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Lösungsmittel-Extraktionsverfahren Die Erfindung betrifft ein Lösungsmittel-Extraktionsverfahren
zur Abtrennung eines aromatischen Extraktes aus einem Gemisch von aromatischen und
nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen. Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung
für die bekannte Art dieser Verfahren, bei dem man das Ausgangskohlenwasserstoffgemisch
kontinuierlich in einer Extraktionszone durch Berührung mit einem selektiven Lösungsmittel,
das aus einem in dem Extrakt löslichen Primärlösungsmittel von geringerer Flüchtigkeit
als die des Extrakts und einem unterhalb des Primärlösungsmittels siedenden Sekundärlösungsmittel
besteht, in einen aromatenarmen Raffinatstrom und einen Strom einer aromatische
Kohlenwasserstoffe und selektives Lösungsmittel enthaltenden Extraktphase trennt;
aus dem Strom der Extraktphase dampft man in aromatischen Extrakt und Sekundärlösungsmittel
ab. Sekundärlösungsmittel wird aus den anfallenden Dämpfen wiedergewonnen, durch
Einführen eines Stromes des wiedergewonnenen Sekundärlösungsmittels in Dampfform
in den unteren Teil der Ausstreifzone fördert man das Abstreifen der aromatischen
Kohlenwasserstoffe aus dem Lösungsmittel in der Ausstreifzone, gewinnt einen Strom
des aromatischen Extrakts aus der Ausstreifzone zurück und leitet einen aromatischen
Lösungsinittelstroni aus dem Bodenteil der Ausstreifzone zur Extraktionszone zurück.
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Bei dem bekannten Verfahren wird der Strom der Extraktphase gewöhnlich
von der Extraktionszone zur Ausstreifzone praktisch ohne Temperaturänderung geleitet,
und eine merkliche Verdampfung von Kohlenwasserstoffen und Sekundärlösungsmittel
aus der Extraktphase wird durch eine Druckverringerung während der Überführung bzw.
beim Eintritt der Extraktphase in die Ausstreifzone hervorgerufen. Bei diesem bekannten
Verfahren wird außerdem das aromatenarme Lösungsmittel während des Ausstreifvorganges
von seinem Sekundärlösungsmittelgehalt im unteren Teil der Ausstreifzone entblößt,
so daß es notwendig ist, Sekundärlösungsmittel zurAusstreifzone zu leiten, um sich
darin mit dem aus der Extraktphase anfallenden Lösungsmittel zu vermengen, bevor
das Lösungsmittel von der Ausstreifzone, gewöhnlich ohne eine absichtliche Kühlung,
zur Extraktionszone zurückgeleitet wird.
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Als Primärlösungsmittel wird in der selektiven Lösungsmittelmischung
eine sauerstoffhaltige organische Verbindung benutzt, die selektiv mit aromatischen
Kohlenwasserstoffen löslich ist. Besonders geeignete Primärlösungsmittel sind die
Glycolp und Glycoläther (auch als Polyalkylenglycole bezeichnet) sowie die Glycolester
und Glycolätherester. Polyalkylenglycole, die als Primärlösungsmittel beim bekannten
Verfahren besonders wirkungsvoll sind und auch beim vorliegenden Verfahren bevorzugt
werden, umfassen die Diäthylen- und Triäthylenglycole, die Di- und Tripropylenglycole
und die Di- und Tripolybutylenglycole; ferner sind Alkyläther von Äthylenglycol,
wie Äthyl-, Propyl- und Butyläthylenglycoläther, Alkyläther von Diäthylenglycol,
wie Diäthylenglycolmethyläther, Diäthylenglycoläthyläther und Di.-äthylenglycolbutyläther,
die Glycol- und Polyalkylenglycolester von organischen Säuren niedrigen Molekulargewichtes,
wie die Acetate und Propionate, und andere sauerstoffhaltige organische Verbindungen,
wie Phenol, Resorcin, Brenzcatechin, die Ortho-, Meta-und Parakresole und Thymol
brauchbar. Der Primärlösungsmittelbestandteil des selektiven Lösungsmittelgemisches
muß einen Siedepunkt haben, der über den Siedepunkt des extrahierten aromatischen
Bestandteiles hinausgeht und der bei der Wiedergewinnung aromatischer Kohlenwasserstoffee
aus einem Benzinkohlenwasserstoffgemisch vorzugsweise oberhalb etwa l50° C liegt.
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Typische Sekundärlösungsmittel für das bekannte und das vorliegende
Verfahren, die wesentlich unterhalb des Siedepunktes des Primärlösungsmittels und
vorzugsweise im Bereich von 50° C unterhalb bis 50° C oberhalb des Siedepunktes
des abzutrennenden aromatischen Extraktes sieden, sind Wasser, Methanol, Äthanol
und Aceton;. das sind solche Stoffe, die sich im Primärlösungsmittel auflösen, jedoch
im Kohlenwasserstoffgemisch nahezu unlöslich sind und die Selektivität des Lösungsmittelgemisches
steigern. Das bevorzugte Sekundärlösungsmittel ist Wasser, das in dem selektiven
Lösungsmittelgemisch im allgemeinen in einer Konzentration von 2 bis 75 Gewichtsprozent
benutzbar ist. Bei Vermischung mit Diäthylenglycol ist der Wasseranteil des selektiven
Lösungsmittelgemisches
im allgemeinen nicht weniger als etwa 2 % und nicht mehr als etwa 35 Gewichtsprozent
des Gemisches und liegt vorzugsweise bei etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent. Für die
Polvpropylenglycole ist der Wasseranteil in dem Lösungsmittelgemisch bei etwa 8
bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise bei etwa 10 bis etwa 40 Gewichtsprozent des
Gemisches. Wenn die Kettenlänge der Alkylengruppe in den Polyalkylenglycolen wächst,
nimmt die Selektivität der Glycole ab, da die Kohlenwasserstoffe in dem Lösungsmittel
löslicher werden, und in einem solchen Falle wird der Anteil an sekundärem Lösungsmittel
wie Wasser in dem selektiven Lösungsmittelgemisch erhöht, um die Selektivität des
Extraktionsmittels zu steigern, da das primäre Lösungsmittel weniger selektiv wird.
Ebenso wie heim bekannten Verfahren können auch im vorliegenden Verfahren besondere
Vorteile in der Selektivität und Anpassung des Verfahrens an Betrieb;: von großem
'Maßstabe dadurch verwirklicht werden, daß man ein Gemisch von mehr als einem der
obengenannten Primärlösungsmittel mit einem Sekundärlösungsmittel verwendet, z.
B. ein Gemisch von DiäthylenglycoI und Dipropylenglycol mit Wasser.
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Obgleich das bekannte Verfahren für die unmittelbare Gewinnung hoher
Ausbeuten an aromatischem Extrakt jeder gewünschten Reinheit hoch wirksam ist, hat
sich in der Praxis gezeigt, daß es von mehreren Nachteilen, insbesondere einer schlechten
Wärmeverteilung innerhalb des Verfahrens, einem übermäßigen Verfahrens-Wärmebedarf
und einem übermäßigen Bedarf für die Kühlung dampfförmiger Produkte aus der Ausstreifzone
begleitet ist. Bei dem bekannten Verfahren besteht außerdem eine -Neigung zur Schichtenbildung
oder verzögerten Vermischung in dem Bereich der Extraktionszone, in welchem dar
heiße Strom rückgeleiteten Lösungsmittels und ein verhältnismäßig kalter Strom Sekundärlösungsmittels
getrennt eingeführt werden. Dadurch wird für eine wirksame Extraktion eine unerwünscht
große Extraktionszone erforderlich. Diese Nachteile werden durch das Verfahren nach
der Erfindung in überraschend wirkungsvoller und wirtschaftlicher Weise vermieden.
