DE602004011772T2

DE602004011772T2 - Verfahren zur darstellung von phenolen und zur abtrennung von phenol von spaltproduktgemischen, sowie vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE602004011772T2
Application number: DE602004011772T
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Schwarz; Markus Dr. Weber; Manfred Dr. Weber
Original assignee: Ineos Phenol GmbH
Current assignee: Ineos Phenol GmbH
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2024-07-04
Also published as: DE602004011772D1; EP1641732B1; BRPI0412209B1; RU2005141290A; KR100969434B1; ES2300791T3; CN100335452C; EP1641732A1; BRPI0412209A8; KR20060026476A; JP4604028B2; BRPI0412209A; RU2356880C2; JP2009513489A; CN1812951A; ATE386007T1; WO2005005357A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von phenolischen Verbindungen und ein verbessertes Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus Spaltproduktmischungen. Die Erfindung betrifft zudem eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung solch eines Verfahrens.
Das Verfahren der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid in Phenol und Aceton ist seit langer Zeit von besonderer industrieller Bedeutung. Bei der Herstellung von Phenol aus einer Alkylarylverbindung wie Cumol durch das Hock-Verfahren wird Cumol in einem ersten Reaktionsschritt zu Cumolhydroperoxid (CHP) oxidiert, der als die Oxidation bekannt ist, und das CHP wird anschließend von 65 auf 90 Gew.-% in einer Vakuumdestillation konzentriert, was als die Konzentrierung bekannt ist. In einem zweiten Reaktionsschritt, der als die Spaltung bekannt ist, wird das CHP in eine phenolische Verbindung und ein Keton durch die Wirkung einer Säure, üblicherweise Schwefelsäure, gespalten. Neben Phenol als die phenolische Verbindung und Aceton als das Keton enthält das Spaltprodukt zudem zusätzliche Verbindungen, die in den Reaktionsschritten vor der Spaltung gebildet worden sind und die in der Spaltung nur teilweise, wenn überhaupt, umgesetzt werden. Die wichtigsten Verbindungen, die in dem Spaltprodukt zusätzlich zu Phenol und Aceton vorhanden sein können, sind insbesondere α-Methylstyrol (AMS), Cumol und Acetophenon. Zudem können kleine Mengen von Dimethylphenylcarbinol (DMPC), die in der Oxidation erzeugt werden, in dem Spaltprodukt vorhanden sein. Weitere Verunreinigungen umfassen Verbindungen wie Methylbenzofuran (MBF), Hydroxyaceton, Mesityloxid (MO) und Carbonylverbindungen wie Acetaldehyd und 2-Phenylpropionaldehyd. Nach der Neutralisation des Spaltproduktes und der möglichen Entfernung einer wässrigen Phase wird das Spaltprodukt durch Destillation aufgearbeitet.
Es sind mehrere Verfahren zur Aufarbeitung der Spaltproduktmischungen durch Destillation bekannt (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. vollständig überarbeitete Ausgabe, Bd. A19, 1991, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim). Im Prinzip umfassend alle diese Verfahren die anfängliche Neutralisation der Spaltproduktmischungen unter Verwendung von wässrigem Natriumhydroxid, Aminen oder wässriger Phenoxidlösung. Nach der Phasentrennung wird der organische Anteil der neutralisierten Spaltproduktmischung zu einer ersten Kolonne überführt, in der Rohaceton aus dem verbleibenden Spaltprodukt über den Kopf der Kolonne abdestilliert wird. Dieses Rohaceton wird üblicherweise mit Alkali in einem Wäscher behandelt und erneut durch Destillation gereinigt. Jedoch wird das Waschen manchmal auch in der Kolonne durchgeführt. Das Produkt aus dem Sumpf der ersten Kolonne wird in einer zweiten Kolonne destilliert, aus der AMS und Cumol am Kopf entnommen werden und üblicherweise zu einer Hydrierung überführt werden, bei der erneut Cumol hergestellt wird. AMS und Cumol können auch durch azeotrope Destillation in der Gegenwart von Wasser abgetrennt werden. Das in der zweiten Säule im Sumpf verbleibende Produkt wird in einer Kolonne für Rohphenol destilliert.
Das erhaltene Rohphenol kann weiter durch extrahierende Destillation unter Verwendung von Wasser oder durch Behandlung mit einem sauren Ionenaustauscher und anschließende Destillation gereinigt werden. In dem zuletzt genannten Verfahren werden Verbindungen, die schwer von Phenol durch Destillation abzutrennen sind, z. B. Mesityloxid und Hydroxyaceton, kondensiert, um höher siedende Verbindungen zu bilden.
Stand der Technik
Solch ein Verfahren wird zum Beispiel in der U.S. 5,064,507 (Allied) beschrieben. In diesem Verfahren wird das Spaltprodukt zuerst von dem Rohaceton in einer Kolonne für Rohaceton abgetrennt. Das Produkt im Sumpf wird zu einer Cumolkolonne überführt, in der Cumol und AMS von dem Spaltprodukt abgetrennt werden. Die Kolonne wird jedoch derart betrieben, dass ein bestimmter Anteil an AMS in dem Produkt im Sumpf verbleibt, da dies als Reaktant oder Lösungsmittel bei der weiteren Verarbeitung von Phenol zur Entfernung von MBF und anderen Verunreinigungen erforderlich ist. Dieses Produkt im Sumpf wird mit einem Amin, vorzugsweise Hexamethylendiamin, in einem Reaktor mit Propfenströmungseigenschaften umgesetzt, um Carbonylverbindungen, z. B. Acetol (Hydroxyaceton) oder MO, in höher siedende Verbindungen umzuwandeln. Das Produkt, das auf diese Weise behandelt wurde, wird weiter durch Destillation aufgearbeitet. Jedoch muss es durch weitere vier Kolonnen und zwei Reaktionszonen durchgeführt werden, bevor das gereinigte Endprodukt Phenol erhalten wird. Der anfängliche Aufwand für die Vorrichtung, die zur Entfernung des Hydroxyacetons von dem Phenol erforderlich ist, ist in diesem Verfahren relativ hoch.
Gemäß DE-AS 1 105 878 (Phenolchemie) wird das neutralisierte Spaltprodukt, das von dem Rohaceton in der Kolonne für Rohaceton abgetrennt wird, in eine Kolonne für Kohlenwasserstoffe überführt, in welcher in der Gegenwart von Wasser Kohlenwasserstoffe, die niedriger als Phenol sieden, wie AMS und Cumol, am Kopf abdestilliert werden. Aus dem Sumpf der Kolonne wird die organische Phase abgenommen und an dem Kopf einer nachgelagerten Kolonne aufgetragen, in welcher Wasser von Phenol und hoch siedenden Verbindungen abgetrennt wird, die in dem Sumpf der Säule hergestellt werden. Die Mischung aus Phenol und hoch siedenden Verbindungen wird dann zu einer Kolonne für Rohphenol überführt. Die in der Kolonne für Rohphenol und in der Destillation für das reine Phenol produzierten Reste können dann einem Crack-Reaktor zugeführt werden, in welchem die Reste aufgearbeitet werden und ein Teil des Phenols zurückgewonnen wird. Diese zurückgewonnenen Wertprodukte können wieder zu der Kolonne für Kohlenwasserstoff überführt werden.
EP 0 032 255 (UOP) beschreibt ein Verfahren zur Aufarbeitung eines Spaltproduktes, in welchem der organische Teil eines fast neutralisierten (pH ≈ 6) Spaltproduktes erneut mit Wasser gewaschen wird und dann der organische Teil zu einer Kolonne für Rohaceton überführt wird, in welcher das Rohaceton von dem restlichen Spaltprodukt abgetrennt wird. Der in der Sumpfphase verbleibende Rest wird direkt zu einer Kolonne für Cumol überführt, in welcher das Rohphenol als Produkt im Sumpf hergestellt wird, das wiederum einer reinigenden Destillation zugeführt wird. Die am Kopf aus der Kolonne für Cumol entnommene Mi schung, die im Prinzip AMS, Cumol und Wasser enthält, wird zu einem Gefäß zur Phasentrennung überführt, in welchem eine wässrige Phase abgetrennt wird. Die resultierende organische Phase wird zu einer Waschkolonne überführt, in welcher die organische Mischung mit Natriumhydroxidlösung behandelt wird, um jegliches noch vorhandenes Phenol aus der Mischung aus AMS und Cumol als Natriumphenoxid zu entfernen. Die Mischung aus AMS und Cumol, die von Phenol befreit wurde, wird über den Kopf der Kolonne einer Hydrierung zugeführt.
In der U.S. 4,262,150 (UOP) wird auch der gleiche Kolonnenkreislauf verwendet, wie er in der EP 0 032 255 (UOP) beschrieben wird. Der Unterschied zur EP 0 032 255 ist derjenige, dass zum Neutralisieren des Spaltproduktes eine Extraktionskolonne anstatt einer oder mehrerer Kombinationen von Mischern und Vorrichtungen zur Phasentrennung verwendet wird.
U.S. 3,322,651 (UOP) beschreibt die Verwendung von Stickstoffverbindungen, insbesondere Aminen, zur Reinigung von Phenol, das bei der Spaltung von CHP erhalten wird. Jedoch müssen die hinzu gegebenen Amine gleichermaßen wieder von den Produkten entfernt werden und sind recht teuer.
