DE1193014B

DE1193014B - Verfahren zur Trennung eines Fluessigkeitsgemisches

Info

Publication number: DE1193014B
Application number: DEA36040A
Authority: DE
Inventors: Donald Spencer
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1959-11-16
Filing date: 1960-11-16
Publication date: 1965-05-20
Also published as: GB963451A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 12a-5

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1193 014
A36040IVc/12a
16. November 1960
20. Mai 1965

In der Industrie tritt häufig der Fall auf, daß bestimmte Flüssigkeitsgemische nicht wirtschaftlich durch fraktionierte Destillation in die gewünschten Produkte getrennt werden können. In solchen Fällen zeigt es sich oft, daß der Zusatz gewisser Mittel zu den Gemischen die Flüchtigkeit bestimmter Komponenten so weit erhöht, daß dann eine wirtschaftliche Abtrennung möglich ist.

Die Arten der verwendeten Mittel lassen sich in drei Klassen einordnen:

1. die sogenannten pseudoazeotropen Mittel, die die Flüchtigkeit einer Komponente erhöhen und in die Destillatfraktion übergehen, ohne mit den Hauptkomponenten azeotrope Mischungen zu bilden; . ..

2. azeotrope Mittel, die mit jeder Komponente, deren Flüchtigkeit erhöht wird, oder mit dieser Komponente und derjenigen, von der sie abgetrennt wird, azeotrope Mischungen mit Siedeminimum bilden;

3. extraktive Mittel, meist Substanzen geringer Flüchtigkeit, die bei Zugabe zu dem zu trennenden Gemisch die Flüchtigkeit einer Komponente erhöhen, so daß man die verbleibende(n) Substanzen) durch Destillation leicht von dem extraktiven Mittel abtrennen kann, welches gewöhnlich polarer Natur ist und einen hinreichend hohen Siedepunkt hat, um keine azeotropen Gemische mit Komponenten der Gemische zu bilden.

Versucht man bei Gemischen, die mehr als zwei Komponenten enthalten, die Flüchtigkeit einer Komponente so weit zu steigern, bis sie durch pseudoazeotrope, azeotrope oder extraktive Destillationsverfahren abgetrennt werden kann, so findet man oft, daß das Zusatzmittel auch die Flüchtigkeit schwerer Komponenten derartig erhöht, daß sie in Gegenwart des Mittels nicht wirtschaftlich abgetrennt werden können, also das gewünschte Produkt verunreinigen, während sie in Abwesenheit des Mittels leicht durch fraktionierte Destillation abgetrennt werden können. Aus diesem Grund ist es oft notwendig, mehrfach zu destillieren, um so vor der azeotropen Behandlung Fraktionen abzutrennen.

Es wurde nun festgestellt, und auf dieser Feststellung beruht die Erfindung, daß mehrfache Destillationsbehandlungen, bei denen pseudoazeotropische oder azeotrope Destillationsmittel verwendet werden, beträchtlich verbessert werden können, wenn die Destillationsbehandlung in einer einzigen Anlage durchgeführt wird.

Demzufolge ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in eine in Verfahren zur Trennung eines
Flüssigkeitsgemisches

Anmelder:

A. P. V. Company Limited, Crawley, Sussex

(Großbritannien)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore und Dipl.-Ing. H. Gralfs,

Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:

Donald Spencer, Horley, Surrey

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 16. November 1959
(38 859)

zwei Abschnitten arbeitende Kolonne eingeführt wird, in deren einem Abschnitt die beiden stärker flüchtigen Komponenten von den weniger flüchtigen Komponenten, die am Fuß dieses Abschnittes abgezogen werden, abgetrennt werden, während die über Kopf abgehenden Dämpfe, die die beiden stärker flüchtigen Komponenten enthalten, zum zweiten Abschnitt gelangen, wo ein azeotropes Mittel zugesetzt und die schwerer flüchtige Komponente dieser beiden Komponenten kondensiert wird, während die aus dem zweiten Abschnitt austretenden Dämpfe in einem Kondensator kondensiert werden und dieses Kondensat zum Teil als Rückfluß, der das azeotrope Mittel enthält, in den zweiten Abschnitt zurückgeleitet wird, und daß das Kondensat aus diesem zweiten Abschnitt zu einem Abstreifer geleitet wird, wo das azeotrope Mittel als Dampf abgetrennt und in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird.

