JP2018537512A - 回収塔の制御 - Google Patents

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Abstract

【課題】 アクリロニトリル及びアセトニトリルの混合物からアクリロニトリルを分離する方法を提供する。
【解決手段】 抽出蒸留する方法は、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物を少なくとも１つの蒸留塔に提供する工程と、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して塔頂流及び塔側流を形成する工程とを備える。前記方法は、前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の流量及び前記蒸留塔の温度を用いた前記塔頂流の不純物及び前記塔側流の不純物の制御を含む。
【選択図】 なし

Description

アクリロニトリル及びアセトニトリルの混合物からアクリロニトリルを分離するための方法を提供する。更に詳しくは、前記方法は、前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成し、前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離する方法を含む。
アクリロニトリルの回収及び精製システムが知られている。例えば米国特許第４２３４５１０号、第３９３６３６０号、第３８８５９２８号、第３４３３８２２号、及び第３３９９１２０号を参照されたい。
通常は、プロピレン、アンモニア及び空気を、アンモ酸化触媒を用いて気相中で反応させる。それから蒸気を多く含む反応器流出物が急冷システムを通過し、そこで反応器流出物が水性の急冷液体、通常水、と直接接触する。この急冷により未反応のアンモニア及び重いポリマーが除去される。それから急冷された気体は吸収塔へ進む。
吸収体中で、前記気体は吸収液体、これも通常水、と再度直接接触する。水、アクリロニトリル、アセトニトリル、ＨＣＮ及び関連する不純物は、吸収体の底で水性溶液中に残る。不活性ガスは吸収体の頂点から除去される。それから水性溶液は回収塔へ進む。この塔は、抽出蒸留を通して水性溶液からアセトニトリルを除去する。
アクリロニトリルの製造方法における回収塔は、反応器中でのアンモ酸化工程の間に作られるアクリロニトリル、シアン化水素（ＨＣＮ）、アセトニトリル、水、及び他の望まれない不純物を含む肥沃水（ｒｉｃｈ ｗａｔｅｒ）から粗アクリロニトリルを回収するのに重要な役割を担っている。非常に近い沸点を有するアクリロニトリル及びアセトニトリルを分離するために、抽出蒸留する方法が回収塔の中で用いられる。抽出蒸留を促進するために、塔の頂点に溶媒水が添加される。アセトニトリル及び他の重い不純物は溶媒水とともに塔の底部に押し下げられ、その一方で、ＨＣＮ及びアクリロニトリル−水共沸混合物を、粗アクリロニトリルとして塔の頂点から回収する。
それから粗アクリロニトリルを精製区域で更に処理して純アクリロニトリルを回収する。塔の底部区域は、回収塔の再沸器中の蒸気を用いるストリッピング工程によって粗アセトニトリルを回収するために用いられる。
肥沃水から粗アクリロニトリルを回収する塔の動作性能は、添加される溶媒水の量、溶媒水の温度、再沸器中で用いられる蒸気の量、及び肥沃水の温度等の複数の工程パラメータに依存する。これらの全ての変数は、塔頂の組成、及び塔の負荷にも強い影響を与える。工程変数間の関係のこの多変量性質は、キーとなる変数を適切に制御及び最適化するという問題をもたらす。（ＰＩＤ制御等の）伝統的な制御手段は、変数の著しい変化を誘発し、結果として最適以下の塔能力となる。塔能力の最適化は、蒸気の使用の節約、及び工場のスループットの向上のために非常に重要である。例えば、過剰な溶媒水の使用により、回収する粗アクリロニトリル中のオキサゾール及びアセトニトリル等の不純物の量は減少するものの、塔の負荷が増加し、従って蒸気の使用が増加する。これはより多くの肥沃水を処理する塔の処理能力を減少させ、工場全体のスループットを減少させる。一方、より少ない溶媒水では、粗アクリロニトリル中の不純物及びアセトニトリルの量が増加する。最終製品中にこれら不純物の過剰な量が存在すると、アクリロニトリルの仕様書要求事項を満たさないという結果となる。
抽出蒸留方法は、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物を少なくとも１つの蒸留塔に提供する工程と、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して塔頂流及び塔側流を形成する工程と、を備える。前記方法は、前記塔頂流中に約０．０５質量％以下のアセトニトリルを維持し、及び前記塔側流中に約０．５質量％以下のアクリロニトリルを維持する工程を含む。
抽出蒸留方法は、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物を少なくとも１つの蒸留塔に提供する工程と、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して塔頂流及び塔側流を形成する工程と、を備える。前記方法は、塔頂流の不純物及び塔側流の不純物を、前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の流量（ｆｌｏｗ）及び蒸留塔の温度を用いて制御する工程を含む。
