DE2405730A1 - Verfahren zur gewinnung von praktisch wasserfreiem aceton mittels extraktivdestillation - Google Patents

Description

Verfahren zur Gewinnung von praktisch wasserfreiem Aceton

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von praktisch wasserfreiem Aceton mittels Extraktivdestillation, wobei das Aceton in Reaktionsgemischen vorliegt, die beispielsweise der Aceton-Synthese aus Isopropanol und der Methylisobutylketon-Synthese aus Aceton entstammen können. Insbesondere bezieht sich das Verfahren auf den Einsatz von Isopropanol als Extraktionsmittel bei der destillativen Acetonreinigung, wobei das Isopropanol im Kreislauf geführt wird, und in den genannten Reaktionsgemischen vorhanden sein kann.

Zur Entfernung von Wasser aus Aceton, das nach verschiedenen Verfahren erzeugt worden sein kann, sind zahlreiche Vorschläge bekannt geworden. Diese Vorschläge stehen gewöhnlich in Zusammenhang mit dem jeweiligen Erzeugungsverfahren, d.h.,_daa anfallende rohe Produktgemisch wird auf das oder die gewünschten7aufgearbeitet und die erhaltenen Produkte einer weitergehenden Behandlung zur Erzielung möglichst hoher Reinheiten unterzogen. So erhält man bei der Acetonherstellung aus Isopropanol, Äthanol, Acetylen, Acetaldehyd oder Essigsäure mittels Dehydrierung, Oxidation oder katalytische Hydrierung in der Dampfphase im allgemeinen Acetondampf im Gemisch mit verschiedenartigen Dämpfen. In der DT-AS Nr. 1 012 909 wird ein vereinfachtes Destillationsverfahren zur Abtrennung und Entwässerung von Aceton aus den genannten

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Dampfgemischen vorgeschlagen, indem man das aus der Acetonsynthese kommende Gemisch warmer Gase und Dämpfe im Gegenstrom zu von oben nach unten strömender Flüssigkeit durch eine Kolonne schickt, wobei die zur Konzentrierung des Acetons und zum Entzug des Acetons aus den zurückbleibenden acetonhaltigen Flüssigkeiten benötigte Wärme der fühlbaren und latenten Wärme der Gase und Dämpfe entnommen wird. Der Wassergehalt des so. erhaltenen Acetons soll 0,02 bis 0,10% betragen.

Nach dem Vorschlag der DT-AS Nr. 1 266 746 soll Aceton aus einer Mischung, enthaltend Aceton, Methylacetat und Methanol, dadurch entfernt werden, indem unter Beachtung der beobachteten Tatsache, daß bei extraktiven Destillationen mittels Wasser die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen stört, höhersiedende Komponenten vorweg destillativ entfernt werden; das Kopfprodukt der Vordestillation einer iTüssig-Flüssig-Exträktion mit Wasser unterworfen und die leichtere Kohlenwasserstoffschicht entfernt wird; schließlich der wässerige Extrakt mit Wasser extraktiv destilliert und das hieraus erhaltene Sumpfprodukt fraktioniert destilliert und Aceton als Konfprodukt mit einem Wassergehalt von 0,43 Gew.-% erhalten wird.

Weitere bekannte Verfahren zur Entfernung von Wasser aus Aceton bzw. zur Konzentration wässeriger Acetonmedien sind in der DT-AS Nr. 1 793 516 und in der DT-OS Nr. 2 047 614 beschrieben. Das in der DT-AS beschriebene Verfahren arbeitet mit Molekularsieben, wobei Zeolithe mit Porendurchmessern von 4 bis 5 $ eingesetzt werden, um Aceton von Methanol, Wasser und anderen Verunreinigungen zu befreien. Um die Bildung von Nebenprodukten beim Kontakt des Acetons mit dem Zeolithen zu vermindern, ist es erforderlich, bei bestimmten Kontaktzeiten und -temperaturen zu arbeiten. Gemäß der zitierten DT-OS wird die Technik der Verdunstung durch eine Membran (Pervaporation) zur Erzielung eines Reinacetons mit 0,5 Gew.-% Wasser eingesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Aceton, wie es beispielsweise in Reaktionsgemischen, die aus der katalytischen Dehydrierung von Isopropanol und aus der über Kondensation, Dehydratisierung und Hydrierung verlaufenden Methylisobutylketon-

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Synthese des Acetons kommen, anfällt, von begleitendem Wasser bis auf Gehalte <0,2 Gew.-96 zu befreien.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Wasserentfernung mittels einer Reaktionskomponente, die in bei üblichen Aceton-Hersteilungsverfahren anfallenden Reaktionsgemischen vorhanden ist, durchzuführen.

