DE102017114902A1 - IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING C4 CARBON HYDROCARBONS BY EXTRACTIVE DISTILLATION - Google Patents

IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING C4 CARBON HYDROCARBONS BY EXTRACTIVE DISTILLATION Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von C-Kohlenwasserstoffen durch extraktive Destillation, bei dem die C-Kohlenwasserstoffe einer zweistufigen Trennung, umfassend (i) eine Fraktionierung der C-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion, und (ii) eine extraktive Destillation der Leichtfraktion und/oder der Schwerfraktion unterworfen werden. Das beschriebene Verfahren weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, insbesondere bei der Verwendung von Feed-Gemischen, die reich an n-Butan und 1-Buten/Isobuten sind, den Vorteil auf, dass verminderte Lösungsmittelumlaufraten realisiert werden können, was trotz des zusätzlichen Verfahrensschritts zu einem geringeren Energiebedarf des Verfahrens führt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Anlagen zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie die Verwendung einer Trennungssequenz mit den Verfahrensschritten (i) und (ii) zur Trennung von C-Kohlenwasserstoffen, insbesondere bei der Verwendung von Feed-Gemischen, die reich an n-Butan und 1-Buten/Isobuten sind.The present invention relates to a process for the separation of C-hydrocarbons by extractive distillation in which the C-hydrocarbons of a two-stage separation comprising (i) fractionation of the C-hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction, and (ii) extractive distillation the light fraction and / or the heavy fraction are subjected. The process described has the advantage over the prior art processes, especially when using feed mixtures rich in n-butane and 1-butene / isobutene, that reduced solvent circulation rates can be realized, which despite the additional process step leads to a lower energy consumption of the process. The present invention further relates to plants for carrying out such a process and the use of a separation sequence with the process steps (i) and (ii) for the separation of C-hydrocarbons, in particular when using feed mixtures rich in n-butane and 1 -Buten / Isobutene are.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von C4-Stoffströmen durch extraktive Destillation, das neben der extraktiven Destillation selbst eine dieser vorgeschaltete Stufe der Fraktionierung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion umfasst. Durch diese Vorfraktionierung können in einer Extraktivdestillation nur schwer trennbare Stoffe, wie insbesondere 1-Buten/Isobuten und n-Butan, vor der Extraktivdestillation getrennt werden, was insbesondere bei Feed-Gemischen für die C4-Trennung, die reich an n-Butan und 1-Buten/Isobuten sind, mit dem Vorteil eines verminderten Lösungsmittelbedarfs bei der Trennung verbunden ist.The present invention relates to a process for the separation of C 4 -Stoffströmen by extractive distillation, which in addition to the extractive distillation itself includes a preceding this stage of fractionation of C 4 hydrocarbons in a light fraction and a heavy fraction. As a result of this prefractionation, substances which are difficult to separate in an extractive distillation, such as in particular 1 -Buten / isobutene and n-butane, are separated before the extractive distillation, which in particular in feed mixtures for C 4 separation, rich in n-butane and 1 -Buten / isobutene, with the advantage of a reduced solvent requirement in the separation is connected.

Stand der TechnikState of the art

Der Begriff „C4-Stoffströme“ bezeichnet Gemische von Kohlenwasserstoffen mit überwiegend 4 (vier) Kohlenstoffatomen pro Molekül, also Gemische, deren Hauptbestandteile Verbindungen mit 4 Kohlenstoffatomen pro Molekül darstellen (d.h. mehr als 85 Gew.-% des Gemischs, insbesondere mindestens 95 Gew.-% des Gemischs, typischerweise von mehr als 98 Gew.-% des Gemisches), wobei in diesen Gemische zusätzlich auch geringe Mengen an Verbindungen enthalten sein können, beispielsweise Kohlenwasserstoffe mit drei oder fünf Kohlenstoffatomen pro Molekül. C4-Stoffströme werden beispielsweise bei der Herstellung von Ethylen und/oder Propylen durch thermisches oder katalytisches Spalten einer Petroleumfraktion wie verflüssigtes Petroleumgas, Leichtbenzin oder Gasöl erhalten. Weiterhin fallen C4-Stoffströme bei der katalytischen Dehydrierung von n-Butan und/oder n-Buten sowie der selektiven Hydrierung von 1,3-Butadien an.The term "C 4 streams" refers to mixtures of hydrocarbons with predominantly 4 (four) carbon atoms per molecule, ie mixtures whose main components are compounds with 4 Carbon atoms per molecule (ie, more than 85 wt .-% of the mixture, in particular at least 95 wt .-% of the mixture, typically more than 98 wt .-% of the mixture), which in addition also contain small amounts of compounds in these mixtures for example, hydrocarbons having three or five carbon atoms per molecule. C 4 streams are obtained, for example, in the production of ethylene and / or propylene by thermal or catalytic cracking of a petroleum fraction such as liquefied petroleum gas, mineral spirits or gas oil. Furthermore, C 4 -offstream streams are obtained in the catalytic dehydrogenation of n-butane and / or n-butene and in the selective hydrogenation of 1,3-butadiene.

C4-Stoffströme enthalten in der Regel n-Butan, Isobutan, Isobuten, 1-Buten und cis-/trans-2-Buten, 1,3-Butadien, 1,2-Butadien sowie Butin, insbesondere 1-Butin (Ethylacetylen), und Butenin (Vinylacetylen). Daneben können C4-Stoffströme auch geringe Anteile an Cyclobutan aufweisen.C 4 streams generally contain n-butane, isobutane, isobutene, 1-butene and cis- / trans- 2 Butene, 1,3-butadiene, 1,2-butadiene and butene, in particular 1 Butyne (ethyl acetylene), and butenine (vinyl acetylene). In addition, C 4 -stoff streams may also have low levels of cyclobutane.

C4-Stoffströme aus dem Fluid Catalytic Cracking (FCC) und Steam Cracking (SC) bestehen meistens aus zwei Butanisomeren (Isobutan und n-Butan), vier Butenisomeren (Isobuten, 1-Buten sowie cis- und trans-2-Buten) und 1,3-Butadien als Hauptkomponenten. Neben 1,3-Butadien, das ein wichtiges Ausgangsmaterial für synthetischen Kautschuk darstellt, sind vor allem die Butenisomere von wirtschaftlicher Bedeutung, da sie z.B. durch Umsetzung von Isobuten mit Methanol zu Methyl-tert-butylether (MTBE) umgesetzt werden können oder durch Dehydrierung und gegebenenfalls Doppelbindungs-Isomerisierung von n-Butenen (1-Buten und 2-Butene) zu 1,3-Butadien umgesetzt werden können. n-Butene sind auch Ausgangsmaterial für 2-Butanol, welche oft weiter zu Methylethylketon (MEK) dehydriert wird.C 4 fluid streams from fluid catalytic cracking (FCC) and steam cracking (SC) usually consist of two butane isomers (isobutane and n-butane), four butene isomers (isobutene, 1-butene and cis- and trans- 2 Butene) and 1,3-butadiene as main components. In addition to 1,3-butadiene, which is an important starting material for synthetic rubber, especially the butene isomers of economic importance, since they can be converted eg by reaction of isobutene with methanol to methyl tert-butyl ether (MTBE) or by dehydrogenation and optionally double bond isomerization of n-butenes ( 1 -Buten and 2 Butenes) can be converted to 1,3-butadiene. n-butenes are also starting material for 2 Butanol, which is often further dehydrogenated to methyl ethyl ketone (MEK).

Darüber hinaus kann 1-Buten als Monomer für die Herstellung von LDPE und LLDPE verwendet werden oder über eine Dimerisierung zu Octen weiterverarbeitet werden. Ein weiteres wichtiges Industrieprodukt, das durch Oxidation aus 1-Buten oder n-Butan herstellt werden kann, ist Maleinsäureanhydrid.In addition, can 1 Be used as a monomer for the preparation of LDPE and LLDPE or processed via a dimerization to octene. Another important industrial product, characterized by oxidation 1 Butene or n-butane can be prepared is maleic anhydride.