抽出蒸留塔の制御方法は、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物を少なくとも１つの蒸留塔に提供する工程と、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して塔頂流及び塔側流を形成する工程と、操作変数に対する同時の制御アクションを決定するモデル予測制御に基づく高度プロセスコントローラを用いて塔頂流中のアセトニトリルの量及び塔側流中のアクリロニトリルの量を制御し、少なくとも一連の制御変数を制御しながら少なくとも一連のパラメータを最適化する工程と、を備える。この態様において、前記一連の操作変数は、前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の量及び蒸留塔の温度を含み、前記一連の制御変数は、前記塔頂流中の前記アセトニトリルの量及び前記塔側流中の前記アクリロニトリルの量を含む。前記少なくとも一連の制御変数の制御は、前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の量及び前記蒸留塔の温度の制御を含む。
上述の及び他の態様では、前記方法のいくつかの態様の特徴及び利点は、下記の図からより明らかであろう。
図１は回収塔の一般図である。 図２は回収塔の他の図を図示したものである。 図３はアセトニトリル濃縮域を含む回収塔を図示したものである。 図４は回収塔の温度プロファイルを図示したものである。
対応する参照記号は、図面のいくつかの図を通して対応する構成要素を表す。当業者は、図中の要素が簡素かつ明瞭に図示されており、必ずしも縮尺に合わせて描かれていないことを正しく理解するだろう。例えば、種々の態様の理解を深める助けとするため、図中のいくつかの要素の寸法を他の要素に対して誇張することができる。また、これら種々の態様がより見えにくくならないように、商業的に実行可能な態様において有用又は必要である、共通だがよく理解されている要素は、多くの場合描かれない。
下記の説明は限定的意味で解釈すべきではなく、典型的な実施形態の一般原理の説明の目的のためのみになされる。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
回収塔
任意のタイプの回収塔を、本方法に関連して用いてもよい。いくつかのタイプの回収塔構造を、例として本明細書に記載する。
アセトニトリルからアクリロニトリルを分離する従来の方法を図１に示す。図１に示されるように、アクリロニトリル吸収体（図示せず）からの供給流１が第１の塔１０へと送られる。供給流１は、典型的にはアクリロニトリル、シアン化水素（ＨＣＮ）、アセトニトリル、及び水を含む。実質的にアセトニトリルを含まない水流２は第２の塔２０の底又はその付近から、第１の塔１０の上部へと再利用され、抽出蒸留によるアクリロニトリル及びＨＣＮからのアセトニトリルの分離を促進する。供給流１からのアクリロニトリル、ＨＣＮ及び一部の水を含む流れ３は、第１の塔１０の頂点から除去される。水及びアセトニトリルを含む液流４は、第１の塔１０の底から第２の塔２０への供給として送られる。第２の塔２０からの蒸気流５は、第１の塔１０における蒸留に必要な熱を提供するために第１の塔１０へ送られる。蒸気塔側流４ｖは第２の塔２０の上部へ移動しアセトニトリルを含む。アセトニトリル、水並びに少量のアクリロニトリル及びＨＣＮを含む粗アセトニトリル流６は第２の塔２０の頂点から除去される。実質的にアクリロニトリル、ＨＣＮ、及びアセトニトリルを含まず、かつ第１の塔１０へと戻る水流２として再利用されない残水流７は、第２の塔２０の底又はその付近で、第２の塔から排出される。
粗アセトニトリルからアクリロニトリルを分離する他の従来の方法を図２に示す。図２に示されるように、アクリロニトリル吸収体（図示せず）からの供給流１０１は、塔１１０へと送られる。供給流１０１は、典型的にはアクリロニトリル、シアン化水素（ＨＣＮ）、アセトニトリル及び水を含む。実質的にアセトニトリルを含まない缶出液流１０２は塔１１０の底又はその付近から、塔１１０の頂点へと再利用され、抽出蒸留によるアクリロニトリル及びＨＣＮからのアセトニトリルの分離を促進する。塔１１０の頂点へ再利用されない缶出液流１０２の一部は、流れ１０７として塔１１０から排出される。供給流１０１からのアクリロニトリル、ＨＣＮ、及び一部の水を含む塔頂流１０３は、塔１１０の頂点から除去される。蒸気塔側流５ｖは塔１１０の上部へ移動し、水及びアセトニトリルを含む塔側流１０４（図１の４ｖに相当）は塔１１０から除去される。
回収塔の他の例を図３に示す。この態様において、装置３００は塔３１０を含む。塔３１０は頂点区域３３０、中間区域３４０、及び底部区域３５０を含む。単独の塔３１０の中間区域３４０は、供給流３０１を受け取るために構成されてもよい。ある態様では、塔は頂点区域及び中間区域を含み、前記頂点区域に対する前記中間区域の直径比は約０．８〜約１．２であり、他の態様では約０．９〜約１．１であり、他の態様では約１．５〜約２．５であり、他の態様では約１．７５〜約２．２５であり、他の態様では約１．８〜約２である。ある態様では、塔は中間区域及び底部区域を含み、前記中間区域に対する前記底部区域の直径比は約０．８〜約１．２であり、他の態様では約０．９〜約１．１であり、他の態様では約１．５〜約２．５であり、他の態様では約１．７５〜約２．２５であり、他の態様では約１．８〜約２である。ある態様では、塔は頂点区域及び底部区域を含み、前記頂点区域に対する前記底部区域の直径比は約０．８〜約１．２であり、他の態様では約０．９〜約１．１であり、他の態様では約１．５〜約２．５であり、他の態様では約１．７５〜約２．２５であり、他の態様では約１．８〜約２である。ある態様では、前記頂点区域、前記中間区域及び前記底部区域は、それぞれ前記回収塔の約２５％〜約４０％の高さ（接線から接線まで（ｔａｎｇｅｎｔ ｔｏ ｔａｎｇｅｎｔ））である。