U.S. 5,510,543 (GE) beschreibt ein Verfahren zur Aufarbeitung des Spaltproduktes der CHP-Spaltung, in welchem das Spaltprodukt auf einen pH von 4,0 bis 4,9 in einer Neutralisationsvorrichtung durch Zugabe einer Base, insbesondere einer Natriumhydroxidlösung, angepasst wird. In der Neutralisationsvorrichtung wird das Spaltprodukt in eine wässrige Phase und eine organische Phase getrennt. Die organische Phase wird zu einer Kolonne überführt, die Splitter genannt wird, in welcher das Spaltprodukt durch Destillation in eine acetonangereicherte Fraktion und eine phenolangereicherte Fraktion getrennt wird. Die phenolangereicherte Fraktion wird an dem Sumpf der Kolonne entnommen und einer Phenolaufreinigung zugeführt, die zum Beispiel aus einer oder mehreren weiteren Destillationen bestehen kann. Die acetonangereicherte Fraktion wird an dem Kopf der Kolonne entnommen und einer Acetonkolonne zugeführt, in welchem Fall Base zu dieser Fraktion vor dem Eintrag in die Kolonne in einer solchen Menge hinzugegeben wird, dass die Fraktion einen pH von ungefähr 9 aufweist, so dass die organischen Säuren, die auch in dieser Fraktion vorhanden sind, neutralisiert werden.
Die aus der Sumpfphase der Kolonne entstammende Mischung, die zusätzlich zu Wasser auch Kohlenwasserstoffe und die Salze von organischen Säuren enthält, wird zu einer Vorrichtung zur Phasentrennung überführt, in welcher diese Mischung in eine organische Phase und eine wässrige Phase getrennt wird. Die organische Phase kann erneut zur Rückgewinnung von Cumol behandelt werden.
Zudem wurden Verfahren entwickelt, bei welchen einzelne Fraktionen, die sich bei der Aufarbeitung durch Destillation des Spaltproduktes ergeben, spezifisch behandelt werden. So beschreibt die U.S. 5,487,816 (UOP) ein Verfahren zur Abtrennung von AMS aus einer Mischung, die Phenol, AMS und Wasser enthält, und die als Produkt im Sumpf einer Rohacetonkolonne entsteht. Die Kolonne für Rohaceton wird in diesem Fall in einer solchen Weise betrieben, dass Cumol aus dem Spaltprodukt an dem Kopf der Kolonne für Rohaceton zusammen mit dem Aceton entnommen wird. Die Mischung, die AMS und Phenol enthält, wird in einer Kolonne in einer solchen Weise abgetrennt, dass in dem Sumpf der Kolonne hauptsächlich Phenol hergestellt wird, das einer weiteren Aufarbeitung zugeführt werden kann, und an dem Kopf der Kolonne eine Mischung aus AMS, Wasser und kleineren Mengen an Phenol entnommen wird, wobei die Mischung kondensiert und auf einen pH oberhalb von 6 durch die Zugabe eines basischen Reagenzes eingestellt wird. Dies sorgt dafür, dass das Phenol hauptsächlich in der wässrigen Phase vorhanden ist, während das AMS in einer organischen Phase vorhanden ist, in welcher nur kleine Mengen von Phenol als Verunreinigung vorhanden sind. Die Phasen werden voneinander durch eine Vorrichtung zur Phasentrennung getrennt. Die organische Phase kann einer Hydrierung zugeführt werden, während die wässrige Phase als Rückfluss zu der Kolonne zurückgeführt werden kann.
In der U.S. 4,370,205 (UOP) enthält der Strom, der aus dem Sumpf der Kolonne für Rohaceton entnommen wird, im Gegensatz zu dem Verfahren, das in der U.S. 5,487,816 (UOP) beschrieben wird, immer noch Cumol. Vor diesem Hintergrund wird ein davon verschiedener Kolonnenkreislauf vorgeschlagen. Insbesondere werden zwei Kolonnen, die unter fast den gleichen Bedingungen betrieben werden, verwendet, in welchen das aus den Sümpfen hergestellte Produkt hauptsächlich Phenol ist, wohingegen hauptsächlich AMS und Cumol am Kopf entfernt werden. Das als Produkt aus dem Sumpf in der ersten Kolonne entnommene Rohphenol wird weiteren Aufarbeitungsschritten zugeführt und das als Produkt aus dem Sumpf in der zweiten Kolonne entnommene Rohphenol wird in die erste Kolonne zurückgeführt. Das Produkt am Kopf der zweiten Kolonne wird mit Natriumhydroxidlösung in einer Waschkolonne behandelt. Das Produkt am Kopf dieser Kolonne, das AMS und Cumol enthält, kann der Hydrierung zugeführt werden.
GB 1 021 759 (Mitsui) beschreibt die Aufarbeitung einer Spaltproduktmischung, die bei der säurekatalysierten Spaltung von CHP gewonnen wurde und aus der der Katalysator durch Neutralisieren und Waschen entfernt wurde. Um in der Lage zu sein, ein Phenol mit einem niedrigen Gehalt an Hydroxyaceton zu gewinnen, wird die Abtrennung durch Zuführen der Spaltproduktmischung in eine Destillationskolonne an einem Seiteneinlass und das Fraktionieren dieser Mischung in einem Trennungsschritt durchgeführt, um eine Fraktion am Kopf zu ergeben, die Wasser, Aceton, Hydroxyaceton und Cumol enthält, sowie eine Sumpffraktion, die Phenol mit einem Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 100 ppm enthält. Abhängig von der Zusammensetzung der Spaltproduktmischung wurde Cumol in einer solchen Menge hinzugegeben, dass das Verhältnis von Cumol zu Phenol in der Zufuhr zu der Kolonne wenigstens 0,28 Gewichtsteile Cumol zu 1 Gewichtsteil Phenol betrug, da das Verfahren auf der Abtrennung einer azeotropen Mischung aus Hydroxyaceton und Cumol von dem Phenol basiert. Das Hydroxyaceton kann von dem Phenol durch dieses Verfahren entfernt werden. Jedoch wird auch eine Fraktion am Kopf erhalten, die nicht nur Wasser, Cumol und Hydroxyaceton enthält, sondern auch Aceton. Es kann auch eine Phenolverunreinigung in der Kopffraktion vorhanden sein. Diese Produkte müssen genauso voneinander getrennt werden.
In der U.S. 4,251,325 (BP Chemicals) wurde die Aufarbeitung einer Fraktion, die im Wesentlichen von niedrig siedenden Verbindungen, Wasser und Aceton befreit wurde, durch das Betreiben der Cumolkolonne in einer solchen Weise optimiert, dass eine Mischung, die Cumol, AMS und Hydroxyaceton enthält, am Kopf entnommen wird, wobei diese Mischung im Wesentlichen vollständig von dem Rohphenol getrennt wird, das in den Sümpfen verbleibt, und somit nicht in einer teuren Weise während der Aufarbeitung des Phenols entfernt werden muss. Dieses Verfahren ergibt Phenol, das weniger als 30 ppm an Hydroxyaceton enthält. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Tatsache, dass die eingehende Mischung im Wesentlichen von Wasser befreit sein muss, was der Grund ist, weshalb eine Acetonfraktion, die niedrig siedende Verbindungen und auch den Hauptteil des Wassers enthält, das in der Spaltproduktmischung vorhanden ist, von der Spaltproduktmischung in dem vorangehenden Trennungsschritt abgetrennt werden muss. Die Aufarbeitung solch einer Acetonfraktion durch Verfahren des Standes der Technik ist relativ unökonomisch, da ein hoher Aufwand für die Vorrichtung erforderlich ist.
U.S. 4,333,801 (UOP) beschreibt die Aufarbeitung einer Fraktion, die AMS, Cumol, Phenol, Wasser und Verunreinigungen, zum Beispiel Hydroxyaceton, enthält. Dieses Verfahren betrifft hauptsächlich die Entfernung einer AMS/Cumol-Fraktion, welche eine sehr niedrige Konzentration an Phenol aufweist, von der Gesamtfraktion. Dies wird durch das Betreiben der Cumolkolonne in einer solchen Weise erreicht, dass eine Mischung aus Cumol und AMS am Kopf der Kolonne entnommen wird, wobei diese Mischung kondensiert wird und in ein Gefäß zur Phasentrennung überführt wird. Jegliches Wasser, das möglicherweise vorhanden ist, wird abgetrennt und verworfen. Ein Teil der organischen Phase wird als Rückfluss zurück in den Kopf der Kolonne überführt. Ein anderer Teil der organischen Phase wird einem Wäscher zugeführt, in welchem Phenolreste, die die Hydrierung stören würden, aus der Phase entfernt werden, so dass diese Phase der Hydrierung zugeführt werden kann. Von einem Abnahmeort eines Seitenstroms der Cumolkolonne wird eine Fraktion entnommen, die AMS und Cumol sowie eine azeotrope Mischung aus Wasser und Phenol enthält, wobei diese Fraktion auch kondensiert und zu einem Gefäß zur Phasentrennung überführt wird. Die wässrige Phase, die Phenol enthalten kann, wird einer Aufarbeitungsstufe zugeführt. Die organische Phase, die Cumol, AMS und soviel Phenol enthält, wie in der organischen Phase entsprechend dem Phasengleichgewicht zwischen den organischen und wässrigen Phasen verbleibt, wird verdampft und in dem Dampfzustand in die Cumolkolonne oberhalb des Abnahmeortes für den Seitenstrom zurückgeführt. Eine Rohphenolfraktion wird an dem Sumpf der Kolonne entnommen.
Es wurde in der U.S. 5,131,984 ein Verfahren zur Rektifizierung von Phenol mit Energierückgewinnung beschrieben, jedoch muss die Zufuhr des Rohphenols von wesentlichen Anteilen Aceton, Cumol und AMS durch ein konventionelles Verfahren befreit sein, wodurch die Möglichkeiten der Rückgewinnung der Gesamtenergie eingeschränkt ist.
Ein ähnliches Verfahren wird in der U.S. 5,122,234 (Allied) mit dem Unterschied beschrieben, dass Wasser zusätzlich in die Kolonne laufen gelassen wird und an dem Kopf der Kolonne eine Mischung, die hauptsächlich Wasser und Phenol enthält, entnommen wird, wobei die Mischung teilweise kondensiert und erneut der Kolonne zugeführt wird.
