DD160769A3 - METHOD AND DEVICE FOR PREPARING ACRYLNITRILE - Google Patents
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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.The invention relates to a method and a device for Ammoxydationsumwandlungen in the fluidized bed using feinkoernigen metal oxide oxidation catalysts. In particular, the selectivity and the activity of the catalyst should be increased. It has been found that with a continuous catalyst regeneration outside the synthesis reactor in a regeneration cycle and the reduction of the oxygen content of 0.01-1.0 vol .-% in the synthesis reactor exhaust gas, the reaction course of the ACN system can be significantly improved in several parameters. By a hot air supply at a temperature range of 750 to 1000 K in the fluidized bed regenerator and a linear velocity of 5-30m / s in the regeneration line, the regeneration of the catalyst is ensured in its long service life. The increase in yield by 5-8% of acrylonitrile at a much lower burden on the purification stages and a low expenditure on equipment in the realization of the device make the process much more economical.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung vonMethod and device for the production of
Acrylnitrilacrylonitrile
IPK CO7C 121-32IPK CO7C 121-32
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·The present invention relates to a method and a device consisting of parallel operated synthesis reactor and fluidized bed Regenera tor for the ammoxidation of olefins in the fluidized bed · The method and apparatus are suitable for Ammoxydationsumwandlungen in the fluidized bed using fine-grained metal oxide oxidation catalysts ·
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.The production of nitriles can be carried out heterogeneously catalytically from olefins, ammonia and air in the fluidized bed. In this case, the fluidized bed is usually generated in upright cylindrical reactors by turbulence of the fine-grained catalyst with the reactant gas · distributor plate or gas distribution devices ensure a uniform distribution of the reactant gas over the reactor cross-section. To improve the heat and mass transfer soils or other suitable internals can be used in the synthesis reactor, but often lead to more reductive damage to the catalyst »About cooling systems, the heat released in the synthesis in the reactor heat dissipated.
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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·In the upper region of the reactor, the removal of the entrained catalyst from the reaction gas takes place by suitable devices, such as cyclones, before the reaction products are fed to the workup.
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 werderβ In the synthesis of nitriles by this method show highly active catalysts with increasing Betriebsaeit a more or less significant decrease in nitrile yield or the selectivity of Olefinumwandlunge Since this change in the catalyst affects the economics of large-scale nitrile synthesis, were methods with synthesis reactors with internal regeneration by downcomers or Autoregeneration zones, z. For example, in US Patent 3472892 and DE-OS 2119061 suggested Palis in this regeneration zone does not complete regeneration or such a zone is not present, the regeneration, z. B. with air from time to time in the fluidized bed reactor itself, the air is fed as a regeneration gas through the existing gas distributor to the reactor. Or it must be taken for regeneration from the reactor catalyst and refilled outside regenerated catalyst in the reactor werder β
Diese Verfahren und Vorrichtungen haben unter anderem folgende Wachteile:These methods and devices have among others the following wax parts:
- 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.- A regeneration zone in the synthesis reactor reduces the reactor space available for the synthesis and is very ineffective, since an exact separation between synthesis gas and regeneration gas through intensive backmixing in a fluidized bed reactor is not possible.
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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*The reactions of synthesis and regeneration taking place in one and the same reactor are negatively influenced by the parameters of the reaction and the reactants. An optimal design of the synthesis as well as the regeneration in a common apparatus, including adaptation to the changing during the operating time catalyst properties is difficult to get »zormrt z. Sine lowering the oxygen content in the Reoktantengasmischung reduces by-product formation and thus increases the yield of target product, The required for maintaining the catalyst activity higher oxygen content in the reaction gas with еіязг significant by-product formation and a corresponding decrease linked to the selectivity for the target product *
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,The temporary regeneration in the fluidized-bed reactor always leads to interruption; Synthesis processes and is also bound to the reaction reactor which can be set in the synthesis reactor and is not freely selectable. "Discontinuous regeneration processes do not ensure a uniform, high level of Ni / Rila yield and selectivity during the entire operating time.
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Erfindungsgemäß aoll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Acrylnitril entwickelt werden bei einer Steigerung der katalytischen Selektivität und Aktivität der chemischen Synthese.According to the invention, a process and an apparatus for the production of acrylonitrile are to be developed with an increase in the catalytic selectivity and activity of the chemical synthesis.
Darlegung- des Wesens der Erfindung; Presentation of the essence of the invention ;
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.It has been found that in a continuous catalyst regeneration outside of the synthesis reactor in a regeneration cycle and the Absenkimg the oxygen content in the synthesis reactor, the reaction course of the acrylonitrile synthesis over known methods in several parameters can be significantly improved »According to the invention, a fluidized bed regenerator is used, the 0, 1 - 0.8 times the diameter of the synthesis reactor »The fluidized bed regenerator is equipped in the lower part with an air-ammonia feed, in the upper part with a cyclone for separating the catalyst particles from the fluid bed regenerator leaving the gas phase. The continuous supply of damaged catalyst from the synthesis reactor in the fluidized bed regenerator is carried out by pneumatic conveying with an injector nozzle via зіпе regeneration line, which opens tangentially into the fluidized bed regenerator. At the fluidized bed regenerator bottom, the discharge line for the reactivated catalyst is attached. The fluid bed regenerator is provided with internals to improve the mass and heat exchange.
