ES2214864T3 - Procedimiento para la recuperacion de acrilonitrilo. - Google Patents
Procedimiento para la recuperacion de acrilonitrilo.Info
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Abstract
Procedimiento para la recuperación de acrilonitrilo de una corriente efluente de reactor que comprende acrilonitrilo, agua e impurezas orgánicas, que comprende las etapas de enfriar una corriente efluente de un reactor de amonoxidación que comprende acrilonitrilo, agua e impurezas orgánicas, con una corriente acuosa de enfriamiento brusco, produciéndose así una corriente efluente de reactor enfriada; hacer pasar la corriente efluente de reactor enfriada a través de una columna de absorción, generándose así una corriente de cola de la columna de absorción que comprende agua, acrilonitrilo e impurezas orgánicas; caracterizado porque la corriente de cola de la columna de absorción se hace pasar a través de una única columna de recuperación/separación, generándose una corriente de cabeza rica en acrilonitrilo, una corriente lateral de agua pobre y una corriente de cola de recuperación/separación que comprende impurezas orgánicas.
Description
Procedimiento para la recuperación de
acrilonitrilo.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la recuperación y purificación de acrilonitrilo a
partir de la corriente efluente de un reactor.
Se conocen bien procedimientos para la producción
de nitrilos olefínicamente insaturados, tales como el acrilonitrilo,
mediante la reacción catalítica de amoniaco y una olefina. Por
ejemplo, pueden producirse acrilonitrilo y metacrilonitrilo mediante
la oxidación catalítica en fase de vapor de propileno e isobutileno,
respectivamente, en presencia de amoniaco.
En procedimientos comerciales para la preparación
de acrilonitrilo a partir de propileno, amoniaco y oxígeno, el
efluente del reactor contiene, además del producto de acrilonitrilo
deseado, cantidades considerables de subproducto de ácido
cianhídrico, acetonitrilo y otras impurezas tales como
succinonitrilo y otros nitrilos. La composición exacta del efluente
y los subproductos e impurezas que contiene puede variar
considerablemente dependiendo de las condiciones y el catalizador de
la reacción de amonoxidación. Los efluentes de reactor procedentes
de procedimientos para producir otros nitrilos olefínicamente
insaturados contienen de manera similar diversos subproductos o
impurezas.
Se conocen procedimientos para tratar efluentes
de reactor del tipo descrito para separar y recuperar un producto de
acrilonitrilo de los subproductos e impurezas. Por ejemplo, véanse
las patentes de los EE.UU. 3.399.120, 3.433.822, 3.936.360,
4.059.492, 4.166.008 y 4.404.064, que se incorporan al presente
documento como referencia. Normalmente, estos procedimientos
incluyen introducir el efluente de reactor en una cámara de
enfriamiento brusco en la que se pone en contacto con agua (que
contiene normalmente ácido sulfúrico para neutralizar el amoniaco en
exceso de la reacción) para enfriar el efluente y eliminar algunos
contaminantes tales como polímeros producidos en el reactor. Los
gases efluentes enfriados del flujo enfriado bruscamente pasan a una
columna de absorción, en la que se ponen en contacto con agua. La
corriente líquida procedente de la parte inferior de la columna de
absorción contiene la mayoría de los nitrilos producidos en la
reacción y algunas impurezas, y se envía a una columna de
destilación extractiva, también denominada columna de recuperación.
La mayor parte del acrilonitrilo procedente de la columna de
destilación extractiva se obtiene del producto de cabeza (destilado)
de la columna de recuperación mientras que agua e impurezas
constituyen la mayor parte la corriente de cola de la columna de
recuperación. La corriente de cola se alimenta normalmente a una
columna de separación o de destilación secundaria para separar el
acrilonitrilo y el agua en una corriente de cabeza mientras que se
recirculan las colas de la columna secundaria que contienen agua y
diversas impurezas, por ejemplo, a la columna de enfriamiento
brusco.
El uso de dos columnas de destilación, la columna
de recuperación y la columna de separación es eficaz para conseguir
la separación y recuperación del producto que se requiere en
operaciones comerciales. Sin embargo, este sistema es caro, debido
tanto al coste del equipo participante (no sólo las dos columnas de
destilación, sino también las bombas, tuberías, intercambiadores de
calor, etc. asociados) y los costes de funcionamiento tales como el
uso de energía por las dos columnas. Existe la necesidad de
procedimientos mejorados que puedan conseguir la recuperación
deseada con un coste menor.