Schließlich beinhaltet diese Erfindung die Aufgabe, eine wirtschaftliche Wasserentfernung in vorhandenen Anlagen zu betreiben und die Umwelterfordernisse zu berücksichtigen.

Gelöst werden die vorgenannten Aufgaben durch ein Verfahren zur Gewinnung .von praktisch wasserfreiem Aceton durch destillative Abtrennung des Wassers, wobei in einer Vordestillation die das" Aceton enthaltende, üblichen Aceton-Herstellungsverfahren entstammende Reaktionsgemische von leichtflüchtigen Nebenprodukten befreit werden, dadurch gekennzeichnet, daß die. Sumpfprodukte der Vordestillation in den Abtriebsteil der Destillationskolonne eingeführt werden und die wasserhaltigen Acetondämpfe einer Extraktivdestillation unterworfen werden durch Einspeisung von Isopropanol in den Verstärkerteil der Kolonne bei Rücklaufverhältnissen von 2:1 bis 10:1 und Kopfdrucken von etwa 0,5 bis etwa 2,0 ata.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß aus den bei der Acetonherstellung aus Isopropanol und ggf. aus den bei der MIBK-Herstellung aus Aceton anfallenden Reaktionsgemischen Aceton nach der Vordestillation und Extraktivdestillation als Kopf produkt mit <Ό,2 Gew.-% Wasser abgenommen, das in die Sumpfprodukte der Extraktivdestillation gelangende Isopropanol nach Abtrennung aus denselben der Acetonherstellung und/oder teilweise der Extraktivdestillation zugeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein auf übliche Aceton-

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Herstellungsverfahren, wie ζ. B. die zum Stand der Technik erwähnten, anwendbar. Anhand von Reaktionsgemischen, wie sie beispielsweise bei der Aceton-Synthese durch katalytische Dehydrierung von Isopropanol, sowie bei der Methylisobutylketon-Synthese aus Aceton durch Kondensation, Dehydratisierung und

der Hydrierung anfallen, soll das Verfahren nach Erfindung näher erläutert werden. Eine Einengung des Erfindungsgegenstandes auf die gekoppelte Behandlung dieser Reaktionsgemische ist nicht vorgesehen, jedoch ermöglicht die Zusammensetzung dieser Gemische vorteilhafterweise eine gemeinsame Aufarbeitung . Die in den Reaktionsgemischen enthaltenen Produkte sind in der Hauptsache Aceton, Wasser, Isopropanol und Methylisobutylketon (MIBK). Die Abtrennung von reinem Aceton und reinem MIBK erfolgt in einer gemeinsamen Aceton-MIBK-Destillationsanlage, in der an nacheinander geschalteten Kolonnen leichtsiedende niedere Kohlenwasserstoffe, Aceton, Wasser, Isopropanol, MIBK und höhere Ketone getrennt werden. Nach dem bis zum Anmeldetag.durchgeführten üblichen Destillations-Verfahren lieferte die Acetonkolonne ein Aceton mit einem Wassergehalt von ca. 0,5 Gew.-%.

Roh-MIBK und -Aceton oder Roh-Aceton allein, aus den jeweiligen Synthesen kommend, werden vor Eintritt in die Anlage in einem Einsatzbehälter gemischt und sodann in einer Vorlaufkolonne die Mischung von leichtflüchtigen Nebenprodukten, hauptsächlich Kohlenwasserstoffe mit bis zu 6 C-Atomen, befreit. Das vorlauffreie Aceton-MIBK-Gemisch, das in die Aceton-Kolonne eingeführt wird, kann durch folgende Zusammensetzungsbereiche charakterisiert werden:

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	(D	(2)
	Gew.-%	Gew.-%
Wasser	0,5	2,4
Dimethylketon	79,0	69,7
Isopropanol	19,0	13,6
MIBK	1,3	13,5
Diisobutylketon		0,3
MethylisobutylcarMnol +
Mesityloxid	0,2	0,5

'Zusammensetzung des Rohacetons aus der Synthese nach der Vorreinigung

'durchschnittliche Zusammensetzung der vereinigten Reaktionsgemische aus Aceton- und MIBK-Synthese nach der Vorreinigung