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Gemäß der Erfindung wird das aus den Dämpfen der Ausstreifzone wiedergewonnene
Sekundärlösungsmittel in mittelbarem Wärmeaustausch mit mindestens einem der Ströme
der Extraktphase und des armen Lösungsmittels geleitet und dann in mindestens teil-«-eise
verdampftem Zustand und in solcher Menge in den unteren Teil der Ausstreifzone eingeleitet,
daß gleichzeitig mit der praktisch vollständigen Ausstreifung aromatischer Kohlenwasserstoffe
aus dem Lösungsmittel die Konzentration des Sekundärlösungsmittels in dem anfallenden
aromatenarmen Lösungsmittelstrom praktisch auf dieselbe Konzentration wiederhergestellt
wird wie diejenige des durch die Extraktionszone streichenden selektiven Lösungsmittels.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird praktisch
die gesamte, in flüssigem Zustand aus den Dämpfen der Ausstreifzone gewonnene @llenge
des Sekundärlösungsmittels bei einem höheren Druck als der in der Ausstreifzone
herrschende Druck in mittelbarem Wärmeaustausch mit der aus der Extraktionszone
austretenden heißen Extraktphase geführt, der erhitzte und mindestens teilweise
verdampfte Strom des Sekundärlösungsmittels aus dem Wärmeaustausch in den unteren
Teil der Ausstreifzone eingeführt und der Strom der Extraktphase von niedrigerer
Temperatur aus dem Wärmeaustausch in den oberen Teil der Ausstreifzone eing,:leitet.
Dabei ist es angebracht, das innerhalb des unteren Teils der Ausstreifzone sich
sammelnde aroinatenarme Lösungsmittel durch mittelbare Erwärmung auf derjenigen
Temperatur zu halten, bei der das Sekundärlösungsmittel in dem aromatenarmen Lösungsmittel
auf praktisch derselben Konzentration wie die in der Extraktionszone verwendete
zurückgehalten wird.
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Das vorliegende Verfahren benutzt vorzugsweise eine Gegenstromberührung
in einer senkrechten langgestreckten Extraktionszone, wobei der Ausgangskohlenwasserstoff
in einen niedrigen Teil der Extraktionszone eingeführt, der Strom der Extraktionsphase
vom unteren Ende der Extraktionszone abgezogen, der Raffinatstrom vom oberen Ende
der Extraktionszone entfernt und der Extraktphasenstrom unter einem Druck unterhalb
des in der Extraktionszone herrschenden Druckes in die Lösungsmittelausstreifzone
eingeführt wird. Dadurch erhält man eine plötzliche Verdampfung, d. h. eine Verdampfung
durch Druckreduktion ohne Erhitzung irgendeines Teils der in dem Strom der Extraktphase
enthaltenen Kohlenwasserstoffe.
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Es ist ein allgemein bekanntes Erfordernis der Lösungsmittelextraktionssysteme
von der Art, auf welche die Erfindung sich bezieht, daß der Lösungsmittelrückstand,
aus dem der extrahierte Bestandteil weitgehend in der Ausstreifzone verdampft worden
ist (d. h. der sogenannte Ausstreiferbodensatz), annähernd auf den Siedepunkt der
Lösungsinittelzusammensetzung im Bodenteil der Ausstreifzone erhitzt werden muß,
um die letzten Spuren extrahierter aromatischer Kohlenwasserstoffe aus dem Lösungsmittelstrom
zu entfernen. Die Ausstreifkolonne bildet dementsprechend gewöhnlich in ihrem untersten
Teil einen Rückkochabschnitt. Da der Sekundärlösungsmittelbestandteil unterhalb
des Siedepunktes des Primärlösungsmittels siedet, wird ein großer Anteil des Sekundärlösungsmittels
im allgemeinen aus der Extraktphase verdampft, bevor der aromatische Bestandteil
völlig daraus ausgestreift ist. Tatsächlich ermöglicht die Verdampfung mindestens
eines Teils des Sekundärlösungsmittels aus der Extraktphase bzw. der Durchgang von
Sekundärlösungsmitt.ldainpf durch die Extraktphase in der Ausstreifzone die praktisch
vollständige Wiedergewinnung des aromatischen Bestandteils aus der Extraktphase.
Der Siedepunkt des Lösungsmittelrückstandes im unteren Teil der Ausstreifzone ist
infolge der Entfernung des flüchtigen Sekundärlösungsmittels daraus bei der bisher
üblichen Arbeitsweise erhöht, wodurch eine verhältnismäßig große Wärmemenge dem
Ausstreiferbodensatz mittels der Rückkocherschlange zugeführt werden muß, um daraus
praktisch alle aromatischen Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Bei der vorliegenden
Arbeitsweise wird die Ausstreifkolonne mit mindestens teilweise verdampftem Sekundärlösungsmittel
in ihren unteren Teil in einer solchen Menge beschickt, daß der Rückstand der Extraktphase
in Berührung mit der Rückkocherschlange auf einem verhältnismäßig niedrigen Siedepunkt
dadurch gehalten wird, daß der Sekundärlösungsmittelbestandteil in dem Rückstand
praktisch so rasch, wie er durch Verdampfung daraus mit Hilfe der durch die Rückkocherschlange
zugeführten Hitze entfernt wird, wieder ergänzt wird. Hierdurch wird nicht nur die
Konzentration des Sekundärlösungsmittels in dein aromatenarmen Lösungsmittel während
des Kontaktes mit der Aufkocherschlange auf einem Wert gehalten, bei dem das aromatenarine
Lösungsmittel bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur
siedet,
so daß die Ausstreifung bei einer niedrigeren Temperatur und mit geringerer Wärmeeinführung
in die Aufkocherschlange verwirklicht wird, sondern auch der Wärmebedarf für die
Aufkocherschlange aus iner Aeren Quelle beschränkt und in starkem Ume
* 'äl fange durch die Sekundärlösungsmitteldämpfe gedeckt wird, die ihrerseits
durch Ausnutzung der Wärme mindestens eines der Ströme der Extraktphase und des
aromatenarmen Lösungsmittels abgezogen worden ist.
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Vorteilhafterweise wird das Sekundärlösungsmittel dem mittelbaren
Wärmeaustausch in flüssigem Zustand und praktisch in derselben Menge zugeführt,
in der das Lösungsmittel aus den von der Ausstreifzone entfernten Dämpfen kondensiert
wird.
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Da beim vorliegenden Verfahren die Konzentration des Sekundärlösungsmittels
in dem Strom heißer Ausstreiferbodensätze auf dem in der Extraktionsstufe zu verwendenden
Wert gehalten wird, ist es bei der bevorzugten Ausführungsform möglich, diesen Strom
derAusstreiferbodensätzeunmittelbarderExtraktionszone bei praktisch derselben Temperatur
wie die in der Extraktionszone gewünschte Temperatur und mit der für die Extraktionsstufe
vorbestimmten Zusammensetzung des selektiven Lösungsmittels zuzuführen.
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Mit der mindestens teilweisen Entlastung der bisher benötigten Wärmeleistung
des Aufkochers wird beim vorliegenden Verfahren gleichzeitig der Bedarf für die
Wärmeabfuhr im oberen Teil der Ausstreifzone durch Kondensatrückfluß oder durch
andere übliche Kühlmittel verringert oder sogar vollständig beseitigt.
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Bei dem hier als Alternative vorgesehenen Wärmeaustauschbetrieb, bei
dem der heiße Ausstreiferbodensatzstrom in mittelbarem Wärmeaustauschverhältnis
mit dem kreisenden Sekundärlösungsmittel geleitet und dabei gebildeter Sekundärlösungsmitteldampf
in den unteren Teil der Ausstreifzone eingeführt wird, wird die für die Erwärmung
des Sekundärlösungsmittelstromes und seine mindestens teilweise Verdampfung erforderliche
Wärme aus den Ausstreiferbodensätzen entfernt, wodurch die Temperatur des aromatenarmen
Lösungsmittelstromes vor seiner Einführung als selektives Lösungsmittel in die Extraktionszone
herabgesetzt wird. Diese Betriebsart kann besonders erwünscht sein, wenn die Extraktion
mit einem selektiven Lösungsmittel von verhältnismäßig geringer Sekundärlösungsmittelkonzentration
und hoher Kapazität zur Auflösung von aromatischen Bestandteilen aus dem Kohlenwasserstoffbeschickungsgemisch
durchzuführen ist, während man seine Selektivität in der Extraktionszone auf der
gewünschten Höhe bei einer Temperatur hält, die niedriger als die Aufkochtemperatur
ist.
