[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung schwersiedender Kohlenwasserstoffe aus wasserlöslichen Lösungsmittelströmen, wobei diese Lösungsmittelströme in Industrieprozessen anfallen, die ein Lösungsmittel als Prozessbestandteil im Kreis führen, und das Lösungsmittel periodisch oder permanent von schwersiedenden Kohlenwasserstoffen befreit werden muss, die die Qualität oder die gewünschten Eigenschaften des Lösungsmittels in unerwünschter Weise beeinflussen, und zur Ausführung des Verfahrens in einem Phasenabscheider Wasser hinzugegeben wird, wodurch die schwersiedenden Kohlenwasserstoffe aufgrund ihrer Nichtmischbarkeit mit Wasser abgetrennt werden, und dann die Wasser und Lösungsmittel enthaltende und mit Wasser mischbare Phase in den Prozess zurückgeführt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Anteil an schwersiedenden Kohlenwasserstoffen in im Kreis geführten Lösungsmitteln in einem Industrieprozess dauerhaft niedrig gehalten werden.

[0002] Viele Industrieprozesse nutzen Lösungsmittel zur Ausführung, wobei die Lösungsmittel feste Bestandteile des Prozesses sind, die im Kreis geführt werden und aufgrund ihrer Eigenschaften zur Reaktionsführung benötigt werden. Typische Prozesse sind beispielhaft Extraktivdestillationen und Gasreinigungsprozesse. Da die Lösungsmittel häufig zur Reinigung von kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzstoffen genutzt werden, reichern sich vorhandene schwersiedende Kohlenwasserstoffbestandteile aus dem Einsatzgemisch in den Lösungsmittelströmen an. Häufig beeinflussen sie deren Eigenschaften in unerwünschter Weise.

[0003] Die Anreicherung an schwersiedenden Kohlenwasserstoffen in Lösungsmitteln wirkt sich in vielen Prozessen nachteilig aus. So kann die Anwesenheit dieser Verbindungen, die sowohl aus der Gruppe der paraffinischen als auch aus cyclischen oder aromatischen Verbindungen kommen können, bewirken, dass das Lösungsmittel zu schäumen beginnt. Auch kann es sein, dass bei entsprechend hoher Anreicherung die Trennwirkung des Lösungsmittels nachlässt. Die Anreicherung von schweren Kohlenwasserstoffen kann dazu führen, dass die geforderte Produktqualität nicht mehr eingehalten werden kann. [0004] Eine Abtrennung durch einfache Destillation ist nur in einigen Fällen möglich, wenn beispielsweise die Siedepunktsdifferenzen eine solche Abtrennung zulassen und es nicht zur Bildung von Azeotropen kommt. Eine Destillation ist mit hohen Kosten verbunden oder aufgrund geringer Siedepunktdifferenzen mit den verwendeten Lösungsmitteln häufig technisch nur sehr aufwendig durchführbar. Oftmals ist eine thermische Trennung praktisch nicht möglich, da sich das Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur und bei Anwesenheit höherer Wasserkonzentrationen zersetzt. Es wird deshalb nach Möglichkeiten gesucht, die schwersiedenden Kohlenwasserstoffe auf einfache Weise aus den in einem technischen Prozess verwendeten Lösungsmitteln abzutrennen.

[0005] Hierzu gibt es im Stand der Technik Verfahren, welche die unerwünschten Schwersieder aufgrund ihrer Nichtmischbarkeit mit Wasser aus dem Prozess entfernen. Dadurch entfällt eine energieintensive Destillation zur Entfernung dieser Bestandteile. Nach der Zugabe von Wasser geht das Lösungsmittel, welches wenigstens partiell mit Wasser mischbar ist, zum großen Teil in die wässrige Phase über, während der schwersiedende Kohlenwasserstoff vollständig in die mit Wasser nicht mischbare Phase übergeht. Diese wird dann abgetrennt und verworfen, oder der unerwünschte Schwersieder wird durch einfache Destillation aus der mit Wasser nicht mischbaren Phase entfernt. Das Lösungsmittel geht je nach Mischbarkeit größtenteils in die wässrige Phase über. Diese wird dann zur Entfernung des Wassers destilliert und das Lösungsmittel zurück in den Prozess geführt.

