WO2014060463A1 - Method for producing cyclohexane with pre-separation of dimethylpentanes - Google Patents

Method for producing cyclohexane with pre-separation of dimethylpentanes Download PDF

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WO2014060463A1
WO2014060463A1 PCT/EP2013/071605 EP2013071605W WO2014060463A1 WO 2014060463 A1 WO2014060463 A1 WO 2014060463A1 EP 2013071605 W EP2013071605 W EP 2013071605W WO 2014060463 A1 WO2014060463 A1 WO 2014060463A1
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WO
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cyclohexane
stream
dmp
benzene
mcp
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/071605
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Schmitt
Katharina SPUHL
Jochen BÜRKLE
Stefan Bitterlich
Steffen Tschirschwitz
Michael HÜBNER
Pawel CZAJKA
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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    • C07C5/10Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation of aromatic six-membered rings
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
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    • C07C2601/00Systems containing only non-condensed rings
    • C07C2601/12Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring
    • C07C2601/14The ring being saturated

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of cyclohexane from benzene and / or methylcyclopentane (MCP) by hydrogenation or isomerization.
  • the DMP are separated off from a hydrocarbon mixture (KG1) which, in addition to benzene and / or MCP, also contains dimethylpentane (DMP) in a distillation apparatus (D1).
  • DMP dimethylpentane
  • D1 dimethylpentane
  • D1 dimethylpentane
  • D1 dimethylpentane
  • Cyclohexane is an important value product of the chemical industry, which can be produced for example by hydrogenation of benzene or by isomerization of methylcyclopentane (MCP).
  • MCP methylcyclopentane
  • the educts (benzene or MCP) which can be used for cyclohexane preparation are generally not present in practice as pure substances, but rather as constituents of hydrocarbon mixtures.
  • the concrete composition of the hydrocarbon mixtures can vary widely. Often, benzene and / or MCP are contained in hydrocarbon mixtures derived from a steam cracking process. As further components, dimethylpentanes (DMP) are frequently included in such hydrocarbon mixtures. In addition, these hydrocarbon mixtures may already contain the actual target product cyclohexane.
  • DMP dimethylpentanes
  • the cyclohexane in order to obtain a pure target product, that is specification-compliant cyclohexane, the cyclohexane must be separated from all other components present in the hydrocarbon mixture used which are still present after the hydrogenation or isomerization, ie also from DMP contained in the starting mixture.
  • the separation of the DMP from the actual process product cyclohexane is technically quite demanding and expensive, especially when it is the DMP isomer 2,4-dimethylpentane (2,4-DMP).
  • the normal boiling point of 2,4-DMP at 80.52 ° C is very similar to the normal boiling point of cyclohexane (80.78 ° C), whereas the normal boiling points of the other DMP isomers are more distant from cyclohexane (2,3-DMP has, for example, a normal boiling point of 89.88 ° C).
  • US-A 2,846,485 discloses a process for producing high purity cyclohexane and benzene using a mixture comprising n-hexane, benzene, MCP, Cyclohexane and DMP contains.
  • benzene is separated from the other educt components.
  • the benzene-substantially liberated educt is combined with a mixture containing cyclohexane and MCP and comes from the bottom of a second fractional distillation zone.
  • the mixture thus combined is fed into a first fractional distillation zone, an MCP-containing fraction being removed overhead and a cyclohexane-containing fraction being separated from the bottom.
  • the overhead product of the first fractional distillation zone is first passed to an isomerization zone in which the bulk of MCP is isomerized to cyclohexane using Fried I force catalysts such as aluminum chloride, which may additionally contain HCl.
  • the isomerization product is introduced into the second fractionating distillation zone described above to separate there n-hexane and low boilers as the top product.
  • the bottom product from the first fractional distillation zone is transferred to a second extractive distillation zone in which a mixture containing cyclohexane from the bottom is separated from the overhead DMP.
  • US Pat. No. 3,311,1667 relates to a process for the removal of benzene from a mixture which is subsequently fed into an isomerization of MCP to cyclohexane.
  • benzene is hydrogenated with hydrogen to cyclohexane in the presence of a suitable catalyst, for example a metal catalyst on kieselguhr.
  • the isomerization of MCP to cyclohexane is carried out in the presence of metal halides such as acid-reinforced aluminum halide.
  • metal halides such as acid-reinforced aluminum halide.
  • EP-A 1 995 297 discloses a process and associated apparatus for the hydrogenation and decyclization of benzene and the isomerization of C 5 -C 6 paraffins contained in a mixture containing not more than 1% by weight. can be used, wherein the elements of the platinum group, tin or cobalt and molybdenum are suitable as metal.
  • the isomerization of the mixture obtained in the hydrogenation which may contain a residual amount of benzene, in particular zeolites are used as catalyst.
  • the parameters are set in the isomerization in such a way that an opening of the cyclohexane rings obtained in the hydrogenation of benzene to isoalkanes is achieved.
  • EP-A 1 995 297 contains no information that the educt used can contain DMP or that the separation of cyclohexane and DMP is problematic.
  • Ionic liquids are suitable, inter alia, as catalysts for the isomerization of hydrocarbons.
  • a corresponding use of an ionic liquid is disclosed for example in WO 201 1/069929, where a special selection of ionic liquids in the presence of an olefin is used for the isomerization of saturated hydrocarbons, in particular for the isomerization of methylcyclopentane (MCP) to cyclohexane.
  • MCP methylcyclopentane
  • An analogous process is described in WO 201 1/069957, although the isomerization does not take place in the presence of an olefin, but rather with a copper (III) compound.
  • US-A 2005/0082201 discloses a process for the preparation of gasoline with a low benzene content, wherein first in a first process step, a hydrocarbon mixture containing benzene, olefins and sulfur-containing compounds such as thiophenes, is fed to a distillation column from the overhead the low-boiling Compounds, a side draw a benzene-containing fraction and from the bottom of the column, the high boilers are separated. In a second stage of the process, the fraction recovered from the side draw is hydrogenated in the presence of a hydrogenation catalyst to convert benzene to cyclohexane and the thiophenes to hydrogen sulfide.
  • cyclohexane-containing mixture is suitable for the production of gasoline with a low benzene content.
  • An isolation of the cyclohexane contained therein or an isomerization of MCP to cyclohexane are not disclosed in US-A 2005/0082201, the same applies to a possible presence of DMP in the starting mixture.
  • WO 2010/027987 relates to another process for reducing the concentration of benzene in a hydrocarbon-containing mixture.
  • a benzene-containing fraction comprising benzene and other C 6 hydrocarbons is separated from a high boiler fraction comprising carbons of seven and more carbon atoms.
  • the benzene-containing fraction is then hydrogenated the hydrogenation of benzene is formed cyclohexane.
  • WO 2010/027987 also contains no information that cyclohexane can be isolated from the mixture obtained in the hydrogenation; on the contrary, this process product should also be used for gasoline production. Neither does this document disclose isomerization of MCP to cyclohexane or the presence of DMP in the starting hydrogen mixture.
  • the object underlying the present invention is to provide a novel process for the preparation of cyclohexane from a hydrocarbon mixture. Furthermore, there should be the possibility that optionally contained in the hydrocarbon mixture cyclohexane can be recovered.
  • the object is achieved by a process for the preparation of cyclohexane, comprising the following steps a) feed of a hydrocarbon mixture (KG1), comprising
  • dimethylpentane (DMP) in a distillation apparatus (D1) b) separating a stream (S1) containing DMP from the bottom of the distillation apparatus (D1), c) separating a stream (S2) containing benzene and / or MCP from an outlet of Distillation device (D1), wherein the outlet is arranged above the sump of (D1), d) feeding the stream (S2) into at least one device (V) which is suitable for hydrogenation and / or isomerization, wherein in the device (V) the production of the cyclohexane by hydrogenation of benzene and / or by isomerization of MCP and the distillation device (D1) upstream of the device (V) is arranged.
  • DMP dimethylpentane
  • Pure cyclohexane can be prepared from benzene and / or MCP in an advantageous manner by the process according to the invention if hydrocarbon mixtures (starting mixtures) are used for the production of cyclohexane which, in addition to benzene and / or MCP, also contain DMP.
  • Another advantage of the method according to the invention is the fact that it can be carried out very flexibly.
  • hydrocarbon mixture used after DMP has been completely or at least largely separated off (KG1) ("DMP pre-separation"), hydrogenation and / or isomerization can be carried out If the starting mixture comprises MCP If both a hydrogenation and an isomerization is carried out, the order is arbitrary, preferably according to the invention first the hydrogenation and then the isomerization carried out.
  • the extremely complex separation, in particular distillation, of DMP can be circumvented from the cyclohexane process product, in particular when the DMP is 2,4-dimethylpentane (2,4-DMP) and this is present in the starting mixture in a concentration> 100 ppm, This significantly reduces the energy and equipment expense in the production of pure or high-purity cyclohexane.
  • the DMP contained in the starting mixture can advantageously be completely or almost completely removed from the starting mixture by the preliminary separation.
  • the process according to the invention is particularly preferably carried out in such a way that the DMP present in the starting mixture is separated completely or almost completely (up to 2% based on the amount of all DMP isomers contained in the starting mixture) from the starting mixture by DMP preliminary separation.
  • an almost complete DMP removal from the starting mixture can also be defined via the amount of DMP remaining in stream (S2) with respect to MCP and / or benzene.
  • the amount of DMP withdrawn overhead from stream (S2) in the distillation apparatus based on the sum of the overhead amounts of MCP and benzene is at most 0.1% by weight.
  • the process according to the invention can be carried out independently of whether or not cyclohexane is already present in the hydrocarbon mixture used (starting mixture). If, in addition to DMP, cyclohexane itself is also present in the hydrocarbon mixtures used, this cyclohexane contained in the starting mixture is separated off in the course of the process according to the invention together with DMP via the bottom.
  • the disadvantage of reducing the amount of cyclohexane product associated with this case constellation is overcompensated by the above-described reduction in the expenditure of energy and apparatus.
  • this cyclohexane contained in the starting hydrocarbon mixture can be recovered.
  • the discharged together with the DMP from the process cyclohexane is separated by distillation, preferably by an extractive or entrainer distillation of DMP again.
  • the resulting cyclohexane, which is substantially free of DMP can be recycled to the actual process product (cyclohexane, which is prepared by the process according to the invention) or fed into the process of the invention at another point.
  • Example 2 from the cyclohexane product stream, it can be seen that the DMP separation is carried out by a much smaller amount of cyclohexane, since DMP is separated only from the cyclohexane contained in the starting hydrocarbon mixture and not from that in the hydrogenation and / or Isomerization formed cyclohexane, which is the actual process product. As a result, smaller devices and a smaller amount of energy are required for this separate DMP / cyclohexane separation.
  • distillation can be carried out in all embodiments known to the person skilled in the art (see, for example, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Published Online: 2 AUG 2004, Vol. 8 p.
  • an extractive distillation usually comprises at least one extractive distillation column and at least one regeneration apparatus, which is preferably also designed as a column and the extractive distillation column is connected downstream.
  • the carrying out of an extractive distillation for the separation of dense substances is as already described above, for example, described in US Pat. No. 4,053,369, US Pat. No. 4,955,468 or WO 02/22528.
  • rectification which is carried out in a corresponding rectification column (rectification apparatus), also called a rectification column or rectification apparatus, is understood as follows: In the rectification, the steam produced by distillation is passed in a rectification column in countercurrent to a In this way, more volatile components in the overhead and heavier volatile in the bottom product of the rectification are enriched.
  • DMP dimethylpentanes
  • the term "compounds having a normal boiling point of 79 to 84 ° C” means all hydrocarbons boiling at atmospheric pressure in the range of 79 to 84 ° C and the first or in the inventive process in the hydrocarbon mixture ( In the context of the process according to the invention, one or more of these compounds can be separated from one another If desired, individual or several of these compounds can also be listed separately in the following text as a constituent of mixtures or streams the other compounds with a normal boiling point of 79-84 ° C, which are not listed by name in the relevant stream or mixture (unless otherwise stated or, for example, inf olge a previous separation no longer possible) also be present in the corresponding stream or mixture. Optionally, one or more of these compounds may also fall within the definition of another selection of compounds, such as, for example, the definition of the term "C 5 -C 6 alkanes".
  • Examples of compounds having a normal boiling point of 79 to 84 ° C are cyclohexane (80.78 ° C), 2,2-DMP (79, 17 ° C), 2,4-DMP (80.52 ° C), 2, 2,3-trimethylbutane (80.87 ° C) and benzene (80.08 ° C).
  • Examples of low boilers with a normal boiling point> 84 ° C are 3,3-DMP (86,09 ° C), 2,3-DMP (89,88 ° C) and the iso-heptanes 2- Methylhexane (2-MH; 90.06 ° C), 3-methylhexane (3-MH; 91, 87 ° C) and 3-ethylpentane (3-EP, 93.45 ° C).
  • the two abovementioned groups of compounds may, if appropriate, also be combined to form a group of compounds.
  • the compounds are described as "high boiler with a normal boiling point
  • step a) the feed of a hydrocarbon mixture (KG1), comprising i) benzene and / or methylcyclopentane (MCP) and
  • the individual components of the hydrocarbon mixture (KG1) can be present in any desired concentrations / ratios.
  • the hydrocarbon mixture (KG1) preferably contains at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, of hydrocarbons having 5 to 8 carbon atoms.
  • the hydrocarbons may be saturated or unsaturated and / or cyclic, linear or branched.
  • the hydrocarbon mixture (KG1) contains between 10% by weight and 60% by weight, more preferably between 20% by weight and 50% by weight, MCP and / or between 1% by weight and 30% by weight. %, more preferably between 4% and 20% by weight of benzene.
  • cyclohexane is additionally present in the hydrocarbon mixture (KG1).
  • KG1 hydrocarbon mixture
  • v) optionally at least one further compound selected from olefins or C 5 -C 8 alkanes.
  • olefin cyclic olefins, particularly cyclohexene, and dienes and cyclic dienes.
  • olefin cyclic olefins, particularly cyclohexene, and dienes and cyclic dienes.
  • C 5 -C 8 alkanes also contain high boilers with a normal boiling point> 84 ° C. or compounds with a standard boiling point of 79 to 10 84 ° C.
  • hydrocarbons having more than eight carbon atoms and / or hydrocarbons with one can also be present in the hydrocarbon mixture (KG1) relatively low boiling point, for example, those having less than five carbon atoms.
  • the DMP contained in the hydrocarbon mixture (KG1) is preferably completely or almost completely (up to 2% based on the amount of DMP contained in (KG1)) of (KG1), in particular of benzene and / or MCP (ie the main components of the stream (S2)) separated.
  • an almost complete removal of DMP from the starting mixture can also be defined by the amount of DMP remaining in stream (S2) with respect to MCP and / or benzene.
  • the DMP amount withdrawn overhead from stream (S2) in the distillation apparatus (S2) is at most 0.1% by weight is at most 5 0.02 wt .-%.
  • the distillation apparatus (D 1) is a rectification column. Furthermore, it is preferred that the outlet of the distillation apparatus (D1), from which the stream (S2) is separated according to step c), is located above the inlet, with which the hydrocarbon mixture (KG1) is fed into (D1) the outlet is in the head of (D1).
  • the distillation apparatus (D1) contains no reaction zone in which benzene and / or MCP are hydrogenated, and / or the stream (S2) contains 35 at most 2%, preferably at most 0.5% of cyclohexane (based on the amount contained in the hydrocarbon mixture (KG1)).
  • step b) of the process according to the invention the separation of a stream (S1) comprising DMP preferably takes place from the bottom of the distillation apparatus (D 1).
  • the specific composition of the stream (S1) depends on the specific composition of the hydrocarbon mixture (KG1) used.
  • the current (KG1) is also cyclohexane, the stream (S1) usually contains most of the cyclohexane from (KG1), preferably> 90%.
  • the stream (S1) separated from the bottom of the distillation apparatus (D1) contains DMP and optionally further components.
  • the other components are preferably cyclohexane, high boilers with a normal boiling point> 78 ° C and / or unsaturated compounds. Some of the unsaturated compounds can also be considered as high boilers with a normal boiling point> 78 ° C.
  • the unsaturated compounds are preferably selected from benzene, olefins, cyclic olefins, in particular cyclohexene, dienes and cyclic dienes.
  • stream (S1) contains at least 98% of the DMP contained in the hydrocarbon mixture (KG1), more preferably at least 99% of the DMP. Furthermore, it is preferred that the stream (S1) separated from the bottom of the distillation apparatus (D1) contains at most 10%, preferably at most 5%, particularly preferably at most 2%, of the MCP contained in (KG1).
  • step c) of the method according to the invention the separation of a stream (S2) containing benzene and / or MCP from an outlet of the distillation apparatus (D1), wherein the outlet is disposed above the sump of (D1).
  • the specific composition of the stream (S2) depends on the specific composition of the hydrocarbon mixture (KG1) used.
  • the stream (S2) always necessarily contains benzene or MCP, preferably benzene and MCP. If cyclohexane is also present in the hydrocarbon mixture (KG1) used, the stream (S2) generally contains only a portion of the cyclohexane from (KG1), preferably ⁇ 10%.
  • step c) is carried out such that the stream (S2) contains at least 95%, preferably at least 98% of the hydrocarbon mixture (KG1) contained subset consisting of benzene and MCP and / or that the stream (S2) at most 0, 1 wt .-%, preferably at most 0.02 wt .-%, (based on the total amount of benzene and MCP in stream (S2)) DMP. More preferably, the stream (S2) contains at most 0.015 wt .-%, (based on the total amount of benzene and MCP in stream (S2)) 2,4-DMP.
  • step d) of the process according to the invention the current (S2) is fed into at least one device (V) which is suitable for hydrogenation and / or isomerization.
  • the device (V) the preparation of the cyclohexane by hydrogenation of benzene and / or by isomerization of MCP.
  • the Distillation device (D1) upstream of the device (V), the device (V) is thus downstream of the distillation device (D1).
  • step d hydrogenation and / or isomerization are carried out according to the invention in step d).
  • Hydrogenation is only necessary if (KG1) contains benzene and optionally cyclohexene.
  • isomerization is only required if (KG1) contains MCP.
  • both benzene (and optionally cyclohexene) and MCP according to the invention both a hydrogenation and an isomerization are carried out.
  • the hydrogenation and the isomerization are preferably carried out spatially separated from each other in at least one separate device (V) (see also the comments below in the text).
  • V separate device
  • Carrying out a hydrogenation of benzene as such for the production of cyclohexane and / or carrying out an isomerization of MCP as such for the production of cyclohexane are known in principle to the person skilled in the art.
  • the device (V) is at least one hydrogenation reactor (HR).
  • HR hydrogenation reactor
  • benzene is hydrogenated to cyclohexane in the hydrogenation reactor (HR), wherein the hydrogenation is preferably carried out using hydrogen.
  • the hydrogenation takes place in the liquid phase and / or in the presence of a nickel-containing catalyst.
  • Suitable catalysts are in principle all known to those skilled in the catalysts, such as a metal catalyst on diatomaceous earth according to US-A 3,311 1, 667 or metal-containing catalysts according to EP A 1 995 297, where as the metal elements of the platinum group, tin or cobalt and Molybdenum preferably be used.
  • the hydrogenation is carried out in the presence of a catalyst containing as active metal (also referred to as metal component or active component) at least one element of the 8th to 10th group of the Periodic Table of the Elements (PSE), for example iron, cobalt, nickel or ruthenium (corresponds to Subgroup VIIIB of the CAS version of the PSE), in particular nickel or ruthenium.
  • active metal also referred to as metal component or active component
  • the active metal is applied to a carrier material (carrier).
  • carrier material carrier. Suitable carriers are in principle all carriers known to the person skilled in the art, for example SiO 2 -containing, zirconium oxide-containing or aluminum oxide-containing carriers.
  • the device (V) thus comprises two hydrogenation reactors (HR).
  • the hydrogenation reactors (H R) are preferably designed as fixed bed reactors without internal cooling.
  • the hydrogenation is preferably operated so that the temperature difference between incoming and exiting mixture is monitored continuously and when this value falls below a certain setpoint, the inlet temperature is raised.