Un procedimiento para la recuperación de
acrilonitrilo de una corriente que comprende acrilonitrilo, agua e
impurezas orgánicas, comprende las etapas de (a) enfriar bruscamente
una corriente efluente de un reactor de amonoxidación que comprende
acrilonitrilo, agua e impurezas orgánicas, con una corriente acuosa
de enfriamiento brusco, produciéndose así una corriente efluente de
reactor enfriada; (b) hacer pasar la corriente efluente de reactor
enfriada a través de una columna de absorción, generándose así una
corriente de cola de la columna de absorción que comprende agua,
acrilonitrilo e impurezas orgánicas y (c) hacer pasar la corriente
de cola de la columna de absorción a través de una única columna de
recuperación/separación, generándose una corriente de cabeza rica en
acrilonitrilo, una corriente lateral de agua pobre y una corriente
de cola de recuperación/separación que comprende impurezas
orgánicas.
En una realización específica de la invención, la
corriente de cabeza rica en acrilonitrilo se hace pasar a través de
un decantador para separar el agua del acrilonitrilo. En otra
realización específica del procedimiento, la corriente lateral de
agua pobre se recircula para su uso en la columna de absorción.
La presente invención es más económica que los
procedimientos para el acrilonitrilo de la técnica anterior. Dado
que puede lograrse el nivel deseado de recuperación del producto sin
que se requiera tanto una columna de destilación de recuperación
como una columna de destilación de separación, se reducen los costes
de inversión y los costes de funcionamiento.
La figura 1 es un diagrama de flujo de
procedimiento de un procedimiento de recuperación de acrilonitrilo
de la técnica anterior.
La figura 2 es un diagrama de flujo de
procedimiento de un procedimiento de recuperación de acrilonitrilo
de la presente invención.
Los procedimientos para producir nitrilos
olefínicamente insaturados, tales como el acrilonitrilo, son bien
conocidos en la técnica. Por ejemplo, en la patente de los EE.UU.
4.590.011, que se incorpora al presente documento como referencia,
se describe un procedimiento de amonoxidación para producir
acrilonitrilo.
La producción de acrilonitrilo supone
generalmente la alimentación de propileno, amoniaco, una fuente de
oxígeno tal como aire, y un gas inerte tal como nitrógeno a una zona
de un reactor de lecho fluidizado en la que los reactivos se ponen
en contacto con un catalizador de amonoxidación. La razón molar
típica del oxígeno con respecto a la olefina en la alimentación es
desde 0,5:1 hasta 4:1, preferiblemente desde 1:1 hasta 3:1. La razón
molar del amoniaco con respecto a la olefina en la alimentación en
la reacción está normalmente entre 0,5:1 y 5:1.
Las condiciones para que se produzca la reacción
de amonoxidación son bien conocidas en la técnica anterior, tal como
se demuestra en las patentes de los EE.UU. 5.093.299, 4.863.891,
4.767.878 y 4.503.001, incorporadas al presente documento como
referencia. La reacción normalmente se lleva a cabo a una
temperatura de entre aproximadamente 260º y 600ºC, prefiriéndose de
310º a 500ºC y prefiriéndose especialmente de 350º a 480ºC. El
tiempo de contacto, aunque no es crítico, generalmente está en el
intervalo de 0,1 a 50 segundos, prefiriéndose un tiempo de contacto
de 1 a 15 segundos.
Preferiblemente, la reacción de amonoxidación se
lleva a cabo en un reactor de lecho fluido aunque también pueden
utilizarse otros tipos de reactores. Los reactores de lecho fluido,
para la fabricación de acrilonitrilo, son bien conocidos en la
técnica anterior. Por ejemplo, es adecuado el diseño de reactor
expuesto en la patente de los EE.UU. 3.230.246, incorporada al
presente documento como referencia.
Los catalizadores para su uso en la zona de
reacción son bien conocidos en la técnica. Catalizadores adecuados
se describen en las patentes de los EE.UU. 3.642.930 y 5.093.299,
incorporadas al presente documento como referencia.
