in particular reaction products.
  • Neutral nitrocarbons are contained in the alkaline process effluent, usually in an amount of several 1000 ppm.
  • the alkaline process wastewater usually contains 500 to 5000 ppm nitrates, 500 to 5000 ppm nitrite and a few hundred ppm of sulfate. These ions are derived from nitration.
  • the ingredients result in a chemical oxygen demand of 1000 to 20000 mg / L.
  • the nitrophenols, nitro cresols, nitroxylenols, nitriobenzoic acids and especially their salts are intensely colored and highly toxic to the environment.
  • the nitrophenols and especially their salts are explosives in higher concentrations or in bulk and must be removed from the wastewater before disposal and disposed of in such a way that they pose no danger to the environment.
  • the alkaline process wastewater also contains neutral nitro bodies formed in the nitration, in particular reaction products. Since the aromatic nitro compounds have overall bactericidal properties and thus make a biological purification of the waste water impossible, a purification or processing of the wastewater containing aromatic nitro compounds is necessary.
  • the hydroxynitroaromatics contained in the alkaline process wastewater can also be converted by acidification into a separating organic phase, which is subsequently separated off.
  • the equipment used for the separation and separation must be heated. Nevertheless, there is the problem of so-called "fouling.” This means that the pumps and piping systems used to separate the seeping organic phase clog very quickly by precipitating and crystallizing impurities and therefore there is a high need for cleaning.
  • This object is achieved by the following process for working up alkaline process wastewater from the nitration of aromatic compounds to mono-, di- and trinitroaromatics having a pH of 7.5 to 13 or a mixture W having a pH of 6-10 from alkaline process effluent and aqueous distillate of sulfuric acid concentration comprising the steps a) acidification of the alkaline process effluent or of the mixture W by addition of concentrated sulfuric acid, which originates from the workup of the obtained during the nitration aqueous, sulfuric acid-containing phase, to a pH below 2, wherein a mixture of A separating more organic Phase and acidic aqueous phase is formed, and
  • the alkaline process waste water treated with the process according to the invention is greatly depleted of poorly degradable neutral nitro bodies, nitro cresols and nitrobenzoic acids as well as of nitrite.
  • a further advantage of the process according to the invention is that for the acidification of the alkaline process wastewater, the sulfuric acid resulting from the concentration can be used from the preparation process of the nitroaromatics, in particular because part of the concentrated sulfuric acid is known as waste sulfuric acid from the cycle of Nitration and sulfuric acid processing must anyway be discharged and disposed of.
  • the concentrated sulfuric acid containing by corrosion (pipelines) in the nitration salts comprising Fe, Cr, Ni, Ta, and traces of other heavy metals in the form of their sulfates.
  • the salt concentration exceeds 300 ppm, part of the acid is discharged from the process as so-called waste sulfuric acid and must be disposed of or purified by other methods.
  • this waste sulfuric acid is particularly advantageous because it is the Entsorgungspp. Save on processing costs.
  • the amount of concentrated sulfuric acid to be removed can be used completely in the process according to the invention without the need for further addition of additional sulfuric acid. This leads to a very economical use of different material flows.
  • the use of the concentrated sulfuric acid also leads to the fact that the acidification of the alkaline process wastewater, a large part of the nitrite dissolved in the alkaline process waste water is protonated to nitrous acid, which then decomposes into nitric acid and nitrogen oxides, the nitrogen oxides can be separated.
  • the Nitriding acid is fed into the nitric acid recovery of the nitriding plant and thus the process is not lost.
  • the chemical oxygen demand of the wastewater stream treated by the process according to the invention is significantly reduced.
  • the use of concentrated waste sulfuric acid does not unnecessarily increase the amount of process wastewater to be purified, as is the case with the use of dilute acid.
  • the process according to the invention is used for working up alkaline process wastewater from the nitration of aromatic compounds or from a mixture W of alkaline process wastewater from the nitration and the aqueous distillate from the sulfuric acid concentration.
  • the process is used in the nitration of benzene, toluene, xylene, chlorobenzene and / or dichlorobenzene.
  • the alkaline process wastewater obtained from the single-stage or multi-stage washing of the crude product of the nitration with aqueous, alkaline solution such as sodium hydroxide, aqueous carbonate or bicarbonate solution or aqueous ammonia solution has a pH of 7.5 to, depending on the base used 13, preferably 8 to 10, measured at 60 ° C on.
  • the aqueous distillate used in the use of the mixture from the concentration of sulfuric acid has a pH of 0.5 to 1, 5, measured at 60 ° C and also contains proportions of mono- and dinitrotoluene in amounts of about 100 - 250 mg / L.
  • the mixture of alkaline process water and aqueous distillate from the sulfuric acid concentration has a pH of 6 to 10 at mixing ratios of 2: 1 to 3: 2.
  • the pH values in each case refer to the measurement at 60 ° C.
  • the acidified, originally alkaline process waste water or the acidified mixture W of alkaline process wastewater and aqueous distillate of sulfur concentration together with the separating organic phase in the context of the invention is referred to as mixture A.
  • the concentrated sulfuric acid used for the acidification has a concentration of 85 to 95 wt .-%, preferably from 90 to 93 wt .-% to.
  • waste sulfuric acid obtained only in the nitration is added for acidification in step a), particularly preferably the entire waste sulfuric acid obtained in the nitration is added in step a).
  • the control of the addition of the concentrated sulfuric acid is advantageously carried out via an online pH measurement.
  • the mixing of the concentrated sulfuric acid with the alkaline process wastewater or with the mixture leads to a strong evolution of gas.
  • the separating gas mixture contains nitrogen oxides, in particular nitrogen monoxide and nitrogen dioxide.
  • the separating gas usually contains from 70 to 98.9% by volume of carbon dioxide and from 1.1 to 30% by volume of nitrous gases (nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, dinitrogen monoxide) in the preceding DNT washing with aqueous alkali carbonate or alkali hydrogencarbonate solution.
  • the separating gas mixture contains 80 to 98 vol .-% carbon dioxide, 2 to 20 vol .-% nitrous gases.
  • the gaseous phase consists essentially of nitrous gases (NOx), usually 47 to 98% nitrogen monoxide, 1 to 47% nitrogen dioxide and 1 to 6% nitrous oxide.
  • NOx nitrous gases
  • the nitrogen oxides which precipitate on acidification are preferably separated off and used for the production of nitric acid.
  • the separated nitrogen oxides are particularly preferably recycled to the nitric acid recovery of the nitriding plant.
  • the gas mixture is usually fed into the absorption columns of the NOx absorption of the nitric acid recovery of the nitration plants. It is particularly advantageous if the entire gas mixture is recycled directly and without prior separation of CO2 and purification.
  • an aromatic extractant is used in the extraction of the mixture A obtained in step a) in step b) of the process according to the invention. All aromatic compounds customarily used for extractions, in particular aromatic solvents, are suitable.
  • the starting aromatic compound used in the nitration is used as the extraction solution. That is, in the nitration of benzene to NB or DNB is benzene, in the nitration of toluene to MNT or DNT toluene is used.
  • the nitro group containing a nitro group less such as in the case of DNT MNT, can be used.
  • the alkaline process wastewater usually accumulates at a temperature of 50 to 80 ° C.
  • the alkaline process waste water is acidified at this temperature by adding the waste sulfuric acid (step a)).
