DE69313359T2

DE69313359T2 - Verfahren zur Trennung von aromatischen C8-Kohlenwasserstoffmischungen

Info

Publication number: DE69313359T2
Application number: DE69313359T
Authority: DE
Inventors: Paludetto Renato Pioltello 20096 Milan Paludetto Renato; Paret Giancarlo San Donato Milanese 20097 Milan Paret Giancarlo
Original assignee: Enichem SpA
Current assignee: Enichem SpA
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1993-06-12
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2013-06-13
Also published as: ITMI921462A0; US5510562A; EP0574999B1; ATE157340T1; DE69313359D1; DK0574999T3; EP0574999A1; ITMI921462A1; JP3357124B2; IT1262941B; GR3025085T3; JPH0687767A; ES2107612T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung der Bestandteile einer Mischung aus aromatischen C&sub8;-Kohlenwasserstoffen, das im wesentlichen eine vorherige Auftrennung der Mischung in zwei Ströme, von denen der erste para-Xylol und Ethylbenzol enthält und der andere aus meta- und ortho-Xylol zusammengesetzt ist, und sich zwei anschließende unterschiedliche Rektifizierungsvorgänge, in deren Verlauf Ethylbenzol als Kopfproduktfraktion und das ortho-Xylol als Sumpffraktion gewonnen wird, umfaßt.
Wie gut bekannt ist, ist daß die Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen in der gesamten chemischen Industrie von großem Interesse. Zu diesem Zwecke gibt es sehr einfache Verfahren, und zwar insbesondere zur Abtrennung von aromatischen von nicht-aromatischen Spezies, worauf das sich ergebende Gemisch aus aromatischen Spezies leicht durch Destillation in C&sub6;-Aromaten (Benzol) mit einer für eine beliebige mögliche Verwendung geeigneten Reinheit und in C&sub7;-Aromaten (Toluol), ebenfalls mit einer hohen Reinheit, aufgetrennt wird.
Hinsichtlich der C&sub8;-Aromaten ist die Situation völlig anders, da Mischungen daraus nicht immer leicht aufgetrennt werden können, weil sie aus Isomeren-Mischungen mit sehr nahe beiemanderliegenden Siedepunkten zusammengesetzt sind. Unter industriellen Gesichtspunkten ist das interessanteste C&sub8;-Gemisch das Gemisch, das aus Ethylbenzol, o-Xylol, p-Xylol und m-Xylol zusammengesetzt ist. Das Gemisch als solches wird als Lösungsmittel oder in Benzinen verwendet, wobei aber der Bereich der Anwendungsmöglichkeiten jedes einzelnen Isomers viel breiter wäre, wenn sie mit hoher Reinheit getrennt werden könnten. So bestehtbeispielsweise ein Bedarf für hochreines para-Xylol zur Herstellung von Terephthalsäure und Dimethylterephthalat, Zwischenprodukten für die Synthese künstlicher Fasern, während Ethylbenzol seinerseits ein wichtiges Zwischenprodukt zur Styrol-Herstellung durch Dehydrierung ist.
Gewöhnlich basieren die bisher zur Trennung der oben genannten Isomeren angewendeten Verfahren hauptsächlich auf einer geeigneten Kombination von Feinfraktionierungstechniken und Kristallisationsverfahren bei niedriger Temperatur, wobei jedoch sämtliche der obigen Verfahren mit hohen Kosten und beschränkten Ausbeuten verbunden sind.
Nach alternativen Wegen wird das para-Isomer durch Adsorption oder durch Verwendung von Molekularsieben abgetrennt, wobei die verschiedenen Isomeren dann isomerisiert und das gebildete para-Xylol wieder mit der gerade erwähnten Technik abgetrennt werden kann.
Die ortho- und Ethylbenzol-Isomeren können ebenfalls durch Destillation getrennt werden.
Mit dem gerade erwähnten Verfahren zur Abtrennung des para- Isomers durch Kristallisation ist jedoch die vollständige Rückgewinnung der Isomeren nicht möglich. Durch das Vorhandensein des Produkts in den zur Isomerisierung überführten Mutterlaugen reduziert sich die Isomerisierungsausbeute pro Durchgang; wodurch die Zahl der erforderlichen Rückführungen ansteigt.
Darüber hinaus werden durch das Vorhandensein von Ethylbenzol sogar noch ernstere Probleme verursacht, weil dieses Produkt zur Ansammlung im Isomerisierungsschritt neigt, wodurch bei der Rückführung sogar noch ernsthaftere Probleme entstehen. Sofern möglich, findet seine Umwandlung in Dimethylbenzol immer mit geringen Ausbeuten und ernsten Betriebsproblemen statt.
Aus dem US-Patent 3 698 157 ist außerdem ein Verfahren zur Gewinnung von para-Xylol aus einer Mischung aus C&sub8;-Aromaten durch Kontaktieren der Mischung mit einem geeignet modifizierten Zeolith bekannt. Ferner ist die Bildung von zwei Fraktionen vorgesehen, die zusammengesetzt sind aus:
meta Pboil: 139,12ºC para Pboil: 138,37ºC
ortho Pboil: 144,41ºC Ethyl-b Pboil: 136,19ºC
Diese Fraktionen können dann durch Destillation getrennt werden. Das meta/ortho-Gemisch kann das meta-Isomer als Kopfproduktfraktion und das ortho-Isomer als Sumpffraktion bei Rücklaufverhältnissen in der Größenordnung von 10 bis 20 und einer im Bereich von 150 bis 200 liegenden Bodenzahl ergeben.
