KR102511191B1

KR102511191B1 - 프로세스 스트림용 증발 시스템

Info

Publication number: KR102511191B1
Application number: KR1020207011548A
Authority: KR
Inventors: 티모시 로버트 맥도넬; 제이 로버트 카우치; 데이비드 루돌프 와그너; 폴 트릭 워치텐도프
Original assignee: 이네오스 유럽 아게
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2023-03-16
Also published as: JP2017531633A; TW201622793A; EP3200910A1; EP3300796C0; KR20200045572A; HUE062838T2; TWI694857B; EP3300796A1; ES2949352T3; HUE062110T2; CN105597360A; JP2020111604A; CN113813622A; JP2019005750A; KR20170061688A; RU2017114573A; EP3200910C0; RU2019118878A; RU2709618C2; CN114028827A

Abstract

프로세스 스트림으로부터 중질의 유기 불순물들을 제거하는 방법 및 시스템은 물 및 약 0.5 내지 약 1.5 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는 프로세스 스트림을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 하나 이상의 증발 스테이지들을 갖는 증발기 시스템에서 중질의 유기 불순물들로부터 물을 분리하여 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하는 단계를 포함한다. 수성 응축물은 약 0.1 중량% 이하의 중질의 유기 불순물들을 함유하고, 그리고 액체 잔류물은 약 3 내지 약 10 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는다.

Description

프로세스 스트림용 증발 시스템{EVAPORATION SYSTEM FOR A PROCESS STREAM}

프로세스 스트림으로부터 중질의 유기 불순물들을 제거하는 방법이 제공된다. 보다 구체적으로, 상기 방법은 프로세스 스트림을 제공하는 단계와, 증발기 시스템에서 상기 프로세스 스트림으로부터 중질의 유기물들로부터 물을 분리하는 단계를 포함한다. 증발기 시스템은 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하는데 효과적이다.

아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴의 제조를 위한 다양한 방법들 및 시스템들이 공지되어 있다; 예를 들면, 미국 특허 제 6,107,509 호 참조. 전형적으로, 촉매의 존재하에서 프로판, 프로필렌 또는 이소부틸렌, 암모니아 및 산소로 이루어진 군으로부터 선택된 탄화수소의 직접 반응에 의해서 생성된 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴의 회수 및 정제는 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 함유하는 반응기 유출물을 상기 반응기 유출물이 제 1 수성 스트림으로 냉각되는 제 1 컬럼 (급랭) 으로 운반하고, 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 함유하는 냉각된 유출물을 상기 냉각된 유출물이 제 2 수성 스트림과 접촉되어 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 상기 제 2 수성 스트림으로 흡수시키는 제 2 컬럼 (흡수기) 으로 운반하고, 상기 제 2 수성 스트림으로부터 미정제 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 분리하기 위하여 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 함유하는 상기 제 2 수성 스트림을 상기 제 2 컬럼으로부터 제 1 증류 컬럼 (회수 컬럼) 으로 운반하고, 미정제 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴로부터 적어도 일부 불순물들을 제거하기 위하여 분리된 미정제 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 제 2 증류 컬럼 (헤즈 (heads) 컬럼) 으로 운반하고, 그리고 생성물 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 얻기 위하여 부분적으로 정제된 아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴을 제 3 증류 컬럼 (생성물 컬럼) 으로 운반함으로써 달성되었다. 미국 특허 제 4,234,510 호; 제 3,885,928 호; 제 3,352,764 호; 제 3,198,750 호 및 제 3,044,966 호는 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴의 전형적인 회수 및 정제 프로세스들을 예시한다.

올레핀계 니트릴들의 회수 프로세스는 미국 특허 제 4,334,965 호에 개시된다. 미국 특허 제 4,334,965 호에 개시된 바와 같이, 다단 증발기는 아크릴로니트릴 정제 및 회수 시스템의 급랭 타워로 급랭 액체로서 재순환되는 추출된 증류 또는 스트리퍼 타워 하부 생성물들 (bottoms) 로부터 물을 제거하는데 사용된다. 이 프로세스는 시스템에 의해서 생성되는 폐기 급랭 타워 하부 생성물들의 양을 현저히 감소시킨다. 다중 효용 증발기의 사용은 재순환 스트림의 물 함량을 줄이기 위한 다른 기술들과 비교하여 상당한 에너지 절감을 나타낸다. 미국 특허 제 4,334,965 호는 다중 효용 증발기에 의해서, 재순환된 스트림에서 50% 이상의 액체가 제거될 수 있고, 그것으로부터 미국 특허 제 4,166,008 호에 나타낸 것과 동일한 방식으로 급랭 액체로서 작용하는 농축된 재순환 스트림이 남게 된다는 것을 개시하고 있다. 하지만, 미국 특허 제 4,334,965 호는 다중 효용 증발기들이 에너지 효율이 높기 때문에, 이 기술의 전체 에너지 비용들이 미국 특허 제 4,166,008 호에 개시된 기술보다 훨씬 낮다는 것을 개시하고 있다.