Die Erfindung läßt sich stets dann anwenden, wenn durch pseudoazeotropische oder azeotropische Destillationsverfahren ein Gemisch getrennt werden soll, das die Substanzen A und B enthält, wobei A und B sich nur schwierig trennen lassen und ein Zusatzmittel erforderlich ist, um die Flüchtigkeit von A gegenüber B zu erhöhen, und wobei die Mischung wenigstens eine weitere Substanz C enthält, die weniger flüchtig ist als B und durch fraktionierte Destillation ohne Zusatzmittel wirtschaftlich von B abgetrennt werden kann, in Gegenwart des zur Abtrennung der Sub-

509 570/335

stanz A von der Substanz B zugesetzten Mittels in ihrer Flüchtigkeit verglichen mit B jedoch so stark beeinflußt wird, daß die Abtrennung der Substanz B von der Substanz C nicht mehr wirtschaftlich ist.

Die Erfindung hat den bedeutenden Vorteil, daß die Wärme der Dämpfe, die aus dem Säulenabschnitt aufsteigen, in dem die Trennung der Substanzen A und B von der Substanz C stattfindet, dazu benutzt wird, im Kopfabschnitt, in dem das azeotrope oder pseudoazeotrope Zusatzmittel anwesend ist, die Substanz A von der Substanz B zu fraktionieren.

Die Erfindung sei in ihrer Anwendung auf die Raffination von Flüssigkeitsgemischen aus Aromaten und Paraffinen, Naphthenen und/oder ungesättigten organischen Substanzen veranschaulicht. Derartige Fraktionen können bei der Pyrolyse oder bei katalytischen Behandlungen von Kohlenwasserstofffraktionen sowie als Nebenprodukt bei der Kohleverkokung anfallen.

Je nach der Temperatur und den anderen Bedingungen, unter denen diese aromatischen Fraktionen erzeugt werden, können sie eine Mischung von Benzol, Toluol, Xylol und anderen Aromaten mit ungesättigten Substanzen praktisch ohne Naphthalin- oder Paraffingehalt sein; in diesem Fall ist die Abtrennung aromatischer Fraktionen gewünschter Reinheit durch fraktionierte Destillation durchaus möglich. In gewissen Fällen hat sich jedoch gezeigt, daß der Gehalt an Paraffin- und Naphthenverunreinigungen die Gewinnung der gewünschten aromatischen Fraktionen durch fraktionierte Destillation unwirtschaftlich macht. Typische Paraffin- und Naphthenverunreinigungen, die beispielsweise die Benzolfraktion verunreinigen, sind Cyclohexan, n-Heptan und Methylcyclohexan, und die Siedepunkte sind:

	Siede punkt ⁰C	Relative Flüchtigkeit bei niedrigen Konzentrationen, auf Benzol bezogen
Cyclohexan Benzol	81,4 80,1 98,4 100,3	1.3 1,0 0,935 0,80
n-Heptan ..; Methylcyclohexan ...

In einem speziellen Fall war der Anteil dieser Substanzen in einem rohen Aromatengemisch 0,5 % Cyclohexan, 42% Benzol, 1 °/₀ n-Heptan und 0,3 °/₀ Methylcyclohexan neben vielen anderen Verunreinigungen. Die Aufgabe war, aus dieser Mischung Benzol mit einer Reinheit abzutrennen, die für Nitrierbenzol erforderlich ist. Abgesehen von den erwähnten gesättigten Verunreinigungen enthielt das Benzol beträchtliche Mengen ungesättigter Verunreinigungen, die leicht durch Behandlung mit Säure oder auf andere Weise abgetrennt werden können.