Das para/Ethyl-b-Gemisch kann auch durch Destillation aufgetrennt werden, aber mühselig (wobei dies jedoch offenbar nicht so mühselig ist als wenn der gesamte Strom destilliert werden müßte).
Der Anmelder hat nun gefunden, daß die vier Isomeren aus der Mischung von C&sub8;-Aromaten auf einfache und kostengünstige Weise getrennt werden können, indem ein Verarbeitungszyklus eingeführt wird, der im wesentlichen eine vorherige Trennung der Mischung in zwei Ströme und sich anschließende Rektifizierungsarbeitsschritte umfaßt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Trennung der vier Isomeren aus einer Mischung von aromatischen C&sub8;-Kohlenwasserstoffen, umfassend die folgenden Schritte:
(a) Trennen der Mischung in zwei Ströme, welche jeweils enthalten: para-Xylol und Ethylbenzöl in dem ersten, meta-xylol und ortho-Xylol in dem zweiten,
(b) Rektifizieren der binären para-Xylol-/Ethylbenzolmischung mit einer Kopfproduktfraktion, welche aus Ethylbenzol besteht, und einer Sumpffraktion, welche im wesentlichen aus para-xylol besteht,
(c) Rektifizieren der binären meta-xylol-/ortho-Xylolmischung mit einem aus meta-Xylol bestehenden Teil, welcher als Kopfproduktfraktion wiedergewonnen wird, und einer Mischung, welche im wesentlichen aus metaxylol/ortho-xylol besteht, und welche als eine Sumpffraktion abgetrennt wird,
(d) Reinigen der Sumpffraktion aus Schritt (b) durch Kristallisation, um para-Xylol und eine Mutterlauge zu erhalten, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es ferner die folgenden Schritte umfaßt:
(e) Weiterleiten der meta-Xylol-/ortho-Xylolsumpffraktion aus Schritt (c) und der Mutterlaugen aus Schritt (d) an eine Isomerisierung, und
(f) Abdestillieren der Produkte aus der Isomerisierung, um einen Sumpfstrom zu erhalten, welcher im wesentlichen aus ortho-Xylol besteht, und eine Kopffraktion, welche zur Kristallisation geleitet wird.
Die Zusammensetzung eines typischen Gemisches aus den betreffenden Isomeren kann folgendermaßen angegeben werden:
Ethylbenzol 20
para-Xylol 20
meta-xylol 40
ortho-Xylol 20
Im ersten Schritt des in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchgeführten Zyklus wird die Mischung in eine ein geeignetes Mittel enthaltene Trennzone überführt, wobei in der Zone para-Xylol und Ethylbenzol von der anderen aus ortho- und meta-Xylol bestehenden binären Mischung abgetrennt werden.
Diese Abtrennung kann unter Anwendung von dem Fachmann gut bekannten Maßnahmen durchgeführt werden, vgl. z.B. die in dem oben erwähnten US-Patent 3 698 157 oder im US-Patent Nr. 3 656 278 offenbarten.
Der Ethylbenzol und para-xylol enthaltende Strom wird dann in eine Rektifiziersäule überführt, die mit einem im Bereich von 50 bis 80 liegenden Rücklaufverhältnis betrieben wird und 300 bis 400 Böden enthält.
Das Ethylbenzol, das den Spezifikationen entspricht, und das para-Xylol werden als Kopfprodukt- bzw. Sumpffraktion erhalten.
Letztere kann außerdem 1 bis 10 Gew.-% andere Isomere enthalten. In einem derartigen Fall wird durch Kristallisation eine weitere Reinigung durchgeführt, wobei die Mutterlaugen rückgeführt werden.
Die parallele Mischung aus ortho-Xylol und meta-xylol wird ihrerseits einer Rektifiziersäule zugeführt, in der die Isomeren mit entsprechenden Reinheiten von mehr als 99 % aufgetrennt werden: ortho-Xylol als Sumpffraktion und meta- Xylol als Kopfproduktfraktion, wobei beide mit praktisch quantitativen Ausbeuten in bezug auf das Einsatzmaterial erhalten werden.
In der ortho-Xylol-Fraktion können immer noch Verunreinigungen in Form von C&sub9;-Spezies enthalten sein, die einfach abdestilliert werden. Sollte die Herstellung von meta- und ortho-Isomeren nicht interessant sein, kann die Mischung zweckmäßigerweise einem Isomerisierungsschritt zugeführt werden, wobei in einem derartigen Fall der Arbeitszyklus nach der vorliegenden Erfindung nur Ethylbenzol und para- Xylol mit den im Rahmen der Spezifizierungen liegenden Reinheitsgraden ergibt, weil auch der Abstrom aus der Isomerisierungszone einem Trennschritt zugeführt wird, und zwar one-line mit dem Trennschritt am Anfang.
Außerdem kann die Isomerisierung, sofern sie durchgeführt wird, nach dem Fachmann gut bekannten Techniken durchgeführt werden.
Die Rektifiziersäule für ortho-Xylol/meta-Xylol-Mischungen wird, wie es nach dem erfindungsgemäßen Zyklus vorgesehen ist, mit einem im Bereich von 10 bis 20 liegenden Rücklaufverhältnis und einer im Bereich von 150 bis 200 liegenden Bodenzahl betrieben.
Der erfindungsgemäße Kreislauf wird unter Bezugnahme auf die Figur, auf die sich auch in dem folgenden Beispiel bezogen wird, das nur zum Zwecke der besseren Erklärung der Erfindung ohne Beschränkung von deren Schutzumfang angegeben wird, besser verständlich.