아크릴로니트릴/메타크릴로니트릴의 제조가 수년간 상업적으로 실행되었지만, 개선으로 상당한 이익을 가져올 수 있는 분야들이 여전히 존재한다. 이들 개선 분야들 중 하나는 회수 컬럼 하부 생성물들을 위한 보다 효율적인 증발기 작동이다.

따라서, 본 개시의 양태는 종래의 방법들의 단점들을 극복하거나 감소시키는 안전하고, 효과적이고, 비용 효과적인 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

프로세스 스트림으로부터 중질의 유기 불순물들을 제거하는 방법은 물 및 약 0.5 내지 약 1.5 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는 프로세스 스트림을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 하나 이상의 증발 스테이지들을 갖는 증발기 시스템에서 중질의 유기 불순물들로부터 물을 분리하여 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하는 단계를 포함한다. 수성 응축물은 약 0.1 중량% 이하의 중질의 유기 불순물들을 함유하고, 그리고 액체 잔류물은 약 3 내지 약 10 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는다.

가암모니아산화 (ammoxidation) 프로세스 스트림으로 액체 잔류물을 제공하는 방법은 물 및 중질의 유기 불순물들을 포함하는 프로세스 스트림을 제공하는 단계; 하나 이상의 증발 스테이지들을 갖는 증발기 시스템에서 중질의 유기 불순물들로부터 물을 분리하여 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하는 단계; 및 급랭 컬럼에서 상기 액체 잔류물을 반응기 유출물과 접촉시켜 황산 암모늄을 제공하는 단계를 포함한다. 일 양태에서, 황산 암모늄의 양과 중합체의 양은 식 y = -M1x + C1 에 의해서 규정되며, 여기서 y 는 황산 암모늄의 중량% 이고, x 는 중합체의 중량% 이고, M1 은 4.6 이하이고, 그리고 C1 은 45 이하이다.

증발기 시스템은 하나 이상의 증발 스테이지들로서, 제 1 증발 스테이지는 증류 컬럼으로부터 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 증발 스테이지들은 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 증발 스테이지들; 및 수성 응축물을 수용하도록 구성된 급랭 컬럼 및/또는 경질의 유기물 스트리퍼를 포함한다.

증발 방법은 증류 컬럼으로부터 증발기 시스템으로 프로세스 스트림을 운반하는 단계로서, 상기 증발기 시스템은 하나 이상의 증발 스테이지들을 포함하고, 제 1 증발 스테이지는 증류 컬럼으로부터 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되는, 상기 프로세스 스트림을 운반하는 단계; 하나 이상의 증발 스테이지들로부터 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하는 단계; 및 수성 응축물을 급랭 컬럼 및/또는 경질의 유기물 스트리퍼로 운반하는 단계를 포함한다.

본 개시의 상기 및 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 관련하여 판독되는 예시된 실시 형태들의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 개시의 예시적인 실시 형태들 및 이들의 이점들에 대한 보다 완전한 이해는 동일한 도면 부호들이 동일한 특징들을 나타내는 첨부된 도면을 고려하여 이하의 설명을 참조함으로써 얻어질 수도 있다.

도 1 은 아크릴로니트릴 생성물의 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 2 는 아크릴로니트릴 생성물의 대안적인 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.

가암모니아산화 프로세스

일 양태에서, 프로세스 스트림은 가암모니아산화 반응 프로세스로부터 제공된다. 이런 프로세스 중 하나의 실시예가 미국 특허 제 4,334,965 호에 개시되고, 상기 특허는 그 전체가 본 명세서에 원용된다.