Die Trennung von Butan und Buten in einer solchen Mischung ist allerdings mit konventionellen Trennverfahren, wie einer Destillation, wegen der relativ nahe beieinander bzw. übereinander liegenden Siedetemperaturen nicht möglich (sh. Tabelle 1). Tabelle 1: Normale Siedepunkte der C4-Komponenten C4-Komponente NBP* [°C] Isobutan -11,7 1-Buten -6,3 Isobuten -6,9 1,3-Butadien -4,4 n-Butan -0,5 2-trans-Buten +0,9 2-cis-Buten +3,7 * Normalsiedepunkt However, the separation of butane and butene in such a mixture is not possible with conventional separation processes, such as distillation, because of the relatively close boiling temperatures (see Table 1). Table 1: Normal boiling points of the C 4 components C4 component NBP * [° C] isobutane -11.7 1-butene -6.3 isobutene -6.9 1,3-butadiene -4.4 n-butane -0.5 2-trans-butene +0.9 2-cis-butene +3.7 * Normal boiling point

Unter einer „übereinander liegenden Siedetemperatur“ versteht man, z.B. im Falle der n-Butan/Butenisomere, dass die Komponente n-Butan eine Siedetemperatur, aufweist, die zwischen den Siedetemperaturen der Butenisomere liegt. Im Gegensatz dazu siedet Isobutan bei einer im Vergleich zu allen Butenisomeren niedrigeren Siedetemperatur. Dies führt dazu, dass Isobutan und n-Butan (gemeinsam als Butanfraktion) nicht auf einmal durch Destillation aus der Mischung abgetrennt werden können. By "superimposed boiling temperature" is meant, for example in the case of n-butane / butene isomers, that the component n-butane has a boiling point which is between the boiling temperatures of the butenisomers. In contrast, isobutane boils at a lower boiling temperature than all butene isomers. As a result, isobutane and n-butane (together as a butane fraction) can not be separated from the mixture at once by distillation.

Für die Abtrennung von Butenen aus C4-Stoffströmen kann man sich das Phänomen zunutze machen, dass sich die verschiedenen C4-Komponenten unterschiedlich in bestimmten polaren Lösungsmitteln lösen. Dieses Phänomen wurde zunächst im Extraktionsprozess für die Trennung von Butan und Buten genutzt, welches später zur Extraktivdestillation weiterentwickelt wurde.For the separation of butenes from C 4 streams, one can take advantage of the phenomenon that the various C 4 components dissolve differently in certain polar solvents. This phenomenon was initially used in the extraction process for the separation of butane and butene, which was later developed to extractive distillation.

Das Uhde Butenex®-Verfahren ist ein Extraktivdestillationsverfahren, in dem eine Mischung aus n-Formylmorpholin (NFM) sowie Morpholin (MOR) als Lösungsmittel genutzt wird. Da sich n-Butan und Isobutan nicht signifikant in diesem Lösungsmittel lösen, können diese als Kopfprodukt der Extraktivdestillation abgetrennt werden, während die im Lösungsmittelgemisch gelösten Butene als Sumpfprodukt weiter in eine Rückgewinnungskolonne überführt werden können, in der Lösungsmittel und Butenfraktion wieder voneinander getrennt werden. Die Rückgewinnungskolonne kann z.B. als Stripperkolonne ausgeführt sein.The Uhde Butenex ® process is an extractive distillation process using a mixture of n-formylmorpholine (NFM) and morpholine (MOR) as the solvent. Since n-butane and isobutane do not dissolve significantly in this solvent, they can be separated off as the top product of the extractive distillation, while the butenes dissolved in the solvent mixture can be further transferred as bottom product to a recovery column in which the solvent and butene fraction are separated again. The recovery column can be designed, for example, as a stripping column.

Eine Schwachstelle des konventionellen Extraktivdestillationsverfahrens besteht allerdings darin, dass bei bestimmten Zusammensetzungen des C4-Ausgangsmaterials der Extraktivdestillationsprozess mit relativ hohen Energieanforderungen verbunden ist. Dies führt dazu, dass das Trennverfahren für bestimmte Einsatzfälle nicht wirtschaftlich ist, da hohe Lösungsmittelumläufe erforderlich sind, um die gewünschten Produktspezifikationen zu erreichen. Diese Schwachstelle stellt sich insbesondere in Fällen, in denen hohe Produktausbeuten gewünscht sind. Hier sind bei C4-Ausgangsmaterialien mit hohem Anteil an n-Butan, 1-Buten und gegebenenfalls Isobuten (d.h. 30 Gew.-% oder mehr) und einem hohen Anteil von n-Butan (mehr als 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an n-Butan, 1-Buten und Isobuten) große Lösungsmittelumlaufraten erforderlich, um eine Ausbeute über 90% mit moderater Produktreinheit zu erreichen. Wird für solche Einsatzstoffe zusätzlich eine hohe Reinheit, z.B. von 99% angestrebt, wird die notwendige Lösungsmittelumlaufrate noch größer.A weak point of the conventional extractive distillation process, however, is that in certain compositions of the C 4 starting material the extractive distillation process is associated with relatively high energy requirements. As a result, the separation process is not economical for certain applications because high solvent cycles are required to achieve the desired product specifications. This weakness arises especially in cases where high product yields are desired. Here, for C 4 starting materials with a high proportion of n-butane, 1-butene and optionally isobutene (ie 30 wt.% Or more) and a high proportion of n-butane (more than 20 % By weight, based on the total amount of n-butane, 1-butene and isobutene), large solvent recycle rates are required to achieve over 90% yield with moderate product purity. If, in addition, a high purity, eg of 99%, is sought for such starting materials, the necessary solvent circulation rate becomes even greater.

Ursächlich hierfür könnte sein, dass sich n-Butan zu den meisten Butenisomeren als Schwersieder verhält, was die Einstellung der Prozessparameter, um n-Butan gemeinsam mit Isobutan als Kopfprodukt der Extraktivdestillationskolonne zu erhalten, schwierig macht.This could be due to the fact that n-butane behaves as a high boiler to most butene isomers, which makes setting the process parameters to obtain n-butane together with isobutane as the top product of the extractive distillation column difficult.

1-Buten stellt demgegenüber im Vergleich zu n-Butan einen Leichtsieder dar und kann nur mit Hilfe von Lösungsmittel als Sumpfprodukt der Extraktivdestillationskolonne realisiert werden. In der Folge ist ein C4-Feed (d.h. ein dem Prozess zugeführtes C4-Ausgangsmaterial) mit einem relativ hohen Anteil an n-Butan oder 1-Buten „ungünstig“ für das Verfahren, weil pro Einsatzmenge relativ mehr Lösungsmittel für die Trennung benötigt wird.Compared to n-butane, 1-butene, on the other hand, constitutes a low-boiling component and can only be realized with the aid of solvent as the bottom product of the extractive distillation column. In the sequence is a C 4 -Feed (ie one fed to the process C 4 starting material) having a relatively high proportion of n-butane or 1 Buten "unfavorable" for the process, because per amount used relatively more solvent for the separation is needed.

Nach dem Vorstehenden besteht ein Bedarf an einem Verfahren, in dem relativ geringe Lösungsmittelumlaufraten unabhängig von dem Butan- und insbesondere den n-Butangehalt eines C4-Feeds sowie unabhängig von der Butenzusammensetzung des C4-Produkts realisiert werden können. Die vorstehende Erfindung befasst sich mit diesem Bedarf.From the above, there is a need for a process in which relatively low solvent recycle rates can be realized independently of the butane and especially the n-butane content of a C 4 feed and independently of the butene composition of the C 4 product. The above invention addresses this need.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Trennung von C4-Kohlenwasserstoffen durch extraktive Destillation, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die C4-Kohlenwasserstoffe einer zweistufigen Trennung, umfassend

  1. (i) Fraktionierung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion, und
  2. (ii) extraktive Destillation der Leichtfraktion und/oder der Schwerfraktion,
unterworfen werden.According to a first aspect, the present invention relates to a process for the separation of C 4 -hydrocarbons by extractive distillation, which is characterized in that the C 4 -hydrocarbons of a two-stage separation comprising
  1. (i) fractionating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction, and
  2. (ii) extractive distillation of the light fraction and / or the heavy fraction,
be subjected.