  • the hydrogenation reactors are operated in trickle mode.
  • the hydrogenation is followed by an apparatus in which is expanded to a pressure below that set in the post-reactor pressure.
  • a gas stream is produced which contains hydrogen previously dissolved in the hydrocarbon mixture and in any case is compressed and returned to at least one of the hydrogenation reactors (HR).
  • the hydrogenation is preferably carried out at a temperature between 50 and 200 ° C, more preferably between 100 and 180 ° C and / or a pressure between 10 and 300 bar abs., Particularly preferably between 30 and 200 bar abs. carried out.
  • the total conversion of the benzene (and optionally other unsaturated compounds present in the stream (S2)) is at least 90%, more preferably 99%, and / or the residual content of the benzene (and optionally other im Current (S2) unsaturated compounds contained) 1 wt .-%, preferably at most 0, 1 wt .-%, particularly preferably at most 0.01 wt .-% is.
  • the device (V) is at least one suitable device (VAI) for carrying out an alkane isomerization.
  • MCP is isomerized to cyclohexane, preferably in the presence of an acidic ionic liquid.
  • Suitable catalysts are in principle all catalysts known to those skilled in the art, for example Friedel-Crafts catalysts according to US-A 2,846,485 such as aluminum chloride, which may additionally contain HCl, or metal halides according to US-A 3,311 1, 667 such as aluminum chloride, zirconium chloride or boron trifluoride , Also suitable as catalysts are the zeolites or ionic liquids used in EP-A 1 995 297, as used, for example, in WO 201 1/069929.
  • the isomerization is preferably carried out in the presence of an acidic ionic liquid having the composition K1 Al n X (3n + 1) , wherein K1 is a monovalent cation, X is halogen and 1 ⁇ n ⁇ 2.5.
  • an acidic ionic liquid having the composition K1 Al n X (3n + 1) , wherein K1 is a monovalent cation, X is halogen and 1 ⁇ n ⁇ 2.5.
  • K1 Al n X (3n + 1)
  • K1 is a monovalent cation
  • X is halogen
  • 1 ⁇ n ⁇ 2.5 1 ⁇ n ⁇ 2.5.
  • mixtures of two or more acidic ionic liquids can be used, preferably an acidic ionic liquid is used.
  • K1 is preferably an unsubstituted or at least partially alkylated ammonium ion or a heterocyclic (monovalent) cation, in particular a pyridinium ion, an imidazolium ion, a pyridazinium ion, a pyrazolium ion, an imidazolinium ion, a thiazolium ion, a triazolium ion, a pyrrolidinium ion, an imidazolidinium ion or a phosphonium ion.
  • X is preferably chlorine or bromine.
  • the acidic ionic liquid contains as cation at least a partially alkylated ammonium ion or a heterocyclic cation and / or as an anion a chloroaluminum having the composition Al n Cl (3n + 1) with 1 ⁇ n ⁇ 2.5.
  • the at least partially alkylated ammonium ion contains one, two or three alkyl radicals having (each) one to ten carbon atoms. If two or three alkyl substituents with the corresponding ammonium ions are present, the respective chain length can be selected independently of one another, preferably all alkyl substituents have the same chain length. Particularly preferred are trialkylated ammonium ions having a chain length of one to three carbon atoms.
  • the heterocyclic cation is preferably an imidazolium ion or a pyridinium ion.
  • the acidic ionic liquid contains as cation an at least partially alkylated ammonium ion and as anion a chloroalumination with the composition Al n Cl (3n + 1) with 1 ⁇ n ⁇ 2.5.
  • examples of such particularly preferred acidic ionic liquids are trimethylammonium chloroaluminate and triethylammonium chloroaluminate.
  • a hydrogen halide (HX) may also be used as a cocatalyst.
  • HX hydrogen fluoride
  • Hl hydrogen chloride
  • HBr hydrogen bromide
  • Hl hydrogen iodide
  • the hydrogen halides can also be used as a mixture, but preferably only one hydrogen halide is used in the context of the present invention.
  • the hydrogen halide whose halide moiety is also contained in the above-described acidic ionic liquid (at least partially) in the corresponding anion is used.
  • the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl) or hydrogen bromide (HBr).
  • the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl).
  • the device (V) for carrying out the isomerization, it is possible in principle to use all devices known to the person skilled in the art for such a purpose.
  • the device (V) is a stirred tank or a stirred tank cascade.
  • Rlickkesselkaskade means that two or more, for example, three or four, 15 stirred tank are connected in series (in series).
  • the isomerization is preferably carried out at a temperature between 0 ° C and 100 ° C, more preferably at a temperature between 30 ° C and 60 ° C. Furthermore, it is preferred that the pressure during the isomerization is between 1 and 20 bar abs. (absolute), preferably between 2 and 10 bar abs., Is.
  • Hydrogen halide in particular hydrogen chloride, preferably introduced in gaseous form into the device (V) for carrying out the isomerization.
  • the hydrogen halide may, at least in part, be contained in the two aforementioned liquid phases, preferably the hydrogen halide forms a separate gaseous phase.
  • the isomerization in the apparatus (V) is preferably carried out such that two liquid phases and one gas phase are present in a stirred tank or a stirred tank cascade.
  • the first liquid phase contains at least 90% by weight of the acidic ionic liquid and the second liquid phase contains at least 40-90% by weight of the hydrocarbons.
  • the gas phase contains at least 90% by weight of at least one hydrogen halide, preferably hydrogen chloride. Possibly contains, from which the ionische liquid is formed, as for example AICI 3 .
  • the pressure and composition of the gas phase are adjusted so that the partial pressure of the gaseous hydrogen halide, in particular of HCl gas, in the gas phase between 1 and 20 bar abs., Preferably between 2 and 10 bar abs. is.
  • the process according to the invention is carried out with hydrocarbon mixtures (KG1) which contain both benzene and MCP.
  • hydrocarbon mixtures KG1 which contain both benzene and MCP.
  • hydrogenation and isomerization of the starting mixture completely or at least substantially freed from DMP are carried out for cyclohexane preparation according to step d) after the preliminary DMP separation. It is therefore a combination of the above-described first and second embodiments according to step d), wherein the above-described explanations to the first and second embodiments apply mutatis mutandis to the present third embodiment.
  • the hydrogenation and the isomerization can be performed together in a single device (V), preferably in this third embodiment of the process according to the invention, the hydrogenation and the isomerization carried out spatially separated from each other.
  • the device (V) preferably comprises at least one hydrogenation reactor (HR) (for the hydrogenation) and at least one device (VAI) suitable for carrying out an alkane isomerization.
  • HR hydrogenation reactor
  • VAI device
  • the sequence or the number of stages is arbitrary, preferably first a hydrogenation and then an isomerization is carried out.
  • the hydrogenation can be carried out, for example, in one or in two reactors connected in series ("two-stage") .
  • the same applies to the isomerization which can be carried out, for example, in a stirred tank cascade of three or more stirred tanks in succession and / or isomerization in at least one device (V) resulting cyclohexane is usually isolated from the device (V) cyclohexane in a purity of at least 98 wt .-%, preferably at least 99.5 wt.%, Particularly preferably 99
  • the isolation of the cyclohexane is preferably carried out from the mixture obtained in the last device (V), that is, the device (V) located furthest downstream.
  • the isolation as such is carried out by methods known to those skilled in the art, for example using one or more Distillation in which in the device (V) after hydrogenation and / or isomerization contained cyclohexane-containing mixture is fed.
  • the device (V) designed according to the first, second, third or (subsequent) fourth embodiment comprises, in addition to the mentioned reaction apparatuses, further devices, in particular means for separating substances, eg. B. by rectification or distillation. Such devices may be used, for example, to isolate cyclohexane and / or to separate high boilers from a mixture or the target product.
  • FIG. 1 again illustrates the method according to the invention in accordance with a preferred embodiment of steps a) to d).
  • CH is cyclohexane
  • B is benzene and the terms in parenthesis indicate the most relevant and / or major components of the particular stream for the process.
  • Benzene and / or MCP can be present in the starting mixture (KG1) and correspondingly in the stream (S2), preferably benzene and MCP are present.
  • the device (V) is selected according to the composition of (KG1) / the current (S2) as described above (first to third embodiments). When both benzene and MCP are present, the device (V) comprises both hydrogenation and isomerization (third embodiment).
  • the hydrogenation is preferably carried out in at least one reactor, the isomerization preferably in a stirred tank or a stirred tank cascade, wherein the isomerization of the hydrogenation is connected downstream.
  • the cyclohexane optionally present in the stream (S1) is separated off from DMP, in particular by distillation in a distillation apparatus (D2).
  • the stream (S1) is introduced into the distillation apparatus (D2), wherein in (D2) cyclohexane is separated off from DMP.
  • the concrete composition of the stream (S1) has already been described above in connection with step b) according to the invention.
  • the distillation or the distillation apparatus (D2) can be one-stage or multi-stage, for example two-stage or three-stage, preferably three-stage.
  • the number of stages (stage) is the number of columns, each including ancillary apparatus such. B.
  • distillation apparatus D2
  • a three-stage distillation apparatus (D2) means that a total of three columns, each including ancillary equipment such.
  • (D2) comprises an extractive distillation column.
  • distillation apparatus (D2) comprises an extractive distillation column, (Extractive adjuvant). Extractive auxiliaries as a rule compounds are used, for which the following formula (1) applies:
  • Dilution, n preferably 1, 1, particularly preferably 1, 3.
  • Particularly suitable extractive aids are N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine.
  • compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide or other compounds known to the skilled person as non-protic polar solvents are also suitable.
  • the cyclohexane / DMP separation comprises the following steps i) to iii) and optionally step iv), wherein the distillation apparatus (D2) is formed by the three components (D2-1) to (D2-3): i) a rectification column (D2-1), in which the majority of the high boiler with a normal boiling point> 84 ° C (based on the amount in the feed to (D2-1) over
  • the term "majority” means at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 95% by weight, in particular at least 99% by weight (the values are to be understood as proportions of the respective feed stream).
  • the optional step iv) contained in the above embodiment is usually carried out only if the stream (S1) contains unsaturated compounds which are thus also fed to the distillation apparatus (D2) and which, moreover, do not pass through the bottom of the rectification column ( D2-1) are removed from the process.
  • the hydrogenation according to optional step iv) can be carried out analogously to the hydrogenation according to the first embodiment described above, preferably it is carried out in one stage.
  • cyclohexane / DMP separation can also be carried out without a rectification column (D2-1) as a compulsory constituent.
  • the cyclohexane / DMP separation is carried out only by using the two columns (D2-2) and (D2-3) mutatis mutandis, optionally also a hydrogenation device can be downstream.
  • This variant is preferably carried out, provided that in the stream (S1) no or only a small proportion of high boilers with a normal boiling point> 84 ° C are included. If these high boilers are present, they are for the most part withdrawn together with the other compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C overhead (D2-2).
  • the above-described preferred embodiment using the extractive distillation column (D2-2) is preferably carried out and operated such that the DMP-containing stream withdrawn overhead from (D2-2) is less than 50% by weight, preferably less than 10% by weight. - contains% cyclohexane.
  • the cyclohexane-containing stream withdrawn via overhead regeneration column (D2-3) preferably contains less than 1% by weight, more preferably less than 10 ppm by weight of extractive assistant and / or less than 1% by weight, preferably less than 300 ppm Dimethylpentane, more preferably less than 150 weight ppm of 2,4-dimethylpentane.
  • cyclohexane in a purity of at least 98 wt .-%, in particular at least 99.5 wt .-%, from (D2) is isolated.
  • the same considerations apply as stated above in connection with the isolation of the cyclohexane from the device (V).
  • the cyclohexane derived from the distillation apparatus (D2) according to the fourth embodiment may be combined with the cyclohexane prepared in the apparatus (V) according to the first to third embodiments.
  • FIG. 2 The fourth embodiment of the present invention described above is additionally illustrated below in a preferred embodiment in conjunction with FIG.
  • the abbreviations, arrows and other symbols have an analogous meaning, which has been described above for FIG. 1 or in the description of this preferred embodiment.
  • a distillation apparatus (D2) consisting essentially of three columns ((D2-1) to D2-3)) is used, which is followed by a hydrogenation apparatus.
  • the individual columns may also include ancillary equipment such as sump evaporators or condensers, which are not shown in Figure 2 for clarity.
  • HV hydrogenation device
  • EHM extractive aid
  • S> 84 means low boiler with a normal boiling point> 84 ° C
  • 24DMP means 2,4-dimethylpentane and the bracketed terms give the most relevant and / or major components of the respective stream at.
  • 24DMP is exemplified as the preferred component of (other) compounds with a normal boiling point of 79-84 ° C.
  • the extractive aid used is preferably N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
  • the stream (S1) preferably from the bottom of the distillation apparatus (D1), which contains DMP, cyclohexane, unsaturated compounds and, if appropriate, high boilers having a normal boiling point> 78 ° C., is fed into the rectification column (D2-1).
  • the unsaturated compounds are preferably selected from benzene, olefins, cyclic olefins, in particular cyclohexene, dienes and cyclic dienes.
  • the concentration of the cyclohexane present in the stream (S1) takes place, the stream (S1) first being rectified in a component which boils heavier than cyclohexane (ie, for example, 3,3-DMP and other high boilers having a normal boiling point) 84 ° C or correspondingly boiling unsaturated compounds) enriched stream 15 and a heavier than cyclohexane boiling components other compounds having a boiling point of 79 to 84 ° C, at least a portion of the unsaturated compounds and a residual amount of high boilers having a normal boiling point> 84 ° C) is separated.
  • Stream 15 may, for example, be fed to a steam cracking process as cofeed or used as part of fuel blends.
  • Stream 16 is fed to an extractive distillation column (D2-2).
  • a at least one extractive aid (EHM) containing stream 17 is performed.
  • EHM extractive aid
  • a stream 18 is taken, which is compared to stream 16 at other compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, in particular to 2,4-DMP, enriched.
  • the stream 18 contains a majority of the other compounds contained in the stream 16 with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, in particular to 2,4-DMP.
  • a stream 19 is taken, containing the extractive aid, cyclohexane and the unsaturated compounds, wherein in stream 19 the concentration ratio cyclohexane / other compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, especially 2,4-DMP, is higher than in the stream 16.
  • the extractive distillation column (D2-2) is preferably carried out and operated so that stream 18 contains at most 100 ppm by weight, preferably at most 10 ppm by weight, more preferably at most 1 ppm by weight of extractive auxiliary. This can be achieved by the highest feed of an EHM-containing stream at least 5, preferably at least 10 theoretical plates (according to the definition of the skilled worker) below the head and / or (D2-2) with a reflux ratio of at least 5, preferably at least 10 is operated.
  • Stream 19 is passed, optionally after preheating, into the regeneration column (D2-3).
  • stream 21 contains superficially the extractive aid, a subset of cyclohexane and (optionally) a residual amount of other Stripped compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, in particular to 2,4-DMP).
  • stream 21 contains superficially the extractive aid, a subset of cyclohexane and (optionally) a residual amount of other Stripped compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, in particular to 2,4-DMP).
  • a discharge stream (purge stream) 21 a is branched off, which preferably accounts for at most 5%, particularly preferably at most 1%, of the amount of stream 21.
  • the remaining stream is, if appropriate after cooling (which can also take place in the heat network with preheating of stream 19) at least partially fed to the stream 17 and / or returned in the vicinity of the stream 16 in the extractive distillation column (D2-2).
  • Stream 20 is optionally passed into the hydrogenation device (HV) along with a hydrogen-containing stream in which the unsaturated compounds selected from benzene, olefins, cyclic olefins, especially cyclohexene, dienes and cyclic dienes, are hydrogenated with the aid of a suitable catalyst.
  • hydrogen can also be introduced separately from stream 20 in (HV), as shown in FIG.
  • the stream 22 obtained in the hydrogenation contains cyclohexane as the main constituent and may, if appropriate, be worked up further, for example specification-compliant (high-purity) cyclohexane can be isolated from stream 22.
  • the stream 22 can also be combined with the cyclohexane or a cyclohexane-containing stream which is prepared in the process according to the invention in the device (V) (according to the first to third embodiments).
  • DMP Dimethypentane 0.8% by weight
  • distillation apparatus D1 is arranged once before the apparatus V (Example 1) and once after the apparatus V (Comparative Example 2). 1st example with pre-separation of DMP
  • Example 1 is carried out according to the embodiment schematically illustrated in FIG.
  • Said hydrocarbon mixture KG1 (for detailed composition, see Table 1) is introduced into a distillation apparatus D1 (rectification column).
  • D1 distillation apparatus
  • the DMP contained in KG1 is separated off via the bottom of D1 (S1) in such a way that stream S2 still contains at most 0.1% by weight, based on benzene and MCP, of DMP (see S2 Table 1).
  • Stream S2 is withdrawn as distillate from D1 and contains the corresponding benzene and MCP. Subsequently, this is placed in a device V, in which cyclohexane is prepared by hydrogenation of benzene and by isomerization of MCP. The cyclohexane produced leaves device V with a purity of at least 99.9% by weight (see CH Table 1).
  • Comparative Example 2 is shown schematically in FIG. Unless otherwise indicated, in FIG. 3 the abbreviations and symbols have the same meanings as described above for FIGS. 1 or 2.
  • the said hydrocarbon mixture KG1 (detailed composition see Table 1) is in this case fed first to the device V, in which cyclohexane is prepared by hydrogenation of benzene and by isomerization of MCP.
  • the DMP is not separated in an upstream column.
  • the stream S2 * coming from the hydrogenation or isomerization stage, is now placed in a distillation apparatus (rectification column).
  • the DMP contained in S2 * is removed via the bottom as stream S1 * , so that a purity of 98% by weight is given for CH in the distillate.
  • the detailed compositions of the individual streams are in Table 2.

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Abstract

The present invention relates to a method for producing cyclohexane from benzene and/or methylcyclopentane (MCP) by hydrogenation or isomerisation. Prior to cyclohexane production, the dimethylpentanes (DMP) are separated in a distillation device (D1) from a hydrocarbon mixture (KG1) which contains DMP in addition to benzene and/or MCP. If cyclohexane is already present in the hydrocarbon mixture (KG1), the cyclohexane is separated initially with DMP in conjunction with benzene and/or MCP. The already present cyclohexane can be re-separated from DMP in a subsequent distillation step and can be recycled into the process in order to produce cyclohexane.

Description

Verfahren zur Herstellung von Cyclohexan mit einer Vorabtrennung von Dimethylpentanen  Process for the preparation of cyclohexane with a preliminary separation of dimethylpentanes
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyclohexan aus Benzol und/oder Methylcyclopentan (MCP) durch Hydrierung bzw. Isomerisierung. Vor der Cyclohexan-Herstellung werden aus einem Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ), das neben Benzol und/oder MCP auch Dimethylpentane (DMP) enthält, die DMP in einer Destillationsvorrichtung (D1 ) abgetrennt. Sofern in dem Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) bereits Cyclohexan enthalten ist, wird dieses Cyclohexan zunächst mit DMP gemeinsam von Benzol und/oder MCP abgetrennt. Dieses bereits vorhandene Cyclohexan kann von DMP in einem nachgeschalteten Destillationsschritt wieder abgetrennt und in das Verfahren zur Cyclohexan-Herstellung rückgeführt werden. The present invention relates to a process for the preparation of cyclohexane from benzene and / or methylcyclopentane (MCP) by hydrogenation or isomerization. Before the cyclohexane preparation, the DMP are separated off from a hydrocarbon mixture (KG1) which, in addition to benzene and / or MCP, also contains dimethylpentane (DMP) in a distillation apparatus (D1). If cyclohexane is already present in the hydrocarbon mixture (KG1), this cyclohexane is first separated off together with DMP from benzene and / or MCP. This already existing cyclohexane can be separated off again from DMP in a subsequent distillation step and recycled to the process for cyclohexane production.
