BRPI0901629B1 - A method for producing aqueous acrylic acid from a gas material current - Google Patents

Abstract

método para produzir ácido acrílico aquoso de uma corrente de material gasoso. a presente invenção refere-se à recuperação de ácido (met)acrílico aquoso por condensação de uma corrente contendo ácido (met)acrílico para produzir ácido (met)acrílico aquoso tendo uma concentração maior de ácido (met)acrílico e uma concentração menor de formaldeido, i.e., não maior do que 0,1% em peso, do que o ácido (met)acrílico aquoso produzido usando os métodos de separação até agora conhecidos. a corrente contendo ácido (met)acrílico pode ser a corrente de produto bruto de oxidação catalítica de pelo menos um alcano ou alqueno c~ 2~-c~ 4~.

Description

“MÉTODO PARA PRODUZIR ÁCIDO ACRÍLICO AQUOSO DE UMA CORRENTE DE MATERIAL GASOSO” Campo da Invenção A presente invenção relates à recuperação de ácido (met)acrílico de uma corrente de material gasoso para produzir ácido (met)acrílico aquoso.

Fundamentos da Invenção Monômeros, tais como ácidos carboxílicos insaturados e nitrilas insaturadas, são industrialmente importantes como materiais iniciais e intermediários para produzir várias resinas sintéticas, materiais de revestimento, fibras, plastificantes, resinas sintéticas, e assim por diante. Comercialmente, há vários processos para produzir ácidos carboxílicos insaturados (e.g., ácido acrílico e ácido metacrílico) e nitrilas insaturadas (e.g., acrilonitrila e metacrilonitrila), mas geralmente, todos tais processos começam essencialmente na mesma maneira, via a reação catalítica de um ou mais hidrocarbonetos para produzir um material gasoso impuro compreendendo o monômero desejado. É então necessário recuperar o monômero desejado do material gasoso impuro, e então adicionalmente purificá-lo com o propósito de minimizar a quantidade de outros materiais, subprodutos, e impurezas presentes na corrente de monômero recuperada.

Por exemplo, um processo bem conhecido e comercialmente bem sucedido para manufatura de ácido acrílico envolve uma reação de oxidação catalítica em fase vapor de duas etapas na qual propileno é convertido primeiro em acroleína em uma primeira etapa de processo, e a acroleína é então convertida em ácido acrílico em uma segunda etapa de processo. A corrente de material gasoso resultante compreende ácido acrílico, mas também água, propileno não reagido e acroleína, e vários subprodutos incluindo, mas não limitados a, um ou mais dos seguintes compostos: formaldeído, ácido acético, ácido propiônico, benzaldeído, furfural, e ácido maleico. Outro processo conhecido que está senda correntemente explorado e desenvolvido é a oxidação catalítica em fase vapor de uma etapa de propano na presença de um catalisador adequado, e que também produz uma corrente de material gasoso compreendendo ácido acrílico, água, óxidos de carbono, propano não reagido, propileno, acroleína e vários subprodutos incluindo, mas não limitados a, um ou mais dos seguintes compostos: formaldeído, ácido acético, ácido propiônico, benzaldeído, furfural, e ácido maleico.

Independente do processo de reação que o produz, ácido acrílico aquoso é então mais tipicamente recuperado da corrente de produto gasoso bruto em uma torre de absorção, na qual um absorvente esfriado, tal como água ou um composto orgânico (e.g., difenil-éter) diretamente contata a corrente de material gasoso, simultaneamente condensando e absorvendo vários componentes, incluindo ácido acrílico e água, da corrente de material gasoso para produzir uma corrente de ácido acrílico aquoso. Esta mistura aquosa tipicamente contém quantidades apreciáveis de subprodutos e impurezas tais como acroleína, formaldeído, e água. Isto é, pelo menos em parte, porque processos de absorção por contato direto também capturam subprodutos e impurezas com o ácido (met)acrílico do material gasoso contendo ácido (met)acrílico, em vez de apenas o produto desejado de ácido (met)acrílico. Por esta razão, é comum que a corrente de ácido acrílico aquoso resultante seja submetida a uma ou mais etapas de purificação. O uso intencionado para o ácido acrílico muitas vezes determinará o grau ao qual a corrente de material tem que ser purificada e a extensão na qual os outros materiais precisam ser removidos ou separados do ácido acrílico.

Purificação, ou separação, do produto de ácido acrílico desejado de outros materiais na corrente de ácido acrílico aquoso pode ser realizada por um ou mais processos bem conhecidos e entendidos incluindo destilação, extração, e/ou cristalização. Uma das etapas mais comuns destas etapas de purificação é o uso de destilação azeotrópica para remover água da corrente de ácido acrílico aquoso. A purificação de correntes de ácido acrílico aquoso via destilação azeotrópica é bem conhecida na técnica de produção de ácido acrílico. Vários processos de destilação azeotrópica têm sido desenvolvidos no decorrer dos anos baseados em agentes azeotrópicos diferentes, por exemplo Patente U.S. No. 3.798.264 ensina o uso de acetato de isobutila (IBAc) como o agente azeotrópico, Patente GB No. 2146636 ensina o uso de metil-isobutil-cetona (MIBK) como o agente azeotrópico, e Patente U.S. No. 6.399.817 ensina o uso de tolueno como o agente azeotrópico.