Wenn im Vorstehenden von einer Leichtfraktion und einer Schwerfraktion die Rede ist, so soll dies die tiefersiedenden Bestandteile der betrachten C4-Kohlenwasserstoffe einerseits (Leichtfraktion) sowie die höhersiedenden Bestandteile der betrachten C4-Kohlenwasserstoffe andererseits (Schwerfraktion) bezeichnen. Die Angaben „tiefersiedend“ und „höhersiedend“ bezeichnen eine im Vergleich zu anderen Bestandteilen der C4-Kohlenwasserstoffe niedrigere bzw. höhere Siedetemperatur.If in the above by a light fraction and a heavy fraction are mentioned, as the lower boiling components to consider this is the C 4 hydrocarbons on the one hand (light fraction) and the higher-boiling constituents of the C 4 hydrocarbons consider other (heavy fraction) denote. The data "lower boiling" and "higher boiling" indicate a lower or higher boiling point compared to other constituents of the C 4 hydrocarbons.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leichtfraktion vorzugsweise Isobutan und 1-Buten/Isobuten. Dementsprechend umfasst die Schwerfraktion vorzugsweise n-Butan und 2-Butene. Die Leichtfraktion umfasst bevorzugt C4-Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt (NBP) unter -2°C. Die Schwerfraktion umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt C4-Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt (NBP) von mehr als -2°C. Die Bezeichnung „NBP“ bezeichnet hierbei nach allgemeinem Fachverständnis den „normal boiling point“ bei einem Druck von 101,3 kPa.In a preferred embodiment, the light fraction preferably comprises isobutane and 1 Butene / isobutene. Accordingly, the heavy fraction preferably comprises n-butane and 2 Butenes. The light fraction preferably comprises C 4 hydrocarbons having a boiling point (NBP) below -2 ° C. The heavy fraction according to the present invention preferably comprises C 4 -hydrocarbons having a boiling point (NBP) of more than -2 ° C. The term "NBP" refers here in the general technical understanding of the "normal boiling point" at a pressure of 101.3 kPa.

Wenn im Folgenden von „n-Buten“ die Rede ist, so bezeichnet dies lineare Butene einschließlich 1-Buten, 2-cis-Buten und 2-trans-Buten, nicht jedoch das nichtlineare Isobuten. Die Angabe „Buten“ umfasst hingegen alle Butenisomere, lineares Buten ebenso wie nicht-lineares und zyklisches Buten.The term "n-butene" below refers to linear butenes including 1-butene, 2-cis-butene and 2 but not the nonlinear isobutene. The term "butene", however, includes all butenisomers, linear butene as well as non-linear and cyclic butene.

Wenn in der vorliegenden Erfindung von Anteilen in Prozent die Rede ist, so ist dies als eine Massenprozentangabe aufzufassen, soweit nichts Anderes angegeben ist.If percentages are referred to in the present invention, this shall be construed as a percentage by mass, unless otherwise specified.

Wenn im Folgenden im Zusammenhang mit der Extraktivdestillation von „Lösungsmittel“ die Rede ist, so umfasst diese Bezeichnung - soweit nicht ausdrücklich anderweitig benannt - auch Gemische von Lösungsmitteln.When "solvent" is mentioned below in connection with the extractive distillation, this term also includes mixtures of solvents unless expressly stated otherwise.

Die Fraktionierung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion kann gemäß gängigen Verfahren zur destillativen Trennung von C4-Kohlenwasserstofffraktionen erfolgen. Die destillative Trennung kann dabei in für die Auftrennung solcher Kohlenwasserstoffgemische üblicherweise eingesetzten Apparaturen durchgeführt werden. Solche Apparaturen beinhalten zum Beispiel Destillations- oder Fraktionierungskolonnen.The fractionation of the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction can be carried out according to standard methods for the distillative separation of C 4 hydrocarbon fractions. The distillative separation can be carried out in apparatuses commonly used for the separation of such hydrocarbon mixtures. Such apparatuses include, for example, distillation or fractionation columns.

Bevorzugt wird die Trennung in einer Superfraktionierungskolonne durchgeführt. Der Zulauf zu dieser Kolonne erfolgt vorzugsweise in der unteren Hälfte, bevorzugt im unteren Drittel der Kolonne. Wegen der engen Siedelage des zu trennenden Gemischs weist die Kolonne vorzugsweise 20 oder mehr, bevorzugt 35 oder mehr, und besonders bevorzugt 45 oder mehr theoretische Trennstufen auf. Andererseits wird die Trennung mit mehr als 120 Trennstufen nicht mehr wesentlich besser, so dass als sinnvolle Obergrenze für die Zahl der Trennstufen eine Anzahl von 120, insbesondere 100 und bevorzugt 90 angegeben werden kann. Ganz besonders bevorzugt weist die Trennkolonne etwa 50 bis 80 theoretische Trennstufen auf. Das Rücklaufverhältnis (Rücklaufmenge zu Destillatabnahme) beträgt, in Abhängigkeit von der realisierten Stufenzahl und vom Betriebsdruck, vorzugsweise ≤ 20, bevorzugt < 16, und besonders bevorzugt < 14. Das Rücklaufverhältnis sollte andererseits mindestens 2, und bevorzugt mindestens 3 betragen. Als besonders geeignet für das Rücklaufverhältnis kann ein Bereich von etwa 4 bis 12 angegeben werden, Die Kondensation kann gegen Kühlwasser oder Luft durchgeführt werden.The separation is preferably carried out in a superfractionation column. The feed to this column is preferably in the lower half, preferably in the lower third of the column. Because of the close boiling position of the mixture to be separated, the column preferably 20 or more, preferred 35 or more, and more preferably 45 or more theoretical plates. On the other hand, the separation with more than 120 Separators no longer significantly better, so that as a reasonable upper limit for the number of separation stages a number of 120 , especially 100 and preferred 90 can be specified. Most preferably, the separation column has approximately 50 to 80 theoretical plates on. The reflux ratio (amount of reflux to distillate decrease), depending on the realized number of stages and the operating pressure, preferably ≤ 20, preferably <16, and particularly preferably <14. The reflux ratio should on the other hand at least 2 , and preferably at least 3 be. Particularly suitable for the reflux ratio may be a range of about 4 to 12 The condensation can be carried out against cooling water or air.

Der Destillatbehälter wird vorzugsweise als Flüssigkeit-Flüssigkeit-Abscheider ausgeführt. Dadurch kann gegebenenfalls im Zulaufstrom enthaltenes Wasser als zweite Phase im Destillatbehälter abgetrennt werden und es kann ein technisch wasserfreies Sumpfprodukt erhalten werden.The distillate container is preferably designed as a liquid-liquid separator. As a result, any water contained in the feed stream can optionally be separated off as the second phase in the distillate vessel, and a technically anhydrous bottom product can be obtained.

Die Trennung im Rahmen der Fraktionierung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion wird vorzugsweise bei einem Druck von 4 bis 12 bar absolut (bara), bevorzugt bei einem Druck von 5 bis 8 bara, durchgeführt. Die Temperatur, bei welcher die Trennung durchgeführt wird, beträgt vorzugsweise 35 bis 80°C, bevorzugt 40 bis 60°C.The separation in the fractionation of the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction is preferably carried out at a pressure of 4 to 12 bar absolute (bara), preferably at a pressure of 5 to 8th bara, performed. The temperature at which the separation is carried out is preferably 35 to 80 ° C, preferably 40 up to 60 ° C.