Cyclohexan ist ein wichtiges Wertprodukt der chemischen Industrie, das beispielsweise durch Hydrierung von Benzol oder durch Isomerisierung von Methylcyclopentan (MCP) hergestellt werden kann. Die zur Cyclohexan-Herstellung verwendbaren Edukte (Benzol oder MCP) liegen in der Praxis in der Regel jedoch nicht als Reinstoffe vor, sondern als Bestandteil von Kohlenwasserstoffgemischen. Die konkrete Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffgemische kann stark variieren. Häufig sind Benzol und/oder MCP in Kohlenwasserstoffgemischen enthalten, die aus einem Steamcracking-Verfahren stammen. Als weitere Komponenten sind in solchen Kohlenwasserstoffgemischen häufig auch Dimethylpentane (DMP) enthalten. Darüber hinaus können diese Kohlenwasserstoffgemische auch bereits das eigentliche Zielprodukt Cyclohexan enthalten. Um jedoch ein reines Zielprodukt, also spezifikationsgerechtes Cyclohexan zu erhalten, muss das Cyclohexan von allen sonstigen im eingesetzten Kohlenwasserstoffgemisch enthaltenen Komponenten, die nach der Hydrierung bzw. Isomerisierung noch vorhanden sind, abgetrennt werden, also auch von im Ausgangsgemisch enthaltenen DMP. Die Abtrennung der DMP vom eigentlichen Verfahrensprodukt Cyclohexan ist jedoch technisch ziemlich anspruchsvoll und aufwändig, insbesondere wenn es sich um das DMP-Isomer 2,4-Dimethylpentan (2,4-DMP) handelt. Der Normalsiedepunkt von 2,4-DMP ist mit 80,52 °C dem Normalsiedepunkt von Cyclohexan (80,78 °C) sehr ähnlich, die Normalsiedepunkte der anderen DMP-Isomere weisen hingegen einen größeren Abstand zu Cyclohexan auf (2,3-DMP hat beispielsweise einen Normalsiedepunkt von 89,88 °C). Cyclohexane is an important value product of the chemical industry, which can be produced for example by hydrogenation of benzene or by isomerization of methylcyclopentane (MCP). However, the educts (benzene or MCP) which can be used for cyclohexane preparation are generally not present in practice as pure substances, but rather as constituents of hydrocarbon mixtures. The concrete composition of the hydrocarbon mixtures can vary widely. Often, benzene and / or MCP are contained in hydrocarbon mixtures derived from a steam cracking process. As further components, dimethylpentanes (DMP) are frequently included in such hydrocarbon mixtures. In addition, these hydrocarbon mixtures may already contain the actual target product cyclohexane. However, in order to obtain a pure target product, that is specification-compliant cyclohexane, the cyclohexane must be separated from all other components present in the hydrocarbon mixture used which are still present after the hydrogenation or isomerization, ie also from DMP contained in the starting mixture. However, the separation of the DMP from the actual process product cyclohexane is technically quite demanding and expensive, especially when it is the DMP isomer 2,4-dimethylpentane (2,4-DMP). The normal boiling point of 2,4-DMP at 80.52 ° C is very similar to the normal boiling point of cyclohexane (80.78 ° C), whereas the normal boiling points of the other DMP isomers are more distant from cyclohexane (2,3-DMP has, for example, a normal boiling point of 89.88 ° C).
US-A 2,846,485 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Cyclohexan und Benzol, wobei ein Gemisch eingesetzt wird, das n-Hexan, Benzol, MCP, Cyclohexan und DMP enthält. In einer ersten Extraktivdestillationszone wird Benzol von den übrigen Eduktkomponenten abgetrennt. Das von Benzol weitgehend befreite Edukt wird mit einem Gemisch vereinigt, das Cyclohexan und MCP enthält und aus dem Sumpf einer zweiten fraktionierenden Destillationszone stammt. Das so vereinigte Gemisch wird in eine erste fraktionierende Destillationszone eingespeist, wobei über Kopf eine MCP-haltige Fraktion und aus dem Sumpf eine cyclohexanhaltige Fraktion abgetrennt wird. US-A 2,846,485 discloses a process for producing high purity cyclohexane and benzene using a mixture comprising n-hexane, benzene, MCP, Cyclohexane and DMP contains. In a first extractive distillation zone, benzene is separated from the other educt components. The benzene-substantially liberated educt is combined with a mixture containing cyclohexane and MCP and comes from the bottom of a second fractional distillation zone. The mixture thus combined is fed into a first fractional distillation zone, an MCP-containing fraction being removed overhead and a cyclohexane-containing fraction being separated from the bottom.
Das Überkopfprodukt der ersten fraktionierenden Destillationszone wird zunächst in eine Isomerisierungszone geführt, in der die Hauptmenge an MCP zu Cyclohexan unter Verwendung von Fried I-Krafts-Katalysatoren wie Aluminiumchlorid, das zusätzlich HCl enthalten kann, isomerisiert wird. Das Isomerisierungsprodukt wird in die vorstehend beschriebene zweite fraktionierende Destillationszone eingeleitet, um dort n-Hexan und Leichtsieder als Kopfprodukt abzutrennen. Das Sumpfprodukt aus der ersten fraktionierenden Destillationszone wird in eine zweite Extraktivdestillationszone überführt, in der aus dem Sumpf ein Cyclohexan enthaltendes Gemisch von dem über Kopf abgezogenen DMP abgetrennt wird. The overhead product of the first fractional distillation zone is first passed to an isomerization zone in which the bulk of MCP is isomerized to cyclohexane using Fried I force catalysts such as aluminum chloride, which may additionally contain HCl. The isomerization product is introduced into the second fractionating distillation zone described above to separate there n-hexane and low boilers as the top product. The bottom product from the first fractional distillation zone is transferred to a second extractive distillation zone in which a mixture containing cyclohexane from the bottom is separated from the overhead DMP.
Das in US-A 2,846,485 beschriebene Verfahren ist nachteilig, da es (unter anderem) apparativ sehr aufwändig ist. Die Abtrennung des eigentlichen Verfahrensproduktes Cyclohexan von DMP erfolgt erst zum Schluss des Verfahrens, da das bei der Isomerisierung von MCP gebildete Cyclohexan in eine DMP-haltige Fraktion rückgeleitet wird. Weiterhin wird in diesem Verfahren zuerst das Benzol abgetrennt, um dieses als eigenständiges Produkt zu gewinnen. Die Benzolabtrennung ist aber apparativ aufwändiger als die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltene Hydrierung zu Cyclohexan. The process described in US-A 2,846,485 is disadvantageous because it is (among other things) expensive in terms of apparatus. The separation of the actual process product cyclohexane from DMP takes place only at the end of the process, since the cyclohexane formed in the isomerization of MCP is recycled to a DMP-containing fraction. Furthermore, in this process, the benzene is first separated off to recover it as an independent product. However, the benzene separation is more expensive in terms of apparatus than the hydrogenation to cyclohexane contained in one embodiment of the present invention.
US-A 3,31 1 ,667 betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Benzol aus einem Gemisch, das nachfolgend in eine Isomerisierung von MCP zu Cyclohexan eingespeist wird. Bei der Hydrierung wird Benzol in Gegenwart eines geeigneten Katalysators, beispielsweise einem Metallkatalysator auf Kieselgur, mit Wasserstoff zu Cyclohexan hydriert. Die Isomerisierung von MCP zu Cyclohexan wird in Gegenwart von Metallhalogeniden wie säureverstärktem Aluminiumhalid, durchgeführt. In US-A 3,31 1 ,667 ist jedoch nicht beschrieben, dass das zur Hydrierung bzw. Isomerisierung eingesetzte Material auch DMP enthalten kann. Folglich sind in diesem Dokument auch keine Angaben enthalten, an welcher Stelle DMP von Cyclohexan abgetrennt wird bzw. dass diese Abtrennung problematisch ist. US Pat. No. 3,311,1667 relates to a process for the removal of benzene from a mixture which is subsequently fed into an isomerization of MCP to cyclohexane. In the hydrogenation, benzene is hydrogenated with hydrogen to cyclohexane in the presence of a suitable catalyst, for example a metal catalyst on kieselguhr. The isomerization of MCP to cyclohexane is carried out in the presence of metal halides such as acid-reinforced aluminum halide. In US-A 3,311 1, 667, however, it is not described that the material used for the hydrogenation or isomerization may also contain DMP. Consequently, this document also contains no information as to where DMP is separated from cyclohexane or that this separation is problematic.
EP-A 1 995 297 offenbart ein Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Hydrierung und Decyclisierung von Benzol und der Isomerisierung von C5-C6-Paraffinen, die in einem Gemisch enthalten sind, das höchstens 1 Gew.-% verwendet werden, wobei sich als Metall die Elemente der Platingruppe, Zinn oder Kobalt und Molybdän eignen. Zur Isomerisierung des bei der Hydrierung erhaltenen Gemisches, das eine Restmenge an Benzol enthalten kann, werden insbesondere Zeolithe als Katalysator eingesetzt. Bei dem in EP-A 1 995 297 beschriebenen Verfahren werden bei der Isomerisierung die Parameter so eingestellt, dass eine Öffnung der bei der Benzolhydrierung erhaltenen Cyclohexanringe zu Isoalkanen erzielt wird. Bei diesem Verfahren geht es also nicht vordergründig um die Herstellung von Cyclohexan, sondern um die Herstellung von Alkanen mit einem hohen Verzweigungsgrad. Darüber hinaus sind auch in EP-A 1 995 297 keine Angaben enthalten, dass das eingesetzte Edukt DMP enthalten kann bzw. dass die Trennung von Cyclohexan und DMP problematisch ist. EP-A 1 995 297 discloses a process and associated apparatus for the hydrogenation and decyclization of benzene and the isomerization of C 5 -C 6 paraffins contained in a mixture containing not more than 1% by weight. can be used, wherein the elements of the platinum group, tin or cobalt and molybdenum are suitable as metal. For the isomerization of the mixture obtained in the hydrogenation, which may contain a residual amount of benzene, in particular zeolites are used as catalyst. In the process described in EP-A 1 995 297, the parameters are set in the isomerization in such a way that an opening of the cyclohexane rings obtained in the hydrogenation of benzene to isoalkanes is achieved. Thus, this process is not primarily concerned with the production of cyclohexane but with the production of alkanes with a high degree of branching. In addition, EP-A 1 995 297 contains no information that the educt used can contain DMP or that the separation of cyclohexane and DMP is problematic.
Ionische Flüssigkeiten eignen sich unter anderem als Katalysatoren für die Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen. Eine entsprechende Verwendung einer ionischen Flüssigkeit ist beispielsweise in WO 201 1/069929 offenbart, wo eine spezielle Auswahl von ionischen Flüssigkeiten in Gegenwart eines Olefins zur Isomerisierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird, insbesondere zur Isomerisierung von Methylcyclopentan (MCP) zu Cyclohexan. Ein sinngemäßes Verfahren ist in WO 201 1/069957 beschrieben, allerdings erfolgt dort die Isomerisierung nicht in Gegenwart eines Olefins, sondern mit einer Kupfer (I l)-Verbindung. Ionic liquids are suitable, inter alia, as catalysts for the isomerization of hydrocarbons. A corresponding use of an ionic liquid is disclosed for example in WO 201 1/069929, where a special selection of ionic liquids in the presence of an olefin is used for the isomerization of saturated hydrocarbons, in particular for the isomerization of methylcyclopentane (MCP) to cyclohexane. An analogous process is described in WO 201 1/069957, although the isomerization does not take place in the presence of an olefin, but rather with a copper (III) compound.
US-A 2005/0082201 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Benzin mit einem niedrigen Benzolgehalt, wobei zunächst in einem ersten Verfahrensschritt ein Kohlenwasserstoffgemisch, das Benzol, Olefine und schwefelhaltige Verbindungen wie Thiophene enthält, in eine Destillationskolonne eingespeist wird, aus der über Kopf die leichtsiedenden Verbindungen, über einen Seitenabzug eine benzolhaltige Fraktion und aus dem Kolonnensumpf die Schwersieder abgetrennt werden. In einer zweiten Verfahrensstufe wird die aus dem Seitenabzug gewonnene Fraktion in Gegenwart eines Hydrierkatalysators hydriert, wobei Benzol zu Cyclohexan und die Thiophene in Schwefelwasserstoff überführt werden. Das bei der zweiten Verfahrensstufe anfallende cyclohexanhaltige Gemisch eignet sich zur Herstellung von Benzin mit einem niedrigen Benzolgehalt. Eine Isolierung des darin enthaltenen Cyclohexans oder eine Isomerisierung von MCP zu Cyclohexan sind in US-A 2005/0082201 nicht offenbart, Sinngemäßes trifft auch auf eine etwaige Anwesenheit von DMP im Ausgangsgemisch zu. US-A 2005/0082201 discloses a process for the preparation of gasoline with a low benzene content, wherein first in a first process step, a hydrocarbon mixture containing benzene, olefins and sulfur-containing compounds such as thiophenes, is fed to a distillation column from the overhead the low-boiling Compounds, a side draw a benzene-containing fraction and from the bottom of the column, the high boilers are separated. In a second stage of the process, the fraction recovered from the side draw is hydrogenated in the presence of a hydrogenation catalyst to convert benzene to cyclohexane and the thiophenes to hydrogen sulfide. The obtained in the second process stage cyclohexane-containing mixture is suitable for the production of gasoline with a low benzene content. An isolation of the cyclohexane contained therein or an isomerization of MCP to cyclohexane are not disclosed in US-A 2005/0082201, the same applies to a possible presence of DMP in the starting mixture.
WO 2010/027987 betrifft ein weiteres Verfahren zur Verringerung der Konzentration an Benzol in einem kohlenwasserstoffhaltigen Gemisch. In einer ersten Trennstufe wird eine benzolhaltige Fraktion, die Benzol und andere C6-Kohlenwasserstoffe umfasst, von einer Schwersiederfraktion abgetrennt, die Kohlenstoffe mit sieben und mehr Kohlenstoffatomen umfasst. Die benzolhaltige Fraktion wird anschließend hydriert der Hydrierung von Benzol wird Cyclohexan gebildet. Auch in WO 2010/027987 sind keine Hinweise enthalten, dass aus dem bei der Hydrierung erhaltenen Gemisch Cyclohexan isoliert werden kann, vielmehr soll auch dieses Verfahrensprodukt zur Benzinherstellung verwendet werden. Ebenso wenig offenbart dieses Dokument eine Isomerisierung von MCP zu Cyclohexan oder die Anwesenheit von DMP im Wasserstoff-Ausgangsgemisch. WO 2010/027987 relates to another process for reducing the concentration of benzene in a hydrocarbon-containing mixture. In a first separation step, a benzene-containing fraction comprising benzene and other C 6 hydrocarbons is separated from a high boiler fraction comprising carbons of seven and more carbon atoms. The benzene-containing fraction is then hydrogenated the hydrogenation of benzene is formed cyclohexane. WO 2010/027987 also contains no information that cyclohexane can be isolated from the mixture obtained in the hydrogenation; on the contrary, this process product should also be used for gasoline production. Neither does this document disclose isomerization of MCP to cyclohexane or the presence of DMP in the starting hydrogen mixture.
Die Durchführung einer Extraktivdestillation zur Auftrennung engsiedender Substanzen ist bereits seit längerem bekannt und ist beispielsweise in US A 4,053,369, US-A 4,955,468 oder WO 02/22528 offenbart. In US-A 4,053,369 geht es vordergründig um die Durchführung der Extraktivdestillation als solche, losgelöst von einem einzelnen konkreten Trennproblem. Als ein Beispiel aus einer Menge von sehr vielen Beispielen wird in den vorgenannten Dokumenten auch die Auftrennung von DMP und Cyclohexan mittels Extraktivdestillation offenbart. Die Herstellung von Cyclohexan aus Benzol und/oder MCP durch Hydrierung bzw. Isomerisierung ist in diesen Dokumenten jedoch nicht offenbart. The carrying out of an extractive distillation for the separation of dense substances has already been known for some time and is disclosed, for example, in US Pat. No. 4,053,369, US Pat. No. 4,955,468 or WO 02/22528. In US-A 4,053,369 it is superficially about carrying out the extractive distillation as such, detached from a single concrete separation problem. As an example from a number of very many examples, the above-mentioned documents also disclose the separation of DMP and cyclohexane by means of extractive distillation. However, the production of cyclohexane from benzene and / or MCP by hydrogenation or isomerization is not disclosed in these documents.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Cyclohexan aus einem Kohlenwasserstoffgemisch. Weiterhin soll die Möglichkeit bestehen, dass gegebenenfalls im Kohlenwasserstoffgemisch enthaltenes Cyclohexan zurückgewonnen werden kann. The object underlying the present invention is to provide a novel process for the preparation of cyclohexane from a hydrocarbon mixture. Furthermore, there should be the possibility that optionally contained in the hydrocarbon mixture cyclohexane can be recovered.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclohexan, umfassend die folgenden Schritte a) Einspeisung eines Kohlenwasserstoffgemisches (KG1 ), umfassend The object is achieved by a process for the preparation of cyclohexane, comprising the following steps a) feed of a hydrocarbon mixture (KG1), comprising
i) Benzol und/oder Methylcyclopentan (MCP) und  i) benzene and / or methylcyclopentane (MCP) and
ii) Dimethylpentane (DMP) in eine Destillationsvorrichtung (D1 ), b) Abtrennen eines Stromes (S1 ) enthaltend DMP aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D1 ), c) Abtrennen eines Stromes (S2) enthaltend Benzol und/oder MCP aus einem Auslass der Destillationsvorrichtung (D1 ), wobei der Auslass oberhalb des Sumpfes von (D1 ) angeordnet ist, d) Einspeisung des Stromes (S2) in mindestens eine Vorrichtung (V), die zur Hydrierung und/oder Isomerisierung geeignet ist, wobei in der Vorrichtung (V) die Herstellung des Cyclohexans durch Hydrierung von Benzol und/oder durch Isomerisierung von MCP erfolgt und die Destillationsvorrichtung (D1 ) stromaufwärts zur Vorrichtung (V) angeordnet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise reines Cyclohexan aus Benzol und/oder MCP hergestellt werden, sofern zur Cyclohexan-Herstellung Kohlenwasserstoffgemische (Ausgangsgemische) eingesetzt werden, die neben Benzol und/oder MCP auch DMP enthalten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass es sehr flexibel durchgeführt werden kann. Je nach Zusammensetzung des eingesetzten Kohlenwasserstoffgemisches (KG1/Ausgangsgemisch) kann, nachdem DMP vollständig oder zumindest weitgehend aus (KG1 ) abgetrennt wurde („DMP- Vorabtrennung"), eine Hydrierung und/oder eine Isomerisierung durchgeführt werden. Die Durchführung einer Hydrierung ist nur erforderlich, sofern das Ausgangsgemisch Benzol und gegebenenfalls Cyclohexen enthält. Sinngemäßes gilt für die Durchführung einer Isomerisierung, sofern das Ausgangsgemisch MCP enthält. Falls sowohl eine Hydrierung als auch eine Isomerisierung durchgeführt wird, ist die Reihenfolge beliebig, vorzugsweise werden erfindungsgemäß zunächst die Hydrierung und anschließend die Isomerisierung durchgeführt. ii) dimethylpentane (DMP) in a distillation apparatus (D1), b) separating a stream (S1) containing DMP from the bottom of the distillation apparatus (D1), c) separating a stream (S2) containing benzene and / or MCP from an outlet of Distillation device (D1), wherein the outlet is arranged above the sump of (D1), d) feeding the stream (S2) into at least one device (V) which is suitable for hydrogenation and / or isomerization, wherein in the device (V) the production of the cyclohexane by hydrogenation of benzene and / or by isomerization of MCP and the distillation device (D1) upstream of the device (V) is arranged. Pure cyclohexane can be prepared from benzene and / or MCP in an advantageous manner by the process according to the invention if hydrocarbon mixtures (starting mixtures) are used for the production of cyclohexane which, in addition to benzene and / or MCP, also contain DMP. Another advantage of the method according to the invention is the fact that it can be carried out very flexibly. Depending on the composition of the hydrocarbon mixture used (KG1 / starting mixture), after DMP has been completely or at least largely separated off (KG1) ("DMP pre-separation"), hydrogenation and / or isomerization can be carried out If the starting mixture comprises MCP If both a hydrogenation and an isomerization is carried out, the order is arbitrary, preferably according to the invention first the hydrogenation and then the isomerization carried out.
