-
Gebiet der
Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
die Herstellung von Acrylnitril. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von Acrylnitril
unter Anwendung eines Wirbelschichtreaktors.
-
Das Verfahren zum Herstellen von
Acrylnitril in einem Wirbelschichtreaktor wurden seit den frühen Sechzigerjahren
industriell eingesetzt. Im Allgemeinen wird ein Reaktorabgasstrom,
der aus der Propylenammoxidationsreaktion in einem Wirbelschichtreaktor
stammt, durch eine Quenchkolonne, Absorptionskolonne und Wiedergewinnungsabstreifkolonnen geleitet,
um das Acrylnitrilprodukt zu reinigen und zu gewinnen. Im Allgemeinen
wird ein Wasserstrom verwendet, um die organischen Produktstoffe
(Acrylnitril, Acetonitril und HCN) aus dem Dampfstrom in der Absorptionskolonne
zu absorbieren. Die aus der Absorptionskolonne entfernten organischen
Produktstoffe werden dann von dem Wasserstrom in den Wiedergewinnungsabstreiferkolonnen
abgestreift. Im Allgemeinen enthält
die Absorptionskolonne drei Bereiche: (1) eine Zone niederer Wärmeübertragung, wo
heiße
Gase vom Quenchen durch direkten Wärmetausch mit kaltem Wasser
gekühlt
werden; (2) eine Absorptionszone, wo organische Stoffe in den Reaktionsgasen
in gekühltem
Wasser (das erhaltene Wasser, das reich an organischem Produkt ist,
wird „reiches
Wasser" genannt)
absorbiert werden; und (3) eine obere Wärmeübertragungszone, wo hereinkommendes
Wasser durch direkten Austausch mit kaltem Abstreifgas gekühlt wird.
In Verfahren des Standes der Technik umfasst das Innere von diesen drei
Abschnitten der Absorpti onskolonne im Allgemeinen Refraktionierungsböden oder
eine strukturierte Füllung
oder statistische Füllung.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
und Gewinnung von Acrylnitril gerichtet, was aufgrund von Entfernung
von Polymerbelegungsproblemen in der Absorptionskolonne eine verbesserte
Verfahrenszeit ergibt.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist eine hauptsächliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von Acrylnitril bereitzustellen.
-
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Acrylnitril unter
Anwendung eines Wirbelschichtreaktors bereitzustellen.
-
Es ist außerdem eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gewinnungs- und Reinigungsverfahren
für Acrylnitril,
das mit einem Wirbelschichtreaktor hergestellt wurde, bereitzustellen.
-
Weitere Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden teilweise in der nachstehenden Beschreibung angeführt und
teilweise aus der Beschreibung deutlich oder können bei der Ausführung der
Erfindung in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und Vorteile
der Erfindung können
realisiert und mit Hilfe von Gerätschaften
und Kombinationen, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen ausgewiesen
sind, realisiert und erzielt werden.
-
Zur Lösung der vorstehend genannten
Aufgaben und gemäß dem Zweck
der vorliegenden Erfindung, wie ausgeführt und ausführlich hierin
beschrieben, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren Umsetzen von Propylen,
Ammoniak und Sauerstoff in einer Reaktorzone, in Gegenwart eines
Katalysators, zur Erzeugung eines rohes Acrylnitril enthaltenden
Reaktorabgasstroms, Überführen des
rohes Acrylnitril enthaltenden Reaktorabgasstroms zu einer Quenchkolonne,
worin der rohes Acrylnitril enthaltende Reaktorabgasstrom mit einem
ersten wässri gen Strom
zum Kühlen
des Reaktorabgasstroms in Kontakt gebracht wird, Überführen des
gekühlten,
rohes Acrylnitril enthaltenden Reaktorabgasstroms zu einer Absorptionskolonne,
worin der rohes Acrylnitril enthaltende Reaktorabgasstrom mit einem
zweiten wässrigen
Strom in Kontakt gebracht wird, um das rohe Acrylnitril als einen
Sumpfstrom von der Absorptionskolonne abzutrennen und zu entfernen, Überführen des
das rohe Acrylnitril enthaltenden Sumpfstroms zu einem Gewinnungs-
und Reinigungsbereich, wo das Acrylnitril gewonnen und gereinigt
wird, wobei die Verbesserung Zuführen
des zweiten wässrigen
Stroms zu der Absorptionskolonne mit Hilfe von Flüssigkeitssprühdüsen umfasst.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung
von Acrylnitril In-Kontaktbringen von Ammoniak, Sauerstoffenthaltendem
Gas und Propylen in Gegenwart eines Wirbelschichtkatalysators in
einem Wirbelschichtreaktor.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Sprühdüsen im Sumpfteil der Absorptionskolonne
positioniert.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Sprühdüsen in der oberen Wärmeübertragungsposition
der Absorptionskolonne angeordnet.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Sprühdüsen durch die Absorptionskolonne
hinweg angeordnet.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine schematische Zeichnung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
2 ist
eine Querschnittsansicht der Absorptionskolonne, die mit Flüssigkeitssprühdüsen ausgestattet
ist.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
IM EINZELNEN
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun im Einzelnen
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
-
Die Erfindung kann auf beliebige
Gewinnung und Reinigung für
Acrylnitril und Methacrylnitril angewendet werden, die eine Absorptionskolonne
aufweist, worin das Produkt aus der Quenchkolonne zu der Absorptionskolonne
vor der Gewinnung und Reinigung des Acrylnitrilprodukts überführt wird.