도 1 은 다양한 양태들의 전체 개략도이다. 도 1 을 참조하면, 아크릴로니트릴, HCN, 아세토니트릴, 수증기 및 불순물들을 포함하는 도관 (100) 내의 반응기 유출물 가스는 먼저 급랭 컬럼 (102) 으로 통과될 수도 있다. 상기 가스는 급랭 컬럼 (102) 에서 급랭 액체와 접촉될 수도 있다. 물 및 불순물들을 함유하는 하부 생성물들 스트림은 도관 (106) 을 통해 제거되어 폐기물 처리로 보내질 수도 있다.

냉각된 반응기 유출물 가스들은 라인 (108) 을 통해 급랭 시스템으로부터 배출되어 급랭 애프터쿨러 (107) 로 통과될 수 있다. 급랭 애프터쿨러 (107) 는 급랭 유출물을 약 50℃ 이하로 냉각시키는데 효과적이다. 냉각된 급랭 유출물은 라인 (109) 을 통하여 흡수기 (110) 로 공급된다. 세척수는 라인 (112) 을 통하여 상부에서 흡수기 (110) 로 유입될 수 있다. 비 응축성 가스들은 라인 (114) 을 통하여 흡수기로부터 제거될 수도 있다. 물, 아크릴로니트릴, 아세토니트릴 및 불순물들을 함유하는 수용액은 라인 (116) 을 통하여 하부 생성물들 스트림으로서 제거되어 추출 증류 컬럼 (182) 으로 통과될 수도 있다.

용매수 (solvent water) 는 추출 증류를 수행하기 위하여 라인 (184) 을 통하여 추출 증류 컬럼 (182) 의 상부로 도입될 수도 있다. 아크릴로니트릴 및 HCN 은 라인 (186) 을 통하여 오버헤드 증기로서 제거되어 추가 정제 (미도시) 로 보내질 수도 있다. 아세토니트릴 및 물을 함유하는 스트림은 라인 (188) 을 통하여 제거되어 스트리퍼 (190) 로 통과될 수도 있다. 스트리퍼 (190) 에 열이 가해져 라인 (192) 을 통하여 오버헤드 증기로서 아세토니트릴을 제거할 수도 있다. 물, 중질의 유기물들 및 다른 불순물들을 함유하는 하부 생성물들 스트림은 라인 (196) 을 통하여 추출 증류 컬럼 (182) 으로부터 제거될 수도 있다. 대부분 물을 함유하는 액체 스트림은 라인 (194) 을 통하여 스트리퍼 (190) 의 하부 절반으로부터 제거되어 추출 증류 컬럼 (182) 에 용매수로서 사용될 수도 있다.

증발기 시스템

일 양태에 따르면, 프로세스 스트림으로도 지칭될 수도 있는 라인 (196) 의 스트리퍼 컬럼 하부 생성물들은 증발기 시스템에서 증발될 수도 있다. 이 양태에서, 열교환기 (136) 로 유입될 수 있는 라인 (196) 의 추출 증류 컬럼 하부 생성물들은 물, 중합체, 암모니아 및 아크릴로니트릴을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "중질의 유기 불순물들" 은 중합체를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 중합체는 중질의 유기 물질과 미량의 경질의 유기물들의 혼합물을 지칭한다. 중질의 유기 물질은 높은 니트릴 치환도를 갖고 또한 일부 산소화 탄화수소 그룹들을 함유하는 상이한 고 비점의 유기 화합물들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이 양태에서, 프로세스 스트림은 약 0.5 내지 약 1.5 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 포함하고, 그리고 다른 양태에서, 약 0.75 내지 약 1.25 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 포함한다.

이 양태에서, 증발기 시스템은 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하는데 효과적인 하나 이상의 증발 스테이지들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 증발기 시스템은 1개 내지 약 6개의 증발 스테이지들, 다른 양태에서, 2개 내지 약 6개의 증발 스테이지들, 다른 양태에서, 2개 내지 약 5개의 증발 스테이지들, 다른 양태에서, 2개 내지 약 4개의 증발 스테이지들, 및 다른 양태에서, 2개 내지 약 3개 증발 스테이지들을 포함할 수 있다.

도 1 에 도시된 일 양태에서, 증발기 시스템은 직렬로 배열된 쉘 및 튜브 열교환기들 (136, 138 및 142) 을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "증발 스테이지" 는 단일 열교환기를 지칭한다. 각각의 열교환기에서, 열교환기의 튜브 측의 액체는 부분적으로 증발되어 증기 유출물 및 액체 유출물을 생성한다. 액체 유출물은 일련의 다음 열교환기의 튜브 측으로 공급되는 반면에, 증기 유출물은 동일한 열교환기의 쉘 측으로 공급되어 액체의 부가적인 부분 증발을 일으킨다. 이 기술은 스트리퍼 하부 생성물들에서 원하는 양의 물을 제거하는 데 필요한 만큼의 스테이지들에 대해서 계속된다. 각각의 스테이지에서, 열 공급 증기가 열교환을 통하여 응축될 때 생성된 응축물은 회수되어 재사용을 위하여 재순환되거나 화학적 또는 생물학적 정제를 거치게 된다.