Outros processos de purificação, tais como múltiplas etapas de destilação em série, ou processos de cristalização, são muitas vezes necessários para atenderem às exigências de qualidade de produto final. Claro que cada etapa de purificação adicional exige investimento de capital inicial adicional, bem como custos operacionais mais altos.

Por exemplo, o processo mostrado em Patente U.S. No. 6.482.981 envolve absorção de ácido (met)acrílico por contato direto da corrente de material com água, seguido por destilação azeotrópica, e então por cristalização do ácido acrílico aquoso resultante para remover impurezas adicionais e deste modo minimizar polimerização e formação de outros sólidos. Um tal processo complexo é portanto economicamente não atrativo para construir e operar. É importante notar que alguns dos subprodutos e impurezas na corrente de ácido acrílico aquoso podem interferir com a operação e a eficiência de processos posteriores, tais como purificação adicional, armazenagem, ou reação para produzir outros materiais (e.g., ésteres de ácidos (met)acrílicos). Por exemplo, como explicado em Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2007/0167650, níveis altos de formaldeído em correntes de ácido acrílico interagem adversamente com alguns inibidores de polimerização (e.g., fenotiazina ("PTZ"), hidroquinona ("HQ"), e monometil-éter de hidroquinona (MeHQ")) resultando em formação de precipitados sólidos no produto de ácido acrílico. Esta reação também reduz a efetividade das moléculas de inibidor na prevenção de polimerização do monômero ácido acrílico, porque um pouco do inibidor é consumido na formação de precipitados sólidos. Ademais, estes efeitos pioram com temperaturas crescentes, tais como são muitas vezes usados em colunas de destilação azeotrópica. Portanto seria vantajosa a remoção máxima possível destas impurezas na etapa de recuperação, antes da purificação posterior do ácido acrílico aquoso. Infelizmente, a revelação de Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2007/0167650 não fornece orientação para remoção de tais impurezas. Em vez disso, o pedido apenas propõe um limite, i.e., reduzir, a concentração de inibidores no processo para evitar a formação de precipitados. Uma tal abordagem está em desacordo com operação segura de processo, porque obtém formação de precipitado reduzida com prejuízo de inibição de processo insuficiente.

Como uma alternativa à absorção convencional com água ou solventes orgânicos, Patente U.S. No. 6.646.161 descreve um processo para recuperar ácido (met)acrílico de um gás quente contendo ácido (met)acrílico e uma proporção alta de constituintes não-condensáveis, por "condensação fracionada" do gás quente. O produto de ácido acrílico aquoso desejado tendo mais do que 95% em peso de ácido acrílico) sai do lado do condensador fracionário, enquanto que frações leves (componentes não condensados) saem do topo e impurezas mais pesadas e subprodutos saem como uma corrente líquida condensada do fundo. Assim, o processo de Patente U.S. No. 6.646.161 produz um produto de ácido acrílico aquoso, e pelo menos duas correntes de subproduto que têm que ser manuseadas separadamente. Opcionalmente, uma corrente de água residual pode ser removida do lado do condensador fracionário, aumentando adicionalmente o teor de ácido acrílico da corrente lateral de ácido acrílico aquoso, mas também criando uma terceira corrente de subproduto que precisa ser processada. O condensador fracionário usado neste processo está dividido em "seções" para solucionar vários problemas de engenharia (i.e., separação de componentes múltiplos cujos pontos de ebulição diferem em mais do que 25°C) e realiza esfriamento simultâneo do gás quente e condensação de sua fração de ebulição mais alta. Assim, este processo pode ser considerado uma combinação de retificação e absorção que são muitas vezes realizada em duas etapas separadas em processos convencionais. Os benefícios de obtenção de uma corrente de ácido acrílico purificado de um tal processo são mais importantes, contudo, pela complexidade substancial de se terem múltiplas correntes a processar e o custo de capital incrementai do equipamento de processo adicional exigido para uma tal abordagem operacional.

Patente Européia No. EP 1319648 BI apresenta um processo para produzir ácido acrílico no qual o efluente de um processo de oxidação de propileno de dois estágios é primeiro alimentado em uma torre de esfriamento, na qual ácido acrílico é capturado via contato direto com água de processo. A corrente de ácido acrílico aquoso resultante é então submetida à destilação azeotrópica para remover água residual do ácido acrílico aquoso, e a água residual é reciclada para o topo da torre de esfriamento. Uma segunda corrente de ácido acrílico aquoso é também removida da seção superior da torre de esfriamento e destilada; a água removida desta corrente também é reciclada para o topo da torre de esfriamento. Assim, este processo envolve remoção de múltiplas correntes de produto, ambas as quais compreendem água e ácido acrílico, e ambas as quais exigem processamento adicional para produzir ácido acrílico de pureza comercialmente útil.

