DE69601994T2

DE69601994T2 - Verfahren zur Reinigung von Aceton

Info

Publication number: DE69601994T2
Application number: DE69601994T
Authority: DE
Inventors: Loreno Porto Torres Sassari Lorenzoni; Riccardo Sassari Mansani; Giuseppe Alghero Sassari Messina; Salvatore Ittiri Sassari Simula
Original assignee: Enichem SpA
Current assignee: Enichem SpA
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: EA199600080A1; EP0767160B1; ES2131900T3; US5788818A; EA000053B1; DE69601994D1; IT1276823B1; JP3916702B2; ITMI952032A0; ITMI952032A1; JPH09124539A; EP0767160A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Aceton, das in einem Rohaceton-Strom enthalten ist, welcher aus Verfahren zur Herstellung von Phenol/Aceton stammt.
In gegenwärtigen Anlagen zur Herstellung von Phenol/Aceton wird ein Strom von Cumol der Oxidation mit Luft in leicht alkalischer Umgebung unterworfen. Das so erhaltene Cumolhydroperoxid wird anschließend in Gegenwart von Schwefelsäure hydrolysiert, um eine Mischung von Phenol und Aceton zu ergeben, aus der ein Strom von Rohaceton durch Rektifikation abgetrennt wird. Die Reinigung des Acetons wird nach dem in Fig. 1 gezeigten Schema durchgeführt.
In der Praxis wird der Strom von Rohaceton, hauptsächlich durch Cumol, Wasser, Aldehyde und Methanol verunreinigt, der vom Kopf der primären Fraktionierungskolonne kommt, in einer Anlage von einer oder mehreren hintereinandergeschalteten Kolonne(n) mit insgesamt 70 theoretischen Böden destilliert und Drücken zwischen 350 und 500 Torr und Rücklaufverhältnissen zwischen 3,5 und 4,5 unterworfen.
Das Rohaceton (1) wird dem ersten theoretischen Boden der Kolonne A" oder dem zehnten, wenn nur eine Kolonne mit 70 theoretischen. Böden verwendet wird, zugeführt. Das Produkt in Spezifikation, das eine Wassermenge von etwa 0,2% und etwa 300 ppm Methanol (2) enthält, wird vom Kopf von A" gewonnen. Eine Lösung mit 14% Natriumhydroxid (3) wird dem 26 theoretischen Boden derselben Kolonne zugeführt, deren Funktion die Neutralisierung des Säuregehalts und die Induktion der Kondensation der im Rohprodukt vorhandenen Aldehyd- Verunreinigungen ist. Die Anwesenheit von Wasser in der Beschickung in einer Menge von nicht weniger als 15% ist darüber hinaus erforderlich, um das Verstopfen der Kolonnen aufgrund der Bildung von Natriumsalzen zu verhindern. Das Cumol (4) neigt dazu, am Boden der Kolonne A" zu akkumulieren, von dem es zusammen mit substantiellen Mengen an Aceton entnommen wird. Das Bodenprodukt der Kolonne A" (5), enthaltend Wasser, Polyaldehyde, Methanol und Aceton, wird der Kolonne A' zugeführt. Die Polyaldehyde, gebildet durch die Wirkung von Natriumhydroxid, werden vom Boden der Kolonne A' zusammen mit dem größten Teil des Wassers entnommen (6), wohingegen der Strom am Kopf (7), der Aceton enthält, zur Kolonne A" rückgeführt wird.
Für die richtige Funktion dieser Kolonne ist es erforderlich, die Menge an Cumol in der Beschickung zu minimieren, was erzielt wird, indem in der primären Fraktionierungskolonne (Trennung von Rohaceton von Rohphenol) ein hohes Rücklaufverhältnis aufrechterhalten wird.
In dem Rohaceton-Strom (1) stellt Wasser insofern die kritische Verunreinigung dar, als es aufgrund der Bildung einer azeotropen Mischung mit Aceton (Aceton 95,6%, Sp. 54,5ºC) nicht durch fraktionierte Destillation entfernt werden kann. Das Problem wird in kommerziellen Aceton-Reinigungsverfahren gelöst, indem die Destillation bei vermindertem Druck durchgeführt wird. Es ist somit möglich, die Zusammensetzung der azeotropen Mischung durch Verringerung des Wassergehalts auf ein akzeptables Niveau zu ändern.
Dieses Verfahren hat jedoch Nachteile, z. B. einen hohen Energieverbrauch aufgrund der Aktivität der Pumpen und der Notwendigkeit bei hohen Rücklaufverhältnissen zu arbeiten.
Es wurde nun ein Reinigungsverfahren aufgefunden, welches die Herstellung eines Acetons viel höherer Qualität ermöglicht, als mit den bisher eingesetzten Verfahren erhalten wurde, und welches auch eine beträchtliche Energieeinsparung ermöglicht.
Konkret basiert das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf dem Einsatz einer Extraktivdestillation mit Triethylenglycol (TEG) bei Atmosphärendruck als Alternative zu Destillationen bei vermindertem Druck, um die azeotrope Wasser/Aceton-Mischung aufzutrennen.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Rohaceton, das aus Verfahren zur Herstellung von Phenol/Aceton stammt und hauptsächlich durch die Anwesenheit von Cumol, Wasser, Aldehyden und Methanol verunreinigt ist, welches umfaßt:
- Zuführung des Rohaceton-Stromes, der von der primären Fraktionierung einer Anlage zur Herstellung von Phenol/Aceton kommt, zu einer ersten Destillationskolonne, der auch eine 2%ige Lösung von Natriumhydroxid zugeführt wird;
- Leiten des Stromes am Kopf der ersten Kolonne, der aus Aceton, Wasser und Cumol besteht, zu einer zweiten Kolonne, der auch das Extraktionslösungsmittel Triethylenglycol zugeführt wird;
- Gewinnung des praktisch wasserfreien Acetons vom Kopf der zweiten Kolonne;