Fraktionierte man diese Mischung in einer wirksamen Säule mit hohem Rücklaufverhältnis, so fand man, daß sich das Cyclohexan in einer benzolhaltigen Vorlauffraktion abtrennen ließ und daß die erhaltene Benzolfraktion sehr wenig Methylcyclohexan, jedoch fast das gesamte n-Heptan neben den anderen Verunreinigungen enthielt. Eine Benzolfraktion, die bei niedrigem Rücklaufverhältnis abgetrennt wurde, enthielt fast das gesamte n-Heptan und das Methylcyclohexan. Wenn diese Benzolfraktion mit Mitteln behandelt wurde, die die Flüchtigkeit des n-Heptans erhöhten, zeigte sich, daß das Methylcyclohexan nicht von dem Benzol abzutrennen war. In diesem Beispiel ist also die Komponente A n-Heptan, die Komponente B Benzol und die Komponente C Methylcyclohexan.

Die Erfindung betrifft nicht nur das Prinzip einer kombinierten Destillation zur Trennung von Komponenten dieses Typs, sondern auch die Art und Weise, in der es verwirklicht wird. Dies wird im folgenden

ίο Beispiel an Hand der Zeichnung, die schematisch eine Destillationsanlage zeigt, für einen speziellen Fall veranschaulicht.

Die kombinierte Destillationsanlage umfaßt drei Hauptabschnitte I, II und III. Das zu trennende Gemisch enthielt 42 % Benzol neben 1 % n-Heptan, 0,3 °/o Methylcyclohexan und anderen Verunreinigungen. Es wurde über Leitung 1 in eine Fraktionierkolonne eingespeist, die als Abschnitt I bezeichnet ist und am Boden durch den Erhitzer H beheizt wird.

In diesem Abschnitt strömt Dampf im Gegenstrom zu einem Rücklauf in der Kolonne aufwärts, so daß am Boden dieses Abschnitts sehr wenig Benzol vorhanden ist, während am Kopf des Abschnitts eine benzolreiche Fraktion gebildet wird, die nahezu das gesamte n-Heptan, jedoch sehr wenig Methylcyclohexan enthält. Die Dämpfe aus diesem Abschnitt gelangen in einen Kopfabschnitt II der Säule, und ein absteigender Rücklaufstrom gelangt aus dem Abschnitt II über den Weg 2 zurück in den Abschnitt I, während das Bodenprodukt von Abschnitt I über Leitung 3 läuft.

In diesen Kopf abschnitt II haben die gesättigten und einige der ungesättigten Verunreinigungen, die in der aus Abschnitt I aufsteigenden Benzolfraktion anwesend sind, wegen der Anwesenheit von Zusatzmittel(n) eine erhöhte Flüchtigkeit; in diesem Beispiel ist Aceton anwesend. Auf Grund der erhöhten Flüchtigkeit dieser Komponenten tritt n-Heptan, dessen tatsächlicher Siedepunkt unter Normaldruck über dem des Benzols liegt, als Leichtparaffinkonzentrat am Kopf von Abschnitt II aus und wird von dort als Dampf über Leitung 4 zu einem Kondensator VI geleitet, wo es kondensiert wird. Ein Teil des Kondensates gelangt als Rücklauf über Leitung 5 zurück in den Abschnitt II, während der Rest über Leitung 6 in eine Flüssig-Flüssig-Extraktionskolonne IV fließt. In dieser Kolonne wird das Zusatzmittel durch Extraktion mit Wasser, das über die Leitung 8 zuläuft, entfernt, so daß am Kopf von Abschnitt IV über Leitung 7 eine Mischung austritt, die einen sehr hohen Anteil an gesättigtem Material und einen sehr niedrigen Anteil an Aromaten aufweist. Der Extrakt des Zusatzmittels verläßt den Abschnitt IV über die Leitung 9.

Die Rücklaufflüssigkeit in Abschnitt II enthält das Zusatzmittel, und es ist wünschenswert, daß die Rücklaufflüssigkeit in Abschnitt I möglichst geringe Mengen des Zusatzmittels enthält. Deshalb gelangt die Rücklaufflüssigkeit, die aus Abschnitt II absteigt, in ein Dekantierungssystem, so daß nur der leichte Überlauf aus diesem System in den Abschnitt I hinabfließt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß, falls am Boden von Abschnitt II ein Zweiphasengemisch auftritt, nur dessen obere Phase in den Abschnitt I gelangt, während die gesamte untere Phase, vielleicht mit einem Teil der oberen Phase, über Leitung 10 in den Abstreiferabschnitt III geführt wird. Das etwa in der über Weg 2 in den Abschnitt I gelangenden Flüssigkeit gelöste Mittel wird durch die aufsteigenden Dämpfe sehr