Indústria recebería com agrado processos que produzem ácido acrílico aquoso com menos impurezas e subprodutos de modo a minimizar os problemas nas etapas de purificação a jusante envolvendo acúmulo de incrustações, tais como precipitados e sólidos poliméricos, que interferem com o desempenho do equipamento e reduzem a quantidade de inibidor disponível para prevenir polimerização do produto de ácido (met)acrílico durante os estágios posteriores de processamento, incluindo purificação, transporte e armazenagem. Também é desejável que tais processos sejam tão simples quanto possível, i.e., para exigir tão poucas etapas de processo e tão pouco equipamento quanto possível, para deste modo minimizar os gastos de capital e de operação Sumário da Invenção A presente invenção proporciona um método para produzir ácido acrílico aquoso a partir de uma corrente de material gasoso compreendendo: a) fornecer uma corrente gasosa a um condensador, sendo que a corrente de material gasoso compreende pelo menos ácido acrílico, água, acroleína, formaldeído; e b) operação do condensador e produção de uma corrente de suspiro gasosa compreendendo componentes não condensados, e uma corrente de ácido acrílico aquoso condensado compreendendo ácido acrílico, sendo que a corrente de ácido acrílico aquoso compreende não mais do que 0,1% em peso de formaldeído, baseada no peso total da corrente de ácido acrílico aquoso. A corrente de ácido acrílico aquoso condensada pode, por exemplo, compreendendo entre 75% e 95% em peso de ácido acrílico, baseado no peso total da corrente de ácido acrílico aquoso condensado. A corrente de material gasoso pode ser o produto de uma reação de oxidação de hidrocarboneto, tal como da oxidação catalítica em fase vapor de um alcano ou alqueno C2-C4 para produzir ácido (met)acrílico. O método da presente invenção pode adicionalmente compreender: c) extrair a corrente de ácido acrílico aquoso em uma coluna de remoção de acroleína para obter uma corrente de ácido acrílico aquoso com teor reduzido de acroleína e uma corrente de condensado compreendendo acroleína, e d) reciclar a dita corrente de condensado compreendendo acroleína para o condensador de ácido acrílico.

Descrição Breve dos Desenhos Um entendimento mais completo da presente invenção será ganho a partir das modalidades discutidas aqui adiante e com referência à Figura acompanhante que é uma representação esquemática do condensador adequado para uso com o método da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção As seguintes definições e significados são fornecidos para clareza e serão usados aqui em diante.

Como aqui usado, o termo "alcano C2 a C4" significa um alcano de cadeia ramificada ou cadeia linear tendo de 2 a 4 átomos de carbono por molécula de alcano, por exemplo, etano, propano e butano, que estão tipicamente na fase vapor em pressões e temperaturas ordinárias (e.g., pelo menos 10°C e 1 atmosfera (101,3 kPa)). Similarmente, o termo "alqueno C2 a C4" significa um alqueno de cadeia linear ou cadeia ramificada tendo de 2 a 4 átomos de carbono por molécula de alqueno, por exemplo, eteno, propeno e buteno.

Pontos de extremidade das faixas são considerados como exatos e é reconhecido que incorporam dentro de sua tolerância outros valores dentro do conhecimento de pessoas de experiência ordinária na técnica, incluindo, mas não limitados àqueles que são significativamente diferentes do respectivo ponto de extremidade em relação a esta invenção (em outras palavras, é para ser interpretado que pontos de extremidade incorporam valores "cerca de" ou "próximos de" ou "perto de" cada ponto de extremidade respectivo). A faixa e os limites de razão, aqui citados, são combináveis. Por exemplo, se faixas de 1-20 e 5-15 são citadas para um parâmetro particular, é entendido que faixas de 1-5,1-15, 5-20, ou 15-20 também são contempladas e incluídas nas mesmas. O método da presente invenção produz um produto de ácido (met)acrílico aquoso tendo quantidades reduzidas de impurezas e subprodutos, particularmente, menos formaldeído, do que processos convencionais ao sujeitar as correntes de material gasoso compreendendo ácido (met)acrílico a uma combinação de uma ou mais etapas de condensação usando esfriamento direto ou indireto com trocadores de calor externos e/ou contato entre a corrente gasosa com o condensado em uma coluna. O esfriamento evita a necessidade de adicionar água, como é feito em métodos de absorção direta baseados em água, que por sua vez minimiza a quantidade de formaldeído que transfere da fase gasosa para dentro do ácido (met)acrílico aquoso. Etapas de purificação adicionais, tais como destilação azeotrópica, destilação não-azeotrópica, ou cristalização, podem ser realizadas após a condensação, para remover água adicional, subprodutos e impurezas, como desejado. Assim, a presente invenção fornece um método para reduzir formação de sólidos (material de incrustação e polímero) durante processamento posterior de ácido (met)acrílico aquoso, por exemplo durante processos de purificação (e.g., em colunas de destilação, sobre bandejas / recheio, dentro de refervedores & tubulação), transporte e armazenagem de ácido (met)acrílico aquoso.