[0006] Die EP 0329958 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines zur Verwendung als Blendingkomponente für Vergaserkraftstoffe geeigneten Aromatenkonzentrates, wobei Einsatzkolonnenwasserstoffgemische, deren Siedebereich im Wesentlichen zwischen 40°C und 170°C liegt, ohne vorherige Auftrennung in einzelne Fraktionen einer Extraktivdestillation unter Verwendung von N- substituierten Morpholinen, deren Substituenten nicht mehr als sieben C-Atome aufweisen, als selektivem Lösungsmittel unterworfen werden, so dass die niedrig siedenden Nichtaromaten mit einem Siedebereich bis ca. 105°C praktisch vollständig und die höher siedenden Nichtaromaten mit einem Siedebereich zwischen ca. 105°C und 160°C zum überwiegenden Teil als Raffinat gewonnen, während die Aromaten, die ganz oder teilweise als Blendingkomponente eingesetzt werden, im Extrakt der Extraktivdestillation anfallen, und zur Schweraromatenabtrennung aus dem Lösungsmittel dabei ein Teilstrom des im Kreislauf geführten Lösungsmittels mit Wasser versetzt wird, und die Schweraromaten als leichte Phase vom Lösungsmittel- Wasser-Gemisch abgetrennt werden, welches anschließend in seine Bestandteile zerlegt und wiederverwendet wird. Der Verfahrensschritt der Wiederaufbereitung ist energieintensiv und deshalb mit hohen Kosten verbunden.

[0007] Die WO 2009043753 A1 lehrt ein Verfahren zur Gewinnung von aromatischen Kohlenwasserstoffen, ausgewählt aus Benzol, Toluol, Xylol, und Ethylbenzol und deren Gemischen, aus einem Kohlenwasserstoffgemisch, welches daneben nicht aromatische Kohlenwasserstoffe und Schwersieder enthält, wobei als Reinigungsschritt für die aromatischen Kohlenwasserstoffe eine extraktive Destillation mit einem Extraktivlösungsmittel vorgesehen ist, und zur Abtrennung der unerwünschten schwersiedenden Bestandteile ein Teilstrom von dem Extraktivlösungsmittel abgetrennt wird, und der Teilstrom des Extraktivlösungsmittels mit Wasser extrahiert wird, so dass eine im Wesentlichen von Schwersiedern freie wässrige Extraktphase und eine organische Phase enthaltend die Schwersieder erhalten werden, und die wässrige Extraktphase zur Wiedergewinnung des Extraktivlösungsmittels in gereinigter Form destilliert wird, so dass das Extraktivlösungsmittel in die Extraktivdestillation zurückgeführt wird, und wobei vor Durchführung der Extraktion des Teilstroms mit Wasser eine Destillation durchgeführt wird, bei der eine Fraktion aus sehr hoch siedenden Kohlenwasserstoffen von dem Teilstrom des Extraktivlösungsmittels abgetrennt wird. Das Verfahren besitzt die Eigenschaft, dass das Extraktivlösungsmittel zur Rückgewinnung destilliert werden muss oder aufwendig aus dem Prozess ausgeschleust werden muss. Dies ist mit hohen Kosten verbunden. Der zusätzliche Destillationsschritt zur Entfernung der hochsiedenden Kohlenwasserstoffe aus dem Extraktivlösungsmittel vor der Wasserzugabe bedingt zusätzliche Energiekosten. [0008] Es wäre deshalb von Vorteil, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die schwersiedenden Kohlenwasserstoffe durch Zugabe von Wasser in einen Teilstrom eines extrahierenden Lösungsmittels durch Bildung zweiter Phasen entmischt, die schwersiedenden und in Wasser unlöslichen Kohlenwasserstoffe durch Abtrennung der in Wasser unlöslichen organischen Phase entfernt, und die weitere Aufarbeitung der wasserlöslichen Phase oder der mit Wasser nicht mischbaren Phase durch Destillationen erübrigt. Die im Stand der Technik genannten Destillationen sind durch einen hohen Energieaufwand gekennzeichnet und beeinflussen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in negativer Weise. [0009] Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine Reinigung von bei Industrieprozessen angewendeten Lösungsmitteln durch Abtrennung eines Teilstromes des verwendeten Lösungsmittels, einer Zugabe von Wasser und Phasenbildung ermöglicht, wobei die unerwünschten schwersiedenden Kohlenwasserstoffe durch Abtrennung der mit Wasser nicht mischbaren Phase aus dem Prozess abgetrennt werden, und eine weitere Aufarbeitung der wässrigen Phase aus dem Prozess möglichst wenig Aufwand erfordert.