  • the extraction is preferably carried out in a temperature range of 40-80 ° C, but more preferably at the temperature at which the scrubbing of the crude nitroaromatic mixture is carried out with the alkaline scrubbing water.
  • the extraction temperature is 60 to 70 ° C.
  • the ratio extraction agent / mixture A should be selected so that extraction of the neutral nitro bodies and the hydroxynitroaromatics can be achieved up to the desired limit value or the required minimum value with the lowest possible number of extraction stages.
  • the weight ratio of extractant used to mixture A can be varied in the range from 1:10 to 1: 2, preferably from 1: 5 to 1: 3.
  • the mixture A is extracted one to five times, preferably one to three times.
  • mixture A should be extracted at least twice (2 steps).
  • wastewater without mono- and dinitrotoluene and without trinitro cresols - at least a three-stage extraction should be used.
  • the extraction is carried out according to the methods known to those skilled in the liquid / liquid extraction process.
  • the extraction is in countercurrent carried out.
  • mixer / settler apparatuses or stirred multistage or pulsed packed and sieve tray columns can be used as extraction apparatuses.
  • static mixers in conjunction with suitable separation apparatus or columns without energy input can be used to carry out the extraction.
  • mechanical energy is preferably introduced into the system during the extraction, for example by stirring or pulsing.
  • the extraction is carried out in a pulsating packed column, a stirred cell extractor or a mixer-settler apparatus.
  • the extracted after neutralization extracted with extracted neutral nitroaromatics and Hydroxynitroaromaten extraction agent can be recycled within each countercurrent stage and only the corresponding provided ratio of extractant / mixture A freshly added amount of extractant is discharged and returned to the nitration. That is, a certain amount of fresh extractant is added to adjust an intended ratio of extractant / mixture, and an amount of extractant corresponding to this amount is discharged and recycled to the nitration.
  • the extractant after extraction including the extracted neutral nitroaromatics and hydroxynitro compounds, is recycled to the nitriding unit.
  • the aqueous phase usually contains about 100-500 ppm extractant after extraction.
  • the residues of the aromatic extractant dissolved in the aqueous phase can be removed by stripping or distillation from the aqueous phase, for example by means of steam or nitrogen stripping.
  • the energy requirement for stripping the volatile extractants is substantially lower than that for stripping the nitro compounds made therefrom.
  • the resulting in the stripping, still extractant-containing water together with the in the Strippung separated extractant is added to the alkaline wash water before extraction again.
  • the process according to the invention can be carried out batchwise or continuously. According to the invention, the process is carried out continuously.
  • TOC organically bound total carbon, measured according to DIN EN 1484 (1997) / AQS P-14 (1995):
  • the inorganic carbon (carbonates, hydrogen carbonates, etc.) is expelled by addition of hydrochloric acid, followed by metering the sample into the quartz reactor, where the catalytic oxidation of the organically bound carbon at 850 ° C occurs C. The resulting carbon dioxide is detected in the IR detector.
  • the alkaline process effluent originates from the scrubbing of the organic phase from the nitration with aqueous sodium carbonate solution.
  • Toluene extraction in a pulsating packed column with an extraction ratio of toluene to wastewater 1: 3.
  • the extraction was carried out with alkaline process waste water from the nitration of toluene without acidification, with acidification to 4 ⁇ pH ⁇ 4.8 and with acidification to pH ⁇ 2 (cf. according to the invention).
  • the extraction column was an online pH measurement and the exhaust gas of the forming mixture of CO2 and NOx was fed via a line to a compressor and finally to an absorber column.
  • the optionally acidic mixture passed continuously at a throughput of 220 l / h from the top into the pulsed packed column (pPK). From below, the toluene was transported upwards in countercurrent at a rate of 73 l / h. The light solvent toluene took up the organic components and the resulting toluene extract was now separated above a Seperator and returned to the nitration.
  • the used pPK with a diameter of DN 80 and a length of 2400 mm consisted of 4 extraction stages.
  • the column load was 61, 32 m 3 / m 2 h at a rate of 293 l / h.
  • Wastewater Wastewater water (acid, water (acid, er)
  • Example 2 Toluene extraction in a stirred cell extractor
  • Extraction ratio of toluene to waste water 1: 3.
  • the extraction was carried out with alkaline wastewater from the nitration without acidification, with acidification to 4 ⁇ pH ⁇ 4.8 and with acidification to pH ⁇ 2 (according to the invention).
  • the toluene was carried up in countercurrent at a rate of 401 / h.
  • the light solvent toluene took up the organic components and the resulting toluene extract was now separated above a Seperator and returned to the nitration.
  • the RZE used with a diameter of DN 100 and a length of 1000 mm consisted of 15 extraction stages.
  • the load of the RZE was 20.37 m 3 / m 2 h at a throughput of 160 l / h.
  • Example 3 Toluene extraction in a pulsed packed column
  • Extraction ratio of toluene to waste water 1: 3.
  • the extraction was carried out with alkaline process waste water from the nitration without acidification, with acidification to 4 ⁇ pH ⁇ 4.8 and with acidification to pH ⁇ 2 (according to the invention).
  • a mixture of alkaline DNT wastewater and SAC waste water (aqueous distillate of sulfuric acid concentration) in a mixing ratio of 3: 2 with a pH of 7.2 was prepared in a 50 liter stirred tank and optionally with 93% waste sulfuric acid, which was added separately via a pump in the stirred tank, acidified.
  • a pump in the stirred tank acidified.
  • the exhaust gas of the forming mixture of CO2 and NOx was fed via a line to a compressor and finally to an absorber column, as i.a. the gas evolution during extraction adversely affected the plant safety and the throughput of the pPK.
  • the acidic waste water passed continuously from above into the pPK at a rate of 270 l / h. From below, the toluene was carried up in countercurrent at a rate of 90 l / h. The light solvent toluene took the organic parts and the resulting toluene extract was now separated above a Seperator and returned to the nitration.
  • the used pPK with a diameter of DN 80 and a length of 2400 mm consisted of 4 extraction stages.
  • the column load here was 75.34 m 3 / m 2 h at a throughput of 360 l / h.
  • Example 4 Alkaline DNT wastewater + SAC wastewater
  • Toluene extraction in a stirred cell extractor with an extraction ratio of toluene to wastewater 1: 3.
  • the extraction was carried out with alkaline process waste water from the nitration without acidification, with acidification to 4 ⁇ pH ⁇ 4.8 and with acidification to pH ⁇ 2 (according to the invention) ,
  • the acidic wastewater was continuously fed from above into the RZE at a rate of 1201 / h. From below, the toluene was carried up in countercurrent at a rate of 401 / h. The light solvent toluene took up the organic components and the resulting toluene extract was now separated above a Seperator and returned to the nitration.
  • the RZE used with a diameter of DN 100 and a length of 1000 mm consisted of 15 extraction stages.
  • the load of the RZE was 20.37 m 3 / m 2 h at a throughput of 160 l / h.
  • the analysis results are shown in Table 4.
  • Example 7 Alkaline DNT wastewater
  • TOC 4 in mg / L 1516 1 132 954 By omitting the pulsator little mechanical energy is entered and extracted less nitrotoluenes and nitro cresols, as can be seen in comparison with Examples 5 and 6 (each for the ratio of toluene to wastewater of 1: 4).