저압 스팀이 이 열교환기의 쉘 측을 통하여 통과되면서, 물, 중질의 유기물들 및 다른 불순물들을 함유하는 하부 생성물들 스트림은 라인 (196) 을 통하여 추출 증류 컬럼 (182) 으로부터 제거되어 제 1 열교환기 (136) 의 튜브 측으로 통과될 수도 있다. 일 양태에서, 열교환기의 튜브 측을 통한 유동은 약 1 내지 약 3 m/초이고, 그리고 다른 양태에서, 약 1.5 내지 약 2.5 m/초이다. 상기 열교환기에서의 열교환은 저압 스팀이 응축되게 하고, 그리고 추출 증류 컬럼 하부 생성물들이 부분적으로 증발되게 한다. 응축물은 재사용을 위하여 라인 (146) 을 통하여 제 1 열교환기 (136) 로부터 제거될 수도 있다.

제 1 열교환기 (136) 에서의 추출 증류 컬럼 하부 생성물들의 가열은 상기 추출 증류 컬럼 하부 생성물들이 증기상 및 액체상으로 부분적으로 분리되게 한다. 2개 이상의 열교환기가 사용되는 양태들에서, 액체상은 라인 (148) 을 통하여 인출되어 제 2 열교환기 (138) 의 튜브 측으로 전달되고, 인출된 액체의 일부는 라인 (150) 을 통하여 제 1 열교환기 (136) 의 튜브 측의 하부 생성물로 재순환된다. 제 1 열교환기 (136) 에서 생성된 증기는 인출되어 라인 (152) 을 통하여 제 2 열교환기 (138) 의 쉘 측으로 전달된다. 열교환기 (138) 에서의 열교환은 쉘 측에서 증기의 응축을, 그리고 튜브 측에서 액체의 부분 증발을 일으켜 제 2 열교환기 (138) 에서 증기상들로 액체를 생성한다. 제 2 열교환기 (138) 의 쉘측에서 생성된 응축물은 라인 (154) 을 통하여 배출된다. 이 응축물은 중합체 등과 같은 비교적 저 농도의 중질의 유기물들을 갖는다.

3개 이상의 열교환기들이 사용되는 양태들에서, 제 2 열교환기 (138) 의 튜브 측에 남아 있는 액체상은 라인 (156) 을 통하여 제 3 열교환기 (142) 의 튜브 측으로 전달되고, 액체의 일부는 라인 (158) 을 통하여 제 2 열교환기 (138) 의 튜브 측으로 재순환된다. 제 2 열교환기 (138) 의 튜브 측에서 생성된 증기는 라인 (160) 을 통하여 제 3 열교환기 (142) 의 쉘 측으로 전달된다. 다시, 제 3 열교환기 (142) 에서의 열교환은 쉘 측에서 증기를 응축시켜 제 2 열교환기 (138) 로부터의 응축물과 동일한 방식으로 라인 (176) 을 통하여 인출되어 운반되는 응축물을 형성한다.

제 3 열교환기 (142) 의 튜브 측에서 생성된 증기는 라인 (170) 을 통하여 인출되고, 응축기 (172) 에서 응축되고, 그리고 유틸리티 수용기 (utility water vessel) 에서 회수되고, 그리고/또는 라인들 (146, 154, 162 및/또는 176) 로부터의 응축물과 결합된다. 또한, 열교환기 (142) 의 쉘 측으로부터의 응축물은, 예를 들면 135 에서 결합되어 제공되는 바와 같이, 라인 (176) 을 통하여 유틸리티 수용기로 전달될 수도 있다. 제 3 열교환기 (142) 의 튜브 측으로부터 회수된 액체는 라인 (178) 을 통하여 인출되어 라인 (180) 을 통하여 제 3 열교환기의 튜브 측으로 재순환될 수도 있다. 수성 응축물들은 이들이, 예를 들면 다양한 프로세스 장비의 플러싱에서, 급랭 컬럼 (예를 들면, 급랭 컬럼의 제 1 스테이지) 및/또는 경질의 유기물 스트리퍼로의 회귀물 (return) 로서와 같은 종래의 세정수로서 사용될 수도 있을 정도로 고순도일 수도 있다. 이런 양태에서, 수성 응축물은 약 0.1 중량% 이하의 중질의 유기 불순물들, 다른 양태에서, 약 0.075 중량% 의 중질의 유기 불순물들, 다른 양태에서, 약 0.05 중량% 의 중질의 유기 불순물들, 그리고 다른 양태에서, 약 0.025 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는다.