Die mit der Gewinnung und Reinigung verbundenen, speziellen Zwischenschritte
sind für
die vorliegende Erfindung nicht kritisch und liegen innerhalb des
Tätigkeitsfelds
des Durchschnittsfachmanns. Beispielsweise können Destillationstürme bei
der Reinigung von rohem Acrylnitril zur Herstellung von Acrylnitril angewendet
werden.
-
Mit Bezug auf 1 werden Propylen und Ammoniak zu dem
Reaktor 1 über
Leitung 2 überführt und
ein Sauerstoffenthaltendes Gas (im Allgemeinen Luft) wird zu dem
Reaktor über
Leitung 4 gespeist. Das Propylen, Ammoniak und Sauerstoff
reagieren in dem Reaktor (vorzugsweise ein Wirbelschichtreaktor)
in Gegenwart eines Wirbelschichtkatalysators zur Herstellung von
Acrylnitril. Der Reaktorabgasstrom, der Acrylnitril enthält, wird
aus Reaktor 1 über
Leitung 3 zur Quenchung 5 überführt, worin die Reaktorabgasströme durch
direkten Kontakt mit einem wässrigen
Strom gekühlt
werden. Der gekühlte
Reaktorabgasstrom wird aus Quenchung 5 entfernt und gelangt über Leitung 7 in
Absorptionskolonnen 9, worin ein wässriger Strom den gekühlten Reaktorabgasstrom
kontaktiert, um das rohe Acrylnitril zu entfernen (rohes Acrylnitril
ist vorgesehen, Acrylnitril zu bezeichnen, welches verschiedene
Verunreinigungen, einschließlich
Co-Produkte HCN und Acetonitril, enthält), das in dem Reaktorabgasstrom
vorliegt. Das rohe Acrylnitril wird dann aus der Absorptionskolonne 9 über Leitung 13 zu
Gewinnungskolonne 15 überführt, worin
das rohe Acrylnitril der Destillation unterzogen wird, um enthaltene
Verunreinigungen zu entfernen, und das rohe Acrylnitril wird über Leitung 23 zu
Kopfkolonne 25 überführt, wo
weitere Destillation zum Trennen des Acrylnitrils von den Co-Produkten
(d. h. HCN und Acetonitril) stattfindet. Das gewonnene Acrylnitril
wird dann aus der Kopfkolonne 25 über Leitung 27 ent fernt
und wird weiter in Produktkolonne 31 gereinigt. Gereinigtes
Acrylnitril wird aus der Produktkolonne 31 über Leitung 35 entfernt
und der Abfall wird zum Zurückführen über Leitung 33 gewonnen.
Co-Produkt HCN wird gewöhnlich
aus Leitung 29 von Kopfkolonne 25 gewonnen. Co-Produkt
Acetonitril wird gewöhnlich
als ein Seitenstrom (nicht gezeigt) aus Gewinnungskolonne 15 gewonnen.
-
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist Absorptionskolonne 9 speziell angepasst, um ein neues
Verfahren zum In-Kontaktbringen des gekühlten Acrylnitril enthaltenden
Reaktorabgasstromgases, um das Acrylnitril aus dem Reaktorabgasstrom
zu entfernen, bereitzustellen.
-
Mit speziellem Bezug auf 2 wird die neue Konfiguration
des Inneren der Absorptionskolonne 9 gezeigt.