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Bei allen Arbeitsweisen des vorliegenden Verfahrens wird ein praktisch
isothermer Betrieb des Extraktions-Ausstreifsystems erzielt, der besonders vom Standpunkt
der Wirtschaftlichkeit vorteilhaft ist, da der Bedarf an Erwärmungs- und Kühlungsmittel
aus äußerer Quelle in großem Maßstabe beseitigt und die zur Durchführung der Extraktion
und Ausstreifung erforderliche Apparatur vereinfacht und in ihrer Größe verringert
ist. Die Wärmewirtschaftlichkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei dem die
Wiedergewinnung mindestens 900/0, im allgemeinen mehr als 959/0, des aromatischen
Bestandteils des Ausgangskohlenwasserstoffgemisches ermöglicht ist, führt zu einer
Ersparnis von mindestens 30 und bis zu etwa 60% des gesamten Wärmebedarfes, der
für die Zerlegung des Produktes nach dem obenerwähnten bekannten Verfahren benötigt
wird. Die Löslichkeit der Kohlenwasserstoffe in den hier verwendeten selektiven
Lösungsmitteln nimmt in folgender allgemeiner Ordnung ab: cycloolefinische, naphthenische,
olefinische Kohlenwasserstoffe mit verzweigter Kette und weniger als 8 Kohlenstoffatomen
je Molekül, aliphatisch-olefinische Kohlenwasserstoffe einschließlich solcher mit
verzweigter Kette und m-°hr als 7 Kohlenstoffatomen je Molekül und aliphatische
paraffinische Kohlenwasserstoffe. In jeder einzelnen Klasse von Kohlenwasserstoffen
nimmt die Löslichkeit in dem Lösungsmittel im allgemeinen mit steigendem Molekulargewicht
der Verbindung ab mit der Ausnahme, daß mehrkernige Aromaten iin allgemeinen in
dem Lösungsmittel löslicher als ein aromatischer Kohlenwasserstoff der Benzolreihe
sind. Dabei ist die Löslichkeit von mono- und polt' alkylsubstituierten Aromaten
geringer als die der ursubstituierten Analogen.
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Olefinische Kohlenwasserstoffe mit gerader Kette und mehr als etwa
7 Kohlenstoffatomen je 'Molekül verhalten sich mehr paraffinisch bezüglich ihrer
Löslichkeit in den vorliegenden selektiven Lösungsmitteln, d. h., sie sind verhältnismäßig
weniger löslich als olefinische Kohlenwasserstoffee mit weniger als etwa 8 Kohlenstoffatomen
je Molekül. Olefinische Kohl-enwasserstoffe mit verzweigter Kette und Cycloolefine
andererseits verhalten sich als typische ungesättigte Kohlenwasserstoffe, und falls
sie vorhanden sind, können sie gewünschtenfalls zusammen mit dem aromatischen Kohlenwasserstoffbestandteil
der Ausgangsmasse selektiv extrahiert werden.
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Die beim vorliegenden Verfahren als Beschickung brauchbaren Kohlenwasserstoffgemische
umfassen Destillatfraktionen von katalytisch gespaltenen Schwerbenzinen, aromatische
Kohlenwasserstoffe enthaltende natürliche oder direkt gewonnene Erdöldestillate,
und insbesondere gewisse reformierte oder hydroformierte Benzinfraktionen, die im
allgemeinen reich an aromatischen Kohlenwasserstoffen und besonders wertvoll als
Ausgangsquelle für Benzol. Toluol und Xylol sind. Es muß hervorgehoben worden, daß
zwar das Verfahren allgemein auf die Abtrennung von aromatischen Extrakten jeder
gewünschten Reinheit anwendbar ist, sich jedoch besonders für die Extraktion reiner
aromatischer Kohlenwasserstoffe durch Auswahl des Siedebereiches der Beschickung
und durch Einstellung der Betriebsbedingungen in der für die Extraktion dieser besonderen
Kohlenwasserstoffklasse in der vorteilhaftesten Weise eignet. Eines der hervorragendsten
und besonders brauchbaren Anwendungsgebiete besteht in der Trennung von nahezu konstant
siedenden Kohlenwasserstoffgemischen, wie einer Erdöldestillatfraktion, die Benzol,
Hexan und Heptanisomere enthält oder eine Toluol-Heptan-Oktan-Mischung darstellt.
Derartige eng siedende und häufig als Kohlenwasserstoffazeotrope bezeichnete Fraktionen
sieden über einen beträchtlichen Temperaturbereich ohne Abtrennung der aromatischen
Kohlenwasserstoffe von den übrigen Bestandteilen.
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Das Fließbild zeigt den Verfahrensfluß von zwei typischen Ausführungsformen
der Erfindung. Die Abtrennung von Benzol aus einer Erdölfraktion von engem Siedebereich
dient zur Erläuterung. Ein besonders geeignetes Lösungsmittel ist ein Gemisch von
Diäthylenglycol und Wasser mit etwa 5 bis etwa 15 Gewichtsprozent Wasser. Wenn das
gewünschte Verfahrensprodukt ein bestimmter Kohlenwasserstoff, z. B. Benzol, in
praktisch reinem Zustand ist, wird eine geeignete Fraktion des Ausgangsdestillates
abgetrennt, das innerhalb solcher Grenzen siedet, um andere höher- oder tiefersiedende
aromatische Kohlen-
Wasserstoffe auszuschalten. Für die Gewinnung
von Benzol wird also ein Erdöldestillat ausgewählt, das über einen Temperaturbereich
etwas unterhalb des Anfangssiedepunktes der azeotropartigen Toluolfraktion siedet
und vorzugsweise obere und untere Siedegrenzen hat, die den oberen und unteren Temperaturgrenzen
des Siedebereiches der azeotropartigen Benzolfraktion entsprechen. Dieser liegt
im Falle einer paraffinischen Erdölfraktion bei etwa 70 bis etwa 80° C. Ein besonders
bevorzugtes Beschickungsgemisch hierfür besteht in einem eng fraktionierten Destillat,
das von dein Produkt eines katalytischen Hydroformierungsbetriebes abgetrennt ist
und bei etwa 68 bis etwa 80° C siedet. Diese Fraktion enthält das gesamte Benzol
einer gegebenen Fraktion von weiterem Siedehereich.Wenn es die Aufgabe des Verfahrens
ist, alle aromatischen Bestandteile aus einer vorliegenden flüssigen Kohlenwasserstofffraktion
von weiterem Siedebereich, z. B. einem hydroformierten, Benzol und höhersiedende
Benzolkohlenwasserstoffe im Gemisch hauptsächlich mit Paraffinen und Naphthenen
enthaltenden Benzin zu entfernen, so kann die ganze Fraktion in das Verfahren eingeschickt
werden.
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Gemäß dein Fließbild wird der erwähnte Schnitt durch Leitung 1 und
Ventil 2 eingeführt und mittels Pumpe 3 durch die Leitung 4 und durch den Wärmeaustauscher
oder Ofen 5 und die Leitung 6 bei Überdruck, vorzugsweise im ungefähren Bereich
von 0,5 bis 20 atü, in die Extraktionskolonne 7 getrieben. Vorzugsweise soll der
Druck ausreichend sein, um praktisch flüssige Phasenbedingungen in der Extraktionszone
7 aufrechtzuerhalten. Das Beschickungsgemisch wird im Ofen 5 über die Temperatur
erhitzt, bei der das Sekundärlösungsmittel in der Ausstreifzone 23 unter dem in
letzterer gehaltenen Druck siedet. Wenn man Wasser als Sekundärlösungsmittel verwendet,
liegt die Temperatur gewöhnlich zwischen 100 und l50° C, vorzugsweise im Bereich
von 125 bis 140,° C. Der selektive Lösungsmittelstrom und der Kohlenwasserstoff
beschickungsstrom werden zweckmäßig mit ungefähr gleicher Temperatur in die Extraktionszone
eingeführt. Die jeweilige Temperatur hängt von der Beschickung und dem verwendeten
Lösungsmittelgemisch, insbesondere von den Drücken ab, die in der Extraktions- und
der Ausstreifzone des Verfahrens eingehalten werden. Beispielsweise können Temperaturen
bis zu 350 oder 400° C für die Gewinnung höherskedender mehrkerniger aromatischer
Kohlenwasserstoffe aus einem Leuchtöl oder einer Gasö1-I)escliickung benutzt werden.