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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.These internals should have 20-90 % free cross-section The gas flow velocity in the fluidized bed regenerator should reach at least ten times the minimum fluidization rate of the catalyst. For feeding the catalyst and the gas into the synthesis reactor, devices having a distributing effect over the synthesis reactor cross section should be used.
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»In the process according to the invention, which are based on an increase in the selectivity of the olefin conversion to the desired nitrile, in addition to the parallel to the synthesis reactor operated continuous catalyst regeneration cycle, in which the required oxidation and regeneration of the catalyst takes place, the Säuerst off reduction of 1 - 0.01 VoI, -% residual oxygen content in the synthesis reactor exhaust gas, the molar ratio of reactants for the synthesis reactor feed propene, ammonia and air of 1: 1: 8.5 - 9.2 and the hot air feed into the fluidized bed regenerator in a temperature range of 750 - 1000 K, the most important parameters for the Process · The regeneration temperature above the temperature of the synthesis reaction is inventively achieved by the catalytic reaction of a corresponding amount of ammonia with regeneration air outside the synthesis reactor and the oxidation of the catalyst * The Katalysatorregenerationskrei slauf outside the synthesis reactor is operated at a temperature range of 750 - 1000 K, which is set by the air ammonia feed into the preheater and fluidized bed regenerator, and a pressure range of 0.1-1 MPa »
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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 %. For molybdenum oxide containing catalysts, the temperature should not exceed 900 K. The regeneration in the catalyst circuit is carried out with an air-ammonia mixture having a molar ratio of 15-25: 1 or other suitable oxygen-containing gas mixture in said temperature range at a linear velocity of 5-30 m / s in the regeneration line and C, 1 - 1 m / s in the fluid bed regenerator. The fluid bed regenerator is designed to allow a mean residence time of the catalyst of 0.5-3 hours. The achieved improvement in the selectivity of the synthesis reaction leads to the reduction of the effort for the removal of carbonaceous pesticides from the downstream parts of the system, to increase the reliability and reduce the cost of wastewater treatment and allows Er-, increase the capacity of the entire system up to 8 %.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1Exemplary embodiments Example 1
Die über der Temperatur der Synthesereaktion liegende Regenerationstemperatür von 844е 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*The regeneration temperature of 844 е К above the temperature of the synthesis reaction is achieved by catalytically converting a corresponding amount of ammonia to the regeneration air in the preheater (3), the regeneration line (4) and the fluidized bed regenerator (5) ) and the associated mixture with the regeneration gas mixture at a linear speed of 12 m / s in the regeneration line (4) takes place with an injector which is arranged in the preheater (3) *
.1. 209 060.1. 209 060
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«The regeneration line (4) opens tangentially into the fluid bed regenerator (5), which allows a residence time of the catalyst up to two hours. The withdrawal of the reactivated catalyst from the fluidized bed regenerator through the line (6) or, through the regeneration exhaust gas line (7) allows a targeted influencing of the particle size distribution of the catalyst "In order to improve the regeneration effect internals (8) are arranged in the fluidized bed regenerator (5) have a free cross-section of 65% «
Ein Wirbelbettregenerator (5) nach der Figur wurde parallel zu einem Acrylnitrilsynthesereaktor betrieben» Der Durchmesser des Wirbelbettregenerators (5) betrug 0,6 m, die Reaktionstemperatur 85Oc 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«A fluid bed regenerator (5) according to the figure was operated in parallel with an acrylonitrile synthesis reactor. The diameter of the fluidized bed regenerator (5) was 0.6 m, the reaction temperature was 85 ° C. , and the average residence time of the catalyst particles was 1 h. The catalyst was prepared according to DD-WP 126181 * The removal of the deactivated catalyst was carried out via the Reaktantengasverteiler the S \> nthesereaktors «The exhaust gas of the fluidized bed regenerator was passed into the synthesis reactor. Compared to the synthesis without parallel, high-level reactivation of the catalyst, the molar ratio of the propene, ammonia and air reactants was lowered from 1: 10 to an average of 1: 1: 9.2, and the reactor had a residual oxygen content of 0 in the synthesis reactor effluent , 5 VoI · -% are driven «
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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 %· The synthesis could be operated with a significant reduction of the carbon compounds in the process water and an increase in the yield of acrylonitrile of 3.7 % permanently without selectivity and activity drop. The change in the molar ratio of the reactants for the synthesis reactor was in addition to increasing the throughput of propene and ammonia at unchanged. Exploit total reactant volume. This corresponded to an additional capacity increase of the synthesis reactor and acrylonitrile production recovery of 6.5 % ·
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- 1978-11-14 DD DD78209060A patent/DD160769A3/en unknown
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