Zur Beheizung des Verdampfers der Kolonne kann ein üblicher Wärmeträger, wie zum Beispiel Dampf oder Warmwasser, sowie bevorzugt Abwärme aus anderen Prozessen eingesetzt werden. Im letzteren Fall kann es vorteilhaft sein, die Kolonne mit mehr als einem Verdampfer auszustatten. Die Kolonne wird bevorzugt als einfache Kolonne mit mindestens einem Verdampfer und mindestens einem Kondensator ausgerüstet. Wegen des hohen Energiebedarfs und der kleinen Temperaturdifferenz zwischen Sumpf und Kopf der Kolonne sind Energiesparschaltungen besonders bevorzugte Ausführungsformen. Exemplarisch sei hier die Methode der Brüden-Verdichtung erwähnt.To heat the evaporator of the column, a conventional heat transfer medium, such as steam or hot water, and preferably waste heat from other processes can be used. In the latter case, it may be advantageous to equip the column with more than one evaporator. The column is preferably equipped as a simple column with at least one evaporator and at least one condenser. Because of the high energy demand and the small temperature difference between the bottom and top of the column energy saving circuits are particularly preferred embodiments. As an example, the method of vapor compression is mentioned here.

Eine weitere besonders bevorzugte Schaltung ist eine Zweidruckschaltung (Double Effect Distillation) in Integration mit einer zweiten Kolonne. Die zweite Kolonne kann bevorzugt eine nachgeschaltete Kolonne mit gleicher oder unterschiedlicher Trennaufgabe sein. Dabei wird eine der Kolonnen bei einem so hohen Druck betrieben, dass ihre Kondensationstemperatur zur Beheizung der anderen Kolonne ausreicht.Another particularly preferred circuit is a double-pressure distillation (double effect distillation) in integration with a second column. The second column may preferably have a downstream column be the same or different separation task. In this case, one of the columns is operated at such a high pressure that their condensation temperature is sufficient to heat the other column.

Im Rahmen der extraktiven Destillation der Leichtfraktion und/oder der Schwerfraktion (Schritt (ii)) ist es bevorzugt, wenn n-Formylmorpholin (NFM) als Hauptlösungsmittel einbezogen wird. Die Bezeichnung „Hauptlösungsmittel“ hat die Bedeutung, dass das n-Formylmorpholin den größten Massenprozentanteil des Lösungsmittels in der extraktiven Destillation stellt, d.h. bei einem Gemisch aus zwei Lösungsmitteln mindestens 50 Massenprozent des gesamten Lösungsmittels und bei einem Gemisch aus drei Lösungsmittel den höchsten Massenprozentanteil der beteiligten Komponenten. Das Hauptlösungsmittel kann auch 100% des verwendeten Lösungsmittels ausmachen.In the extractive distillation of the light fraction and / or heavy fraction (step (ii)), it is preferred to include n-formylmorpholine (NFM) as the main solvent. The term "main solvent" has the meaning that the n-formylmorpholine represents the largest mass percentage of the solvent in the extractive distillation, ie at least a mixture of two solvents 50 Percent by mass of the total solvent and in a mixture of three solvents, the highest percentage by mass of the components involved. The main solvent can also make up 100% of the solvent used.

Das Hauptlösungsmittel kann gegebenenfalls mit einem oder mehreren Co-Lösungsmitteln kombiniert werden. Ein geeignetes Co-Lösungsmittel ist beispielsweise Morpholin. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser Lösungsmittel oder dieses Lösungsgemischs beschränkt, so dass auch andere Lösungsmittelgemische, wie beispielsweise n-Formylmorpholin im Gemisch mit Methylethylketon (MEK) oder auch n-Formylmorpholin im Gemisch mit N,N'-Diformylpiperazin (DFP) in Schritt (ii) des erfindungsgemäßen Verfahrens einbezogen werden können. Ein weiteres verwendbares Lösungsmittel ist N-Methylpyrrolidon (NMP) oder N-Ethylpyrrolidon (NEP) oder eine Mischung aus NMP und NEP. Ebenso kann Acetonitril, Dimethylformamid oder Hexan unter Zumischung von Dimethylformamid als Lösungsmittel verwendet werden, wie dies in EP 0 505 238 B1 oder dem dort angegebenen Stand der Technik beschrieben wird.Optionally, the principal solvent may be combined with one or more co-solvents. A suitable co-solvent is, for example, morpholine. However, the process according to the invention is not restricted to the use of these solvents or of this mixed solution, so that other solvent mixtures, such as, for example, n-formylmorpholine mixed with methyl ethyl ketone (MEK) or n-formylmorpholine in admixture with N, N'-diformylpiperazine (DFP ) can be included in step (ii) of the method according to the invention. Another useful solvent is N-methylpyrrolidone (NMP) or N-ethylpyrrolidone (NEP) or a mixture of NMP and NEP. It is likewise possible to use acetonitrile, dimethylformamide or hexane with the admixture of dimethylformamide as solvent, as described in US Pat EP 0 505 238 B1 or the prior art given there.

Geeignete C4-Feeds-, die in das erfindungsgemäße Verfahren einbezogen werden können, sind wie vorstehend angegeben vor allem C4-Kohlenwasserstoffströme aus dem Fluid Catalytic Cracking (FCC) und Steam Cracking (SC). Beispielhafte Zusammensetzungen solcher C4-Stoffströme sind in der folgenden Tabelle angegeben: C4-Komponente SC FCC [Gew.-%] [Gew.-%] 1,3 Butadien 35-50 0-0,5 Isobuten 15-30 10-25 2-cis-Buten 5-10 10-20 2-trans-Buten 5-10 10-20 1-Buten 5-20 10-25 Isobutan 1-5 20-40 n-Butan 1-10 10-20 Suitable C 4 feeds which can be included in the process according to the invention are, as indicated above, above all C 4 -hydrocarbon streams from the fluid catalytic cracking (FCC) and steam cracking (SC). Exemplary compositions of such C 4 fuel streams are given in the following table: C4 component SC FCC [Wt .-%] [Wt .-%] 1,3 butadiene 35-50 0-0.5 isobutene 15-30 10-25 2-cis-butene 5-10 10-20 2-trans-butene 5-10 10-20 1-butene 5-20 10-25 isobutane 1-5 20-40 n-butane 1-10 10-20

Wenn das C4-Feedmaterial signifikante Anteile an Butadien enthält, können diese bei Bedarf aus der Mischung entfernt werden, bevor das Feedmaterial in das erfindungsgemäße Verfahren aufgegeben wird. Ein geeignetes, hierzu verwendbares Verfahren ist z.B. eine Extraktivdestillation zur Butadiengewinnung oder eine selektive Hydrierung zur Umwandlung von Butadien zu 1-Buten und 2-Buten. Isobuten kann bei Bedarf durch eine Veretherung, z.B. MTBE-Synthese vorab entfernt werden.If the C 4 feed contains significant levels of butadiene, these may be removed from the mixture as needed before feeding the feed into the process of the present invention. A suitable process which can be used for this purpose is, for example, an extractive distillation for butadiene recovery or a selective hydrogenation for the conversion of butadiene 1 -Buten and 2 Butene. If necessary, isobutene can be removed beforehand by etherification, eg MTBE synthesis.

Wie vorstehend geschildert, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Energiebedarf für die Trennung von C4-Kohlenwasserstoffen, die reich an n-Butan und 1-Buten/Isobuten sind, signifikant reduziert werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es entsprechend bevorzugt, wenn die C4-Kohlenwasserstoffe, die als Feed in das Verfahren einbezogen werden, einen Anteil von mindestens 30 Gew.-% und bevorzugt mehr als 50 Gew.-% an n-Butan, 1-Buten und Isobuten bezogen auf die Feedmenge aufweisen und wobei der n-Butananteil, bezogen auf die Gesamtmenge an n-Butan, 1-Buten und Isobuten im Bereich von 20 bis 80 Gew.-% und bevorzugt 40 bis 60 Gew.-% liegt. As described above, with the process according to the invention, the energy requirement for the separation of C 4 -hydrocarbons rich in n-butane and 1 -Buten / isobutene, are significantly reduced. For the process according to the invention, it is correspondingly preferred if the C 4 hydrocarbons which are included as feed in the process, a proportion of at least 30 Wt .-% and preferably more than 50 Wt .-% of n-butane, 1-butene and isobutene based on the feed amount and wherein the n-butane content, based on the total amount of n-butane, 1-butene and isobutene in the range of 20 to 80 Wt .-% and preferred 40 to 60 % By weight.