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Di@: erhitzte Kohlenwasserstoffbeschickung wird flüssig in die Extraktionskolonne
7 an einer zwischen dein Raffinatauslaß und der Stelle zur Entnahme der Extraktphase
gelegenen Stelle eingeführt. Ein Rückflußstrom kann in die Extraktionskolonne in
ihrem untersten Teil durch Leitung 32 eingeführt werden, um Raffinatbestandteile
aus der Extraktphase zu verdrängen. In einem solchen Fall wird die Beschickung zweckmäßig
in ungefähr den =Mittelabschnitt der Kolonne eingeführt, um ausreichende Gegenstroniberiihrung
zwischen den in die Kolonne eintretenden Ströinen sicherzustellen. Die Beschickung
tritt innerhalb der Kolonne 7 mit einer wäßrigen Lösung von DiäthyiengIycol mit
etwa 5 bis etwa 15 Gewichtsprozent Wasser in Berührung. Während normalem Betrieb
wird dieses selektive Lösungsmittel in die Kolonne 7 durch Leitung 8 als Rücklauf
ungefähr am oberen Ende der Kolonne 7 eingeführt. Zur Förderung einer innigen Berührung
und Vermischung der Flüssigkeiten in der Extraktionskolonne 7 kann diese eine Füllung
mit großer Oberfläche, z. B. Berl-Sättel oder Quarzbruchstücke, enthalten. Die Kolonne
7 kann aber auch mit Siebböden oder Glockenböden üblicher Konstruktion ausgerüstet
sein.
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Die Kohlenwasserstoffbeschickung besitzt an ihrer Eintrittsstelle
in die Extraktionskolonne 7 eine beträchtlich niedrigere Dichte als das selektive
Lösungsmittel und fließt durch den absinkenden Strom von Lösungsmittel aufwärts.
Das Lösungsmittel löst selektiv den Benzolbestandteil der Beschickung, und das praktisch
unlösliche Raffinat wird bei seinem Aufstieg durch die Kolonne fortschreitend reicher
an aliphatischen und naphthenischen Kohlenwasserstoffee. Die Raffinatphase enthält
schließlich außer unlöslichen Kohlenwasserstoffee einen absolut geringfügigen Anteil
aufgelösten Lösungsmittels, der bei kontinuierlicher Entfernung aus dem Verfahrensfluß
jedoch im Großbetrieb einen beachtlichen Verlust darstellt, wenn er nicht wiedergewonnen
wird. Hierzu kann der Raffinatauslauf durch Leitung 10 und Ventil 11 in ein Mischgefäß
eingeführt werden, worin er mit Wass,°r vermischt wird. Diese Mischung gelangt dann
in ein Absetzgefäß, worin sich das gewaschene Raffinat von dem Waschwasser trennt.
Das Wasser löst leicht (las Glycol aus den Raffinatkohlenwasserstoffen heraus, und
das Lösungsmittel wird wiederum leicht aus dem Waschwasser regeneriert und kann
in das System durch Leitung 12 und Ventil 13 zurückkehren.
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Das Mengenverhältnis, in welchem das selektive Lösungsmittel und die
Kohlenwasserstoffbeschickung der Kolonne 7 zugeführt werden, beeinflußt die Reinheit
des fertigen Benzols (oder sonstigien aromatischen Extrakts), das gewonnen werden
soll. So wird ein Kohlenwasserstoffbeschickungsgemisch mit einer niedrigen Konzentration
an erwünschten Aromaten, z. B. Benzol, ein niedrigeres Mengenverhältnis von Lösungsmittel
zu Kohlenwasserstoffbeschickung gestatten, obgleich dieses Verhältnis auch auf einem
hohen Wert gehalten werden kann, um selbst in dein Fall einer Kohlenwasserstoffbeschickung
mit niedrigem Aromatengehalt praktisch den gesamten aromatischen Bestandteil in
einer hohen Reinheit zu gewinnen. Dieses Mengenverhältnis kann auch n"zdriger gehalten
werden, wenn die Selektivität des I,ösung@-mittelgemisches durch Einbringung eines
grU,@ren Anteiles des Sekundärlösungsmittels darin gesteigert wird. Im allgemeinen
liegen die Verhältnisse von selektivem Lösungsmittel zu Kohlenwasserstofigeinisch
bei der Beschickung der Extraktionskolonne zwischen etwa 0,5:1 und etwa 30:1 oder
höher und vorzugsweise bei etwa 5: 1 bis etwa 20: 1 Volumanteilen.
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Die Extraktphase wird vom Boden durch Leitung 14 und Ventil 15 entfernt
und mittels Pumpe 16 und Austragleitung 17 in den Wärmeaustauscher 18 übergeführt.
Der heiße Extraktphastenstrom wird in mittelbarem Wärmeaustausch mit dein zur Ausstreifzone
23 zurückzuführenden Wasser geleitet, wobei die heile Extraktphase das Wasser erhitzt
und inind.#-stens ein Teil hiervon im Wärmeaustauscher verdampft. Bei Abgabe eines
Teils seiner fühlbaren @@'ärine an den Wasserstrom im Wärmeaustauscher 18 wird die
Temperatur des Stromes der Extraktphase nur auf den Wert herabgesetzt, bei dem der
Wärmeinhalt dieses Stromes noch ausreicht, um angemessene schlagartige Verdampfung
bei dem in der Ausstreifkolonne 23 aufrechterhaltenen Betriebsdruck zu bewirken.
Indem man Wasser durch den Wärmeaustauschrr 18 in praktisch derselben Menge leitet,
in welcher es vorher in der Ausstreifkolonne verdampft und daraus in dampfförmigem
Zustand gewonnen worden ist, und indem
man die Temperatur- und Druckbedingungen
in der Ausstreifkolonne 23 über eine fortgesetzte Betriebsperiode konstant hält,
wird ein ausgeglichener Betrieb eingestellt und aufrechterhalten. Der aus dem Wärmeaustauscher
18 austretende Wasserstrom gibt seinen Gehalt an latenter Verdampfungswärme an den
Ausstreiferbodensatz in dem unteren Teil der Ausstreifzone 23 ab, um den dort noch
gelösten Benzolrest zu verdampfen, während gleichzeitig damit das Glycol-Wasser-Lösungsmittel
wieder auf seine selektive Zusammensetzung gebracht wird. Der aus dem Wärmeaustauscher
18 mit erniedrigter Temperatur austretende Strom der Extraktphase wird in den Kopfteil
der Ausstreifzone 23 eingebracht, -%vo der Wärmeinhalt der Extraktphase ausreicht,
um einen Hauptanteil ihrer flüchtigen gelösten Paraffin-, Benzol- und Wasserbestandteile
zu verdampfen, ohne eine übermäßige Rückflußbelastung für die Ausstreifzone aufzuerlegen.
Dieser Rückflußbedarf würde sonst eine Rückführung beträchtlicher Mengen von Kopfdestillat
oder sonstigem Kühlmittel zur Spitze der Ausstreifkolonne 23 erfordern.