Zur Durchführung der Versuche wurde eine kontinuierlich zu betreibende Glockenboden-Kolonne eingesetzt. Es wurde an Kolonnen mit bis zu 94 Glockenböden bei einem Einsatz von 0,6 L/h gearbeitet. Der Bodenwirkungsgrad des verwendeten Kolonnentyps betrug 10%. Der Bodenwirkungsgrad ist abhängig von der gegebenen Kolonnenkonstruktion und gibt an, wieviel Prozent der Trennleistung eines idealen Bodens (theor. Trennstufe) pro Kolonnenboden erreicht werden. Die Apparatur wurde für Versuche von 0,5 bis 2,0 ata, bezogen auf den Kolonnenkopfdruck, ausgerüstet. Zwisehen den einzelnen Kolonnenschüssen konnten bei allen Versuchs-, bedingungen Proben entnommen werden, so daß Konzentrationsprofile längs der Kolonne aufgenommen werden konnten. Die Sumpfproduktentnahme erfolgte kontinuierlich. Die Kopfproduktabnähme und das Rücklaufverhältnis wurden über einen Pendeltrichter gesteuert. Das Einsatzprodukt wurde auf Kolonnentemperatur vorgewärmt in die Kolonne eingespeist. Die Wasser'be Stimmungen im Aceton erfolgten durch Messen der OH-VaIenzschwingung bei 1,89 mu. Gegenüber der gebräuchlichen Methode nach Karl Fischer (DIN 51 777 oder ASTM D-1364) ergab sich eine höhere Genauigkeit, eine geringere zu ziehende Probenmenge, sowie ein niedrigerer Zeitaufwand.

Es wurde zunächst in 8 Versuchen ohne Extraktivdestillation der Einfluß der folgenden Parameter auf den Wassergehalt des Kopf-

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produktes und den der Bodenprodukte an ausgewählten Niveaus längs der Kolonne untersucht:

1. Druck: 1,3; 1,0; 0,7 ata

2. Rücklaufverhältnis: 4:1; 3:1; 10:1

3. Kolonnenlänge: 54; 69; 94 Böden

4. Temperaturprofil in der Kolonne

Die 8 Versuche mit ihren Versuchsbedingungen und -ergebiiissen 'sind in der Tabelle I zusammengefaßt. Diese Ergebnisse zeigen, daß eine Kolonnenverlangerung allein bei einem Destillationsdruck von 1,3 ata nicht zum gewünschten Ziel führt. Die destillative Acetonentwässerung mit dem Ziel einer möglichst weitgehenden Wasserentfernung ist entweder mit einer Destillation bei vermindertem Druck realisierbar, wobei bei einer Druckverminderung auf 0.,7 ata die Produktionskapazität der Kolonne um die Hälfte gegenüber der bei 1,3 ata abnimmt, oder durch eine Erhöhung des RücklaufVerhältnisses von 4:1 auf mindestens 10:1 möglich, was ebenfalls zu einer Kapazitätsabnahme führt. Außerdem ergibt sich bei einer unter vermindertem Druck durchgeführten Aceton-Destillation durch einen tiefen Taupunkt ein ernsthaftes Umweltproblem.

Überraschenderweise werden die vorstehend geschilderten Probleme gelöst, wenn man zwecks Gewinnung eines wasserarmen Reinacetons (Vassergehalt <( 0,2 Gew.-%) Isopropariol (Wassergehalt <0,1 Gew.-%) als Mittel in einer Extraktivdestillation einsetzt und dasselbe an einer auszuwählenden Stelle in den Verstärkerteil der Acetonkolonne eingespeist wird.Bei einer kontinuierlichen Destillation wird der Kolonnenteil zwischen der Zulaufstelle des Einsatzproduktes und dem Kolonnenkopf als Verstärkerteil und der Kolonnenteil zwischen Zulaufstelle und Kolonnensumpf als Abtriebsteil bezeichnet. Durch Angleichen der Temperatur des Isopropanols an die Temperatur des Einspeisbodens (=Siedetemperatur des Acetons) wird ein unkontrollierter Rücklauf in der Kolonne vermieden. Das herabfließende Isopropanol entzieht dem aufsteigenden Aceton-Wasser-Dampfgemisch abhängig von der Isopropanolmenge und der Extraktionsstrecke den größten Teil des hier vorhandenen Wassers, das mit dem Isopropanol in den Sumpf der Kolonne gelangt. Die geringen Mengen Isopropanol, die dabei in den aufsteigenden Dampf gelangen, werden in dem restlichen Teil der Kolonne vom

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CXD
CO

	-	1	TABEl	Vers	-	5	6	7	8
	0,7	ι L E I	•3	u c h e	1,0	1,0 ·	1,0	1,0'
Parameter	3:1	Vergleichsversuche	■ 1,0	4	4:1	4:1	4:1	10:1
	69		4:1 ■	1,3	54	94	54	69 ^
Druck, ata	53	2	69	4:1 ■	•62	• 64	74	64
Rücklaufverhältnis	0,.12	0,7	65	69	0,31	0,19	0,45	0,08
Kolonnenlänge (praktische Böden)	4:1	0,25	73
Temperatur am 12. Boden, C	69		0,43
'Wassergehalt im Kopf produkt, Gew.-96	53
	0,08

