Die Extraktivdestillation ist ein bekanntes Verfahren zur destillativen Auftrennung von Gemischen aus Komponenten, die sich nur geringfügig in ihren relativen Flüchtigkeiten unterscheiden oder die azeotrop sieden. Die Extraktivdestillation wird unter Zugabe eines selektiven Lösungsmittels, auch als Extraktionsmittel bezeichnet, durchgeführt, das gegen- über dem aufzutrennenden Gemisch wesentlich höher siedet und das durch seine selektive Affinität zu einzelnen Komponenten des aufzutrennenden Gemisches die Unterschiede in den relativen Flüchtigkeiten derselben erhöht. Ein wesentliches Kriterium für die Auswahl des geeigneten selektiven Lösungsmittels ist es, denjenigen Aufnehmer herauszufinden, der die Trennung mit einem Minimum an zirkulierender Aufnehmerphase ermöglicht, der sich also durch eine ausreichend hohe Aufnahmekapazität kennzeichnet.

Es ist bekannt, für komplexere Trennaufgaben, in der Regel für Gemische von mindestens drei Komponenten, wobei die einzelnen Komponenten jeweils in reiner Form erhalten werden sollen, Trennwandkolonnen einzusetzen. Sie weisen eine Trennwand auf, das heißt ein in der Regel in Kolonnenlängsrichtung ausgerichtetes ebenes Blech, das eine Querver- mischung der Flüssigkeits-und Brüdenströmen in Teilbereichen der Kolonne unterbindet.

Trennwandkolonnen sind gegenüber klassischen Destillationskolonnen wirtschaftlich vor- teilhaft, da sie Trennaufgaben, für die normaler Weise zwei Kolonnen notwendig sind, in einem einzigen Apparat bewältigen, wobei die Investitions-und Energiekosten deutlich niedriger liegen.

Es ist bekannt, Extraktivdestillationen in Trennwandkolonnen durchzuführen.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in DE-C 199 58 464 beschrieben. Durch eine besondere konstruktive Ausgestaltung der Trennwandkolonne, und zwar indem der Ent-

nahmebereich am oberen Ende der Trennwand geschlossen wird, kann die Temperatur in diesem Kolonnenbereich durch Steuerung des darin herrschenden Drucks geregelt werden.

Da der Druck im oberseitig geschlossenen Entnahmebereich gegenüber dem Betriebsdruck in der Kolonne verändert werden kann, können die Druckdifferenzen zur Steuerung der in die durch die Trennwand aufgeteilten Teilbereiche der Kolonne eintretenden Dampfströme genutzt werden.

Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein wirtschaftlicheres, insbesondere bezüg- lich des Energie-und Lösungsmittelverbrauches günstigeres Verfahren sowie eine hierfür geeignete Trennwandkolonne zur Verfügung zu stellen.

Die Verfahrensaufgabe wird durch ein Verfahren zur Auftrennung eines Ausgangsgemi- sches aus zwei oder mehreren Komponenten durch Extraktivdestillation mit einem selekti- ven Lösungsmittel in einer Trennwandkolonne gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Verfahren in einer Trennwandkolonne mit einer in Kolonnenlängsrich- tung angeordneten Trennwand durchführt, die bis zum oberen Kolonnenende durch- gezogen ist und die das Kolonneninnere in einen ersten Teilbereich, einen zweiten Teilbereich und einen unteren gemeinsamen Kolonnenbereich aufteilt, dass man das Ausgangsgemisch dem ersten Teilbereich zuführt, aus dem ersten Teil- bereich einen ersten Kopfstrom und aus dem zweiten Teilbereich einen zweiten Kopfstrom, mit jeweils vorgegebener Spezifikation, abzieht, dass man das selektive Lösungsmittel im oberen Bereich des ersten Teilbereichs und/oder im oberen Bereich des zweiten Teilbereichs aufgibt und dass man die Menge des auf den ersten Teilbereich aufgegebenen Lösungsmittel- stromes und/oder die Menge des auf den zweiten Teilbereich aufgegebenen Lö- sungsmittelstromes dergestalt einstellt, dass die jeweils vorgegebenen Spezifikatio- nen für die Kopfströme eingehalten werden.