  • Example 8 Alkaline DNT wastewater Toluene extraction in a mixer-settler apparatus 2 kg of alkaline DNT wastewater were acidified to a pH of 0.5 with 1 g of 93% waste sulfuric acid and 1 kg of toluene in a mixer-settler apparatus extracted in the ratio 1: 2 (toluene: wastewater).
  • the exhaust gas produced by acidification (NOx + CO2) after the stirring process of an exhaust gas treatment for the production of nitric acid was supplied.
  • a wastewater mixture with a pH of 4.8 leads only to the extraction of MNT and DNT.
  • the nitro cresols and nitrobenzoic acids are not extracted, i. the total amount of nitro cresols and nitrobenzoic acids is supplied with the waste water to the ozonation / thermolysis / biological workup.

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Abstract

Verfahren zur Aufarbeitung von alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung von aromatischen Verbindungen zu Mono-, Di- und Trinitroaromaten mit einem pH-Wert von 7,5 bis 13 oder eines Gemischs W mit einem pH-Wert von 6 bis 10 aus alkalischem Prozessabwasser und dem wässrigen Destillat der Schwefelsäureaufkonzentrierung umfassend die Schritte a) Ansäuern des alkalischen Prozessabwassers oder des Gemischs W durch Zugabe von aufkonzentrierter Schwefelsäure, die aus der Aufarbeitung der bei der Nitrierung anfallenden wässrigen, schwefelsäurehaltigen Phase stammt, auf einen pH-Wert unterhalb von 2, wobei eine Mischung A aus sich abscheidender organischer Phase und saurer wässriger Phase entsteht, und b) Extraktion der Mischung A mit einem aromatischen Extraktionsmittel.

Description

Saure Toluolextraktion von DNT-Abwässern
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung von aromatischen Verbindungen oder von einem Gemisch W aus alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung und dem wässrigen Destillat aus der Schwefelsäureaufkonzentrierung, wobei das alkalische Prozessabwasser bzw. das Gemisch durch Zugabe von aufkonzentrierter Schwefelsäure, die aus der Aufarbeitung der bei der Nitrierung anfallenden wässrigen, schwefelsäurehaltigen Phase stammt, angesäuert wird und das so angesäuerte Prozessabwasser bzw. Abwassergemisch mit einem aromatischen Extraktionsmittel extrahiert wird.
Aromatische Nitroverbindungen wie Mono- und Dinitrotoluol werden üblicherweise durch Nitrierung der entsprechenden aromatischen Verbindungen mittels einer Mischung aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure, die als Nitriersäure bezeichnet wird, hergestellt. Dabei entsteht eine organische Phase, die das Rohprodukt der Nitrierung enthält, und eine wässrige Phase, die im Wesentlichen Schwefelsäure, Reaktionswasser und durch die Nitriersäure eingetragenes Wasser enthält. Die Salpetersäure wird fast vollständig bei der Nitrierung verbraucht.
Nach Trennung der beiden Phasen wird die wässrige, schwefelsäurehaltige Phase je nach Technologie des Nitrierverfahrens direkt oder nach Aufkonzentrierung wieder mit frischer Salpetersäure gemischt und zur Nitrierung eingesetzt. Mindestens ein Teil der Schwefelsäure muss jedoch kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Gesamtpro- zess ausgeschleust werden, um eine Aufkonzentration von Verunreinigungen, insbesondere metallischer Salze, zu vermeiden (siehe auch DE 10 143 800 C1 ). Bei den Verunreinigungen handelt es sich beispielsweise um ursprünglich in der Salpetersäure enthaltene Verunreinigungen und um Metallverbindungen, die unter den bei der Reak- tion und der Aufarbeitung der wässrigen Phase herrschenden, stark korrosiven Bedingungen aus den Reaktor- und Rohrmaterialen herausgelöst werden.
Bei der Aufkonzentrierung der bei der Nitrierung anfallenden wässrigen schwefelsäurehaltigen Phase werden ein wässriges Destillat mit niedrigem Schwefelsäuregehalt, im Folgenden als wässriges Destillat der Schwefelsäureaufkonzentration bezeichnet, und eine Phase mit hohem Schwefelsäuregehalt, im Folgenden aufkonzentrierte Schwefelsäure genannt, erhalten. Der aus dem Nitrierverfahren ausgeschleuste Teil der aufkonzentrierten Schwefelsäure wird im Folgenden auch Abfallschwefelsäure genannt. Das Rohprodukt der Nitrierung von aromatischen Verbindungen wie Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol etc. zu den entsprechenden Nitroaromaten enthält üblicherweise neben den gewünschten Nitroaromaten wie Nitrobenzol (NB) und Dinitrobenzol (DNB), Mono- und Dinitrotoluol (MNT und DNT), Nitrochlorbenzol (NCB) oder Nitroxylol auch geringe Mengen Mono-, Di- und Trinitrophenole (im Folgenden Nitrophenole genannt), Mono-, Di- und Trinitrokresole (im Folgenden Nitrokresole genannt) und Mono-, Di- und Trinitroxylenole (im Folgenden Nitroxylenole genannt) und andere Hydroxylgruppen und Nitrogruppen enthaltende Verbindungen sowie Mono- und Dinitrobenzoesäuren (im Folgenden Nitrobenzoesäuren genannt). Aromatische Nitroverbindungen, die keine Hydroxylgruppe oder Carboxylgruppe im Molekül enthalten, werden im Rahmen der Erfindung auch als neutrale Nitrokorper oder neutrale Nitroaromaten bezeichnet. Nitrophenole, Nitrokresole, Nitroxylenole und Nitrobenzoesäuren werden im Folgenden auch als Hydroxynitroaromaten zusammen- gefasst.
Das Rohprodukt aus der Nitrierung muss vor Weiterverwendung von den unerwünschten Nebenprodukten befreit werden. Üblicherweise werden die Nebenprodukte nach Abtrennung der Nitriersäure durch mehrstufige Wäsche mit saurer, alkalischer und neutraler Waschflüssigkeit abgetrennt, wobei in der Regel in der aufgeführten Reihen- folge gewaschen wird. Die alkalische Wäsche wird üblicherweise mit wässriger Natronlauge, wässriger Natriumcarbonatlösung oder wässriger Ammoniaklösung durchgeführt. Das dabei entstehende alkalische Prozessabwasser enthält Nitrophenole, Nitrokresole, Nitroxylenole und Nitrobenzoesäuren in Form ihrer wasserlöslichen Salze der eingesetzten Base. Sie liegen üblicherweise in einer Konzentration von 0,2 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf das alkalische Prozessabwasser vor. Das alkalische Prozessabwasser enthält auch bei der Nitrierung gebildete neutrale Nitrokorper, insbesondere Reaktionsprodukte. Neutrale Nitrokorper sind im alkalischen Prozessabwasser, üblicherweise in einer Menge von mehreren 1000 ppm enthalten. Das alkalische Prozessabwasser enthält in der Regel 500 bis 5000 ppm Nitrate, 500 bis 5000 ppm Nitrit und einige Hundert ppm Sulfat. Diese Ionen stammen aus der Nitrierung. Aus den Inhaltsstoffen ergibt sich ein chemischer Sauerstoffbedarf von 1000 bis 20000 mg/L.