Aufgrund der Vorabtrennung von DMP vor dem eigentlichen Cyclohexan- Herstellungsprozess kann die äußerst aufwändige Trennung, insbesondere Destillation, von DMP aus dem Verfahrensprodukt Cyclohexan umgangen werden, insbesondere wenn es sich bei dem DMP um 2,4-Dimethylpentan (2,4-DMP) handelt und dieses im Ausgangsgemisch in einer Konzentrationen > 100 ppm vorliegt, Dadurch wird der energetische und apparative Aufwand bei der Herstellung von reinem bzw. hochreinem Cyclohexan deutlich reduziert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise das im Ausgangsgemisch enthaltene DMP vollständig oder nahezu vollständig durch die Vorabtrennung aus dem Ausgangsgemisch entfernt werden. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass das im Ausgangsgemisch enthaltene DMP vollständig oder nahezu vollständig (bis zu 2 % bezogen auf die im Ausgangsgemisch enthaltenen Menge aller DMP-Isomere) per DMP-Vorabtrennung aus dem Ausgangsgemisch abgetrennt wird. Alternativ kann eine nahezu vollständige DMP-Abtrennung aus dem Ausgangsgemisch auch über die in Strom (S2) verbliebene DMP-Menge in Bezug auf MCP und/oder Benzol definiert werden. Bei dieser Betrachtungsweise ist es besonders bevorzugt, dass die in der Destillationsvorrichtung (D1 ) aus Strom (S2) über Kopf abgezogene DMP-Menge bezogen auf die Summe der über Kopf abgezogenen Mengen an MCP und Benzol höchstens 0,1 Gew.-%, Das erfindungsgemäße Verfahren kann unabhängig davon durchgeführt werden, ob im eingesetzten Kohlenwasserstoffgemisch (Ausgangsgemisch) bereits Cyclohexan enthalten ist oder nicht. Sofern in den eingesetzten Kohlenwasserstoffgemischen neben DMP auch Cyclohexan selber enthalten ist, wird dieses im Ausgangsgemisch enthaltene Cyclohexan im Rahmen des erfindungsmäßen Verfahrens zusammen mit DMP über Sumpf abgetrennt. Der mit dieser Fallkonstellation verbundene Nachteil einer Verringerung der Cyclohexan-Produktmenge wird durch die vorstehend beschriebene Verringerung des energetischen und apparativen Aufwands jedoch überkompensiert. Due to the preliminary separation of DMP before the actual cyclohexane production process, the extremely complex separation, in particular distillation, of DMP can be circumvented from the cyclohexane process product, in particular when the DMP is 2,4-dimethylpentane (2,4-DMP) and this is present in the starting mixture in a concentration> 100 ppm, This significantly reduces the energy and equipment expense in the production of pure or high-purity cyclohexane. By means of the process according to the invention, the DMP contained in the starting mixture can advantageously be completely or almost completely removed from the starting mixture by the preliminary separation. The process according to the invention is particularly preferably carried out in such a way that the DMP present in the starting mixture is separated completely or almost completely (up to 2% based on the amount of all DMP isomers contained in the starting mixture) from the starting mixture by DMP preliminary separation. Alternatively, an almost complete DMP removal from the starting mixture can also be defined via the amount of DMP remaining in stream (S2) with respect to MCP and / or benzene. In this approach, it is particularly preferred that the amount of DMP withdrawn overhead from stream (S2) in the distillation apparatus based on the sum of the overhead amounts of MCP and benzene is at most 0.1% by weight, The process according to the invention can be carried out independently of whether or not cyclohexane is already present in the hydrocarbon mixture used (starting mixture). If, in addition to DMP, cyclohexane itself is also present in the hydrocarbon mixtures used, this cyclohexane contained in the starting mixture is separated off in the course of the process according to the invention together with DMP via the bottom. However, the disadvantage of reducing the amount of cyclohexane product associated with this case constellation is overcompensated by the above-described reduction in the expenditure of energy and apparatus.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dieses im Kohlenwasserstoff-Ausgangsgemisch enthaltene Cyclohexan jedoch wieder zurückgewonnen werden. Bei dieser Ausführungsform wird das gemeinsam mit dem DMP aus dem Verfahren ausgeschleuste Cyclohexan destillativ, vorzugsweise durch eine Extraktiv- oder Schleppmitteldestillation, von DMP wieder abgetrennt. Das dabei erhaltene Cyclohexan, das im Wesentlichen frei von DMP ist, kann dem eigentlichen Verfahrensprodukt (Cyclohexan, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird) wieder zugeführt oder an einer sonstigen Stelle in das erfindungsgemäße Verfahren eingespeist werden. Der Vorteil bei dieser Verfahrensvariante gegenüber einer Abtrennung aus einer Stelle weiter hinten im Verfahren (stromabwärts), also z. B. aus dem Cyclohexan-Produktstrom, ist darin zu sehen, dass die DMP-Abtrennung von einer deutlich kleineren Cyclohexanmenge durchzuführen ist, da DMP nur von dem im Kohlenwasserstoff-Ausgangsgemisch enthaltenen Cyclohexan abgetrennt wird und nicht auch von dem bei der Hydrierung und/oder Isomerisierung gebildeten Cyclohexan, das das eigentliche Verfahrensprodukt darstellt. Demzufolge sind für diese separate DMP-/Cyclohexan- Trennung kleinere Apparaturen und eine geringere Energiemenge erforderlich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine Destillation in allen dem Fachmann bekannten Ausführungsformen (siehe z B. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Published Online: 2 AUG 2004, Vol. 8 S. 786 ff.) durchgeführt werden, beispielsweise auch als Extraktivdestillation, Schleppmitteldestillation (Azeotropdestillation) oder Rektifikation. Die jeweiligen Destillationstechniken werden in den entsprechenden dem Fachmann bekannten Vorrichtungen durchgeführt. Beispielsweise umfasst eine Extraktivdestillation in der Regel mindestens eine Extraktivdestillationskolonne und mindestens einem Regenerationsapparat, der vorzugsweise ebenfalls als Kolonne ausgeführt ist und der Extraktivdestillationskolonne nachgeschaltet ist. Die Durchführung einer Extraktivdestillation zur Auftrennung engsiedender Substanzen ist wie vorstehend bereits ausgeführt beispielsweise in US A 4,053,369, US-A 4,955,468 oder WO 02/22528 beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Rektifikation", die in einer entsprechenden Rektifizierkolonne (Rektifiziervorrichtung), auch Rektifikationskolonne oder Rektifikationsvorrichtung genannt, durchgeführt wird, Folgendes verstanden: Bei der Rektifikation wird der durch Destillation erzeugte Dampf in einer Rektifizierkolonne im Gegenstrom zu einem Teil seines Kondensates geführt. Auf diese Weise werden leichter flüchtige Komponenten im Kopf- und schwerer flüchtige im Sumpfprodukt der Rektifizierkolonne angereichert. However, in one embodiment of the present invention, this cyclohexane contained in the starting hydrocarbon mixture can be recovered. In this embodiment, the discharged together with the DMP from the process cyclohexane is separated by distillation, preferably by an extractive or entrainer distillation of DMP again. The resulting cyclohexane, which is substantially free of DMP, can be recycled to the actual process product (cyclohexane, which is prepared by the process according to the invention) or fed into the process of the invention at another point. The advantage of this process variant over a separation from a point further back in the process (downstream), ie z. Example, from the cyclohexane product stream, it can be seen that the DMP separation is carried out by a much smaller amount of cyclohexane, since DMP is separated only from the cyclohexane contained in the starting hydrocarbon mixture and not from that in the hydrogenation and / or Isomerization formed cyclohexane, which is the actual process product. As a result, smaller devices and a smaller amount of energy are required for this separate DMP / cyclohexane separation. In the context of the present invention, distillation can be carried out in all embodiments known to the person skilled in the art (see, for example, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Published Online: 2 AUG 2004, Vol. 8 p. 786 et seq.), For example also as extractive distillation, Entrainer distillation (azeotropic distillation) or rectification. The respective distillation techniques are carried out in the corresponding devices known to the person skilled in the art. For example, an extractive distillation usually comprises at least one extractive distillation column and at least one regeneration apparatus, which is preferably also designed as a column and the extractive distillation column is connected downstream. The carrying out of an extractive distillation for the separation of dense substances is as already described above, for example, described in US Pat. No. 4,053,369, US Pat. No. 4,955,468 or WO 02/22528. In the context of the present invention, the term "rectification" which is carried out in a corresponding rectification column (rectification apparatus), also called a rectification column or rectification apparatus, is understood as follows: In the rectification, the steam produced by distillation is passed in a rectification column in countercurrent to a In this way, more volatile components in the overhead and heavier volatile in the bottom product of the rectification are enriched.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „Dimethylpentane" (DMP) alle bekannten Isomere von Dimethylpentan verstanden, insbesondere 2,2- Dimethylpentan (2,2-DMP; Normalsiedepunkt: 79, 17 °C), 2,3-Dimethylpentan (2,3- DMP; Normalsiedepunkt: 89,88 °C), 3,3-Dimethylpentan (3,3-DMP; Normalsiedepunkt: 86,09 °C) und 2,4-Dimethylpentan (2,4-DMP; Normalsiedepunkt: 80,52 °C). Dies bedeutet, dass in den entsprechenden Gemischen bzw. Strömen des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens ein Dimethylpentan-Isomer enthalten ist, vorzugsweise handelt es sich um Gemische von zwei oder mehr Dimethylpentan- Isomeren, wobei eines dieser Isomere vorzugsweise 2,4-Dimethylpentan ist. In the context of the present invention, the term "dimethylpentanes" (DMP) is understood as meaning all known isomers of dimethylpentane, in particular 2,2-dimethylpentane (2,2-DMP, normal boiling point: 79, 17 ° C.), 2,3-dimethylpentane (DMP). Normal boiling point: 89.88 ° C), 3,3-dimethylpentane (3,3-DMP, normal boiling point: 86.09 ° C) and 2,4-dimethylpentane (2,4-DMP; This means that at least one dimethylpentane isomer is present in the corresponding mixtures or streams of the process according to the invention, preferably mixtures of two or more dimethylpentane isomers, one of these isomers preferably being 2, 4-dimethylpentane is.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C" alle Kohlenwasserstoffe verstanden, die bei Normaldruck im Bereich von 79 bis 84 °C sieden und die einzeln oder als Gemisch im erfindungsgemäßen Verfahren zunächst im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) enthalten sein können. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können einzelne oder mehrere dieser Verbindungen voneinander abgetrennt werden. Gegebenenfalls können auch einzelne oder mehrere dieser Verbindungen im nachfolgenden Text separat als Bestandteil von Gemischen oder Strömen aufgeführt sein. Sofern dies der Fall ist, sind nur die jeweils konkret aufgeführten Verbindungen zwingender Bestandteil des entsprechenden Gemisches oder Stromes; die sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C, die nicht namentlich im entsprechenden Strom oder Gemisch aufgeführt sind, können (sofern nicht anders aufgeführt oder beispielsweise infolge einer vorausgegangenen Abtrennung nicht mehr möglich) ebenfalls im entsprechenden Strom oder Gemisch vorhanden sein. Gegebenenfalls können einzelne oder mehrere dieser Verbindungen auch unter die Definition einer anderen Auswahl von Verbindungen fallen, wie beispielsweise unter die Definition des Begriffs„C5-C6-Alkane". In the context of the present invention, the term "compounds having a normal boiling point of 79 to 84 ° C" means all hydrocarbons boiling at atmospheric pressure in the range of 79 to 84 ° C and the first or in the inventive process in the hydrocarbon mixture ( In the context of the process according to the invention, one or more of these compounds can be separated from one another If desired, individual or several of these compounds can also be listed separately in the following text as a constituent of mixtures or streams the other compounds with a normal boiling point of 79-84 ° C, which are not listed by name in the relevant stream or mixture (unless otherwise stated or, for example, inf olge a previous separation no longer possible) also be present in the corresponding stream or mixture. Optionally, one or more of these compounds may also fall within the definition of another selection of compounds, such as, for example, the definition of the term "C 5 -C 6 alkanes".
Beispiele für Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C sind Cyclohexan (80,78 °C), 2,2-DMP (79, 17 °C), 2,4-DMP (80,52 °C), 2,2,3-Trimethylbutan (80,87 °C) und Benzol (80,08 °C). Examples of compounds having a normal boiling point of 79 to 84 ° C are cyclohexane (80.78 ° C), 2,2-DMP (79, 17 ° C), 2,4-DMP (80.52 ° C), 2, 2,3-trimethylbutane (80.87 ° C) and benzene (80.08 ° C).
Sinngemäßes wie vorstehend für die Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von Verbindungen, die unter den Begriff „Schwersieder mit einem NormalsiedepunktThe same as above for the compounds with a normal boiling point of Compounds which fall under the term "high boiler with a normal boiling point
> 84 °C" fallen. Beispiele für Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C sind 3,3-DMP (86,09 °C), 2,3-DMP (89,88 °C) und die iso-Heptane 2-Methylhexan (2-MH; 90,06 °C), 3-Methylhexan (3-MH; 91 ,87 °C) und 3-Ethylpentan (3-EP; 93,45 °C). Examples of low boilers with a normal boiling point> 84 ° C are 3,3-DMP (86,09 ° C), 2,3-DMP (89,88 ° C) and the iso-heptanes 2- Methylhexane (2-MH; 90.06 ° C), 3-methylhexane (3-MH; 91, 87 ° C) and 3-ethylpentane (3-EP, 93.45 ° C).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die beiden vorgenannten Gruppen von Verbindungen (Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C sowie Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C) gegebenenfalls auch zu einer Gruppe von Verbindungen zusammengefasst sein. In dieser Fallkonstellation werden die Verbindungen entsprechend als „Schwersieder mit einem NormalsiedepunktIn the context of the present invention, the two abovementioned groups of compounds (compounds having a normal boiling point of 79 to 84 ° C. and high boilers having a normal boiling point> 84 ° C.) may, if appropriate, also be combined to form a group of compounds. In this case constellation, the compounds are described as "high boiler with a normal boiling point
> 78 °C" bezeichnet. Die vorstehenden Ausführungen zu den beiden Einzelgruppen gelten sinngemäß auch für diese Gruppe von Verbindungen. > 78 ° C. "The above comments on the two individual groups apply mutatis mutandis to this group of compounds.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Cyclohexan durch Hydrierung von Benzol und/oder Isomerisierung von MCP, wobei eine Vorabtrennung von DMP durchgeführt wird, näher definiert. Hereinafter, the inventive method for the production of cyclohexane by hydrogenation of benzene and / or isomerization of MCP, wherein a preliminary separation of DMP is carried out, further defined.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt in Schritt a) die Einspeisung eines Kohlenwasserstoffgemischs (KG1 ), umfassend i) Benzol und/oder Methylcyclopentan (MCP) und In the context of the present invention, in step a) the feed of a hydrocarbon mixture (KG1), comprising i) benzene and / or methylcyclopentane (MCP) and
ii) Dimethylpentane (DMP) in eine Destillationsvorrichtung (D1 ). ii) Dimethylpentane (DMP) in a distillation apparatus (D1).
Die einzelnen Komponenten des Kohlenwasserstoffgemischs (KG1 ) können in beliebigen Konzentrationen/Verhältnissen untereinander vorliegen. Vorzugsweise enthält das Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) zu mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt mindestens 95 Gew.-% Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen. Die Kohlenwasserstoffe können gesättigt oder ungesättigt und/oder zyklisch, linear oder verzweigt sein. Insbesondere enthält das Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%, mehr bevorzugt zwischen 20 Gew.-% und 50 Gew.-%, MCP und/oder zwischen 1 Gew.-% und 30 Gew.-%, mehr bevorzugt zwischen 4 Gew.-% und 20 Gew.-% Benzol. The individual components of the hydrocarbon mixture (KG1) can be present in any desired concentrations / ratios. The hydrocarbon mixture (KG1) preferably contains at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, of hydrocarbons having 5 to 8 carbon atoms. The hydrocarbons may be saturated or unsaturated and / or cyclic, linear or branched. In particular, the hydrocarbon mixture (KG1) contains between 10% by weight and 60% by weight, more preferably between 20% by weight and 50% by weight, MCP and / or between 1% by weight and 30% by weight. %, more preferably between 4% and 20% by weight of benzene.
In einer bevorzugten Ausführung von der vorliegenden Erfindung ist im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) zusätzlich Cyclohexan enthalten. Vorzugsweise enthält (KG1 ) In a preferred embodiment of the present invention, cyclohexane is additionally present in the hydrocarbon mixture (KG1). Preferably contains (KG1)
MCP, iv) Cyclohexan und MCP, iv) cyclohexane and
v) gegebenenfalls mindestens eine weitere Verbindung ausgewählt aus Olefinen oder C5-C8-Alkanen. v) optionally at least one further compound selected from olefins or C 5 -C 8 alkanes.
5 In der Komponente v) des Kohlenwasserstoffgemisches (KG1 ) umfasst der Begriff „Olefin" neben linearen, einfach ungesättigten Olefinen wie Penten oder Hexen auch cyclische Olefine, insbesondere Cyclohexen, sowie Diene und cyclische Diene. Weiterhin sind in der Gruppe der C5-C8-Alkane auch Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C oder Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 10 84 °C enthalten. Gegebenenfalls können im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) auch Kohlenwasserstoffe enthalten sein, die mehr als acht Kohlenstoffatome aufweisen und/oder Kohlenwasserstoffe mit einem relativ niedrigen Siedepunkt, beispielsweise solche, die weniger als fünf Kohlenstoffatome aufweisen. Besides linear, monounsaturated olefins, such as pentene or hexene 5 In the component v) of the hydrocarbon mixture (KG1) the term "olefin" cyclic olefins, particularly cyclohexene, and dienes and cyclic dienes. Further, in the group of C 5 -C 8 alkanes also contain high boilers with a normal boiling point> 84 ° C. or compounds with a standard boiling point of 79 to 10 84 ° C. If appropriate, hydrocarbons having more than eight carbon atoms and / or hydrocarbons with one can also be present in the hydrocarbon mixture (KG1) relatively low boiling point, for example, those having less than five carbon atoms.
15 Vorzugsweise wird in der Destillationsvorrichtung (D1 ) das im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) enthaltene DMP vollständig oder nahezu vollständig (bis zu 2 % bezogen auf die in (KG1 ) enthaltene DMP-Menge) aus (KG1 ), insbesondere von Benzol und/oder MCP (also den Hauptkomponenten des Stroms (S2)) abgetrennt. Alternativ kann eine nahezu vollständige DMP-Abtrennung aus dem 0 Ausgangsgemisch auch über die in Strom (S2) verbliebene DMP-Menge in Bezug auf MCP und/oder Benzol definiert werden. Bei dieser Betrachtungsweise ist es besonders bevorzugt, dass die in der Destillationsvorrichtung (D1 ) aus Strom (S2) über Kopf abgezogene DMP-Menge bezogen auf die Summe der über Kopf abgezogenen Mengen an MCP und Benzol höchstens 0, 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 5 0,02 Gew.-% beträgt. In the distillation apparatus (D1), the DMP contained in the hydrocarbon mixture (KG1) is preferably completely or almost completely (up to 2% based on the amount of DMP contained in (KG1)) of (KG1), in particular of benzene and / or MCP (ie the main components of the stream (S2)) separated. Alternatively, an almost complete removal of DMP from the starting mixture can also be defined by the amount of DMP remaining in stream (S2) with respect to MCP and / or benzene. In this approach, it is particularly preferred that the DMP amount withdrawn overhead from stream (S2) in the distillation apparatus (S2), based on the sum of the overhead amounts of MCP and benzene, is at most 0.1% by weight is at most 5 0.02 wt .-%.
