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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von Acrylnitril oder Methacrylnitril. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verbesserung der
Gewinnungsverfahren, die während
der Herstellung von Acrylnitril und Methacrylnitril genutzt werden.
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Die
Gewinnung von Acrylnitril/Methacrylnitril, das durch die Ammonoxidation
von Propylen oder Isobutylen im kommerziellem Maße hergestellt wurde, ist durch
das Quenchen des Reaktorabflusses mit Wasser erreicht worden, gefolgt
von dem Führen
des gasförmigen
Stroms, der Acrylnitril oder Methacrylnitril enthält, das
aus der Quenchung resultiert, zu einem Absorber, wo Wasser und die
Gase im Gegenstrom kontaktiert werden, um im wesentlichen das gesamte
Acrylnitril oder Methacrylnitril zu entfernen, dann wird der wässerige
Strom, der im wesentlichen das gesamte Acrylnitril oder Methacrylnitril
enthält, durch
eine Reihe von Destillationssäulen
und verbundenen Dekantiervorrichtungen zur Abtrennung und Reinigung
des Produktes Acrylnitril oder Methacrylnitril geführt.
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Typische
Gewinnungs- und Reinigungssysteme, die während der Herstellung von Acrylnitril oder
Methacrylnitril verwendet werden, werden in den US-Patenten Nr.
4,234,510 und 3,885,928 offenbart, die auf den Inhaber der vorliegenden
Erfindung übertragen
wurden.
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US 3399120 bezieht sich
auf die Reinigung von olefinisch ungesättigten Nitrilen durch Wasserextraktivdestillation.
Es lehrt die Verwendung einer Verbesserung, umfassend eine spezielle
Konfiguration von zwei Destillationssäulen. Gemäß Spalte 7 in den Zeilen 61
bis 64 liegt der Druck in dem gesamten System, einschließlich beider
Säulen,
normalerweise bei oder nahe Atmosphärendruck, d. h. von atmosphärisch bis
10 psig.
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Es
ist der grundlegende Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein
verbessertes Verfahren zur Herstellung von Acrylnitril oder Methacrylnitril
bereitzustellen.
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Es
ist ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Gewinnungs- und Reinigungsverfahren für die Nutzung während der Herstellung
von Acrylnitril oder Methacrylnitril bereitzustellen.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung von Acrylnitril oder Methacrylnitril bereitzustellen,
welches Abgas verringert und den Produktdurchsatz, die Gewinnungsleistung
und Produktqualität
durch Reduzieren der Menge an organischen Verunreinigungen in dem
resultierenden Endprodukt verbessert.
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Weitere
Gegenstände,
Vorteile und neue Merkmale der Erfindung werden teilweise in der
folgenden Beschreibung aufgeführt,
und werden teilweise dem Fachmann bei der Überprüfung des Folgenden offensichtlich
sein, oder können
durch die Praxis der Erfindung erlernt werden. Die Gegenstände und
Vorteile der Erfindung können
durch die Mittel und Kombinationen, die speziell in den anhängenden Ansprüchen dargelegt
sind, realisiert und erhalten werden.