Die Nitrophenole, Nitrokresole, Nitroxylenole, Nitriobenzoesäuren und vor allem ihre Salze sind intensiv gefärbt und stark umwelttoxisch. Außerdem sind die Nitrophenole und speziell ihre Salze in höheren Konzentrationen oder in Substanz Sprengstoffe und müssen vor Abgabe des Abwassers aus diesem entfernt und derart entsorgt werden, dass von ihnen keine Gefahr für die Umwelt ausgeht. Das alkalische Prozessabwasser enthält auch bei der Nitrierung gebildete neutrale Nitrokörper, insbesondere Reakti- onsprodukte. Da die aromatischen Nitroverbindungen insgesamt bakterizide Eigenschaften aufweisen und somit eine biologische Reinigung des Abwassers unmöglich machen, ist eine Reinigung oder Aufarbeitung der aromatische Nitroverbindungen enthaltenden Abwässer notwendig. Zur Entfernung der Nitrophenole, Nitrokresole, Nitroxylenole, Nitrobenzoesäuren und der neutralen Nitroaromaten aus den Prozessabwässern sind zahlreiche Verfahren in der Literatur beschrieben, beispielsweise Extraktion, Adsorption, Oxydation oder Thermolyse. In der Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, Fourth Edition 1996, Vol. 17, S. 138 wird ein Extraktionsverfahren zur Abtrennung von Nitrobenzol beschrieben, bei dem das im Abwasser bei der entsprechenden Temperatur gelöste Nitrobenzol durch Extraktion mit Benzol entfernt wird. Benzol, das sich im Wasser gelöst hat, wird vor der Endbehandlung des Abwassers durch Strippen entfernt.
Gemäß US-A 6,506,948 werden die bei der Nitrierung von Toluol anfallenden wässri- gen Waschphasen direkt mit Toluol extrahiert, wobei jeder der entstehenden Abwasserströme separat extrahiert wird. Der Toluolstrom wird anschließend in den Nitrierpro- zess geführt und umgesetzt. Dabei bleiben Nitrokresole und Nitrobenzoesäuren im alkalischen Abwasserstrom gelöst und müssen anschließend separat entfrachtet werden. Die gelösten Nitroaromaten und Hydroxynitroaromaten können weiterhin im sauren Milieu durch Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel entfernt werden (Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 17, Seite 386). Die in dem alkalischen Prozessabwasser enthaltenen Hydroxynitroaromaten können auch durch Ansäuern in eine sich abscheidende organische Phase überführt werden, die anschließend abgetrennt wird. Um das Auskristallisieren der Hydroxynitroaromaten zu verhindern, muss die für das Abscheiden und Abtrennen verwendete Apparatur beheizt werden. Dennoch tritt das Problem des so genannten„Foulings" auf. Dies bedeutet, dass die zur Abtrennung der sich ausscheidenden organischen Phase verwende- ten Pumpen und Rohrsysteme sehr schnell durch ausfallende und auskristallisierende Verunreinigungen verstopfen und daher ein hoher Reinigungsbedarf besteht.
Ein derartiges Verfahren ist in EP 1 493 730 A1 beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden die Abwasserströme der sauren und alkalischen DNT-Wäschen und der Schwefelsäureaufkonzentrierung vermischt, so dass sich ein pH-Wert unterhalb von 5 einstellt. Bei dem Abwasser der Schwefelsäureaufkonzentrierung handelt sich um das Destillat der Schwefelsäureaufkonzentrierung mit einer Schwefelsäurekonzentration von 0,2 bis 1 Gew.- %. Beim Ansäuern scheidet sich eine organische Phase ab, die abgetrennt wird. Die wässrige Phase wird separat einer weiteren Abwasseraufberei- tung zugeführt.
Trotz der bisher bekannten Verfahren zur Reinigung der bei der Nitrierung von Aroma- ten anfallenden alkalischen Prozessabwässer besteht Bedarf an einem Verfahren zur Rückgewinnung von Mono- und Dinitrotoluol und gleichzeitiger Reinigung der alkali- sehen Prozessabwässer, bei dem in möglichst wenig Verfahrensschritten mit einem geringem Stoff- und Energieeinsatz die Entfernung der unerwünschten neutralen Nitrokörper und der Hydroxynitroaromaten, erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das folgende Verfahren zur Aufarbeitung von alkali- schem Prozessabwasser aus der Nitrierung von aromatischen Verbindungen zu Mono-, Di- und Trinitroaromaten mit einem pH-Wert von 7,5 bis 13 oder eines Gemischs W mit einem pH-Wert von 6 bis 10 aus alkalischem Prozessabwasser und wässrigem Destillat der Schwefelsäurekonzentration umfassend die Schritte a) Ansäuern des alkalischen Prozessabwassers oder des Gemischs W durch Zugabe von aufkonzentrierter Schwefelsäure, die aus der Aufarbeitung der bei der Nitrierung anfallenden wässrigen, schwefelsäurehaltigen Phase stammt, auf einen pH-Wert unterhalb von 2, wobei eine Mischung A aus sich abscheidender organi- scher Phase und saurer wässriger Phase entsteht, und
b) Extraktion der Mischung A mit einem aromatischen Extraktionsmittel.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte alkalische Prozessabwasser ist an schwerabbaubaren neutralen Nitrokörpern, Nitrokresolen und Nitrobenzoesäuren sowie an Nitrit stark verarmt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass für das Ansäuern des alkalischen Prozessabwassers die der bei der Aufkonzentrierung anfallende Schwefelsäure aus dem Herstellungsprozess der Nitroaromaten verwendet wer- den kann, insbesondere, da ein Teil der aufkonzentrierten Schwefelsäure als so genannte Abfallschwefelsäure aus dem Kreislauf von Nitrierung und Schwefelsäureaufarbeitung sowieso ausgeschleust und entsorgt werden muss. Die aufkonzentrierte Schwefelsäure enthält die durch Korrosion (Rohrleitungen) bei der Nitrierung anfallenden Salze umfassend Fe, Cr, Ni, Ta, und Spuren weiterer Schwermetalle in Form ihrer Sulfate. Üblicherweise wird bei einem Anstieg der Salzkonzentration über 300 ppm ein Teil der Säure als so genannte Abfallschwefelsäure aus dem Prozess geschleust und muss entsorgt bzw. mit anderen Verfahren aufgereinigt werden. Somit ist die Verwendung dieser Abfallschwefelsäure besonders vorteilhaft, da man sich die Entsorgungsbzw. Aufarbeitungskosten einsparen kann. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die auszuschleusende Menge an aufkonzentrierter Schwefelsäure vollständig im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, ohne dass eine weitere Zugabe zusätzlicher Schwefelsäure erforderlich ist. Das führt zu einem sehr ökonomischen Einsatz der unterschiedlichen Stoffströme. Die Verwendung der aufkonzentrierten Schwefelsäure führt weiterhin dazu, dass beim Ansäuern des alkalischen Prozessabwassers ein großer Teil des im alkalischen Prozessabwassers gelösten Nitrits zu salpetriger Säure protoniert wird, die dann in Salpetersäure und Stickoxide zerfällt, wobei die Stickoxide abgetrennt werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die sich beim Ansäu- ern abscheidenden Stickoxide in die Salpetersäurerückgewinnung der Nitrieranlage eingespeist und gehen dem Prozess somit nicht verloren. Der chemische Sauerstoffbedarf des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Abwasserstroms wird deutlich verringert. Durch die Verwendung der aufkonzentrierten Abfallschwefelsäure wird die Menge an zu reinigendem Prozessabwasser nicht unnötig vergrößert, wie dies bei Verwendung von verdünnter Säure der Fall ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Aufarbeitung von alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung von aromatischen Verbindungen bzw. von einem Gemisch W aus alkalischem Prozessabwasser der Nitrierung und dem wässrigen Destillat aus der Schwefelsäureaufkonzentrierung eingesetzt. Vorzugsweise wird das Verfahren bei der Nitrierung von Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol und/oder Dichlorbenzol eingesetzt.
