JP4275754B2 - 改善されたアクリロニトリルの回収プロセス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの改善された製造プロセスに関する。特に、本発明は、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルの製造時に使用される改善された回収手順に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロピレンまたはイソブチレンのアンモ酸化により生成されるアクリロニトリル／メタクリロニトリルの商業スケールでの回収は、以下の手順で行なわれている：反応器流出物を水でクエンチし；次いで、クエンチで得られたアクリロニトリルまたはメタクリロニトリル含有ガス流を吸収器に通し、互いに反対方向に流れる水とガスとを接触させて実質的にすべてのアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルをガスから除去し；次いで、実質的にすべてのアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを含有する水流を、一連の蒸留カラムおよび関連するデカンターを通過させ、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル生成物を分離および精製する。
【０００３】
アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造時に用いられる代表的な回収および精製システムは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,234,510号および同第3,885,928号に開示され、これらは本明細書に参考として援用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第一の目的は、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの改善された製造プロセスを提供することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの製造時に使用される改善された回収および精製手順を提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、得られる最終生成物中の有機不純物の量を低減することによって、ガスの無駄を低減し、かつ、生成物の処理量、回収効率および生成物の品質を改善する、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの改善された製造プロセスを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的、利点および新規な特徴の一部は以下の記載により説明され、そして一部は、以下の記載を検討することにより当業者に明らかとなるか、または本発明の実施により理解され得る。本発明の目的および利点は、特許請求の範囲において具体的に規定される手段および組み合わせにより達成され得、そして得られ得る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的および他の目的を達成するために、そして、本明細書において具体的にかつ広範囲に記載される本発明の目的によれば、本発明のプロセスは、以下の工程を包含する：プロピレンまたはイソブチレンのアンモ酸化時に得られる反応器流出物をクエンチカラムに移し、この熱い流出物ガスを水煙（aqueous spray）と接触させることにより冷却する工程；次いで、冷却した反応器流出物をオーバーヘッドから吸収カラムに通し、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを水に吸収させる工程；次いで、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを含有する水溶液を、回収（蒸留）カラムおよびストリッピング（蒸留）カラムを通し、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル生成物を回収する工程を包含する。ここで、改善点として、回収カラムの頂部圧（top pressure）を、機械的手段によって、約0.1psiから５psi上昇させ、回収カラムおよびストリッピングカラムの水容量（hydraulic capacity）を改善することを含む。例えば、代表的には、アクリロニトリルプラントの回収および精製セクションにおける回収カラムの頂部圧は、約１psigから５psig未満で稼働するように設計される。本発明は、回収カラムの頂部圧を、0.1psiから５psiの間、好ましくは0.25から5.0、より好ましくは0.5から5.0、特に好ましくは1.0psi〜5.0psi設計された圧力を越えて、機械的に（例えば、圧力バルブを取り付けることによって）上昇させることに関する。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様において、回収カラムの頂部圧は、５psigから10psigの間に、好ましくは、５psigより大きく10psigまで、より好ましくは5.5psig〜7.5psig、特に好ましくは5.5psig〜7.0psigになるように維持される。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、プロセスは、プロピレン、アンモニアおよび酸素のアンモ酸化により得られる反応器流出物を用いて行なわれ、アクリロニトリルを生成する。
【００１１】
本発明の好ましい別の実施態様においては、反応器流出物は、流動床触媒と接触する流動床反応器内でのプロピレン、アンモニアおよび空気の反応により得られる。