- Zuführung des Bodenprodukts der zweiten Kolonne, das Triethylenglycol, Wasser, Cumol und Aceton enthält, zu einer dritten Destillationskolonne, in der eine azeotrope Mischung von Wasser/Gumol vom Kopf und wasserfreies Triethylenglycol vom Boden gewonnen wird;
- Leiten der azeotropen Mischung von Wasser/Cumol zu einer Dekantiervorrichtung, in der eine Trennung erfolgt in eine Aceton enthaltende Wasserphase, die zu der ersten Kolonne rückgeführt wird, und eine Cumol und Aceton enthaltende organische Phase, die der ersten Fraktionierung zugeleitet wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt die Produktion eines Acetons von Spitzenqualität (Wassergehalt < 300 ppm und Methanolgehalt < 100 ppm) ohne relevante Erhöhung der Produktionskosten und bietet darüber hinaus die folgenden Vorteile gegenüber den gegenwärtigen eingesetzten Verfahren:
- die Möglichkeit des Arbeitens bei Atmosphärendruck, womit der Einsatz von Vakuumpumpen vermieden wird, und die damit verbundene Energieeinsparung, Verringerung der Emissionen und die Möglichkeit zur Kapazitätserweiterung;
- Energieeinsparung aufgrund der Herabsetzung der Rücklaufverhältnisse in der Reinigungsphase bei weiteren Möglichkeiten zur Kapazitätserweiterung;
- Energieeinsparung aufgrund der Herabsetzung des Rücklaufverhältnisses bei der primären Fraktionierung.
In der Tat spielt bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Bildung der azeotropen Mischung von Wasser/Cumol, welche unschwer am Kopf der dritten Kolonne abgetrennt wird, eine Schlüsselrolle.
Die Anwesenheit einer bestimmten Menge Cumol im Rohaceton ist deshalb akzeptabel und mindert die Strenge der ersten Fraktionierung durch Herabsetzung der Rücklaufverhältnisse.
Das zur Durchführung der erfindungsgemäßen Reinigung erforderliche Schema ist in Fig. 2 dargestellt, wovon die Hauptaspekte im folgenden beschrieben werden.
Der Rohaceton-Strom (1), der von der primären Fraktionierung kommt, wird dem 3.-10. Boden (theoretische Böden, Zählung von unten nach oben), vorzugsweise dem 6. theoretischen Boden, einer Kolonne (A') zugeführt, die eine Gesamtzahl theoretischer Böden zwischen 16-26, vorzugsweise 20, aufweist. Die Kolonne wird bei Atmosphärendruck mit einem Rücklaufverhältnis zwischen 0,2 und 0,5, vorzugsweise 0,3, und einer Temperatur am Boden, die je nach dessen Druckabfall von 102 bis 110ºC variiert, betrieben. Eine Menge zwischen 12% und 17%, vorzugsweise 15%, bezogen auf das Rohaceton, einer 2%igen Lösung von Natriumhydroxid (2) wird dem 13.-23. theoretischen Boden, vorzugsweise dem 19. theoretischen Boden, derselben Kolonne zugeführt. Die Aldehyde (in Form von Polyaldehyden), das größte Teil des mit dem Soda zugeführten Wasser und ein Teil des Methanols (3) werden vom Boden dieser Kolonne entnommen. Die Abtrennung des Methanols kann mit einer größeren Wassermenge verbessert werden, welche, wenn diese als Natriumhydroxidlösung im Gegenstrom zum Rohprodukt zugeführt wird, die Wirkung aufweist, daß der größte Teil dieser Verunreinigung am Boden der Kolonne zurückgehalten wird.
Der Strom (4), der vom Kopf der Kolonne A' kommt, wird dann dem 3.-10. theoretischen Boden, vorzugsweise dem 6. theoretischen Boden, der Kolonne A" zugeführt, welche eine Gesamtzahl theoretischer Böden zwischen 23-36, vorzugsweise 32, aufweist und bei Atmosphärendruck mit einem Rücklaufverhältnis zwischen 0,4 und 1,5, vorzugsweise 1, und einer autogenen Temperatur am Boden von typischerweise 120ºC, bestimmt durch die Temperatur am Boden der Kolonne A"', betrieben wird.
In dieser Kolonne wird die Beschickung auf dem 25.-40. theoretischen Boden mit dem Extraktionslösungsmittel Triethylenglycol in einer Menge, die 0,6 ÷ 1 mal dem der Kolonne A' zugeführten Rohprodukt gleichkommt, in Kontakt gebracht, durch dessen Wirkung die azeotrope Mischung von Wasser/Aceton aufgetrennt und und das Wasser am Boden der Kolonne zurückgehalten wird. Es wird ein praktisch wasserfreies Aceton (Wassergehalt < 300 ppm) vom Kopf (5) gewonnen. Das Bodenprodukt der Kolonne A", enthaltend TEG, Wasser, Cumol und eine Menge an Aceton, die typischerweise etwa 3% beträgt, wird dem 6.-19. theoretischen Boden, vorzugsweise dem 13. theoretischen Boden, der Kolonne A"' zur Rückgewinnung des Extraktionslösungsmittels zugeführt.
Die Bildung der azeotropen Mischung von Wasser/Gumol (Sp. 95ºC, Cumol 56%) zur Dehydratation des TEG wird in dieser Kolonne ausgenutzt, welche eine Anzahl von theoretischen Böden zwischen 9-20, vorzugsweise 15, aufweisen kann und bei Atmosphärendruck mit einem Rücklaufverhältnis zwischen 0,1 und 0,7, vorzugsweise 0,2, bezüglich des der Kolonne A' zugeführten Rohprodukts betrieben wird.
Die am Kopf (7) gewonnene azeotrope Mischung wird in einer Dekantiervorrichtung (B) gesammelt, wo die beiden Phasen getrennt werden. Die Wasserphase, bis zu 33% Aceton enthaltend, wird zur Kolonne A' rückgeführt (8). Die organische Phase, bis zu 33% Cumol und bis zu 21% Aceton enthaltend (9), wird zur primären Fraktionierung rückgeführt.
Das wasserfreie TEG (10) wird vom Boden der Kolonne A"' gewonnen und zur Kolonne A" rückgeführt.