Es wurde überraschend gefunden, dass durch eine einfache konstruktive Ausgestaltung der Trennwandkolonne, und zwar in dem die Trennwand bis zum oberen Ende in der Trenn- wandkolonne durchgezogen wird, in den beiden, durch die Trennwand getrennten Bereiche des Kolonneninnenraums unabhängig voneinander die für die jeweilige Trennaufgabe in der Extraktionsdestillation optimalen thermodynamischen Bedingungen eingestellt werden können. Insbesondere ist es möglich, die jeweils optimale Lösungsmittelmenge getrennt auf jeden Teilbereich aufzugeben, so dass die Aufnahmekapazität des Lösungsmittels in

beiden Teilbereichen maximal genutzt wird und der Gesamtbedarf an Lösungsmittel mini- miert wird. Gleichzeitig wird der Energieverbrauch gegenüber der"klassischen"Trenn- wandkolonne deutlich reduziert.

Als Ausgangsgemische werden in der Regel Gemische von Kohlenwasserstoffen oder von anderen organischen Komponenten in Frage kommen, die sich aufgrund der geringen Un- terschiede in den Flüchtigkeiten mindestens zweier Komponenten oder aufgrund der Aus- bildung von Azeotropen nur durch Zugabe eines selektiven Lösungsmittels, das die relati- ven Flüchtigkeiten verändert, auftrennen lassen.

Das Ausgangsgemisch wird dem ersten Teilbereich der Trennwandkolonne, häufig etwa im mittleren Drittel desselben, aufgegeben. Je nach konkreter Zusammensetzung des auf- zutrennenden Ausgangsgemisches kann es möglich sein, dass die Komponente oder das Komponentengemisch mit der größten Flüchtigkeit von den übrigen Komponenten des Ausgangsgemisches destillativ einfach abgetrennt werden kann. In diesem Fall ist keine Zugabe von selektivem Lösungsmittel im oberen Bereich des ersten Teilsbereichs erforder- lich, um einen Kopfstrom aus einer einzigen, reinen Komponenten, mit der höchsten Flüchtigkeit oder eines Bündels von Komponenten mit der höchsten Flüchtigkeit abzutren- nen.

In der Regel ist jedoch die Abtrennung einer reinen Komponente oder eines Bündels an Komponenten mit der höchsten Flüchtigkeit im ersten Teilbereich der Trennwandkolonne nur unter Zugabe eines selektiven Lösungsmittels im oberen Bereich des ersten Teilbe- reichs und somit durch Gegenstromführung mit dem aufzutrennenden Ausgangsgemisch möglich. In diesem Fall wird das selektive Lösungsmittel bei geeigneten thermodynami- schen Bedingungen, in der Regel bei möglichst niedrigen Temperaturen aufgegeben, und belädt sich mit den Komponenten aus dem Ausgangsgemisch, zu denen es eine höhere Affinität hat, wogegen die Komponente oder die Komponenten, zu denen es eine niedrige- re Affinität hat, das heißt die im selektiven Lösungsmittel schlecht löslichen Komponen- ten, in der Dampfphase verbleiben und als Kopfstrom abgezogen werden.

Das mit den Komponenten aus dem Ausgangsgemisch beladene Lösungsmittel, zu dem dieses eine größere Affinität hat als zu der oder den Komponenten, die als Kopfstrom aus dem ersten Teilbereich abgetrennt wurden, strömt am unteren Ende der Trennwand dampf- förmig in den zweiten Teilbereich der Trennwandkolonne ein.

Im zweiten Teilbereich der Trennwandkolonne kann, je nach konkreter Zusammensetzung des aufzutrennenden Ausgangsgemisches, eine einfache destillative Auftrennung der im selektiven Lösungsmittel besser löslichen Komponenten möglich sein, es kann jedoch auch sein, dass die Auftrennung desselben nur unter Zugabe von selektivem Lösungsmittel im Gegenstrom auf den oberen Bereich des zweiten Teilbereichs, das heißt durch Extraktiv- destillation, möglich ist.

Der aus dem zweiten Teilbereich abgezogene Kopfstrom kann wiederum, wie im Falle des aus dem ersten Teilbereich abgezogenen Kopfstroms, eine einzige, reine Komponente oder ein Bündel von Komponenten, mit einem bestimmten Siedebereich umfassen.

Die Kopfströme aus dem ersten wie auch aus dem zweiten Teilbereich werden, wie üblich, in Kondensatoren am Kolonnenkopf kondensiert, teilweise als Rücklauf wieder auf die Kolonne aufgegeben und im übrigen abgezogen.

Für die Kopfströme werden in der Regel bestimmte Reinheitsanforderungen, das heißt Spezifikationen, vorgegeben.