Com referência agora à Figura, é fornecida uma representação esquemática de uma modalidade da etapa de condensação do método da presente invenção. Mais particularmente, uma corrente de material 10 compreendendo ácido (met)acrílico e um ou mais subprodutos e impurezas incluindo, mas não limitados a, formaldeído é fornecido a uma coluna condensadora 12. Subprodutos e impurezas adicionais podem estar presentes na corrente de material 10 incluindo, mas não limitados a, reagentes não reagidos e produtos intermediários, vapor de água, dióxido de carbono, acroleína, ácido acético, ácido propiônico, outros aldeídos e compostos orgânicos, ácido maleico e anidrido maleico. A corrente de material 10 tipicamente contém um ou mais componentes não condensáveis, tais como nitrogênio, oxigênio e outras substâncias tendo um ponto de ebulição, em pressão atmosférica (i.e., 100 kPa), de pelo menos -40°C, por exemplo, pelo menos -30°C, ou ainda pelo menos -20°C, em quantidades de 20% a 95% em peso de, tal como de 50% a 95%, ou ainda 70% a 90% em peso, baseado no peso total da corrente de material 10. A corrente de material 10 deve estar quente, i.e., tendo uma temperatura de 50°C a 450°C, tal como, por exemplo, 100°C a 350°C, ou ainda 150°C a 350°C. A fonte da corrente de material 10 compreendendo ácido (met)acrílico, formaldeído e acroleína não é crítica. A corrente de material 10 pode ser, por exemplo, sem limitação, o gás de saída de um reator de oxidação de hidrocarboneto no qual o hidrocarboneto foi um_alcano ou alqueno C2 a C4 (i.e., etano, propano, ou butano, ou etileno, propileno, n-butileno ou isobutileno, respectivamente). Uma tal corrente de material pode, por exemplo, sem limitação, ter a seguinte composição típica, baseada no peso total da corrente de material: de 1% a 30% em peso de ácido (met)acrílico, de 0,05% a 1% em peso de propileno ou isobutileno não reagido, de 0,05% to 1% em peso de (met)acroleína não reagida, de 0,05% a 10% em peso de oxigênio, de 0,05% a 2% em peso de ácido acético, de 0,01% a 2% em peso de ácido propiônico, de 0,05% a 1% em peso de formaldeído, de 0,05 a 2% em peso de aldeídos, de 0,01 a 0,5% em peso de anidrido maleico e de 20% a 98%, tal como 50% a 90% em peso de gases diluentes inertes (tais como óxidos de nitrogênio ou de carbono). O condensador 12 é um aparelho que permite uma ou mais etapas de esfriamento para uma corrente gasosa quer por esfriamento de contato direto (tal como trocador de calor) quer por esfriamento indireto (tal como circuito em volta de bomba), e também permite contato das correntes de gás e de condensado em uma coluna convencional com elementos internos tais como bandejas, recheio, etc. Além disso, o condensador 12 pode ser de várias configurações, bem conhecidas pelas pessoas ordinariamente experientes na técnica, tal como onde esfriamento ocorre apenas no topo do condensador 12, ou apenas no fundo, ou ainda através da coluna condensadora 12 com múltiplos circuitos externos. A coluna condensadora 12 pode ser feita de qualquer material incluindo, mas não limitados a, Aço Inoxidável 316 (UNS31600), aço inoxidável 316L (UNS S31603), Aço Inoxidável 317 (UNS31700), aço inoxidável 317L+ (UNS S31725 & S31726), AI6XN (UNS N08367), Inconel 625 (UNS N06625), 904L (UNS N08904), Duplex 2205 (UNS S31803), Duplex 2507 (UNS S32750), Duplex 2304 (UNS S32304 ), Duplex alloy 329 (UNS S32900), Alloy 20 CB-3 (UNS N08020), e Hastelloy B2 (UNS NI0665). Tipicamente, a coluna condensadora inclui componentes internos tais como distribuidores, defletores, materiais de recheio sólido, bandejas, etc., conforme a necessidade e determináveis pelas pessoas ordinariamente experientes na técnica. Em adição, a coluna condensadora 12 está equipada com um ou mais trocadores de calor externos 14, 16 para esfriamento indireto e conseqüente recuperação do ácido (met)acrílico da corrente de material 10.