[0010] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches aus dem Industrieprozess, der ein von schweren Kohlenwasserstoffen zu reinigendes Lösungsmittel verwendet, einen Teilstrom abtrennt, diesen Teilstrom mit Wasser versieht, das Mischungsverhältnis mit dem Wasser so vorsieht, dass die Bildung zweier nicht miteinander mischbarer Phasen erfolgt, eine Phasentrennung vornimmt, die mit Wasser nicht mischbare Phase mit den unerwünschten Schwersiedern entfernt, die mit Wasser mischbare Phase mit dem Lösungsmittel in den Prozess zurückführt, wobei die Rückführung so gestaltet ist, dass eine weitere Reinigung des Lösungsmittels nicht erforderlich ist.

[0011] Typische Prozesse, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, sind Extraktivdestillationen oder Gaswäschen mit absorbierenden Lösungsmitteln. Die wasserhaltige Phase, die nach der Phasentrennung je nach Mischbarkeit einen großen Teil des Lösungsmittels enthält, wird ohne weitere Reinigung in den Prozess zurückgeführt, wobei das Rückführungsverhältnis so gewählt wird, dass die zulässige Wasserkonzentration im Lösungsmittel nicht überschritten wird. Das in den Lösungsmittelkreislauf eingebrachte Wasser wird, da Wasser ein Leichtsieder ist, über einen der in dem Lösungsmittelkreislauf vorhandenen Prozessschritte in Abhängigkeit von der Zeit ausgetragen. Das kann in einer Extraktivdestillation beispielhaft die regenerative Destillation sein. Mittels dieser Verfahrensweise lässt sich die Wasserkonzentration im Prozess dauerhaft niedrig halten. [0012] Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Entfernung schwersiedender Kohlenwasserstoffe aus wasserlöslichen Lösungsmittelströmen in einem Industrieprozess, wobei • aus einem mit schwersiedenden Kohlenwasserstoffen angereicherten Lösungsmittel ein Teilstrom entnommen wird, welcher in einen Behälter geführt wird, und

• dieser Lösungsmittelteilstrom mit Wasser versehen wird, so dass es zur Bildung einer wässrigen und einer nichtwässrigen Phase kommt, und

• die kohlenwasserstoffhaltige Phase abgetrennt und aus dem Behälter abgezogen wird, und

welches dadurch gekennzeichnet ist, dass

• die wasserhaltige Phase ohne weitere Destillation in geeigneter Konzentration in den Prozess zurückgeführt wird.

[0013] Der Behälter kann dabei beliebig geartet sein. Dies kann ein einfacher Behälter sein, der sich zum Trennen und Abscheiden von nicht miteinander mischbaren Phasen eignet, dies kann aber auch ein Extraktor sein, der beide Phasen getrennt ausführt, und die mit Wasser mischbare Phase gegebenenfalls zwischengelagert wird, um diese Phase in geeigneter Konzentration in den Prozess zurückführen zu können. Der Behälter kann auch als Phasenabscheider geartet sein, oder es können vor der Einleitung in den Prozess weitere Phasenabscheider zwischengeschaltet werden, um eine vollständige Phasentrennung zu erreichen.

