CN112587950A

CN112587950A - 用于工艺流的蒸发系统

Info

Publication number: CN112587950A
Application number: CN202011031316.9A
Authority: CN
Inventors: T·R·麦克唐奈; J·R·库奇; D·R·瓦纳; P·T·瓦赫滕多夫
Original assignee: Ineos Europe AG
Current assignee: Ineos Europe AG
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2021-04-02
Also published as: JP2017530133A; TWI698271B; KR20220078720A; RU2017114572A; RU2019116821A; KR102466815B1; JP7098324B2; CN105521615A; EP3200887A1; WO2016053551A1; JP2020111605A; KR102466816B1; JP7116118B2; KR20170065525A; EP3300784A1; TW201618838A; RU2696386C2; RU2017114572A3

Abstract

本发明涉及一种用于工艺流的蒸发系统。用于从工艺流移除重有机杂质的工艺和系统包括提供具有水和大约0.5至大约1.5重量百分数的重有机杂质的工艺流。该工艺包括在具有一个或更多个蒸发级的蒸发器系统中将水与重有机杂质分离以提供含水冷凝物和液体残余物。含水冷凝物具有大约0.1重量百分数或更少的重有机杂质而液体残余物具有大约3至大约10重量百分数的重有机杂质。

Description

用于工艺流的蒸发系统

本申请是于2014年9月29日提交的专利申请(中国国家申请号为201410511193.7，发明名称为“用于工艺流的蒸发系统”)的分案申请。

技术领域

提供一种用于从工艺流(process stream)移除重有机杂质的工艺。更具体地，该工艺包括提供工艺流和在蒸发系统中将水与来自工艺流的重有机物分离。蒸发系统对于提供含水冷凝物和液体残余物有效。

背景技术

已知用于制造丙烯腈和甲基丙烯腈的各种工艺和系统；例如参见美国专利No. 6,107,509。典型地，通过选自丙烷、丙烯或异丁烯的碳氢化合物、氨和氧气在存在催化剂的情况下的直接反应所产生的丙烯腈/甲基丙烯腈的回收和提纯通过将包含丙烯腈/甲基丙烯腈的反应器流出物运输至第一塔(column)(骤冷(quench))(在那里利用第一含水流(aqueous stream)来冷却反应器流出物)、将包含丙烯腈/甲基丙烯腈的被冷却的流出物运输到第二塔(吸收器)中(在那里被冷却的流出物与第二含水流接触以将丙烯腈/甲基丙烯腈吸收到第二含水流中)、将包含丙烯腈/甲基丙烯腈的第二含水流从第二塔运输至用于将原始的丙烯腈/甲基丙烯腈从第二含水流分离的第一蒸馏塔(回收塔)并且将被分离的原始的丙烯腈/甲基丙烯腈运输至第二蒸馏塔(头馏分塔(heads column)以从原始的丙烯腈/甲基丙烯腈移除至少一些杂质并且将部分地净化的丙烯腈/甲基丙烯腈运输至第三蒸馏塔(成品塔(product column))以获得成品丙烯腈/甲基丙烯腈来完成。美国专利Nos. 4,234,510、3,885,928、3,352,764、3,198,750和3,044,966说明典型的用于丙烯腈和甲基丙烯腈的回收和提纯工艺。

在美国专利No. 4,334,965中来说明用于回收烯腈的工艺。如在美国专利No. 4,334,965中所述，多级蒸发器被用于从提取蒸馏或剥离塔残渣(stripper tower bottoms)移除作为冷却液被再循环至丙烯腈提纯和回收系统的骤冷塔的水。该工艺导致由该系统产生的骤冷塔废物残渣量的明显减少。使用多效蒸发器表示与用于降低再循环流的水含量的其它技术相比的明显节能。美国专利No. 4,334,965公开了通过多效蒸发器能够以与在美国专利No. 4,166,008中所示的相同方式将再循环流中的液体的50%或更多从中移除，留下浓缩的再循环流以用作冷却液。美国专利No. 4,334,965公开了然而因为多效蒸发器如此高能效，该技术的整个能量耗费远低于在美国专利No. 4,166,008中所说明的技术。