Por exemplo, a corrente de material gasoso 10 pode ser esfriada por contato de líquido condensado passando através de trocador de esfriamento tubular 14 posicionado no fundo de coluna condensadora 12, depois do que os materiais gasosos não condensados ("frações leves") continuam a subir através da coluna condensadora 12 e materiais líquidos condensados acumulam-se na porção de fundo, ou "reservatório" 22 de coluna condensadora 12. Uma porção de materiais líquidos acumulados é bombeada e puxada do reservatório 22 para formar ácido (met)acrílico aquoso 18. Materiais gasosos não condensados 24 saem da porção de topo 26 da coluna condensadora 12 e entram em um segundo trocador de calor 16 no qual são esfriados e então alimentados a um separador (não per se mostrados) do qual sai um gás de emissão residual 20 e uma corrente condensada 28, que é reciclada de volta para a coluna condensadora 12. O gás de emissão residual 20 pode ser fornecido a outro processo, tal como, por exemplo, ser reciclado para um reator de oxidação, ou pode ser transferido para um processo de descarte, tal como por exemplo um oxidador térmico. O produto de ácido (met)acrílico aquoso 18 produzido por esta etapa de condensação está mais concentrado, i.e., tendo 75% a 95% em peso de ácido (met)acrílico, e tem níveis reduzidos de formaldeído do que o ácido (met)acrílico aquoso produzido por processos convencionais envolvendo absorção que contém cerca de 65% a 80% em peso de ácido (met)acrílico, baseado no peso total do ácido (met)acrílico aquoso. A corrente de ácido (met)acrílico aquoso contém não mais do que 0,1% em peso de formaldeído, tal como, por exemplo não mais do que 0,05%, ou ainda não mais do que 0,01% em peso de, baseado no peso total do ácido (met)acrílico aquoso. Estes níveis menores de formaldeído no produto de ácido (met)acrílico aquoso 18 diminui a formação de polímero e de outros sólidos de incrustação (e.g., os produtos de reação de formaldeído e inibidores fenólicos) em equipamento de processo a jusante, tal como as colunas de destilação azeotrópica, extratores, e cristalizadores, que adicionalmente dá maior utilização de recurso e menores custos operacionais. A concentração mais alta de ácido (met)acrílico e o nível mais baixo de impurezas (e.g., formaldeído) também reduzem o uso de energia total nas etapas posteriores de separação / purificação. O ácido (met)acrílico aquoso bruto 18 pode ser submetido à purificação adicional usando meio convencional tal como, sem limitação, cristalização de massa fundida, destilação, extração, destilação azeotrópica, extração, ou suas combinações (e.g., destilação seguida por cristalização) para remover subprodutos e impurezas adicionais tais como ácido acético, acroleína e alcano ou alqueno não reagido. O processo e o método da presente invenção serão esclarecidos pelos seguintes exemplos, que são uma combinação de modelos em computador e dados de processo reais capazes de predizer os resultados de processo baseados em dados operacionais conhecidos e especificações de equipamento conhecidas. O modelo em computador usado pelos requerentes é comercialmente conhecido como Aspen plus 2004.1 Simulation Engine e está disponível em Aspen Technology, localizado em Burlington, Massachusetts, U.S.A.

EXEMPLOS

Exemplo Comparativo 1 (absorvedor convencional) Especificações de Aparelho e Operação Geral O equipamento consiste de um absorvedor que é uma coluna de aço inoxidável 316L com uma seção de topo de 10-pés 6-polegadas (3,2 metros) de diâmetro que é de 102-pés 3-polegadas (31,166 metros) de comprimento, uma seção de transição cônica de 4-pés 4-polegadas (1,321 metros) de comprimento, e uma seção de fundo de 15-pés 6-polegadas (4,724 metros) de diâmetro por 30-pés 4-polegadas (9,246 metros) de comprimento. A seção de fundo da coluna tem um circuito externo de líquido em volta da bomba_para proporcionar esfriamento para o gás de saída do reator, e consiste ■> uma bomba de 1100 galões por minuto ("gpm") (250 m /h em unidades SI) puxando líquido do fundo da coluna, um trocador de calor tubular de aço inoxidável 316L, de 2807 pés quadrados (261 metros quadrados), proporcionando até 30 MM BTU/h (8,78 MW) de esfriamento usando água de torre de esfriamento 31°C (88°F), e retomo da corrente de líquido em volta da bomba para a seção de fundo acima do leito recheado descrito abaixo. Gás de saída do reator é introduzido na coluna na porção inferior da seção de fundo, e então passa através de um distribuidor de vapor de grade-V seguido por um leito de 10-pés (3,048 metros) de profundidade de minianéis em cascata #4 de aço inoxidável 316, tudo contido na seção de fundo de diâmetro grande. O gás então ascende pela coluna via a seção de transição e passa em série através de dois leitos de 23-pés (7,010 metros) de profundidade de minianéis em cascata #3 de aço inoxidável 316 (comercialmente disponível em Koch-Glitsch, LP, localizado em Wichita, Kansas), seguido por dois leitos de 14-pés 4-polegadas (4,369 metros) de profundidade de recheio estruturado Sulzer BX de aço inoxidável 316 (comercialmente disponível em Sulzer Chemtech Ltd, localizado em Winterthur, Suíça). O gás deixando o leito de topo, tipicamente chamado de 'gás de emissão", sai no topo da coluna e uma porção é reciclada para a alimentação do reator, enquanto que o restante é enviado para um oxidador térmico.

