DE19619493C2

DE19619493C2 - Verfahren zur Herstellung von wasserarmem Aceton

Info

Publication number: DE19619493C2
Application number: DE1996119493
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Vollmer; Rainer Hildebrand
Original assignee: HALTERMANN AG
Current assignee: HALTERMANN AG
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: DE19619493A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasserarmem Aceton aus einem Ausgangsgemisch, das Aceton und Wasser enthält.

Bei der Synthese von Aceton erhält man in der Regel ein u. a. mit Wasser verunreinigtes Rohaceton, das einer weiteren Reinigung bedarf. Industriell oder im Labor verwendetes Aceton wird in der Regel zwecks Wiederge winnung aufgefangen. Dieses wieder aufgefangene Rohaceton ist in der Regel ebenfalls mit Wasser verunreinigt. Die destillative Abtrennung von Wasser aus Aceton ist verhältnismäßig gut möglich. Das System Wasser/Ace ton weist über einen weiten Bereich einen großen Trennfaktor auf. Es erfordert jedoch bei Normaldruck einen hohen destillativen Aufwand, Wassergehalte im Bereich unter 0,5 Gew.-% zu erreichen. Destillation bei Unter druck ist prinzipiell möglich, erfordert jedoch zur Kondensation des unter verminderten Druck destillierten Acetons ein sehr niedrig temperiertes Kühlwasser, das in der Regel nicht oder nur mit zusätzlichem Aufwand zur Verfügung steht. Eine Temperaturdifferenz von etwa 30 bis 40°C zwischen dem Kühlwasser und dem zu kondensierenden Aceton ist in der Regel erforderlich. Unter diesem Gesichtspunkt wäre eine bei erhöhtem Druck durchgeführte Destillation wünschenswert. Der Siedepunkt von Aceton steigt bei 2 bar Druck auf etwa 66°C, bei 3 bar auf etwa 76°C. Eine Destillation unter erhöhtem Druck würde es somit erlauben, mit wärmerem Kühlwasser zu arbeiten. Jedoch bildet das Aceton/Wasser-System bei erhöhtem Druck ein Azeotrop, so daß niedrige Wassergehalte nicht erreicht werden können.

DE-B-24 05 730 schlägt zur Gewinnung von wasserarmem Aceton eine Extraktivdestillation mit Isopropanol als Schleppmittel vor. Isopropanol bildet mit Wasser ein Azeotrop (12% Wasser) und kann daher nicht direkt wiederaufgearbeitet werden. Die Aufarbeitung erfordert ihrerseits ein zusätzliches Schleppmittel. Dies macht das Verfahren insgesamt unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine wirtschaftliche Herstellung von wasserarmem Aceton ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine extraktive Destillation des Ausgangsgemischs mit wenigstens einem Diol als Schleppmittel.

Die Erfindung hat erkannt, daß Diole überraschenderweise sehr wirkungsvolle Schleppmittel für eine Extrak tivdestillation des Wasser/Aceton-Systems sind. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff Diol jegliche zweiwertigen aliphatischen oder alizyklischen Alkohole. Als Schleppmittel kann ein Diol oder ein Gemisch zweier oder mehrerer Diole Verwendung finden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann diskontinuierlich durchgeführt werden, in der Regel wird dann das Schleppmittel dem zu reinigenden Ausgangsgemisch vor Beginn der Destillation zugefügt. Eine kontinuierliche Durchführung des Verfahrens ist ebenfalls möglich. Zu diesem Zweck wird in der Regel eine Destillationskolon ne verwendet, das Schleppmittel wird vorzugsweise in den oberen Bereich der Kolonne eingespeist und in der Kolonne im Gegenstrom zu dem zu reinigenden Gemisch geführt.

Die als Schleppmittel verwendeten Diole weisen vorzugsweise Siedepunkte zwischen 180 und 300°C auf. Besonders bevorzugt wird das Schleppmittel aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol oder ein Gemisch zweier oder mehrerer der vorgenannten Stoffe ausgewählt. Vorteilhafterweise werden pro 100 Gew.-teile Ausgangsgemisch 2 bis 25, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-teile Schleppmittel verwendet.