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Um
vorhergehendes und andere Gegenstände zu erreichen, und gemäß dem Zweck
der vorliegenden Erfindung, wie hierin ausgeführt und weitgehend beschrieben,
umfaßt
das erfindungsgemäße Verfahren
das Transportieren des Reaktorabflusses, der während der Ammonoxiation von
Propylen oder Isobutylen erhalten wird, zu einer Quenchsäule, wobei
die heißen
Abgase durch den Kontakt mit einem wässerigen Spray abgekühlt werden,
der abgekühlte Reaktorabfluß dann über Kopf
zu einer Absorbersäule
geführt
wird, wobei das Acrylnitril oder Methacrylnitril in Wasser absorbiert
wird, die wässerige
Lösung,
die das Acrylnitril oder Methacrylnitril enthält, dann durch eine Gewinnungsdestillationssäule und Abtriebsdestillationssäule geführt wird,
um das Acrylnitril- oder Methacrylnitrilprodukt zu gewinnen, wobei die
Verbesserung das Erhöhen
des Gewinnungsdestillationssäulen-Oberdrucks
durch mechanische Mittel um etwa 0,7 bis 34,5 kPa (0,1 bis 5 psi)
umfaßt, um
die hydraulische Kapazität
der Gewinnungs- und Abtriebssäule
zu verbessern. Beispielsweise wird der Gewinnungssäulen-Oberdruck
in dem Gewinnungs- und Reinigungsabschnitt einer Acrylnitrilanlage
typischerweise so gestaltet, daß sie
zwischen etwa 108 und weniger als 136 kPa (1 bis weniger als 5 psig) läuft. Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf die mechanische Erhöhung des
Oberdrucks der Gewinnungssäule
beispielsweise durch die Hinzufügung
eines Druckventils über
den Auslegungsdruck um 0,7 bis 34,5 kPa (0,1 bis 5 psig), bevorzugt
1,7–3,5
bis 34,5 kPa (0,25–0,5
bis 5,0), wobei 7 bis 34,5 kPa (1,0 bis 5,0 psi) besonders bevorzugt
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Gewinnungssäulen-Oberdruck bei zwischen
136 und 170 kPa (5 bis 10 psig), bevorzugt mehr als 136 bis 170
kPa (5 bis 10 psig) gehalten, wobei 139 bis 153 kPa (5,5 bis 7,5 psig)
besonders bevorzugt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren mit dem Reaktorabfluß, der aus
der Ammonoxidation von Propylen, Ammoniak und Sauerstoff zur Herstellung von
Acrylnitril erhalten wird, durchgeführt.
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In
noch einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird das Reaktorabwasser durch die Reaktion
von Propylen, Ammoniak und Luft in einem Fließbettreaktor während des
Kontakts mit einem Fließbettkatalysator
erhalten.
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Konventionelle
Fließbettammonoxidationskatalysatoren
können
in der Praxis der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann
der Fließbettkatalysator,
wie in US-Patenten Nr. 3,642,930 und 5,093,299 beschrieben, in der
Praxis der Erfindung verwendet werden.
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Bei
konventionellen Gewinnungs- und Reinigungsverfahren zur Gewinnung
von Acrylnitril oder Methacrylnitril ist herausgefunden worden,
daß das Strahlfluten
in den Gewinnungs- und
Abtriebssäulen typischerweise
die maximale Menge an armem Wasser einstellt, das durch die Absorber-,
Gewinnungs- und Abtriebssäulen
im Kreislauf geführt
werden kann. Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Betrieb der Gewinnungs-
und Abtriebssäulen
bei erhöhtem
Druck, wodurch der Durchsatz erhöht
wird, bei dem das Strahlfluten stattfindet, wodurch eine Erhöhung der
Rate des Reaktorbetriebs und geringere Absorberabgasverluste ermöglicht werden.