虽然丙烯腈/甲基丙烯腈的制造在商业上已进行多年，仍存在在其中改进将具有实质利益的领域。改进的这些领域之一将是对于回收塔残渣的更有效的蒸发器操作。

发明内容

因此，本发明的一方面是提供一种安全的、有效的且有节省成本的工艺和装置，其克服或减少传统工艺的缺点。

一种用于从工艺流移除重有机杂质的工艺包括提供具有水和大约0.5至大约1.5重量百分数的重有机杂质的工艺流。该工艺包括在具有一个或更多个蒸发级的蒸发器系统中将水与重有机杂质分离以提供含水冷凝物和液体残余物。含水冷凝物具有大约0.1重量百分数或更少的重有机杂质而液体残余物具有大约3至大约10重量百分数的重有机杂质。

一种用于将液体残余物提供至氨氧化工艺流的工艺包括：提供包括水和重有机杂质的工艺流；在具有一个或更多个蒸发级的蒸发器系统中将水与重有机杂质分离以提供含水冷凝物和液体残余物；以及在骤冷塔中使液体残余物与反应器流出物接触以提供硫酸铵。在一方面，硫酸铵的量和聚合物的量通过公式y=-M1x+C1来限定，其中，y是硫酸铵的重量百分数，x是聚合物的重量百分数，M1是4.6或更小而C1是45或更小。

一种蒸发器系统包括一个或更多个蒸发级，其中，第一蒸发级构造成接收来自蒸馏塔的工艺流，该一个或更多个蒸发级构造成提供含水冷凝物和液体残余物；以及骤冷塔和/或轻有机物剥离器(light organic stripper)，其构造成接收含水冷凝物。

一种蒸发工艺包括将来自蒸馏塔的工艺流输送至蒸发器系统，该蒸发器系统包括一个或更多个蒸发级，其中，第一蒸发级构造成接收来自蒸馏塔的工艺流，提供来自该一个或更多个蒸发级的含水冷凝物和液体残余物；并且将含水冷凝物输送至骤冷塔和/或轻有机物剥离器。

本发明的上述和其它方面、特征和优点将从其所说明的实施例(其应结合附图来阅读)的下面的详细说明中显而易见。

附图说明

通过参考接下来的说明在考虑附图的情况下可获得本发明的示例性实施例的更完整的理解以及其优点，在附图中相似的附图标记指示相似的特征，其中：

图1显示了用于制造丙烯腈产品的工艺的示意性的流程图，

图2显示了用于制造丙烯腈产品的备选的工艺的示意性的流程图。

具体实施方式

氨氧化工艺

在一方面，从氨氧化反应过程来提供工艺流。一种这样的工艺的示例在美国专利No. 4,334,965中来说明，其在其整体上被包括于其中。

图1是各个方面的全局的示意性的表示。参考图1，在管道(conduit)100中的反应器流出气体(其包括丙烯腈、HCN、乙腈、水蒸汽和杂质)可首先被传送至骤冷塔102。该气体可与骤冷塔102中的冷却液接触。包含水和杂质的残渣流(bottoms stream)可通过管道106被移除并且送至废物处理。

被冷却的反应器流出气体可通过线路108离开骤冷系统并且传送至骤冷后冷却器107。骤冷后冷却器107对于将骤冷流出物冷却至低于大约50℃有效。被冷却的骤冷流出物通过线路109被输送至吸收器110。冲洗水可通过线路112在顶部进入吸收器110。不可冷凝的气体可通过线路114被从吸收器移除。含水溶液(其包含水、丙烯腈、乙腈和杂质)可作为残渣流通过线路116被移除并且传送至提取蒸馏塔182。

溶剂水分可通过线路184被引入至提取蒸馏塔182的顶部以执行提取蒸馏。丙烯腈和HCN可作为塔顶蒸汽(overhead vapor)通过线路186被移除并且送至进一步提纯(未示出)。包含乙腈和水的流可通过线路188被移除并且传送至剥离器190。热量可被加至剥离器190以通过线路192作为塔顶蒸汽移除乙腈。包含水、重有机物和其它杂质的残渣流可通过线路196被从提取蒸馏塔182移除。主要包含水的液体流可通过线路194被从剥离器190的下半部移除并且用作至提取蒸馏塔182的溶剂水分。