schnell ausgetrieben, da das Zusatzmittel entweder viel stärker flüchtig ist als Benzol oder ein azeotropes Gemisch mit Siedeminimum bildet. Die flüssige Phase am Boden von Abschnitt II enthält einen großen Anteil Benzol neben etwas n-Heptan und anderen Komponenten, und der Abschnitt II dient dazu, das n-Heptan als flüchtige Komponente durch einen Abstreifervorgang in Gegenwart von Zusatzmittel zu entfernen, um hochwertiges Benzol zu erzielen. Der Abschnitt III wird am Boden durch den Erhitzer H' beheizt, um Dämpfe zu erzeugen. Die Dämpfe steigen vom Kopf des Abschnittes III über die Leitung 11 zum Boden von Abschnitt II. Eine wäßrige Lösung von Zusatzmittel wird über Leitung 9 kontinuierlich in den unteren Teil von Abschnitt III eingespeist; die flüssige Phase in dem oberen Teil von Abschnitt III enthält also das Zusatzmittel, in diesem Beispiel Aceton. Auf diese Weise wird die Flüchtigkeit von n-Heptan erhöht, so daß dieses fast vollständig entfernt wird. Im unteren Teil von Abschnitt III, unterhalb der Einführungssteile der wäßrigen Acetonlösung, wird eine Abtrennung des Acetons von einer Mischung aus Benzol und Wasser erreicht, so daß das Aceton in Abschnitt III aufsteigt, während Benzol und Wasser am Boden austreten und über Leitung 12 in ein Dekantiergefäß V gelangen. Vom Kopf dieses Dekantiergefäßes wird über eine Leitung 13 eine gereinigte Benzolfraktion abgezogen, die der Säureraffination unterworfen werden kann, um Benzol mit hohem Kristallisationspunkt (5,0 bis 5,4° C) und hoher Reinheit zu erzeugen. Die untere wäßrige Schicht gelangt über Leitung 8zum Kopf des Extraktionsabschnittes IV. Die Erfindung läßt sich auch auf hydroraffiniertes Benzol anwenden, das ebenfalls Cyclohexan, n-Heptan und Methylcyclohexan als typische Verunreinigungen enthält und im Falle der Benzolfraktion keiner weiteren Behandlung bedarf als vielleicht der Abtrennung von Spuren des Zusatzmittels.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Trennung eines Gemisches aus wenigstens drei Flüssigkeiten, von denen wenigstens zwei stärker flüchtig sind als die anderen und so eng beieinanderliegende Siedepunkte haben, daß sie der Wirkung eines azeotropen Mittels bedürfen, um die Flüchtigkeit einer dieser beiden Flüssigkeiten gegenüber der der anderen zu erhöhen, damit diese durch Destillation voneinander getrennt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in eine in zwei Abschnitten (I, II) arbeitende Kolonne eingeführt wird, in deren Abschnitt (Γ) die beiden stärker flüchtigenKomponenten von den weniger flüchtigen Komponenten, die am Fuß des Abschnittes (I) abgezogen werden, abgetrennt werden, während die über Kopf abgehenden Dämpfe, die die beiden stärker flüchtigen Komponenten enthalten, zum zweiten Abschnitt (II) gelangen, wo ein azeotropes Mittel zugesetzt und die schwerer flüchtige Komponente dieser beiden Komponenten kondensiert wird, während die aus dem Abschnitt (II) austretenden Dämpfe in einem Kondensator (VI) kondensiert werden und dieses Kondensat zum Teil als Rückfluß, der das azeotrope Mittel enthält, in den Abschnitt (II) zurückgeleitet wird, und daß das Kondensat aus dem Abschnitt (II) zu einem Abstreifer (III) geleitet wird, wo das azeotrope Mittelals Dampf abgetrenntundindenAbschnitt (II) zurückgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 693 766.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 570/335 5.65 © Bundesdruckerei Berlin