Dies wird durch Erhöhen
des Flusses an armem Wasser von den Gewinnungs- und Abtriebssäulen zu
dem Absorber mit der überraschenden
Entdeckung erreicht, daß das
gesamte Gewinnungsverfahren keine Betriebseffizienz verliert. Die
Praxis der Erfindung ermöglicht
höhere
Reaktionsproduktionsraten, während
die Minimalanforderungen in bezug auf das Verhältnis von armem Wasser zu Produkt
(mindestens 11 : 1) aufrechterhalten werden. Die Praxis der Erfindung
ist sehr vorteilhaft, wenn sie in Kombination mit einem Gewinnungs-
und Reinigungsverfahren genutzt wird, welches bei einem Verhältnis von
armem Wasser zu Produkt von 12 : 1 bis 11 : 1 in der Absorbersäule arbeitet.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun ausführlich beschrieben. Der Reaktorabfluß, der durch
die Ammonoxidation von Propylen oder Isobutylen, Ammoniak und Sauerstoff-enthaltendem
Gas in einem Fließbettreaktor
während
des Kontakts mit einem Fließbettammonoxiationskatalysator
erhalten wird, wird zu einer Quenchsäule transportiert, wo die heißen Abgase
durch Kontakt mit Wasserspray abgekühlt werden. Typischerweise
wird jegliches überschüssiges Ammoniak,
das in dem Abfluß enthalten ist,
durch den Kontakt mit Schwefelsäure
in der Quenchung neutralisiert, um das Ammoniak als Ammoniumsulfat
zu entfernen. Das abgekühlte
Abgas, das das gewünschte
Produkt enthält
(Acrylnitril oder Methacrylnitril und HCN), wird dann in den Boden
einer Absorbersäule
geführt,
wo die Produkte in Wasser, welches in die Säule von der Oberseite eintritt, absorbiert
werden. Die nicht-absorbierten Gase laufen vom Absorber durch eine
Rohrleitung, die sich an der Oberseite des Absorbers befindet. Der
wässerige Strom,
der das gewünschte
Produkt enthält,
wird dann von dem Absorberboden zu dem oberen Teil der ersten Destillationssäule (Gewinnungssäule) zur weiteren
Produktreinigung geführt.
Das Produkt, das aus dem oberen Teil der Gewinnungssäule gewonnen
wird, wird dann zu einer zweiten Destillationssäule zur weiteren Reinigung
und Gewinnung des Produktes Acrylnitril oder Methacrylnitril geschickt. Der
Bodenstrom, der aus der Gewinnungssäule erhalten wird, wird zu
einer Abtriebsdestillationssäule geschickt,
um das rohe Acetonitril zu gewinnen, das ein wertvolles Nebenprodukt
ist.
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In
der Praxis der vorliegenden Erfindung wird ein automatisches Druckkontrollventil
in der Gewinnungssäulenoberleitung
installiert, damit der Oberdruck der Gewinnungssäule um etwa 0,7 bis 34,5 kPa
(0,1 bis 5 psi) über
den Auslegungsgewinnungssäulen-Oberdruck
erhöht
werden kann. Typischerweise liegt der Gewinnungssäulen-Oberdruck
zwischen 108 und weniger als 136 kPa (1 bis weniger als 5 psig),
normalerweise zwischen 129 und 132 kPa (4 bis 4,5 psig). In der
bevorzugten Praxis der vorliegenden Erfindung wird der Gewinnungssäulen-Oberdruck bei einem
konstanten Druck betrieben, der von 136 bis 170 kPa (5 bis etwa
10 psig), bevorzugt 139 bis 153 kPa (5,5 bis 7,5 psig) variieren
kann. Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung ist auf separate
Gewinnungs- und Abtriebstürme
sowie gestapelte Gewinnungs-/Abtriebstürme zur Gewinnung von Acrylnitril
oder Methacrylnitril anwendbar, vorausgesetzt, daß die Turmhydraulik
durch das Strahlfluten beschränkt
wird. Das eingesetzte Druckkontrollventil kann von jedem Kontrollventilhersteller
erhalten werden. Es kann automatisch betätigt oder manuell kontrolliert
werden.
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Bevorzugt
wird die Ammonoxidationsreaktion in einem Fließbettreaktor durchgeführt, obwohl andere
Typen von Reaktoren, wie Transportleitungsreaktoren in Betracht
gezogen werden. Fließbettreaktoren
zur Herstellung von Acrylnitril sind in der Technik allgemein bekannt.
Beispielsweise ist die Reaktorkonstruktion, die in US-Patent Nr.
3,230,246 dargestellt ist, geeignet.