Das aus der ein- bzw. mehrstufigen Wäsche des Rohprodukts der Nitrierung mit wäss- riger, alkalischer Lösung wie Natronlauge, wässriger Carbonat- oder Hydrogencarbonatlösung oder wässriger Ammoniaklösung erhaltene alkalische Prozessabwasser weist in Abhängigkeit von der eingesetzten Base einen pH-Wert von 7,5 bis 13, bevorzugt 8 bis 10, gemessen bei 60°C auf.
Das bei dem Einsatz des Gemisches mitverwendete wässrige Destillat aus der Aufkonzentrierung der Schwefelsäure weist einen pH-Wert von 0,5 bis 1 ,5, gemessen bei 60°C auf und enthält auch Anteile an Mono- und Dinitrotoluol in Mengen von jeweils ca. 100 - 250 mg/L. Das Gemisch aus alkalischen Prozesswasser und wässrigen Destillat aus der Schwefelsäureaufkonzentration weist bei Mischungsverhältnissen von 2 zu 1 bis 3 zu 2 einen pH-Wert von 6 bis 10 auf.
Erfindungsgemäß wird das alkalische Prozessabwasser bzw. das Gemisch aus alkalischem Abwasser und dem wässrigen Destillat der Schwefelsäureaufkonzentrierung durch Zugabe von aufkonzentrierter Prozessschwefelsäure, die aus der Aufarbeitung der bei der Nitrierung anfallenden wässrigen, schwefelsäurehaltigen Phase stammt, auf einen pH-Wert unterhalb von 2, bevorzugt von 0,1 bis 1 eingestellt. Die pH-Wert- Angaben beziehen sich jeweils auf die Messung bei 60°C. Bei der Ansäuerung des alkalischen Prozessabwassers oder des Gemisches scheidet sich eine organische Phase ab, die Hydroxynitroaromaten und neutrale Nitrokörper enthält. Das angesäuerte, ursprünglich alkalische Prozessabwasser bzw. das angesäuerte Gemisch W aus alkalischem Prozessabwasser und wässrigen Destillat der Schwefelaufkonzentrierung wird gemeinsam mit der sich abscheidenden organischen Phase im Rahmen der Erfin- dung als Mischung A bezeichnet.
Die zur Ansäuerung eingesetzte aufkonzentrierte Schwefelsäure weist eine Konzentration von 85 bis 95 Gew.-%, bevorzugt von 90 bis 93 Gew.-% auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nur bei der Nitrierung anfallende Abfallschwefelsäure zum Ansäuern in Schritt a) zugegeben, besonders bevorzugt wird die gesamte bei der Nitrierung anfallende Abfallschwefelsäure in Schritt a) zugegeben. Die Steuerung der Zugabe der aufkonzentrierten Schwefelsäure erfolgt in vorteilhafter Weise über eine Online-pH-Messung.
Die Vermischung der aufkonzentrierten Schwefelsäure mit dem alkalischen Prozessabwasser oder mit dem Gemisch führt zu einer starken Gasentwicklung. Das sich abscheidende Gasgemisch enthält Stickoxide, insbesondere Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Das sich abscheidende Gas enthält bei vorangegangener DNT-Wäsche mit wässriger Alkalicarbonat- oder Alkalihydrogencarbonatlösung üblicherweise 70 bis 98,9 Vol.-% Kohlendioxid und 1 , 1 bis 30 Vol.-% nitrose Gase (Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Distickstoffmonoxid). Bevorzugt enthält das sich abscheidende Gasgemisch 80 bis 98 Vol.-% Kohlendioxid, 2 bis 20 Vol.-% nitrose Gase. Enthält das Prozessabwasser anstatt Alkalicarbonat oder Alkalihydrogencarbonat eine oder mehrere andere Basen, die nach dem Ansäuern keine gasförmige Komponenten bilden, besteht die gasförmige Phase im Wesentlichen aus nitrosen Gasen (NOx), üblicherweise 47 bis 98% Stickstoffmonoxid, 1 bis 47% Stickstoffdioxid und 1 bis 6% Distickstoffmonoxid.
Bevorzugt werden die sich beim Ansäuern abscheidenden Stickoxide abgetrennt und zur Verwertung bei der Salpetersäureherstellung eingesetzt. Besonders bevorzugt werden die abgetrennten Stickoxide in die Salpetersäurerückgewinnung der Nitrieran- läge zurückgeführt. Dabei wird das Gasgemisch üblicherweise in die Absorptionskolonnen der NOx-Absorption der Salpetersäurerückgewinnung der Nitrieranlagen eingespeist. Besonders vorteilhaft ist, wenn das gesamte Gasgemisch direkt und ohne vorherige Abtrennung von CO2 und Reinigung rückgeführt wird. Bei der Extraktion der in Schritt a) erhaltenen Mischung A in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein aromatisches Extraktionsmittel eingesetzt. Es eignen sich alle für Extraktionen üblicherweise eingesetzten aromatischen Verbindungen, insbesondere aromatische Lösungsmittel. In einer bevorzugten Ausführungsform der Er- findung wird jeweils die bei der Nitrierung eingesetzte aromatische Ausgangsverbindung als Extraktionslösung verwendet. Das heißt, bei der Nitrierung von Benzol zu NB oder DNB wird Benzol, bei der Nitrierung von Toluol zu MNT oder DNT wird Toluol eingesetzt. Im Falle von mehrfach nitrierten Aromaten wie DNB oder DNT kann neben dem nicht nitrierten Aromaten der eine Nitrogruppe weniger enthaltenden Nitroaromat, wie z.B. im Falle von DNT das MNT, verwendet werden.
Das alkalische Prozessabwasser fällt üblicherweise bei einer Temperatur von 50 bis 80°C an. Erfindungsgemäß bevorzugt wird das alkalische Prozessabwasser bei dieser Temperatur durch Zugabe der Abfallschwefelsäure angesäuert (Schritt a)). Die Extrak- tion wird bevorzugt in einem Temperaturbereich von 40-80°C durchgeführt, besonders bevorzugt jedoch bei der Temperatur, bei der die Wäsche des rohen Nitroaromatengemisches mit dem alkalischen Waschwasser durchgeführt wird. So kann ein Abscheiden der neutralen Nitrokörper aus der Waschlauge bei teilweisem Abkühlen vermieden werden. Vorzugsweise liegt die Temperatur bei der Extraktion bei 60 bis 70°C.