[0014] Bei dem Prozess zur Entfernung von schwersiedenden Kohlenwasserstoffen aus wasserlöslichen Lösungsmittelströmen handelt es sich beispielhaft um eine Extraktivdestillation. Bei dem Prozess zur Entfernung von schwersiedenden Kohlenwasserstoffen aus Lösungsmittelströmen handelt es sich beispielhaft um einen Prozess zur Gaswäsche, zur Abtrennung von unerwünschten Gasen aus einem Gasgemisch. Ein Beispiel für einen geeigneten Prozess zur Extraktivdestillation gibt die EP 0792928 B1. Ein Beispiel für einen geeigneten Prozess zur Gaswäsche gibt die EP 1606041 B1. Letztlich sind alle Prozessformen möglich, bei denen sich ein Lösungsmittel mit schwersiedenden Substanzen anreichert und von diesen befreit werden muss.

[0015] Das Wasser wird in einer Menge zugegeben, die eine gute Phasentrennung ermöglicht, wobei dieses typischerweise zu dem Lösungsmittelteilstrom in dem Behälter in einer Menge von 5 bis 90 Gew.-% zugegeben wird. An dem Behälter zur Phasentrennung sitzt in einer Ausführungsform der Erfindung ein Kühler. Dadurch kann die Temperatur herabgesetzt werden, um eine effiziente Entfernung der schwersiedenden Kohlenwasserstoffe zu erreichen. An dem Behälter zur Phasentrennung kann für denselben Zweck eine Heizvorrichtung sitzen.

[0016] In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Wasserkonzentration des von schwersiedenden Kohlenwasserstoffen befreiten Lösungsmittels unmittelbar nach der Zurückführung in den Prozess 0,5 bis 5 Gew.-%. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wasserkonzentration des von schwersiedenden Kohlenwasserstoffen befreiten Lösungsmittels unmittelbar nach der Zurückführung in den Prozess 1 bis 2 Gew.-%. Dadurch lässt sich das Wasser in den Prozess zurückführen, ohne dass dies einen störenden Einfluß auf das Lösungsmittel besitzt. Die Wasserkonzentration in dem Prozess, in der Phasenabscheidung oder in Zuleitungen kann hierzu durch geeignete Messeinrichtungen zeitweise oder permanent bestimmt werden.

[0017] In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die wasserhaltige Phase dem Lösungsmittelkreislauf bei der Rückführung in den Lösungsmittelprozess kontinuierlich zudosiert, so dass die Wasserkonzentration in dem von schwersiedenden Kohlenwasserstoffen befreiten Lösungsmittel unmittelbar nach der Rückführung in den Prozess weniger als 0,5 Gew.-% beträgt.

[0018] Das zugegebene Wasser wird dem Lösungsmittelkreislauf zugeführt und erfindungsgemäß im weiteren Prozessverlauf über im Lösungsmittelkreislauf bereits vorhandene Prozessschritte zeitabhängig ausgeschleust. Handelt es sich um eine Extraktivdestillation, so wird das überschüssige Wasser typischerweise über die Kopffraktion der Regenerationskolonne zur Abtrennung des Lösungsmittels („Stripperkolonne") abgezogen. Die Entfernung des Wassers nach der Rückführung in den Lösungsmittelprozess erfolgt somit durch die in der Extraktivdestillation vorhandenen Destillationskolonnen oder Regenerationskolonnen.

[0019] Handelt es sich bei dem Prozess um eine Gaswäsche, so wird das überschüssige Wasser praktischerweise von dem in der Regel trockenen Einsatzgas mit aufgenommen. Das dem Sumpf der Absorptionskolonne zugeführte Einsatzgas nimmt dabei im Gegenstrom das im Lösungsmittel enthaltene Wasser, das auf den Kopf der Absorptionskolonne gegeben wird, theoretisch bis zur Sättigungsgrenze auf, und das somit wasserangereicherte Produktgas verlässt die Absorptionskolonne über Kopf. Die Entfernung des Wassers nach der Rückführung in den Lösungsmittelprozess erfolgt somit mittels eines durch die Absorptionskolonne strömenden trockenen Einsatzgasstroms.