蒸发器系统

根据一方面，在线路196中的剥离塔残渣(其也可被称为工艺流) 可在蒸发器系统中遭受蒸发。在这方面，在线路196中的提取蒸馏塔残渣(其可进入换热器136)包括水、聚合物、氨和丙烯腈。如本文中所使用的那样，“重有机杂质”指聚合物。如本文中所使用的那样，聚合物指重有机材料和少量轻有机物的混合物。重有机材料可包括不同高沸点有机化合物的混合物(其具有高程度的腈代替物且还包含一些氧化的碳氢化合物组)。在这方面，工艺流包括大约0.5至大约1.5重量百分数的重有机杂质，而在另一方面大约0.75至大约1.25重量百分数。

在这方面，蒸发器系统可包括对于提供含水冷凝物和液体残余物有效的一个或更多个蒸发级。例如，蒸发器系统可包括1至大约6个蒸发级、在另一方面2至大约6个蒸发级、在另一方面2至大约5个蒸发级、在另一方面2至大约4个蒸发级而在另一方面2至大约3个蒸发级。

在图1中所示的一方面中，蒸发器系统包括串联布置的壳管式换热器136、138和142。如本文中所使用的那样，“蒸发级”指单换热器。在每个换热器中，在换热器的管侧中的液体被部分地蒸发，产生蒸汽状流出物和液体流出物。液体流出物被输送至串联的下一换热器的管侧，而蒸汽状流出物被输送至同一换热器的壳侧，引起液体的附加的部分蒸发。该技术对于从剥离器残渣移除所期望的量的水必需的那么多的级是连续的。在每个级中，当供应热的蒸汽通过热交换被冷凝时产生的冷凝物被回收并且被再循环用于再利用或者遭受化学的或生物的提纯。

包含水、重有机物和其它杂质的残渣流可通过线路196被从提取蒸馏塔182移除并且传送到第一换热器136的管侧中，而低压流被传送通过该换热器的壳侧。在一方面，通过换热器的管侧的流量是大约1至大约3米/秒，而在另一方面大约1.5至大约2.5米/秒。其中的热交换引起低压流冷凝且使提取蒸馏塔残渣部分地蒸发。冷凝物可经由线路146被从第一换热器136移除用于再利用。

在第一换热器136中提取蒸馏塔残渣的加热引起其部分分离成汽相和液相。在使用多于一个换热器的方面中，液相经由线路148被取出并且输送至第二换热器138的管侧，取出的液体的一部分经由线路150被再循环至第一换热器136的管侧的底部。在第一换热器136中产生的蒸汽被取出并且经由线路152输送至第二换热器138的壳侧。在换热器138中的热交换引起蒸汽在壳侧上的冷凝和液体在管侧中的部分蒸发，由此在第二换热器138中产生成汽相的液体。在第二换热器138的壳侧上产生的冷凝物经由线路154被排出。该冷凝物具有相对低的重有机物(诸如聚合物等)浓度。

在使用多于两个换热器的方面中，留在第二换热器138的管侧中的液相经由线路156被输送至第三换热器142的管侧，液体的一部分经由线路158被再循环至第二换热器138的管侧。在第二换热器138的管侧中产生的蒸汽经由线路160被输送至第三换热器142的壳侧。，在第三换热器142中的热交换又引起蒸汽在壳侧上冷凝以形成冷凝物(其经由线路176被取出并且以与来自第二换热器138的冷凝物相同的方式被输送)。