BEISPIEL 1

Der Test wird in einer Apparatur im Labormaßstab wie der in Fig. 3 dargestellten durchgeführt, die aus einer Reihe von drei hintereinander angeordneten Kolonnen und einem Phasenseparator 51 besteht.
Die Kolonne T1 hat 30 theoretische Böden, T2 45 theoretische Böden und T3 15 theoretische Böden. Die Böden sind perforiert, aus Glas hergestellt, mit einem Durchmesser von 50 mm, bezogen von NORMSCHLIFT, Wirkungsgrad: 65% bei voller Rücklauftemperatur.
Der Rohaceton-Strom (1), der von der primären Fraktionierung kommt, wird dem 12. theoretischen Boden der Kolonne T1 zugeführt. Die 2%ige Lösung von Natriumhydroxid (2) wird dem 30. theoretischen Boden derselben Kolonne zugeführt. Die Aldehyde (in Form von Polyaldehyden), der größte Teil des mit dem Natriumcarbonat zugeführten Wassers, und ein Teil des Methanols (3) werden vom Boden dieser Kolonne entnommen.
Der Strom (4), der vom Kopf der Kolonne T1 kommt, wird dann dem 8. theoretischen Boden der Kolonne T2 zugeführt. Ferner wird auch das rückgeführte Triethylenglcol (10) dem 25. theoretischen Boden dieser Kolonne zugeführt. Es wird ein praktisch wasserfreies Aceton (5) vom Kopf von T2 gewonnen, wohingegen ein Strom, der TEG, Wasser, Cumol und Aceton enthält (6), vom Boden gewonnen wird. Dieser Strom wird dem 10. theoretischen Boden der Kolonne T3 zur Gewinnung des Extraktionslösungsmittels zugeführt.
Die azeotrope Mischung, gewonnen am Kopf (7), wird in dieser Kolonne in einem Dekantiervorrichtung 51 gesammelt, wo die beiden Phasen getrennt werden: eine Wasserphase, enthaltend Aceton (8), welche zur Kolonne T1 zurückgeführt wird; eine organische Phase, enthaltend Cumol und Aceton (9). Das wasserfreie TEG (10) wird vom Boden der Kolonne T3 gewonnen und zur Kolonne T2 rückgeführt.