【００１２】
本発明の、プロピレンまたはイソブチレンのアンモ酸化反応の反応器流出物から得られるアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの回収プロセスは、反応器流出物を吸収カラム、回収カラムおよびストリッピングカラムに通す工程を包含し、改善点として、回収カラムの頂部圧を、機械的手段によって、約0.1psiから５psi上昇させて、回収カラムおよびストリッピングカラムの水容量を改善することを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の１つの実施態様によれば、前記反応器流出物が、流動床アンモ酸化触媒と接触する流動床反応器内でのプロピレン、アンモニアおよび酸素含有ガスの反応から得られる。
【００１４】
本発明の別の実施態様によれば、前記反応器流出物が、流動床アンモ酸化触媒と接触する流動床反応器内でのイソブチレン、アンモニアおよび酸素含有ガスの反応から得られる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様によれば、回収カラムの頂部圧が、約５psigから約10psigの間で維持され、より好ましくは、約5.5psigから約7.0psigの間で維持される。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様によれば、回収カラムの頂部圧を、約0.25psiから約５psiの間、より好ましくは約0.5psiから約５psiの間、さらに好ましくは約1.0psiから約５psiの間で上昇させる。
【００１７】
本発明の実施においては、従来の流動床アンモ酸化触媒が使用され得る。例えば、米国特許第3,642,930号および同第5,093,299号(これらは、本明細書に参考として援用される)に記載の流動床触媒が、本発明の実施において使用され得る。
【００１８】
アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの回収の、従来の回収および精製手順において、代表的には、回収カラムおよびストリッピングカラム内のジェットフラッディング（jet flooding）は、吸収カラム、回収カラムおよびストリッピングカラムを通って循環し得る貧水（lean water）の最大量を規定することが見出されている。本発明は、上昇した圧力で、回収カラムおよびストリッピングカラムを作動させる。それによって、ジェットフラッディングが起こる処理量を増大させ、その結果反応器の作動速度を増加させ、そして吸収器によって失われる気体をより低減させる。これは、回収カラムおよびストリッピングカラムから吸収器への貧水の流量を増加させることによって達成される。ここで驚くべきことに、全回収手順に作動効率の損失がないことが発見されている。本発明の実施は、高い反応生成速度を可能にする一方、貧水と生成物との比は必要最小限（少なくとも11:1）を維持する。回収および精製手順（吸収カラムにおいて、12:1〜11:1の貧水:生成物比で作動する）を組み合わせて用いる場合、本発明の実施は非常に有益である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を詳細に説明する。流動床アンモ酸化触媒と接触する間に流動床反応器でのプロピレンまたはイソブチレン、アンモニアならびに酸素含有ガスのアンモ酸化により得られる反応器流出物は、クエンチカラムに移される。このクエンチカラムで、熱い流出物ガスは、水煙と接触することにより冷却される。代表的には、流出物に含まれる過剰のアンモニアは全て、クエンチカラム中で硫酸と接触することにより中和され、硫酸アンモニウムとしてアンモニアが取り除かれる。次いで、所望の生成物(アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル、およびHCN)を含む冷却流出物ガスは、吸収カラムの底部に通される。ここで、生成物は、頂部からこのカラムに入る水に吸収される。吸収されないガスは、吸収器から吸収器の頂部に配されたパイプを通る。次いで、所望の生成物を含む水流は、吸収器の底部から第１蒸留カラム(回収カラム)の上部に通され、生成物のさらなる精製がなされる。次いで、回収カラムの上部から回収された生成物は、第２蒸留カラムに送られ、生成物（アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル）の精製および回収がさらに行われる。回収カラムから得られる底部の流れは、ストリッピング蒸留カラムに送られ、価値ある副生成物である粗製のアセトニトリルを回収する。
【００２０】
本発明の実施においては、自動圧力制御バルブを回収カラムオーバーヘッド管に取り付け、回収カラムの頂部圧が、回収カラムの設計された頂部圧を約0.1psiから５psiまで越えて上昇することを可能にする。代表的には、回収カラム頂部圧は、１psigから５psig未満の間、標準的には、４psigから4.5psigの間である。本発明の好ましい実施においては、回収カラムの頂部圧は一定圧（５psigから約10psig、好ましくは、5.5psig〜7.5psigに変化し得る）で作動させる。本発明の改善点は、塔の水流（hydraulics）がジェットフラッディングによって制限される限りにおいて、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを回収するための、別々の回収塔設計およびストリッピング塔設計、ならびに積み重ねた回収/ストリッピング塔の設計に適用可能である。使用される圧力制御バルブは、任意の制御バルブ製造業者から入手され得る。それは、自動作動であっても手動制御であってもよい。
【００２１】