Alimentação de água na coluna é introduzida no topo e distribuída no leito de topo com um distribuidor de líquido Nutter MTS-109 de aço inoxidável 316 (equivalente comercialmente disponível de Jaeger Products, localizado em Houston, Texas). Após o líquido passar através de cada leito na seção de topo, o líquido é coletado via uma bandeja de chaminé Nutter CFT-1206 de aço inoxidável 316 (comercialmente equivalente disponível em Jaeger Products, localizado em Houston, Texas), e redistribuído para o leito seguinte com um distribuidor de leito MTS-109 de aço inoxidável 316 (comercialmente equivalente disponível em Jaeger Products, localizado em Houston, Texas). Líquido deixando a seção de topo é adicionado no líquido do circuito de circulação em volta da bomba e distribuído para o leito de fundo com um distribuidor de líquido Nutter HLT-538 de aço inoxidável (comercialmente equivalente disponível em Jaeger Products, localizado em Houston, Texas). A medida que líquido acumula no fundo, reservatório, da coluna ele é puxado via bomba do sistema pelo controle de nível. O líquido deixando o fundo do absorvedor é chamado de ácido acrílico aquoso. O ácido acrílico aquoso pode ser enviado para processos a jusante para purificação adicional ou, opcionalmente, pode ser enviado para uma coluna de remoção de acroleína integrada para remoção eficiente de acroleína.

Na modalidade deste exemplo, é utilizada a coluna de remoção de acroleína integrada opcional. A coluna de remoção de acroleína integrada é uma coluna de aço inoxidável 304L, de 4-pés 9-polegadas (1,448 metros) de diâmetro com um leito recheado de 21-pés 8-polegadas (6,604 metros) de minianéis em cascata #2 de aço inoxidável 304 e está equipada com um refervedor de termossifao de aço inoxidável 304L, de 411 pés quadrados (38,2 metros quadrados), um condensador de aço inoxidável 304L, de 949 pés quadrados (88,2 metros quadrados), um condensador principal de aço inoxidável 304L,_e um condensador de suspiro de aço inoxidável 304L, de 293 pés quadrados, (27,2 metros quadrados). O material de fundo do absorvedor é alimentado no topo da coluna, que é operada em pressão absoluta a cerca de 200mmHg (26,664 Pa), passa através do recheio e é então aquecido no fundo da coluna pelo refervedor para vaporizar cerca de 5-10%, em volume, da corrente. O vapor saindo do refervedor passa através do leito recheado para proporcionar extração e é então condensado pelos condensadores principal e de suspiro. O condensado, que compreende acroleína, é retomado para a seção de fundo do absorvedor pela adição na linha de retomo para corrente ao redor da bomba; pela introdução do condensado nesta maneira, a acroleína é permitida revaporizar dentro do absorvedor. O líquido saindo do fundo da coluna de remoção de acroleína é chamado de ácido acrílico aquoso com teor reduzido de acroleína e é enviado para processos a jusante para purificação adicional.