El efluente de reactor contendrá acrilonitrilo,
el producto deseado, más impurezas orgánicas tales como
acetonitrilo, así como alguna cantidad de los reactivos en exceso,
todos normalmente en estado gaseoso y a una temperatura de entre
aproximadamente 450 - 480ºC.
El efluente de reactor se transporta hasta una
columna de enfriamiento brusco (no mostrado) en la que los gases
efluentes calientes se enfrían por contacto con agua pulverizada.
Normalmente, cualquier amoniaco en exceso contenido en el efluente
se neutraliza por contacto con ácido sulfúrico en el enfriamiento
brusco, para eliminar el amoniaco como sulfato amónico. El gas
efluente enfriado que contiene el producto deseado (acrilonitrilo)
se hace pasar entonces a la parte inferior de una columna de
absorción (no mostrado) en la que el producto se absorbe en agua que
entra en la columna desde la parte superior. Los gases no absorbidos
pasan desde la columna de absorción a través de una tubería situada
en la parte superior de la columna de absorción. La corriente acuosa
de cola de la columna de absorción que contiene el producto deseado
se trata entonces para su purificación adicional.
La figura 1 muestra un procedimiento de la
técnica anterior para la purificación de la corriente acuosa que
contiene el acrilonitrilo procedente de la parte inferior de la
columna de absorción. La corriente 10 acuosa entra en una primera
columna 12 de recuperación o columna de destilación, que genera una
corriente 14 de cabeza que contiene agua y acrilonitrilo y una
corriente 16 de cola que contiene agua y diversas impurezas, pero
relativamente poco acrilonitrilo. La corriente 14 de cabeza
procedente de la primera columna 12 de destilación pasa a través de
un condensador 18 y al interior de un decantador 20 en el que se
separan el agua y el acrilonitrilo. La corriente 22 acuosa
procedente del decantador puede recircularse para su uso en otra
parte del procedimiento. La corriente 24 de acrilonitrilo producto
puede almacenarse o purificarse adicionalmente si así se desea.
La corriente 16 de cola procedente de la primera
columna 12 de destilación se bombea a una segunda columna 30 de
separación o columna de destilación. Una parte del producto 32 de
cabeza procedente de esta columna 30, tras hacerse pasar a través de
un condensador 34, se recircula 36 hasta la columna 30, mientras que
otra parte 38 de ese producto de cabeza se envía a tratamiento de
residuos. La corriente 40 de cola procedente de la segunda columna
30 se envía también a tratamiento 42 de residuos. Una corriente 44
lateral procedente de la segunda columna 30 es una corriente de agua
pobre que puede recircularse hasta la columna de absorción (no
mostrado). Una segunda corriente 46 lateral, que contiene agua y una
cantidad relativamente pequeña de acrilonitrilo, se recircula hasta
la primera columna 12 de destilación, haciéndola pasar a través de
un refrigerante 50. Los evaporadores 26 y 48 suministran energía
para la destilación.
Aunque el sistema de recuperación de la figura 1
conseguirá la separación deseada, lo hace con un coste relativamente
elevado, debido a las columnas 12 y 30 de destilación, los
evaporadores 26 y 48 dobles, las correspondientes bombas 60, 62, 64
y 66, las tuberías asociadas y similares, así como al vapor, agua de
enfriamiento y otras entradas requeridas para hacer funcionar el
sistema de recuperación y purificación.
La figura 2 muestra una realización de un sistema
de recuperación mejorado de la presente invención. La alimentación
10, de nuevo procedente de las colas de la columna de absorción, se
alimenta a una única columna 80 de destilación. Mientras que primera
columna 12 de destilación y la segunda columna 30 de destilación de
la figura 1 podrían tener, por ejemplo, aproximadamente 50 y 70
platos, respectivamente, la única columna 80 de destilación de la
figura 2 podría tener, por ejemplo, aproximadamente 110 platos. Por
supuesto, la presente invención no está limitada a columnas que
tengan algún número particular de platos ni está limitada a columnas
que tengan platos. Podrían utilizarse en su lugar columnas
empaquetadas.