다른 양태에서, 액체 잔류물은 약 3 내지 약 10 중량% 의 중질의 유기 불순물들, 다른 양태에서, 약 4 내지 약 8 중량% 의 중질의 유기 불순물들, 그리고 다른 양태에서, 약 5 내지 약 7 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는다. 도 1 에서 도시된 바와 같이, 액체 잔류물은 폐수 소각로 (WWI) 로 보내질 수도 있다. 대안으로, 도 2 에 도시된 바와 같이, 액체 잔류물은 라인 (179) 을 통하여 급랭 컬럼 (102) 의 하부 부분으로 보내질 수도 있다.

일 양태에서, 제 2 열교환기 및 제 3 열교환기에서 생성된 수성 응축물들은 극히 소량의 중질의 유기물들을 함유한다. 따라서, 이들 응축물들은 종래의 생물학적 또는 화학적 처리에 의해 직접 처리되어 환경적으로 허용가능한 물을 생성할 수 있다. 게다가, 제 4 열교환기에서 생성된 응축물과 응축기에 의해서 생성된 응축물은 추가의 처리없이 세척수와 같은 다양한 프로세스 목적들에 사용하기에 충분할 정도로 순수하다. 제 1 열교환기에 의해서 생성된 응축물은 임의의 다른 프로세스 스트림과 접촉하지 않기 때문에, 상기 응축물은 순도가 높다.

증발 백분율

일 양태에서, 증발기 응축물은 재사용되거나 처리될 수도 있고, 다단 증발기의 최종 스테이지로부터의 액체 잔류물은 소각되고, 그리고/또는 다른 방식으로 처리될 수도 있기 때문에 보다 높은 증발이 유리할 수도 있다.

일 양태에서, 추출 증류 컬럼의 하부 생성물들의 증발 백분율은 약 55% 초과 내지 약 85% 일 수도 있다. 일 양태에서, 추출 증류 컬럼의 하부 생성물들의 증발 백분율은 약 60% 보다 더 클 수도 있다. 일 양태에서, 추출 증류 컬럼의 하부 생성물들의 증발 백분율은 약 60% 초과 내지 약 85% 일 수도 있다. 일 양태에서, 추출 증류 컬럼의 하부 생성물들의 증발 백분율은 약 73% 내지 약 75% 의 범위내일 수도 있다.

약 55 내지 약 60%, 일 양태에서, 약 57% 기화 백분율로 4단 증발 프로세스를 수행함으로써, 4 번째 및 최종 열교환기 (142) 로부터 나오는 증발기 하부 생성물들에서의 액체 중합체의 퍼센트는 약 2.2 중량% 일 수도 있다.

약 60 내지 약 65%, 일 양태에서, 약 63% 기화 백분율로 4단 증발 프로세스를 수행함으로써, 4 번째 및 최종 열교환기 (142) 로부터 나오는 증발기 하부 생성물들에서의 액체 중합체의 퍼센트는 약 3 중량% 일 수도 있다.

약 80 내지 약 85%, 일 양태에서, 약 83% 기화 백분율로 4단 증발 프로세스를 수행함으로써, 4 번째 및 최종 열교환기 (142) 로부터 나오는 증발기 하부 생성물들에서의 액체 중합체의 퍼센트는 약 6 중량% 일 수도 있다.

약 73 내지 약 75%, 일 양태에서, 약 74% 기화 백분율로 4단 증발 프로세스를 수행함으로써, 4 번째 및 최종 열교환기 (142) 로부터 나오는 증발기 하부 생성물들에서의 액체 중합체의 퍼센트는 약 5.5 중량% 일 수도 있다.

일 양태에서, 각각의 증발 스테이지는 약 15 내지 약 25% 의 증발율을 제공한다.