Das Verhältnis Extraktionsmittel/Mischung A sollte so gewählt werden, dass eine Extraktion der neutralen Nitrokörper und der Hydroxynitroaromaten bis auf den gewünschten Grenzwert bzw. geforderten Mindestwert mit einer möglichst geringen An- zahl von Extraktionsstufen zu erreichen ist. Das Gewichtsverhältnis von eingesetztem Extraktionsmittel zu Mischung A kann im Bereich von 1 :10 bis 1 :2, bevorzugt von 1 :5 bis 1 :3 variiert werden. Üblicherweise wird die Mischung A ein- bis fünfmal, vorzugsweise ein- bis dreimal extrahiert. Für ein gutes Ergebnis sollten die Mischung A mindestens zweimal (2 Stufen) extrahiert werden. Für ein bestmögliches Ergebnis - Ab- wasser ohne Mono- und Dinitrotoluol sowie ohne Trinitrokresole - sollte mindestens eine dreistufige Extraktion Anwendung finden.
Die Extraktion wird nach den dem Fachmann bekannten Verfahren für die Flüssig/Flüssigextraktion durchgeführt. Vorzugsweise wird die Extraktion im Gegenstrom durchgeführt. Als Extraktionsapparate können beispielsweise Mixer/Settler Apparaturen oder gerührte mehrstufige oder gepulste Packungs- und Siebbodenkolonnen eingesetzt werden. Aber auch statische Mischer in Verbindung mit geeigneten Scheideapparaten oder Kolonnen ohne Energieeintrag können zur Durchführung der Extraktion zum Einsatz kommen. Um das Extraktionsergebnis zu verbessern, wird jedoch vorzugsweise bei der Extraktion mechanische Energie in das System eingetragen, beispielsweise durch Rühren oder Pulsen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Extraktion in einer pulsierenden Packungskolonne, einem Rührzellenextraktor oder einer Mixer-Settler-Apparat durchgeführt.
Für die Einstellung eines optimalen Misch- und Scheideverhaltens in dem eingesetzten Extraktionsapparat, besonders bei kleinen Verhältnissen Extraktionsmittel/Mischung A, kann das nach der Phasentrennung erhaltene, mit extrahierten neutralen Nitroaromaten und Hydroxynitroaromaten beladene Extraktionsmittel innerhalb jeder Gegenstromstufe im Kreis geführt werden und nur die dem entsprechenden vorgesehenen Verhältnis Extraktionsmittel/Mischung A frisch zugesetzte Menge Extraktionsmittel wird ausgeschleust und in die Nitrierung zurückgeführt. Das heißt eine bestimmte Menge frisches Extraktionsmittel wird zur Einstellung eines vorgesehenen Verhältnisses Extraktionsmittel/Mischung zugegegeben und eine diese Menge entsprechende Menge Extraktionsmittel wird ausgeschleust und in die Nitrierung rückgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Extraktionsmittel nach der Extraktion einschließlich der extrahierten neutralen Nitroaromaten und Hydroxynitroverbindungen in die Nitrieranlage zurückgeführt. Die wässrige Phase enthält nach der Extraktion üblicherweise ca. 100 - 500 ppm Extraktionsmittel. Die in der wässrigen Phase gelösten Rückstände des aromatischen Extraktionsmittels können in einer Ausführungsform der Erfindung durch Strippen oder Destillation aus der wässrigen Phase entfernt werden, beispielsweise mittels Dampfoder Stickstoff-Strippung. Der Energiebedarf für das Strippen der leichtflüchtigen Ex- traktionsmittel ist wesentlich geringer als der für das Strippen der daraus hergestellten Nitroverbindungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das bei der Strippung anfallende, noch Extraktionsmittel enthaltende Wasser zusammen mit dem bei der Strippung abgetrennten Extraktionsmittel dem alkalischen Waschwasser vor der Extraktion wieder zugesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert.
Bestimmung des TOC-Wertes:
TOC = organisch gebundener Gesamtkohlenstoff, gemessen nach DIN EN 1484 (1997) / AQS P-14 (1995):
Anwendungsbereich
Bestimmung der Massekonzentration an organischem Kohlenstoff in Trink-, Grund-, Oberflächen- und Abwasser. Es können der gesamte Kohlenstoff TC und der gesamte organische Kohlenstoff TOC bestimmt werden. Der anorganische Kohlenstoff TIC kann durch Subtraktion des TOC vom TC ermittelt werden.
Messprinzip
Im„Dimatoc 100" mit Ausgasungsgerät wird der anorganisch gebundene Kohlenstoff (Carbonate, Hydrogencarbonate usw.) durch Salzsäurezugabe mittels Stickstoff ausge- trieben. Anschließend wird die Probe in den Quarzreaktor dosiert. Hier findet die kata- lytische Oxidation des organisch gebundenen Kohlenstoffs bei 850 °C statt. Das entstandene Kohlendioxid wird im IR-Detektor erfasst.
Im Zweikanalgerät (2 Reaktoren mit je einem IR-Detektor) Dimatoc 100 ist auch eine Differenzmessung möglich: TOC = TC - TIC
Mit Hilfe einer Cellulose-Suspension wird die Partikelgängigkeit überprüft.
In allen Beispielen stammt das alkalische Prozessabwasser aus der Wäsche der organischen Phase aus der Nitrierung mit wässriger Natriumcarbonatlösung. Beispiel 1 Alkalisches DNT-Abwasser
Toluol-Extraktion in einer pulsierenden Packungskolonne mit einem Extraktionsverhältnis Toluol zu Abwasser = 1 : 3. Die Extraktion wurde mit alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung von Toluol ohne Ansäuern, mit Ansäuern auf 4 < pH < 4,8 und mit Ansäuern auf pH < 2 (erfindungsgemäß) durchgeführt.
220 l/h des alkalischen Abwassers (ca. 65°C, pH-Wert = 8,5) wurden in einem 50 Liter- Rührbehälter gerührt und ggf. mit 93%igen Abfallschwefelsäure, die sepaparat über eine Pumpe in den Rührbehälter zudosiert wurde, angesäuert. Zwischen Rührbehälter und Extraktionskolonne befand sich eine online-pH-Messung und das Abgas des sich bildenden Gemisches aus CO2 und NOx wurde über eine Leitung einem Verdichter und schließlich einer Absorberkolonne zugeführt. Die ggf. saure Mischung gelangte kontinuierlich mit einem Durchsatz von 220l/h von oben in die pulsierende Packungskolonne (pPK). Von unten wurde das Toluol im Gegenstrom mit einem Durchsatz von 73l/h nach oben befördert. Das leichte Lösungsmittel Toluol nahm die organischen Bestandteile auf und das so entstandene Toluol-Extrakt wurde nun oben über einen Seperator abgetrennt und in die Nitrierung zurückgeführt.
Die eingesetzte pPK mit einem Durchmesser DN 80 und einer Länge von 2400mm bestand aus 4 Extraktionsstufen. Die Kolonnen-Belastung betrug 61 ,32 m3/m2h bei einem Durchsatz von 293 l/h.