Da sich das jeweils aufzutrennende Gemisch in den beiden Teilbereichen der Trennwand- kolonne hinsichtlich Menge und Zusammensetzung stets voneinander unterscheidet, wird, sofern die Auftrennung durch Extraktivdestillation erfolgt, stets in jedem Teilbereich eine jeweils bestimmte optimale Menge an selektivem Lösungsmittel erforderlich sein, um die vorgegebenen Spezifikationen in den Kopfströmen zur erreichen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Extraktivdestillation in einer Kolonne mit einer bis zum oberen Ende durchgezogenen Trennwand ist es in einfacher Weise möglich, in einem oder in beiden Teilbereichen, unabhängig voneinander, die für die jeweilige Trennaufgabe optimale Menge an selektivem Lösungsmittel aufzugeben.

Aus dem Kolonnensumpf wird in einer Verfahrensvariante Lösungsmittel abgezogen, das noch mit einer oder mehreren Komponenten beladen ist, die im selektiven Lösungsmittel am besten löslich sind. Das beladene Lösungsmittel wird anschließend in einer Ausgaser- kolonne unter geeigneten thermodynamischen Bedingungen von den darin gelösten Kom- ponenten befreit und das gereinigte Lösungsmittel in der Regel in die Extraktivdestillati- onskolonne rezykliert.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird aus dem unteren gemeinsamen Kolonnenbe- reich ein dampfförmiger Strom abgezogen, teilweise oder vollständig kondensiert und vollständig oder teilweise abgezogen und im übrigen wieder als Rücklauf in die Extraktiv- destillationskolonne zurückgeführt. Im Kolonnenteil unterhalb dieser Entnahmestelle wer- den die gelösten Komponenten vollständig aus dem Lösungsmittel ausgegast.

Es ist darüber hinaus möglich, je nach durchzuführender Trennaufgabe aus jedem geeigne- ten Kolonnenbereich, insbesondere aus dem ersten Teilbereich und/oder dem zweiten Teil- bereich und/oder dem unteren gemeinsamen Kolonnenbereich einen oder mehrere zusätzli- che Seitenströme abzuziehen.

In einer energetisch besonders günstigen Verfahrensvariante wird von ein oder mehreren thermodynamisch geeigneten Stufen der Extraktivdestillationskolonne jeweils ein Flüssig- keitsstrom abgezogen, durch Wärmeintegration mit dem heißen, entgasten Lösungsmittel teilweise oder vollständig verdampft und derselben Trennstufe oder oberhalb der Trennstu- fe, von der der Flüssigkeitsstrom abgezogen wurde, in die Extraktivdestillationskolonne zurückgeführt. Dadurch kann der Gesamtenergieverbrauch wesentlich gesenkt werden, typischerweise um etwa 40 bis 60 %.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Trennwandkolonne zur Durchführung eines Ex- traktivdestillation, die die konstruktive Besonderheit aufweist, dass ihre Trennwand bis zum obersten Punkt der Kolonne durchgezogen ist und die somit eine Vermischung von Flüssigkeits-und Brüdenströmen lediglich im unteren gemeinsamen Kolonnenbereich ges- tattet. Der sogenannte erste und zweite Teilbereich sind durch die Trennwand voneinander getrennt.

Je nach Zusammensetzung des der Extraktivdestillationskolonne zugeführten Ausgangs- gemisches sowie der vorgegebenen Spezifikationen für die in der Extraktivdestillationsko- lonne abzutrennenden Fraktionen kann die Länge der Trennwand sowie ihre Positionierung in Bezug auf die Kolonnenachse unterschiedlich ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise möglich, die Trennwand mittig oder außermittig anzuordnen. Eine außermittige Anord- nung wird häufig vorteilhaft sein, da die Flüssigkeits-und Dampfbelastung in den beiden Teilbereichen in der Regel unterschiedlich ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind im ersten und/oder im zweiten Teilbereich der Extraktivdestillationskolonne, jeweils oberhalb der Zuführung des selektiven Lösungsmit-

tels Rückwaschböden für mit dem Dampfstrom mitgerissenes selektives Lösungsmittel vorgesehen, häufig drei bis fünf Böden. Obwohl es bezüglich der einsetzbaren Typen grundsätzlich keine Einschränkungen gibt, sind Böden für kleine Flüssigkeitsbelastungen, insbesondere Ventil-, Glocken-oder Thormannböden besonders geeignet.

Durch den Einsatz von Rückwaschböden können bezüglich des Restgehalts an Lösungs- mittel besonders reine Kopffraktionen erhalten werden.