Für ein konventionelles Trennungsverfahren ist der Energiebedarf am höchsten, wenn n-Butan und 1-Buten/Isobuten im zu trennenden Gemisch in einem Verhältnis von etwa 1:1 vorliegen. Im Rahmen der geschilderten Erfindung lassen sich daher besonders große Energieeinsparungen realisieren, wenn das Verhältnis von Butan und 1-Buten/Isobuten im Bereich von 2:1 bis 1:2 und insbesondere 1,5:1 bis 1:1,5 liegt. C4-Kohlenwasserstoffe, die diese Vorgaben erfüllen, sind daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt.For a conventional separation process, the energy demand is highest when n-butane and 1 Butylene / isobutene in the mixture to be separated in a ratio of about 1: 1. In the context of the described invention, therefore, particularly large energy savings can be realized when the ratio of butane and 1 -Butene / isobutene in the range from 2: 1 to 1: 2 and in particular 1.5: 1 to 1: 1.5. C 4 -hydrocarbons which fulfill these requirements are therefore particularly preferred in the context of the present invention.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlagezur Trennung von C4-Kohlenwasserstoffen, die eine Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion, mindestens eine dieser Vorrichtung in Fließrichtung nachgeschaltete Destillationskolonne für eine extraktive Destillation und mindestens eine der Destillationskolonne in Fließrichtung nachgeschaltete Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel aufweist. Another aspect of the present invention relates to a plant for the separation of C 4 hydrocarbons, which comprises a device for separating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction, at least one downstream of this device distillation column for an extractive distillation and at least one of the distillation column downstream device for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation has.

Für bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion kann auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden.For preferred embodiments of the device for the separation of the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction, reference may be made to the above statements on the method according to the invention.

In der Destillationskolonne für die extraktive Destillation werden die C4-Kohlenwasserstoffe mit einem Lösungsmittelgemisch in Kontakt gebracht, so dass sich die ungesättigten Bestandteile in dem Lösungsmittel lösen und als Sumpfprodukt abgetrennt werden können. Gesättigte C4-Kohlenwasserstoffe können hingegen aus der Gasphase des Extraktionsverfahrens abgetrennt werden (Kopfprodukt).In the distillation column for the extractive distillation, the C 4 -hydrocarbons are brought into contact with a solvent mixture, so that the unsaturated constituents dissolve in the solvent and can be separated off as the bottom product. Saturated C 4 hydrocarbons, however, can be separated from the gas phase of the extraction process (overhead product).

In der der Destillationskolonne für die extraktive Destillation nachgeschalteten Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel werden die C4-Kohlenwasserstoffe beispielsweise durch Verminderung des Drucks aus dem Lösungsmittel ausgetrieben. Hierzu kann es zweckmäßig sein, wenn der Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel ein Verdampfer nachgeschaltet wird, der mit einem Druck P2 betrieben wird, der niedriger ist als der Druck P1 im Sumpf der Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der Extraktivdestillation verwendeten Lösungsmittel, wobei die aus dem Verdampfer austretenden Dämpfe kondensiert, gesammelt und in die Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel zurückgeführt werden, während das Lösungsmittel im flüssigen Zustand aus dem Sumpf des Verdampfers abgezogen und in die Destillationskolonne für eine extraktive Destillation zurückgeleitet wird. Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise in der DE 41 31 938 A1 beschrieben.In the distillation column for the extractive distillation downstream device for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation, the C 4 hydrocarbons are expelled, for example, by reducing the pressure from the solvent. For this purpose, it may be useful if the device for separating C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation an evaporator is followed, which is operated at a pressure P 2, which is lower than the pressure P 1 in the sump of the device for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation, wherein the vapors leaving the evaporator are condensed, collected and recycled to the C 4 hydrocarbon removal device from the solvent used in the extractive distillation while the solvent withdrawn in the liquid state from the bottom of the evaporator and is returned to the distillation column for an extractive distillation. Corresponding devices are for example in the DE 41 31 938 A1 described.

In einer besonders bevorzugten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage weist diese Zuleitungen für die Leichtfraktion und die Schwerfraktion zu jeweiligen Destillationskolonnen zur extraktiven Destillation der Leichtfraktion und der Schwerfraktion auf, wobei den Destillationskolonnen zur extraktiven Destillation jeweils Vorrichtungen zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel in Fließrichtung nachgeschaltet sind. Demzufolge weist diese Ausführungsform der Anlage zwei Destillationskolonnen zur extraktiven Destillation und zwei Vorrichtungen zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel auf.In a particularly preferred first embodiment of the system according to the invention, these supply lines for the light fraction and the heavy fraction to respective distillation columns for extractive distillation of the light fraction and the heavy fraction, wherein the distillation columns for extractive distillation respectively devices for the separation of C 4 hydrocarbons from in the extractive distillation solvents used are downstream in the flow direction. Accordingly, this embodiment of the plant comprises two distillation columns for extractive distillation and two devices for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation.

Alternativ weist die Anlage in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform Zuleitungen für die Leichtfraktion und die Schwerfraktion und zu jeweiligen Destillationskolonnen zur extraktiven Destillation auf, wobei jedoch die Destillationskolonnen zur extraktiven Destillation Überleitungen zu einer gemeinsamen Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel aufweisen. Während diese Ausführungsform gegenüber der vorgenannten den Vorteil aufweist, dass weniger apparativer Aufbau erforderlich ist, weist sie den Nachteil auf, dass als Produkt zwangsläufig ein Gemisch aller Butenisomere erhalten wird. Die erstgenannte Ausführungsform liefert hingegen Butenprodukte, indem 1-Buten und Isobuten räumlich getrennt von 2-Butenen (cis und trans) erhalten werden.Alternatively, the plant in a second preferred embodiment, supply lines for the light fraction and heavy fraction and to respective distillation columns for extractive distillation, but the distillation columns for extractive distillation transfers to a common device for the separation of C 4 hydrocarbons from that in the extractive distillation have used solvents. While this embodiment has the advantage over the above that less apparatus construction is required, it has the disadvantage that a mixture of all butene isomers is inevitably obtained as a product. The former embodiment, however, provides butene products by 1 -Butene and isobutene spatially separated from 2 -Butenes (cis and trans) are obtained.

In einer dazu alternativen dritten bevorzugten Ausführungsform weist die Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung Vorratsbehälter, bevorzugt zwei Vorratsbehälter, auf, die der Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion in Fließrichtung nachgeschaltet sind und denen demzufolge die Leichtfraktion und die Schwerfraktion zugeleitet werden. Von diesen Vorratsbehältern sollte mindestens einer fließfähig, insbesondere offen, mit einer Vorrichtung zur extraktiven Destillation verbunden sein. Bevorzugt weist die Anlage Zuleitungen von den Vorratsbehältern in die Vorrichtung zur Extraktivdestillation auf, die durch entsprechende Durchflusseinrichtungen, z.B. in Form von Armaturen, Ventilen oder Hähnen, regelbar geschaltet sind, so dass in der Anlage nach Bedarf entweder die Zuleitung vom ersten Vorratsbehälter oder die Zuleitung vom zweiten Vorratsbehälter geöffnet ist.In an alternative to the third preferred embodiment, the plant according to the present invention, reservoir, preferably two reservoirs, which are connected downstream of the device for separating the C 4 hydrocarbons in a light fraction and a heavy fraction in the flow direction and which consequently the light fraction and the heavy fraction be forwarded. Of these storage containers should be at least one flowable, in particular open, connected to a device for extractive distillation. Preferably, the system has supply lines from the storage containers in the device for extractive distillation, which are connected controllable by appropriate flow devices, for example in the form of valves, valves or taps, so that in the system as needed, either the supply line from the first reservoir or the supply line is opened from the second reservoir.

Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass sie eine semikontinuierliche Prozessführung erlaubt, wobei die Leichtfraktion und die Schwerfraktion aus der Fraktionierung der C4-Kohlenwasserstoffe zunächst in den Vorratsbehältern zwischengelagert werden, und, je nach Bedarf, der Destillationskolonne für eine extraktive Destillation und der dieser in Fließrichtung nachgeschalteten Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel zugeführt werden können. Da die Prozessführung in Bezug auf das verwendete Lösungsmittel und die Verfahrensbedingungen für die Schwerfraktion und die Leichtfraktion vergleichbar ist, kann so die gleiche Destillationskolonne und Vorrichtung zur nachgeschalteten Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel für die Trennung in die Endprodukte verwendet werden.This embodiment has the advantage that it allows a semi-continuous process, wherein the light fraction and the heavy fraction from the fractionation of C 4 hydrocarbons are stored first in the reservoirs, and, as needed, the distillation column for an extractive distillation and this in the flow direction downstream device for the separation of C 4 hydrocarbons can be supplied from the solvent used in the extractive distillation. Since the process control is comparable in terms of the solvent used and the process conditions for the heavy fraction and the light fraction, so the same distillation column and apparatus for downstream separation of C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation for the separation into the final products be used.

Durch die Verwendung eines Wärmepumpensystems kann der Energiebedarf für die Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion minimiert werden. Für die erfindungsgemäße Anlage ist es daher bevorzugt, wenn die Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion ein Wärmepumpensystem aufweist. Ein Beispiel für ein geeignetes Wärmepumpensystem beruht auf der Kompression der Kopfdämpfe. Dabei ist der Fraktionierungskolonne ein Kompressor nachgeschaltet, mit dem die Leichtfraktion komprimiert und dadurch weiter erhitzt wird. Nach der Kompression wird die Leichtfraktion zu einem flüssigen Produkt abgekühlt, indem in einem Aufkocher der Fraktionierkolonne im Gegenzug Wärme zur Verdampfung der Schwerfraktion übertragen wird. Sowohl der im Wärmetauscher erwärmte Teil der Schwerfraktion als auch ein Teil der im Wärmetauscher abgekühlten Leichtfraktion (Kolonnenrücklauf) wird anschließend zurück in die Fraktionierungskolonne geleitet.By using a heat pump system, the energy requirements for the C 4 hydrocarbon separation apparatus can be minimized to a light fraction and a heavy fraction. It is therefore preferred for the system according to the invention if the device for separating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction has a heat pump system. An example of a suitable heat pump system is based on the compression of the overhead vapors. In this case, the fractionation column is followed by a compressor, with which the light fraction is compressed and thereby further heated. After compression, the light fraction is cooled to a liquid product by, in turn, transferring heat to evaporate the heavy fraction in a reboiler of the fractionating column. Both the part of the heavy fraction heated in the heat exchanger and part of the light fraction (column reflux) cooled in the heat exchanger are then passed back into the fractionating column.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer Trennungssequenz, umfassend eine Fraktionierung von C4-Kohlenwasserstoffen in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion und eine extraktive Destillation der Leichtfraktion und/oder der Schwerfraktion, wobei die C4-Kohlenwasserstoffe einen Anteil von mindestens 30 Gew.-% und bevorzugt mehr als 50 Gew.-% an n-Butan, 1-Buten und Isobuten aufweisen und wobei der n-Butananteil, bezogen auf das Gesamtgewicht an n-Butan, 1-Buten und Isobuten im Bereich von 20 bis 80 Gew.-% und bevorzugt 40 bis 60 Gew.-% liegt.Another aspect of the present invention relates to the use of a separation sequence comprising a fractionation of C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction and an extractive distillation of the light fraction and / or the heavy fraction, the C 4 hydrocarbons having a proportion of at least 30 Wt .-% and preferably more than 50 Wt .-% of n-butane, 1-butene and isobutene and wherein the n-butane content, based on the total weight of n-butane, 1-butene and isobutene in the range of 20 to 80 Wt .-% and preferred 40 to 60 % By weight.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die beschriebenen Anlagen eignen sich insbesondere für die Trennung von für die Extraktivdestillation „ungünstigen“ Ausgangsmaterialien (mit originär hohem Lösungsmittelumlauf), da bei diesen der Energieverbrauch des Trennverfahrens nunmehr aufgrund der geringeren Lösungsmittelumlaufraten signifikant reduziert werden kann.The process according to the invention and the plants described are particularly suitable for the separation of "unfavorable" for the extractive distillation starting materials (with original high solvent circulation), since in these the energy consumption of the separation process can now be significantly reduced due to the lower solvent circulation rates.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt eine Anlage gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, bei der der Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion 1 zwei Destillationskolonnen zur extraktiven Destillation 2, 3 nachgeschaltet sind und diesen Destillationskolonnen jeweils Vorrichtungen zur Abtrennung der C4-Kohlenwasserstoffe aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel 4, 5 nachgeschaltet sind. Über die Zuleitungen 6 und 7 wird die Leicht- bzw. die Schwerfraktion aus der Vorrichtung 1 zu den Vorrichtungen 2 und 3 geleitet. Aus diesen Vorrichtungen entweicht das Kopfprodukt über die Ableitungen 8 und 9, während das Sumpfprodukt über die Überleitungen 10 und 11 in jeweilige Vorrichtungen zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel 4, 5 übergeleitet wird. Das über diesen Prozess zurückgewonnene Lösungsmittel wird anschließend über die Leitungen 14, 15 zurück in die Destillationskolonnen zur Extraktivdestillation 2, 3 geleitet, während die aus dem Lösungsmittel freigesetzten C4-Kohlenwasserstofffraktionen über die Ableitungen 12 und 13 abgeleitet werden. 1 shows a plant according to the first preferred embodiment, as described above, in the apparatus for separating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction 1 two distillation columns for extractive distillation 2 . 3 and these distillation columns are each devices for separating the C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation 4 . 5 are downstream. About the supply lines 6 and 7 becomes the light or the heavy fraction of the device 1 to the devices 2 and 3 directed. From these devices escapes the overhead product on the derivatives 8th and 9 while the bottoms product over the transitions 10 and 11 in respective devices for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation 4 . 5 is transferred. The solvent recovered via this process is then passed through the lines 14 . 15 back to the distillation columns for extractive distillation 2 . 3 while the C 4 hydrocarbon fractions liberated from the solvent pass through the effluents 12 and 13 be derived.
  • 2 zeigt eine Anlage gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei diese Vorrichtung eine für die Extraktivdestillation 2, 3 gemeinsame Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel 4 aufweist. 2 shows a plant according to the preferred second embodiment of the present invention described above, this apparatus being one for the extractive distillation 2 . 3 common device for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation 4 having.
  • 3 zeigt schließlich eine Anlage gemäß der oben beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsform, die der Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion 1 nachgeschaltete Vorratsbehälter 16, 17 aufweist. In 3A ist der Vorratsbehälter 16 über eine Zuleitung 6A mit der Vorrichtung zur Extraktivdestillation 2 verbunden. In 3B ist alternativ dazu der Vorratsbehälter 17 über die Zuleitung 7A mit der Vorrichtung zur Extraktivdestillation 2 verbunden. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die entsprechende Vorrichtung zweckmäßig sowohl Zuleitungen vom Vorratsbehälter 16, als auch vom Vorratsbehälter 17 in die Vorrichtung zur Extraktivdestillation 2 auf, die durch entsprechende Ventile regelbar geschaltet sind, so dass in der Vorrichtung nach Bedarf entweder die Zuleitung 6A oder die Zuleitung 7A geöffnet sein. 3 shows finally a system according to the third preferred embodiment described above, the apparatus for separating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction 1 downstream reservoir 16, 17 has. In 3A is the reservoir 16 via a supply line 6A with the device for extractive distillation 2 connected. In 3B is alternatively the reservoir 17 via the supply line 7A with the device for extractive distillation 2 connected. As can be seen from the drawing, the corresponding device expediently both leads from the reservoir 16, as well as from the reservoir 17 in the device for extractive distillation 2 on, which are controllably connected by respective valves, so that in the device as needed, either the supply line 6A or the supply line 7A to be open.

Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher illustriert werden, die jedoch in keiner Weise maßgeblich für die Bewertung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung sein sollen.In the following, the present invention will be further illustrated by way of examples, which, however, are not intended to be in any way material to the evaluation of the scope of the present invention.

Beispiele: Examples:

In der folgenden Tabelle wird illustriert, wie sich die Normalsiedepunkte der Butanisomere durch den Zusatz von NFM/MOR als Lösungsmittel verändern. C4-Komponente NBP* [°C] NBP [°C] in NFM/MOR* Isobutan -11,7 -11,7 1-Buten -6,3 ca. +10 Isobuten -6,9 ca. +7 1,3-Butadien -4,4 ca. +12 2-trans-Buten +0,9 ca. +16 n-Butan -0,5 -0,5 2-cis-Buten +3,7 ca. +21 * NFM/MOR = 1:1 The following table illustrates how the normal boiling points of the butane isomers change by the addition of NFM / MOR as the solvent. C4 component NBP * [° C] NBP [° C] in NFM / MOR * isobutane -11.7 -11.7 1-butene -6.3 about +10 isobutene -6.9 about +7 1,3-butadiene -4.4 approx. +12 2-trans-butene +0.9 approx. +16 n-butane -0.5 -0.5 2-cis-butene +3.7 approx. +21 * NFM / MOR = 1: 1

Aus der Tabelle wird ersichtlich, dass alle Butenisomere in einer NFM/MOR-Lösungsmittelmischung höhere Siedepunkte aufweisen als die Butanisomere. Dennoch liegen die Siedepunkte von Isobuten (ca. +7°C) und n-Butan (-0,5°C) noch recht nah beieinander. Trennt man in einem ersten Schritt die C4-Komponenten in eine Schwerfraktion (n-Butan und 2-Butenisomere) und eine Leichtfraktion (Isobutan, 1-Buten, Isobuten und 1,3-Butadien), so besteht bei der anschließenden Extraktivdestillation der Leichtfraktion ein Siedepunktsunterschied zwischen Isobutan und dem Butenisomer mit dem niedrigsten Siedepunkt (Isobuten) von etwa 19°C. Bei der Schwerfraktion besteht ein minimaler Siedepunktsunterschied zwischen n-Butan und Butenisomeren von etwa 16,5°C. Dies hat einen geringeren Lösungsmittelbedarf zur Folge, um in Bezug auf Reinheit oder Ausbeute ähnliche Spezifikationen zur erreichen.It can be seen from the table that all butene isomers in an NFM / MOR solvent mixture have higher boiling points than the butane isomers. Nevertheless, the boiling points of isobutene (about + 7 ° C) and n-butane (-0.5 ° C) are still quite close to each other. In a first step, the C 4 components are separated into a heavy fraction (n-butane and 2 Butene-isomers) and a light fraction (isobutane, 1-butene, isobutene and 1,3-butadiene), so there is a boiling point difference between isobutane and the butene isomer with the lowest boiling point (isobutene) of about 19 ° C in the subsequent extractive distillation of the light fraction. For the heavy fraction, there is a minimal boiling point difference between n-butane and butene isomers of about 16 , 5 ° C. This results in lower solvent requirements to achieve similar specifications in terms of purity or yield.

Beispiel 1:Example 1:

Im Folgenden wurde eine theoretische Berechnung der Energiebilanz einer konventionellen Trennung (nur extraktive Destillation) gegenüber einer Trennung mit einer der extraktiven Destillation vorgeschalteten destillativen Vortrennung durchgeführt. Die hierfür zugrunde gelegte C4-Feedzusammensetzung enthielt ca. 57 Gew.-% an n-Butan, Buten-1 und Isobuten, wobei n-Butan etwa 40 Gew.-% der Gesamtmenge an n-Butan, Buten-1 und Isobuten ausmachte. Die zugrunde gelegte Zusammensetzung ergibt sich wie folgt: 1,3 Butadien 0,1 Gew.-% Isobuten 1,6 Gew.-% 2-cis-Buten 13,2 Gew.-% 2-trans-Buten 18,0 Gew.-% 1-Buten 31,9 Gew.-% Isobutan 12,0 Gew.-% n-Butan 23,2 Gew.-% In the following, a theoretical calculation of the energy balance of a conventional separation (only extractive distillation) was carried out compared to a separation with a pre-separation upstream of the extractive distillation. The underlying C 4 feed composition contained about 57% by weight of n-butane, butene 1 and isobutene, with n-butane being about 40 Wt .-% of the total amount of n-butane, butene 1 and isobutene. The underlying composition is as follows: 1,3 butadiene 0.1% by weight isobutene 1.6% by weight 2-cis-butene 13.2% by weight 2-trans-butene 18.0% by weight 1-butene 31.9% by weight isobutane 12.0% by weight n-butane 23.2% by weight

Prozessperformance:Process performance:

Der eingeführte spezifische Aufwandsindex ist ein Maß für den Bedarf an Betriebsmitteln (Dampf, Kühlwasser, Elektrizität) und ist damit relevant sowohl für OPEX als auch für CAPEX. KONV Erfindung Verbesserung/ Ersparnis spezifischer Aufwandsindex 100 62.5 - 37.5% Produkte (absolut) Butan Ausbeute 0.95 0.98 + 0.03 Butan Reinheit 0.78 0.90 + 0.12 Buten Ausbeute 0.85 0.90 + 0.05 Buten Reinheit 0.97 0.99 + 0.02 Betriebsmittel [normiert] (relativ) Kühlwasser 100 67 - 33.3% HD Dampf (230°C für Stripper) 1.50 0.65 - 55.5% MD Dampf (160°C für ED) 0.80 0.65 - 18.8% ND Dampf (80°C für Vorkolonne) 0.00 0.60 n.a. HD + MD Dampf 2.30 1.30 - 42.5% Dampf Summe (HD + MD + ND) 2.30 1.90 - 16% The introduced specific effort index is a measure of the demand for operating resources (steam, cooling water, electricity) and is thus relevant for both OPEX and CAPEX. CONV invention Improvement / savings specific effort index 100 62.5 - 37.5% Products (absolutely) Butane yield 0.95 0.98 + 0.03 Butane purity 0.78 0.90 + 0.12 Butene yield 0.85 0.90 + 0.05 Butene purity 0.97 0.99 + 0.02 Equipment [normalized] (relative) cooling water 100 67 - 33.3% HD steam (230 ° C for stripper) 1:50 0.65 - 55.5% MD steam (160 ° C for ED) 0.80 0.65 - 18.8% ND steam (80 ° C for pre-column) 00:00 0.60 n / A HD + MD steam 30.2 1.30 - 42.5% Steam sum (HD + MD + ND) 30.2 1.90 - 16%

Gegenüber dem konventionellen destillativen Verfahren ohne Vortrennung (KONV), bei dem Butane und Butene nur mit einem hohen Aufwand getrennt werden können, erreicht das erfindungsgemäße Verfahren (Erfindung) mit Vorkolonne mit moderatem Aufwand eine deutlich bessere Prozessperformance (d.h. eine bessere Produktausbeute und eine höhere Produktreinheit).Compared with the conventional distillation process without preliminary separation (KONV), in which butanes and butenes can be separated only with great effort, the inventive method (invention) with pre-column with moderate effort significantly better process performance (ie, a better product yield and higher product purity ).

