DD160769A3 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von acrylnitril - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung fuer Ammoxydationsumwandlungen in der Wirbelschicht bei Verwendung von feinkoernigen Metalloxid-Oxydationskatalysatoren. Dabei soll insbesondere die Selektivitaet und die Aktivitaet des Katalysators gesteigert werden. Es wurde gefunden, dass bei einer kontinuierlichen Katalysatorregenerierung ausserhalb des Synthesereaktors in einem Regenerationskreislauf und der Absenkung des Sauerstoffanteils von 0,01-1,0 Vol.-% im Synthesereaktorabgas der Reaktionsverlauf der ACN-Systhese in mehreren Parametern bedeutend verbessert werden kann. Durch eine Heisslufteinspeisung bei einem Temperaturbereich von 750 bis 1000 K in den Wirbelbettregenerator sowie einer Lineargeschwindigkeit von 5-30m/s in der Regenerationsleitung ist die Regeneration des Katalysators bei dessen hoher Lebensdauer gewaehrleistet. Die Steigerung der Ausbeute um 5-8 % Acrylnitril bei einer wesentlich geringeren Belastung der Reinigungsstufen und einem Geringen apparativen Aufwand bei der Realisierung der Vorrichtung machen das Verfahren wesentlich wirtschaftlicher.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von

Acrylnitril

IPK CO7C 121-32

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, bestehend aus parallel betriebenem Synthesereaktor und Wirbelbett-Regenera tor für die Ammoxydation von Olefinen in der Wirbelschicht· Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich für Ammoxydationsumwandlungen in der Wirbelschicht bei Verwendung von feinkörnigen Metalloxid-Oxydationskatalysatoren·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Die Herstellung von Nitrilen kann heterogenkatalytisch aus Olefinen, Ammoniak und Luft in der Wirbelschicht erfolgen. Dabei wird die Wirbelschicht meist in aufrechtstehenden zylindrischen Reaktoren durch Verwirbelung des feinkörnigen Katalysators mit dem Reaktantengas erzeugt· Anströmboden oder Gas Verteilereinrichtungen sorgen für eine gleichmäßige Verteilung des Reaktantengases über den Reaktorquerschnitt. Zur Verbesserung des Wärme- und Stoffaustausches können im Synthesereaktor Böden oder geeignete andere Einbauten verwendet werden, die jedoch oft zu stärkerer reduktiver Schädigung des Katalysators führen» Über Kühlsysteme wird die bei der Synthese im Reaktor freiwerdende Wärme abgeführt.

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Im oberen Bereich des Reaktors erfolgt durch geeignete Vorrichtungen wie Zyklone die Abtrennung des mitgerissenen Katalysators vom Reaktionsgas, bevor die Reaktionsprodukte der Aufarbeitung zugeführt werden·

Bei der Synthese von Nitrilen nach diesem Verfahren zeigen hochaktive Katalysatoren mit zunehmender Betriebsaeit ein mehr oder weniger deutliches Sinken der Nitrilausbeute bzw. der Selektivität der Olefinumwandlunge Da diese Veränderung des Katalysators die Wirtschaftlichkeit der großtechnischen Nitrilsynthese beeinflußt, wurden Verfahren mit Synthesereaktoren mit innerer Regeneration durch Fallrohre oder Autoregenerationszonen, z. B. in dem US-Patent 3472892 und der DE-OS 2119061 vorgeschlagen, Palis in dieser Regenerationszone keine vollständige Regenerierung erfolgt oder eine solche Zone nicht vorhanden ist, kann die Regenerierung, z. B. mit Luft von Zeit zu Zeit auch im Wirbelschichtreaktor selbst erfolgen, wobei die Luft als Regenerationsgas über den vorhandenen Gasverteiler dem Reaktor zugeführt wird. Oder es muß zur Regeneration aus dem Reaktor Katalysator entnommen und außerhalb regenerierter Katalysator in den Reaktor nachgefüllt werder_β

Diese Verfahren und Vorrichtungen haben unter anderem folgende Wachteile:

- Eine Regenerationszone im Synthesereaktor reduziert den für die Synthese verfügbaren Reaktorraum und wird sehr uneffektiv, da eine exakte Trennung zwischen Synthesegas und Regenerationsgas durch die intensive Rückvermischung in einem Wirbelschichtreaktor nicht möglich ist.

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Die in ein und demselben Reaktor ablaufenden Reaktionen der Synthese und der Regeneration beeinflussen sich durch die Parameter der Reaktion und die Reaktionspartner negativ. Eine optimale Gestaltung der Synthese wie auch der Regeneration in einem gemeinsamen Apparat einschließlich Anpassung an die sich während der Betriebszeit ändernden Katalysaioreigenschaften ist schwer möglich» Das kormrt z. B. im Sauerstoffgehalt des Reaktanten- oder Reaktionsgases zum Ausdruck, Sine Absenkung dea Sauerstoffanteiles in der Reoktantengasmischung verringert die Nebenproduktbildung und erhöht damit die Ausbeute an Zielprodukt, Der für die Aufrechterhaltung der Katalysatoraktivität erforderliche höhere Sauerstoffgehalt im Reaktionsgas ist mit еіязг erheblichen Nebenproduktbildung und einer entsprechenden Abnahme der Selekti/ität für das Zielprodukt verbunden*