Die Analysenergebnisse des Ausgangsproduktes und der bei unterschiedlichen pH- Werten extrahierten Abwässer sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 :
DNT- Extrahiertes Extrahiertes AbExtrahiertes Ab¬
Abwasser Abwasser wasser (sauer, wasser (sauer, er¬
Ausgangs(alkalisch) nicht erfindungsfindungsgemäß) werte gemäß)
pH-Wert 8,5 8,3 4,8 1 ,0
DNT1 in ppm 804 14 12 1
MNT2 in ppm 6 < 1 < 1 < 1 TNK3 in ppm 258 236 258 8
Carbonat in % 1 ,66 1 ,23 - -
C02 in % - - - 63,1
NOx in % - - - 2,2
TOC4 in mg/L 1633 985 869 660
1 ) Summe 2,4- / 2,6- / 3,4-Dinitrotoluol
2) Summe 2- / 3- / 4-Mononitrotoluol
3) Summe 2,4,6- / 3,4,6-Trinitrokresol
4) gesamter organischer Kohlenstoff in
Beispiel 2: Toluol-Extraktion in einem Rührzellenextraktor
Extraktionsverhältnis Toluol zu Abwasser = 1 : 3. Die Extraktion wurde mit alkalischem Abwasser aus der Nitrierung ohne Ansäuern, mit Ansäuern auf 4 < pH < 4,8 und mit Ansäuern auf pH < 2 (erfindungsgemäß) durchgeführt.
120 l/h des alkalischen Abwassers (ca. 65°C) wurden in einem 50 Liter-Rührbehälter gerührt und ggf. mit der 93%igen Abfallschwefelsäure, die sepaparat über eine Pumpe in den Rührbehälter zudosiert wurde, auf einen pH-Wert 0,5 angesäuert. Zwischen Rührbehälter und Extraktionseinheit befand sich eine online-pH-Messung und das Abgas des durch die Ansäuerung sich bildenden Gemisches aus CO2 und NOx wurde zwischen Rührbehälter und Extraktionseinheit über eine Leitung einem Verdichter und schließlich einer Absorberkolonne zugeführt, damit die Abgase die Extraktion im Rührzellenextraktor (RZE) nicht negativ beeinflussen. Die Drehzahl des RZE betrug 200 U/min. Das saure Abwasser gelang kontinuierlich mit einem Durchsatz von 1201/h von oben in den RZE. Von unten wurde das Toluol im Gegenstrom mit einem Durchsatz von 401/h nach oben befördert. Das leichte Lösungsmittel Toluol nahm die organischen Bestandteile auf und das so entstandene Toluol-Extrakt wurde nun oben über einen Seperator abgetrennt und in die Nitrierung zurückgeführt.
Der eingesetzte RZE mit einem Durchmesser DN 100 und einer Länge von 1000mm bestand aus 15 Extraktionsstufen. Die Belastung des RZE betrug 20,37 m3/m2h bei einem Durchsatz von 160 l/h.
Die Analysenergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2:
Figure imgf000014_0001
5) Summe Trinitrokresole (2,4,6- / 3,4,6- / 2,5,6- / 4,5,6-TNK)
6) Gehalt an 2,4-Dinitrobenzoesäure + 4-Nitrobenzoesäure
Beispiel 3: Toluol-Extraktion in einer pulsierenden Packungskolonne
Extraktionsverhältnis Toluol zu Abwasser = 1 : 3. Die Extraktion wurde mit alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung ohne Ansäuern, mit Ansäuern auf 4 < pH < 4,8 und mit Ansäuern auf pH < 2 (erfindungsgemäß) durchgeführt.
Ein Gemisch aus alkalischem DNT-Abwasser und SAC-Abwasser (wässriges Destillat der Schwefelsäureaufkonzentrierung) in einem Mischungsverhältnis von 3 : 2 mit einem pH-Wert von 7,2 wurde in einem 50 Liter-Rührbehälter hergestellt und ggf. mit 93%igen Abfallschwefelsäure, die separat über eine Pumpe in den Rührbehälter zudosiert wurde, angesäuert. Zwischen Rührbehälter und pPK befand sich eine online- pH-Messung und das Abgas des sich bildenden Gemisches aus CO2 und NOx wurde über eine Leitung einem Verdichter und schließlich einer Absorberkolonne zugeführt, da u.a. die Gasentwicklung während der Förderung die Anlagensicherheit und die Durchsatzmenge der pPK negativ beeinträchtigt.
Das saure Abwasser gelangte kontinuierlich mit einem Durchsatz von 270l/h von oben in die pPK. Von unten wurde das Toluol im Gegenstrom mit einem Durchsatz von 90l/h nach oben befördert. Das leichte Lösungsmittel Toluol nahm die organischen Bestand- teile auf und das so entstehende Toluol-Extrakt wurde nun oben über einen Seperator abgetrennt und in die Nitrierung zurückgeführt.
Die eingesetzte pPK mit einem Durchmesser DN 80 und einer Länge von 2400mm bestand aus 4 Extraktionsstufen. Die Kolonnen-Belastung betrug hier 75,34 m3/m2h bei einem Durchsatz von 360 l/h.
Die Analysenergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3:
Figure imgf000015_0001
Beispiel 4: Alkalisches DNT-Abwasser + SAC-Abwasser
Toluol-Extraktion in einem Rührzellenextraktor mit einem Extraktionsverhältnis Toluol zu Abwasser = 1 : 3. Die Extraktion wurde mit alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung ohne Ansäuern, mit Ansäuern auf 4 < pH < 4,8 und mit Ansäuern auf pH < 2 (erfindungsgemäß) durchgeführt.
72l/h des alkalischen Abwassers (ca. 65°C) wurden mit 48l/h des wässrigen Destillats aus der Schwefelsäureaufkonzentration (Mischungsverhältnis 3 : 2) in einem 50 Liter- Rührbehälter vermischt und ggf. mit 93%igen Abfallschwefelsäure, die separat über eine Pumpe in den Rührbehälter zudosiert wurde, angesäuert. Zwischen Rührbehälter und RZE befand sich eine online-pH-Messung und das Abgas des durch die Ansäuerung sich bildenden Gemisches aus CO2 und NOx werde zwischen Rührbehälter und RZE über eine Leitung einem Verdichter und schließlich einer Absorberkolonne zugeführt, damit die Abgase die Extraktion im Rührzellenextraktor (RZE) nicht negativ beeinflussen. Die Drehzahl des RZE betrug 200 U/min. Das saure Abwasser gelange kontinuierlich mit einem Durchsatz von 1201/h von oben in den RZE. Von unten wurde das Toluol im Gegenstrom mit einem Durchsatz von 401/h nach oben befördert. Das leichte Lösungsmittel Toluol nahm die organischen Bestandteile auf und das so entstehende Toluol-Extrakt wurde nun oben über einen Seperator abgetrennt und in die Nitrierung zurückgeführt.
Der eingesetzte RZE mit einem Durchmesser DN 100 und einer Länge von 1000mm bestand aus 15 Extraktionsstufen. Die Belastung des RZE betrug 20,37 m3/m2h bei einem Durchsatz von 160 l/h. Die Analysenergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4:
Figure imgf000016_0001
Beispiel 5:
Toluol-Extraktion ohne vorheriges Ansäuern des alkalischen DNT-Abwassers in einer pulsierenden Packungskolonne DN 80 bei verschiedenen Extraktionsverhältnissen Toluol zu Abwasser bei maximalem Abwasserdurchsatz von 220 l/h (nicht erfindungsgemäß). Die Analysenergebnisse werden in Tabelle 5 gezeigt. Das Vorgehen war das gleiche wie in den Beispielen 1 und 3 beschrieben. Tabelle 5:
Figure imgf000017_0001
Die Phasentrennung und Extraktionsergebnis werden mit zunehmendem Überschuss an Abwasser schlechter. Beispiel e:
Toluol-Extraktion mit Ansäuern des alkalischen DNT-Abwassers auf pH < 2, erfindungsgemäß in einer pulsierenden Packungskolonne DN 80 bei verschiedenen Extraktionsverhältnissen Toluol zu Abwasser bei maximalem Abwasserdurchsatz von 220 l/h. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 gezeigt.