Betriebsparameter

Beschickung für Kolonne T1

- Rohaceton-Strom 3042 ml/h (H&sub2;O 2,5%; Cumol 150 ppm; Methanol 210 ppm)
- Wasserphase von S1 104 ml/h
- H&sub2;O zum Ausgleich ---
- NaOH (2%) 458 ml/h Laufparameter Signifikante Analysen

Charakteristische Eigenschaften des Endprodukts

Gehalt an H&sub2;O 800 ppm
Gehalt an Methanol 150 ppm
Permanganat-Test ASTM D1363 12 h

BEISPIEL 2

Das Verfahren wird wie in Beispiel 1 beschrieben mit den folgenden Betriebsparametern durchgeführt:

Beschickung für Kolonne T1

- Rohaceton-Strom 3028 ml/h
(H&sub2;O 2,5%; Cumol 150 ppm; Methanol 210 ppm)
- Wasserphase von S1 133 ml/h
- H&sub2;O zum Ausgleich 736 ml/h
- NaOH (2%) 467 ml/h Laufparameter Signifikante Analysen

Charakteristische Eigenschaften des Endprodukts

Gehalt an H&sub2;O 600 ppm
Gehalt an Methanol 60 ppm
Permanganat-Test 20 h
(ASTM D 1363)

BEISPIEL 3

Beschickung für Kolonne T1

- Rohaceton-Strom 3033 ml/h (H&sub2;O 2,5%; Cumol 150 ppm; Methanol 210 ppm)
- Wasserphase von S1 130 ml/h
- H&sub2;O zum Ausgleich 745 ml/h
- NaOH (2%) 467 ml/h Laufparameter Signifikante Analysen

Charakteristische Eigenschaften des Endprodukts

Gehalt an H&sub2;O 307 ppm
Gehalt an Methanol 57 ppm
Permanganat-Test 15 h (ASTM D 1363)

BEISPIEL 4

Beschickung für Kolonne T1

- Rohaceton-Strom 3045 ml/h (H&sub2;O 2,5%; Cumol 150 ppm; Methanol 210 ppm)
- Wasserphase von 51 137 ml/h
- H&sub2;O zum Ausgleich 730 ml/h
- NaOH (2%) 467 ml/h Laufparameter Signifikante Analysen

Charakteristische Eigenschaften des Endprodukts

Gehalt an H&sub2;O 230 ppm
Gehalt an Methanol 61 ppm
Permanganat-Test 13 h (ASTM D 1363)

BEISPIEL 5

Beschickung für Kolonne T1

- Rohaceton-Strom 3030 ml/h (H&sub2;O 2,5%; Cumol 150 ppm; Methanol 210 ppm)
- Wasserphase von 51 133 ml/h
- H&sub2;O zum Ausgleich 741 ml/h
- NaOH (2%) 467 ml/h Laufparameter Signifikante Analysen

Charakteristische Eigenschaften des Endprodukts

Gehalt an H&sub2;O 309 ppm
Gehalt an Methanol 63 ppm
Permanganat-Test 12 h (ASTM D1363)

BEISPIEL 6

Beschickung für Kolonne T1

- Rohaceton-Strom 3031 ml/h
(H&sub2;O 2,5%; Cumol 150 ppm; Methanol 210 ppm)
- Wasserphase von 51 132 ml/h
- H&sub2;O zum Ausgleich 735 ml/h
- NaOH (2%) 467 ml/h Laufparameter Signifikante Analysen