Vorzugsweise ist die Destillationsvorrichtung (D 1 ) eine Rektifikationskolonne. Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich der Auslass der Destillationsvorrichtung (D1 ), aus dem gemäß Schritt c) der Strom (S2) abgetrennt wird, oberhalb des Zulaufs befindet, mit 30 dem das Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) in (D1 ) eingespeist wird, vorzugsweise befindet sich der Auslass im Kopf von (D1 ). Preferably, the distillation apparatus (D 1) is a rectification column. Furthermore, it is preferred that the outlet of the distillation apparatus (D1), from which the stream (S2) is separated according to step c), is located above the inlet, with which the hydrocarbon mixture (KG1) is fed into (D1) the outlet is in the head of (D1).
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Destillationsvorrichtung (D1 ) keine Reaktionszone enthält, in der Benzol und/oder MCP hydriert werden, und/oder der Strom (S2) 35 höchstens 2 %, vorzugsweise höchstens 0,5 % an Cyclohexan enthält (bezogen auf die Menge, die im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) enthalten ist). Furthermore, it is preferred that the distillation apparatus (D1) contains no reaction zone in which benzene and / or MCP are hydrogenated, and / or the stream (S2) contains 35 at most 2%, preferably at most 0.5% of cyclohexane (based on the amount contained in the hydrocarbon mixture (KG1)).
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abtrennen eines Stromes (S1 ) enthaltend DMP bevorzugt aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D 1 ). Die 0 konkrete Zusammensetzung des Stroms (S1 ) hängt von der konkreten Zusammensetzung des eingesetzten Kohlenwasserstoffgemischs (KG1 ) ab. Der Strom (KG1 ) auch Cyclohexan enthalten ist, enthält der Strom (S1 ) in der Regel den Großteil des Cyclohexans aus (KG1 ), vorzugsweise > 90 %. In step b) of the process according to the invention, the separation of a stream (S1) comprising DMP preferably takes place from the bottom of the distillation apparatus (D 1). The specific composition of the stream (S1) depends on the specific composition of the hydrocarbon mixture (KG1) used. The current (KG1) is also cyclohexane, the stream (S1) usually contains most of the cyclohexane from (KG1), preferably> 90%.
Der aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D1 ) abgetrennte Strom (S1 ) enthält DMP sowie gegebenenfalls weitere Komponenten. Die weiteren Komponenten sind vorzugsweise Cyclohexan, Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 78 °C und/oder ungesättigte Verbindungen. Die ungesättigten Verbindungen können teilweise auch als Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 78 °C aufgefasst werden. Die ungesättigten Verbindungen sind vorzugsweise ausgewählt aus Benzol, Olefinen, cyclischen Olefinen, insbesondere Cyclohexen, Dienen und cyclischen Dienen. The stream (S1) separated from the bottom of the distillation apparatus (D1) contains DMP and optionally further components. The other components are preferably cyclohexane, high boilers with a normal boiling point> 78 ° C and / or unsaturated compounds. Some of the unsaturated compounds can also be considered as high boilers with a normal boiling point> 78 ° C. The unsaturated compounds are preferably selected from benzene, olefins, cyclic olefins, in particular cyclohexene, dienes and cyclic dienes.
Vorzugsweise enthält der Strom (S1 ) mindestens 98 % des DMPs, das im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) enthalten ist, mehr bevorzugt mindestens 99 % des DMPs. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D1 ) abgetrennte Strom (S1 ) höchstens 10 %, bevorzugt höchstens 5 %, besonders bevorzugt höchstens 2 % des in (KG1 ) enthaltenen MCPs enthält. In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abtrennen eines Stromes (S2) enthaltend Benzol und/oder MCP aus einem Auslass der Destillationsvorrichtung (D1 ), wobei der Auslass oberhalb des Sumpfes von (D1 ) angeordnet ist. Die konkrete Zusammensetzung des Stroms (S2) hängt von der konkreten Zusammensetzung des eingesetzten Kohlenwasserstoffgemischs (KG1 ) ab. Der Strom (S2) enthält immer zwingend Benzol oder MCP, vorzugsweise Benzol und MCP. Sofern im eingesetzten Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) auch Cyclohexan enthalten ist, enthält der Strom (S2) in der Regel nur eine Teilmenge des Cyclohexans aus (KG1 ), vorzugsweise < 10 %. Vorzugsweise wird Schritt c) so durchgeführt, dass der Strom (S2) mindestens 95 %, vorzugsweise mindestens 98 % der im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) enthaltenen Teilmenge bestehend aus Benzol und MCP enthält und/oder dass der Strom (S2) höchstens 0, 1 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 0,02 Gew.-%, (bezogen auf die Gesamtmenge an Benzol und MCP in Strom (S2)) DMP enthält. Besonders bevorzugt enthält der Strom (S2) höchstens 0,015 Gew.-%, (bezogen auf die Gesamtmenge an Benzol und MCP in Strom (S2)) 2,4-DMP. Preferably stream (S1) contains at least 98% of the DMP contained in the hydrocarbon mixture (KG1), more preferably at least 99% of the DMP. Furthermore, it is preferred that the stream (S1) separated from the bottom of the distillation apparatus (D1) contains at most 10%, preferably at most 5%, particularly preferably at most 2%, of the MCP contained in (KG1). In step c) of the method according to the invention, the separation of a stream (S2) containing benzene and / or MCP from an outlet of the distillation apparatus (D1), wherein the outlet is disposed above the sump of (D1). The specific composition of the stream (S2) depends on the specific composition of the hydrocarbon mixture (KG1) used. The stream (S2) always necessarily contains benzene or MCP, preferably benzene and MCP. If cyclohexane is also present in the hydrocarbon mixture (KG1) used, the stream (S2) generally contains only a portion of the cyclohexane from (KG1), preferably <10%. Preferably, step c) is carried out such that the stream (S2) contains at least 95%, preferably at least 98% of the hydrocarbon mixture (KG1) contained subset consisting of benzene and MCP and / or that the stream (S2) at most 0, 1 wt .-%, preferably at most 0.02 wt .-%, (based on the total amount of benzene and MCP in stream (S2)) DMP. More preferably, the stream (S2) contains at most 0.015 wt .-%, (based on the total amount of benzene and MCP in stream (S2)) 2,4-DMP.
In Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einspeisung des Stromes (S2) in mindestens eine Vorrichtung (V), die zur Hydrierung und/oder Isomerisierung geeignet ist. In der Vorrichtung (V) erfolgt die Herstellung des Cyclohexans durch Hydrierung von Benzol und/oder durch Isomerisierung von MCP. Weiterhin ist die Destillationsvorrichtung (D1 ) stromaufwärts zur Vorrichtung (V) angeordnet, die Vorrichtung (V) ist also der Destillationsvorrichtung (D1 ) nachgeschaltet. In step d) of the process according to the invention, the current (S2) is fed into at least one device (V) which is suitable for hydrogenation and / or isomerization. In the device (V), the preparation of the cyclohexane by hydrogenation of benzene and / or by isomerization of MCP. Furthermore, the Distillation device (D1) upstream of the device (V), the device (V) is thus downstream of the distillation device (D1).
Je nach Zusammensetzung des in Schritt a) eingesetzten Kohlenwasserstoff- gemisches (KG1 ) und folglich auch des Stromes (S2), der in mindestens eine Vorrichtung (V) eingespeist wird, werden erfindungsgemäß in Schritt d) eine Hydrierung und/oder eine Isomerisierung durchgeführt. Die Durchführung einer Hydrierung ist nur erforderlich, sofern (KG1 ) Benzol und gegebenenfalls Cyclohexen enthält. Die Durchführung einer Isomerisierung ist wiederum nur erforderlich, sofern (KG1 ) MCP enthält. Enthält (KG1 ) hingegen sowohl Benzol (und gegebenenfalls Cyclohexen) als auch MCP, wird erfindungsgemäß sowohl eine Hydrierung als auch eine Isomerisierung durchgeführt. Vorzugsweise werden die Hydrierung und die Isomerisierung räumlich getrennt voneinander jeweils in mindestens einer separaten Vorrichtung (V) durchgeführt (siehe auch die Ausführungen weiter unten im Text). Die Durchführung einer Hydrierung von Benzol als solcher zur Herstellung von Cyclohexan und/oder die Durchführung einer Isomerisierung von MCP als solcher zur Herstellung von Cyclohexan sind dem Fachmann prinzipiell bekannt. Depending on the composition of the hydrocarbon mixture (KG1) used in step a) and consequently also of the stream (S2) which is fed into at least one device (V), hydrogenation and / or isomerization are carried out according to the invention in step d). Hydrogenation is only necessary if (KG1) contains benzene and optionally cyclohexene. Again, isomerization is only required if (KG1) contains MCP. However, if (KG1) contains both benzene (and optionally cyclohexene) and MCP, according to the invention both a hydrogenation and an isomerization are carried out. The hydrogenation and the isomerization are preferably carried out spatially separated from each other in at least one separate device (V) (see also the comments below in the text). Carrying out a hydrogenation of benzene as such for the production of cyclohexane and / or carrying out an isomerization of MCP as such for the production of cyclohexane are known in principle to the person skilled in the art.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung (V) mindestens ein Hydrierreaktor (HR). In dieser Ausführungsform wird im Hydrierreaktor (HR) Benzol zu Cyclohexan hydriert, wobei die Hydrierung vorzugsweise unter Verwendung von Wasserstoff erfolgt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Hydrierung in flüssiger Phase und/oder in Gegenwart eines nickelhaltigen Katalysators erfolgt. Diese erste Ausführungsform wird im nachfolgenden Text weiter verdeutlicht. In a first embodiment of the present invention, the device (V) is at least one hydrogenation reactor (HR). In this embodiment, benzene is hydrogenated to cyclohexane in the hydrogenation reactor (HR), wherein the hydrogenation is preferably carried out using hydrogen. Furthermore, it is preferred that the hydrogenation takes place in the liquid phase and / or in the presence of a nickel-containing catalyst. This first embodiment will be further clarified in the following text.
Die Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan wird in der Regel in Gegenwart eines geeigneten Katalysators durchgeführt. Als Katalysatoren eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann hierfür bekannten Katalysatoren, beispielsweise ein Metallkatalysator auf Kieselgur gemäß US-A 3,31 1 ,667 oder metallhaltige Katalysatoren gemäß EP A 1 995 297, wobei dort als Metall die Elemente der Platingruppe, Zinn oder Kobalt und Molybdän bevorzugt verwendet werden. The hydrogenation of benzene to cyclohexane is usually carried out in the presence of a suitable catalyst. Suitable catalysts are in principle all known to those skilled in the catalysts, such as a metal catalyst on diatomaceous earth according to US-A 3,311 1, 667 or metal-containing catalysts according to EP A 1 995 297, where as the metal elements of the platinum group, tin or cobalt and Molybdenum preferably be used.
Vorzugsweise wird die Hydrierung in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, der als Aktivmetall (auch als Metallkomponente beziehungsweise Aktivkomponente bezeichnet) mindestens ein Element der 8. bis 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente (PSE), beispielsweise Eisen, Cobalt, Nickel oder Ruthenium (entspricht der Nebengruppe VIIIB der CAS-Version des PSE) enthält, insbesondere Nickel oder Ruthenium. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Aktivmetall auf einem Trägermaterial (Träger) aufgebracht ist. Als Träger eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Träger, beispielsweise Si02 haltige, zirconiumoxidhaltige oder aluminiumoxidhaltige Träger. Besonders bevorzugt wird ein Katalysator eingesetzt, der Die Hydrierung als solche wird in der dem Fachmann an sich bekannten Art ausgeführt und betrieben, bevorzugt ist eine Kombination aus einem im gegebenenfalls gekühlten Kreislauf betriebenen Hauptreaktor (Rückführung eines Teils des aus dem Reaktor ausströmenden Gemischs in das dem Reaktor zuströmende Gemisch, wobei gegebenenfalls die Kühlung vor oder nach der genannten Zuführung platziert ist) und einem nachfolgenden im geraden Durchgang, das heißt ohne Rückführung betriebenen Nachreaktor. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung (V) also zwei Hydrierreaktoren (HR). Preferably, the hydrogenation is carried out in the presence of a catalyst containing as active metal (also referred to as metal component or active component) at least one element of the 8th to 10th group of the Periodic Table of the Elements (PSE), for example iron, cobalt, nickel or ruthenium (corresponds to Subgroup VIIIB of the CAS version of the PSE), in particular nickel or ruthenium. Furthermore, it is preferred that the active metal is applied to a carrier material (carrier). Suitable carriers are in principle all carriers known to the person skilled in the art, for example SiO 2 -containing, zirconium oxide-containing or aluminum oxide-containing carriers. Particular preference is given to using a catalyst which The hydrogenation as such is carried out and operated in a manner known per se to the person skilled in the art, preferably a combination of a main reactor operated in the optionally cooled circulation (recycling of a portion of the mixture flowing out of the reactor into the mixture flowing into the reactor, where appropriate the cooling is placed before or after the said feed) and a subsequent in-line, that is operated without feedback secondary reactor. In this case, the device (V) thus comprises two hydrogenation reactors (HR).
Die Hydrierreaktoren (H R) sind bevorzugt als Festbettreaktoren ohne interne Kühlung ausgelegt. In diesem Fall wird die Hydrierung bevorzugt so betrieben, dass die Temperaturdifferenz zwischen eintretendem und austretendem Gemisch kontinuierlich überwacht und bei Absinken dieses Werts unter einen bestimmten Sollwert die Eintrittstemperatur angehoben wird. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Hydrierreaktoren in Rieselfahrweise betrieben werden. The hydrogenation reactors (H R) are preferably designed as fixed bed reactors without internal cooling. In this case, the hydrogenation is preferably operated so that the temperature difference between incoming and exiting mixture is monitored continuously and when this value falls below a certain setpoint, the inlet temperature is raised. Furthermore, it is preferred that the hydrogenation reactors are operated in trickle mode.
Weiterhin bevorzugt wird der Hydrierung ein Apparat nachgeschaltet, in dem auf einen Druck unterhalb des im Nachreaktor eingestellten Drucks entspannt wird. Dabei fällt ein Gasstrom an, der zuvor im Kohlenwasserstoffgemisch eingelösten Wasserstoff enthält und jedenfalls verdichtet und in mindestens einen der Hydrierreaktoren (HR) zurückgeführt wird. Further preferably, the hydrogenation is followed by an apparatus in which is expanded to a pressure below that set in the post-reactor pressure. In this case, a gas stream is produced which contains hydrogen previously dissolved in the hydrocarbon mixture and in any case is compressed and returned to at least one of the hydrogenation reactors (HR).
Die Hydrierung wird bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 50 und 200 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 und 180 °C und/oder einem Druck zwischen 10 und 300 bar abs., besonders bevorzugt zwischen 30 und 200 bar abs. durchgeführt. The hydrogenation is preferably carried out at a temperature between 50 and 200 ° C, more preferably between 100 and 180 ° C and / or a pressure between 10 and 300 bar abs., Particularly preferably between 30 and 200 bar abs. carried out.
Weiterhin ist es im erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Hydrierung bevorzugt, dass der Gesamtumsatz des Benzols (und gegebenenfalls sonstiger im Strom (S2) enthaltenen ungesättigten Verbindungen) mindestens 90 %, besonders bevorzugt 99 % beträgt und/oder der Restgehalt des Benzols (und gegebenenfalls sonstiger im Strom (S2) enthaltenen ungesättigten Verbindungen) 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0, 1 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,01 Gew.-% beträgt. In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung (V) mindestens eine zur Durchführung einer Alkanisomerisierung geeignete Vorrichtung (VAI). In dieser Ausführungsform wird in der zur Durchführung einer Alkanisomerisierung geeigneten Vorrichtung (VAI) MCP zu Cyclohexan isomerisiert wird, vorzugsweise in Gegenwart einer sauren ionischen Flüssigkeit. Diese zweite Ausführungsform wird im nachfolgenden Text weiter verdeutlicht. Die Isomerisierung von MCP zu Cyclohexan wird in der Regel in Gegenwart eines geeigneten Katalysators durchgeführt. Als Katalysatoren eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann hierfür bekannten Katalysatoren, beispielsweise Friedel-Crafts- Katalysatoren gemäß US-A 2,846,485 wie Aluminiumchlorid, das zusätzlich HCl enthalten kann, oder Metallhalogeniden gemäß US-A 3,31 1 ,667 wie Aluminiumchlorid, Zirkoniumchlorid oder Bortrifluorid. Weiterhin eignen sich als Katalysatoren auch die in EP-A 1 995 297 verwendeten Zeolithe oder ionische Flüssigkeiten wie sie beispielsweise in WO 201 1/069929 verwendet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Isomerisierung vorzugsweise in Gegenwart einer sauren ionischen Flüssigkeit mit der Zusammensetzung K1 AlnX(3n+1 ), wobei K1 ein einwertiges Kation, X gleich Halogen und 1 < n < 2,5 ist. Beispielsweise können Gemische aus zwei oder mehr sauren ionischen Flüssigkeiten eingesetzt werden, vorzugsweise wird eine saure ionische Flüssigkeit eingesetzt. It is further preferred in the hydrogenation process according to the invention that the total conversion of the benzene (and optionally other unsaturated compounds present in the stream (S2)) is at least 90%, more preferably 99%, and / or the residual content of the benzene (and optionally other im Current (S2) unsaturated compounds contained) 1 wt .-%, preferably at most 0, 1 wt .-%, particularly preferably at most 0.01 wt .-% is. In a second embodiment of the present invention, the device (V) is at least one suitable device (VAI) for carrying out an alkane isomerization. In this embodiment, in the device (VAI) suitable for carrying out an alkane isomerization, MCP is isomerized to cyclohexane, preferably in the presence of an acidic ionic liquid. This second embodiment will be further clarified in the following text. The isomerization of MCP to cyclohexane is usually carried out in the presence of a suitable catalyst. Suitable catalysts are in principle all catalysts known to those skilled in the art, for example Friedel-Crafts catalysts according to US-A 2,846,485 such as aluminum chloride, which may additionally contain HCl, or metal halides according to US-A 3,311 1, 667 such as aluminum chloride, zirconium chloride or boron trifluoride , Also suitable as catalysts are the zeolites or ionic liquids used in EP-A 1 995 297, as used, for example, in WO 201 1/069929. In the present invention, the isomerization is preferably carried out in the presence of an acidic ionic liquid having the composition K1 Al n X (3n + 1) , wherein K1 is a monovalent cation, X is halogen and 1 <n <2.5. For example, mixtures of two or more acidic ionic liquids can be used, preferably an acidic ionic liquid is used.
K1 ist vorzugsweise ein unsubstituiertes oder zumindest teilweise alkyliertes Ammoniumion oder ein heterocyclisches (einwertiges) Kation, insbesondere ein Pyridiniumion, ein Imidazoliumion, ein Pyridaziniumion, ein Pyrazoliumion, ein Imidazoliniumion, ein Thiazoliumion, ein Triazoliumion, ein Pyrrolidiniumion, ein Imidazolidiniumion oder ein Phosphoniumion. X ist vorzugsweise Chlor oder Brom. K1 is preferably an unsubstituted or at least partially alkylated ammonium ion or a heterocyclic (monovalent) cation, in particular a pyridinium ion, an imidazolium ion, a pyridazinium ion, a pyrazolium ion, an imidazolinium ion, a thiazolium ion, a triazolium ion, a pyrrolidinium ion, an imidazolidinium ion or a phosphonium ion. X is preferably chlorine or bromine.
Mehr bevorzugt enthält die saure ionische Flüssigkeit als Kation ein zumindest teilweise alkyliertes Ammoniumion oder ein heterocyclisches Kation und/oder als Anion ein Chloroalumination mit der Zusammensetzung AlnCI(3n+1 ) mit 1 < n < 2,5. Vorzugsweise enthält das zumindest teilweise alkylierte Ammoniumion einen, zwei oder drei Alkylreste mit (jeweils) ein bis zehn Kohlenstoffatomen. Sofern zwei oder drei Alkylsubstituenten mit den entsprechenden Ammoniumionen vorhanden sind, kann die jeweilige Kettenlänge unabhängig voneinander gewählt werden, vorzugsweise weisen alle Alkylsubstituenten die gleiche Kettenlänge auf. Besonders bevorzugt sind trialkylierte Ammoniumionen mit einer Kettenlänge von ein bis drei Kohlenstoffatomen. Das heterocyclische Kation ist vorzugsweise ein Imidazoliumion oder ein Pyridiniumion. More preferably, the acidic ionic liquid contains as cation at least a partially alkylated ammonium ion or a heterocyclic cation and / or as an anion a chloroaluminum having the composition Al n Cl (3n + 1) with 1 ≦ n ≦ 2.5. Preferably, the at least partially alkylated ammonium ion contains one, two or three alkyl radicals having (each) one to ten carbon atoms. If two or three alkyl substituents with the corresponding ammonium ions are present, the respective chain length can be selected independently of one another, preferably all alkyl substituents have the same chain length. Particularly preferred are trialkylated ammonium ions having a chain length of one to three carbon atoms. The heterocyclic cation is preferably an imidazolium ion or a pyridinium ion.
