Способ извлечения органического материала, содержащего цианистый водород

Настоящее изобретение относится к способу извлечения органического материала, содержащего цианистый водород, полученного в потоке реактора при проведении реакции аммоксидирования пропилена или изобутилена для получения акрилонитрила или метакрилонитрила, с направлением паровых потоков из технологических аппаратов в головную часть факела. При этом, по меньшей мере, одну порцию органического материала головной части факела, содержащего цианистый водород, направляют на операцию извлечения. Способ позволяет снизить количество акрилонитрила и HCN, направляемых на сжигание. 2 н. и 7 з. п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к созданию усовершенствованного процесса изготовления акрилонитрила и метакрилонитрила. В частности, настоящее изобретение имеет отношение к усовершенствованию улавливания (извлечения) цианистого водорода, используемого в процессе изготовления акрилонитрила и метакрилонитрила.

Извлечение являющейся побочным продуктом цианисто-водородной кислоты (HCN), получаемой при изготовлении в промышленных масштабах акрилонитрила и метакрилонитрила путем аммоксидирования пропилена или изобутилена, осуществляют при помощи гашения (резкого охлаждения) эффлюента (стока) реактора водой, с последующим пропусканием полученного после гашения газообразного потока (который содержит акрилонитрил или метакрилонитрил, а также побочную HCN) через абсорбер (поглотитель), в котором воду и газы вводят в контакт в противотоке, что позволяет извлечь главным образом всю HCN, а также акрилонитрил или метакрилонитрил. Водный поток, который содержит HCN, а также акрилонитрил или метакрилонитрил, пропускают затем через ряд дистилляционных колонн и объединенных с ними декантаторов (отстойников) для очистки продукта акрилонитрила или метакрилонитрила и его отделения от парового потока, который главным образом содержит всю HCN.

Типичные системы извлечения и очистки, которые используют в ходе изготовления акрилонитрила или метакрилонитрила, раскрыты в патентах США 4234510 и 3885928.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа изготовления акрилонитрила или метакрилонитрила, который позволяет снизить количество акрилонитрила и HCN, направляемых на сжигание или на другие процессы извлечения.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа извлечения органического материала, полученного в эффлюенте реактора при проведении реакции аммоксидирования пропилена или изобутилена для получения акрилонитрила или метакрилонитрила, путем направления по меньшей мере порции материала головной части факела на процесс извлечения органического материала.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является использование скруббирования (очистки) водной фазы в противотоке, скруббирования органической фазы в противотоке, скруббирования водной фазы в параллельном потоке, скруббирования органической фазы в параллельном потоке, дистилляции (перегонки), экстракции, выщелачивания, адсорбции, абсорбции, избирательной конденсации и избирательной реакции для осуществления извлечения органического материала, полученного в эффлюенте реактора при проведении реакции аммоксидирования пропилена или изобутилена для получения акрилонитрила или метакрилонитрила.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления акрилонитрила или метакрилонитрила, который предусматривает транспортирование порции содержимого головной части технологического факела, полученного в ходе аммоксидирования пропилена или изобутилена, в контактный аппарат, в котором содержимое головной части технологического факела вводят в контакт с водным потоком, причем по меньшей мере порция органических материалов, которые имеются в содержимом головной части факела, абсорбируется водным потоком.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является использование одного или нескольких работающих в противотоке скрубберов, работающих в параллельном потоке скрубберов, дистилляционных колонн, экстракционных колонн, колонн для выщелачивания, абсорбционных башен, адсорбционных башен или башен избирательной конденсации, для осуществления усовершенствованного способа изготовления акрилонитрила или метакрилонитрила.

Указанные ранее и другие задачи, преимущества и новые характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера. В соответствии с задачами настоящего изобретения предлагаемый способ предусматривает транспортирование эффлюента реактора, полученного при проведении реакции аммоксидирования пропилена или изобутилена, в колонну гашения (охлаждения), в которой горячие отходящие газы охлаждаются за счет контакта с водяными брызгами (с распыляемой водой), и охлажденный верхний погон эффлюента реактора проходит в абсорбционную колонну, в которой HCN и не очищенный акрилонитрил или метакрилонитрил поглощаются водой. Водный раствор, который содержит HCN и акрилонитрил или метакрилонитрил, а также другие примеси, затем направляют на первую дистилляционную колонну (колонну извлечения), где существенная порция воды и примесей удаляется через основание колонны в виде жидкого продукта, в то время как HCN, вода и меньшая часть примесей, а также акрилонитрил или метакрилонитрил выводятся из колонны в виде головного парового потока. Везде в ходе процесса различные паровые потоки из технологических аппаратов направляются в головную часть технологического факела, в которой указанные материалы подводятся к высокотемпературному термическому окислителю или к факелу, что позволяет произвести их эффективное и безопасное удаление (сжигание).