他のタイプの反応器(例えば、輸送管反応器)もまた意図されるが、好ましくは、アンモ酸化反応は、流動床反応器内で行なわれる。アクリロニトリル製造のための流動床反応器は、先行技術において周知である。例えば、本明細書に参考として援用される米国特許第3,230,246号に記載の反応器の設計が適切である。
【００２２】
アンモ酸化反応が起こる条件もまた、以下の先行技術に示されるように周知である：米国特許第5,093,299号、同第4,863,891号、同第4,767,878号および同第4,503,001号；これらは本明細書に参考として援用される。代表的には、アンモ酸化プロセスは、プロピレンまたはイソブチレンを、アンモニアおよび酸素の存在下、高温で流動床触媒と接触させることにより行なわれ、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルが得られる。任意の酸素源が採用され得るが、経済的理由から空気を用いるのが好ましい。供給物中の酸素のオレフィンに対する代表的なモル比は、0.5:1〜4:1の範囲にあるべきであり、好ましくは1:1〜3:1である。反応において、供給物中のアンモニアのオレフィンに対するモル比は、0.5:1〜5:1の範囲で変化し得る。アンモニア−オレフィン比の上限は実際には存在しないが、一般に、5:1を超える比は、経済的理由からほとんど無意味である。
【００２３】
反応は、約260℃〜約600℃の範囲の温度で行なわれるが、好ましくは310℃〜500℃、特に好ましくは350℃〜480℃の範囲で行なわれる。接触時間はそれほど重要ではないが、一般に0.1秒〜50秒の範囲、好ましくは１秒〜15秒の範囲である。
【００２４】
米国特許第3,642,930号の触媒に加えて、本発明の実施に適切な他の触媒が、米国特許第5,093,299号(本明細書に参考として援用される)に記載されている。
【００２５】
吸収カラム、回収カラムおよびストリッピングカラムが維持される条件は、それぞれ、５psig〜７psig(80°F 〜110°F)、１psig〜4.5psig(155°F 〜170°F)、および７〜13psig(170°F 〜210°F)の範囲である。
【００２６】
本発明の改善点は、アクリロニトリル/メタクリロニトリルの製造のためのアンモ酸化プロセスの実施時に通常の設計圧力を越える圧力に機械的に調整して回収カラムを作動させることによって、先行技術と区別される。従来の手順では、５psig未満の回収カラム頂部圧を用いた。本発明の好ましい実施において、回収カラムの頂部圧は、代表的には、５psigから10psig、好ましくは5.5psigから7.0psigの範囲の圧力で作動させる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、プロピレンまたはイソブチレンのアンモ酸化反応の反応器流出物から得られるアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの回収プロセスに関し、このプロセスは、反応器流出物を吸収カラム、回収カラムおよびストリッピングカラムを通す工程を包含する。ここで、本発明の改善点は、回収カラム頂部圧を、機械的手段によって、約0.1psiから５psi上昇させ、回収カラムおよびストリッピングカラムの水容量を改善することを包含する。
【００２８】
本発明の回収および精製プロセスの作動の結果、回収および精製システムにいかなる資本金を伴う改変もすることなく、高速の反応器通過処理量を達成可能とする。本発明は、製造速度に予期せぬ改善をもたらすだけでなく、回収および精製セクションに用いられる塔のサイズを増大させることなくこの改善を達成する。さらに、それに伴う生成速度の増加は、回収時の吸収カラムの性能の劣化、あるいはアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの劣化を生じない。結果として、本発明は、作動効率を改善し、処理量を改善し、そして資本金を必要とすることなく生産性を増大させる。
【００２９】
当業者には明らかなように、開示の思想および範囲または特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、上記の開示および議論に照らして、本発明の種々の改変がなされ得、そして追従され得る。

Claims (4)

1. プロピレンまたはイソブチレンのアンモ酸化反応の反応器流出物から得られるアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルの回収プロセスであって、反応器流出物を吸収カラム、さらなる精製および回収のために生成物アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを取り出すために構成された上部を有する回収カラムおよびストリッピングカラムに通す工程を包含し、ここで、
   該回収カラムが圧力制御手段を用いて該回収カラムの頂部圧を３４．４７〜６８．９５ｋＰａ（Ｇａｕｇｅ）（５〜１０ｐｓｉｇ）の範囲に維持し、そしてここで、該回収カラムが６８．３３℃および７９．４４℃（１５５°Ｆおよび１７５°Ｆ）の間の温度に維持される、プロセス。
2. 前記反応器流出物が、流動床アンモ酸化触媒と接触する流動床反応器内でのプロピレン、アンモニアおよび酸素含有ガスの反応から得られる、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記反応器流出物が、流動床アンモ酸化触媒と接触する流動床反応器内でのイソブチレン、アンモニアおよび酸素含有ガスの反応から得られる、請求項１に記載のプロセス。
4. 回収カラムの頂部圧が、約３７．９２〜４８．２６ｋＰａ（Ｇａｕｇｅ）（約５．５ｐｓｉｇから約７．０ｐｓｉｇ）の間で維持される、請求項１に記載のプロセス。