図３に示されるように、アクリロニトリル、ＨＣＮ及び水を含む塔頂流３０３は塔３１０の頂点から除去される。塔頂流３０３はデカンタ５０１へ送られる。この態様において、前記方法は、前記デカンタ体積を、前記デカンタの一日当たりの平均体積の約５０％〜約７０％に維持することを含む。他の態様では、前記方法は、前記デカンタ体積を、前記デカンタの一日当たりの平均体積の約５０％〜約６０％、他の態様では約５５％〜約７０％、他の態様では約５５％〜約６０％に維持することを含む。他の態様では、前記デカンタからの有機流量（ｏｒｇａｎｉｃ ｆｌｏｗ）は、塔から提供されるアクリロニトリル及びアセトニトリル混合物の体積の約６％〜約１１％である。他の態様では、前記デカンタからの有機流量は、約６％〜約１０％であり、他の態様では約８％〜約１０％であり、他の態様では約８．７５％〜約１０％である。
図３に更に示されるように、前記回収塔は粗アセトニトリル濃縮域３４２を含んでもよい。前記粗アセトニトリル濃縮域３４２は、内部垂直バッフル３４４を含む。前記粗アセトニトリル濃縮域は、複数のトレイを含んでもよい。前記トレイは塔の種々の高さに位置しており、各トレイは粗アセトニトリル濃縮域３４２の断面を横切って延びる水平面を含む。粗アセトニトリル濃縮域３４２は、粗アセトニトリル濃縮域３４２の塔３１０から塔側流３０６を流出させるように構成された上部出口を含む。蒸気は流れ３０４又は蒸気流５ｖとして、バッフル３４４のいずれかの側面から上方に流れてもよい。塔３１０の頂点に再利用されない缶出液流３０２の一部は、流れ３０７として排出される。
前記回収塔は、頂点区域、中間区域及び底部区域を含んでもよい。ある態様では、頂点区域、中間区域及び底部区域は前記回収塔のそれぞれ約２５％〜約４０％の高さ（接線から接線まで）である。各回収塔の区域は、更に各部に分けられてもよい。例えば、前記回収塔の前記中間区域は、頂点部、中間部及び底部を有する。この態様において、前記頂点部、前記中間部及び前記底部は、それぞれ前記回収塔の前記中間区域の約２５％〜約４０％の高さである。他の態様では、前記回収塔の前記頂点区域は、頂点部及び底部を含み、それぞれ前記回収塔の前記頂点区域の約４０％〜約６０％の高さである。他の態様では、前記回収塔の前記底部区域は頂点部及び底部を含み、それぞれ前記回収塔の前記底部区域の約４０％〜約６０％の高さである。
他の態様では、前記回収塔は約８０個〜約１２０個の、他の態様では約８０個〜約１００個のトレイを含んでもよい。前記回収塔中の複数のトレイは、頂点区域のトレイ、中間区域のトレイ、及び底部区域のトレイを含む。この態様において、前記頂点区域のトレイ、前記中間区域のトレイ及び前記底部区域のトレイは、それぞれ前記回収塔の合計トレイ数の約２５％〜約４０％である。
前記回収塔の前記頂点区域のトレイは、頂点部のトレイ及び底部のトレイを含み、それぞれ前記回収塔の前記頂点区域のトレイの合計トレイ数の約４０％〜約６０％である。前記中間区域のトレイは、頂点部のトレイ、中間部のトレイ及び底部のトレイを含む。前記頂点部のトレイ、前記中間部のトレイ及び前記底部のトレイは、それぞれ前記回収塔の前記中間区域のトレイの合計トレイ数の約２５％〜約４０％である。前記回収塔の底部区域のトレイは、頂点部のトレイ及び底部のトレイを含み、それぞれ前記回収塔の前記底部区域のトレイの合計トレイ数の約４０％〜約６０％である。
回収塔の運転
前記回収塔に提供される供給流は、典型的にはアクリロニトリル、シアン化水素（ＨＣＮ）、アセトニトリル及び水を含む（図１の供給流１、図２の供給流１０１、図３の供給流３０１に示される）。この態様において、前記回収塔に供給される前記供給流は、約２質量％〜約１０質量％の、他の態様では約３質量％〜約７質量％の、他の態様では約４質量％〜約６質量％のアクリロニトリルを含む。前記混合物はまた、約０．１質量％〜約０．３質量％のアセトニトリルの量のアセトニトリル、他の態様では約０．１５質量％〜約０．２５質量％のアセトニトリルの量のアセトニトリルを含む。前記混合物はまた、例えばアクロレイン及び／又はオキサゾール等の他の成分を少量含んでもよい。前記回収塔に提供される前記供給流は、約１６２°Ｆ（７２．２℃）〜約１７５°Ｆ（７９．４℃）、他の態様では約１６５°Ｆ（７３．８℃）〜約１６７°Ｆ（７５℃）、他の態様では約１６５°Ｆ（７３．８℃）〜約１６６°Ｆ（７４．４℃）、他の態様では約１６６°Ｆ（７４．４℃）〜約１６７°Ｆ（７５℃）の温度を有する。
水性溶媒は、溶媒水であってもよく、前記塔の頂点部で前記回収塔へ入る（図１の水流２、図２の水流１０２、図３の水流３０２で示される）。前記回収塔の頂点へ導入される溶媒水はトレイを越えてタワーの下に流れ、前記回収塔の底部へ進むにつれてアセトニトリルを濃縮及び抽出する。液体が前記回収塔の前記トレイを越えてタワーの底部へ降下するとき、ストリッパからの熱蒸気及び添加される生蒸気からの熱は、前記トレイ上の液体と密接な接触を可能にする前記トレイの穴を通ってタワーの上部へ移動する。熱移動は前記液体及び蒸気の往来間で行われ、全ての有機物（アセトニトリルを除く）を前記塔の頂点へと移動させる傾向にある。回収塔に入る水性溶媒の温度は、約１０２°Ｆ（３８．８℃）〜約１２８°Ｆ（５３．３℃）、他の態様では約１０２°Ｆ（３８．８℃）〜約１０８°Ｆ（４２．２℃）、他の態様では約１１６°Ｆ（４６．４℃）〜約１２８°Ｆ（５３．３℃）、他の態様では約１０５°Ｆ（４０．５℃）〜約１０６°Ｆ（４１．１℃）であってもよい。