-
2 ist
ein Querschnitt von Absorptionskolonne 9 und zeigt eine
bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Der Innenbereich von Absorptionskolonne 9 enthält ein kreisförmig geformtes
Gitter mit einem Querstab 41. Gitter 37 und Querstab 41 sind
so ausgelegt, dass sie flüssige
Sprühdüsen 39 aufweisen,
die oberhalb des kreisförmigen Gitters 37 und
Querstab 41 in einer solchen Weise positioniert sind, dass
die wässrige
Sprühung,
die aus den Düsen 39 kommt,
den gesamten Umfang der Absorptionskolonne 39 umfasst,
wodurch vollständiger
Kontakt der wässrigen
Sprühung
mit dem gekühlten
Reaktorabgasstromgas erfolgen kann, damit das Acrylnitril als Sumpfstrom über Leitung 13 entfernt wird
(1). Im Allgemeinen
ist der Abstand zwischen den flüssigen
Sprühdüsen 0,91
m bis 3,66 m (36 inches bis 144 inches), vorzugsweise 1,22 m bis 2,29
m (48 inches bis 90 inches). Gewöhnlich
wird die Anzahl der in der Kolonne verwendeten Sprühdüsen von
der Größe der Kolonne
mit der Aufgabe, zu sichern, dass der gesamte Umfang der Kolonne
abgedeckt ist, abhängen.
Im Allgemeinen liegt die Anzahl der verwendeten Düsen in einer
Kolonne mit einem Durchmesser von 4,86 m (16 foot) im Bereich von
7 bis 10, in Abhängigkeit
von der Größe der angewendeten
Düse. Zusätzlich ist
die tatsächliche Konfigura tion
der Düsen
nicht kritisch, vorausgesetzt, dass im Wesentlichen der gesamte
Umfang der Kolonne durch das Sprühmuster,
das aus den Sprühdüsen ausströmt, erfasst
wird.
-
Hohlkegel- oder Vollkegel-Flüssigkeitssprühdüsen können in
den oberen und/oder unteren Wärmeübertragungsbereichen
der Absorptionskolonne installiert werden. Es ist eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dass mehrere Ebenen von Hohlkegeldüsen mit
hinreichendem Abstand zwischen den Düsen und Anteilen zum Sichern der
gesamten Abdeckung der Flüssigkeitssprühung über die
vollständig
geöffnete
Fläche
der Absorptionskolonnenschale installiert werden.
-
Hinreichend gepumpte Flüssigkeitszirkulation
wird durch die Sprühdüsen eingeführt, um
die gewünschte
Wärmeübertragung
in den oberen und/oder unteren Wärmeübertragungsbereich über direktes
In-Kontaktbringen der Gasphase, die das Acrylnitrilprodukt enthält, mit
der gesprühten
Flüssigkeit
auszuführen.
Die gepumpte Flüssigkeit
kann vorzugsweise ein Abstrom der Absorptionsturmsümpfe oder
ein Abstrom von dem Absorptionsturmnebenabzug und/oder Absorptionsturmmagerwasser und/oder
frischem Auffüllwasser
zu dem Absorptionsturm und/oder Verfahren, kondensiert aus der Quenchung,
sein.
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden manuelle oder automatische Kontrollventile
an dem Zuführungsrohr
zu jeder Ebene der Sprühdüsen installiert, um
die Einstellung der Fließgeschwindigkeit
zu jedem Niveau und Optimierung von Wärmeübertragung zu ermöglichen.
-
Es wurde beobachtet, dass die Anpassung von
Flüssigkeitssprühdüsen an das
Innere der Absorptionskolonne anstelle von Böden oder strukturierter oder
statistischer Füllung
die nachstehenden verbesserten Vorteile hervorruft. Die Verwendung von
Sprühdüsen führt zu einem
geringeren inhärenten
Druckabfall des Sprühsystems
bei einer inhärent geringeren
Belegungstendenz des Sprühsystems. Es
wurde beobachtet, dass sich Absorptionskolonnenfüllungen, ob statistisch oder
strukturiert, während
des Arbeitens eines Gewinnungs- oder Reini gungssystems für Acrylnitril
in der Regel mit Polymeren belegen. Die akkumulierten Polymerabscheidungen
ergeben einen erhöhten
Kolonnendruckabfall, bis die Kolonne zum kostenaufwändigen,
zeitaufwändigen
Reinigen heruntergefahren werden muss. In dem erfindungsgemäßen Verfahren
entfernt das Sprühsystem
potenzielle Oberflächen
zur Polymerbildung, wodurch das Polymerbelegungsproblem beseitigt
oder im Wesentlichen beseitigt wird. Mit der Beseitigung oder mit
der wesentlichen Beseitigung des Polymerbelegungsproblems besteht
die gleichzeitige Möglichkeit,
das System bei einem niederen Druck arbeiten zu lassen. Natürlich führt das
Arbeiten bei einem niederen Druck zu einer Verbesserung im Gewinnungs-
und Reinigungssystem, was zu einer Erhöhung der Ausbeuten des Acrylnitrilprodukts führt.
-
Es wird deutlich, dass gemäß der Erfindung ein
Verfahren bereitgestellt wird, welches vollständig den Aufgaben und Zielen
und Vorteilen, wie vorstehend angeführt wird, genügt.