U.S. 4,340,447 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung reinen Acetons aus einem CHP-Spaltungsreaktionsprodukt.
Aus der DE 100 60 505 A1 und WO 02/46133 A1 sowie der DE 100 60 503 A1 wie auch der WO 02/46132 A1 , deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, ist ein Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einer Mischung bekannt, die wenigstens Cumol, Phenol und Hydroxyaceton enthält, in welchem Verfahren ein Phenol mit einem Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 30 ppm aus der Mischung mit vergleichbar niedrigem Energieverbrauch abgetrennt wird, mit geringen Anforderungen in Bezug auf die Vorrichtung und in der Gegenwart von Wasser. Es wird dort festgestellt, dass eine Mischung, die wenigstens Phenol, Wasser, Hydroxyaceton und Cumol enthält, mittels eines einzigen fraktionierenden Destillationsschrittes mit anschließender Phasentrennung aufgearbeitet werden kann, um Phenol mit einem Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 30 ppm zu ergeben, wobei dieser Schritt der fraktionierten Destillation in der Lage ist, mit einem niedrigeren Energieverbrauch und niedrigeren Anforderungen in Bezug auf die Vorrichtung als in konventionellen Verfahren durchgeführt zu werden. Gleichermaßen wird beschrieben, dass die Umkehr der Reihenfolge der Verfahrensschritte auch ermöglicht, dass Phenol mit einem Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 30 ppm von der zuvor genannten Mischung abgetrennt wird.
Dem entsprechend wird ein Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus einer Mischung vorgeschlagen, die wenigstens Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phe nol enthält, welches das Fraktionieren der Mischung mittels wenigstens eines fraktionierten Destillationsschrittes und wenigstens eines Schrittes der Phasentrennung in einer solchen Weise umfasst, dass wenigstens eine phenolhaltige Fraktion, die weniger als 300 ppm Hydroxyaceton enthält, gewonnen wird.
WO 02/22532 offenbart ein Destillationsverfahren, bei dem eine eingespeiste Mischung, die Phenol, Aceton und Cumol enthält, an einem Punkt zwischen dem Kopf und dem Sumpf einer Destillationskolonne eingespeist wird, ein Strom darüber, der Aceton enthält, an einem Punkt benachbart zu dem Kopf der Kolonne entzogen wird und ein Strom am Sumpf, der Phenol enthält, an einem Punkt benachbart zu dem Sumpf der Kolonne entzogen wird, wodurch ein Seitenstrom an einem Punkt abgezogen wird, an dem die Zufuhr eingeführt wird und unter dem Kopf der Kolonne, um Cumol aus der Säure zu entfernen.
Gemäß SATTLER, KLAUS: „Thermische Trennverfahren" 1988, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, XP-002267669, wird eine Kombination aus zwei Destillationskolonnen eingesetzt, wodurch die Wärme des Produktes am Kopf der ersten Kolonne mittels eines Wärmetauschers verwendet wird, um den Boden der zweiten Kolonne zu erwärmen.
JP 61 050602 A offenbart ein Verfahren, durch das ein seitlicher Rückfluss aus der Destillationskolonne entnommen wird und die Wärme des Rückflusses durch eine Wärmepumpe zurückgewonnen wird und als Wärmequelle zur Destillation verwendet wird.
Aus der GB 782,865 A ist ein Verfahren zur Abtrennung des Spaltproduktes von Cumolhydroperoxid bekannt, bei dem das Produkt einer fraktionierten Destillation in der Gegenwart von Wasser in einer Destillationskolonne vom Bodentyp unterzogen wird, im Wesentlichen reines Aceton kontinuierlich aus dem Kopf der Säule entnommen wird, Cumol, Methylstyrol und Wasser sowie optional auch Dimethylphenylcarbinol und Acetophenon aus Zwischenböden der Kolonne entnommen werden und Phenyl am Boden der Kolonne entnommen wird.
JP 2003 080002 A offenbart eine Destillationsvorrichtung, bei der das Rohprodukt in die Destillationskolonne an einem mittleren Abschnitt eingeführt wird und ein Seitenpfad auf der gleichen Ebene wie die Position der Einspeisung positioniert wird.
U.S. 5,230,217 A betrifft ein Destillationssystem mit mehreren Kolonnen mit einer Wärmeintegration zwischen den Kolonnen, das eine erste Kolonne mit zwei Seitenentnahmestellen oberhalb und unterhalb der Position der Einspeisung in die erste Kolonne enthält, wobei diese Entnahmen in einer zweiten Kolonne rektifiziert werden, wobei es jeweils eine Wärmeintegration zwischen dem Kopfabschnitt und dem Sumpfabschnitt gibt, und die zweite Kolonne mit mittleren Abschnitten der ersten oder Hauptkolonne wärmeintegriert wird.
Zudem wird in der DE 100 60 505 A1 und der WO 02/46133 A1 eine Vorrichtung zur Abtrennung von Phenol aus einer Mischung vorgeschlagen, die wenigstens Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol enthält, welche wenigstens eine Destillationskolonne umfasst, welche so dimensioniert ist, dass wenigstens eine Cumol- und/oder α-Methylstyrol-haltige Fraktion an dem Kopf der Kolonne entnommen werden kann und eine phenolhaltige Fraktion mit einem Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 300 ppm an dem Sumpf der Kolonne entnommen werden kann und wenigstens eine Vorrichtung zur Phasentrennung zur Abtrennung der organischen Phasen von den wässrigen Phasen umfasst.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, dass der Trennungsschritt, der in der Destillation gewählt wird, die weitere Aufarbeitung der Spaltproduktmischung oder der einzelnen Fraktionen, die aus der Spaltproduktmischung erhalten werden, wesentlich vereinfacht. Insbesondere vereinfacht das gemeinsame Entfernen von Hydroxyaceton, AMS und Cumol aus dem phenolhaltigen Rest der Spaltproduktmischung die Aufarbeitung der phenolhaltigen Fraktion wesentlich, weil die Schritte unnötig werden, die in konventionellen Verfahren durchgeführt werden, in denen Hydroxyaceton in der phenolangereicherten Fraktion verbleibt und davon durch Umsetzung des Hydroxyacetons mit Phenol zur Erzeugung von Verbindungen entfernt wird, welche einen Siedepunkt haben, der höher als der von Phenol ist, und von dem Phenol durch Destillation abgetrennt werden können.
Im Vergleich zu den früheren konventionellen Verfahren hat das vorgeschlagene Verfahren ein erheblich vorteilhafteres Energiegleichgewicht und ergibt auch eine höhere Gesamtausbeute an Phenol bezogen auf den Phenolgehalt der Spaltproduktmischung. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist erheblich vereinfacht, da sowohl die Zahl der erforderlichen Destillationskolonnen wie auch die Zahl der Reaktionsvorrichtungen, die zur Verringerung der Anteile der verschiedenen Nebenprodukte in den Fraktionen erforderlich sind, reduziert sind.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Obwohl das Verfahren und die Vorrichtung der DE 100 60 505 A1 und der WO 02/46133 A1 eine wesentliche Innovation in Bezug auf die zuvor bekannten Verfahren und Vorrichtungen sowie eine Verbesserung sowohl der Effizienz wie auch des Energieverbrauchs zur Verfügung stellen und zudem weniger Kapitalbedarf zur Investition in Maschinen als in der Vergangenheit erfordern, ist die Energieeffizienz immer noch ein Problem und es gibt einen andauernden Bedarf an der Verringerung der Produktionskosten ohne das Beeinträchtigen der Qualität der Produkte.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Energieeffizienz von Verfahren des Standes der Technik weiter zu verbessern, während die Standards der Qualität und der Gesamtausbeute der gewünschten Endprodukte beibehalten werden.
Diese und andere Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung von phenolischen Verbindungen gelöst, umfassend die folgenden Schritte:

i) Oxidieren einer Alkylarylverbindung, um eine Reaktionsmischung zu erzeugen, die Alkylarylhydroperoxid und die nichtumgesetzte Alkylarylverbindung enthält,
ii) Unterziehen des Produkts aus Schritt i) einer Spaltungsreaktion, die zu einer Spaltproduktmischung führt, die wenigstens die phenolische Verbindung, ein Keton, das korrespondierende Hydroxyketon und die nichtumgesetzte Alkylarylverbindung enthält,
iii) Aufarbeiten der Spaltproduktmischung aus Schritt ii) durch Destillation, die das Auftrennen der Spaltproduktmischung in wenigstens drei Fraktionen in einem einzigen Destillationsschritt umfasst, durch: – Zuführen der Spaltproduktmischung zu einer Destillationskolonne, – Entfernen einer ersten Fraktion, die das Keton enthält, am Kopf der Destillationskolonne, – Entfernen einer zweiten Fraktion, die die phenolische Verbindung enthält, am Sumpf der Destillationskolonne und – Entfernen einer dritten Fraktion, die die nichtumgesetzte Alkylarylverbindung und das Hydroxyketon enthält, als Seitenstrom, wobei der Abnahmeort des Seitenstroms oberhalb des Zuführorts der Spaltproduktmischung zu der Destillationskolonne angeordnet ist,

Mit dem Verfahren der Erfindung kann sogar ein hochintegriertes Verfahren, wie zum Beispiel das aus der DE 100 60 505 A1 und der WO 02/46133 A1 bekannte, erheblich in Bezug auf den Energieverbrauch und die notwendige Kapitalinvestition für die erforderliche Vorrichtung verbessert werden. Das Verfahren der Erfindung stellt einen inneren Rückfluss zur Verfügung, wodurch das Rückflussverhältnis verbessert wird, wodurch der Kolonnenkopf zur Entfernung der ersten Fraktion kleiner konstruiert werden kann und zudem viel kleinere Kondensatoren zum Entfernen der ersten Fraktion aus der Spaltproduktmischung erforderlich sind.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die aus der Destillationskolonne entfernte Wärme verwendet, um eine zweite Destillationskolonne zu erwärmen, um gereinigtes Keton aus der ersten Fraktion zu erzeugen. In typischen industriellen Anwendungen der Erfindung ist keine zusätzliche Heizenergie wie Dampf zum Erwärmen der Sümpfe in einer zweiten Reinigungskolonne erforderlich, wodurch sowohl ein wesentlicher Teil der Energie, die aus dem Verfahren durch Abkühlen verloren geht, sowie der Energie zum Erwärmen der Sümpfe einer Reinigungskolonne gespart wird, der ansonsten erforderlich wäre.