Besonders bevorzugt enthält die saure ionische Flüssigkeit als Kation ein zumindest teilweise alkyliertes Ammoniumion und als Anion ein Chloroalumination mit der Zusammensetzung AlnCI(3n+1 ) mit 1 < n < 2,5. Beispiele für solche besonders bevorzugten saurem ionischen Flüssigkeiten sind Trimethylammoniumchloroaluminat und Triethylammoniumchloroaluminat. Weiterhin kann bei der Isomerisierung zusätzlich zur sauren ionischen Flüssigkeit auch ein Wasserstoffhalogenid (HX) als Cokatalysator verwendet werden. Als eingesetzt werden, beispielsweise Fluorwasserstoff (HF), Chlorwasserstoff (HCl), Bromwasserstoff (HBr) oder lodwasserstoff (Hl). Gegebenenfalls können die Wasserstoffhalogenide auch als Gemisch eingesetzt werden, vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nur ein Wasserstoffhalogenid eingesetzt. 5 Vorzugsweise wird das Wasserstoffhalogenid verwendet, dessen Halogenidteil auch in der vorstehend beschriebenen sauren ionischen Flüssigkeit (zumindest teilweise) im entsprechenden Anion enthalten ist. Vorzugsweise ist das Wasserstoffhalogenid (HX) Chlorwasserstoff (HCl) oder Bromwasserstoff (HBr). Besonders bevorzugt ist das Wasserstoffhalogenid (HX) Chlorwasserstoff (HCl). Particularly preferably, the acidic ionic liquid contains as cation an at least partially alkylated ammonium ion and as anion a chloroalumination with the composition Al n Cl (3n + 1) with 1 <n <2.5. Examples of such particularly preferred acidic ionic liquids are trimethylammonium chloroaluminate and triethylammonium chloroaluminate. Further, in the isomerization, in addition to the acidic ionic liquid, a hydrogen halide (HX) may also be used as a cocatalyst. When For example, hydrogen fluoride (HF), hydrogen chloride (HCl), hydrogen bromide (HBr) or hydrogen iodide (Hl). Optionally, the hydrogen halides can also be used as a mixture, but preferably only one hydrogen halide is used in the context of the present invention. Preferably, the hydrogen halide whose halide moiety is also contained in the above-described acidic ionic liquid (at least partially) in the corresponding anion is used. Preferably, the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl) or hydrogen bromide (HBr). Most preferably, the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl).
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Als Vorrichtung (V) zur Durchführung der Isomerisierung können prinzipiell alle dem Fachmann für einen solchen Zweck bekannten Vorrichtungen verwendet werden. Vorzugsweise ist die Vorrichtung (V) ein Rührkessel oder eine Rührkesselkaskade. Rührkesselkaskade bedeutet, dass zwei oder mehr, beispielsweise drei oder vier, 15 Rührkessel hintereinander (in Reihe) geschaltet sind.  As device (V) for carrying out the isomerization, it is possible in principle to use all devices known to the person skilled in the art for such a purpose. Preferably, the device (V) is a stirred tank or a stirred tank cascade. Rührkesselkaskade means that two or more, for example, three or four, 15 stirred tank are connected in series (in series).
Die Isomerisierung wird bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 0 °C und 100 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 30 °C und 60 °C durchgeführt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Druck bei der Isomerisierung zwischen 1 und 20 20 bar abs. (absolut), bevorzugt zwischen 2 und 10 bar abs., beträgt. The isomerization is preferably carried out at a temperature between 0 ° C and 100 ° C, more preferably at a temperature between 30 ° C and 60 ° C. Furthermore, it is preferred that the pressure during the isomerization is between 1 and 20 bar abs. (absolute), preferably between 2 and 10 bar abs., Is.
Die Durchführung einer Isomerisierung von MCP in Gegenwart einer sauren ionischen Flüssigkeit als Katalysator sowie gegebenenfalls einem Wasserstoffhalogenid als Cokatalysator ist den Fachmann bekannt. Vorzugsweise bilden die KohlenwasserstoffeCarrying out an isomerization of MCP in the presence of an acidic ionic liquid as catalyst and optionally a hydrogen halide as cocatalyst is known to the person skilled in the art. Preferably, the hydrocarbons form
25 (also Cyclohexan, MCP und gegebenenfalls sonstige im Strom (S2) enthaltenen Kohlenwasserstoffe) und die ionische Flüssigkeit bei der Isomerisierung jeweils eine separate Phase aus, wobei Teilmengen der ionischen Flüssigkeit in der Kohlenwasserstoffphase und Teilmengen der Kohlenwasserstoffe in der ionischen Flüssigkeitsphase enthalten sein können. Sofern vorhanden, wird das25 (ie cyclohexane, MCP and optionally other hydrocarbons present in the stream (S2)) and the ionic liquid in the isomerization in each case a separate phase, wherein subsets of the ionic liquid may be contained in the hydrocarbon phase and subsets of the hydrocarbons in the ionic liquid phase. If available, that will
30 Wasserstoffhalogenid, insbesondere Chlorwasserstoff, vorzugsweise gasförmig in die Vorrichtung (V) zur Durchführung der Isomerisierung eingeleitet. Das Wasserstoffhalogenid kann, zumindest in Teilmengen, in den beiden vorgenannten Flüssigkeitsphasen enthalten sein, vorzugsweise bildet das Wasserstoffhalogenid eine separate, gasförmige Phase aus. Hydrogen halide, in particular hydrogen chloride, preferably introduced in gaseous form into the device (V) for carrying out the isomerization. The hydrogen halide may, at least in part, be contained in the two aforementioned liquid phases, preferably the hydrogen halide forms a separate gaseous phase.
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Vorzugsweise wird die Isomerisierung in der Vorrichtung (V) so durchgeführt, dass in einem Rührkessel oder einer Rührkesselkaskade zwei flüssige Phasen und eine Gasphase vorliegen. Die erste flüssige Phase enthält zu mindestens 90 Gew.-% die saure ionische Flüssigkeit und die zweite flüssige Phase enthält zu mindestens 40 90 Gew.-% die Kohlenwasserstoffe. Die Gasphase enthält zu mindestens 90 Gew.-% mindestens ein Wasserstoffhalogenid, vorzugsweise Chlorwasserstoff. Gegebenenfalls enthält, aus denen die ionische Flüssigkeit gebildet wird, wie beispielsweise AICI3. Dabei werden Druck und Zusammensetzung der Gasphase so eingestellt, dass der Partialdruck des gasförmigen Wasserstoffhalogenid, insbesondere von HCI-Gas, in der Gasphase zwischen 1 und 20 bar abs., bevorzugt zwischen 2 und 10 bar abs. beträgt. The isomerization in the apparatus (V) is preferably carried out such that two liquid phases and one gas phase are present in a stirred tank or a stirred tank cascade. The first liquid phase contains at least 90% by weight of the acidic ionic liquid and the second liquid phase contains at least 40-90% by weight of the hydrocarbons. The gas phase contains at least 90% by weight of at least one hydrogen halide, preferably hydrogen chloride. Possibly contains, from which the ionische liquid is formed, as for example AICI 3 . In this case, the pressure and composition of the gas phase are adjusted so that the partial pressure of the gaseous hydrogen halide, in particular of HCl gas, in the gas phase between 1 and 20 bar abs., Preferably between 2 and 10 bar abs. is.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Kohlenwasserstoffgemischen (KG1 ) durchgeführt, die sowohl Benzol als auch MCP enthalten. In diesem Fall (dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens) werden zur Cyclohexanherstellung gemäß Schritt d) - nach erfolgter DMP-Vorabtrennung - eine Hydrierung und eine Isomerisierung des von DMP vollständig oder zumindest weitgehend befreiten Ausgangsgemischs durchgeführt. Es handelt sich hierbei also um eine Kombination der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform gemäß Schritt d), wobei die vorstehend beschriebenen Erläuterungen zur ersten sowie zweiten Ausführungsform für die vorliegende dritte Ausführungsform sinngemäß gelten. Preferably, the process according to the invention is carried out with hydrocarbon mixtures (KG1) which contain both benzene and MCP. In this case (third embodiment of the process according to the invention), hydrogenation and isomerization of the starting mixture completely or at least substantially freed from DMP are carried out for cyclohexane preparation according to step d) after the preliminary DMP separation. It is therefore a combination of the above-described first and second embodiments according to step d), wherein the above-described explanations to the first and second embodiments apply mutatis mutandis to the present third embodiment.
Gegebenenfalls können die Hydrierung und die Isomerisierung in einer einzigen Vorrichtung (V) gemeinsam durchgeführt werden, vorzugsweise werden in dieser dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Hydrierung und die Isomerisierung räumlich getrennt voneinander durchgeführt. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung (V) mindestens einen Hydrierreaktor (HR) (für die Hydrierung) und mindestens eine zur Durchführung einer Alkanisomerisierung geeignete Vorrichtung (VAI). Die Reihenfolge beziehungsweise die Anzahl der Stufen ist beliebig, vorzugsweise wird zunächst eine Hydrierung und anschließend eine Isomerisierung durchgeführt. Die Hydrierung kann beispielsweise in einem oder in zwei nacheinander geschalteten Reaktoren („zweistufig") durchgeführt werden. Sinngemäßes gilt für die Isomerisierung, die beispielsweise in eine Rührkesselkaskade von drei oder mehr nacheinander geschalteten Rührkesseln durchgeführt werden kann. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann das bei der Hydrierung und/oder Isomerisierung in mindestens einer Vorrichtung (V) anfallende Cyclohexan isoliert werden. In der Regel wird aus der Vorrichtung (V) Cyclohexan in einer Reinheit von mindestens 98 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 99,5 Gew. %, besonders bevorzugt 99,9 Gew.-% isoliert. Werden mehrere Vorrichtungen (V) verwendet, erfolgt die Isolierung des Cyclohexans vorzugsweise aus dem Gemisch, das in der letzten Vorrichtung (V) anfällt, also der Vorrichtung (V), die sich am weitesten stromabwärts befindet. Die Isolierung als solche erfolgt nach dem Fachmann bekannten Methoden, beispielsweise unter Verwendung von einer oder mehreren Destillationskolonnen in die das in der Vorrichtung (V) nach der Hydrierung und/ oder Isomerisierung enthaltene cyclohexanhaltige Gemisch eingespeist wird. Gegebenenfalls umfasst die gemäß erster, zweiter, dritter oder (nachfolgender) vierter Ausführungsform gestaltete Vorrichtung (V) außer den genannten Reaktionsapparaten noch weitere Einrichtungen, insbesondere Einrichtungen zur Stofftrennung, z. B. mittels Rektifikation oder Destillation. Solche Einrichtungen (Vorrichtungen) können beispielsweise dazu verwendet werden, um Cyclohexan zu isolieren und/oder Schwersieder aus einem Gemisch oder dem Zielprodukt abzutrennen. Optionally, the hydrogenation and the isomerization can be performed together in a single device (V), preferably in this third embodiment of the process according to the invention, the hydrogenation and the isomerization carried out spatially separated from each other. The device (V) preferably comprises at least one hydrogenation reactor (HR) (for the hydrogenation) and at least one device (VAI) suitable for carrying out an alkane isomerization. The sequence or the number of stages is arbitrary, preferably first a hydrogenation and then an isomerization is carried out. The hydrogenation can be carried out, for example, in one or in two reactors connected in series ("two-stage") .The same applies to the isomerization, which can be carried out, for example, in a stirred tank cascade of three or more stirred tanks in succession and / or isomerization in at least one device (V) resulting cyclohexane is usually isolated from the device (V) cyclohexane in a purity of at least 98 wt .-%, preferably at least 99.5 wt.%, Particularly preferably 99 When several devices (V) are used, the isolation of the cyclohexane is preferably carried out from the mixture obtained in the last device (V), that is, the device (V) located furthest downstream. The isolation as such is carried out by methods known to those skilled in the art, for example using one or more Distillation in which in the device (V) after hydrogenation and / or isomerization contained cyclohexane-containing mixture is fed. Optionally, the device (V) designed according to the first, second, third or (subsequent) fourth embodiment comprises, in addition to the mentioned reaction apparatuses, further devices, in particular means for separating substances, eg. B. by rectification or distillation. Such devices may be used, for example, to isolate cyclohexane and / or to separate high boilers from a mixture or the target product.
In Figur 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Schritte a) bis d) nochmals verdeutlicht. CH bedeutet Cyclohexan, B bedeutet Benzol und die in Klammer gesetzten Ausdrücke geben die für das Verfahren relevantesten und/oder die Hauptkomponenten des jeweiligen Stroms an. Im Ausgangsgemisch (KG1 ) und entsprechend im Strom (S2) können Benzol und/oder MCP enthalten sein, vorzugsweise sind Benzol und MCP enthalten. Die Vorrichtung (V) wird wie vorstehend beschrieben entsprechend der Zusammensetzung von (KG1 )/des Stroms (S2) ausgewählt (erste bis dritte Ausführungsform). Sind sowohl Benzol als auch MCP vorhanden, umfasst die Vorrichtung (V) sowohl eine Hydrierung als auch eine Isomerisierung (dritte Ausführungsform). Die Hydrierung wird vorzugsweise in mindestens einem Reaktor durchgeführt, die Isomerisierung vorzugsweise in einem Rührkessel oder einer Rührkesselkaskade, wobei die Isomerisierung der Hydrierung nachgeschaltet ist. FIG. 1 again illustrates the method according to the invention in accordance with a preferred embodiment of steps a) to d). CH is cyclohexane, B is benzene and the terms in parenthesis indicate the most relevant and / or major components of the particular stream for the process. Benzene and / or MCP can be present in the starting mixture (KG1) and correspondingly in the stream (S2), preferably benzene and MCP are present. The device (V) is selected according to the composition of (KG1) / the current (S2) as described above (first to third embodiments). When both benzene and MCP are present, the device (V) comprises both hydrogenation and isomerization (third embodiment). The hydrogenation is preferably carried out in at least one reactor, the isomerization preferably in a stirred tank or a stirred tank cascade, wherein the isomerization of the hydrogenation is connected downstream.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (vierte Ausführungsform) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gegebenenfalls im Strom (S1 ) enthaltene Cyclohexan von DMP abgetrennt, insbesondere durch Destillation in einer Destillationsvorrichtung (D2). Dabei wird der Strom (S1 ) in die Destillationsvorrichtung (D2) eingeleitet, wobei in (D2) Cyclohexan von DMP abgetrennt wird. Die konkrete Zusammensetzung des Stroms (S1 ) wurde vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schritt b) bereits beschrieben. Die Destillation bzw. die Destillationsvorrichtung (D2) kann einstufig oder mehrstufig, beispielsweise zweistufig oder dreistufig sein, vorzugsweise ist sie dreistufig. Unter der Anzahl der Stufen (Stufigkeit) wird in diesem Zusammenhang die Anzahl der Kolonnen, jeweils inklusive Nebenapparate wie z. B. Sumpfverdampfer und Kondensatoren, verstanden, die zusammengefasst die Destillationsvorrichtung (D2) ausbilden. Eine dreistufige Destillationsvorrichtung (D2) bedeutet also, dass insgesamt drei Kolonnen, jeweils inklusive Nebenapparate wie z. B. Sumpfverdampfer und Kondensatoren, in denen jeweils ein Destillationsprozess durchgeführt werden kann, gemeinsam die Destillationsvorrichtung (D2) ausbilden. Vorzugsweise umfasst (D2) eine Extraktivdestillationskolonne. In a further preferred embodiment (fourth embodiment) of the process according to the invention, the cyclohexane optionally present in the stream (S1) is separated off from DMP, in particular by distillation in a distillation apparatus (D2). In this case, the stream (S1) is introduced into the distillation apparatus (D2), wherein in (D2) cyclohexane is separated off from DMP. The concrete composition of the stream (S1) has already been described above in connection with step b) according to the invention. The distillation or the distillation apparatus (D2) can be one-stage or multi-stage, for example two-stage or three-stage, preferably three-stage. In this context, the number of stages (stage) is the number of columns, each including ancillary apparatus such. B. bottom evaporator and condensers, understood, which together form the distillation apparatus (D2). A three-stage distillation apparatus (D2) means that a total of three columns, each including ancillary equipment such. B. bottom evaporator and condensers, in each of which a distillation process can be carried out together form the distillation apparatus (D2). Preferably, (D2) comprises an extractive distillation column.
Sofern die Destillationsvorrichtung (D2) eine Extraktivdestillationskolonne umfasst, (Extraktiv-Hilfsstoffs). Als Extraktiv-Hilfsmittel werden in der Regel Verbindungen eingesetzt, für die die nachfolgende Formel (1 ) gilt:
Figure imgf000019_0001
mit
If the distillation apparatus (D2) comprises an extractive distillation column, (Extractive adjuvant). Extractive auxiliaries as a rule compounds are used, for which the following formula (1) applies:
Figure imgf000019_0001
With
YDMP,E ~ Aktivitätskoeffizient von 2,4-Dimethylpentan im Extraktiv-Hilfsmittel bei unendlicher Verdünnung, YDMP, E ~ activity coefficient of 2,4-dimethylpentane in the extractive aid at infinite dilution,
YcH,E = Aktivitätskoeffizient von Cyclohexan im Extraktiv-Hilfsmittel bei unendlicher YcH, E = activity coefficient of cyclohexane in the extractive auxiliary at infinite
Verdünnung, n = bevorzugt 1 ,1 , besonders bevorzugt 1 ,3. Als Extraktiv-Hilfsmittel werden bevorzugt sauerstoffhaltige offenkettige oder cyclische organische Verbindungen mit einem Siedepunkt mindestens 5 K oberhalb desjenigen des Cyclohexans (81 °C) eingesetzt, insbesondere solche, die eine Amid-Funktion R- CO-NR'R" als Strukturelement enthalten, wobei R, R' und R" (unabhängig voneinander) bevorzugt ausgewählt sind aus C -C3o-Alkyl oder H. Besonders geeignet als Extraktiv-Hilfsmittel sind N-Methylpyrrolidon, N-Formylmorpholin. Geeignet sind aber auch Verbindungen wie Sulfolan, Dimethylsulfoxid oder andere dem Fachmann als nichtprotische polare Lösungsmittel bekannte Verbindungen. Geeignet sind auch Mischungen mehrerer der genannten Verbindungen untereinander oder mit Wasser. Vorzugsweise umfasst die Cyclohexan/DMP-Trennung die nachfolgenden Schritte i) bis iii) und gegebenenfalls Schritt iv), wobei die Destillationsvorrichtung (D2) durch die drei Komponenten (D2-1 ) bis (D2-3) ausgebildet wird: i) eine Rektifizierkolonne (D2-1 ), in der der Großteil der Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C (bezogen auf die Menge im Zulauf zu (D2-1 ) überDilution, n = preferably 1, 1, particularly preferably 1, 3. As extractive auxiliaries, preference is given to using oxygen-containing open-chain or cyclic organic compounds having a boiling point of at least 5 K above that of cyclohexane (81 ° C.), especially those which contain an amide function R-CO-NR'R "as structural element R, R 'and R "(independently of one another) are preferably selected from C 3 -C 30 -alkyl or H. Particularly suitable extractive aids are N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine. However, compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide or other compounds known to the skilled person as non-protic polar solvents are also suitable. Also suitable are mixtures of several of the compounds mentioned with one another or with water. Preferably, the cyclohexane / DMP separation comprises the following steps i) to iii) and optionally step iv), wherein the distillation apparatus (D2) is formed by the three components (D2-1) to (D2-3): i) a rectification column (D2-1), in which the majority of the high boiler with a normal boiling point> 84 ° C (based on the amount in the feed to (D2-1) over
Sumpf und der Großteil des Cyclohexans und sonstiger Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C (bezogen auf die Menge im Zulauf zu D2-1 ) über Kopf abgetrennt werden, ii) eine Extraktivdestillationskolonne (D2-2), in der das Kopfprodukt aus (D2-1 ) mit einem Extraktiv-Hilfsmittel zusammengeführt und derart destilliert wird, dass der Großteil des Extraktiv-Hilfsmittels und des Cyclohexans über Sumpf und der Großteil der im Kopfprodukt aus (D2-1 ) enthaltenen sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C über Kopf aus (D2-2) abgezogen werden, iii) eine Regenerationskolonne (D2-3), in der der Großteil des im Sumpfstrom aus (D2-2) enthaltenen Cyclohexans über Kopf und der Großteil des im Sumpfstrom aus (D2-2) enthaltenen Extraktiv-Hilfsmittel über Sumpf abgezogen werden und iv) gegebenenfalls eine Hydrierungsvorrichtung, in die das Kopfprodukt aus (D2-3) geführt wird. Sump and most of the cyclohexane and other compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C (based on the amount in the feed to D2-1) are removed overhead, ii) an extractive distillation column (D2-2), in the top product of (D2-1) is combined with an extractive aid and distilled in such a way that the majority of the extractive aid and the cyclohexane over sump and most of the other compounds contained in the top product of (D2-1) iii) a regeneration column (D2-3), in which the majority of the cyclohexane contained in the bottom stream from (D2-2) is overhead and the major part is at a normal boiling point of 79-84 ° C the extractive aid contained in the bottom stream from (D2-2) are withdrawn via bottom and iv) optionally a hydrogenation apparatus, in which the top product from (D2-3) is performed.