在第三换热器142的管侧中产生的蒸汽经由线路170被取出、在冷凝器172中冷凝并且在公用水容器中被回收并且/或者与来自线路146、154、162和/或176的冷凝物结合。来自换热器142的管侧的冷凝物也可经由线路176被输送至公用水容器，例如如在135处所结合和提供的那样。从第三换热器142的管侧回收的液体可经由线路178被取出并且经由线路180再循环至第三换热器的管侧。含水冷凝物可如此高纯度使得其可诸如作为传统的清水例如被用在不同的工艺设备的冲洗中，作为回流至骤冷塔(例如骤冷塔的第一级)和/或至轻有机物剥离器。在这方面，含水冷凝物具有大约0.1重量百分数或更少的重有机杂质、在另一方面大约0.075重有机杂质、在另一方面大约0.05重有机杂质而在另一方面大约0.025重有机杂质。

在另一方面，液体残余物具有大约3至大约10重量百分数的重有机杂质、在另一方面大约4至大约8重量百分数的重有机杂质而在另一方面大约5至大约7重量百分数的重有机杂质。如在图1中所示，液体残余物可被送至废水焚烧器(WWI)。备选地，如在图2中所示，液体残余物可经由线路179被送至骤冷塔102的下部。

在一方面，在第二和第三换热器中产生的含水冷凝物包含极其少量的重有机物。因此，其可通过传统的生物的或化学的处理方式直接处理以产生环境可接受的水。而且，在第四换热器中产生的冷凝物以及通过冷凝器产生的冷凝物纯净得足以被用于各种工艺目的，诸如无进一步处理的冲洗水。由第一换热器产生的冷凝物是高度纯净的，因为其不接触任何其它工艺流。

蒸发百分数

在一方面，更高的蒸发可以是有益的，因为蒸发器冷凝物可被再利用或处理，而来自多级蒸发器的末级的液体残余物可被焚烧和/或进行其它处理。

在一方面，提取蒸馏塔的残渣的蒸发百分数可大于大约55%至大约85%。在一方面，提取蒸馏塔的残渣的蒸发百分数可大于大约60%。在一方面，提取蒸馏塔的残渣的蒸发百分数可大于大约60%至大约85%。在一方面，提取蒸馏塔的残渣的蒸发百分数可在大约73%至大约75%的范围中。

通过运行带有大约55至大约60%、在一方面大约57%蒸发百分数的四(4)级蒸发工艺，液体聚合物在从第四且最后的换热器142出来的蒸发器残渣中的百分数可以是大约2.2%重量百分数。

通过运行带有大约60-65%、在一方面大约63%蒸发百分数的四(4)级蒸发工艺，液体聚合物在从第四且最后的换热器142出来的蒸发器残渣中的百分数可以是大约3%重量百分数。

通过运行带有大约80-85%、在一方面大约83%蒸发百分数的四(4)级蒸发工艺，液体聚合物在从第四且最后的换热器142出来的蒸发器残渣中的百分数可以是大约6%重量百分数。

通过运行带有大约73-75%、在一方面大约74%蒸发百分数的四(4)级蒸发工艺，液体聚合物在从第四且最后的换热器142出来的蒸发器残渣中的百分数可以是大约5.5%重量百分数。

在一方面，每个蒸发级提供大约15至大约25%的蒸发率。

在一方面，蒸发器冷凝物的百分数除以供给百分数可以是提取蒸馏塔182的残渣的蒸发百分数。在一方面，蒸发百分数是大约55至大约60%、而在另一方面大约57%。在液体残余物中聚合物的量是大约2.2%重量百分数。在一方面，蒸发百分数与聚合物的重量百分数的比是大约55-60:2.2。

在另一方面，在液体残余物中的聚合物量是大约3%重量百分数。在一方面，蒸发百分数与聚合物的重量百分数的比是大约60-65:3。

在一方面，蒸发百分数是大约82至大约83%，而在液体残余物中聚合物的量是大约6.0%重量百分数。冷凝物可经由线路135作为供给物被供给至轻有机物剥离器LOS(未示出)用于进一步处理，或者作为冷却液被送至骤冷塔102。在一方面，蒸发百分数与聚合物的重量百分数的比是大约82- 83:6。

在一方面，蒸发百分数是大约73至大约75%，而在液体残余物中的聚合物是大约5.5%重量百分数。冷凝物可经由线路135作为供给物被供给至轻有机物剥离器LOS(未示出)用于进一步处理，或者作为冷却液被送至骤冷塔102。在一方面，蒸发百分数与聚合物的重量百分数的比是大约73-75:5.5。