前記回収塔により生成される前記塔頂流（図１の流れ３、図２の流れ１０３、図３の流れ３０３に示される）は、前記供給流からのアクリロニトリル、ＨＣＮ及び一部の水を含んでもよい。ある態様では、前記塔頂流中のオキサゾール濃度は、約３０ｐｐｍ以下、他の態様では約２５ｐｐｍ以下、他の態様では約１５ｐｐｍ以下、他の態様では約３０ｐｐｍ〜約０．５ｐｐｍ、他の態様では約３０ｐｐｍ〜約０．５ｐｐｍ、他の態様では約２５ｐｐｍ〜約０．５ｐｐｍ、他の態様では約２５ｐｐｍ〜約５ｐｐｍ、他の態様では約１５ｐｐｍ〜約０．５ｐｐｍ、他の態様では約１５ｐｐｍ〜約５ｐｐｍに維持されている。
前記回収塔は、水並びに実質的にアクリロニトリル及びＨＣＮを含まないアセトニトリルを含む蒸気塔側流（図２の流れ１０４、図３の３０４に示される）を形成してもよい。ある態様では、塔供給速度（アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物（米ガロン／分（０．００３８ｍ3／ｈｒ）））に対する塔側流の流速（ＭＳＣＦＨ−１００万標準立方フィート毎時（２８３２０ｍ3／ｈｒ））の比は、約０．１〜約０．３であり、他の態様では約０．１〜約０．２１２５であり、他の態様では約０．１〜約０．２であり、他の態様では約０．２〜約０．２２５であり、他の態様では約０．２〜約０．２１２５である。他の態様では、前記塔側流中のＨＣＮ濃度は、約２質量％以下、他の態様では約１質量％以下、他の態様では約０．５質量％以下、他の態様では約２質量％〜約０．１質量％、他の態様では約１質量％〜約０．１質量％に維持されている。
前記回収塔はまた、前記回収塔の底部から出ていく缶出液流（図１の缶出液流２、図２の缶出液流１０２、図３の缶出液流３０２に示される）を形成してもよい。前記缶出液流の少なくとも一部は、前記回収塔の頂点部へと再利用されてもよい。前記回収塔を加熱する知られた方法は例えば、蒸気、蒸気加熱再沸器及び／又は他のプロセス流を用いた熱交換を含む。
ある態様では、前記方法は、流速を制御して約１：２〜約１：１．６であるアクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記水性溶媒の流速の比を与える工程を含む。前記方法は、流速を制御して約１：１．２５〜約１：１．７であるアクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記塔側流の流速の比を与える工程を更に含んでもよい。他の態様では、前記塔は約１６ｐｓｉｄ（ポンド毎平方インチ圧力差（１１０．３２ｋＰａ））以下、他の態様では約１２ｐｓｉｄ（８２．７ｋＰａ）以下の圧力降下を有する。この態様において、ｐｓｉｄは前記塔の前記頂点及び前記底部の間の圧力差を表す。
温度制御
図４は回収塔の運転の温度プロファイルを示す。図４に示されるような適切な温度制御及び温度プロファイルは、塔の適切な運転のために重要である。図４の点線で定義される温度プロファイル内部での変動は、溶媒水並びに供給温度、溶媒水の速度及び流れの速度に関する変化の組み合わせにより影響を受け得る。塔の圧力もプロファイルを変化させ得る。
曲線上の点“Ａ”より上の変化は、主に組成及び圧力の変動に起因している。点“Ａ”より上の温度変動は重要ではないが、塔頂に向かうオキサゾール、アセトニトリル、アセトン及び水の量を最小限にするために、前記塔頂の温度をできるだけ低く保つべきである。点“Ｂ”より下の温度変動は、この区域の組成は大部分が水であるので、主にトレイの圧力変化に起因している。
前記回収塔の温度制御は、再沸器及び熱交換器を含むことができる既知の温度制御システムを含む。ある態様では、前記回収塔の前記底部における必要な沸き上げを引き起こすのに要求される熱量は、従来の任意の再沸器装置における熱移動により提供されてもよい。従来の再沸器は、多管式熱交換器のいくつかの変形を含んでもよい。再沸器の構造のいくつかの例として、ケトル、サーモサイフォン、強制循環、スタブドイン（ｓｔａｂ−ｉｎ ｂｕｎｄｌｅ）、横型、縦型及び流下液膜を含む。ある態様では、前記方法は、前記回収塔の前記底部又はその付近の液体を除去することによる温度の制御及びサーモサイフォン再沸器中の液体の交換を含む。この態様において、前記サーモサイフォン再沸器からの流出物は前記回収塔へ戻される。生蒸気は前記回収塔に要求される熱量を補うか、又は置き換えるかのどちらかのために注入されてもよい。他の態様では、前記方法は、タービン排気由来の加圧蒸気を用いて、２つの垂直サーモサイフォン再沸器を同時に通して前記回収塔を再沸することを含む。
ある態様では、回収塔の温度を下記のように維持する。
前記回収塔の前記中間区域の前記頂点部を、約６５℃〜約８５℃、他の態様では約７０℃〜約８０℃の温度に維持し、
前記回収塔の前記中間区域の前記底部を、約１００℃〜約１２０℃、他の態様では約１０５℃〜約１１５℃に維持し、
前記回収塔の前記頂点区域の前記頂点部を、約５５℃〜約８０℃、他の態様では約６０℃〜約７５℃に維持し、
前記回収塔の前記頂点区域の前記頂点部及び前記底部は、約０℃〜約２０℃、他の態様では約５℃〜１５℃の温度差を有し、
前記回収塔の前記底部区域の前記底部を、約１０５℃〜約１２５℃、他の態様では約１１０℃〜１２０℃に維持し、そして
前記回収塔の前記底部区域の前記頂点部及び前記底部は、約０℃〜約１５℃、他の態様では約７℃〜約１３℃の温度差を有する。
他の態様では、回収塔の温度を下記のように維持する。
前記回収塔の前記中間区域の前記頂点部のトレイを、約６５℃〜約８５℃、他の態様では約７０℃〜約８０℃の温度に維持し、