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In dem Wärmeaustauscher 18 fließt der Extraktphasenstrom bei Überdruck
und einer verhältnismäßig hohen Temperatur durch eine Reihe von Wärmeaustauschschlangen
19, die gewellt oder mit Rippen besetzt sein können. Das Außengehäuse hat am Boden
einen Wassereinlaß 20 aus Leitungen 47 und 51 mit Steuerventil 52 und einen oberen
Auslaß 21 für die Überführung des Dampfes oder Gemisches von erhitztem Wasser und
Dampf durch Leitung 55 und Ventil 56 in die Ausstreifkolonne23 unter Druckverminderung.
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Diese Kolonne besteht im wesentlichen aus drei Kammerabschnitten,
nämlich dem Schnellverdampfungsabt°il in ihrem Kopf, dem Destillationsabteil im
mittleren Teil und dem Aufkochabteil im unteren Teil. Die Kolonne 23 ist so ausgelegt,
daß sie unter einem niedrigeren Druck als die Extraktionskolonne 7, vorzugsweise
praktisch bei gewöhnlichem Druck, arbeitet, wenn die Extraktionskolonne 7 bei Überdruck
betrieben wird. Dabei kann der Druck auf dem Extraktphasenstrom in dem Wärmeaustauscher
18 gewöhnlich annähernd auf demselben Wert wie der Druck in Zone 7 gehalten werden.
Dieses Druckgefälle wird vorzugsweise so eingestellt, daß eine plötzliche Verdampfung
aller Nichtbenzolkohlenwasserstoffbestandteile des Extraktstromes in das leichte
dampfförmige Kopfprodukt erreicht wird, so daß der von dem Schnellverdampfungsabteil
in das Destillationsabteil der Kolonne 23 fließende Extraktphasenrückstand praktisch
frei von Nichtbenzolkohlenwasserstoffen ist. Die aus dem Extraktstrom in dem Schnellverdampfungsabteil
der Kolonne 23 freigesetzten Dämpfe enthalten auch einen Anteil des extrahierten
Benzols, und sie enthalten außerdem aus der Extraktphase verdampftes Wasser. Diese
leichten Dämpfe werden durch die Kopf dampfleitung 24 in den Kondensor 25 geleitet,
der bei einer zur Kondensation der Dämpfe genügend tiefen Temperatur arbeitet. Das
anfallende Kondensat wird durch Leitung 26 und Ventil 27 in den Auffangbehälter
28 überführt, worin sich das flüssige Kondensat ansammelt und die Kohlenwasserstoff-
und Wasserphasen sich in Schichten trennen. Die obere Kohlenwasserstoffschicht wird
durch Leitung 29 (die in die obere Kohlenwasserstoffschicht ragt) in durch Ventil
30 geregelten Mengen entfernt und gemäß der bevorzugten Ausführungsform mittels
Pumpe 31 und Leitung 32 zum Boden der Extraktionszone 7 zurückgeführt. Die aus Benzol
und Leichtparaffin bestehende Kopffraktion verdrängt beim Eintritt in den Bodenteil
der Extraktionszone 7 ein mindestens äquivalentes Volumen an paraffinischen und
naphthenischen Kohlenwasserstoffen, die sich leicht in dem Lösungsmittel lösen und
sonst in der aus der Extraktionszone austretenden Extraktphase vorhanden. sein würden.
Die physikalische Verdrängung der wenigen gelösten Paraffine und Naphthene aus der
Extraktphase mit vorzugsweise gelöstem Benzol verringert wesentlich die Menge unerwünschter
Nichtbenzolbestandteile in diesem Strom und erleichtert die Abtrennung des erwünschten
Benzolproduktes in der Ausstreifzone. Die mit dem Benzol zurückgeführten Paraffine
und Naphthene in der leichten Kopffraktion aus der Ausstreifzone 23 gelangen schließlich
in den Raffinatstrom, der aus der Extraktionskolonne 7 und aus dem Verfahrensfluß
abgezogen wird. Die Zurückführung der benzolhaltigen leichten Kohlenwasserstofffraktion
vom Auffanggefäß 28 in die Kolonne 7 verringert wesentlich die Menge an Leichtparaffinen,
die sonst erforderlich sein würde, um einen von Nichtbenzolkohlenwasserstoffen freien
aromatenreichen Extraktphasenrückstand aus dem Schnellverdampfungsabteil der Kolonne
23 zu erhalten, und sie erniedrigt auch den Kühlungsbedarf des Kondensators 25.
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Der von dem Schnellverdampfungsabteil in das Destillationsabteil der
Kolonne 23 fließende Extraktphasenrückstand ist wesentlich an aufgelöstem Benzol
angereichert. Der aufgelöste Benzolbestandteil wird von dem Lösungsmittel 'in dem
Destillationsabteil durch Wärme aus dem Aufkocher und dem aufsteigenden Sekundärlösungsmitteldampf
abdestilliert. Die anfallenden Dämpfe von Wasserdampf und Benzol, die praktisch
frei von Nichtbenzolkohlenwasserstoffen sind, werden aus Kolonne 23 als ein Seitenschnitt
durch Leitung 33 entfernt und im Kondensor so weit gekühlt, daß die Benzol- und
Wasserbestandteile sich als flüssige Kondensate niederschlagen. Letztere werden
durch Leitung 35 und Ventil 36 entfernt und sammeln sich unter Schichtenbildung
im Behälter 37 an. Die obere Benzolschicht wird durch Leitung 38 und Ventil 39 als
Fertigprodukt des Verfahrens abgezogen. Dieses Produkt stellt praktisch das gesamte
in der ursprünglichen Beschickung vorhandene Benzol dar und wird in einer konzentrierten
Form mindestens in Nitriergradqualität bezüglich der Benzolreinheit hergestellt.
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Die Auffangbehälter 28 und 37 enthalten beide eine untere Schicht
kondensierten Wassers unterhalb der oberen Kohlenwasserstoffschichten. Die wäßrige
Schicht im Auffanggefäß 28 fließt in den Absetzschenkel 40 und wird daraus durch
Leitung 41 in solchen Mengen abgezogen, daß die Aufrechterhaltung eines Zweischichtensvstems
im Gefäß 28 durch das Kontrollventil42 gewährleistet ist. Die untere wäßrige Phase,
die sich im Auffangbehälter 37 ansammelt, wird aus dem Absetzschenkel 43 durch Leitung
44 und Ventil 45 entfernt. Leitung 44 ist mit Leitung 41 verbunden, die zur Pumpe
46 und Leitung 47 führt. Ein Teil entweder eines oder beider Kondensate vom Behälter
28 kann gewünschtenfalls als Rückfluß zum oberen Ende. der Ausstreifkolonne 23 über
in der Zeichnung nicht dargestellte Rückführungsleitungen zurückkehren. Der Bedarf
für einen solchen Rückfluß ist jedoch auf ein Mindestmaß verringert oder kann bei
normalem Betrieb des vorliegenden Verfahrens sogar völlig vermieden werden.
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Ein Teil des Wassers kann aus Leitung 47 durch Pumpe 48, Leitung 9,
Ventil 50 und Leitung 10 zur Kolonne 7 in dem Falle zugespeist werden, daß es
wünschenswert
wird, den Wassergehalt des selektiven Lösungsmittels in Kolonne 7 einzustellen.
In einem solchen Fall wird die Wassermenge für diesen Zweck ziemlich klein sein,
und bei normalem Betrieb des vorliegenden Verfahrens wird kein Wasser als getrennter
Strom zur Kolonne 7 zugespeist. Solche geringfügigen Wassermengen, wie sie aus dem
System in den Produktströmen verlorengehen können, lassen sich dadurch wieder ersetzen,
da( man Ergänzungswasser durch Leitung 53 in durch Ventil 54 geregelten :Mengen
zuführt.
