DE69915833T2

DE69915833T2 - Verfahren zur wiedergewinnung von acrylonitril

Info

Publication number: DE69915833T2
Application number: DE69915833T
Authority: DE
Inventors: J. Gregory WARD; S. Valerie MONICAL
Original assignee: Solutia Inc
Current assignee: Solutia Inc
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: DE69915833D1; EP1093389A4; JP2002518353A; EP1093389A1; RO121093B1; CN1305392A; BG105057A; WO1999065583A1; BR9911267A; ES2214864T3; AU4823299A; BG64862B1; RU2210566C2; KR20010071471A; ZA200007505B; TR200003767T2; PL345006A1; EP1093389B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zurückgewinnung und Reinigung von Acrylonitril aus einem Reaktorabflussstrom.
Verfahren zur Herstellung von olefinisch ungesättigten Nitrilen, wie z. B. Acrylonitril, durch katalytische Umsetzung von Ammoniak und einem Olefin sind wohlbekannt. Zum Beispiel können Acrylonitril und Methacrylonitril hergestellt werden durch katalytische Dampfphasenoxidation von Propylen bzw. Isobutylen in Gegenwart von Ammoniak.
Bei industriellen Verfahren zur Herstellung von Acrylonitril aus Propylen, Ammoniak und Sauerstoff enthält der Reaktorabflussstrom zusätzlich zu dem gewünschten Acrylonitril-Produkt beträchtliche Mengen von Cyanwasserstoff, Acetonitril und anderen Verunreinigungen, wie z. B. Succinonitril und anderen Nitrilen als Nebenprodukte. Die genaue Zusammensetzung des Abflussstroms und der Nebenprodukte und der Verunreinigungen, die dieser enthält, kann in Abhängigkeit von den Ammoxidations-Reaktionsbedingungen und dem Katalysator beträchtlich schwanken. Reaktorabflussströme von Verfahren zur Herstellung anderer olefinisch ungesättigter Nitrile enthalten in ähnlicher Weise verschiedene Nebenprodukte oder Verunreinigungen.
Verfahren zur Behandlung von Reaktorabflussströmen des beschriebenen Typs zur Abtrennung und Zurückgewinnung des Acrylonitrilprodukts von Nebenprodukten und Verunreinigungen sind bekannt. Siehe z. B. die US-Patente 3,399,120, 3,433,822, 3,936,360, 4,059,492, 4,166,008 und 4,404,064, die durch Bezugnahme hierin übernommen werden. Diese Verfahren umfassen typischerweise das Einführen des Reaktorabflussstroms in eine Kammer zum raschen Abkühlen (Quench-Kammer), wo dieser mit Wasser in Kontakt gebracht wird (das üblicherweise Schwefelsäure enthält, um überschüssiges Ammoniak aus der Umsetzung zu neutralisieren) um den Abflussstrom abzukühlen und einige Verunreinigungen, wie z. B. im Reaktor gebildete Polymere, zu entfernen. Abgekühlte Abstromgase von dem raschen Abkühlen (Quenchen) strömen zu einer Absorbersäule, wo sie mit Wasser in Kontakt gebracht werden. Der Flüssigkeitsstrom vom Sumpf der Absorbersäule enthält den Hauptanteil der in der Umsetzung gebildeten Nitrile und einige Verunreinigungen und wird einer extraktiven Destillationskolonne zugeführt, die auch als Rückgewinnungskolonne bezeichnet wird. Der Hauptanteil des Acrylonitrils aus der extraktiven Destillationskolonne wird am Kopf (Destillat) der Rückgewinnungskolonne erhalten, während Wasser und Verunreinigungen den Hauptanteil des Sumpfstroms der Rückgewinnungskolonne bilden. Der Sumpfstrom wird typischerweise einer sekundären Destillations- oder Stripperkolonne zugeführt um Aceto nitril und Wasser im Kopfstrom abzutrennen, während der Sumpf der sekundären Kolonne, der Wasser und verschiedene Verunreinigungen enthält, z. B. zur Quenchkolonne zurückgeführt wird.