前記回収塔の前記中間区域の前記底部のトレイを、約１００℃〜約１２０℃、他の態様では約１０５℃〜約１１５℃に維持し、
前記回収塔の前記頂点区域の前記頂点部のトレイを、約５５℃〜約８０℃、他の態様では約６０℃〜約７５℃に維持し、
前記回収塔の前記頂点区域の前記頂点部のトレイ及び前記底部のトレイは、約０℃〜約２０℃、他の態様では約５℃〜約１５℃の温度差を有し、
前記回収塔の前記底部区域の前記底部のトレイを、約１０５℃〜約１２５℃、他の態様では約１１０℃〜約１２０℃に維持し、そして
前記回収塔の前記底部区域の前記頂点部のトレイ及び前記底部のトレイは、約０℃〜約１５℃、他の態様では約７℃〜約１３℃の温度差を有する。
他の態様では、前記回収塔の中間区域における温度を下記のように制御する。
ある態様では、前記回収塔の前記中間区域における温度降下は、前記回収塔の頂点トレイから底部トレイまでの温度降下の約３５％以上であり、
他の態様では、前記回収塔の前記中間区域における温度降下は、前記回収塔の頂点トレイから底部トレイまでの温度降下の約５０％以上であり、
他の態様では、前記回収塔の前記中間区域における温度降下は、前記回収塔の頂点トレイから底部トレイまでの温度降下の約７５％以上であり、
他の態様では、前記回収塔の前記中間区域における温度降下は、前記回収塔の頂点トレイから底部トレイまでの温度降下の約７５％であり、
他の態様では、前記回収塔の前記中間区域における温度降下は、前記回収塔の頂点トレイから底部トレイまでの温度降下の約８０％である。
前記回収塔の温度制御は、次の組成を有する塔頂流、缶出液流及び塔側流を形成する。
塔頂流は、前記アクリロニトリル−水共沸混合物及び約０．０５質量％以下のアセトニトリル、他の態様では約０．０３質量％以下のアセトニトリル、他の態様では約０．０１質量％以下のアセトニトリルを含み、
塔頂流は、約７０質量％〜約９０質量％のアクリロニトリル、他の態様では約７５質量％〜約８５質量％のアクリロニトリルを含み、
缶出液流は、約０質量％〜約０．００７５質量％のアセトニトリル、他の態様では約０．００２５質量％〜約０．００７質量％のアセトニトリル、他の態様では約０．００２５質量％〜約０．００５質量％のアセトニトリルを含み、
塔側流は、約５質量％〜約７０質量％のアセトニトリル、他の態様では約５質量％〜約５０質量％のアセトニトリル、他の態様では約６質量％〜約１２質量％のアセトニトリルを含む。
回収塔の運転の方法であって、前記方法は、供給流を前記回収塔へ導入する前の前記回収塔中の制御トレイを約１００℃〜約１０５℃の温度にする工程を含む。この態様において、前記制御トレイは前記回収塔の中間区域に位置する。前記方法は、供給流を前記回収塔に導入する前の前記回収塔の頂点区域の中を約１００℃以下の温度にする工程を更に含み、他の態様では、前記供給流を前記回収塔に導入する前の前記回収塔の前記頂点部は、約７０℃〜約９０℃である。この態様において、前記供給流は有機物を含む。有機物はアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アセトニトリル及びそれらの混合物を含んでもよい。
示された温度にした後、前記方法は、アクリロニトリル及びアセトニトリルの混合物を前記回収塔に提供する工程と、アクリロニトリル及びアセトニトリルの前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して前記アクリロニトリル−水共沸混合物及び約０．０５質量％以下のアセトニトリルを含む塔頂流を形成する工程とを含む。前記方法は、約０質量％〜約０．００７５質量％のアセトニトリルを含む缶出液流、及び約５質量％〜約７０質量％のアセトニトリルを含む塔側流を形成する。
他の態様では、回収塔の運転方法は、供給流を前記回収塔に導入する前の前記回収塔の前記頂点区域の中を約１００℃以下の温度にする工程を含む。この態様において、供給流を前記回収塔に導入する前の前記回収塔の前記頂点区域は、約７０℃〜約９０℃である。
示された温度にした後、前記方法は、アクリロニトリル及びアセトニトリルの混合物を前記回収塔に提供する工程と、アクリロニトリル及びアセトニトリルの前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して前記アクリロニトリル−水共沸混合物及び約０．０５質量％以下のアセトニトリルを含む塔頂流を形成する工程とを含む。前記方法は、約０質量％〜約０．００７５質量％のアセトニトリルを含む缶出液流、及び約５質量％〜約７０質量％のアセトニトリルを含む塔側流を形成する。
高度プロセス制御
アクリロニトリル及びアセトニトリルの混合物を抽出蒸留する方法の一つの目的は、塔頂流中及び側流抜き出し中の不純物を減らすことを含む。第１の制御態様において、不純物レベルの制御は、前記回収塔に添加される水の量及び塔の温度を含む。他の制御態様において、制御はデカンタ中の材料のレベル又は量及び前記回収塔の圧力降下を含む。更なる制御は、前記塔頂流中のオキサゾール不純物レベル、側流抜き出し中のＨＣＮレベル、肥沃水に対する溶媒水の流量比、及び肥沃水に対する側流抜き出しの流量比を含んでもよい。