일 양태에서, 공급 백분율로 나눠진 증발기 응축물의 백분율은 추출 증류 컬럼 (182) 의 하부 생성물들의 증발 백분율일 수도 있다. 일 양태에서, 증발 백분율은 약 55 내지 약 60% 이고, 그리고 다른 양태에서 약 57% 이다. 액체 잔류물 중의 중합체의 양은 약 2.2 중량% 이다. 일 양태에서, 증발 백분율의 퍼센트 대 중합체의 중량% 의 비율은 약 55 ~ 60 : 2.2 이다.

일 양태에서, 액체 잔류물 중의 중합체의 양은 약 3 중량% 이다. 일 양태에서, 증발 백분율의 퍼센트 대 중합체의 중량% 의 비율은 약 60 ~ 65 : 3 이다.

일 양태에서, 증발 백분율은 약 82 내지 약 83% 이고, 그리고 액체 잔류물 중의 중합체의 양은 약 6.0 중량% 이다. 응축물은 추가 처리를 위하여 라인 (135) 을 통하여 경질의 유기물 스트리퍼 (LOS) (미도시) 로 공급물로서 공급되거나 급랭 액체로서 급랭 컬럼 (102) 으로 보내질 수도 있다. 일 양태에서, 증발 백분율의 퍼센트 대 중합체의 중량% 의 비율은 약 82 ~ 83 : 6 이다.

일 양태에서, 증발 백분율은 약 73 내지 약 75% 이고, 그리고 액체 잔류물 중의 중합체의 양은 약 5.5 중량% 이다. 응축물은 추가 처리를 위하여 라인 (135) 을 통하여 경질의 유기물 스트리퍼 (LOS) (미도시) 로 공급물로서 공급되거나 급랭 액체로서 급랭 컬럼 (102) 으로 보내질 수도 있다. 일 양태에서, 증발 백분율의 퍼센트 대 중합체의 중량% 의 비율은 약 73 ~ 75 : 5.5 이다.

일 양태에서, 증발 백분율이 약 74% 일 때, 약 83% 의 증발 백분율에서 보다 실질적으로 더 적은 파울링을 경험하게 되었고, 동시에 액체 잔류물 중의 중합체의 양은 약 83% 의 증발 백분율에서 6.0 중량% 인 것에 비해 비교적 많은 양 (중량 단위) 으로, 즉 5.5 중량% 로 달성되었다는 것이 발견되었다. 파울링의 양이 액체 스트림 중의 중합체의 중량% 에 선형 관계에 있을 것으로 예상되었기 때문에 이것은 놀라운 결과이다.

증발 백분율이 약 83% 보다 클 때, 제 4 단 증발기 또는 열 교환기 (142) 에서 (주로 튜브 측에서) 너무 많은 파울링이 존재할 수도 있다는 것이 발견되었다. 약 73 ~ 75% 의 증발 백분율은 파울링 양을 현저하게 감소시키고, 동시에 액체 잔류물 중의 중합체를 비교적 많은 양 (중량 단위) 으로 제공한다는 것이 발견되었다.

당업자는 본 개시에 따라, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 임의의 수의 스테이지들이 증발기 시스템에서 사용될 수 있다. 게다가, 저압 스팀이 상기 설명에서 모든 증발들에 필요한 열을 공급하는 것으로서 보여지지만, 임의의 열원이 사용될 수 있다. 하지만, 통상적인 아크릴로니트릴 정제 및 회수 플랜트에서, 저압 스팀, 즉 최대 100 psig, 일반적으로 약 20 내지 60 psig 의 압력을 갖는 포화 스팀이 용이하게 이용가능하고, 그리고 바람직하게 사용된다. 또한, 다중 효용 증발기에 의해서 제거된 스트리퍼 컬럼 내의 물의 양은 주로 경제적 측면에 따라 달라질 수 있다. 마지막으로, 또한, 본 개시의 다중 효용 증발기는 상기 설명에서 보여지는 바와 같이 스트리퍼 컬럼 하부 생성물들에 대한 사용으로 제한될 필요는 없지만, 급냉액으로서 사용하기 위하여 재순환되는 임의의 다른 프로세스 스트림을 농축하는데 사용될 수 있다는 것으로 이해해야 된다. 예를 들면, 다중 효용 증발기는 미국 특허 제 4,166,008 호의 도 2 의 라인 (156) 으로 재순환되는 추출 증류 타워 하부 생성물들을 처리하는데 사용될 수 있다. 이런 모든 변경들은 이하의 청구범위에 의해서만 제한되는 본 개시의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