Das wichtigstes Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Verfahren und der erfin- dungsgemäßen Extraktivdestillationskolonne ist die Petrochemie, insbesondere die Auf- trennung von C4-Schnitten, C5-Schnitten, die Auftrennung von Aromatengemischen, ins- besondere von Benzol-Toluol-Xylol-Gemischen oder der Xylol-Isomere.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Zeich- nung näher erläutert.

Es zeigen im Einzelnen : Figur 1 die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Extraktivdestillationskolonne, Figur 2 eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrak- tivdestillationskolonne, Figur 3 eine andere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrak- tivdestillationskolonne, Figur 4 eine bevorzugte Ausführungsform mit Rückwaschböden, Figur 5 eine weitere Ausführungsform mit integrierter Lösungsmittelausgasung, Figur 6 eine Ausführungsform mit Rückwaschböden und integrierter Lösungsmit- telausgasung und Figur 7 eine Ausführungsform mit Wärmeintegration.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder entsprechende Merkmale.

Die in Fig. 1 dargestellte Extraktivdestillationskolonne ist als Trennwandkolonne TKW ausgebildet, mit in Kolonnenlängsrichtung, bis zum oberen Kolonnenende durchgezogener Trennwand TW. Die Trennwand TW teilt den Kolonneninnenraum in einen ersten Teilbe- reich 1, einen zweiten Teilbereich 2 sowie einen unteren gemeinsamen Kolonnnenbereich 3. Dem ersten Kolonnenbereich 1 wird das aufzutrennende Ausgangsgemisch A, etwa in der Mitte desselben aufgegeben. Ein erster Strom des selektiven Lösungsmittels wird als Strom S 1 im oberen Bereich des ersten Teilbereichs 1 und ein zweiter Strom des selektiven Lösungsmittels als Strom S2 dem oberen Bereich des Teilbereichs 2 aufgegeben. Aus dem Teilbereich 1 wird ein erster Kopfstrom B abgezogen, in einem Kondensator am Kolon- nenkopf kondensiert, teilweise als Rücklauf wieder auf die Kolonne aufgegeben und im übrigen abgezogen. Analog wird aus dem zweiten Teilbereich 2 ein zweiter Kopfstrom C abgezogen, in einem Kondensator am Kolonnenkopf kondensiert, teilweise als Rücklauf wieder auf den zweiten Teilbereich aufgegeben und im übrigen abgezogen.

Aus dem Kolonnensumpf wird beladenes selektives Lösungsmittel, Strom SL, abgezogen.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 1 dadurch, dass ein einziger Strom von selektivem Lösungsmittel, Strom S 1, auf den Teilbereich 1 aufgegeben wird. Die destillative Auftrennung im Teilbereich 2 erfolgt ohne Zugabe von selektivem Lösungsmittel.

Auch in der Ausführungsform in Fig. 3 wird lediglich ein einziger Strom an selektivem Lösungsmittel aufgegeben, abweichend von der Ausführungsform in Fig. 2, jedoch Strom S2 im oberen Bereich des Teilbereichs 2.

Die Ausführungsform in Fig. 4 enthält zusätzlich zu der in Fig. 1 dargestellten Grundform Rückwaschböden R, die jeweils oberhalb der Zuführung der Lösungsmittelströme S 1 und S2 in den Teilbereichen 1 und 2 angeordnet sind.

In der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird aus dem unteren gemeinsamen Kolon- nenbereich 3 ein dampfförmiger Seitenstrom abgezogen, in einem Kondensator teilweise oder vollständig kondensiert, teilweise als Strom D abgezogen und im übrigen wieder als Rücklauf in die Kolonne zurückgeführt. Unterhalb des Seitenabzugs für Strom D wird das

beladene Lösungsmittel durch Wärmezuführung über den Sumpfverdampfer V vollständig ausgegast und als gereinigtes Lösungsmittel, Strom SR, abgezogen. Das gereinigte Lö- sungsmittel wird bevorzugt, nach Abkühlung in einem Kondensator, in die Extraktivdestil- lation rezykliert.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Darstellung in Fig. 5 durch die Anordnung von Rückwaschböden R in den Teilbereich 1 und 2, jeweils oberhalb der Zuführung der Lösungsmittelströme S 1 und S2.

Fig. 7 zeigt eine energetisch besonders günstige Verfahrensvariante, mit Wärmeintegrati- on, wobei heißes, gereinigtes Lösungsmittel, Strom SR, in Wärmetauschern W aus der Extraktivdestillationskolonne abgezogene Flüssigkeit erwärmen.