Desempenho e Operação Real Baseado no equipamento descrito acima e nos dados operacionais reais, o modelo assumiu que o gás de saída do reator a 290°C (554°F) foi introduzido no fundo da coluna absorvedora com uma vazão de massa de 253.641 lb/h (115.050 kg/h em unidades SI), em uma pressão de 4,2 psig (28.958 Pa em unidades SI) e estimado que tem a seguinte composição: O esfriamento na seção de fundo da coluna absorvedora foi controlado para manter a temperatura de topo da coluna em 62°C (144°F), com uma temperatura de fundo resultante de 73°C (163°F). O fluxo de gás saindo no topo do absorvedor calculado foi de 212.047 lb/h (96.183 kg/h) a 1,9 psig (13.100 Pa) e teve a seguinte composição estimada: A coluna absorvedora foi munida com uma alimentação de água de 19.400 lb/h (8.800 kg/h) , que incluía_hidroquinona (HQ) e a corrente de produto de ácido acrílico aquoso saindo da coluna absorvedora tinha um fluxo de_65.069 lb/h (29.515 kg/h) e a seguinte composição: O produto de ácido acrílico aquoso foi então alimentado na coluna de remoção de acroleína para remover acroleína. A corrente de ácido acrílico aquoso com teor reduzido de acroleína removida do fundo da coluna de remoção de acroleína tinha um fluxo de 60.886 lb/h (27.617 kg/h) e a seguinte composição: Exemplos 1 e 2 (condensador) Especificações de Aparelho e Operação Geral O equipamento consiste de um condensador que é uma coluna de aço inoxidável 316L com uma seção de topo de 10-pés 6-polegadas (3,200 metros) de diâmetro que é 102-pés 3-polegadas (31,166 metros) de comprimento, uma seção de transição cônica de 4-pés 4-polegadas (1,321 metros) de comprimento, e uma seção de fundo de 15-pés 6-polegadas (4,724 metros) de diâmetro por 30-pés 4-polegadas (9,246 metros) de comprimento. O topo da coluna de condensação está equipado com um trocador tubular de 11,832 pés quadrados (1099 metros quadrados)), resfriador de topo, proporcionando até_33 MM BTU/h (9,66 MW) de esfriamento usando água de esfriamento de 31°C (88°F) para esfriar o gás deixando o topo da coluna, e um vaso de separação está projetado para separar o valor e o líquido e coletar o condensado para retomar para o topo da coluna pela bomba. A seção de fundo da coluna tem um circuito externo de líquido em volta da bomba_para proporcionar esfriamento para o gás de saída do reator, e consiste de uma bomba de 1.100 gpm (250 m/h) puxando líquido do fundo da coluna, um trocador de calor tubular de aço inoxidável 316L, de 2.807 pés quadrados (261 metros quadrados) proporcionando até 30 MM BTU/h (8,78 MW) de esfriamento usando água de torre de esfriamento de 31 °C (88 °F), e retomo da corrente de líquido em volta da bomba para a seção de fundo acima do leito recheado descrito abaixo. Gás de saída do reator é introduzido na coluna condensadora na porção inferior da seção de fundo, e então passa através de um distribuidor de vapor de grade-V seguido por um leito de 10-pés (3,048 metros) de profundidade de minianéis em cascata #4 de aço inoxidável 316, tudo contido na seção de fundo de diâmetro grande. O gás então move-se para cima pela coluna via a seção de transmissão e passa em série através de dois leitos de 23-pés (7,010 metros) de profundidade de minianéis em cascata #3 de aço inoxidável 316, seguido por dois leitos de 14-pés 4-polegadas (4,369 metros) de profundidade de recheio estruturado Sulzer BX de aço inoxidável 316. O gás deixa o leito de topo, sai do topo da coluna, e é então bombeado para o resfriador de topo. Após ser esfriada, a corrente de gás então passa através do separador para remover condensado líquido antes de deixar o sistema como 'gás de emissão', e uma porção é reciclada para a alimentação do reator enquanto que o restante é enviado para um oxidador térmico. O condensado coletado pelo vaso separador é alimentado no topo da coluna e distribuído no leito de topo usando um distribuidor de líquido Nutter MTS-109 de aço inoxidável 316. Após o líquido passar através de cada leito na seção de topo, o líquido é coletado via uma bandeja de chaminé Nutter CFT-1206 de aço inoxidável 316 e redistribuído para o leito seguinte com um distribuidor de leito MTS-109 de aço inoxidável 316. Líquido deixando a seção de topo é adicionado no líquido do circuito de circulação em volta da bomba e distribuído para o leito de fundo com um distribuidor de líquido Nutter HLT-538 de aço inoxidável. A medida que líquido acumula no fundo, reservatório, da coluna ele é puxado via bomba do sistema pelo controle de nível. O líquido deixando o fundo da coluna condensadora é chamado de ácido acrílico aquoso. O ácido acrílico aquoso pode ser enviado para processos a jusante para purificação adicional ou, opcionalmente, pode ser enviado para uma coluna de remoção de acroleína integrada para remoção eficiente de acroleína. Na modalidade deste exemplo, é utilizada a coluna de remoção de acroleína integrada opcional. A coluna de remoção de acroleína integrada é uma coluna de aço inoxidável 304L, de 4-pés 9-polegadas (1,448 metros) de diâmetro com um leito recheado de 21-pés 8-polegadas (6,604 metros) de minianéis em cascata #2 de aço inoxidável 304 e está equipada com um refervedor termossifao de aço inoxidável 304L de 411 pés quadrados (38,2 metros quadrados), um condensador principal de aço inoxidável 304L de 949 pés quadrados (88,2 metros quadrados) e um condensador de suspiro de aço inoxidável 304L de 293 pés quadrados (27,2 metros quadrados), o material de fundo de coluna condensadora é alimentado no topo da coluna de remoção de acroleína, que é operada em pressão absoluta de cerca de 200mmHg (26,664 Pa), passa através do recheio e é então aquecido no fundo da coluna pelo refervedor para vaporizar cerca de 5-10% em peso da corrente. O vapor saindo do refervedor passa através do leito recheado para proporcionar extração e é então condensado pelos condensadores principal e de suspiro. O condensado, que compreende acroleína, é retomado para a seção de fundo da coluna condensadora pela adição na linha de retomo para a corrente ao redor da bomba. Pela introdução do condensado nesta maneira, a acroleína é permitida revaporizar dentro da coluna condensadora. O líquido saindo do fundo da coluna de remoção de acroleína é chamado de ácido acrílico aquoso com teor reduzido de acroleína e é enviado para processos a jusante para purificação adicional.