ある態様では、前記方法の制御は、一連の操作変数に対する同時の制御アクションを決定するためのモデル予測制御に基づく高度プロセスコントローラを用いて、少なくとも一連の制御変数を制御しながら同時に少なくとも一連のパラメータを最適化する工程を含む。この態様において、前記一連の操作変数は、前記蒸留塔へ添加される水性溶媒の量及び前記蒸留塔の温度を含んでもよい。前記一連の制御変数は、前記塔頂流中のアセトニトリルの量及び前記塔側流中のアクリロニトリルの量を含んでもよい。前記一連の制御変数は、デカンタレベル及び／又は蒸留塔の圧力降下を更に含んでもよい。他の態様では、前記制御変数は、前記塔頂中のオキサゾールレベル、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する水性溶媒の流速の比、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する塔側流の流速の比、並びにそれらの組み合わせを含むパラメータを更に含む。
本明細書で用いられているように、“操作変数”という用語は、前記高度プロセスコントローラにより調節される変数を意味する。“制御変数”という用語は、所定の値（設定点）で、又は所定の範囲内（設定範囲）で前記高度プロセスコントローラにより保たれる変数を意味する。“変数の最適化”とは、変数を最大化又は最小化すること、及び変数を所定の値に維持することを意味する。
モデル予測制御の１つの態様は、将来のプロセス挙動を、前記制御変数のモデル及び利用可能な測定を用いて予測することである。コントローラの出力は、予測誤差及び計算された将来の制御動作の一次又は二次関数である性能指数を最適化するように計算される。サンプリングする各々の時点で、制御計算が繰り返され、現在の測定に基づいて予測がアップデートされる。この態様において、適切なモデルは、操作変数のステップ応答の前記制御変数への影響を表す一連の実験に基づいたステップ応答モデルを含む。
最適化すべきパラメータに対する最適値は、分離された最適化工程から得ることができ、又は最適化すべき変数を、性能関数の中に含めることができる。
モデル予測制御を適用できる前に、まず、前記操作変数のステップ変化が前記最適化すべき変数及び前記制御変数に与える影響を決定する。これは一連のステップ応答係数となる。この一連のステップ応答係数は、プロセスのモデル予測制御の基礎を形成する。
通常運転の間、前記制御変数の予測値は、多くの将来の制御動作に対して定期的に計算される。これら将来の制御動作に対して、性能指数が計算される。前記性能指数は２つの項を含んでおり、第１の項は各制御動作に対する予測誤差の将来の制御動作の合計を表し、第２の項は各制御動作に対する前記操作変数における変化の将来の制御動作の合計を表す。各制御変数に対し、前記予測誤差は、前記制御変数の予測値と前記制御変数の参照値間の差異である。前記予測誤差に重み係数を乗じ、制御動作に対する操作変数の変化に動作抑制係数を乗じる。ここで述べた性能指数は一次である。
代替として、項は二次の項の合計であってもよく、その場合、前記性能指数は二次である。更に、操作変数、操作変数の変化及び制御変数に制約を設定することができる。その結果、性能指数の最小化と同時に解決される別の一連の方程式が得られる。
最適化は２通りの方法で行うことができる。第一の方法は性能指数の最小化とは別途に最適化する方法、そして第二の方法は性能指数内で最適化する方法である。
最適化を別途に行う場合、最適化すべき変数は各制御動作に対する前記予測誤差中の制御変数として含まれ、最適化によって前記制御変数に対する参照値が得られる。
代替として、最適化を性能指数の計算内で行うと、適切な重み係数をもつ性能指数の第３の項が得られる。この場合、前記制御変数の前記参照値は、一定であり続ける所定の安定状態の値である。
前記性能指数は、前記将来の制御動作に対する前記操作変数の値を与えるため、制約を考慮して最小化される。しかしながら、その次の制御動作だけは実行される。それから将来の制御動作に対する前記性能指数の計算が再度始まる。
ステップ応答係数を有するモデル及びモデル予測制御に必要とされる方程式は、液化プロセスを制御するために実行されるコンピュータプログラムの一部である。モデル予測制御を扱うことができるそのようなプログラムが読み込まれたコンピュータプログラムは、高度プロセスコントローラと呼ばれる。役立つ商業的に利用可能なコンピュータプログラムは、例えばＡｓｐｅｎ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙのＤＭＣｐｌｕｓ（登録商標）及びＥｍｅｒｓｏｎのＰｒｅｄｉｃｔＰｒｏ（登録商標）を含む。
ある態様では、前記方法は塔の処理能力の増加をもたらす。塔の処理能力は、塔が処理できる肥沃水（塔に提供されるアクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物）の量として定義される。この態様において、前記方法は、約０．００００２〜約０．００００３の断面積（供給注入口のレベル（ｍｍ2））に対する塔の処理能力（トン／時）の比をもたらす。
他の態様では、前記方法はエネルギーの使用の減少をもたらす。この態様において、前記方法は、塔に提供されるアクリロニトリル及びアセトニトリルの前記混合物１ガロンにつき、１６００ｂｔｕ以下、他の態様では約１５００ｂｔｕ以下、他の態様では約１４００ｂｔｕ以下のエネルギーの使用をもたらす。
ここで開示された本発明は特定の実施形態、例、及びその用途を用いて説明したが、特許請求の範囲で説明される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者による大幅な修正及び変更が可能である。

Claims (45)

  1. 抽出蒸留方法であって、
    アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物を少なくとも１つの蒸留塔に提供する工程と、
    アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、