Unter wasserarmem Aceton soll im Rahmen der Erfindung Aceton mit einem Wassergehalt von max. 0,5 Gew.-% verstanden werden, wie es die ASTM-Norm D329-90 für Reinaceton fordert. Die DIN 53 247 fordert für Reinaceton einen maximalen Wassergehalt von 0,3 Gew.-%.

Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn das bei der extraktiven Destillation eingesetzte Ausgangsge misch einen Wassergehalt von max. 5 Gew.-%, vorzugsweise max. 3 Gew.-%, weiter vorzugsweise max. 2 Gew.-% hat. Aus diesem Ausgangsgemisch läßt sich erfindungsgemäß wasserarmes Aceton mit einem Wasser gehalt von max. 0,5 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,3 Gew.-%, weiter vorzugsweise max. 0,1 Gew.-% gewinnen. Bei der Kolonnendestillation ist ein niedriges Rücklaufverhältnis in der Größenordnung von etwa 1 : 0,5 in der Regel ausreichend für die erfindungsgemäße Gewinnung von wasserarmem Aceton.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck bis zu etwa 6 bar durchgeführt werden. Dies führt zu einer Siedepunktserhöhung des gewonnenen Acetons und erleichtert dessen Kondensation. Es ist dann nicht erforderlich, besondere Maßnahmen zur Bereitstellung sehr kalten Kühlwassers zu treffen. Die Differenz zwischen dem Siedepunkt des Acetons bei dem jeweiligen Be triebsdruck und der Zuflußtemperatur des Kühlwassers oder sonstigen Kühlmittels sollte zumindest 30 bis 40°C betragen. Niedrigere Temperaturdifferenzen führen zu einem Ausbeuteverlust und Umweltbelastungen durch Entweichen gasförmigen Acetons.

Häufig soll wasserarmes Aceton aus einer Rohware gewonnen werden, die etwa je zur Hälfte Aceton und Wasser enthält. Es ist dann im Rahmen der Erfindung sinnvoll, der extraktiven Destillation einen ersten Destilla tionsschritt vorzuschalten, in dem aus der Rohware ein Ausgangsgemisch mit einem Wassergehalt von nur noch max. 5 Gew.-% gewonnen wird. Dieser erste Destillationsschritt fordert nur einen geringen Aufwand, da er lediglich bis in einen Bereich geführt wird, in dem Wasser und Aceton noch einen guten Trennfaktor aufweisen. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird ein zweistufiges Verfahren geschaffen, in der ersten Stufe wird aus stark wasserhaltiger Rohware das Ausgangsgemisch für die Extraktivdestillation hergestellt.

Das Sumpfprodukt der Extraktivdestillation enthält neben dem Schleppmittel Wasser und Aceton. Eine übliche Zusammensetzung liegt etwa bei 70 bis 80 Gew.-% Schleppmittel und je 10 bis 15 Gew.-% Wasser und Aceton. In einem weiteren (dritten) Destillationsschritt können Wasser und Aceton von dem Schleppmittel abgetrennt werden. Das abdestillierte Wasser/Aceton-Gemisch wird rückgeführt und zusammen mit der Roh ware oder dem Ausgangsgemisch dem vorgeschalteten ersten Destillationsschritt oder der extraktiven Destillation zugeführt. Das im Sumpf verbleibende (höhersiedende) Schleppmittel wird einer Wiederverwendung als Schleppmittel für die extraktive Destillation zugeführt.