Exemplo 1 - Desempenho e Operação Modelada Real (“concentração aquosa média") Baseado no equipamento condensador descrito acima, operação do sistema condensador da invenção foi simulada com as mesmas vazão de massa e composição do gás de saída do reator (253,641 lb/h (115,050 kg/h)) e como aquela usada no Exemplo Comparativo 1; Neste exemplo, o gás de saída do reator é introduzido no fundo da coluna condensadora em uma temperatura de 290°C (554°F) e uma pressão de 7.3 psig (151,657 Pa). O modelo foi operado com esfriamento suficiente na seção de fundo da coluna condensadora para controlar a temperatura de topo da coluna a 68°C (154°F), e 25,7 MM BTU/h (7,53 MW) de esfriamento através do resfriador de topo, resultando em uma temperatura de fundo de 80,7°C (177°F). O gás de emissão saindo no topo do separador de vapor-líquido após o resfriador de topo é calculado para estar fluindo a 200.421 lb/h (90.910 kg/h), em uma pressão de 1,5 psig (10.342 Pa), e o modelo prediz a seguinte composição: Para o propósito de inibição de polimerização, a coluna é munida com uma alimentação de 400 lb/h (181 kg/h) de água deionizada com 5% em peso de inibidor hidroquinona (HQ). Ácido Acrílico aquoso sai do fundo da coluna condensadora em uma vazão de 58.176 lb/h (26.388 kg/h) e com a seguinte composição: Mediante a simulação, a corrente de ácido acrílico aquoso deste exemplo é então alimentada na coluna de remoção de acroleína, na qual acroleína é extraída e reciclada para a coluna condensadora. Ácido acrílico aquoso com teor reduzido de acroleína será removido do fundo da coluna de remoção de acroleína em uma vazão de 53.620 lb/h (24.322 kg/h) e terá a seguinte composição: Sob as condições deste exemplo, está claro que o método da presente invenção proporciona níveis signifícativamente menores de formaldeído em ácido acrílico aquoso do que o processo de absorção da técnica anterior, e que este benefício é mantido ainda quando ácido acrílico aquoso é extraído em uma coluna de remoção de acroleína.

Exemplo 2 - Desempenho e Operação Real ("concentração aquosa alta") Baseado no equipamento condensador descrito acima, operação do sistema condensador da invenção foi de novo simulada com as mesmas vazão de massa e composição de gás de saída do reator (253,641 lb/h (115,050 kg/h)) e como aquela usada no Exemplo Comparativo 1;. Neste exemplo, o gás de saída do reator é introduzido no fundo da coluna condensadora em uma temperatura de 290°C (554 °F) e uma pressão de 7,3 psig (50.332 Pa). O modelo foi operado sem esfriamento na seção de fundo da coluna condensadora e o resfriador de topo é simulado para proporcionar 43.5 MM BTU/h (12.7 MW) resultando em uma temperatura de saída de topo do resfriador de 60°C (MOT) resfriador de topo e temperatura de fundo da coluna de 103°C (217°F). O gás de emissão saindo no topo do separador de vapor-líquido após o resfriador de topo é calculado para estar fluindo a 211,611 lb/h, (95,985 kg/h) em uma pressão de 1,5 psig (10.342 Pa) e o modelo prediz a seguinte composição: Para o propósito de inibição de polimerização, a coluna será apenas alimentada com uma alimentação de 400 lb/h (181 kg/h) de água deionizada com 5% em peso de inibidor hidroquinona (HQ). Ácido Acrílico aquoso sai do fundo da coluna condensadora em uma vazão de 46.856 lb/h (21.254 kg/h) e com a seguinte composição: Mediante a simulação, a corrente de ácido acrílico aquoso deste exemplo é então alimentada na coluna de remoção de acroleína, na qual acroleína é extraída e reciclada para a coluna condensadora. Ácido acrílico aquoso com teor reduzido de acroleína será removido do fundo da coluna de remoção de acroleína em uma vazão de 42.430 lb/h (19.246 kg/h) e terá a seguinte composição: Sob as condições deste exemplo, está claro que o método da presente invenção proporciona níveis de formaldeído significativamente menores em_ácido acrílico aquoso do que o processo de absorção da técnica anterior, e que este benefício é mantido até mesmo quando ácido acrílico aquoso é extraído em uma coluna de remoção de acroleína.

REIVINDICAÇÕES

Claims (8)

1. Método para produzir ácido acrílico aquoso de uma corrente de material gasoso, caracterizado pelo fato de compreender: a) fornecer uma corrente gasosa a um condensador, sendo que a corrente de material gasoso compreende pelo menos ácido acrílico, água, formaldeído; e b) operação do condensador e produção de uma corrente de suspiro gasosa compreendendo componentes não condensados, e uma corrente de ácido acrílico aquoso condensado compreendendo ácido acrílico, sendo que a corrente de ácido acrílico aquoso compreende não mais do que 0,1% em peso de formaldeído, baseada no peso total da corrente de ácido acrílico aquoso.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente de ácido acrílico aquoso compreende entre 75% e 95% em peso de ácido acrílico, baseada no peso total da corrente de ácido acrílico aquoso.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita corrente de ácido acrílico aquoso compreende não mais do que 0,05% em peso de formaldeído.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dita corrente de ácido acrílico aquoso compreende não mais do que 0,01% em peso de formaldeído.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: c) extrair a corrente de ácido acrílico aquoso em uma coluna de remoção de acroleína para obter uma corrente de ácido acrílico aquoso com teor reduzido de acroleína e uma corrente de condensado compreendendo acroleína, e d) reciclar dita corrente de condensado compreendendo acroleína para o condensador de ácido acrílico.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender oxidar pelo menos um hidrocarboneto selecionado de propileno e propano em um sistema de casco-e-tubo de reação catalítica em fase vapor para produzir dita corrente de material gasoso compreendendo ácido acrílico, água e formaldeído.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente gasosa adicionalmente compreende materiais não condensáveis que têm um ponto de ebulição, na pressão atmosférica, de não maior do que -40°C.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente de material gasoso tem uma temperatura de 50°C a 450°C.