Una primera corriente 82 lateral contiene
principalmente agua e impurezas y se envía a tratamiento de
residuos. Se utiliza una segunda corriente 84 lateral como corriente
de agua pobre para recircularla hasta la columna de absorción. Una
tercera corriente 86 lateral se hace pasar a través de un
refrigerante 88 y se recircula hasta la parte 90 superior de la
columna 80. Una corriente 92 de cola se envía a tratamiento de
residuos. Un evaporador 94 suministra calor para la destilación.
La corriente 96 de cabeza procedente de la
columna 80 de separación/recuperación combinada se hace pasar a
través de un condensador 98 y al interior de un decantador 100,
produciéndose una corriente 102 de acrilonitrilo producto y una
corriente 104 acuosa que puede recircularse hasta el enfriamiento
brusco, la columna de absorción o la corriente 10 de
alimentación.
Las condiciones de funcionamiento para la columna
80 de destilación pueden variar dependiendo de los productos que se
van a recuperar y del grado de recuperación deseado. Por ejemplo, la
columna debe hacerse funcionar a aproximadamente presión atmosférica
a la entrada del condensador 98. Las temperaturas y presiones en
otras partes de la columna vendrían dictadas por el tipo de
componentes internos de la columna y la carga térmica en los
evaporadores.
El procedimiento podría hacerse funcionar con la
carga térmica del evaporador ajustada de tal modo que, por ejemplo,
el 99,9% en peso del acrilonitrilo y el 99,4% del ácido cianhídrico
libre en la corriente 10 de cola de la columna de absorción pueda
recuperarse en la corriente 96 de cabeza. Además, ajustando la
velocidad de flujo y la temperatura de la corriente 86, que se
recircula hasta la parte 90 superior de la columna, la corriente 96
de cabeza puede contener tan sólo el 0,3% del acetonitrilo
procedente de la corriente 10. En otras palabras, puede retirarse el
99,7% del acetonitrilo de la corriente 10 de cola de la columna de
absorción y enviarse a tratamiento de residuos por medio de de la
corriente 82.
La manera de funcionamiento descrita en el
párrafo precedente es adecuada en situaciones en las que el ácido
cianhídrico sea un subproducto valioso y, por tanto, se pretenda
recuperarlo hasta un punto práctico. En situaciones en las que no se
necesite recuperar ese compuesto, el procedimiento podría hacerse
funcionar, en cambio, con carga térmica reducida del evaporador.
La cantidad de equipo de procedimiento requerido
para el procedimiento de recuperación de la figura 2 es
significativamente menor que para el procedimiento de la figura 1.
La recuperación deseada de acrilonitrilo es todavía posible a pesar
de las reducciones en los requisitos de equipo y la reducción
resultante en el coste de funcionamiento. En particular, la
eliminación del condensador y el reflujo requeridos por una segunda
columna de destilación disminuye el uso global de vapor. Además,
puesto que se elimina un condensador, se reduce el uso de agua de
enfriamiento.
Claims (4)
1. Procedimiento para la recuperación de
acrilonitrilo de una corriente efluente de reactor que comprende
acrilonitrilo, agua e impurezas orgánicas, que comprende las etapas
de:
enfriar una corriente efluente de un reactor de
amonoxidación que comprende acrilonitrilo, agua e impurezas
orgánicas, con una corriente acuosa de enfriamiento brusco,
produciéndose así una corriente efluente de reactor enfriada;
hacer pasar la corriente efluente de reactor
enfriada a través de una columna de absorción, generándose así una
corriente de cola de la columna de absorción que comprende agua,
acrilonitrilo e impurezas orgánicas; caracterizado porque
la corriente de cola de la columna de absorción
se hace pasar a través de una única columna de
recuperación/separación, generándose una corriente de cabeza rica en
acrilonitrilo, una corriente lateral de agua pobre y una corriente
de cola de recuperación/separación que comprende impurezas
orgánicas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la corriente de cabeza rica en acrilonitrilo se hace pasar a
través de un decantador para separar el agua del acrilonitrilo.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la corriente lateral de agua pobre se recircula para su uso en
la columna de absorción.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la corriente efluente del reactor de amonoxidación se produce
mediante la reacción catalítica de amoniaco y propileno.
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