Die als Schleppmittel eingesetzten Diole enthalten vorteilhafterweise weniger als 0,5 Gew.-%, weiter vor zugsweise max. 0,2 Gew.-% Wasser. Die im Rahmen der Erfindung verwendeten Diole bilden weder mit Wasser noch mit Aceton ein Azeotrop, so daß deren Wiederaufarbeitung und Wiedergewinnung problemlos möglich ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt schematisch eine Anlage zur kontinuierlichen Gewinnung von wasserarmem Aceton unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Über eine Leitung 4 wird Rohware (Wasser- und Acetongehalt jeweils etwa 50 Gew.-%) zugeführt. Diese Rohware wird mit mittels der Leitung 5 zugeführtem Aceton/Wasser-Gemisch aus der Aufarbeitung des Schleppmittels vermischt und einer ersten Destillationskolonne 1 zugeführt. Diese Kolonne weist 65 Böden auf, die Zufuhr erfolgt auf der Höhe des 35. Bodens. Das in der Kolonne 1 abgetrennte Wasser wird über die Leitung 6 abgeführt. Das am Kopf der Kolonne 1 mittels der Leitung 7 abgeführte Ausgangsgemisch weist noch einen Wassergehalt von etwa 1,5 bis 3 Gew.-% auf. Es wird einer Kolonne 2 zugeführt, in der die eigentliche extraktive Destillation gemäß der Erfindung stattfindet. Diese Kolonne weist ebenfalls 65 Böden auf, die Zufuhr des Ausgangsgemischs erfolgt auf der Höhe des 10. Bodens. Das als Schleppmittel verwendete Glykol (Ethylengly kol) wird der Kolonne 2 bei 8 in Höhe des 55. Bodens zugeführt, es strömt somit im Gegenstrom zu dem Aceton/Wasser-Gemisch durch die Kolonne. Das Rücklaufverhältnis am Kopf der Kolonne 2 ist auf 1 : 0,5 eingestellt. Das am Kopf der Kolonne 2 abgezogene Aceton weist den gewünschten geringen Wassergehalt auf.

Aus dem Sumpf der Kolonne 2 wird das verbleibende Glykol/Wasser/Aceton-Gemisch entnommen. Eine übliche Zusammensetzung dieses Gemischs ist etwa 78 Gew.-% Glykol und je 11 Gew.-% Wasser und Aceton. Dieses Gemisch wird über eine Leitung 9 einer Kolonne 3 zugeführt, die 20 Böden aufweist. Aufgrund des großen Siedeunterschiedes zwischen Glykol einerseits und Wasser und Aceton andererseits benötigt die Kolon ne 3 eine vergleichsweise geringere Trennleistung. Die Zufuhr des wieder aufzubereitenden Glykols erfolgt auf der Höhe des 10. Bodens. Das in der Kolonne 3 abdestillierte Aceton/Wasser-Gemisch wird über die Leitung 5 der ersten Kolonne 1 zugeführt, mit der Rohware vermischt und erneut aufbereitet. Das zurückgewonnene Glykol wird durch die Leitung 10 der extraktiven Destillationskolonne 2 bei 8 wieder zugeführt. Insgesamt wird das als Schleppmittel verwendete Glykol im Kreislauf geführt und praktisch vollständig wiederverwendet.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird die Extraktionswirkung unterschiedlicher Anteile von zugesetztem Ethylenglykol als Schleppmittel untersucht. Die Destillationen wurden mit einer Normag Glockenbodenkolonne mit 65 Böden durchgeführt. Als Ausgangsgemisch wurde Aceton mit einem Wassergehalt von 1,5 Gew.-% eingesetzt. Die Einspeisung erfolgte am 10. Boden. Als Schleppmittel wurde Glykol mit einem Wassergehalt von 0,02 Gew.-% eingesetzt, das am 55. Boden eingespeist wurde. Die Destillationen wurden bei Normaldruck durchgeführt, der Druckabfall über die Kolonne betrug etwa 60 bis 62 mbar. Der Rücklauf am Kolonnenkopf betrug 1 : 0,5.

Es wurden drei Versuche durchgeführt, bei diesen Versuchen wurde die extraktive Destillation mit jeweils etwa 5, 10 und 14 Gew.-teilen Glykol auf 100 Gew.-teile Ausgangsgemisch durchgeführt. Die Versuchsbedingun gen und die Ergebnisse sind aus der Tabelle ersichtlich.

Tabelle 1

Bei allen Versuchen wurden das Ausgangsgemisch und das Glykol mit einer Temperatur von 55°C eingespeist. Während der Destillation wurden in der Kolonne folgende Temperaturen beobachtet:
Kopf: 55,6°C
50. Boden: 56,8°C
40. Boden: 56,8°C
30. Boden: 56,8°C
20. Boden: 56,8°C
Sumpf: 58 bis 92°C (Anfahrphase)
88 bis 89°C (bei Sumpfaustrag).