Die zeitweilige Regeneration im Wirbelschichtsyuthesereaktor f'ihrt immer zur Unterbrechung de;-; Syntheseprozesses und ist außerdem an die im Synthesereaktor einstellbaren, nicht frei wählbaren Reaktionsbedingungen gebunden« Diskontinuierliche Regenerationsverfahren gewährleisten kein während der gesamten Betriebszeit gleichmäßiges, hohes Niveau der Ni^rilauebeute und -Selektivität,

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Ziel der Erfindung;

Erfindungsgemäß aoll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Acrylnitril entwickelt werden bei einer Steigerung der katalytischen Selektivität und Aktivität der chemischen Synthese.

Darlegung- des Wesens der Erfindung;

Es wurde gefunden, daß bei einer kontinuierlichen Katalysatorregenerierung außerhalb des Synthesereaktora in einem Regenerationskreislauf und der Absenkimg des Sauerstoffanteils im Synthesereaktor der Reaktionsverlauf der Acrylnitril-Synthese gegenüber bekannten Verfahren in mehreren Parametern bedeutend verbessert werden kann» Erfindungsgemäß kommt ein Wirbelbettregenerator zum Einsatz, der das 0,1 - 0,8-fache des Durchmessers des Synthesereaktors aufweist» Der Wirbelbettregenerator ist im unteren Bereich mit einer Luft-Ammoniak-Einspeisung, im oberen Bereich mit einem Zyklon zum Abtrennen der Katalysatorpartikel aus der den Wirbelbettregenerator verlassenden Gasphase ausgestattet. Die kontinuierliche Zufuhr geschädigten Katalysators aus dem Synthesereaktor in den Wirbelbettregenerator erfolgt durch pneumatische Förderung mit einer Injektordüse über зіпе Regenerationsleitung, die tangential in den Wirbelbettregenerator einmündet. Am Wirbelbettregeneratorboden ist die Abzugsleitung für den reaktivierten Katalysator angebracht. Der Wirbelbettregenerator ist mit Einbauten zur Verbesserung des Stoff- und Wärmeaustausches versehen.

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Diese Einbauten sollen 20 - 90 % freien Querschnitt aufweisen· Die Gasströmungsgeschwindigkeit im Wirbelbettregenerator soll mindestens das zehnfache der minimalen Fluidisationsgeschwindigkeit des Katalysators erreichen· Für die Einspeisung des Katalysators und des Gases in den Synthesereaktor sind Vorrichtungen anzuwenden, die eine verteilende Wirkung über den Synthesereaktorquerschnitt aufweisen.

Bei den verfahrensgemäßen technischen Mitteln, die auf eine Selektivitätssteigerung der Olefinumwanclung zum erwünschten Nitril orientieren, sind neben dem parallel zum Synthesereaktor betriebenen kontinuierlichen Katalysatorregenerationskreislauf, in dem die erforderliche Oxydation und Regeneration des Katalysators erfolgt, die Säuerst off absenkung von 1 - 0,01 VoI,-% Restsauerstoffgehalt im Synthesereaktorabgas, das Molverhältnis der Reaktanten für die Synthesereaktoreinspeisung Propen, Ammoniak und Luft von 1:1:8,5 - 9,2 und die Heißlufteinspeisung in den Wirbelschichtregenerator bei einem Temperaturbereich von 750 - 1000 K, die wesentlichsten Parameter für den Prozeß· Die über der Temperatur der Synthesereaktion liegende Regenerationstempera tür wird erfindungsgemäß durch die katalytische Umsetzung einer entsprechenden Menge Ammoniak mit Regenerationsluft außerhalb des Synthesereaktors sowie der Oxydation des Katalysators erreicht* Der Katalysatorregenerationskreislauf außerhalb des Synthesereaktors wird bei einem Temperaturbereich von 750 - 1000 K, der durch die Luft-Ammoniakeinspeisung in den Vorheizer und Wirbelbettregenerator eingestellt wird, und einem Druckbereich von 0,1-1 MPa betrieben»

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Für Molybdänoxyd enthaltende Katalysatoren soll die Temperatur 900 K nicht überschreiten« Die Regeneration im Katalysatorkreislauf erfolgt mit einem Luft-Ammoniak-Gemisch mit einem Molverhältnis von 15 - 25:1 oder einem anderen geeigneten sauerstoffhaltigen Gasgemisch im genannten Temperaturbereich bei einer Lineargeschwindigkeit von 5-30 m/s in der Regenerationsleitung und C,1 - 1 m/s im Wirbelbettregenerator. Der Wirbelbettregenerator ist so ausgelegt, daß eine mittlere VerweilzÖit des Katalysators von 0,5-3 Stunden ermöglicht wird. Die erreichte Verbesserung der Selektivität der Synthesereaktion führt zur Verminderung des Aufwandes für die Entfernung kohlenstoffhaltiger Peststoffe aus den nachgeschalteten Anlagenteilen, zur Erhöhung der Betriebssicherheit und zur Senkung des Aufwandes für die Abwasserbehandlung und ermöglicht die Er-,höhung der Kapazität der Gesamtanlage bis zu 8 %.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Die über der Temperatur der Synthesereaktion liegende Regenerationstemperatür von 844^е К wird durch die katalytisch^ Umsetzung einer entsprechenden Menge Ammoniak zur Regenerationsluft im Vorheizer (3), der Regenerationsleitung (4) und dem Wirbelbettregenerator (5) erreicht« Die Förderung des verbrauchten Katalysators (11) und die damit verbundene Mischung mit dem Regenerationsgasgemisch bei einer Lineargeschwindigkeit von 12 m/s in der Regenerationsleitung (4) erfolgt mit einem Injektor, der in dem Vorheizer (3) angeordnet ist*