급랭 컬럼 작동

일 양태에서, 급랭 컬럼을 작동시키는 방법은 반응기 유출물을 급랭 컬럼으로 운반하는 단계와, 유출물 추출 영역에서 반응기 유출물을 중합체 함유 물과 접촉시켜 추출된 유출물 스트림을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 산 접촉 영역에서 추출된 유출물 스트림을 황산과 접촉시키는 단계와, 제 1 스트림을 제거하여 약 10 중량% 이하의 중합체를 갖는 제 1 급랭 컬럼 스트림을 제공하는 단계를 더 포함한다. 일 양태에서, 상기 방법은 증발기 시스템으로부터 물의 적어도 일부를 제공하는 단계를 포함한다. 본 명세서에서 개시된 바와 같이, 물은 수성 응축물 및/또는 액체 잔류물일 수도 있다.

일 양태에서, 식 y = -M1x + C1 (여기서, y 는 황산 암모늄의 중량% 이고, x 는 중합체의 중량% 이고, M1 은 4.6 이하이고, 그리고 C1 은 45 이하임) 은 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림에서의 황산 암모늄의 양과 중합체의 양을 규정한다. 관련 양태에서, M1 은 1.5 이하이고, 그리고 C1 은 30 이하이다. 일 양태에서, 상기 방법은 약 10 내지 약 25 중량% 의 황산 암모늄 및 약 5 중량% 미만의 중합체, 다른 양태에서, 약 15 내지 약 21 중량% 의 황산 암모늄 및 약 5 중량% 미만의 중합체를 갖는 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림들을 제공한다. 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림은 약 4.5 내지 약 6.0 의 pH 를 갖는다.

다른 양태에서, 상기 방법은 제 2 스트림을 제거하여 약 10 중량% 초과의 중합체 및 약 5 중량% 미만의 황산 암모늄을 갖는 제 2 급랭 컬럼 스트림을 제공하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 제 2 급랭 컬럼 스트림의 적어도 일부는 유출물 추출 영역으로 재순환된다. 추출된 유출물 스트림은 황산과 역류된다. 일 양태에서, 제 1 급랭 컬럼 스트림은 유출물 추출 영역 위로 이동된다. 단열 냉각은 유출물 추출 영역에서 발생할 수 있다.

일 양태에서, 방법은 약 10 내지 약 25 중량% 의 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림에서의 황산 암모늄 농도를 얻기 위하여, 급랭 컬럼으로 운반되는 보충수 (makeup water) 의 양을 제어하는 단계, 및/또는 급랭 컬럼으로 운반되는 황산의 양을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 상기 방법은 약 4.5 내지 6.0 의 pH 를 갖는 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림을 얻기 위하여, 급랭 컬럼 하부 생성물들의 액체 하부 생성물들의 pH 를 검출하는 단계와 상기 액체 하부 생성물들의 검출된 pH 에 근거하여 급랭 컬럼으로의 황산의 유동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 상기 방법은 급랭 컬럼으로부터 또는 상기 급랭 컬럼에서 급랭 컬럼에 대한 황산의 유량 및 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림의 유량에 근거하여 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림에서의 황산 암모늄의 농도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 상기 방법은 약 10 내지 약 25 중량% 의 범위 내의 황산 암모늄의 농도를 유지하기 위하여, 결정 단계에서 결정된 황산 암모늄의 농도에 근거하여 급랭 컬럼으로 운반된 황산 및/또는 보충수의 유량을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림에서의 황산 암모늄의 농도를 종래의 방법에서 제공된 5 내지 10 중량% 로부터 약 10 내지 약 25 중량% 로 증가시킴으로써, 훨씬 더 높은 농도의 황산 암모늄을 얻기 위하여 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림으로부터 더 적은 물이 제거될 필요가 있다. 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림에서의 황산 암모늄의 농도를 약 10 내지 약 25 중량% 로 증가시킴으로써, 황산염 응축기는 급랭 컬럼 하부 생성물들 스트림을 약 35 내지 40 중량% 로 효율적으로 응축하는데 사용될 수도 있다는 것이 발견되었다.