    前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して塔頂流及び塔側流を形成する工程と、を備え、
    前記塔頂流中に約０．０５質量％以下のアセトニトリルを維持し、前記塔側流中に約０．５質量％以下のアクリロニトリルを維持する、前記方法。
  2. 前記塔頂流中のアセトニトリルの質量百分率及び前記塔側流中のアクリロニトリルの質量百分率を、前記蒸留塔への水性溶媒の流量（ｆｌｏｗ）及び蒸留塔の温度に基づいて制御する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記蒸留塔の温度を、塔の中間区域で測定する、請求項２に記載の方法。
  4. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物が、前記蒸留塔に入る前に約１６２°Ｆ（７２．２℃）〜約１７５°Ｆ（７９．４℃）の温度を有する、請求項１に記載の方法。
  5. 前記水性溶媒が、前記蒸留塔に入る前に約１０２°Ｆ（３８．８℃）〜約１２８°Ｆ（５３．３℃）の温度を有する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記塔頂流をデカンタへ送り、前記デカンタの体積を、前記デカンタの一日当たりの平均体積の約５０％〜約７０％に維持する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記デカンタからの有機流量（ｏｒｇａｎｉｃ ｆｌｏｗ）が、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の体積の約６％〜約１１％である、請求項１に記載の方法。
  8. 前記蒸留塔が、約１６ｐｓｉｄ以下の圧力降下を有する、請求項１に記載の方法。
  9. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の供給速度（ガロン／分）に対する前記塔側流の流速（ＭＳＣＦＨ／ガロン）の比が、約０．１〜約０．３である、請求項１に記載の方法。
  10. 前記塔頂流中のオキサゾール濃度を、約３０ｐｐｍ以下に維持する、請求項１に記載の方法。
  11. 前記塔側流中のＨＣＮ濃度を、約２質量％以下に維持する、請求項１に記載の方法。
  12. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記水性溶媒の流速の比が、約１：２〜約１：１．６である、請求項１に記載の方法。
  13. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記塔側流の流速の比が、約１：１．２５〜約１：１．７である、請求項１に記載の方法。
  14. 回収塔に提供されるアクリロニトリル及びアセトニトリルの前記混合物１ガロンにつき、約１６００ｂｔｕ以下のエネルギーの使用をもたらす、請求項１に記載の方法。
  15. 抽出蒸留方法であって、
    アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物を少なくとも１つの蒸留塔に提供する工程と、
    アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、
    前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して塔頂流及び塔側流を形成する工程と、を備え、
    塔頂流の不純物及び塔側流の不純物を、前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の流量及び蒸留塔の温度を用いて制御する、前記方法。
  16. 前記塔頂流の不純物が、アセトニトリル、オキサゾール及びそれらの混合物からなる群から選択され、前記塔側流の不純物が、アクリロニトリル、ＨＣＮ及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記塔頂流中に約０．０５質量％以下のアセトニトリルを維持し、前記塔側流中に約１質量％以下のアクリロニトリルを維持する、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記塔頂流中のアセトニトリルの質量百分率及び前記塔側流中のアクリロニトリルの質量百分率を、前記蒸留塔への水性溶媒の流量及び蒸留塔の温度に基づいて制御する、請求項１５に記載の方法。
  19. 前記蒸留塔の温度を、塔の中間区域で測定する、請求項１８に記載の方法。
  20. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物が、前記蒸留塔に入る前に約１６２°Ｆ（７２．２℃）〜約１７５°Ｆ（７９．４℃）の温度を有する、請求項１５に記載の方法。
  21. 前記水性溶媒が、前記蒸留塔に入る前に約１０２°Ｆ（３８．８℃）〜約１２８°Ｆ（５３．３℃）の温度を有する、請求項１５に記載の方法。
  22. 前記塔頂流をデカンタへ送り、前記デカンタの体積を、前記デカンタの一日当たりの平均体積の約５０％〜約７０％に維持する、請求項１５に記載の方法。
  23. 前記デカンタからの有機流量が、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の体積の約６％〜約１１％である、請求項１５に記載の方法。
  24. 前記蒸留塔が、約１６ｐｓｉｄ以下の圧力降下を有する、請求項１５に記載の方法。