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Der Strom von Dampf oder erhitztem Wasser und Dampf. der aus dein
Wärmeaustauscher 18 durch Leitung 55 und Kontrollventil 56 entfernt wird, wird in
die Lösungsmittelausstreifkolonne 23 zweckmäßig am oder nahe dem Boden dieser Kolonne
eingeführt, obgleich der erhitzte wäßrige Strom auch an einer oder mehreren Zwischenstellen
über die Höhe der Kolonne 23 eingeführt werden kann. Vorzugsweise führt man den
erhitzten wäßrigen Strom in das Aufkochabteil der Kolonne, worin er auf das die
Aufkochschlange 57 umgebende heiße arme Glycollösungsmittel trifft. Dadurch nimmt
der wäßrige Strom zusätzliche Wärme auf, und Hochtemperaturdampf wird freigesetzt,
der eine praktisch vollständige Entfernung von Benzol aus den Bodensätzen des Ausstreifers
bewirkt. Durch die Aufkochschlange 57 in der Kolonne 23 kreisen heiße Gase oder
eine erhitzte Flüssigkeit, und dabei gibt das Heizmittel Wärme an die Ausstreifbodensätze
ab. Der Fluß des Wärmemittels durch die Aufkocherschlange 57 wird geregelt, und
seine Temperatur wird zweckmäßig praktisch auf derselben oder einer etwas höheren
Temperatur als die Temperatur gehalten, mit der die Extraktionskolonne 7 betrieben
wird, so daß das vom Boden der Kolonne entfernte arme Lösungsmittel annähernd die
in der Extraktionszone angewandte Temperatur besitzt.
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Das aromatenarme Glvcol. das praktisch frei von Benzol ist und praktisch
die gewünschte Wassermenge enthält, um die selektive Lösungsmittelzusammensetzung
zu bilden, wird vorn Boden der Ausstreifkolonne 23 durch Leitung 58 entfernt und
mittels Pumpe 59 in die Kreislaufleitung 8 für das arme Lösungsmittel in durch Ventil
60 geregelten Mengen eingeführt. Wenn man das Verfahren unter ausgeglichenen oder
sogenannten Gleichgewichtsbedingungen mittels Einführung des erhitzten wäßrigen
Stromes in den unteren Teil der Ausstreifkolonne in direktem Kontakt mit dem aromatenarmen
Lösungsmittelbodensatz betreibt, bleibt die Wasserkonzentration im Glycollösungsmittel
praktisch konstant.
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Die weiter oben allgemein beschriebene alternative Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens ist in Fig.2 der Zeichnung gezeigt. Der in die Ausstreifkolonne
23 durch Leitung 22 einzuschickende Extraktstrom wird aus einer Extraktionskolonne
in der bereits oben in bezug auf Fig. 1 beschriebenen Weise erhalten. Die Kolonne
23 wird unter einem niedrigeren Druck (vorzugsweise praktisch bei Luftdruck) betrieben
als die Extraktionskolonne. Der Stromverlauf durch die Anlage nach Fig. 2 und ihr
Betrieb sind im wesentlichen dieselben wie bereits für Fig. 1 beschrieb-en, abgesehen
von den folgenden Ausführungen Nach Fig. 2 wird Wasser von Leitung 47 durch Leitung
51, Regelventil 52 und Wassereinlaßöffnung 120 in den Wärmeaustauscher 118 eingeführt,
der in seinem Aufbau dem Wärmeaustauscher 18 der Fig. 1 ähnlich ist und eine Wärmeaustauschschlange
119 besitzt. Heiße Glycolausstreifhodensätze, die im wesentlichen frei von Benzol
sind und praktisch die in der Extraktionskolonne erwünschte selektive Lösungsmittelkonzentration
haben, werden als Lösungsmittelstrom vom Boden der Kolonne 23 abgezogen und durch
Leitung 158 in die Wärmeaustauschschlange 119 im Wärmeaustauscher 1.18 hinein und
durch sie hindurchgeführt, sie werden daraus durch Leitung 117 mittels Pumpe 59
und Leitung 8 mit Ventil 60 zum Kopf der Extraktionskolonne 7 der Fig. 1 geführt.
Der Dampf oder Strom von heißem Wasser und Dampf, der durch Wärmeaustausch im Austauscher
118 gebildet ist, wird daraus durch den Dampfauslaßstutzen 121, Leitung 55 und Steuerventil
56 in den unteren Teil der Austauschkolonne 23 ausgetragen, worin der erhitzte wäßrige
Strom in der Eigenschaft des Ausstreifdampfes und des Wiederergänzungsmittels für
das Lösungsmittel in ähnlicher Weise wirkt, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1
beschrieben wurde.
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Obgleich der abgeänderte Wärmeaustauschbetrieb, wie er vorstehend
in bezug auf Fig. 2 erläutert wurde, eine wesentliche Ersparnis in der Wärmemenge
bewirkt, die für die. Wiedergewinnung d,-,s extrahierten aromatischen Kohlenwasserstoffes
aus dem Extraktphasenstrom durch die Zweckmäßigkeit der Wiedergewinnung der in dem
heißen Lösungsmittelstrom oder Ausstreiferbodensatz wirkt, ist der dadurch erreichte
Betrieb etwas weniger wirkungsvoll als die bevorzugte Betriebsweise, wie sie im
Zusammenhang finit Fig. 1 beschrieben wurde. In beiden Methoden der Wärmerückgewinnung
wird jedoch die Konzentration des Sekundärlösungsmittels in dem Lösungsmittel im
unteren Teil der Ausstreifkolonne wiederhergestellt, und eine erhebliche Ersparnis
an Wärmebedarf wird ohne Aufgabe an betriebsmäßigem Wirkungsgrad oder Ausbeute an
gewonnenem Produkt im Vergleich zu den angezogenen bekannten Verfahren erreicht.
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Das vorliegende Verfahren ist besonders für die Gewinnung praktisch
reiner aromatischer Kohlenwasserstoffe, insbesondere für die Gewinnung von Nitrierungsbenzol
und/oder -toluol (enthaltend 99,5 % Benzol und/oder Toluol) dadurch geeignet, daß
der Vorteil der Zurückleitung der leichten Kohlenwasserstofffraktion, die aus dem
Kopfdampf des Schnellverdampfungsabteils der Ausstreifkolonne gewonnen wird, zum
Boden der Extraktionszone ausgenutzt und der praktisch reine aromatische Kohlenwasserstoff
als Seitenschnitt aus der Ausstreifzone abgetrennt wird. Es liegt jedoch im Rahmen
der Erfindung, die Ausstreifzone für die Erzeugung eines weniger reinen aromatischen
Kohlenwasserstoffkonzentrates durch plötzliche Verdampfung aller leichten Kohlenwasserstoffbestandteile
aus dem Extraktpliasenstroin im Schnellverdampfungsteil der Ausstreifzone zu betreiben
und die Zurückführung eines leichten Kohlenwasserstoffrückflußstromes zum Boden
der Extraktionszone fortzulassen. Letzere nicht selektive Betriebsweise ist verwertbar
für ein allgemein geringer wertiges Produkt vom Standpunkt der Reinheit, obgleich
es mit geringerer Verfahrensanlage und geringerem Wärmeverbrauch und Kühlungsaufwand
erzeugt wird.
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Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele erläutert:
Beispiel 1 Ein Kohlenwasserstoffgemisch in Form einer Fraktion vom Benzinsiedebereich,
die aus den bei der katalytischen Reformierung eines direkt gewonnenen Benzins erhaltenen,
normalerweise flüssigen Produkten gewonnen ist, wird der Lösungsmittelextraktion
unter
Benutzung eines wäßrigen selektiven Diäthylenglycollösungsmittels
mit etwa 8 Gewichtsprozent Wasser unterzogen. Die reformierte Benzinfraktion hat
einen Anfangssiedepunkt von 65° C und einen Endsiedepunkt von 154,4° C. Sie enthält
6,9 Gewichtsprozent Benzol, 25,8 Gewichtsprozent Toluol und 30,6 Gewiclztsprozent
Xylol. Die restlichen 36,7 Gewichts-Prozent bestehen aus praktisch gesättigten nicht
aromatischen Kohlenwasserstoffen. Diese Benzinfraktion wurde als Beschickung bei
mehreren getrennten Betriebsversuchen benutzt.