Die Verwendung von zwei Destillationskolonnen, der Rückgewinnungskolonne und der Stripperkolonne, ist dazu geeignet, die Produkttrennung und Rückgewinnung zu erreichen, die bei industriellen Verfahren erforderlich sind. Dieses System ist jedoch sowohl aufgrund der Kosten für die benötigten Anlagen (nicht nur die beiden Destillationskolonnen, sondern auch die dazu gehörigen Pumpen, Rohre, Wärmetauscher usw.) als auch wegen der Betriebskosten, wie z. B. für den Energiebedarf der beiden Kolonnen, kostenaufwändig. Es besteht ein Bedürfnis nach verbesserten Verfahren, die die gewünschte Rückgewinnung bei niedrigeren Kosten erreichen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur Zurückgewinnung von Acrylonitril aus einem Strom, der Acrylonitril, Wasser und organische Verunreinigungen umfasst, umfasst die Stufen (a) rasches Abkühlen eines Ammoxidationsreaktor-Abflussstroms, der Acrylonitril, Wasser und organische Verunreinigungen umfasst, mit einem wässrigen Abkühlstrom, wodurch ein abgekühlter Reaktorabflussstrom erzeugt wird; (b) Durchleiten des abgekühlten Reaktorabflussstroms durch eine Absorptionskolonne, wodurch ein Absorber-Bodenstrom erzeugt wird, der Wasser, Acrylonitril und organische Verunreinigungen umfasst; und Durchleiten des Absorber-Sumpfstroms durch eine einzige Rückgewinnung/Abtreibkolonne, wodurch ein Acrylonitril-reicher Kopfstrom, ein magerer Wasser-Seitenstrom und ein Rückgewinnungs-Abtreibsumpfstrom, der organische Verunreinigungen enthält, erzeugt werden.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Acrylonitrilreiche Kopfstrom durch ein Dekantiergefäß geleitet um Wasser von Acrylonitril abzutrennen. In einer weiteren besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird der magere Wasser-Seitenstrom zur Verwendung in der Absorptionskolonne zurückgeführt.
Die vorliegende Erfindung ist kostengünstiger als bekannte Acrylonitril-Verfahren. Da sie das gewünschte Ausmaß an Produktrückgewinnung erreichen kann, ohne sowohl eine Rückgewinnungs-Destillationskolonne als auch eine Stripper-Destillationskolonne zu benötigen, werden sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten verringert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Verfahrensflussdiagramm eines aus dem Stand der Technik bekannten Acrylonitril-Zurückgewinnungsverfahrens.
2 ist ein Verfahrensflussdiagramm eines erfindungsgemäßen Acrylonitril-Zurückgewinnungsverfahrens.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Verfahren zur Herstellung olefinisch ungesättigter Nitrile, wie z. B. Acrylonitril, sind im Stand der Technik wohlbekannt. Z. B. wird in dem US-Patent 4,590,011, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, ein Ammoxidationsverfahren zur Herstellung von Acrylonitril beschrieben.
Die Herstellung von Acrylonitril umfasst im Allgemeinen das Zuführen von Propylen, Ammoniak, einer Sauerstoffquelle, wie z. B. Luft, und eines inerten Gases, wie z. B. Stickstoff, in eine Fließbett-Reaktorzone, wo die Reaktanten mit einem Ammoxidations-Katalysator in Kontakt kommen. Das typische molare Verhältnis von Sauerstoff zu Olefin in dem Zustrom beträgt 0,5 : 1 bis 4 : 1, bevorzugt 1 : 1 bis 3 : 1. Das molare Verhältnis von Ammoniak zu Olefin in dem Zustrom bei der Umsetzung beträgt typischerweise 0,5 : 1 bis 5 : 1.
Die Bedingungen, unter denen die Ammoxidationsreaktion abläuft, sind im Stand der Technik wohlbekannt, wie die US-Patente 5,093,299, 4,863,891, 4,767,878 und 4,503,001, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden, zeigen. Die Umsetzung wird typischerweise bei einer Temperatur zwischen etwa 260°C und 600°C durchgeführt, wobei 310°C bis 500°C bevorzugt und 350°C bis 480°C besonders bevorzugt sind. Die Kontaktzeit liegt, obwohl sie nicht kritisch ist, allgemein im Bereich von 0,1 bis 50 Sekunden, wobei eine Kontaktzeit von 1 bis 15 Sekunden bevorzugt ist.
Die Ammoxidationsreaktion wird bevorzugt in einem Fließbettreaktor durchgeführt, obwohl andere Typen von Reaktoren ebenfalls verwendet werden können. Fließbettreaktoren zur Herstellung von Acrylonitril sind im Stand der Technik wohlbekannt. Z. B. ist die Reaktorgestaltung, die in dem US-Patent 3,230,246, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, geeignet.
Katalysatoren zur Verwendung in der Reaktionszone sind im Stand der Technik wohlbekannt. Geeignete Katalysatoren werden in den US-Patenten 3,642,930 und 5,093,299 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Der Reaktorabflussstrom enthält Acrylonitril, das gewünschte Produkt, und organische Verunreinigungen, wie z. B. Acetonitril, sowie eine gewisse Menge überschüssiger Ausgangsstoffe, und zwar all diese üblicherweise im gasförmigen Zustand und bei einer Temperatur zwischen etwa 450–480°C.