In der vorstehenden Ausführungsform bedeutet der Begriff „Großteil" (soweit nicht anders ausgeführt) mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, insbesondere mindestens 99 Gew.-% (die Werte sind als Anteile am jeweiligen Feedstrom zu verstehen). In the above embodiment, the term "majority" (unless stated otherwise) means at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 95% by weight, in particular at least 99% by weight (the values are to be understood as proportions of the respective feed stream).
Der in der vorstehenden Ausführungsform enthaltene optionale Schritt iv) wird in der Regel nur dann durchgeführt, wenn im Strom (S1 ) ungesättigte Verbindungen enthalten sind, die somit auch in die Destillationsvorrichtung (D2) eingespeist werden und die zudem nicht über den Sumpf der Rektifizierkolonne (D2-1 ) aus dem Verfahren ausgeschleust werden. Die Hydrierung gemäß optionalem Schritt iv) kann sinngemäß zu der Hydrierung gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform durchgeführt werden, bevorzugt erfolgt sie einstufig.. The optional step iv) contained in the above embodiment is usually carried out only if the stream (S1) contains unsaturated compounds which are thus also fed to the distillation apparatus (D2) and which, moreover, do not pass through the bottom of the rectification column ( D2-1) are removed from the process. The hydrogenation according to optional step iv) can be carried out analogously to the hydrogenation according to the first embodiment described above, preferably it is carried out in one stage.
Gegebenenfalls kann die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Cyclohexan-/DMP-T rennung auch ohne Rektifizierkolonne (D2-1 ) als zwingender Bestandteil durchgeführt werden. Bei dieser Variante erfolgt die Cyclohexan-/DMP- Trennung nur unter Verwendung der beiden Kolonnen (D2-2) und (D2-3) sinngemäß, wobei gegebenenfalls auch eine Hydrierungsvorrichtung nachgeschaltet sein kann. Diese Variante wird vorzugsweise dann durchgeführt, sofern im Strom (S1 ) keine oder nur ein geringer Anteil an Schwersiedern mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C enthalten sind. Sofern diese Schwersieder vorhanden sind, werden sie größtenteils gemeinsam mit den sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C über Kopf aus (D2-2) abgezogen. Die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform unter Verwendung der Extraktivdestillationskolonne (D2-2) wird bevorzugt so ausgeführt und betrieben, dass der über Kopf aus (D2-2) abgezogen DMP-haltige Strom weniger als 50 Gew.-%, bevorzugt weniger als 10 Gew.-% Cyclohexan enthält. Weiterhin enthält der über Kopf Regenerationskolonne (D2-3) abgezogene cyclohexanhaltige Strom vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 10 Gew.-ppm Extraktiv-Hilfsmittel und/oder weniger als 1 Gew.-%, bevorzugt weniger als 300 Gew.-ppm Dimethylpentane, besonders bevorzugt weniger als 150 Gew.-ppm 2,4-Dimethylpentan. Optionally, the preferred embodiment of cyclohexane / DMP separation described above can also be carried out without a rectification column (D2-1) as a compulsory constituent. In this variant, the cyclohexane / DMP separation is carried out only by using the two columns (D2-2) and (D2-3) mutatis mutandis, optionally also a hydrogenation device can be downstream. This variant is preferably carried out, provided that in the stream (S1) no or only a small proportion of high boilers with a normal boiling point> 84 ° C are included. If these high boilers are present, they are for the most part withdrawn together with the other compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C overhead (D2-2). The above-described preferred embodiment using the extractive distillation column (D2-2) is preferably carried out and operated such that the DMP-containing stream withdrawn overhead from (D2-2) is less than 50% by weight, preferably less than 10% by weight. - contains% cyclohexane. Furthermore, the cyclohexane-containing stream withdrawn via overhead regeneration column (D2-3) preferably contains less than 1% by weight, more preferably less than 10 ppm by weight of extractive assistant and / or less than 1% by weight, preferably less than 300 ppm Dimethylpentane, more preferably less than 150 weight ppm of 2,4-dimethylpentane.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass Cyclohexan in einer Reinheit von mindestens 98 Gew.-%, insbesondere mindestens 99,5 Gew.-%, aus (D2) isoliert wird. Bezüglich der Durchführung der Isolierung des Cyclohexans gelten die gleichen Überlegungen wie vorstehend im Zusammenhang mit der Isolierung des Cyclohexan aus der Vorrichtung (V) ausgeführt. Alternativ kann das Cyclohexan, das aus der Destillationsvorrichtung (D2) gemäß der vierten Ausführungsform stammt, mit dem Cyclohexan, das in der Vorrichtung (V) gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform hergestellt wurde, zusammengeführt werden. Furthermore, it is preferred that cyclohexane in a purity of at least 98 wt .-%, in particular at least 99.5 wt .-%, from (D2) is isolated. With regard to carrying out the isolation of the cyclohexane, the same considerations apply as stated above in connection with the isolation of the cyclohexane from the device (V). Alternatively, the cyclohexane derived from the distillation apparatus (D2) according to the fourth embodiment may be combined with the cyclohexane prepared in the apparatus (V) according to the first to third embodiments.
Die vorstehend beschriebene vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in einer bevorzugten Ausgestaltung in Verbindung mit Figur 2 zusätzlich verdeutlicht. In Figur 2 haben die Abkürzungen, Pfeile und sonstigen Symbole eine sinngemäße Bedeutung, die vorstehend für Figur 1 beziehungsweise in der Beschreibung dieser bevorzugten Ausführungsform ausgeführt ist. In der Ausführungsform gemäß Figur 2 wird eine Destillationsvorrichtung (D2), bestehend im Wesentlichen aus drei Kolonnen ((D2-1 ) bis D2-3)), eingesetzt, der eine Hydrierungsvorrichtung nachgeschaltet ist. Die einzelnen Kolonnen können weiterhin auch Nebenapparate wie Sumpfverdampfer oder Kondensatoren umfassen, die der Übersichtlichkeit halber in Figur 2 nicht wiedergegeben sind. HV bedeutet Hydrierungsvorrichtung, EHM bedeutet Extraktiv-Hilfsmittel, S > 84 bedeutet Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C, 24DMP bedeutet 2,4-Dimethylpentan und die in Klammer gesetzten Ausdrücke geben die für das Verfahren relevantesten und/oder die Hauptkomponenten des jeweiligen Stroms an. 24DMP ist beispielhaft als bevorzugte Komponente der (sonstigen) Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C aufgeführt. Als Extraktiv-Hilfsmittel wird vorzugsweise N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) verwendet. The fourth embodiment of the present invention described above is additionally illustrated below in a preferred embodiment in conjunction with FIG. In FIG. 2, the abbreviations, arrows and other symbols have an analogous meaning, which has been described above for FIG. 1 or in the description of this preferred embodiment. In the embodiment according to FIG. 2, a distillation apparatus (D2) consisting essentially of three columns ((D2-1) to D2-3)) is used, which is followed by a hydrogenation apparatus. The individual columns may also include ancillary equipment such as sump evaporators or condensers, which are not shown in Figure 2 for clarity. HV means hydrogenation device, EHM means extractive aid, S> 84 means low boiler with a normal boiling point> 84 ° C, 24DMP means 2,4-dimethylpentane and the bracketed terms give the most relevant and / or major components of the respective stream at. 24DMP is exemplified as the preferred component of (other) compounds with a normal boiling point of 79-84 ° C. The extractive aid used is preferably N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
Der bevorzugt aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D1 ) stammende Strom (S1 ), der DMP, Cyclohexan, ungesättigte Verbindungen und gegebenenfalls Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 78 °C enthält, wird in die Rektifizierkolonne (D2-1 ) eingespeist. Die ungesättigten Verbindungen sind vorzugsweise ausgewählt aus Benzol, Olefinen, cyclischen Olefinen, insbesondere Cyclohexen, Dienen und cyclischen Dienen. In (D2-1 ) erfolgt die Aufkonzentrierung des im Strom (S1 ) enthaltenen Cyclohexans, wobei der Strom (S1 ) zunächst mittels Rektifikation in einen an schwerer als Cyclohexan siedenden Komponenten (also beispielsweise 3,3-DMP sowie sonstige Schwersieder mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C oder entsprechend siedende ungesättigte Verbindungen ) angereicherten Strom 15 und einen an schwerer als Cyclohexan siedenden Komponenten sonstigen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 79 bis 84 °C, zumindest eine Teilmenge der ungesättigten Verbindungen und eine Restmenge an Schwersiedern mit einem Normalsiedepunkt > 84 °C) aufgetrennt wird. Strom 15 kann beispielsweise als Cofeed zu einem Steamcracking-Prozess geführt oder als Bestandteil von Kraftstoff- Mischungen verwendet werden. The stream (S1), preferably from the bottom of the distillation apparatus (D1), which contains DMP, cyclohexane, unsaturated compounds and, if appropriate, high boilers having a normal boiling point> 78 ° C., is fed into the rectification column (D2-1). The unsaturated compounds are preferably selected from benzene, olefins, cyclic olefins, in particular cyclohexene, dienes and cyclic dienes. In (D2-1), the concentration of the cyclohexane present in the stream (S1) takes place, the stream (S1) first being rectified in a component which boils heavier than cyclohexane (ie, for example, 3,3-DMP and other high boilers having a normal boiling point) 84 ° C or correspondingly boiling unsaturated compounds) enriched stream 15 and a heavier than cyclohexane boiling components other compounds having a boiling point of 79 to 84 ° C, at least a portion of the unsaturated compounds and a residual amount of high boilers having a normal boiling point> 84 ° C) is separated. Stream 15 may, for example, be fed to a steam cracking process as cofeed or used as part of fuel blends.
Strom 16 wird in eine Extraktivdestillationskolonne (D2-2) geführt. In die Extraktivdestillationskolonne (D2-2) wird an einer Stelle oberhalb des Zulaufs von Strom 16 ein mindestens ein Extraktiv-Hilfsmittel (EHM) enthaltender Strom 17 geführt. An einer Stelle ebenfalls oberhalb des Zulaufs von Strom 16, bevorzugt oberhalb des Zulaufs von Strom 17, z. B. am Kolonnenkopf bzw. nach dem Kopfkondensator der Kolonne, wird ein Strom 18 entnommen, der gegenüber Strom 16 an sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C, insbesondere an 2,4-DMP, angereichert ist. Vorzugsweise enthält der Strom 18 einen Großteil der im Strom 16 enthaltenen sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C, insbesondere an 2,4-DMP. Über eine Stelle unterhalb des Zulaufs von Strom 16, bevorzugt über den Kolonnensumpf, wird ein Strom 19 entnommen, enthaltend das Extraktiv-Hilfsmittel, Cyclohexan und die ungesättigten Verbindungen, wobei in Strom 19 das Konzentrationsverhältnis Cyclohexan/ sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C, insbesondere 2,4-DMP, höher ist als im Strom 16. Stream 16 is fed to an extractive distillation column (D2-2). In the extractive distillation column (D2-2) at a point above the feed of stream 16, a at least one extractive aid (EHM) containing stream 17 is performed. At a location also above the inlet of stream 16, preferably above the inlet of stream 17, z. B. at the top of the column or after the top condenser of the column, a stream 18 is taken, which is compared to stream 16 at other compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, in particular to 2,4-DMP, enriched. Preferably, the stream 18 contains a majority of the other compounds contained in the stream 16 with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, in particular to 2,4-DMP. Via a point below the inlet of stream 16, preferably via the bottom of the column, a stream 19 is taken, containing the extractive aid, cyclohexane and the unsaturated compounds, wherein in stream 19 the concentration ratio cyclohexane / other compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, especially 2,4-DMP, is higher than in the stream 16.
Die Extraktivdestillationskolonne (D2-2) wird vorzugsweise so ausgeführt und betrieben, dass Strom 18 höchstens 100 Gew.-ppm, bevorzugt höchstens 10 Gew.-ppm, besonders bevorzugt höchstens 1 Gew.-ppm an Extraktiv-Hilfsmittel enthält. Dies kann erreicht werden, indem der höchste Zulauf eines EHM-haltigen Stroms mindestens 5, bevorzugt mindestens 10 theoretische Trennstufen (gemäß dem Fachmann bekannter Definition) unterhalb des Kopfes erfolgt und/oder (D2-2) mit einem Rücklaufverhältnis von mindestens 5, bevorzugt mindestens 10 betrieben wird. Strom 19 wird, gegebenenfalls nach einer Vorwärmung, in die Regenerationskolonne (D2-3) geführt. Aus der Regenerationskolonne (D2-3) wird ein gegenüber Strom 19 an Cyclohexan angereicherter Strom 20 und ein gegenüber Strom 19 an Cyclohexan abgereicherter Strom 21 (Strom 21 enthält vordergründig das Extraktiv-Hilfsmittel, eine Teilmenge an Cyclohexan und (gegebenenfalls) eine Restmenge an sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C, insbesondere an 2,4-DMP) abgezogen. Aus Strom 21 wird ein Ausschleusstrom (Purgestrom) 21 a abgezweigt, der bevorzugt maximal 5 %, besonders bevorzugt maximal 1 % der Menge von Strom 21 ausmacht. Der verbleibende Strom wird, gegebenenfalls nach einer Abkühlung (die auch im Wärmeverbund mit einer Vorwärmung von Strom 19 erfolgen kann), mindestens teilweise dem Strom 17 zugeführt und/oder in der Nähe des Stroms 16 in die Extraktivdestillationskolonne (D2-2) zurückgeführt. Strom 20 wird gegebenenfalls zusammen mit einem Wasserstoff enthaltenden Strom in die Hydrierungsvorrichtung (HV) geführt, in der mit Hilfe eines geeigneten Katalysators die ungesättigten Verbindungen, ausgewählt aus Benzol, Olefinen, cyclischen Olefinen, insbesondere Cyclohexen, Dienen und cyclischen Dienen, hydriert werden. Wasserstoff kann aber auch getrennt von Strom 20 in (HV) eingeleitet werden, wie in Figur 2 dargestellt. Der bei der Hydrierung gewonnene Strom 22 enthält als Hauptbestandteil Cyclohexan und kann gegebenenfalls weiter aufgearbeitet werden, beispielsweise kann spezifikationsgerechtes (hochreines) Cyclohexan aus dem Strom 22 isoliert werden. Gegebenenfalls kann der Strom 22 auch mit dem Cyclohexan oder einem cyclohexanhaltigen Strom vereinigt werden, der im erfindungsgemäßen Verfahren in der Vorrichtung (V) (gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform) hergestellt wird. The extractive distillation column (D2-2) is preferably carried out and operated so that stream 18 contains at most 100 ppm by weight, preferably at most 10 ppm by weight, more preferably at most 1 ppm by weight of extractive auxiliary. This can be achieved by the highest feed of an EHM-containing stream at least 5, preferably at least 10 theoretical plates (according to the definition of the skilled worker) below the head and / or (D2-2) with a reflux ratio of at least 5, preferably at least 10 is operated. Stream 19 is passed, optionally after preheating, into the regeneration column (D2-3). From the regeneration column (D2-3) is compared to stream 19 to cyclohexane enriched stream 20 and a stream 19 against cyclohexane depleted stream 21 (stream 21 contains superficially the extractive aid, a subset of cyclohexane and (optionally) a residual amount of other Stripped compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C, in particular to 2,4-DMP). From stream 21, a discharge stream (purge stream) 21 a is branched off, which preferably accounts for at most 5%, particularly preferably at most 1%, of the amount of stream 21. The remaining stream is, if appropriate after cooling (which can also take place in the heat network with preheating of stream 19) at least partially fed to the stream 17 and / or returned in the vicinity of the stream 16 in the extractive distillation column (D2-2). Stream 20 is optionally passed into the hydrogenation device (HV) along with a hydrogen-containing stream in which the unsaturated compounds selected from benzene, olefins, cyclic olefins, especially cyclohexene, dienes and cyclic dienes, are hydrogenated with the aid of a suitable catalyst. However, hydrogen can also be introduced separately from stream 20 in (HV), as shown in FIG. The stream 22 obtained in the hydrogenation contains cyclohexane as the main constituent and may, if appropriate, be worked up further, for example specification-compliant (high-purity) cyclohexane can be isolated from stream 22. Optionally, the stream 22 can also be combined with the cyclohexane or a cyclohexane-containing stream which is prepared in the process according to the invention in the device (V) (according to the first to third embodiments).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Kombination der vorstehend beschriebenen dritten und vierten Ausführungsform durchgeführt. In the present invention, a combination of the third and fourth embodiments described above is preferably performed.
Nachfolgend soll die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen verdeutlicht werden. Hereinafter, the present invention will be illustrated by way of examples.
Für die Simulationsrechnung wird die BASF-eigene Software Chemasim verwendet (bei Verwendung der kommerziell erhältlichen Software Aspen Plus (Hersteller: Aspen Tech, Burlington/Massachusetts, USA) würde man dieselben Ergebnisse erhalten). Folgende grobe Zusammensetzung des Kohlenwasserstoffgemisches (KG1 ) wird verwendet (detaillierte Zusammensetzung siehe Tabelle 1 ): For the simulation calculation the BASF own software Chemasim is used (using the commercially available software Aspen Plus (manufacturer: Aspen Tech, Burlington / Massachusetts, USA) one would get the same results). The following rough composition of the hydrocarbon mixture (KG1) is used (for detailed composition, see Table 1):
Benzol 9,6 Gew.-% Benzene 9.6% by weight
Methylcyclopentan (MCP) 32,0 Gew.-%  Methylcyclopentane (MCP) 32.0% by weight
Dimethypentan (DMP) 0,8 Gew.-%  Dimethypentane (DMP) 0.8% by weight
Sonstige Kohlenwasserstoffe 57,6 Gew.-%  Other hydrocarbons 57.6% w / w
In der Vorrichtung (V) wird in den nachfolgenden Beispielen 1 und 2 zunächst eine Hydrierung und anschließend eine Isomerisierung durchgeführt. Die relevanten Parameter hierfür sind wie folgt: In the device (V), in the following Examples 1 and 2, first a hydrogenation and then an isomerization is carried out. The relevant parameters for this are as follows:
1 . Hydrierung: Ni-Festbett-Katalysator 1 . Hydrogenation: Ni fixed bed catalyst
36 bar H2 36 bar H 2
Reaktionstemperatur: 140-160°C  Reaction temperature: 140-160 ° C
2. Isomerisierung: Kohlenwasserstoffkonversion in Gegenwart einer ionischen 2. Isomerization: Hydrocarbon conversion in the presence of an ionic
Flüssigkeit (Trimethylammoniumheptachlorodialumiat)  Liquid (trimethylammoniumheptachlorodialumate)
Reaktionsdruck: 3,5 bara HCl In den beiden Beispielen ist die Destillationsvorrichtung D1 einmal vor der Vorrichtung V (Beispiel 1 ) und einmal nach der Vorrichtung V (Vergleichsbeispiel 2) angeordnet. 1. Beispiel mit Vorabtrennung von DMP Reaction pressure: 3.5 bara HCl In the two examples, the distillation apparatus D1 is arranged once before the apparatus V (Example 1) and once after the apparatus V (Comparative Example 2). 1st example with pre-separation of DMP
Beispiel 1 wird gemäß der in Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsform durchgeführt. Example 1 is carried out according to the embodiment schematically illustrated in FIG.