Insbesondere wenn die Wärmeübertragung von der Destillationskolonne zu der zweiten Reinigungskolonne durch Abziehen von Dämpfen aus der Wärmeabnahme, das Überführen der Dämpfe zu einem Kondensator, der an dem Boden der zweiten Kolonne lokalisiert ist, und das Übertragen der Wärmeenergie zu den Sümpfen der zweiten Kolonne durch das Kondensieren der Dämpfe in dem Kühler und dann das Rückführen der kondensierten Flüssigkeit zu der Destillationskolonne durchgeführt wird, dann können Energieeinsparungen und die Verbesserung des inneren Rückflussverhältnisses der Destillationskolonne optimiert werden. Die Wärmeübertragung kann leicht durch das Steuern der Menge der Dämpfe gesteuert werden, die von der Wärmeentnahme entzogen wird. Diese Anordnung ermöglicht einen kleinen und leichtgewichtigen Kolonnenkopf, wodurch die Investitionskosten sowie die Betriebskosten verringert werden, weil kein Wärmetauscher an schwer zugänglichen Positionen lokalisiert ist, und dies ermöglicht insbesondere eine kostengünstige und stabile Kolonnenkonstruktion für hohe Windgeschwindigkeiten.
Jedoch kann es vorteilhaft sein, wenn die Sümpfe der zweiten Reinigungskolonne durch einen Wärmetauscher geführt werden, der an der Wärmeentnahme der ersten Kolonne angeordnet ist.
Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem die Spaltproduktmischung Teil einer Spaltproduktmischung ist, die durch die säurekatalysierte Spaltung von Alkylarylhydroperoxid erhalten wird.
Das Verfahren der Erfindung ist von großer ökonomischer Bedeutung, wenn die Alkylarylverbindung Cumol ist, die phenolische Verbindung Phenol ist, das Keton Aceton ist und das Hydroxyketon Hydroxyaceton ist.
In einer geeigneten Ausführungsform des Verfahrens enthält die Spaltproduktmischung weiterhin Wasser.
In einer bevorzugten industriellen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung stellt der Schritt der Wärmeentfernung aus der Destillationskolonne eine Tempe ratur am Kolonnenkopf von weniger als 65°C, vorzugsweise ungefähr 55°C bis 60°C bei Standarddruck bereit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird die Spaltproduktmischung vor Zuführen in die Destillationskolonne auf eine Temperatur oberhalb von 70°C bei Standarddruck, vorzugsweise auf eine Temperatur von über 100°C, mehr bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 110°C und 180°C, am meisten bevorzugt auf eine Temperatur von 140°C bis 146°C, vorgewärmt.
Die oben aufgeführten und anderen Aufgaben werden zudem durch ein Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus Spaltproduktmischungen gelöst, die wenigstens Aceton, Cumol, Wasser und Phenol enthalten, in wenigstens drei Fraktionen in einem einzigen Destillationsschritt durch:

– Zuführen der Spaltproduktmischung zu einer Destillationskolonne,
– Entfernen einer ersten Fraktion, die Aceton enthält, am Kopf der Destillationskolonne,
– Entfernen einer zweiten Fraktion, die substituiertes oder unsubstituiertes Phenol enthält, am Sumpf der Destillationskolonne und
– Entfernen einer dritten Fraktion, die wahlweise Hydroxyaceton und Cumol enthält, als Seitenstrom, wobei der Abnahmeort des Seitenstroms oberhalb des Zuführorts der Spaltproduktmischung zu der Destillationskolonne angeordnet ist,

Das Trennverfahren der Erfindung stellt sowohl verringerte Anforderungen an die Vorrichtung wie auch eine verbesserte Trennleistung im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Verfügung.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Wärmeenergie für den Vorheizschritt durch Abkühlen des Spaltprodukts nach der thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid vor der Neutralisierung der Spaltproduktmischung erhalten.
Solch eine thermische Nachbehandlung wird zum Beispiel in der DE 100 21 482 A1 und der EP 1 151 985 A1 beschrieben. Aus diesen Dokumenten des Standes der Technik, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden, ist ein Verfahren zur thermischen Nachbehandlung eines Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid bekannt, wie es im Allgemeinen oben beschrieben wird. Bei der Herstellung von Phenol aus Cumol durch das beschriebene Hock-Verfahren wird in einem ersten Reaktionsschritt Cumol zu Cumolhydroperoxid (CHP) oxidiert, der als Oxidation bekannt ist, und das CHP wird anschließend von 65 auf 90 Gew.-% in einer Vakuumdestillation konzentriert, die als Konzentrierung bekannt ist. In einem zweiten Reaktionsschritt, der als Spaltung bekannt ist, wird das CHP in Phenol und Aceton durch Zugabe einer Säure, üblicherweise Schwefelsäure, gespalten. In diesem Schritt wird das Dimethylphenylcarbinol (DMPC), das in der Oxidation erzeugt wird, teilweise in einer Gleichgewichtsreaktion in α-Methylstyrol (AMS) und Wasser gespalten, während ein weiterer Teil des DMPCs mit CHP zur Bildung von Dicumylperoxid (DCP) reagiert; der Rest verbleibt in dem Spaltprodukt. Nach der Neutralisierung des Spaltproduktes wird diese Produktmischung üblicherweise durch Destillation aufgearbeitet.
Während der Spaltung bildet ein Teil des AMS hoch siedende Verbindungen (Dimere, Cumylphenole), die als ein Rest aus der Destillation entladen werden. Das nach der Neutralisierung immer noch vorhandene AMS wird während der Destillation zu Cumol hydriert und zu der Oxidation zurück zirkuliert. DMPC, das in der Spaltung nicht umgesetzt wurde, geht als hoch siedende Verbindung in den Rest über und ein Teil davon reagiert weiter in den heißen Phenolkolonnen zur Bildung von AMS, aus dem wiederum hoch siedende Sekundärverbindungen gebildet werden. Das DCP ist bei üblichen Spalttemperaturen (50 bis 70°C) stabil. In den heißen Phenolkolonnen zersetzt es sich thermisch zur Bildung von Nebenprodukten. Auf der anderen Seite kann DPC in der Gegenwart von Säure in Phenol, Ace ton und AMS bei Temperaturen oberhalb von 80°C gespalten werden. Es ist daher vorteilhaft, den Rest an DMPC und das in der Spaltung erzeugte DCP vollständig direkt nach der Spaltung mittels einer zielgerichteten Erhöhung der Temperatur in der Gegenwart der als Katalysator in der Spaltung verwendeten Säure umzusetzen. Auf diese Weise wird DMPC fast vollständig in AMS umgewandelt und DCP wird vollständig in Phenol, Aceton und auch AMS umgewandelt.
Solch eine thermische Nachbehandlung des Spaltproduktes wurde bereits in der U.S. 2,757,209 beschrieben, bei der Temperaturen oberhalb von 100°C, insbesondere von 110 bis 120°C, verwendet wurden. Das Ziel dieser thermischen Nachbehandlung war die vollständige Dehydrierung des DMPCs zu AMS. Im Gegensatz dazu beschreibt die U.S. 4,358,618 eine thermische Nachbehandlung, die als ihr Ziel die vollständige Umwandlung des DCPs hat, das bei der Spaltung in Phenol, Aceton und AMS erzeugt wird, und zwar unter Verwendung von Temperaturen von 120 bis 150°C. U.S. 5,254,751 beschreibt eine thermische Nachbehandlung mit der gleichen Zielsetzung wie in der U.S. 4,358,618 unter Verwendung von Temperaturen von 80 bis 110°C. Zuletzt wird in der DE 197 55 026 A1 die Nachbehandlung in einem Temperaturbereich oberhalb von 150°C durchgeführt. Dem entsprechend unterscheiden sich die optimalen Temperaturbereiche, die für die thermische Nachbehandlung des Spaltproduktes aus der Phenolherstellung spezifiziert werden, in den zuvor vorhandenen Offenbarungen sehr.
In der Offenbarung der U.S. 5,463,136 wird darauf hingewiesen, dass eine wirksame Kühlung und insbesondere Temperaturkontrolle erforderlich ist, um eine Reaktion in den Transportlinien zu hemmen, um die Bildung von Blasen und Dampf zu vermeiden, welche eine Kavitation in den Transportpumpen bewirken würde und dadurch ein allgemeines Versagen des Verfahrens bewirken würde. Zudem ist effektives Kühlen als ein erster Schritt zum Abstoppen der Reaktion vor der Neutralisierung des Reaktionsproduktes erforderlich. U.S. 2,663,735 schlägt das Entfernen der Reaktionswärme durch Acetonverdampfung und das Steuerung der Temperatur durch das Zuführen von Aceton zu dem Reaktor als eine Alternative zur Verwendung von Kühlwasser vor.