전술한 명세서에서 이 개시는 특정한 바람직한 실시 형태들과 관련하여 설명되었고, 그리고 많은 세부 사항들은 예시의 목적으로 제시되었지만, 상기 개시가 추가의 실시 형태들에 영향을 받기 쉽다는 것과 본 명세서에서 설명된 특정한 세부 사항들이 본 개시의 기본 원리들을 벗어나지 않으면서 상당히 변화될 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 본 개시의 특징들은 본 개시의 사상 및 범위 또는 청구 범위의 범위를 벗어나지 않으면서 변경, 변형, 변화 또는 대체될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 다양한 구성 요소들의 치수, 수, 크기 및 형상이 특정 용도에 맞게 변형될 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 예시되고 설명된 특정 실시 형태들은 단지 예시적인 목적들을 위한 것이다.

Claims

증발기 시스템으로서,
하나 이상의 증발 스테이지들로서, 제 1 증발 스테이지는 추출 증류 컬럼으로부터 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 프로세스 스트림은 물 및 중질의 유기 불순물들을 포함하고, 상기 하나 이상의 증발 스테이지들은 상기 중질의 유기 불순물들로부터 물을 분리하며 그리고 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하도록 구성되고, 상기 수성 응축물은 상기 하나 이상의 증발 스테이지들의 튜브 측에서 생성된 증기 및 쉘 측으로부터의 증기 중 적어도 하나의 응축물이고, 상기 액체 잔류물은 상기 하나 이상의 증발 스테이지들 중 마지막 증발 스테이지의 튜브 측으로부터 회수된 액체인, 상기 하나 이상의 증발 스테이지들; 및
수성 응축물을 수용하도록 구성된 급랭 컬럼 및/또는 경질의 유기물 스트리퍼를 포함하는, 증발기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 액체 잔류물은 폐수 소각로로 운반되는, 증발기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 급랭 컬럼의 하부 부분은 상기 액체 잔류물을 수용하도록 구성되는, 증발기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 1개 내지 6개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 6개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 5개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 4개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 3개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발기 시스템.
증발 방법으로서,
추출 증류 컬럼으로부터 증발기 시스템으로 프로세스 스트림을 운반하는 단계로서, 상기 증발기 시스템은 하나 이상의 증발 스테이지들을 포함하고, 제 1 증발 스테이지는 상기 증류 컬럼으로부터 상기 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되며, 상기 프로세스 스트림은 물 및 중질의 유기 불순물들을 포함하고, 상기 하나 이상의 증발 스테이지들은 상기 중질의 유기 불순물들로부터 물을 분리하며 그리고 상기 하나 이상의 증발 스테이지들로부터 수성 응축물 및 액체 잔류물을 제공하도록 구성되고, 상기 수성 응축물은 상기 하나 이상의 증발 스테이지들의 튜브 측에서 생성된 증기 및 쉘 측으로부터의 증기 중 적어도 하나의 응축물이고, 상기 액체 잔류물은 상기 하나 이상의 증발 스테이지들 중 마지막 증발 스테이지의 튜브 측으로부터 회수된 액체이며, 상기 수성 응축물은 0.1 중량% 이하의 중질의 유기 불순물들을 함유하고, 상기 액체 잔류물은 3 내지 10 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는, 상기 프로세스 스트림을 운반하는 단계, 및
상기 수성 응축물을 급랭 컬럼 및/또는 경질의 유기물 스트리퍼로 운반하는 단계를 포함하는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 액체 잔류물은 폐수 소각로로 운반되는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 액체 잔류물은 상기 급랭 컬럼의 하부 부분으로 운반되는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 1개 내지 6개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 6개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 5개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 4개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 2개 내지 3개의 증발 스테이지들을 포함하는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 프로세스 스트림은 0.5 내지 1.5 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 포함하는, 증발 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 중질의 유기 불순물들은 가암모니아산화 반응 프로세스에서 생성되는 중합제 물질들을 포함하는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 수성 응축물은 0.075 중량% 이하의 중질의 유기 불순물들을 갖는, 증발 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 수성 응축물은 0.05 중량% 이하의 중질의 유기 불순물들을 갖는, 증발 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 수성 응축물은 0.025 중량% 이하의 중질의 유기 불순물들을 갖는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 액체 잔류물은 4 내지 8 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는, 증발 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 액체 잔류물은 5 내지 7 중량% 의 중질의 유기 불순물들을 갖는, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 증발기 시스템은 적어도 하나의 쉘 및 튜브 열교환기를 포함하는, 증발 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 열교환기의 튜브 측을 통한 유동은 1 내지 3 m/초인, 증발 방법.
제 9 항에 있어서,
각각의 증발 스테이지는 15 내지 25% 의 증발율을 제공하는, 증발 방법.