[0020] Die Erfindung besitzt den Vorteil, eine einfache Abtrennung von schwersiedenden Substanzen aus Lösungsmittelgemischen zu ermöglichen, ohne dass eine energieaufwendige und damit wirtschaftlich ungünstige Destillation von Lösungsmittel erforderlich ist. Der Wassergehalt des Lösungsmittels in dem Prozess wird durch geeignete Maßnahmen niedrig gehalten, und die schwersiedenden Verbindungen und Kohlenwasserstoffe werden aus dem Prozess ausgeschleust. Dadurch bleiben die Eigenschaften des Lösungsmittels über die Betriebsdauer des Prozesses weitgehend erhalten.

[0021] Der Prozessfluss des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von zwei Zeichnungen genauer erläutert, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. FIG. 1 zeigt eine Extraktivdestillation, welche mit Behälter zur Wasserzugabe und Phasentrennung ausgestattet ist. FIG. 2 zeigt eine Gaswäsche, welche mit Behälter zur Wasserzugabe und Phasentrennung ausgestattet ist.

[0022] FIG. 1 zeigt den Prozessfluß zur extraktiven Destillation eines Kohlenwasserstoffgemisches, bei dem das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgemisch (1) auf eine Kolonne (2) zur extraktiven Destillation aufgegeben wird. Die Extraktivdestillationskolonne (2) ist mit einem Reboiler (2a) ausgestattet. Dabei erhält man am Kopf der Kolonne einen Stoffstrom (3a), der mit leichten Destillationsprodukten angereichert ist. Das Produkt wird über einen Rückflussbehälter (4) und eine Rückflusspumpe (5) in den Kopf der Extraktivdestillationskolonne zurückgeführt. Ein Teilstrom (3b), welches auch das ausgeschleuste Wasser in geringer Konzentration enthält, wird als Produkt entnommen. Am Sumpf der Kolonne erhält man einen Destillationssumpfstrom (3c), der mit aromatischen und schwersiedenden Kohlenwasserstoffen angereichert ist, und der ebenfalls das extrahierende Lösungsmittel enthält. Dieser wird über eine Sumpfstrompumpe (6) in die Regenerationskolonne (7) geführt, welche als Destillationskolonne geartet ist. Dort erhält man am Kopf der Kolonne (8a) das erwünschte Produkt, welches aus aromatischen Kohlenwasserstoffen besteht, und am Sumpf der Kolonne (8b) das Lösungsmittel zurück. An der Regenerationskolonne (7) zur Destillation des Lösungsmittels wird das erwünschte Produkt aus der Extraktivdestillation erhalten. Dieses wird über einen Kühler (9) und einen Rückflussbehälter (10) ausgeführt (8c). Dieses enthält weiterhin die schwersiedenden Kohlenwasserstoffe. Die Regenerationskolonne (7) enthält noch einen Reboiler (7a) zum Erhitzen des Destillationsstromes (7b). Das Lösungsmittel (8b) wird zurück in die Kolonne (2) zur extraktiven Destillation gegeben. Dieser Strom (11) wird über eine Pumpe (12), einen Seitenaufkocher (13) zur Teilverdampfung des Lösungsmittels in der Extraktivdestillationskolonne, einen Wärmetauscher zur Vorwärmung des Einsatzgemisches (1a), und einen Kühler (14) zurück in die Extraktivdestillationskolonne (2) geführt. Ein Teilstrom (15) des gekühlten Lösungsmittelstromes wird über ein Ventil (16) abgezweigt und in einen Phasentrennungsbehälter (17) gegeben, wo Wasser (18) hinzugegeben wird. Dabei kommt es zur Bildung zweier nicht miteinander mischbarer Phasen (19a, 19b). Die leichtere Phase (19a) enthält in der Regel die schwersiedenden Kohlenwasserstoffe und wird abgetrennt und aus dem Prozess entfernt (20a). Diese kann je nach Bedarf weiterverarbeitet oder beispielsweise zu Heizzwecken genutzt werden. Die schwerere Phase (19b) die das gereinigte Lösungsmittel enthält, wird ebenfalls abgetrennt (20b) und mittels einer Pumpe (21) über das Ventil (22) mit dem unbehandelten Teilstrom (12a) in den Prozess zurückgeführt (22a).