在一方面，发现当蒸发百分数是大约74%时经历比在大约83%的蒸发百分数下明显更少污垢(fouling)，而同时实现在液体残余物中相对高的量的聚合物重量百分数，也就是5.5%重量百分数对在大约83%的蒸发百分数下的6.0%重量百分数。这是令人惊讶的结果，因为本来预期的是污垢的量将线性相关于在液体残余物中的聚合物的重量百分数。

发现当蒸发百分数大于大约83%时在第四级蒸发器或换热器142中可能有太多污垢(主要在管侧上)。发现大约73-75%的蒸发百分数显著降低污垢的量，而同时提供在液体残余物中聚合物重量百分数的相对高的量。

本领域技术人员将认识到根据本发明可做出许多修改而不偏离本发明的精神和范围。例如，可在蒸发器系统中采用任何数量的级。而且，尽管低压流在上述说明中作为对于所有蒸发必需的热量的供给被示出，可采用任何热源。在典型的丙烯腈提纯和回收工厂中，然而低压流、也就是具有直至100psig、通常大约20至60psig的压力的饱和流可容易地供使用且优选地被利用。在剥离塔中被多重效果蒸发器移除的水的量也可主要根据经济来改变。最后，应还理解的是本发明的多重效果蒸发器不需要被限于使用在如在上面的说明中所示的剥离塔残渣上，而是可被用于浓缩任何其它被再循环以用作冷却液的工艺流。例如，多效蒸发器可被用于处理在美国专利No. 4,166,008的图2的线路156中再循环的提取蒸馏塔残渣。所有这样的变型意图被包含在本发明的范围(其将仅由权利要求来限制)中。

骤冷塔操作

在一方面，用于运行骤冷塔的工艺包括将反应器流出物输送至骤冷塔和反应器流出物与包含聚合物的水在流出物提取区中接触以提供被提取的流出物流。该工艺还包括被提取的流出物流与硫酸在酸接触区中接触和移除第一流以提供具有大约10重量百分数或更少的聚合物的第一骤冷塔流。在一方面，该工艺包括提供来自蒸发器系统的水的至少一部分。如本文中所说明的那样，该水可以是含水冷凝物和/或液体残余物。

在一方面，公式y=-M1x+C1(其中，y是硫酸铵的重量百分数，x为聚合物的重量百分数，M1是4.6或更小而C1是45或更小)限定了在骤冷塔残渣流中硫酸铵的量和聚合物的量。在相关的方面，M1是1.5或更小而C1是30或更小。在一方面，该工艺提供了具有大约10至大约25%重量百分数的硫酸铵和少于大约5%重量百分数的聚合物、在另一方面大约15至大约21%重量百分数的硫酸铵和少于大约5%重量百分数的聚合物的骤冷塔残渣流。该骤冷塔残渣流具有大约4.5至大约6.0的pH。

在另一方面，该工艺包括移除第二流体以提供具有多于大约10重量百分数的聚合物和少于大约5重量百分数的硫酸铵的第二骤冷塔流。

在另一方面，第二骤冷塔流体的至少一部分被再循环至流出物提取区。被提取的流出物流是相对于硫酸的逆流。在一方面，第一骤冷塔流在流出物提取区上方被移除。绝热冷却可发生在流出物提取区中。