In all diesen zuvor beschriebenen Verfahren wird das Spaltprodukt zuerst mittels Dampf in Wärmetauschern für die thermische Nachbehandlung erwärmt und nach einer ausreichenden Reaktionszeit wird wiederum mittels Wasser in Wärmetauschern gekühlt. Abhängig von der für die thermische Nachbehandlung gewählten Temperatur erfordert dies wesentliche Mengen an Dampf und Kühlwasser. Wir haben herausgefunden, dass die verstärkte Abscheidung von hoch siedenden Nebenprodukten in den Wärmetauschern (Verschmutzen) der thermischen Nachbehandlung im Allgemeinen bei oberhalb von 100°C, insbesondere oberhalb von 120°C, zustande kommt, und dies mit einer drastischen Verringerung der Wärmeübertragung verbunden ist. Insbesondere in den Vorrichtungen zur Erwärmung des Produkts mittels Dampf gibt es eine Bildung organischer Ablagerungen auf den heißen Wärmetauscheroberflächen auf der Produktseite, so dass diese Vorrichtungen in relativ kurzen Intervallen von einigen Wochen gereinigt werden müssen. Dieses Verdrecken verstärkt sich weiter, wenn sich die Temperaturen erhöhen.
DE 100 21 482 A1 und EP 1 151 985 A1 schlagen daher ein Verfahren zur thermischen Nachbehandlung des Spaltproduktes aus der Spaltung von Cumolhydroperoxid vor, das nicht nur eine hohe Selektivität, sondern auch niedrige Energiekosten sowie eine hohe Verfügbarkeit bedingt durch das Vermeiden von Verkrustungen zeigt. Solch ein Verfahren zur thermischen Nachbehandlung des Spaltproduktes aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid in Phenol und Aceton, in welchem das thermisch zu behandelnde Spaltprodukt in einem Reaktor erwärmt wird und in welchem die Reaktionswärme von wenigstens einer exothermen Reaktion, die in diesem Reaktor zustande kommt, zur Erwärmung des thermisch zu behandelnden Spaltproduktes in dem Reaktor verwendet wird, erreicht eine hohe Selektivität der Nachbehandlung in Kombination mit einer Verringerung der Energiekosten und einer längeren Betriebsdauer der Wärmetauscher bedingt durch die Vermeidung einer Verkrustung. Das Verfahren der DE 100 21 482 A1 und der EP 1 151 985 A1 wird zur thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid in Phenol und Aceton bereitgestellt, in welchem das thermisch zu behandelnde Spaltprodukt in einem Reaktor erwärmt wird, wobei die Reaktionswärme von we nigstens einer exothermen Reaktion, die in diesem Reaktor zustande kommt, zum Erwärmen des thermisch zu behandelnden Spaltprodukts in dem Reaktor verwendet wird.
Gleichermaßen wird ein Reaktor zur Herstellung von Phenol und Aceton durch säurekatalysierte Spaltung von Cumolhydroperoxid vorgeschlagen, welcher wenigstens zwei Regionen aufweist, von denen wenigstens eine Region mit einer Vorrichtung zum Entfernen von Wärme ausgestattet ist, und wenigstens eine weitere Region Pfropfströmungseigenschaften aufweist. Die beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, dass die tatsächliche CHP-Spaltung und die thermische Nachbehandlung in einem Reaktor kombiniert werden können, wobei die Beschreibung davon hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Das Verfahren der DE 100 21 482 A1 und der EP 1 151 985 A1 hat den Vorteil, dass im Vergleich zu früheren konventionellen Verfahren deutlich weniger Dampf zur Erwärmung des Spaltprodukts erforderlich ist, das der thermischen Nachbehandlung unterzogen werden soll. Wenn die Reaktionswärme, die in der thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts freigesetzt wird, ausreichend ist, dann kann die Verwendung von Dampf zur Erwärmung des Spaltprodukts vollständig weggelassen werden. Im Gegensatz zu Verfahren und anderen Vorrichtungen, bei denen Dampf oder andere geeignete Medien zur Wärmeübertragung kontinuierlich zum Erwärmen des Spaltprodukts verwendet werden, kommt das Verkrusten in einem deutlich geringeren Ausmaß oder überhaupt nicht zustande, wenn das Verfahren der Erfindung zur Behandlung des Spaltprodukts verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens der Erfindung enthält die erste Fraktion wenigstens 75% des im Spaltprodukt vor dem Destillationsschritt vorhandenen Ketons.
In einer besonders nützlichen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird wenigstens eine phenolhaltige Fraktion erhalten, die weniger als 300 ppm, vorzugsweise weniger als 30 ppm, Hydroxyaceton enthält.
Vorzugsweise wird eine weitere Fraktion erhalten, die wenigstens Hydroxyaceton, Cumol und Wasser enthält, und diese letztere Fraktion wird in eine organische Phase und eine wässrige Phase aufgetrennt. Vorzugsweise werden die organische und/oder die wässrige Phase zumindest teilweise in die Kolonne zurückgeführt.
In einer nützlichen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung enthält die Spaltproduktmischung α-Methylstyrol und/oder die Spaltproduktmischung weist eine Phenolkonzentration von 20 bis 90 Gew.-% auf.
Vorzugweise weist in dem Verfahren der Erfindung die Spaltproduktmischung eine von Hydroxyacetonkonzentration von 300 ppm bis 5 Gew.-% auf.
Das Verfahren der Erfindung kann für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Phenol einschließlich der Aufarbeitung durch Destillation von Mischungen, die als Teil der Spaltproduktmischungen bei der Spaltung von Cumolhydroperoxid (CHP) in Aceton und Phenol erzeugt werden und mit anschließender Aufarbeitung der Spaltproduktmischung verwendet werden. Das Verfahren der Erfindung wird vorzugsweise zur Abtrennung von Phenolen aus einer Mischung verwendet, die wenigstens Aceton, Cumol, Wasser und Phenol enthält, und die die Spaltproduktmischung aus der Spaltung von CHP ist.
Die oben genannten und anderen Aufgaben werden zudem durch eine Vorrichtung zur Abtrennung von Phenol aus einer Mischung gelöst, die wenigstens Aceton, Cumol, Wasser und Phenol enthält, die wenigstens eine Destillationskolonne aufweist, die so dimensioniert ist, das wenigstens eine cumol- und/oder α-methylstyrolhaltige Fraktion an einer Seitenabnahmestelle der Kolonne entnommen werden kann, die oberhalb des Seiteneinlasses zur Zuführung der Spaltproduktmischung angeordnet ist, und eine phenolhaltige Fraktion mit einem Hydroxyacetongehalt von weiniger als 300 ppm am Sumpf der Kolonne entnommen werden kann, und die eine Entnahmestelle am Kopf der Kolonne zur Entfernung einer ersten Fraktion, die Aceton enthält, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationskolonne zusätzlich einen Zwischenwärmeaustauscher oder eine Seitenabnahmestelle zur Kondensation aufweist, der bzw. die oberhalb der Seitenabnahmestelle und unterhalb des Kopfes der Kolonne angeordnet ist.
Die Vorrichtung der Erfindung erfordert deutlich geringere Ausgaben zur Konstruktion im Vergleich zu den zuvor vorgeschlagenen, weil ein viel kleinerer Kolonnenkopf erforderlich ist und weniger teure Kondensatoren das Entfernen der ersten Fraktion aus der Mischung mit wenigstens einer ähnlichen Trennleistung bereitstellen. Weil der Zwischenwärmeaustauscher wahrscheinlich das innere Rückflussverhältnis der Kolonne verbessert, kann auch eine verbesserte Trennleistung erwartet werden.
In einer nützlichen Ausführungsform enthält die Vorrichtung der Erfindung zusätzlich wenigstens eine Phasentrennvorrichtung zur Abtrennung der organischen Phasen von den wässrigen Phasen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung weist die Kolonne wenigstens 20 Böden auf.
Der Sumpf einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kann zudem weiter durch einen Vorwärmer vereinfacht werden, der stromaufwärts von dem Seiteneinlass in direkter Nachbarschaft zu der Kolonne zum Vorwärmen der Spaltproduktmischung vor Eintritt in die Kolonne angeordnet ist.
In einer nützlichen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmer in Wärmeübertragungsfluidverbindung mit einem Wärmetauscher steht, der stromabwärts vom Auslass eines Reaktors zur thermischen Nachbehandlung angeordnet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht die Verwendung des Kühlwassers oder Dampfes, das bzw. der beim Kühlen der Nachbehandlungsprodukte generiert wird, zum Vorwärmen der Einspeisung in die Kolonne, so dass sowohl an der Notwendigkeit des Entfernens der Wärme aus dem Kühlwasser wie auch an der Notwendigkeit von Wärmeenergie, die anderweitig für das entsprechende Wärmen der Kolonnenzufuhr bereitgestellt wird, gespart wird.
Eine am meisten bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher stromabwärts vom Auslass des Reaktors zur thermischen Nachbehandlung einen Vorwärmer bildet, der stromaufwärts vom Seiteneinlass der Kolonne angeordnet ist. So wird die Spaltproduktmischung nach dem Runterkühlen zur Neutralisation und Zwischenlagerung zur Entfernung von Salzen durch den Wärmetauscher stromabwärts vom Auslass eines Reaktors zur thermischen Nachbehandlung und anschließend in die Destillationskolonne geführt. So bildet die neutralisierte Spaltproduktmischung ein Kühlmedium für die Spaltproduktmischung vor der Neutralisation und wird zur gleichen Zeit auf ungefähr die Temperatur vorgewärmt, die mit der thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid assoziiert ist. Daher können große Mengen sowohl an Kühlwasser wie auch Wärmeenergie gespart werden, was die Kosteneffizienz der Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung gegenüber denen des Standes der Technik wesentlich verbessert.
Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung werden unten im Wege eines Beispiels für die Aufarbeitung einer Mischung durch Destillation beschrieben, die bei der säurekatalysierten homogenen Spaltung von CHP erhalten wird, sowie die anschließende Aufarbeitung der Spaltproduktmischung, wobei das Verfahren nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Diese Mischung wird als Teil der Spaltproduktmischung durch Abtrennen einer Rohacetonfraktion von der Spaltproduktmischung erhalten.