Beispiel 1

Ein allgemeines Beispiel, mit dem der Erhalt sämtlicher Isomeren im Rahmen der Spezifikationen möglich ist und innerhalb bestimmter Grenzen das Produktionsgemisch hinsichtlich der isomeren Xylol-Spezies (PX, OX und MX) variiert werden kann, basiert auf dem in Figur 1 angegebenen Schema.
Ein derartiges Schema gestattet die Durchführung des Verfahrens mit verschiedenen Konfigurationen.
Bei sämtlichen dieser Konfigurationen ist die Bildung von EB auf die in dem Einsatzmaterial enthaltene Menge und durch die Rückgewinnungskapazität der Kolonne 2 beschränkt. Die Kolonne 6 ergibt die gewünschte Menge MX gemäß den Kopfproduktspezifikationen, wobei der Sumpfstrom der Isomerisierung 5 zugeführt wird.
Durch die Isomerisierung wird der Sumpfstrom aus der Destillation 6 zusammen mit den Kristallisationsmutterlaugen verarbeitet. Es kann zu einem Verlust an EB durch Dealkylierung kommen. Die Kolonne 4 kann an ihrem Boden OX innerhalb der Spezifikationen von C&sub8;-Verbindungen trennen, oder es kann immer noch in Form ihres Sumpfstroms ein OX- reicher Strom erhalten werden, wobei die sich anschließende Kristallisation 3 durch steigende PX-Konzentrationen entlastet wird.
Die Kristallisation 3, die in mehreren Schritten durchgeführt werden kann, ermöglicht die Reinigung des von der Destillation 2 kommenden PX durch Entfernung sämtlichen restlichen EBS, das in den Mutterlaugen bleibt und zur Isomerisierung geleitet wird.
Es folgt ein Beispiel für eine Materialbilanz:
Lauf zur Herstellung sämtlicher Isomeren im Rahmen der Spezifikationen: aus 100 kg Einsatzmaterial wird die Herstellung von 17 kg EB, 50 kg PX, 10 kg OX, 20 kg MX (3 kg EB gehen verloren) erwartet.

Claims

1. Verfahren zur Trennung der vier Isomeren aus einer Mischung von aromatischen C&sub8;-Kohlenwasserstoffen, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Trennen der Mischung in zwei Ströme, welche jeweils enthalten: para-Xylol und Ethylbenzol in dem ersten; meta-Xylol und ortho-Xylol in dem zweiten;

(b) Rektifizieren der binären para-Xylol/Ethylbenzolmischung mit einer Kopfproduktfraktion, welche aus Ethylbenzol besteht, und einer Sumpffraktion, welche im wesentlichen aus para-Xylol besteht;

(c) Rektifizieren der binären meta-Xylol-/ortho- Xylolmischung mit einem aus meta-Xylol bestehenden Teil, welcher als Kopfproduktfraktion wiedergewonnen wird, und einer Mischung, welche im wesentlichen aus meta-Xylol/ortho-Xylol besteht, und welche als eine Sumpffraktion abgetrennt wird;

(d) Reinigen der Sumpffraktion aus Schritt (b) durch Kristallisation, um para-Xylol und eine Mutterlauge zu erhalten; wobei das Verfahren dadurch

gekennzeichnet ist, daß es ferner die folgenden Schritt umfaßt:

(e) Weiterleiten der meta-Xylol-/ortho-Xylolsumpffraktion aus Schritt (c) und der Mutterlauge aus Schritt (d) an eine Isomerisierung; und

(f) Abdestillieren der Produkte aus der Isomerisierung, um einen Sumpfstrom zu erhalten, welcher im wesentlichen aus ortho-Xylol besteht, und eine Kopffraktion, welche zur Kristallisation geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Sumpfstrom aus Schritt (f) zur Isomerisierung zurückgeführt wird.