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Die
Bedingungen für
die Durchführung
der Ammonoxidationsreaktion sind in der Technik allgemein bekannt,
wie durch die US-Patente Nr. 5,093,299; 4,863,891; 4,767,878 und
4,503,001 nachgewiesen. Typischerweise wird das Ammonoxidationsverfahren
durch Kontaktieren von Propylen oder Isobutylen in Gegenwart von
Ammoniak und Sauerstoff mit einem Fließbettkatalysator bei einer erhöhten Temperatur
durchgeführt,
um das Acrylnitril oder Methacrylnitril herzustellen. Jede Quelle
an Sauerstoff kann eingesetzt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen ist
es jedoch bevorzugt, Luft zu verwenden. Das typische Molverhältnis des
Sauerstoffs zu Olefin in der Einspeisung sollte in dem Bereich von
0,5 : 1 bis 4 : 1, bevorzugt 1 : 1 bis 3 : 1 liegen. Das Molverhältnis von
Ammoniak zu Olefin in der Einspeisung in der Reaktion kann zwischen
0,5 : 1 und 5 : 1 liegen. Es gibt wirklich keine obere Grenze für das Ammoniak-Olefin-Verhältnis, aber
es gibt im allgemeinen aus wirtschaftlichen Gründen keinen Grund ein Verhältnis von
5 : 1 zu überschreiten.
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Die
Reaktion wird bei einer Temperatur zwischen etwa 260 und 600 °C durchgeführt, aber
die bevorzugten Bereiche sind 310 bis 500 °C, besonders bevorzugt 350 bis
480 °C.
Die Kontaktzeit, obwohl nicht kritisch, liegt im allgemeinen in
dem Bereich von 0,1 bis 50 s, wobei eine Kontaktzeit von 1 bis 15
s bevorzugt ist.
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Zusätzlich zu
dem Katalysator von US-Patent Nr. 3,642,930 werden andere Katalysatoren,
die für
die Praxis der vorliegenden Erfindung geeignet sind, in US-Patent
Nr. 5,093,299 dargestellt.
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Die
Bedingungen, unter denen die Absorbersäule, Gewinnungssäule und
Abtriebssäule
gehalten werden, liegen zwischen 136 und 150 kPa (5 bis 7 psig)
(27 bis 43 °C)
(80 bis 110 °F), 108
und 132 kPa (1 bis 4,5 psig) (68 bis 77 °C) (155 bis 170 °F) bzw. 150
bis 191 kPa (7 bis 13 psig) (77 bis 99 °C) (170 bis 210 °F).
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Die
Verbesserung der vorliegenden Erfindung ist gegenüber dem
Stand der Technik durch den Betrieb der Gewinnungssäule mittels
mechanischer Einstellung auf einen Druck, der über dem normalen Auslegungsdruck
liegt, während
der Ausübung
des Ammonoxidationsverfahrens zur Herstellung von Acrylnitril/Methacrylnitril
gekennzeichnet. Konventionelle Verfahren nutzten einen Gewinnungssäulen-Oberdruck
von weniger als 136 kPa (5 psig). In einer bevorzugten Praxis der
vorliegenden Erfindung wird der Gewinnungssäulen-Oberdruck bei einem Druck
zwischen 136 und 170 kPa (5 bis 10 psig), bevorzugt zwischen 140
und 150 kPa (5,5 bis 7,0 psig) betrieben.
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Der
Betrieb der erfindungsgemäßen Gewinnungs-
und Reinigungsverfahren führt
zur Fähigkeit, hohe
Durchsatzraten durch den Reaktor zu erreichen, indem keine Modifikationen
an dem Gewinnungs- und Reinigungssystem, das Investitionsausgaben
umfaßt,
vorgenommen werden müssen.
Die vorliegende Erfindung führt
nicht nur zu einer unerwarteten Verbesserung der Produktionsraten,
sondern erreicht diese Verbesserung ohne Erhöhung der Größe der Türme, die in dem Gewinnungs-
und Reinigungsabschnitt verwendet werden. Außerdem ist infolge der Erhöhung der
Produktionsraten keine Verschlechterung der Leistung der Absorbersäule während der
Gewinnung des Acrylnitrils oder Methacrylnitrils zu beobachten gewesen.
Die vorliegende Erfindung führt
zu verbesserter Betriebseffizienz, verbessertem Durchsatz, erhöhter Produktivität ohne die Notwendigkeit
von Investitionsausgaben.