TABELIE

II

Extraktivdestillation von Aceton mit Isopropanol (IPA)

Wassergehalt • Gew.-96 Vol.-% IPA bez. auf Extraktions-Kolonnenbelastung boden

Wassergehalt Gew.-#

Bodenzahl 69 Kopfdruck, ata 1,3

Abtriebsböden 12

Verstärkerböden 57 Rücklaufverhältni s 4:1

0,50

10

30

0,12

srssssss==ss==ass=ss=S3ssssss:

Bodenzahl 94

Kopfdruck, ata 1,3

Abtriebsböden 12

Verstärkerböden 82

Rücklaufverhältnis 4:1

10

42

0,42

42

52

0,08

0,16

0,12

Wassergehalt im Rein-Aceton ohne Extraktivdestillation

'Wassergehalt -im Rein-Aceton mit Extraktivdestillation nach der Erfindung

Aceton getrennt. Das in den Sumpfprodukten der Acetonkolonne vorhandene Isopropanol wird nach seiner Abtrennung anteilig in die Aceton-Synthese zurückgeführt und ein Teilstrom zur erneuten Extraktivdestillation auf den Verstärkerteil der Kolonne gegeben. Die anzuwendende Isopropanolmenge ist relativ gering und betrug bei den durchgeführten Versuchen 5 bis 15 Vol.-%, vorzugsweise etwa 10 Vol.-% der Kolonnenbelastung. Die Kolonnenbelastung ist die in der Zeiteinheit durchgesetzte Substanzmenge, die am Kolonnenkopf anfällt und sich aus der Summe der Rücklauf- und Destillatmenge zusammensetzt.

Die Versuche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Extraktiv-Destillationsverfahrens wurden in der beschriebenen Apparatur bei den in der Tabelle II aufgeführten Parametern durchgeführt. Die Ergebnisse dieser extraktiven Destillationen sind in der Tabelle II zusammengefaßt. Aus diesen Ergebnissen lassen sich folgende Vorteile des Verfahrens ableiten:

Es tritt keine wesentliche Einschränkung der Produktionskapazität ein, da die Kolonne bei gleichem Rücklauf (4:1) und gleichem Druck (1,3 ata) betrieben werden kann.

Der Extraktionseffekt läßt sich durch Variation der Extraktionsstrecke bzw. der zur Extraktion angewandten Isopropanolmenge beeinflussen.

Das Isopropanol wird aus,dem Sumpf der Acetonkolonne zurückgewonnen und nach Entwässerung im Kreislauf eingesetzt.

Das Verfahren ist bei allen Aceton-Destillationen, bei denen ein wasserarmes Aceton aus einem wasserhaltigen Einsatzgemisch erzeugt werden soll, anzuwenden, vorzugsweise bei solchen Aceton-Destillationen, deren Einsatzgemisch bei der Synthese von Aceton durch Dehydrierung von Isopropanol entstanden ist und das neben Wasser auch Isopropanol enthält.

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Claims (3)

1. Verfahren zur Gewinnung von praktisch wasserfreiem Aceton durch destillative Abtrennung des Wassers, wobei in"einer Vordestillation die das Aceton enthaltenden, aus üblichen Aceton-Herstellungsverfahren stammenden Reaktionsgemische von leichtflüchtigen Nebenprodukten befreit werden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Sumpfprodukte der Vordestillation in den Abtriebsteil der Destillationskolonne eingeführt werden und die wasserhaltigen Acetondämpfe einer Extraktivdestillation unterworfen werden durch Einspeisung von Isopropanol in den Verstärkerteil der Kolonne bei Rücklaufverhältnissen-von 2:1 bis 10:1 und Kopfdrucken von 0,5 bis 2,0 ata.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Isopropanol mit Wassergehalten von maximal 0,1 Gew.-% eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isopropanol mit einer in der Kolonne herrschenden Temperatur eingespeist wird.

4« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rücklaufverhältnis von 3:1 bis 4:1, einem Kopfdruck von 1,0 bis 1,3 ata und einer Isopropanolmenge von 5 bis 15 Vol.-% der Kolonnenbelastung gearbeitet wird.

-5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den bei der Acetonherstellung aus Isopropanol und ggf. aus den bei der MIBK-Herstellung aus Aceton anfallenden Reaktionsgemischen Aceton nach Vordestillation und Extraktivdestillation als Kopfprodukt mit ζ 0,2 Gew.-% Wasser abgenommen, das in die Sumpfprodukte der Extraktivdestillation gelangende Isopropanol nach Abtrennung

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und Entwässerung anteilig der Ac etonher st ellung und der Extraktivdestillation zugeführt wird.

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