Der Reaktorabflussstrom wird zu einer Quenchkolonne (nicht gezeigt) transportiert, worin die heißen Abstromgase durch Kontakt mit versprühtem Wasser abgekühlt werden. Überschüssiges Ammoniak, das in dem Abflussstrom gegebenenfalls enthalten ist, wird typischerweise durch Inkontaktbringen mit Schwefelsäure in der Quenchkolonne neutralisiert um das Ammoniak als Ammoniumsulfat zu entfernen. Das abgekühlte Abstromgas, das das gewünschte Produkt (Acrylonitril) enthält, wird dann in den Sumpf einer (nicht gezeigten) Absorberkolonne eingeleitet, worin das Produkt in Wasser absorbiert wird, das vom Kopf in die Kolonne eintritt. Die nicht-absorbierten Gase verlassen den Absorber durch ein am Kopf des Absorbers angeordnetes Rohr. Der wässrige Absorber-Sumpfstrom, der das gewünschte Produkt enthält, wird dann zur weiteren Reinigung weiter verarbeitet.
1 zeigt ein bekanntes Verfahren zur Reinigung des wässrigen, Acrylonitrilenthaltenden Stroms aus dem Absorber-Sumpf. Der wässrige Strom 10 tritt in eine erste Destillationskolonne oder Rückgewinnungskolonne 12 ein, die einen Kopfstrom 14, der Wasser und Acrylonitril enthält, und einen Sumpfstrom 16, der Wasser und verschiedene Verunreinigungen, jedoch vergleichsweise wenig Acrylonitril enthält, erzeugt. Der Kopfstrom 14 aus der ersten Destillationskolonne 12 strömt durch einen Kühler 18 und in ein Dekantiergefäß 20, worin Wasser und Acrylonitril getrennt werden. Der Wasserstrom 22 aus dem Dekantiergefäß kann zur Verwendung an anderer Stelle in dem Verfahren zurückgeführt werden. Der Acrylonitril-Produktstrom 24 kann gelagert oder, falls gewünscht, weiter gereinigt werden.
Der Sumpfstrom 16 aus der ersten Destillationskolonne 12 wird zu einer zweiten Destillationskolonne oder Stripperkolonne 30 gepumpt. Ein Teil des Kopfstroms 32 von dieser Kolonne 30 wird nach Durchströmen eines Kühlers 34 zu der Kolonne 30 zurückgeführt 36, während ein anderer Teil 38 dieses Kopfstroms der Abfallbehandlung zugeführt wird. Der Sumpfstrom 40 von der zweiten Kolonne 30 wird ebenfalls der Abfallbehandlung 42 zugeführt. Ein Seitenstrom 44 von der zweiten Kolonne 30 ist ein magerer Wasserstrom, der zu dem Absorber (nicht gezeigt) zurückgeführt werden kann. Ein zweiter Seitenstrom 46, der Wasser und vergleichsweise geringe Mengen von Acrylonitril enthält, wird der ersten Destillationskolonne 12 wieder zugeführt, wobei er durch einen Kühler 50 strömt. Reboiler 26 und 48 liefern die Energie für die Destillation.
Obwohl das Zurückgewinnungssystem der 1 die gewünschte Trennung erreicht, tut es dies bei vergleichsweise hohen Kosten aufgrund der beiden Destillationskolonnen 12 und 30, der Reboiler 26 und 48, der entsprechenden Pumpen 60, 62, 64 und 66, der zugehörigen Rohre und dergleichen sowie des Dampfes, Kühlwasser und anderer Inputs, die notwendig sind um das Rückgewinnungs- und Reinigungsverfahren zu betreiben.
2 zeigt eine Ausführungsform eines verbesserten Zurückgewinnungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Strom 10, der wiederum vom Sumpf des Absorbers kommt, wird einer einzigen Destillationskolonne 80 zugeführt. Während die erste Destillationskolonne 12 und die zweite Destillationskolonne 30 der 1 z. B. etwa 70 bzw. 50 Böden enthalten können, kann die einzige Destillationskolonne 80 der 2 z. B. etwa 110 Böden enthalten. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich na türlich nicht auf Kolonnen, die eine bestimmte Anzahl von Böden enthalten und ist auch nicht auf Kolonnen beschränkt, die überhaupt Böden enthalten. Stattdessen können auch gepackte Kolonnen verwendet werden.