Tabelle 6:
Figure imgf000018_0001
Die Phasentrennung und das Extraktionsergebnis werden mit zunehmenden Über- schuss an Abwasser schlechter, aber das Endergebnis bezüglich der Extraktion z.B. der TNK ist dennoch deutlich besser im Vergleich zur Extraktion der nicht angesäuerten bzw. nur auf 4 < pH < 4,8 angesäuerten Abwässer (siehe Beispiel 4).
Beispiel 7: Alkalisches DNT-Abwasser
Toluol-Extraktion ohne Pulsator für Packungskolonne DN 80
Tabelle 7:
DNT-Abwasser Extrahiertes Extrahiertes Abwasser Ausgangswerte Abwasser (sauer, erfindungsgemäß)
(alkalisch)
Gewichtsverhältnis
Toluol : Abwasser 1 : 4 1 : 4
pH-Wert 8,5 8,3 1 ,5
DNT1 in ppm 757 149 96
MNT2 in ppm 4 3 1
TNK3 in ppm 1 16 121 42
TOC4 in mg/L 1516 1 132 954 Durch das Weglassen des Pulsators wird kaum mechanische Energie eingetragen und weniger Nitrotoluole und Nitrokresole extrahiert, wie im Vergleich mit Beispielen 5 und 6 (jeweils für das Verhältnis von Toluol zu Abwasser von 1 : 4) zu sehen ist.
Beispiel 8: Alkalisches DNT-Abwasser Toluolextraktion in einer Mixer-Settler-Apparatur 2 kg alkalisches DNT-Abwasser wurden mit 1 10g 93%ige Abfallschwefelsäure auf einen pH-Wert 0,5 angesäuert und in einer Mixer-Settler-Apparatur mit 1 kg Toluol im Verhältnis 1 : 2 (Toluol : Abwasser) extrahiert. Auch hier wurde das durch Ansäuerung entstehende Abgas (NOx + CO2) nach dem Rührprozess einer Abgas-Aufbereitung zur Herstellung von Salpetersäure zugeführt.
Tabelle 8:
Figure imgf000019_0001
Der Mixer-Settler-Versuch hat gezeigt, dass bei einem erhöhten Anteil an Extraktionsmittel die TNK problemlos auf unter 1 ppm gesenkt werden können und auch die ansonsten schlecht extrahierbaren Nitrobenzoesäuren (sehr kleine Verteilungskoeffizienten) nach 6 Extraktionsstufen auf nur 8% gegenüber dem Ausgangswert gesenkt werden konnten. Beispiel 9:
Gemisch aus alkalischem DNT-Abwasser, saurem DNT-Abwasser und
Destillat aus der Schwefelsäureaufkonzentration im Verhältnis 2 : 1 : 3, pH
Toluol-Extraktion mit einer Mixer-Settler-Apparatur
Tabelle 9:
Figure imgf000020_0001
Ein Abwassergemisch mit einem pH-Wert von 4,8 führt nur zur Extraktion von MNT und DNT. Die Nitrokresole und Nitrobenzoesäuren werden nicht extrahiert, d.h. die Gesamtmenge an Nitrokresole und Nitrobenzoesäuren wird mit dem Abwasser der Ozonung / Thermolyse / biologischen Aufarbeitung zugeführt.
Fazit:
Bei extrem sauer eingestelltem Abwasser und bei optimierten Extraktionsverhältnissen sowie technologischen Verfahrensbedingungen können MNT, DNT und NK gänzlich extrahiert werden und auch die Extraktion der Nitrobenzoesäuren lässt sich auf ein Minimum reduzieren. Beispiel 10: Reduktion des Nitritgehaltes
Ein alkalisches Prozessabwasser aus der DNT-Herstellung mit einem pH-Wert von 8,5 wurde auf pH=0,5 mit 93%iger aufkonzentrierter Schwefelsäure angesäuert und mit einer Mixer-Settler-Apparatur gemäß Beispiel 8 mit 3 Extraktionsstufen mit Toluol ex- träniert. Die Nitritkonzentrationen des alkalischen Prozesswassers, der angesäuerten Mischung und des mit Toluol extrahierten Abwassers sind in Tabelle 10 dargestellt. Tabelle 10:
DNT-Abwasser Angesäuertes AbExtrahiertes DNT- pH=8,5 wasser pH=0,5 Abwasser (Stufe 3)
Nitritgehalt [mg/l] 3843 23 <1

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Aufarbeitung von alkalischem Prozessabwasser aus der Nitrierung von aromatischen Verbindungen zu Mono-, Di- und Trinitroaromaten mit einem pH-Wert von 7,5 bis 13 oder eines Gemisches W mit einem pH-Wert von 6 bis 10 aus alkalischem Prozessabwasser und dem wässrigen Destillat der Schwefelsäureaufkonzentrierung umfassend die Schritte a) Ansäuern des alkalischen Prozessabwassers oder des Gemischs W durch Zugabe von aufkonzentrierter Schwefelsäure, die aus der Aufarbeitung der bei der Nitrierung anfallenden wässrigen, schwefelsäurehaltigen Phase stammt, auf einen pH-Wert unterhalb von 2, wobei eine Mischung A aus sich abscheidender organischer Phase und saurer wässriger Phase entsteht, und
b) Extraktion der Mischung A mit einem aromatischen Extraktionsmittel.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ansäuerung verwendete aufkonzentrierte Schwefelsäure eine Konzentration von 85 bis 95 Gew.-%, bevorzugt von 90 bis 93 Gew.-% aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte aus der Nitrierung anfallende Abfallschwefelsäure in Schritt a) eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als aromatisches Extraktionsmittel die aromatische Verbindung verwendet wird, die als Ausgangsverbindung bei der Nitrierung eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zu nitrierenden aromatischen Verbindung um Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol und/oder Dichlorbenzol handelt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von aromatischem Extraktionsmittel zu Mischung A bei 1 : 10 bis 1 :2, bevorzugt bei 1 :5 bis 1 :3 liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion bei Temperaturen von 20 bis 80 °C, bevorzugt von 60 bis 70 °C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim Ansäuern in Schritt a) abscheidende, Stickoxide enthaltende Gasmischung vor der Extraktion abgetrennt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim Ansäuern in Schritt a) abscheidende, Stickoxide enthaltende Gasmischung vor der Extraktion abgetrennt und zur Verwertung bei der Salpetersäureherstellung eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim Ansäuern in Schritt a) abscheidende, Stickoxide enthaltende Gasmischung vor der Extraktion abgetrennt und in die Salpetersäurerückgewinnung der Nitrieranlage rückgeführt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel nach der Extraktion einschließlich der extrahierten Nitroaromaten und Hydroxynitroverbindungen in die Nitrieranlage zurückgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion im Gegenstrom durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion mit Eintrag von mechanischer Energie durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion in einer pulsierenden Packungskolonne, einem Rührzellenextraktor oder einer Mixer-Settler-Apparatur durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in der wässrigen Phase gelösten Rückstände des aromatischen Extraktionsmittels durch Strippen oder Destillation entfernt werden.
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