Das Verfahren der Erfindung zur Abtrennung von Phenol aus einer Mischung, die wenigstens Aceton, Cumol, Wasser und/oder Hydroxyaceton und Phenol enthält, umfasst das Fraktionieren der Mischung mittels wenigstens eines Schrittes der fraktionierten Destillation und optional wenigstens eines Schrittes zur Phasentrennung, so dass wenigstens eine phenolhaltige Fraktion, die vorzugsweise weniger als 300 ppm Hydroxyaceton enthält, erhalten wird. Diese phenolhaltige Fraktion wird vorzugsweise durch ein Verfahren erhalten, bei dem ein einzelner fraktionierter Destillationsschritt und wahlweise ein Einzelphasentrennungsschritt durchgeführt werden.
Bevor das Phenol abgetrennt wird, hat die Mischung vorzugsweise eine Phenolkonzentration von 20 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 70 Gew.-%.
Die Mischung kann eine Konzentration an Hydroxyaceton von 300 ppm bis 5 Gew.-% aufweisen.
Neben den erwähnten Verbindungen kann die Mischung weiterhin zusätzliche Verbindungen wie α-Methylstyrol (AMS), Cumol, Wasser, Phenylbutene, Methylbenzofuran (MBF), Dimethylphenylcarbinol (DMPC), Cresole, z. B. o-Cresol, Mesityloxid (MO), n-Propylbenzol, Isopropylphenol, Carbonylverbindungen wie 3-Methylcyclopentenon, (Methyl)isobutylketone oder 2-Phenylpropionaldehyd, sec-Butylbenzol, tert-Butylbenzol, Methylbenzole, z. B. Dimethylbenzol, Acetophenon (APO), Ketone, Säuren oder Aldehyde umfassen.
Das Verfahren der Erfindung kann in verschiedenen Varianten durchgeführt werden, aber alle diese umfassen wenigstens einen Destillationsschritt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird die Mischung in wenigstens einem fraktionierten Destillationsschritt, vorzugsweise in nur einem einzigen Destillationsschritt, fraktioniert, so dass eine erste Fraktion, die Aceton enthält, eine zweite phenolhaltige Fraktion, die vorzugsweise weniger als 300 ppm Hydroxyaceton enthält, und eine dritte Fraktion, die wenigstens Hydroxyaceton, Cumol und Wasser enthält, erzeugt werden und die letztgenannte Fraktion in einem Phasentrennungsschritt in eine organische Phase und eine wässrige Phase getrennt wird.
In dieser Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird die Mischung, aus der Phenol abzutrennen ist, zuerst in eine Destillationsvorrichtung eingeführt, vorzugsweise eine Destillationskolonne. Die Destillationskolonne muss so konfiguriert sein, dass es möglich ist, die Mischung zu fraktionieren, um wenigstens eine acetonhaltige Fraktion, eine phenolhaltige Fraktion und wenigstens eine weitere Fraktion zu ergeben, die wenigstens Cumol, Wasser und Hydroxyaceton enthält. Die Mischung wird vorzugsweise in die Kolonne an einem Seiteneinlass eingeführt, vorzugsweise in einer Position, an der die Kolonne ein Trennpotential von 25 bis 85%, besonders bevorzugt von 40 bis 60% aufweist. Die Kolonne wird so betrieben, dass eine phenolhaltige Fraktion in flüssiger Form an dem Sumpf der Kolonne entnommen werden kann. Die phenolhaltige Fraktion, die an dem Sumpf der Kolonne abgetrennt wird und vorzugsweise eine Konzentration an Hydroxyaceton von weniger als 300 ppm aufweist, wird vorzugsweise als Rohphenol einer weiteren Aufarbeitung zugeführt.
Die Temperatur an dem Sumpf der Kolonne beträgt vorzugsweise 120 bis 230°C, besonders bevorzugt 180 bis 195°C. Die Temperatur an dem Kopf der Kolonne ist vorzugsweise weniger als 65°C, besonders bevorzugt um die 55°C bis 60°C bei Standarddruck. Die Temperatur am Kopf der Kolonne wird immer so gewählt, dass die Temperatur an dem Kopf niedriger als die Temperatur am Sumpf ist. Der Druck in der Kolonne kann von 0,1 bis 4 bar sein. Die Destillationskolonne steht vorzugsweise unter Atmosphärendruck. Die gewünschte Temperatur an dem Kopf der Kolonne wird durch das Entfernen von Wärme aus der Destillationskolonne durch einen Wärmetauscher innerhalb der Kolonne erzeugt.
In der Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird eine dritte Fraktion, die nichtumgesetzte Alkylarylverbindung (Cumol) und das Hydroxyaceton enthält, als Seitenstrom entfernt, wobei der Abnahmeort des Seitenstroms oberhalb des Zufuhrorts der Spaltproduktmischung zu der Destillationskolonne angeordnet ist, und der Ort der Wärmeentfernung oberhalb des Abnahmeorts des Seitenstroms der dritten Fraktion angeordnet ist. Der Abnahmeort des Seitenstroms ist geeigneterweise oberhalb des Zufuhrorts für die Mischung angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich wird die Spaltproduktmischung vor dem Einführen in die Destillationskolonne auf eine Temperatur oberhalb von 70°C bei Standarddruck, vorzugsweise auf eine Temperatur von über 100°C, mehr bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 110°C und 180°C, am meisten bevorzugt auf eine Temperatur von 140°C bis 146°C, vorgewärmt, um die Energie zu reduzieren, die zum Erwärmen der Sümpfe in der Kolonne erforderlich ist.
Am meisten bevorzugt ist, dass die Wärmeenergie für den Vorwärmschritt aus dem Kühlen des Spaltprodukts nach der Wärmebehandlung des Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid gewonnen wird. Solch ein Produkt muss von ungefähr 150°C bis auf ungefähr 40°C abgekühlt werden, um eine weitere unkontrollierte Umsetzung der Spaltproduktmischung vor der Neutralisation zu hemmen.
In den Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung enthält das aus der eingespeisten. Mischung erhaltene Phenol vorzugsweise nicht mehr als 300 ppm an Hydroxyaceton, vorzugsweise weniger als 30 ppm, ist aber auch reduziert an Verunreinigungen wie Phenylbutenen, Methylbenzofuran (MF), Mesityloxid (MO), n-Propylbenzol, Isopropylphenol, Carbonylverbindungen wie 3-Methylcyclopentenon, (Methyl)isobutylketonen oder 2-Phenylpropionaldehyd, sec-Butylbenzol, tert-Butylbenzol oder Methylbenzolen, z. B. Dimethylbenzol. Diese Verunreinigungen werden aus der Mischung zusammen mit α-Methylstyrol (AMS), Cumol und Wasser über die Seitenstromentnahme der Destillationskolonne abgetrennt.
Die gemäß der Erfindung erhaltenen Fraktionen können weiter durch im Stand der Technik bekannte Verfahren aufgearbeitet werden.
Das Verfahren der Erfindung zur Abtrennung von Phenol aus Spaltproduktmischungen, die wenigstens Hydroxyaceton, Cumol, Wasser und Phenol enthalten, wird vorzugsweise in einer Vorrichtung gemäss der Erfindung durchgeführt.
Diese Vorrichtung zur Abtrennung von Phenol aus einer Mischung, die wenigstens Aceton, Cumol, Wasser und Phenol enthält, umfasst wenigstens eine Destillationskolonne, die so dimensioniert ist, dass wenigstens eine cumol- und/oder α-methylstyrolhaltige Fraktion an einer Seitenentnahmestelle der Kolonne entnommen werden kann, die oberhalb eines Seiteneinlasses zur Einspeisung der Spaltproduktmischung angeordnet ist, und dass eine phenolhaltige Fraktion mit einem Hydroxyacetongehalt von weniger als 300 ppm am Sumpf der Kolonne entnommen werden kann, sowie eine Entnahmestelle am Kopf der Kolonne zur Entfernung einer ersten Fraktion, die Aceton enthält, und die Destillationskolonne enthält zusätzlich einen Zwischenwärmeaustauscher, der oberhalb der Seitenabnahmestelle angeordnet ist. Vorzugsweise enthält die Vorrichtung zusätzlich wenigstens eine Vorrichtung zur Phasentrennung zum Abtrennen der organischen Phasen von den wässrigen Phasen.
Vorzugsweise ist ein Vorwärmer stromaufwärts von dem Seiteneinlass in direkter Nachbarschaft zu der Kolonne zum Vorwärmen der Spaltproduktmischung vor dem Eintritt in die Destillationskolonne angeordnet.
Gemäß der Erfindung steht der Vorwärmer in Wärmeübertragungsfluidverbindung mit einem Wärmeaustauscher, der stromabwärts vom Auslass eines Reaktors zur thermischen Nachbehandlung angeordnet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht die Verwendung des Kühlwassers oder des Dampfes, der beim Kühlen der Nachbehandlungsprodukte generiert wird, zum Vorwärmen der Zufuhr der Kolonne, wodurch sowohl die Notwendigkeit zum Abführen der Wärme aus dem Kühlwasser als auch die Wärmeenergie, die ansonsten durch entsprechendes Heizen der Kolonnenzufuhr bereitgestellt wird, eingespart wird.