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Bei dem ersten Betriebsversuch (A), der ohne den erfindungsgemäßen
Wärmeaustausch erfolgte, wurde die flüssige Benzinfraktion in einer Menge von 260
m3 pro Tag in den unteren Teil einer senkrechten Gegenstromextraktionskolonne geleitet,
die etwa sechzig tatsächliche Platten enthielt, welche etwa fünfzehn bis etwa zwanzig
theoretischen Platten entsprechen. Eine wäßrige Diäthylenglycollösung mit ungefähr
811/a Wasser wurde in einer Menge von 3,940m3 pro Tag von der Spitze der Extraktionskolonne
abwärts durch die Kolonne bei einer Temperatur von l.27° C und einem Überdruck von
4,1 atü entgegen dem aufsteigenden Strom der Kohlenwasserstoffbeschickung geführt.
Ein im Verfahren kreisender Rückflußstrom wurde in die Extraktionskolonne in ihrem
unteren Teil unterhalb des Extraktionsabschnittes eingeführt und bestand aus einem
Gemisch von leichten paraffinischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, das in
der folgenden Ausstreifstufe durch Kondensation und Abtrennung aus der leichten
Kopffraktion der Ausstreifkolonne gewonnen wurde. Dieser Strom wurde als Rückfluß
zur Verdrängung unerwünschter nicht aromatischer Bestandteile der Beschickung aus
dem fetten Lösungsmittelstrom in den Boden der Extraktionskolonne in einem Verhältnis
von 335 m3 pro Tag eingebracht.
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Der anfallende fette Lebensmittelstrom, der das wäßrige Diäthylenglycollösungsmittel
und darin gelöste aromatische Kohlenwasserstoffbestandteile der Beschickungsmischung
enthält, wurde vom Boden der Extraktionskolonne bei 127° C und 4,1 atü entfernt
und der Lösungsmittelausstreifzone zugeführt, die einen auf einem Druck von 1,36
atü auf der oberen Platte gehaltenen Schnellverdampfungsabschnitt und einen bei
praktisch Luftdruck betriebenen Fraktionierungsdestillationsabschnitt unterhalb
der obersten Platte enthält. Ein leichter Dampf wurde schlagartig aus dem fetten
Lösungsmittelstrom im Schnellverdampfungsabschnitt mit einer Temperatur von 111°
C abgetrieben und in einem wassergekühlten Kondensator verflüssigt. Ein Auffanggefäß
diente zur Sammlung des bei 66,6° C erhaltenen flüssigen Kopfproduktes. Diese Kondensierung
wurde mit einer Wärmeentziehung von 4 319 280 kcal/Std. aus dem leichten Kopfdampf
durch das Kondensatorkühlwasser erzielt. Das im Auffanggefäß gesammelte Kondensat
trennte sich in zwei Phasen, nämlich eine untere wäßrige Phase und eine obere Schicht
aus leichten Kohlenw asserstoffen mit ungefähr 26 Volumprozent aromatischen Kohlenwasserstoffen
(hauptsächlich Benzol) im Gemisch mit paraffinischen Kohlenwasserstoffen. Diese
obere aromatisch-paraffinische Kohlenwasserstoffschicht wurde in zwei Ströme zerlegt.
Der eine Strom in einer Menge von 561 m3 pro Tag wurde als Rücklauf zur Spitze der
Ausstreifkolonne zurückgeleitet. Der zweite Strom dieser leichten Kohlenwasserstoffe
ist der vorerwähnt.-- Strom aus leichten aromatischen und paraffinischen Kohlen-#vasserstoffen,
der am Boden in die Extraktionskolonne in einer Menge von 335 m3 pro Tag eingebracht
wird. Die aus den Kopfdämpfen erhaltene untere wäßrige Schicht betrug pro Tag- 63.,3
m3. -Eine Seitenschnittfraktion wurde von einem Zwischenboden der Lösungsmittelausst;eifkolonne
dampfförmig bei 118° C entfernt und bestand aus eirein Gemisch von Benzol, Toluol,
Xylol und Wasser. Diese Dämpfe wurden bei Luftdruck in einem wassergekühlten Kondensator
verflüssigt, und das flüssige Kondensat wurde bei 66,6° C in einem an den Kondensator
angeschlossenen Auffanggefäß gesammelt. Eine untere wäßrige Phase wurde aus diesem
Auffanggefäß in einer Menge von 61,5 m3 pro Tag abgezogen und mit dem wäßrigen Strom
vereinigt, der aus der leichten Kopfdampffraktion gewonnen wurde.
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Die sich in dem Seitenschnittauffangbehälter sammelnde obere aromatische
Kohlenwasserstoffschicht in einer Menge von 138m3 pro Tag wurde einem Lagergefäß
für spätere Fraktionierung in Benzol, Toluol und --#-,ylolbestandteile zugeführt.
Der Kondensatorbedarf für den aromatischen Seitenschnittstrom betrug 2 016 000 kcal/Std.
Das Benzol-Toluol-Xylol-Konzentrat enthielt weniger als 0,3 Gewichtsprozent Nichtbenzolkohlenwasserstoffe
und konnte durch einfache Destillation in eine Benzolfraktion, die bei 80,0 bis
80,1° C siedet und 99,911/o Benzol enthält, eine Tojuolfraktion und eine aromatische
C$-Fraktion fraktioniert Urerden. Eine Aufkochschlange am Boden der Ausstreifkolonne,
durch die heißes Diphenyloxcd als Heizmittel zirkuliert, erhitzte den Ausstreiferbodensatz
auf eine Temperatur von 160° C. Insgesamt 10 206 000 kcal/Std. würden der Aufkochschlange
für diesen Zweck zugespeist. Bei dieser Arbeitsweise wurden 9911/o des Benzols,
9811/o des Toluols und 8511/o des Xylols, die in der ursprünglichen Beschickungsmischung
enthalten waren, wiedergewonnen.
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Der arme Lösungsmittelrückstand, der sich im Bodenteil der Ausstreifkolonne
ansammelte, wurde daraus bei 160° C in einer Menge von 3815,2 m3 pro Tag abgezogen,
in einem Kühler. durch Entzug von 3 654 000 kcal/Std. auf 128° C gekühlt und dann
mit wäßrigem Kondensat in einer Menge von 108,9 in3 pro Tag vermischt und im Kreislauf
zur Spitze der Extraktionskolonne zurückgeführt, worin er sich mit dem Wasser vermischte,
das in einer Menge von 15.9 m3 pro Tag zum Auswaschen des Raffinates benutzt worden
war. Das anfallende selektive Lösungsmittel ging mit der vorerwähnten Geschwindigkeit
von 3940m3 pro Tag durch die Extraktionskolonne.
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Der Kohlenwasserstoffraffinatstrom, der aus den durch die selektive
Lösungsmittelextraktion nicht extrahierten Bestandteilen der ursprünglichen Kohlenwasserstoffbeschickungsmischung
bestand, wurde von der Spitze der Extraktionskolonne in einem Verhältnis von 122
m3 pro Tag entfernt und mit 15,9 ms pro Tag des in der Ausstreifstufe gewonnenen
Wassers gewaschen, um die geringe Menge aufgelösten selektiven Lösungsmittels aus
dem Raffinat zu entfernen. Das gewaschene Raffinat wurde auf Lager geführt. Das
Raffinat enthielt weniger als 0,2'11/o Benzol, ungefähr 0,5"/o Toluol, ungefähr
6 Gewichtprozent Xylol. Der von dem Raffinat abgetrennte wäßrige Waschstrom wurde
in die Spitze der Extraktionskolonne geleitet, wo er sich mit dem von der Ausstreifstufe
kommenden diäthylenglycolhaltigen Lösungsmittel vermischte.