Настоящее изобретение позволяет улучшить работу известных установок за счет ввода дополнительного блока извлечения HCN в головную часть технологического факела.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения процесс извлечения осуществляют путем направления содержимого головной части технологического факела в противотоковый двухфазный контактный аппарат, в котором газообразное содержимое головной части технологического факела направляется вверх в технологическую камеру, а протекающий вниз водный поток входит в контакт с газообразными материалами головной части технологического факела для извлечения из них HCN.

Настоящее изобретение позволяет производить более эффективное извлечение HCN. Это означает, что меньший объем HCN направляется на сжигание, что в результате снижает выброс газов сгорания.

Далее будет описан более подробно способ извлечения и очистки акрилонитрила или метакрилонитрила в соответствии с настоящим изобретением. Эффлюент реактора, полученный при проведении реакции аммоксидирования пропилена или изобутилена, аммиак и содержащий кислород газ реактора с псевдоожиженным слоем, в контакте с псевдоожиженным слоем катализатора аммоксидирования, транспортируют по линии (трубопроводу) передачи в колонну гашения, где горячие отходящие газы охлаждают за счет ввода в контакт с распыляемой водой. Охлажденный отходящий газ, который содержит желательный продукт (акрилонитрил или метакрилонитрил, ацетонитрил и HCN), затем направляют по линии передачи и пропускают через основание в абсорбционную колонну, в которой продукты абсорбируются водой, которую вводят в абсорбционную колонну сверху. Не абсорбированные газы выходят из абсорбционной колонны по расположенной сверху трубе, причем они могут быть направлены в головную часть технологического факела или на дополнительные процессы извлечения. Содержащий желательные продукты водный поток отводят от основания абсорбционной колонны по соответствующей линии и подводят к верхнему участку первой дистилляционной колонны (колонны извлечения) для проведения дальнейшей очистки продукта. Продукт получают в виде жидкости с верхней части колонны извлечения и направляют его по питающей линии на вторую дистилляционную колонну (колонну головного погона), в то время как воду и другие примеси отводят из колонны извлечения через ее основание. Не сконденсированные газы, присутствующие в верхней части колонны извлечения, также могут быть направлены в головную часть технологического факела. В колонне головного погона отбирают HCN сверху и отводят ее из колонны, охлаждают в конденсаторе головной погон и полученный материал направляют в сборник орошающей фракции. Жидкую фракцию из сборника орошающей фракции возвращают в верхнюю часть колонны головного погона. Материал паровой фазы также отводят из сборника орошающей фракции и охлаждают в конденсаторе продукта HCN. Охлажденный и частично сконденсированный эффлюент из конденсатора продукта HCN направляют на выбивной резервуар (тигель) HCN. Жидкую порцию HCN отводят из этого резервуара и возвращают в процесс извлечения. Не сконденсированную HCN вместе с другим не сконденсированным материалом также отводят из выбивного резервуара HCN и могут направить через головную часть технологического факела непосредственно на сжигание или могут направить на очистку и извлечение при помощи известных устройств. Другие технологические потоки также направляют в головную часть технологического факела для безопасного удаления.

Существенной операционной проблемой, возникающей при извлечении и очистке продуктов в процессе производства акрилонитрила и метакрилонитрила, является образование полимерной HCN главным образом в колонне гашения и в колонне головного погона. В частности, полимерная HCN образуется на тарелках и в промежутках колонны головного погона над питающим входом колонны. Твердая полимерная HCN забивает (засоряет) тарелки колонны, сливы переполнения, стояки и т.п., а также нарушает гидравлический баланс поверхностей раздела жидкость - пар в колонне головного погона.

Вероятность образования полимерной HCN хорошо известна, однако отсутствует хорошее понимание этого процесса и возможность его количественной оценки. При проведении осмотра и очистки, в ходе текущего обслуживания технологических блоков, в особенности колонны головного погона, полимерную HCN удаляют из процесса совместно с другими накоплениями коррозионных побочных продуктов и отходов. Исторически сложилось так, что не производят точную количественную оценку полимерной HCN, а скорее производят качественную оценку ее влияния на нормальное протекание процесса.