Jedoch bildet in einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Wärmeaustauscher stromabwärts vom Auslass eines Reaktors zur thermischen Nachbehandlung einen Vorwärmer, der stromaufwärts vom Seiteneinlass der Kolonne angeordnet ist. So wird die Spaltproduktmischung nach dem Runterkühlen zur Neutralisation und Zwischenspeicherung zum Entfernen von Salzen durch den Wärmetauscher stromabwärts eines Auslasses eines Reaktors zur thermischen Nachbehandlung und anschließend in die Destillationskolonne geführt. Somit bildet die neutralisierte Spaltproduktmischung ein Kühlmedium für die Spaltproduktmischung vor der Neutralisation und wird gleichzeitig auf ungefähr die Temperatur vorgewärmt, die mit der thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid assoziiert ist. Daher können große Mengen sowohl an Kühlwasser wie auch an Wärmeenergie eingespart werden, was die Kosteneffizienz der Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung gegenüber solchen des Standes der Technik wesentlich verbessert.
Die Destillationskolonne hat vorzugsweise wenigstens 20, mehr bevorzugt 40 bis 100, theoretische Platten oder Böden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung hat diese einen Seitenabnahmeort, an welchem eine Fraktion, die wenigstens eine organische Säure enthält, abgenommen werden kann, der zwischen dem Zuführpunkt für die Mischung und dem Sumpf der Kolonne angeordnet ist. Die organische Säure, die in der Fraktion vorhanden ist, kann zum Beispiel Essigsäure, Oxalsäure, Ameisensäure oder Buttersäure oder eine Mischung sein, die wenigstens eine dieser Säuren umfasst.
Als Vorrichtung zur Phasentrennung hat die Vorrichtung der Erfindung vorzugsweise wenigstens einen Dekanter.
Phenol ist durch das Verfahren der Erfindung erhältlich. Dieses Phenol hat vorzugsweise einen Gehalt an Hydroxyaceton von weniger als 300 ppm, besonders bevorzugt weniger als 30 ppm. Es kann in der gleicher Weise eine cumol- und/oder AMS-haltige Mischung mit einem verringerten Gehalt an Hydroxyaceton mittels des Verfahrens der Erfindung erzeugt werden.
Das Verfahren der Erfindung und die Vorrichtung der Erfindung werden im Wege von Beispielen in den 1 bis 6 gezeigt, ohne dass das Verfahren oder die Vorrichtung auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht eines anderen Aspekts einer Ausführungsform der Erfindung in Bezug auf eine thermische Nachbehandlung;
3 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines bestimmten Vorwärmers;
4 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und
6 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten alternativen Ausführungsform in Bezug auf die Ausführungsform, die in 3 gezeigt wird.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung. Die Vorrichtung der Erfindung enthält eine Destillationskolonne 1, die einen Seiteneinlass 2 aufweist, durch den die Spaltproduktmischung zum Zweck der Abtrennung des Phenols eingeführt werden kann. An dem Kopf 3 und an dem Sumpf 4 der Kolonne 1 können jeweils die erste Fraktion A, die Acetondampf enthält, und die zweite Fraktion B, die Phenol enthält, abgenommen werden. Die Destillationskolonne 1 der Vorrichtung der Erfindung hat an dem Sumpf 4 der Kolonne einen Wärmetauscher 5, mit dem geeignete Wärmeenergie in die Kolonne 1 eingeführt werden kann.
Von einem Abnahmeort des Seitenstroms 6, der oberhalb des Einlasses 2 angeordnet ist, kann die dritte Fraktion, die wenigstens Cumol, Hydroxyaceton und Wasser enthält, entnommen werden und vorzugsweise durch eine Vorrichtung zur Phasentrennung 7 durchgeführt werden. Ein Teil der organischen und wässrigen Phasen, die in dieser Phasentrennungsvorrichtung gebildet werden, kann zu der Destillationskolonne über die Leitungen 8 zurückgeführt werden. Der verbleibende Teil C der organischen Phase, der wenigstens Cumol und/oder α-Methylstyrol enthält, kann zur weiteren Aufarbeitung weitergeleitet werden. Ein Teil der wässrigen Phase D kann gleichermaßen in flüssiger oder Dampfform zu der Destillationskolonne 1 über die Leitung 9 zurückgeführt werden. Der verbleibende Teil der wässrigen Phase D kann über die Leitung 10 zur Nutzung oder Aufarbeitung weitergeleitet werden. Die Destillationskolonne 1 hat zudem einen Zwischenwärmeaustauscher 11, der innerhalb der Kolonne 1 oberhalb des Abnahmeorts für den Seitenstrom 6 angeordnet ist. Der Zwischenwärmeaustauscher 11 verringert die Temperatur an dem Kopf 3 der Kolonne 1 auf vorzugsweise weniger als 65°C, besonders bevorzugt ungefähr 55°C bis 60°C bei Standarddruck, wodurch bewirkt wird, dass ein Teil der Dämpfe kondensiert und den inneren Rückfluss verbessert. Die Temperatur an dem Kopf 3 der Kolonne 1 wird immer so gewählt, dass die Temperatur an dem Kopf 3 niedriger als die Temperatur an dem Sumpf 4 ist. Höher siedende Verbindungen in der Kolonne 1 werden durch den Zwischenwärmeaustauscher 11 kondensiert und somit wird das innere Rückflussverhältnis der Kolonne 1 erhöht. Dem entsprechend wird die Trennung der ersten Fraktion A, die Aceton enthält, zum Entfernen an dem Kopf 3 der Kolonne 1 verbessert und der Kolonnenkopf kann kleiner konstruiert werden, wodurch Geld eingespart wird. Zudem kann ein Rückflusskühler 12 für die erste Fraktion A, die Aceton enthält, die an dem Kopf 3 der Kolonne 1 entfernt wird, viel kleiner als zuvor gewählt werden, wodurch sowohl Investitions- wie auch Betriebskosten und große Mengen an Kühlwasser eingespart werden.
Die erste Fraktion A, die Acetondampf enthält, die aus der Kolonne 1 entfernt wird, wird durch die Leitung 18 zu einer Reinigungskolonne 13 zur weiteren Aufreinigung in einer bekannten Weise durch Destillation geleitet. Es kann reines Aceton E von der Seitenentnahme 14 der Kolonne 13 entfernt werden. Es wird ein Abfallstrom F aus dem Sumpf der Kolonne 13 zur Entsorgung oder Aufarbeitung entfernt.
Das heiße Ende des Zwischenwärmeaustauschers 11 in Kolonne 1 ist durch die Leitung 15 mit einem Wärmer 16 für den Sumpf der Reinigungskolonne 13 verbunden, um Kühlwasser von dem Zwischenwärmeaustauscher 11 mit einer Temperatur von mehr als ungefähr 65°C zu dem Wärmer 16 zum Erwärmen der Sümpfe in Kolonne 13 zu leiten. Das Kühlwasser wird über die Rückleitung 17 nach dem Durchführen durch den Wärmer 16 zu dem Zwischenwärmeaustauscher 11 zurückgeführt. In einem typischen industriellen Verfahren kann Kühlleistung an dem Kopf 3 der Kolonne 1 in einer wesentlichen Menge eingespart werden und zur gleichen Zeit kann das Rohaceton vollständig ohne Dampf abdestilliert werden, was ansonsten das Erwärmen der Sümpfe der Reinigungskolonne 13 erfordern würde.
Jedoch werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 4 gezeigt wird, statt des Integrierens eines Zwischenwärmeaustauschers 11 in Kolonne 1 Dämpfe direkt aus der Kolonne durch die Dampfentnahme 31 an der Seite abgeführt und durch den Sumpfwärmerer 16 der Reinigungskolonne 13 geführt. In dem Wärmer 16 werden die Dämpfe aus der Entnahme 31 kondensiert, wodurch die Sümpfe der Reinigungskolonne 13 höchst effizient gewärmt werden. Das Kondensat wird dann zu der Destillationskolonne zurückgeführt und durch den Rückflussseiteneinlass 32 eingespeist. So ist die energiesparende Wirkung der vorliegenden Erfindung angenommenerweise am Besten. Zudem besteht keine Notwendigkeit, einen großen Wärmetauscher in dem oberen Bereich der Destillationskolonne bei vielleicht ungefähr 40 Metern für eine industrielle Kolonne zur Verfügung zu stellen, wo er schwer zur Wartung und Reinigung zu erreichen ist. Zudem ist der obere Teil der Kolonne 1 wesentlich vereinfacht und kleiner und somit kostengünstiger und ermöglicht eine stärkere Konstruktion, die hohen Windgeschwindigkeiten widersteht.
In einer alternativen Ausführungsform, die in 5 gezeigt wird, wird das Kondensat aus dem Sumpf der Reinigungskolonne 13 über ein optionales Dreiwegeventil 33 oder einen Separator für den Abfallstrom F zu dem kalten Ende des Zwischenwärmetauschers 11 geführt und zu der Reinigungskolonne 13 nach dem Erwärmen durch Entfernen von Wärme aus dem Zwischenwärmeaustauscher 11 zurückgeführt.
2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung. Eine Reaktoranordnung für ein Verfahren zur thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts aus der Spaltung von Cumolhydroperoxid, wie sie aus der DE 100 21 482 A1 und der EP 1 151 985 A1 bekannt ist, wird allgemein durch 20 bezeichnet. Solch ein Verfahren zur thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid in Phenol und Aceton, bei dem das thermisch zu behandelnde Spaltprodukt in einem Reaktor erwärmt wird und bei dem die Reaktionswärme von wenigstens einer exothermen Reaktion, die in diesem Reaktor zustande kommt, zum Erwärmen des thermisch zu behandelnden Spaltproduktes in dem Reaktor 21 verwendet wird, erreicht eine höhere Selektivität der Nachbehandlung kombiniert mit einer Verringerung der Energiekosten und einer längeren Betriebsdauer der Wärmetauscher 22 und 23 bedingt durch das Vermeiden einer Verkrustung.