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In einem zweiten Betrieb (B) wurden dasselbe Lösungsmittel dieselbe
Kohlenwasserstoffbeschickungsmischung, dieselben Beschickungsverhältnisse von
Lösungsmittel
und Kohlenwasserstoffrückfluß zur Extraktionszone und dieselbe Anlage benutzt, jedoch
wurde gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der vom Boden der Extraktionskolonne
entfernte fette Lösungsmittelstrom durch einen Mehrfachschlangenwärmeaustauscher
in mittelbarem Wärmeaustausch zu nahezu der gesamten Wassermenge, die bei der Kondensation
der aus der Ausstreifkolonne austretenden Kopf- und Seitenstromdämpfe erhalten wurde,
geführt, und der fette Lösungsmittelstrom wurde aus dem Wärmeaustauscher in die
Ausstreifkolonne geleitet. Lediglich 15,9m3 pro Tag des Kondensatwassers wurden
unmittelbar zum Waschen des Raffinats benutzt und dann in den Kopf der I_xtraktionskolonne
zurückgeführt.
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Im Wärmeaustauscher wurde das heiße fette Lösungsmittel in einer Menge
von 4413 m3 pro Tag durch die Mehrfachschlange geleitet und dabei von 138 auf 122°
C gekühlt, während das Wasser in einer Menge von 82 m3 pro Tag durch den Raum zwischen
den heißen Schlangen und der Gehäusehülle des Wärmeaustauschers geführt wurde. Bei
dieser Betriebsinethode wurde die Extraktionskolonne bei einer Temperatur von 138'
C betrieben, und der obere Schnellverdampfungskammerabschnitt der Ausstreifkolonne
arbeitete ohne jede Zuführung von Rückflußmittel oder Kühlmittel. Die Kondensation
der bei 111° C aus dem Kopfteil des Ausstreifers abströmenden Dämpfe ergab 335 m3
pro Tag Kohlenwasserstoffdestillat, das in den Unterteil der Extraktionskolonne
zurückgeführt wurde, und 36,5 m3 pro Tag wäßriges Kondensat. Bei der Kühlung der
bei 118° C aus dem Ausstreifer austretenden Seitenstromdämpfe wurden 61,5 m3 pro
Tag wäßriges Kondensat erhalten. Die Kondensate fielen alle bei 66,6° C an. Der
Wärmeaustausch zwischen dem heißen fetten Lösungsmittel und dem Wasser ergab einen
erwärmten wäßrigen Strom, der dampfförmig mit einer Temperatur von 110° C in den
Bodenteil der Ausstreifkolonne oberhalb des Aufkochabschnittes eingeführt wurde.
Bei dieser Betriebsweise wurde die Wiederhy dratisierung des aus der Ausstreifkolonne
erhaltenen armen Lösungsmittelstromes praktisch überflüssig gemacht. Die der Aufkochschlange
in der Ausstreifkolonne zugeführte Gesamtwärme betrug 4175 640 kcai/Std., der Kühlungsbedarf
am Kondensator für den leichten Kopfdampf aus der Ausstreifkolonne betrug
1925 280 kcal/Std., und der Kühlungsbedarf am Kondensator für die aromatische
Seitenschnittfraktion lag bei 2 016 000 kcal/ Std. Die Ausbeute an gewonnenem Benzol,
Toluol-und '-#,vlolkonzentrat war dieselbe wie bei dem ersten Betrieb, d. h., sie
lag in der Menge von 138 m3 pro Tag mit weniger als 0,3 % nicht aromatischen Kohlenwasserstoffes.
Beispiel 2 In einem weiteren Betrieb ähnlich der Betriebsweise, die im ersten Teil
des obigen Beispieles 1 beschrieben wurde, wurden wieder dieselbe Kohlenwasserstoffbeschickungsmischung,
dasselbe Lösungsmittel, dieselben Beschickungsverhältnisse von Lösungsmittel und
Kohlenwassers.toffrückfluß zur Extraktionszone und dieselbe Anlage benutzt, jedoch
wurde gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung nahezu die gesamte Wassermenge,
die bei der Kondensation der aus der Ausstreifkolonne austretenden Kopf- und Seitenstromdämpfe
anfiel, durch einen ähnlichen Wärmeaustauscher geleitet, wie er im zweiten Teil
des Beispiels 1 verwendet wurde, und zwar in mittelbarem Wärmeaustausch mit dem
vom Boden der Ausstreifkolonne bei einer Temperatur von 143° C ausströmenden armen
Lösungsmittelstrom. Lediglich 15,9 m3 pro Tag des Kondensatwassers wurden unmittelbar
zum Waschen des Raffinates benutzt und dann in den Kopf der Extraktionskolonne zurückgeführt.
Der dem Wärmeaustausch in einer Menge von 87.6 m3 pro Tag zugeführte und durch den
Wärmeaustausch erhitzte wäßrige Strom wurde mit einer Temperatur von 1.10° C in
den Bodenteil der Ausstreifkolonne oberhalb des Aufkocherabschnittes eingeführt.
Die Kondensation der bei 111° C aus dem Kopfteil des Ausstreifers abströmenden Dämpfe
ergab 335 m3 pro Tag Kohlenwasserstoffdestillat, das in den Unterteil der Extraktionskolonne
zurückgeführt wurde, und 42 m3 pro Tag wäßriges Kondensat. Bei der Kühlung der bei
118° C aus dem Ausstreifer austretenden Seitenstromdämpfe wurden 61,5 in3 pro Tag
wäßriges Kondensat erhalten. Diese Kondensate hatten alle eine Temperatur von 66,6°
C. Bei diesem Betrieb wurde kein Rückfluß- oder Kühlmittel in die obere Schnellverdampfungskammer
der Ausstreifkolonne eingeführt. Der arme Lösungsmittelstrom wurde vom Boden der
Ausstreifkolonne in einer Menge von 3924,1 m3 pro Tag mit praktisch derselben Wasserkonzentration
wie die in der Extraktionszone verwendete entfernt und vom Wärmeaustauscher mit
einer Temperatur von 127° C der Extraktionskolonne zugeführt. Die Auskochschlange
am Boden der Ausstreifkolonne erfordert bei dieser Betriebsweise 4 296 600 kcal/Std.
2 063 880 kcal/Std, wurden bei der Kondensation der Kopfdampffraktion der Lösungsmittelausstreifkolonne
und 2 016 000 kcal/Std. dem Kondensator des aromatischen -Nebenschnittes entzogen.
Die Ausbeute von 138 m3 pro Tag Benzolkohlenwasserstoffkonzentrat und die Reinheit
des letzteren waren die gleichen wie im Beispiel 1.
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Die Stoff- und Wärmebilanzen für die Ausstreifstufe in den obigen
Beispielen sind in folgender Tabelle gegenübergestellt.
| Beispiel |
| 1 (A) 1 (B) 2 |
| Stoffzufuhr Stoffbilanz m3 pro Tag |
| Fettes Lösungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 4413 I 4413 4 413 |
| Stoffentnahme I |
| Rückfluß zur Extraktionskolonne ................ 335 335 335 |
| Kopfstromwasser ............................... 63,3 |
| Aromatenkonzentrat ............................. 138 138 @,
138 |
| Seitenstromwasser ............................... 61,5 |
| Bodenstrom . ... . . .. .. . . .. . . . . .. .. . . . . . .
. . .. . . . . . 3815,2 3924,1 3924,1 |
| Raffinatwaschwasser .............................
15,9 |
| 4413 4413 4413 |
| Beispiel |
| 1 (A) i 1 (B) I 2 |
| Wärmezufuhr Wärmebilanz kcal |
| Fettes Lösungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 13058640 15157800 13058640 |
| Aufkocher ......................................
10 206 000 I 4175640 I 4296600 |
| 23 264 640 I 19333)440 17355240 |
| Wärmeentnahme |
| Kopfkondensator ................................
4319280 1925280 2063880 |
| Rückfluß zur Extraktionskolonne . . . . . . . . . . . . . .
. . . 246960 246960 246960 |
| Kopfstromwasser ................................ 131040 |
| Seitenstromkondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 2016000 2016000 2016000 |
| Aromatenkonzentrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 118440 118440 188440 |
| Seitenstromwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 128520 |
| Bodenstrom ....... . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 12650440 14994000 12887200 |
| Raffinatwaschwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 32 760 32760 |
| 23 264 640 ` 19-033440 17355240 |