Beispiel : Auftrennung eines C4-Schnittes durch Extraktivdestillation Die Trennaufgabe bestand darin, einen C4-Schnitt mit der nachfolgenden Zusammenset- zung in Gew. -% : Propadien 0,03 Propen 0,02 Propin 0,06 n-Butan 5,74 i-Butan 2,44 n-Buten 13,88 i-Buten 25,63 trans-Buten-2 4,44 cis-Buten-2 2,95 1,3-Butadien 43,81 1,2-Butadien 0,14 Butin-1 0,13 Vinylacetylen 0,73 <BR> <BR> in eine Butane-Fraktion mit 90 Gew. -% Butanen und eine Butene-Fraktion mit 98 Gew.-% Butenen, jeweils als Kopfströme sowie einen Sumpfstrom, der neben dem selektiven Lö-

sungsmittel 99 % des 1,3-Butadiens sowie die besser als 1,3-Butadien löslichen Kompo- nenten enthält, aufzutrennen.

Als selektives Lösungsmittel wurde N-Methylpyrrolidon als wässrige Lösung mit 8,3 Gew. -% Wasser eingesetzt.

Es wurde jeweils ein Feedstrom von 31.250 kg/h eines C4-Schnitts mit der oben angegebe- nen Zusammensetzung einer Trennwandkolonne mit 65 theoretischen Trennstufen zuge- führt, wobei im Vergleichsbeispiel eine Trennwandkolonne mit üblicher, das heißt nicht bis oben durchgezogener Trennwand und im Beispiel nach der Erfindung eine bis zum oberen Kolonnenende durchgezogene Trennwand eingesetzt wurde. Die Trennstufen wur- den jeweils von unten nach oben gezählt. Im Vergleichsbeispiel wurde die Trennwand thermodynamisch optimiert und war zwischen der 37. und 58. theoretischen Trennstufe bei 4 bar, bzw. zwischen der 38. und 60. theoretischen Trennstufe bei 5 bar, angeordnet.

Die maßgeblichen Verfahrensparameter sind in der nachfolgenden Tabelle zusammenge- stellt : Vergleich Erfindung Vergleich Erfindung Kopfdruck [bar] 4 4 5 5 ErforderlicheVerdampferleistung [kW] 29851 21174 24570 20576 Erforderliche Gesamtmenge an Lösungs-542860 373110 474830 366275 mittel [kg/h] Aufteilungsverhältnis des Lösungsmittels *1, 32 **2, 71 *1, 0 ** 2, 80 * am oberen Ende der Trennwand ** auf die Lösungsmittelströme S 1/S2 in Fig. 1 Die Ergebnisse in der Tabelle zeigen, dass die erforderliche Verdampferleistung bei 4 bar Kolonnendruck für das erfindungsgemäße Verfahren um 30 % unterhalb des Verfahrens in einer klassischen Trennwandkolonne und bei einem Kolonnendruck von 5 bar um 16 % niedriger ist.

Darüber hinaus ist die erforderliche Gesamtmenge an Lösungsmittel für dieselbe Trenn- aufgabe bei einem Kolonnendruck von 4 bar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren um 31 % geringer als in einer klassischen Trennwandkolonne und bei einem Kolonnendruck von 5 bar um 23 %. Entsprechend niedriger sind die Betriebskosten, insbesondere Energie-

kosten sowie die Investitionskosten aufgrund des geringeren erforderlichen Kolonnenquer- schnittes.

Darüber hinaus hat die klassische Trennwandkolonne gegenüber der erfindungsgemäßen Kolonne mit durchgezogener Trennwand den zusätzlichen Nachteil, dass sie weniger fle- xibel gegenüber Veränderungen des Arbeitsdruckes ist : um die gegebene Trennaufgabe mit der oben aufgeführten Verdampferleistung auszuführen war bei einem Druckanstieg von lediglich 1 bar und zwar von 4 auf 5 bar, eine konstruktive Veränderung der klassischen Trennwandkolonne erforderlich, insofern als die Trennwand vertikal um eine Trennstufe verlegt (von der 37. auf die 38. Trennstufe) und um eine Trennstufe in ihrer Länge verän- dert, die Zuführung des Ausgangsgemisches um fünf Trennstufen nach unten verlegt (von der 12. Trennstufe des Trennwandbereiches auf die 7. Trennstufe des Trennwandbereichs) und der Seitenabzug um eine Trennstufe nach oben verlegt werden musste.

Demgegenüber war für die erfindungsgemäße Trennwandkolonne mit durchgezogener Trennwand bei einer Änderung des Arbeitsdruckes keinerlei derartige Änderung erforder- lich.