Die Spaltproduktmischung G verlässt den Reaktor 21 bei einer Temperatur von ungefähr 150°C und muss auf ungefähr 40°C gekühlt werden, um die Reaktion vor der Neutralisierung (nicht gezeigt) zu stoppen. Typischerweise wird ein Kühlen in zwei Schritten durch die Wärmetauscher 22 und 23 durchgeführt, wobei der erste Wärmetauscher 22 eine wesentliche Temperaturreduktion auf ungefähr 57°C bereitstellt und der zweite Wärmetauscher 23 wirksam die Temperatur der Spaltproduktmischung G auf 40°C regelt.
Im Stand der Technik wurde die Wärme des Wärmetauschers 22 an die Umgebung abgegeben. Gemäß der Erfindung und wie es in 3 gezeigt wird ist der Wärmetauscher mit einem Vorwärmer 24 stromaufwärts des Einlasses 2 von Kolonne 1 gekoppelt, so dass heißes Wasser oder Dampf aus dem Wärmetauscher 22 durch die Leitung 25 mit einer Temperatur von ungefähr 148°C zu einem Vorwärmer 24 geführt wird. Das kalte Wasser aus dem Vorwärmer 24 mit einer Temperatur von ungefähr 57°C wird dann direkt oder indirekt durch die Leitung 26 zu dem Wärmetauscher 22 zurückgeführt. So wird die neutralisierte Spaltproduktmischung G' zum Einführen in die Kolonne 1 über den Einlass 2 auf eine Temperatur von ungefähr 145°C vorgewärmt. Dem entsprechend brauchen die Sümpfe der Kolonne 1 wesentlich weniger Energie, die durch den Wärmetauscher 5 eingeführt wird, um die Sümpfe bei einer Temperatur zu halten, die für das Trennverfahren erforderlich ist.
Jedoch ist es bevorzugt, den Zuführstrom G' für die Destillationskolonne 1 direkt zum Kühlen der Spaltproduktmischung G zu verwenden, wenn sie den Reaktor 21 verlässt. Der Zuführstrom G' hat nach der Neutralisierung und Zwischentanklagerung zum Entfernen von Salzen und als ein Produktionsstrompuffer eine Temperatur von typischerweise ungefähr oder unter 40°C. Der Zuführstrom G' wird über die Leitung 26 zu dem Wärmetauscher 22 in der Nähe des Reaktorausgangs 21 geführt und wird aus dem Wärmetauscher mit ungefähr 150°C entfernt und zu der Destillationskolonne 1 über die Leitung 25 zu dem Seiteneinlass der Destillationskolonne 1 geführt. Diese Ausführungsform stellt eine weitere verbesserte Energieeffizienz und Verwendung der Wärmeenergie zur Verfügung, die aus der thermischen Nachbehandlung des Reaktors 21 erhältlich ist.
In einem typischen industriellen Verfahren kann der größte Teil der erforderlichen Kühlenergie zum Kühlen der Spaltproduktmischung vor dem Neutralisieren eingespart werden und gleichzeitig kann die Zufuhr G' für die Destillationskolonne 1 ohne die Notwendigkeit zusätzlichen Dampfes wesentlich vorgewärmt werden, der ansonsten für ein zusätzliches Erwärmen der Sümpfe der Kolonne 1 erforderlich wäre.

Claims

Verfahren zur Herstellung von phenolischen Verbindungen, umfassend: i) Oxidieren einer Alkylarylverbindung, um eine Reaktionsmischung zu erzeugen, die Alkylarylhydroperoxid und die nichtumgesetzte Alkylarylverbindung enthält, ii) Unterziehen des Produkts aus Schritt i) einer Spaltungsreaktion, die zu einer Spaltproduktmischung führt, die wenigstens die phenolische Verbindung, ein Keton, das korrespondierende Hydroxyketon und die nichtumgesetzte Alkylarylverbindung enthält, iii) Aufarbeiten der Spaltproduktmischung aus Schritt ii) durch Destillation, die das Auftrennen der Spaltproduktmischung in wenigstens drei Fraktionen in einem einzigen Destillationsschritt umfasst, durch: – Zuführen der Spaltproduktmischung zu einer Destillationskolonne, – Entfernen einer ersten Fraktion, die das Keton enthält, am Kopf der Destillationskolonne, – Entfernen einer zweiten Fraktion, die die phenolische Verbindung enthält, am Sumpf der Destillationskolonne und – Entfernen einer dritten Fraktion, die die nichtumgesetzte Alkylarylverbindung und das Hydroxyketon enthält, als Seitenstrom, wobei der Abnahmeort des Seitenstroms oberhalb des Zuführorts der Spaltproduktmischung zu der Destillationskolonne angeordnet ist, gekennzeichnet durch Entfernen von Wärme aus der Destillationskolonne, wobei der Ort der Wärmeentfernung oberhalb des Abnahmeorts des Seitenstroms der dritten Fraktion angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aus der Destillationskolonne entfernte Wärme verwendet wird, um eine zweite Destillationskolonne zum Erhalten eines gereinigten Ketons aus der ersten Fraktion zu erwärmen.
Verfahren wie in wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2 beansprucht, wobei die Spaltproduktmischung Teil einer Spaltproduktmischung ist, die durch die säurekatalysierte Spaltung von Alkylarylhydroperoxid erhalten wird.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, wobei die Alkylarylverbindung Cumol ist, die phenolische Verbindung Phenol ist, das Keton Aceton ist und das Hydroxyketon Hydroxyaceton ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, wobei die Spaltproduktmischung weiterhin Wasser enthält.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Schritt der Wärmeentfernung aus der Destillationskolonne eine Temperatur am Kolonnenkopf von weniger als 65°C bei Standarddruck bereitstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spaltproduktmischung vor Zuführen in die Destillationskolonne auf eine Temperatur von oberhalb 70°C bei Standarddruck vorgewärmt wird.
Verfahren zur Abtrennung von Phenol aus Spaltproduktmischungen, die wenigstens Aceton, Cumol, Wasser und Phenol enthalten, in wenigstens drei Fraktionen in einem einzigen Destillationsschritt durch: – Zuführen der Spaltproduktmischung zu einer Destillationskolonne, – Entfernen einer ersten Fraktion, die Aceton enthält, am Kopf der Destillationskolonne, – Entfernen einer zweiten Fraktion, die substituiertes oder unsubstituiertes Phenol enthält, am Sumpf der Destillationskolonne und – Entfernen einer dritten Fraktion, die wahlweise Hydroxyaceton und Cumol enthält, als Seitenstrom, wobei der Abnahmeort des Seitenstroms oberhalb des Zuführorts der Spaltproduktmischung zu der Destillationskolonne angeordnet ist, wobei die Spaltproduktmischung vor Zuführen in die Destillationskolonne auf eine Temperatur zwischen 110°C und 180°C bei Standarddruck vorgewärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Wärmeenergie für den Vorheizschritt erhalten wird durch Abkühlen des Spaltprodukts nach der thermischen Nachbehandlung des Spaltprodukts aus der säurekatalysierten Spaltung von Cumolhydroperoxid vor der Neutralisierung der Spaltproduktmischung.
Verfahren wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die erste Fraktion wenigstens 75% des im Spaltprodukt vor dem Destillationsschritt vorhandenen Ketons aufweist.
Verfahren wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei wenigstens eine phenolhaltige Fraktion erhalten wird, die weniger als 300 ppm Hydroxyaceton enthält.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 5, wobei eine weitere Fraktion erhalten wird, die wenigstens Hydroxyaceton, Cumol und Wasser enthält, und diese letztere Fraktion in eine organische Phase und eine wässrige Phase aufgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die organische Phase und/oder die wässrige Phase zumindest teilweise in die Kolonne zurückgeführt wird.
Verfahren wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Spaltproduktmischung α-Methylstyrol enthält.
Verfahren wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Spaltproduktmischung eine Phenolkonzentration von 20 bis 90 Gew.-% aufweist.
Verfahren wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Spaltproduktmischung eine Hydroxyacetonkonzentration von 300 ppm bis 5 Gew.-% aufweist.
Vorrichtung zur Abtrennung von Phenol aus einer Mischung, die wenigstens Aceton, Cumol, Wasser und Phenol enthält, die wenigstens eine Destillationskolonne aufweist, die so dimensioniert ist, das wenigstens eine cumol- und/oder α-methylstyrolhaltige Fraktion an einer Seitenabnahmestelle der Kolonne entnommen werden kann, die oberhalb des Seiteneinlasses zur Zuführung der Spaltproduktmischung angeordnet ist, und eine phenolhaltige Fraktion mit einem Hydroxyacetongehalt von weiniger als 300 ppm am Sumpf der Kolonne entnommen werden kann, und die eine Entnahmestelle am Kopf der Kolonne zur Entfernung einer ersten Fraktion, die Aceton enthält, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationskolonne zusätzlich einen Zwischenwärmeaustauscher aufweist, der oberhalb der Seitenabnahmestelle und unterhalb des Kopfes der Kolonne angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, die zusätzlich wenigstens eine Phasentrennvorrichtung zur Abtrennung der organischen Phasen von den wässrigen Phasen enthält.
Vorrichtung wie in Anspruch 17 beansprucht, wobei die Kolonne wenigstens 20 Böden aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, die zusätzlich einen Vorwärmer aufweist, der stromaufwärts von dem Seiteneinlass in direkter Nachbarschaft zu der Kolonne zum Vorwärmen der Spaltproduktmischung vor Eintritt in die Kolonne angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmer in Wärmeübertragungsfluidverbindung mit einem Wärmeaustauscher steht, der stromabwärts vom Auslass des Reaktors zur thermischen Nachbehandlung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei ein Wärmeaustauscher stromabwärts vom Auslass des Reaktors zur thermischen Nachbehandlung einen Vorwärmer bildet, der stromaufwärts vom Seiteneinlass der Kolonne angeordnet ist.