[0023] FIG. 2 zeigt einen Prozess zur Gaswäsche, welcher ein Einsatzgas (23) mit einem absorbierenden Lösungsmittel in einer Absorptionskolonne (24) in Kontakt bringt, wodurch das Einsatzgas (23) von unerwünschten Sauergasen befreit wird. Dadurch erhält man ein gereinigtes Produktgas (25) zur Weiterverwendung. Das absorbierte Sauergas wird im Gemisch mit dem absorbierenden Lösungsmittel (26) aus der Absorptionskolonne (24) ausgeführt und in eine Kaskade von „Flash"- Behältern (27a-c) geführt. Durch sukzessive Druckabsenkung wird das darin enthaltene Sauergas (28a-c) aus dem Lösungsmittel (26) ausgegast. Dieses wird aus dem Prozess abgezogen und gegebenenfalls weiterverwendet. Auf diese Weise erhält man ein regeneriertes Lösungsmittel (29). Ein Teilstrom des regenerierten Lösungsmittels (29a) wird über ein Ventil (16) abgezweigt und in einen Phasentrennungsbehälter (17) gegeben, wo Wasser (18) hinzugegeben wird. Dabei erhält man zwei Phasen (19a, 19b). Die leichtere Phase (19a) wird abgetrennt und aus dem Prozess entfernt (20a). Diese kann je nach Bedarf weiterverarbeitet oder beispielsweise zu Heizzwecken genutzt werden. Die schwerere Phase (19b) wird abgetrennt (20b) und gegebenenfalls mittels einer Pumpe (30) über das Ventil (22) in die Absorptionskolonne (24) als gereinigtes Lösungsmittel zurückgeführt (22a). Der Transport des regenerierten Lösungsmittels (22b) auf den Kopf der Absorptionskolonne erfolgt durch eine Kreislaufpumpe (12). Der Phasentrennbehälter (17) wird hier mit einem Kühler (17a) gekühlt. An der Zuleitung des regenerierten Lösungsmittels (21a) in die Absorptionskolonne (24) sitzt ein Analysegerät (31) zur Bestimmung der Wasserkonzentration.

[0024] Bezugszeichenliste

1 Einsatzgemisch

1 a Vorerhitzer oder Wärmetauscher für Einsatzgemisch

2 Kolonne zur extraktiven Destillation

2a Reboiler für Extraktivdestillationskolonne

3a Stoffstrom am Kopf der Kolonne zur extraktiven Destillation

3b Kopfproduktstrom aus der Kolonne zur extraktiven Destillation

3c Destillationssumpfstrom

4 Rückflussbehälter

5 Rückflusspumpe

6 Sumpfstrompumpe für die Kolonne zur extraktiven Destillation

7 Regenerationskolonne

7a Reboiler für Regenerationskolonne

7b Destillationsstrom

8a Kopfprodukt der Regenerationskolonne

8b Regenerierter Lösungsmittelsumpfsstrom der Regenerationskolonne

8c Ausgeführtes aromatenhaltiges Destillationsprodukt

9 Kühler für Regenerationskolonnenkopfprodukt

10 Rückflussbehälter

11 Regenerierter Lösungsmittelstrom

12 Pumpe für regeneriertes Lösungsmittel

12a Hauptweg des Lösungsmittelkreislaufs

13 Seitenaufkocher

14 Kühler

15 Lösungsmittelteilstrom mit schweren Kohlenwasserstoffen

16 Ventil

17 Phasentrennungsbehälter

17a Kühler

18 Wasser

19a Leichtere Phase

19b Schwerere Phase

20a Schwersiedende Kohlenwasserstoffe

20b Zurückgeführte wasserhaltige Phase mit Lösungsmittel Pumpe

Ventil

a Kreislaufstrom an regeneriertem Lösungsmittelb Kreislaufstrom an regeneriertem Lösungsmittel

Einsatzgas

Absorptionskolonne

Gereinigtes Produktgas

Sauergashaltiger Lösungsmittelstrom

a-c "Flash"-Behälter

a-c Sauergasströme

Regeneriertes Lösungsmittel

a Teilstrom des regenerierten Lösungsmittels

Pumpe

Analysegerät zur Bestimmung der Wasserkonzentration