Charakteristische Eigenschaften des Endprodukts

Gehalt an H&sub2;O 250 ppm
Gehalt an Methanol 49 ppm
Permanganat-Test 13 h (ASTM D 1363)
Die Beispiele 1-6 wurden auch mit einer Beschickung durchgeführt, die aus Rohaceton-Strömen, von einer Industrieanlage stammend, mit den folgenden Eigenschaften bestand:
Gehalt an H&sub2;O 4,0%
Gehalt an Cumol 8400 ppm;
Gehalt an Methanol 190 ppm.
Die erhaltenen Ergebnisse sind analog den bereits angegebenen.
Es ist möglich, unter Anwendung von Reinigungsverfahren wie den in gegenwärtigen kommerziellen Anlagen eingesetzten Verfahren aus diesen Strömen ein Produkt in Spezifikation mit den folgenden typischen Eigenschaften zu erhalten:
Gehalt an H&sub2;O 0,15-0,2%
Gehalt an Methanol 200-250 ppm
Permanganat-Test > 3 (ASTM D1363)

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Rohaceton, das aus Verfahren zur Herstellung von Phenol/Aceton stammt, das hauptsächlich durch Cumol, Wasser, Aldehyde und Methanol verunreinigt ist, welches umfaßt:

- Zuführung des Rohaceton-Stroms, der von der primären Fraktionierung einer Anlage zur Herstellung von Phenol/Aceton kommt, zu einer ersten Destillationskolonne, der auch eine 2%ige Lösung von Natriumhydroxid zugeführt wird;

- Leiten des Stromes am Kopf der ersten Kolonne, der aus Aceton, Wasser und Cumol besteht, zu einer zweiten Kolonne, der auch das Extraktionslösungsmittel Triethylenglycol zugeführt wird;

- Gewinnung des praktisch wasserfreien Acetons vom Kopf der zweiten Kolonne;

- Zuführung des Bodenprodukts der zweiten Kolonne, das Triethylenglycol, Wasser, Cumol und Aceton enthält, zu einer dritten Destillationskolonne, in der eine azeotrope Mischung von Wasser/Gumol vom Kopf und wasserfreies Triethylenglycol vom Boden gewonnen wird;

- Leiten der azeotropen Mischung von Wasser/Cumol zu einer Dekantiervorrichtung, in der eine Aceton enthaltende Wasserphase abgetrennt wird, und das Aceton zu der ersten Kolonne rückgeführt wird, und eine Cumol und Aceton enthaltende organische Phase, die der primären Fraktionierung zugeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kolonne bei Atmosphärendruck mit einem Rücklaufverhältnis zwischen 0,2 und 0,5, vorzugsweise 0,3, und einer Temperatur am Boden, die von 102 bis 110ºC variiert, betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge einer 2%igen Lösung von Natriumhydroxid zwischen 12% und 17% des Rohacetons, vorzugsweise 15%, der ersten Kolonne zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kolonne bei Atmosphärendruck mit einem Rücklaufverhältnis zwischen 0,5 und 1,5, vorzugsweise 1, und einer autogenen Temperatur am Boden von typischerweise 120ºC betrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Kopf der zweiten Kolonne ein Aceton mit einem Wassergehalt < 300 ppm gewonnen wird und ein Strom, der Triethylenglycol, Wasser, Cumol und eine Menge an Aceton, die typischerweise etwa 3% beträgt, enthält, vom Boden gewonnen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Kolonne die Beschickung in Kontakt mit Triethylenglycol gebracht wird, in einer Menge, die 0,6÷1 mal dem der ersten Kolonne zugeführten Rohprodukt entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kolonne bei Atmosphärendruck mit einem Rücklaufverhältnis zwischen 0,1 und 0,7, vorzugsweise 0,2, bezüglich des der ersten Kolonne zugeführten Rohprodukts betrieben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die in der Dekantiervorrichtung gesammelte azeotrope Mischung von Wasser/Cumol getrennt wird in eine Wasserphase, enthaltend bis zu 33% Aceton, die zu der ersten Kolonne rückgeführt wird, und eine organische Phase, enthaltend bis zu 33% Cumol und bis zu 21% Aceton, die zur ersten Fraktionierung rückgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wasserfreies Triethylenglycol vom Boden der dritten Kolonne gewonnen und zur zweiten Kolonne rückgeführt wird.