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Die Regenerationsleitung (4) mündet tangential in den Wirbelbettregenerator (5), der eine Verweilzeit des Katalysators bis zu zwei Stunden ermöglicht. Der Abzug des reaktivierten Katalysators aus dem Wirbelbettregenerator durch die Leitung (6) bzw, durch die Regenerationsabgasleitung (7) ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Korngrößenverteilung des Katalysators« Zur Verbesserung des Regenerationseffektes sind in dem Wirbelbettregenerator (5) Einbauten (8) angeordnet, die einen freien Querschnitt von 65 % aufweisen«

Beispiel 2

Ein Wirbelbettregenerator (5) nach der Figur wurde parallel zu einem Acrylnitrilsynthesereaktor betrieben» Der Durchmesser des Wirbelbettregenerators (5) betrug 0,6 m, die Reaktionstemperatur 85O^c K, die mittlere Verweilzeit der Katalysatorteilchen 1 h. Der Katalysator wurde nach dem DD-WP 126181 hergestellt* Die Entnahme des desaktivierten Katalysators erfolgte über dem Reaktantengasverteiler des S\>nthesereaktors« Das Abgas des Wirbelbettregenerators wurde in den Synthesereaktor geleitet. Gegenüber der Synthese ohne parallel durchgeführte, auf hohem Niveau stehender Reaktivierung des Katalysators konnte das Molverhältnis der Reaktanten Propen, Ammoniak und Luft von 1r!:10 auf durchschnittlich 1:1:9»2 abgesenkt, und der Reaktor mit einem Restsauerstoffgehalt im Synthesereaktorabgas von 0,5 VoI·-% gefahren werden«

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Die Synthese konnte bei einer beträchtlichen Absenkung der Kohlenstoffverbindungen im Prozeßwasser sowie einer Erhöhung der Ausbeute an Acrylnitril von 3,7 % dauerhaft ohne Selektivitäts- und Aktivitäteabfall betrieben werden. Die Änderung des Molverhältnisses der Reaktanten für den Synthesereaktor ließ sich zusätzlich zur Erhöhung des Durchsatzes an Propen und Ammoniak bei unverändertem. Gesamtreaktantenvolumen ausnutzen. Das entsprach einer zusätzlichen Kapazitätserhöhung des Synthesereaktora und Acrylnitril-Produktionssteigfrung von 6,5 %·

Claims (2)

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   Erfindungsanspruch

   1. Verfahren zur Herstellung von Acrylnitril mit kontinuierlicher Katalysatorregenerierung, gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktanten Propen, Ammoniak und Luft im Molverhältnis 1:1:8,5-9,2 in den Synthesereaktor eingespeist werden, der Restsauerstoffgehalt des Synthesereaktorabgases bei 0,01 - 1,0 Vol.-# gehalten wird und die Regeneration bei einer Temperatur im Vorheizer (3) von 750 - 1000⁰K mit einem Luft-Ammoniak-Molverhältnis von 15-25:1 sowie einer Verweilzeit des Katalysators im Wirbelbettregenerator (5) von 0,5-3 Stunden betrieben wird, wobei der Druck im Regenerationskreislauf 0,1-1,0 MPa, die Lineargeschwindigkeit in der Regenerationsleitung (4) 5-30 m/s und in Wirbelbettregenerator (5) 0,1-1,0 m/s beträgt.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Regenerationskreislauf außerhalb des Synthesereaktors, bestehend aus' einem Vorheizer und einer Injektordüse P)einer Regenerationsleitung (h)und einem Wirbelbettregenerator(5)betrieben wird, wobei eine

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   Luft-(9) sowie eine Luft-, Ammoniakeinepeisung (10), (12) und eine tangentiale Einbindung der Regenerationsleitung (4-) in den Regenerator verwendet wird und der Wirbelbettregenerator mit Einbauten (8), die einen freien Querschnitt von 20 - 90 % besitzen, sowie mit einem Luft-Ammoniak-Regenerationsgasverteiler (1) und einer Leitung (6) für den reaktivierten Katalysator und im oberen Bereich mit einem päer mehreren Zyklon(en) (2) mit Regenerationsabgasleitung (7) versehen ist und das 0,1 bis 0,8-fache des Durchmessers des Synthesereaktors aufweist.

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