Ein erster Seitenstrom 82 enthält in erster Linie Wasser und Verunreinigungen und wird der Abfallbehandlung zugeführt. Ein zweiter Seitenstrom 84 wird als magerer Wasserstrom zur Zurückführung zu dem Absorber verwendet. Ein dritter Seitenstrom 86 durchströmt einen Kühler 88 und wird zum Kopf 90 der Kolonne 80 zurückgeführt. Ein Sumpfstrom 92 wird der Abfallbehandlung zugeführt. Ein Reboiler 94 stellt die Wärme für die Destillation zur Verfügung.
Der Kopfstrom 96 von der kombinierten Zurückgewinnungs/Abtreibkolonne 80 strömt durch einen Kühler 98 und in ein Dekantiergefäß 100, wodurch ein Acrylonitril-Produktstrom 102 und ein Wasserstrom 104 erzeugt wird, wobei Letzterer zum Quenchen, dem Absorber oder dem Zuführstrom 10 zurückgeführt werden kann.
Die Betriebsbedingungen für die Destillationskolonne 80 können in Abhängigkeit von dem zurückzugewinnenden Produkt und dem gewünschten Grad der Rückgewinnung variieren. Z. B. kann die Kolonne bei etwa Atmosphärendruck am Eingang des Kühlers 98 betrieben werden. Die Temperaturen und Drücke in anderen Teilen der Kolonne werden durch die Art der Kolonneneinbauten und die Hitzebelastung des Reboilers vorgegeben.
Das Verfahren kann betrieben werden, indem die Hitzebelastung der Reboiler so angepasst wird, dass z. B. 99,9 Gew.-% des Acrylonitrils und 99,4% des freien Cyanwasserstoffs in dem Absorber-Sumpfstrom 10 in dem Kopfstrom 96 zurückgewonnen werden können. Darüber hinaus können die Fließgeschwindigkeit und Temperatur des Stroms 86, der zum Kopf 90 der Kolonne zurückgeführt wird, so angepasst werden, dass der Kopfstrom 96 nur 0,3% des Acetonitrils aus dem Strom 10 enthält. Mit anderen Worten können 99,7% des in dem Absorber-Sumpfstrom 10 enthaltenen Acetonitrils entfernt und über den Strom 82 der Abfallbehandlung zugeführt werden.
Die im voranstehenden Absatz beschriebene Betriebsweise ist in Situationen geeignet, in denen Cyanwasserstoff ein wertvolles Nebenprodukt ist und deshalb soweit praktisch möglich zurückgewonnen werden soll. In Situationen, in denen kein Bedarf besteht, diese Verbindung zurückzugewinnen, kann das Verfahren stattdessen mit verminderter Belastung des Reboilers betrieben werden.
Die Menge der für das Zurückgewinnungsverfahren der 2 erforderlichen Verfahrensausrüstung ist signifikant geringer als bei dem Verfahren nach 1. Die gewünschte Zurückgewinnung von Acrylonitril ist trotz des geringeren Anlagenbedarfs und der resultierenden Verringerung der Betriebskosten nach wie vor möglich. Insbesondere die Ersparnis des Kühlers und Rücklaufs, die für eine zweite Destillationskolon ne erforderlich sind, vermindert den Gesamtdampfbedarf. Darüber hinaus wird der Kühlwasserbedarf vermindert, da ein Kühler eingespart wird.

Claims

Verfahren zur Zurückgewinnung von Acrylonitril aus einem Reaktorabflussstrom, umfassend Acrylonitril, Wasser und organische Verunreinigungen, umfassend die Stufen: rasches Abkühlen eines Ammoxidationsreaktor-Abflussstroms, der Acrylonitril, Wasser und organische Verunreinigungen umfasst, mit einem wässrigen Abkühlstrom, wodurch ein abgekühlter Reaktorabflussstrom erzeugt wird; Durchleiten des abgekühlten Reaktorabflussstroms durch eine Absorptionssäule, wodurch ein Absorber-Bodenstrom erzeugt wird, der Wasser, Acrylonitril und organische Verunreinigungen umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber-Bodenstrom durch eine einzige Rückgewinnungs-/Abtreibkolonne geleitet wird, wodurch ein Acrylonitril-reicher Kopfstrom, ein schwach konzentrierter Wasserseitenstrom und ein Rückgewinnungs-/Abtreibbodenstrom, der organische Verunreinigungen enthält, erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Acrylonitrilreiche Kopfstrom durch ein Dekantiergefäß geleitet wird um Wasser von Acrylonitril abzutrennen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der schwach konzentriert Wasserseitenstrom zur Verwendung in der Absorptionssäule zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ammoxidationsreaktor-Abflussstrom durch katalytische Umsetzung von Ammoniak und Propylen erzeugt wird.