  25. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の供給速度（米ガロン／分）に対する前記塔側流の流速（ＭＳＣＦＨ／ガロン）の比が、約０．１〜約０．３である、請求項１５に記載の方法。
  26. 前記塔頂流中のオキサゾール濃度を、約３０ｐｐｍ以下に維持する、請求項１５に記載の方法。
  27. 前記塔側流中のＨＣＮ濃度を、約２質量％以下に維持する、請求項１５に記載の方法。
  28. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記水性溶媒の流速の比が、約１：２〜約１：１．６である、請求項１５に記載の方法。
  29. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記塔側流の流速の比が、約１：１．２５〜約１：１．７である、請求項１５に記載の方法。
  30. 回収塔に提供されるアクリロニトリル及びアセトニトリルの前記混合物１ガロンにつき、約１６００ｂｔｕ以下のエネルギーの使用をもたらす、請求項１５に記載の方法。
  31. 抽出蒸留塔の制御方法であって、
    アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む混合物を少なくとも１つの蒸留塔に提供する工程と、
    アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物を水性溶媒に接触させてアクリロニトリル−水共沸混合物を形成する工程と、
    前記アセトニトリルから前記アクリロニトリル−水共沸混合物を分離して塔頂流及び塔側流を形成する工程と、
    操作変数に対する同時の制御アクションを決定するモデル予測制御に基づく高度プロセスコントローラを用いて、前記塔頂流中のアセトニトリルの量及び前記塔側流中のアクリロニトリルの量を制御し、少なくとも一連の制御変数を制御しながら少なくとも一連のパラメータを最適化する工程と、を備え、
    前記一連の操作変数が、前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の量及び蒸留塔の温度を含み、前記一連の制御変数が、前記塔頂流中の前記アセトニトリルの量及び前記塔側流中の前記アクリロニトリルの量を含み、
    前記少なくとも一連の制御変数の制御が、前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の量及び前記蒸留塔の温度の制御を含む、前記方法。
  32. 前記一連の制御変数が、デカンタレベル及び／又は蒸留塔圧力降下を更に含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記一連の制御変数が、前記塔頂流中のオキサゾールレベル、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する水性溶媒の流速の比、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記塔側流の流速の比、並びにそれらの組み合わせからなる群から選択されるパラメータを更に含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 前記蒸留塔に添加される前記水性溶媒の量及び蒸留塔の温度が、前記塔頂流中に約０．０５質量％以下のアセトニトリル及び前記塔側流中に約１質量％以下のアクリロニトリルをもたらす、請求項３１に記載の方法。
  35. 前記塔頂流をデカンタへ送り、前記デカンタの容量を、前記デカンタの一日当たりの平均体積の約５０％〜約７０％に維持する、請求項３１に記載の方法。
  36. 前記蒸留塔が、約１６ｐｓｉｄ以下の圧力降下を有する、請求項３１に記載の方法。
  37. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物が、前記蒸留塔に入る前に約１６２°Ｆ（７２．２℃）〜約１７５°Ｆ（７９．４℃）の温度を有する、請求項３１に記載の方法。
  38. 前記水性溶媒が、前記蒸留塔に入る前に約１０２°Ｆ（３８．８℃）〜約１２８°Ｆ（５３．３℃）の温度を有する、請求項３１に記載の方法。
  39. 前記デカンタからの有機流量が、アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の体積の約６％〜約１１％である、請求項３１に記載の方法。
  40. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の供給速度（米ガロン／分）に対する前記塔側流の流速（ＭＳＣＦＨ／ガロン）の比が、約０．１〜約０．３である、請求項３１に記載の方法。
  41. 前記塔頂流が、約３０ｐｐｍ以下のオキサゾールを含む、請求項３１に記載の方法。
  42. 前記塔側流が、約２質量％以下のＨＣＮを含む、請求項３１に記載の方法。
  43. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記水性溶媒の流速の比が、約１：２〜約１：１．６である、請求項３１に記載の方法。
  44. アクリロニトリル及びアセトニトリルを含む前記混合物の流速に対する前記塔側流の流速の比が、約１：１．２５〜約１：１．７である、請求項３１に記載の方法。
  45. 回収塔に供給されるアクリロニトリル及びアセトニトリルの前記混合物１ガロンにつき、約１６００ｂｔｕ以下のエネルギーの使用をもたらす、請求項３１に記載の方法。
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