Die Dampf- und Kühlwasserverbräuche sind beim erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls niedriger. Weiterhin werden die Hochdruck(HD)- und Mitteldruck(MD)-Dampfverbräuche wesentlich reduziert. Der im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich benötigte Niederdruck(ND)-Dampf ist weniger wertvoll als der HD- oder MD-Dampf und ist als dem Prozess abzuführender Dampf (Abdampf) oftmals schon vorhanden. Zudem kann der Verbrauch durch verschiedene Wärmeintegrationsmöglichkeiten noch weiter reduziert werden.The steam and cooling water consumption are also lower in the process according to the invention. Furthermore, the high pressure (HD) and medium pressure (MD) steam consumption are significantly reduced. The additionally required in the process according to the invention low pressure (LP) vapor is less valuable than the HD or MD steam and as the process dissipated steam (Abdampf) often already exist. In addition, the consumption can be further reduced by various heat integration options.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Trennvorrichtung der C4-Kohlenwasserstoffe in Leicht- und SchwerfraktionSeparator of C 4 hydrocarbons in light and heavy fraction
22
Vorrichtung zur extraktiven DestillationApparatus for extractive distillation
33
Vorrichtung zur extraktiven DestillationApparatus for extractive distillation
44
Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten LösungsmittelDevice for the separation of C 4 -hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation
55
Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten LösungsmittelDevice for the separation of C 4 -hydrocarbons from the solvent used in the extractive distillation
66
Zuleitungsupply
6A6A
Zuleitungsupply
77
Zuleitungsupply
7A7A
Zuleitungsupply
88th
Ableitung für KopfproduktDerivation for top product
99
Ableitung für KopfproduktDerivation for top product
1010
Überleitungreconciliation
1111
Überleitungreconciliation
1212
Ableitung für C4-Kohlenwasserstoffe aus dem SumpfproduktDerivation of C 4 -hydrocarbons from the bottom product
1313
Ableitung für C4-Kohlenwasserstoffe aus dem SumpfproduktDerivation of C 4 -hydrocarbons from the bottom product
1414
Leitung zur Rückführung von LösungsmittelLine for the return of solvent
15 15
Leitung zur Rückführung von LösungsmittelLine for the return of solvent
1616
Vorratsbehälterreservoir
1717
Vorratsbehälterreservoir

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0505238 B1 [0027]EP 0505238 B1 [0027]
  • DE 4131938 A1 [0035]DE 4131938 A1 [0035]

Claims (11)

Verfahren zur Trennung von C4-Kohlenwasserstoffen durch extraktive Destillation, dadurch gekennzeichnet, dass die C4-Kohlenwasserstoffe einer zweistufigen Trennung umfassend (i) Fraktionierung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion, und (ii) extraktive Destillation der Leichtfraktion und/oder der Schwerfraktion unterworfen werden.Process for the separation of C 4 -hydrocarbons by extractive distillation, characterized in that the C 4 -hydrocarbons of a two-stage separation comprising (i) fractionating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction, and (ii) extracting the light fraction and / or the heavy fraction are subjected. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Leichtfraktion Isobutan und 1-Buten, gegebenenfalls Isobuten, umfasst.Method according to Claim 1 wherein the light fraction comprises isobutane and 1-butene, optionally isobutene. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schwerfraktion n-Butan und 2-Buten umfasst.Method according to Claim 1 or 2 wherein the heavy fraction comprises n-butane and 2-butene. Verfahren gemäß Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei N-Formylmorpholin als Hauptlösungsmittel gegebenenfalls mit einem oder mehreren Co-Extraktionsmitteln in der extraktiven Destillation einbezogen wird.Method according to claim one of Claims 1 to 3 wherein N-formylmorpholine is included as the main solvent optionally with one or more co-extractants in the extractive distillation. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die C4-Kohlenwasserstoffe einen Anteil von mindestens 30 Gew.-% und bevorzugt mehr als 50 Gew.-% an n-Butan, 1-Buten und Isobuten aufweisen und wobei der n-Butananteil, bezogen auf das Gesamtgewicht an n-Butan, 1-Buten und Isobuten, im Bereich von 20 bis 80 Gew.-% und bevorzugt 40 bis 60 Gew.-% liegt.A process according to any one of the preceding claims, wherein the C 4 hydrocarbons have a content of at least 30% by weight and preferably more than 50% by weight of n-butane, 1-butene and isobutene and where the n-butane content is based on the total weight of n-butane, 1-butene and isobutene, in the range of 20 to 80 wt .-% and preferably 40 to 60 wt .-%. Anlage zur Trennung von C4-Kohlenwasserstoffen, umfassend eine Vorrichtung zu Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion, mindestens eine dieser Vorrichtung in Fließrichtung nachgeschaltete Destillationskolonne für eine extraktive Destillation unter Verwendung eines Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs und mindestens eine der Destillationskolonne in Fließrichtung nachgeschaltete Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch.Plant for the separation of C 4 -hydrocarbons, comprising an apparatus for separating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction, at least one downstream of this device distillation column for extractive distillation using a solvent or solvent mixture and at least one of the distillation column in Flow direction downstream device for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent or solvent mixture used in the extractive distillation. Anlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Zuleitungen für die Leichtfraktion und die Schwerfraktion zu jeweiligen Vorrichtungen zur extraktiven Destillation aufweist, und dass den Vorrichtungen zur extraktiven Destillation jeweils Vorrichtungen zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in Fließrichtung nachgeschaltet sind.Appendix according to Claim 6 , characterized in that it has feed lines for the light fraction and the heavy fraction to respective devices for extractive distillation, and that the devices for extractive distillation respectively downstream of devices for the separation of C 4 hydrocarbons from the solvent or solvent mixture used in the extractive distillation in the flow direction are. Anlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Zuleitungen für die Leichtfraktion und die Schwerfraktion zu jeweiligen Vorrichtungen zur extraktiven Destillation aufweist, und dass die Vorrichtungen zur extraktiven Destillation Überleitungen zu einer gemeinsamen Vorrichtung zur Abtrennung von C4-Kohlenwasserstoffen aus dem in der extraktiven Destillation verwendeten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch aufweisen.Appendix according to Claim 6 characterized in that it comprises feed lines for the light fraction and the heavy fraction to respective extractive distillation apparatuses, and that the extractive distillation means provide transfers to a common means for separating C 4 hydrocarbons from the solvent or mixture of solvents used in the extractive distillation exhibit. Anlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion Vorratsbehälter nachgeschaltet sind, von denen mindestens einer fließfähig mit einer Vorrichtung zur extraktiven Destillation verbunden ist.Appendix according to Claim 6 , characterized in that the device for the separation of the C 4 hydrocarbons in a light fraction and a heavy fraction are connected downstream of reservoir, of which at least one is fluidly connected to a device for extractive distillation. Anlage gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Trennung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion ein Wärmepumpensystem aufweist.Annex according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that the device for separating the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction comprises a heat pump system. Verwendung einer Trennungssequenz umfassend eine Fraktionierung der C4-Kohlenwasserstoffe in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion, und eine extraktive Destillation der Leichtfraktion und/oder der Schwerfraktion zur Trennung von C4-Kohlenwasserstoffen, die einen Anteil von mindestens 30 Gew.-% und bevorzugt mehr als 50 Gew.-% an n-Butan, 1-Buten und Isobuten aufweisen und wobei der n-Butananteil, bezogen auf das Gesamtgewicht an n-Butan, 1-Buten und Isobuten, im Bereich von 20 bis 80 Gew.-% und bevorzugt 40 bis 60 Gew.-% liegt.Use of a separation sequence comprising a fractionation of the C 4 hydrocarbons into a light fraction and a heavy fraction, and an extractive distillation of the light fraction and / or the heavy fraction for the separation of C 4 hydrocarbons, which account for at least 30% by weight and preferably more having 50 wt .-% of n-butane, 1-butene and isobutene and wherein the n-butane content, based on the total weight of n-butane, 1-butene and isobutene, in the range of 20 to 80 wt .-% and preferably 40 to 60 wt .-% is.
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