在一方面，该工艺可包括控制被输送至骤冷塔的补充水的量和/或控制被输送至骤冷塔的硫酸的量以获得大约10至大约25%重量百分数的在骤冷塔残渣流中的硫酸铵的浓度。在一方面，该工艺可包括检测骤冷塔残渣的流体残渣的pH和基于所检测的流体残渣的pH控制至骤冷塔的硫酸的流量以获得具有大约4.5-6.0pH的骤冷塔残渣流。在一方面，该工艺可包括基于硫酸至骤冷塔的流率和来自骤冷塔或从其出来的骤冷塔残渣流的流率确定在骤冷塔残渣流中硫酸铵的浓度。在一方面，该工艺可包括基于在确定步骤中所确定的硫酸铵的浓度调整被输送至骤冷塔的补充水和/或硫酸的流率以维持硫酸铵的浓度在大约10至大约25%重量百分数的范围中。通过将在骤冷塔残渣流中的硫酸铵的浓度从在传统工艺中所提供的5-10%重量百分数增加到大约10至大约25%重量百分数，更少的水需要被从骤冷塔残渣流中移除以获得硫酸铵的甚至更高的浓度。发现通过将在骤冷塔残渣流中的硫酸铵的浓度增加至大约10至大约25%重量百分数可使用硫酸盐冷凝器将骤冷塔残渣流有效地冷凝至大约35-40%重量百分数。

虽然在上述说明中关于其一定优选的实施例描述了本发明并且陈述了许多细节用于说明的目的，对于本领域技术人员显而易见的是本发明可受附加的实施例影响并且本文中所描述的一些细节可在不偏离本发明的基本原则的情况下相当大地改变。应理解的是本发明的特征易在不偏离本发明的精神和范围或者不偏离权利要求的范围的情况下可受修改、变更、改变或代替影响。例如，各个部件的尺寸、数量、大小和形状可被改变以适应特殊应用。因此，本文中所说明和描述的具体实施例仅用于说明性目的。

Claims

1.一种用于从工艺流移除重有机杂质的工艺，所述工艺包括：

提供包括水和重有机杂质的工艺流；以及

在具有两个或更多个蒸发级的蒸发器系统中将水与所述重有机杂质分离，以提供含水冷凝物和液体残余物；

其特征在于：

所述两个或更多个蒸发级包括串联布置的两个或更多个换热器；

每个换热器为壳管式换热器并且在每个换热器中，在所述换热器的管侧中的液体被部分地蒸发以产生蒸汽状流出物和液体流出物；

在换热器中产生的所述液体流出物被输送至串联的下一换热器的管侧，以及在换热器中产生的所述蒸汽状流出物被输送至串联的下一换热器的壳侧，引起所述液体的附加的部分蒸发，这对于从所述工艺流移除所期望的量的水所必需的那么多的级是连续的；

其中，在每个级中，供应热的蒸汽通过所述换热器被冷凝以产生含水冷凝物，所述含水冷凝物被回收并且被再循环用于再利用或者遭受化学的或生物的提纯；

其中，所述蒸发器系统提供大于55%至85%的总蒸发百分数；

其中，所述含水冷凝物具有0.1重量百分数或更少的重有机杂质而所述液体残余物具有3至10重量百分数的重有机杂质；以及

其中，所述含水冷凝物的至少一部分被输送至骤冷塔和/或轻有机物剥离器。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺流包括0.5至1.5重量百分数的重有机杂质。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述重有机杂质包括在氨氧化反应过程中产生的聚合材料。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述蒸发器系统包括2至6个蒸发级。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述蒸发器系统包括2至5个蒸发级。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述蒸发器系统包括2至4个蒸发级。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述蒸发器系统包括2至3个蒸发级。

8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺流包括0.75至1.25重量百分数的重有机杂质。

9.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述氨氧化反应过程是丙烯腈工艺。

10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述工艺流是来自丙烯腈工艺的提取蒸馏塔的残渣流。

11.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述含水冷凝物具有0.075重量百分数或更少的重有机杂质。

12.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述含水冷凝物具有0.05重量百分数或更少的重有机杂质。

13.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述含水冷凝物具有0.025重量百分数或更少的重有机杂质。

14.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述含水冷凝物的至少一部分被输送至骤冷塔的第一级。

15.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述蒸发器系统提供大于60%至85%的总蒸发百分数。

16.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述蒸发器系统提供大于73%至75%的总蒸发百分数。

17.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述液体残余物具有4至8重量百分数的重有机杂质。

18.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述液体残余物具有5至7重量百分数的重有机杂质。

19.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，通过所述换热器的管侧的流量是1至3米/秒。

20.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，每个蒸发级提供15至25%的蒸发率。

21.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述液体残余物被送至废水焚烧器。