In der Startphase der Destillationen stieg die Sumpftemperatur langsam an. Sobald sie 80°C erreichte, wurden große Schwankungen beobachtet. Die Sumpftemperatur sollte 95°C nicht überschreiten, da dies den Extrak tionseffekt (bei Normaldruck) beeinträchtigen kann.

In den folgenden Beispielen wurde die Wirksamkeit verschiedener Glykole als Schleppmittel untersucht Sämtliche Versuche wurden in einer Füllkörperkolonne mit 20 Trennstufen bei Normaldruck durchgeführt. Als Ausgangsgemisch wurde jeweils Aceton mit einem Wassergehalt von 0,41 Gew.-% eingesetzt. Nach Zusatz des Glykols zu dem Ausgangsgemisch wurden solange Fraktionen von jeweils 10 Gew.-% der Gesamt-Einsatzmen ge abdestilliert, bis die Sumpftemperatur deutlich anstieg. Der Wassergehalt der so erhaltenen Destillatfraktio nen wurde bestimmt. Das Rückflußverhältnis bei sämtlichen Versuchen betrug 1 : 1.

Beispiel 2

Einsatz: 170 g Ausgangsgemisch und 170 Monoethylenglykol mit einem Wassergehalt von 0,1 Gew.-%.

Tabelle 2

Beispiel 3

Einsatz: 180 g Ausgangsgemisch und 180 g Diethylenglykol mit einem Wassergehalt von 0,7 Gew.-%.

Tabelle 3

Beispiel 4

Einsatz: 180 g Ausgangsgemisch und 180 g Triethylenglykol mit einem Wassergehalt von 0,1 Gew.-%.

Tabelle 4

Beispiel 5

Einsatz: 180 g Ausgangsgemisch und 180 g Monopropylenglykol mit einem Wassergehalt von 0,1 Gew.-%.

Tabelle 5

Beispiel 6

Einsatz: 180 g Ausgangsgemisch und 180 g Dipropylenglykol mit einem Wassergehalt von 0,15 Gew.-%.

Tabelle 6

Vergleichsbeispiel 1

Bei diesem Vergleichsbeispiel wurden lediglich 180 Ausgangsgemisch ohne Zusatz eines Schleppmittels eingesetzt.

Tabelle 7

Man erkennt, daß sich ohne den erfindungsgemäßen Einsatz eines Diols als Schleppmittel der Wassergehalt des eingesetzten Ausgangsgemischs durch die Destillation nur in deutlich geringerem Maße vermindert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von wasserarmem Aceton aus einem Ausgangsgemisch, das Aceton und Wasser enthält gekennzeichnet durch eine extraktive Destillation des Ausgangsgemischs mit wenigstens einem Diol als Schleppmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die verwendeten Schleppmittel zwischen 180°C und 300°C sieden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol oder ein Gemisch zweier oder mehrerer der vorgenannten Stoffe.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß pro 100 Gew.-teile Ausgangs gemisch 2 bis 25, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-teile Schleppmittel verwendet werdet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Ausgangsge misch einen Wassergehalt von max. 5 Gew.-%, vorzugsweise max. 3 Gew.-%, weiter vorzugsweise max. 2 Gew.-% hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene wasserarme Aceton einen Wassergehalt von max 0,5 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,3 Gew.-%, weiter vorzugsweise max. 0,1 Gew.-% hat.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die extraktive Destillation bei einem über dem Atmosphärendruck Gegenden Druck durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch einen der extraktiven Destillation vorgeschalteten ersten Destillationsschritt zur Gewinnung eines Ausgangsgemischs mit einem Wasserge halt von max. 5 Gew.-%.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sumpfprodukt der extraktiven Destillation einem weiteren Destillationsschritt zur Wiedergewinnung des Schleppmittels un terzogen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Schleppmittel einen Wassergehalt von max 0,5 Gew.-%, vorzugsweise max. 0,2 Gew.-% hat.