Кроме того, следует сказать, что точное измерение количества полимерной HCN в материале технологического факела весьма затруднительно, так как большие количества не сконденсированных газов, таких как азот и легкие углеводороды, выпускаемых в головную часть технологического факела, увеличивают ошибку точного отбора пробы при расчете содержания HCN. Такая ошибка отбора пробы может возникать и в результате небольших дисбалансов изокинетических методик отбора проб, небольших ошибок калибровки при использовании методик определения состава, а также за счет деградации образцов. Еще более существенная несогласованность может возникать за счет динамической природы процесса производства и извлечения. Блоки, которые направляют материал в головную часть технологического факела, работают в определенном диапазоне, и любое нарушение в работе одного технологического блока воздействует на работу всех технологических блоков, которые получают теплоту или материал от блока с нарушенным режимом работы. Следовательно, любой отбор проб следует проводить с четким пониманием технологических процессов и с выявлением параметра, который лучше всего описывает типичную операцию.

В результате неполного понимания химии процесса и состава материала головной части технологического факела операторы технологических установок для выпуска акрилонитрила и метакрилонитрила приписывают большинство потерь HCN образованию полимерной HCN, когда они производят баланс материала установки. По общему мнению, на основании многолетних производственных данных, менее одного процента (1%) побочной HCN, получаемой на таких установках, направляется в головную часть технологического факела. Несмотря на то, что потери этого материала являются экономическими потерями, слабая концентрация HCN в материале головной части технологического факела не оправдывает применение чрезвычайных мер, которые необходимы для извлечения этого материала. Этот ценный побочный продукт сжигают в технологическом факеле из соображений безопасности, так как полагают, что стоимость его извлечения является слишком высокой.

В целях дальнейшего снижения вредного воздействия на окружающую среду за счет сжигания HCN в технологическом факеле, в соответствии с настоящим изобретением введен дополнительный работающий в противотоке (противотоковый) скруббер, предназначенный для обработки содержимого головной части технологического факела. Содержимое головной части технологического факела вводят в контакт с водным потоком жидкости, протекающим в противоположном направлении. Не сконденсированные порции материала головной части технологического факела извлекают из водного потока, направляют в головную часть технологического факела и сжигают, как и прежде. Водный поток жидкости возвращают в процесс извлечения и очистки и смешивают с основным водным потоком, который используют для абсорбции продуктов, существующих в реакторе и затем дистиллируемых до желательного уровня чистоты.

При оценке состава водного потока жидкости, который возвращают в процесс извлечения из скруббера головной части технологического факела, нашли, что почти десять процентов (10%) теоретического выхода побочной HCN было извлечено, что почти на порядок превышает то количество HCN, которое полагали имеющимся в материале головной части технологического факела. Наличие высокого уровня HCN в материале головной части технологического факела оказалось полной неожиданностью для операторов соответствующих технологических установок. До того момента, пока не было произведено действительное извлечение материала, специалисты в области изготовления и очистки акрилонитрила или метакрилонитрила совершенно не подозревали о том, что имеются высокие уровни ценного побочного продукта в виде HCN, который в течение ряда лет направлялся для сжигания в технологическом факеле, а также о том, что при таких высоких уровнях извлечение HCN может стать экономически выгодным.

По сравнению с измерением содержания HCN в материале паровой фазы головной части технологического факела, извлечение за счет водного скруббирования в противотоке позволяет в несколько раз увеличить количество извлеченной HCN. Трудности проведения точного измерения HCN в паровой фазе, в сочетании с ошибочным мнением о том, что существенно большие количества HCN уже полимеризовались в технологическом оборудовании, а также трудности количественной оценки действительного количества полимерной HCN, полученной при проведении процедур обслуживания, привели практических работников в данной области к ошибочному заключению о том, что только небольшие количества HCN могут быть извлечены из материала технологического факела. Только внедрение данного процесса извлечения позволило получить информацию о реальных количествах HCN, которые сжигаются в технологическом факеле.