Das besagte Kohlenwasserstoffgemisch KG1 (detaillierte Zusammensetzung siehe Tabelle 1 ) wird in eine Destillationsvorrichtung D1 (Rektifikationskolonne) gegeben. In dieser wird das in KG1 enthaltende DMP über den Sumpf der D1 (S1 ) so abgetrennt, dass der Strom S2 noch höchstens 0,1 Gew.-% bezogen auf Benzol und MCP an DMP enthält (siehe S2 Tabelle 1 ). Der Strom S2 wird als Destillat von D1 abgezogen und enthält das entsprechende Benzol und MCP. Anschließend wird dieser in eine Vorrichtung V gegeben, in welcher Cyclohexan durch Hydrierung von Benzol und durch Isomerisierung von MCP hergestellt wird. Das hergestellte Cyclohexan verlässt Vorrichtung V mit einer Reinheit von mindestens 99,9 Gew. % (siehe CH Tabelle 1 ). Said hydrocarbon mixture KG1 (for detailed composition, see Table 1) is introduced into a distillation apparatus D1 (rectification column). In this, the DMP contained in KG1 is separated off via the bottom of D1 (S1) in such a way that stream S2 still contains at most 0.1% by weight, based on benzene and MCP, of DMP (see S2 Table 1). Stream S2 is withdrawn as distillate from D1 and contains the corresponding benzene and MCP. Subsequently, this is placed in a device V, in which cyclohexane is prepared by hydrogenation of benzene and by isomerization of MCP. The cyclohexane produced leaves device V with a purity of at least 99.9% by weight (see CH Table 1).
Tabelle 1 : Eigenschaften und Zusammensetzung der Ströme aus Beispiel 1 Table 1: Properties and composition of the streams from Example 1
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0001
Kolonne D1 Column D1
Trennstufenzahl 80  Number of steps 80
Rücklaufverhältnis 4,159  Return ratio 4.159
Verdampferleistung [kW] 2003  Evaporator power [kW] 2003
Kondensatorleistung [kW] 2005  Capacitor power [kW] 2005
Um die Abtrennung des DMPs in der Kolonne D1 zur gewährleisten werden 80 Stufen mit einer Verdampfer Leistung von ca. 2 MW benötigt. To ensure the separation of the DMP in the column D1 to 80 stages with an evaporator power of about 2 MW are required.
2. Vergleichsbeispiel mit Nachabtrennung von DMP 2nd comparative example with post-separation of DMP
Vergleichsbeispiel 2 ist schematisch in Figur 3 dargestellt. Soweit nicht anders angegeben, haben in Figur 3 die Abkürzungen und Symbole die gleichen Bedeutungen wie vorstehend für die Figuren 1 oder 2 beschrieben. Comparative Example 2 is shown schematically in FIG. Unless otherwise indicated, in FIG. 3 the abbreviations and symbols have the same meanings as described above for FIGS. 1 or 2.
Das besagte Kohlenwasserstoffgemisch KG1 (detaillierte Zusammensetzung siehe Tabelle 1 ) wird in diesem Fall zuerst in die Vorrichtung V eingespeist, in welcher Cyclohexan durch Hydrierung von Benzol und durch Isomerisierung von MCP hergestellt wird. Dabei wird das DMP nicht in einer vorgeschalteten Kolonne abgetrennt. Der Strom S2*, kommend aus der Hydrier- bzw. Isomerisierungs-Stufe, wird nun in eine Destillationsvorrichtung gegeben (Rektifikationskolonne). In dieser wird das in S2* enthaltene DMP über Sumpf als Strom S1 * abgetrennt, so dass für CH im Destillat eine Reinheit von 98 Gew. % gegeben ist. Die detaillierten Zusammensetzungen der einzelnen Ströme befinden sich in Tabelle2. The said hydrocarbon mixture KG1 (detailed composition see Table 1) is in this case fed first to the device V, in which cyclohexane is prepared by hydrogenation of benzene and by isomerization of MCP. The DMP is not separated in an upstream column. The stream S2 * , coming from the hydrogenation or isomerization stage, is now placed in a distillation apparatus (rectification column). In this, the DMP contained in S2 * is removed via the bottom as stream S1 * , so that a purity of 98% by weight is given for CH in the distillate. The detailed compositions of the individual streams are in Table 2.
Tabelle 2: Eigenschaften und Zusammensetzung der Ströme aus Table 2: Properties and composition of the streams
Vergleichsbeispiel 2  Comparative Example 2
Strom : KG1 S2* S1* CH Current: KG1 S2 * S1 * CH
Topologie  topology
von Apparat V D1 D1 zu Apparat V D1  from apparatus V D1 D1 to apparatus V D1
Phase Fluss Fluss Fluss Fluss Phase River River River
Eigenschaften Einheit akt. Wert akt. Wert akt. Wert akt. WertProperties Unit act. Value act. Value act. Value act. value
Temperatur °C 25 40 93, 12315 80,307801Temperature ° C 25 40 93, 12315 80,307801
Druck bar 1 1 ,1 1 1Pressure bar 1 1, 1 1 1
Enthalpie kW 67 66 33 11 1Enthalpy kW 67 66 33 11 1
Massenstrom kg/h 5000 3178 580 2598Mass flow kg / h 5000 3178 580 2598
Konzentrationen MolM. Einheit akt. Wert akt. Wert akt. Wert akt. WertConcentrations MolM. Unit act. Value act. Value act. Value act. value
CYCLOPENTAN 70,135 g/g 0,09493 0,00000 0,00000 0,00000CYCLOPENTANE 70.135 g / g 0.09493 0.00000 0.00000 0.00000
2-M-PENTAN 86,179 g/g 0,06739 0,00000 0,00000 0,00000 3-M-PENTAN 86,179 g/g 0,04333 0,00000 0,00000 0,000002-M-PENTANE 86.179 g / g 0.06739 0.00000 0.00000 0.00000 3-M-PENTANE 86.179 g / g 0.04333 0.00000 0.00000 0.00000
HEXAN 86,179 g/g 0,14966 0,00000 0,00000 0,00000HEXAN 86.179 g / g 0.14666 0.00000 0.00000 0.00000
M-CY-PENTAN 84,163 g/g 0,32621 0,00046 0,00000 0,00056M-CY-PENTANE 84.163 g / g 0.32621 0.00046 0.00000 0.00056
CYCLOHEXAN 84,163 g/g 0,08849 0,81202 0,00673 0,99178CYCLOHEXAN 84.163 g / g 0.08849 0.81202 0.00673 0.99178
HEPTAN 100,21 g/g 0,02436 0,03828 0,20977 0,00000HEPTAN 100.21 g / g 0.02436 0.03828 0.20977 0.00000
2-M-HEXAN 100,21 g/g 0,02875 0,05125 0,28085 0,000002-M-HEXAN 100.21 g / g 0.02875 0.05125 0.28085 0.00000
C13DMCPENTAN 98,19 g/g 0,00938 0,00733 0,04017 0,00000C13DMCPENTAN 98.19 g / g 0.00938 0.00733 0.04017 0.00000
M-CYCLOHEXAN 98,19 g/g 0,00689 0,03048 0, 16702 0,00000M-CYCLOHEXAN 98.19 g / g 0.00689 0.03048 0, 16702 0.00000
BENZOL 78,1 15 g/g 0,09628 0,00000 0,00000 0,00000BENZOL 78.1 15 g / g 0.09628 0.00000 0.00000 0.00000
2,4DM-PENTAN 100,21 g/g 0,00608 0,00254 0,00000 0,0031 12,4DM-PENTAN 100,21 g / g 0,00608 0,00254 0,00000 0,0031 1
3-M-HEXAN 100,21 g/g 0,02582 0,04143 0,22705 0,000003-M-HEXAN 100.21 g / g 0.02582 0.04143 0.22705 0.00000
2,2DM-PENTAN 100,206 g/g 0,00237 0,00372 0,00000 0,00455 2.2DM PENTAN 100.206 g / g 0.00237 0.00372 0.00000 0.00455
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0001
Um die Reinheit von 98 Gew.-% an CH zu gewährleisten, benötigt man für die Kolonne D1 200 Stufen mit einer Verdampfer Leistung von ca. 13 MW. To ensure the purity of 98 wt .-% of CH, 200 columns with an evaporator capacity of about 13 MW is required for the column D1.
3. Ergebnisse der Simulationsrechnung 3. Results of the simulation calculation
Die Ergebnisse zeigen auf, dass durch die Vorabtrennung der Schwersieder (DMP) eine höhere Reinheit des Cyclohexans bei deutlich geringerem Invest (80 Stufen vs. 200 Stufen) und variablen Kosten (2 MW vs. 13 MW) erreicht werden kann. The results show that the separation of the high boilers (DMP) allows a higher purity of the cyclohexane with significantly lower investment (80 steps vs. 200 steps) and variable costs (2 MW vs. 13 MW).

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung von Cyclohexan, umfassend die folgenden Schritte a) Einspeisung eines Kohlenwasserstoffgemisches (KG1 ), umfassend Process for the preparation of cyclohexane, comprising the following steps: a) Feed of a hydrocarbon mixture (KG1) comprising
i) Benzol und/oder Methylcyclopentan (MCP) und  i) benzene and / or methylcyclopentane (MCP) and
ii) Dimethylpentane (DMP)  ii) dimethylpentane (DMP)
in eine Destillationsvorrichtung (D1 ), b) Abtrennen eines Stromes (S1 ) enthaltend DMP aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D1 ), c) Abtrennen eines Stromes (S2) enthaltend Benzol und/oder MCP aus einem Auslass der Destillationsvorrichtung (D1 ), wobei der Auslass oberhalb des in a distillation apparatus (D1), b) separating a stream (S1) containing DMP from the bottom of the distillation apparatus (D1), c) separating a stream (S2) containing benzene and / or MCP from an outlet of the distillation apparatus (D1), wherein the outlet above the
Sumpfes von (D1 ) angeordnet ist, d) Einspeisung des Stromes (S2) in mindestens eine Vorrichtung (V), die zur Hydrierung und/oder Isomerisierung geeignet ist, wobei in der Vorrichtung (V) die Herstellung des Cyclohexans durch Hydrierung von Benzol und/oder durch Isomerisierung von MCP erfolgt und die Destillationsvorrichtung (D1 ) stromaufwärts zur Vorrichtung (V) angeordnet ist. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus der Vorrichtung (V) Cyclohexan in einer Reinheit von mindestens 98 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 99,5 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 99,9 Gew.-% isoliert wird. D) feeding the stream (S2) into at least one device (V) which is suitable for hydrogenation and / or isomerization, wherein in the device (V) the preparation of the cyclohexane by hydrogenation of benzene and or by isomerization of MCP and the distillation device (D1) upstream of the device (V) is arranged. 2. The method according to claim 1, characterized in that from the device (V) cyclohexane in a purity of at least 98 wt .-%, preferably of at least 99.5 wt .-%, particularly preferably of at least 99.9 wt. % is isolated.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) zusätzlich Cyclohexan enthalten vorzugsweise enthält (KG1 ) Process according to Claim 1 or 2, characterized in that hydrocarbon mixture (KG1) additionally contains cyclohexane (KG1)
i) Benzol,  i) benzene,
ii) MCP,  ii) MCP,
iii) DMP,  iii) DMP,
iv) Cyclohexan und  iv) cyclohexane and
v) gegebenenfalls mindestens eine weitere Verbindung ausgewählt Olefinen oder C5-C8-Alkanen. 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (S2) mindestens 95 %, vorzugsweise mindestens 98 % der im Benzol und MCP enthält und/oder dass der Strom (S2) höchstens 0,1 Gew.%, vorzugsweise höchstens 0,02 Gew.%, (bezogen auf die Gesamtmenge an Benzol und MCP in Strom (S2)) DMP enthält, besonders bevorzugt enthält der Strom (S2) höchstens 0,015 Gew.%, (bezogen auf die Gesamtmenge an Benzol und MCP in Strom (S2)) 2,4-DMP. v) optionally at least one further compound selected olefins or C 5 -C 8 alkanes. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the stream (S2) at least 95%, preferably at least 98% of im Benzene and MCP and / or that the stream (S2) contains at most 0.1% by weight, preferably at most 0.02% by weight (based on the total amount of benzene and MCP in stream (S2)) DMP, particularly preferably the stream (S2) contains at most 0.015% by weight (based on the total amount of benzene and MCP in stream (S2)) 2,4-DMP.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationsvorrichtung (D1 ) eine Rektifikationskolonne ist und dass sich der Auslass der Destillationsvorrichtung (D1 ), aus dem gemäß Schritt e) der Strom (S2) abgetrennt wird, oberhalb des Zulaufs befindet, mit dem das5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the distillation apparatus (D1) is a rectification column and that the outlet of the distillation apparatus (D1) from which according to step e) the stream (S2) is separated, above the Zulaufs is located, with the
Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) in (D1 ) eingespeist wird, vorzugsweise befindet sich der Auslass im Kopf von (D1 ). Hydrocarbon mixture (KG1) is fed into (D1), preferably the outlet is in the head of (D1).
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationsvorrichtung (D1 ) keine Reaktionszone enthält, in der Benzol und/oder MCP hydriert werden, und/oder der Strom (S2) höchstens 2 %, vorzugsweise höchstens 0,5 % an Cyclohexan enthält (bezogen auf die Menge, die im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) enthalten ist). 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D1 ) abgetrennte Strom (S1 ) DMP enthält, vorzugsweise mindestens 98 % des DMPs, das im Kohlenwasserstoffgemisch (KG1 ) enthalten ist und/oder dass der aus dem Sumpf der Destillationsvorrichtung (D1 ) abgetrennte Strom (S1 ) höchstens 10 %, bevorzugt höchstens 5 %, besonders bevorzugt höchstens 2 % des in6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the distillation apparatus (D1) contains no reaction zone in which benzene and / or MCP are hydrogenated, and / or the stream (S2) at most 2%, preferably at most 0, Contains 5% of cyclohexane (based on the amount contained in the hydrocarbon mixture (KG1)). 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the from the bottom of the distillation apparatus (D1) separated stream (S1) contains DMP, preferably at least 98% of the DMP contained in the hydrocarbon mixture (KG1) and / or that the stream (S1) separated from the bottom of the distillation apparatus (D1) is at most 10%, preferably at most 5%, particularly preferably at most 2% of the weight in
(KG1 ) enthaltenen MCPs enthält. (KG1) contained in MCPs.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (S1 ) in eine Destillationsvorrichtung (D2) eingeleitet wird, wobei in (D2) Cyclohexan von DMP abgetrennt wird, vorzugsweise umfasst (D2) eine8. The method according to any one of claims 3 to 7, characterized in that the stream (S1) is introduced into a distillation apparatus (D2), wherein in (D2) cyclohexane is separated from DMP, preferably (D2) comprises a
Extraktivdestillationskolonne und/oder vorzugsweise wird Cyclohexan in einer Reinheit von mindestens 98 Gew.-%, insbesondere mindestens 99,5 Gew.-%, aus (D2) isoliert. 9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Cyclohexan/DMP-Trennung die nachfolgenden Schritte i) bis iii) und gegebenenfalls Schritt iv) umfasst, wobei die Destillationsvorrichtung (D2) durch die drei Komponenten (D2-1 ) bis (D2-3) ausgebildet wird: eine Rektifizierkolonne (D2-1 ), in der ein Großteil der Schwersieder mit einem NormalsiedeDunkt > 84 °C (bezoaen auf die Menae im Zulauf zu Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C (bezogen auf die Menge im Zulauf zu D2-1 ) über Kopf abgetrennt werden, eine Extraktivdestillationskolonne (D2-2), in der das Kopfprodukt aus (D2- 1 ) mit einem Extraktiv-Hilfsmittel zusammengeführt und derart destilliert wird, dass der Großteil des Extraktiv-Hilfsmittels und des Cyclohexans über Sumpf und der Großteil der im Kopfprodukt aus (D2-1 ) enthaltenen sonstigen Verbindungen mit einem Normalsiedepunkt von 79 bis 84 °C über Kopf aus (D2-2) abgezogen werden, eine Regenerationskolonne (D2-3), in der der Großteil des im Sumpfstrom aus (D2-2) enthaltenen Cyclohexans über Kopf und der Großteil des im Sumpfstrom aus (D2-2) enthaltenen Extraktiv-Hilfsmittel über Sumpf abgezogen werden und gegebenenfalls eine Hydrierungsvorrichtung, in die das Kopfprodukt aus (D2-3) geführt wird. Extractive distillation column and / or cyclohexane is preferably in a purity of at least 98 wt .-%, in particular at least 99.5 wt .-%, isolated from (D2). 9. The method according to claim 8, characterized in that the cyclohexane / DMP separation comprises the following steps i) to iii) and optionally step iv), wherein the distillation device (D2) by the three components (D2-1) to (D2 -3) is formed: a rectification column (D2-1), in which a large part of the high boiler with a NormalsiedeDunkt> 84 ° C (bezoaen on the Menae in the inlet to Compounds with a normal boiling point of 79 to 84 ° C (based on the amount in the feed to D2-1) are separated overhead, an extractive distillation column (D2-2), in which the top product of (D2-1) with an extractive aid is collected and distilled in such a way that the majority of the extractive aid and the cyclohexane over the bottom and most of the other compounds contained in the top product of (D2-1) with a normal boiling point of 79 to 84 ° C from the top (D2-2) are withdrawn, a regeneration column (D2-3), in which most of the cyclohexane contained in the bottom stream from (D2-2) overhead and most of the extractive aid contained in the bottom stream (D2-2) are withdrawn via bottom and optionally a hydrogenation device into which the overhead product from (D2-3) is guided.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Cydohexan, das aus der Destillationsvorrichtung (D2) stammt, mit dem Cydohexan, das in der Vorrichtung (V) hergestellt wurde, zusammengeführt wird. Process according to claim 8 or 9, characterized in that cydohexane originating from the distillation apparatus (D2) is combined with the cyclohexane prepared in the apparatus (V).
1 1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass, die Vorrichtung (V) mindestens ein Hydrierreaktor (HR) ist und/oder die1 1. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that, the device (V) is at least one hydrogenation reactor (HR) and / or the
Vorrichtung (V) mindestens eine zur Durchführung einer Alkanisomerisierung geeignete Vorrichtung (VAI) ist. Device (V) is at least one device suitable for carrying out an alkane isomerization (VAI).
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Hydrierreaktor (HR) Benzol zu Cydohexan hydriert wird, vorzugsweise in12. The method according to claim 1 1, characterized in that in the hydrogenation reactor (HR) benzene is hydrogenated to Cydohexan, preferably in
Gegenwart eines nickelhaltigen Katalysators. Presence of a nickel-containing catalyst.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der zur Durchführung einer Alkanisomerisierung geeigneten Vorrichtung (VAI) MCP zu Cydohexan isomerisiert wird, vorzugsweise in Gegenwart einer sauren ionischen Flüssigkeit. 13. The method according to claim 1 1 or 12, characterized in that in the device suitable for carrying out an alkane isomerization (VAI) MCP is isomerized to cyclohexane, preferably in the presence of an acidic ionic liquid.
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