Несмотря на то, что в соответствии с настоящим изобретением для извлечения HCN из материала технологического факела используют противотоковый (работающий в противотоке) водный контактный аппарат, также могут быть использованы и иные решения, дающие аналогичные результаты. Среди таких решений можно указать (но без ограничения) применение скрубберов для водной и органической фаз, работающих в противотоке и в параллельном потоке, а также процессов дистилляции, экстракции, выщелачивания, адсорбции, абсорбции, избирательной конденсации, избирательной реакции и т.п. Дополнительным ограничением является низкое падение давления в системе головной части факела, что позволяет избежать высокого обратного давления. Дополнительные трудности связаны с необходимостью поддержания целостности системы факела при установке системы аварийного выпуска и контроля для очистки или улавливания дополнительных материалов из нормальных выпускаемых потоков.

Преимущественно реакцию аммоксидирования осуществляют в реакторе с псевдоожиженным слоем, хотя могут быть использованы и реакторы других типов, такие как реакторы с линией транспортирования. Уже хорошо известно использование реакторов с псевдоожиженным слоем для производства акрилонитрила. Например, может быть использована конструкция реактора, предложенная в патенте США 3230246

Необходимые условия протекания реакции аммоксидирования также хорошо известны и раскрыты, например, в патентах США 5093299; 4863891; 4767878 и 1503001. Обычно процесс аммоксидирования осуществляют путем ввода в контакт пропилена или изобутилена в присутствии аммиака и кислорода с катализатором в псевдоожиженном слое при повышенной температуре для получения акрилонитрила или метакрилонитрила. Может быть использован любой источник кислорода, однако по экономическим соображениям преимущественно используют воздух. Типичное молярное отношение кислорода к олефину в исходном материале должно находиться в диапазоне от 0,5:1 до 4:1, а преимущественно в диапазоне от 1:1 до 3:1. Молярное отношение аммиака к олефину в исходном материале при проведении реакции может варьировать в диапазоне от 0,5:1 до 5:1. В действительности нет верхнего предела для молярного отношения аммиака к олефину, однако обычно по экономическим соображениям нет причин для его повышения свыше 5:1.

Реакция протекает при температурах в диапазоне ориентировочно от 260 до 600°С, преимущественно в диапазоне от 310 до 500°С, а еще лучше в диапазоне от 350 до 480°С. Продолжительность контакта, хотя она и не является критичной, обычно составляет от 0,1 до 50 секунд, а преимущественно от 1 до 15 секунд.

В дополнение к катализатору в соответствии с патентом США 3642930, для осуществления настоящего изобретения могут быть использованы и другие подходящие катализаторы, например, раскрытые в патенте США 5093299.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.

1. Способ извлечения органического материала, содержащего цианистый водород, полученного в потоке реактора при проведении реакции аммоксидирования пропилена или изобутилена для получения акрилонитрила или метакрилонитрила, с направлением паровых потоков из технологических аппаратов в головную часть факела, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одну порцию органического материала головной части факела, содержащего цианистый водород, направляют на операцию извлечения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс извлечения органического материала выбирают из группы, в которую входят скруббирование водной фазы в противотоке, скруббирование органической фазы в противотоке, скруббирование водной фазы в параллельном потоке, скруббирование органической фазы в параллельном потоке, дистилляция, экстракция, выщелачивание, адсорбция, абсорбция, избирательная конденсация и избирательная реакция.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что процесс извлечения органического материала предусматривает скруббирование водной фазы в противотоке.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс извлечения органического материала предусматривает скруббирование водной фазы в параллельном потоке.

5. Способ изготовления акрилонитрила или метакрилонитрила путем аммоксидирования пропилена или изобутилена с направлением паровых потоков из технологических аппаратов в головную часть технологического факела, отличающийся тем, что часть содержимого головной части технологического факела транспортируют в контактный аппарат, в котором содержимое головной части технологического факела вводят в контакт с водным потоком, причем, по меньшей мере, часть органических материалов, содержащих цианистый водород, которые имеются в содержимом головной части факела, абсорбируется водным потоком.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что контактный аппарат выбирают из группы, в которую входят противотоковый скруббер, скруббер с параллельным потоком, дистилляционная колонна, экстракционная колонна, колонна для выщелачивания, абсорбционная башня, адсорбционная башня и башня для избирательной конденсации.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве контактного аппарата используют противотоковый скруббер.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве контактного аппарата используют скруббер с параллельным потоком.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве контактного аппарата используют дистилляционную колонну.