NO792951L - Fremgangsmaate ved utvinning av acrylsyre fra et gassformig reaktoravloep. - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte ved utvinning av acrylsyre fra et gassformig reaktoravløp

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for for-

bedret utvinning av acrylsyre fra et gassformig reaktoravløp fremstilt ved katalytisk dampfaseoxydasjon av propylen eller

acrolein, ved først å bråkjøle reaktoravløpet, derpå danne damp-

og væskestrømmer, indirekte.avkjøle dampstrømmen for å kondensere

en annen væskestrøm, og føre den annen væskestrøm til bråkjølings-systeraet som kjølevæske.

Acrylsyre fremstilles ved katalytisk dampfaseoxydasjon av propylen eller acrolein med molkylært oxygen. Acrylsyre kan dannes direkte fra acrolein under anvendelse av katalysator som angitt iU.S. patent 3 736 354 og 3 644 509» Acrylsyre kan også dannes fra propylen i en ett- eller to-trinnsoperasjon. Skjønt rettet på fremstillingen av estere angir U.S. patent 4 o6o 545 katalysator som er virksom til å overføre propylen direkte til acrylsyre eller å overføre propylen til acrolein som så omsettes til acrylsyre. Katalysatoren anvendt i disse fremgangsmåter, er-kjent som aktiverte oxydkomplekser.

Reaksjonstemperaturen er typisk mellom 300°og 600°C. For-holdet mellom reaktantene kan variere sterkt avhengig av ora propylen eller acrolein anvendes som påraatning. Damp kan til-

føres til reaktoren for å øke selektiviteten av katalysatoren. Reaksjonen gir et gassformig reaktoravløp som inneholder acrylsyre, acrolein, vann og forskjellige forurensninger. Disse forurensninger består av slike bestanddeler som eddiksyre og inerte gasser.

For effektivt å utvinne acrylsyre er det først nødvendig å

få acrylsyren i en vandig oppløsning egnet for senere rensning.

I teknikkens stand er dette forsøk gjort på. forskjellige måter.

Som beskrevet i omtalen av teknikkens stand i U.S. patent 3 926 744, blir det gassformige reaktoravløp først avkjølt ved å anvende en væske som erholdes ved resirkulering av avkjølte bestanddeler av kondensatet fra dette første trinn som en kjølevæske. Denne prosess har flere ulemper, idet polymerer avsetter seg på utstyret, og størrelsen av utstyret må være relativt stor .for å håndtere både kjølevæsken og den vandige oppløsning av acrylsyre.

Ovennevnte patent fremlegger en annen løsning på dannelsen

av en vandig acrylsyreoppløsning ved å anvende organiske materi-

aler som hexylalkohol i kjølesystemet for å nedsette dannelsen av polymerer og bistå ved separasjonen av acrolein.

I U.S. patent 3 717 675 angies en fremgangsmåte hvori reak-sjonsgassen først avkjøles indirekte til en temperatur på 100° -

200°C, og de foravkjølte gasser så skrubbes med vann til en temperatur mellom 30° og 90°C. Denne prosess lider av den ulempe at den krever en uhyre stor indirekte varmeveksler for å håndtere hele det gassformige reaktoravløp.

Foreliggende oppfinnelse nedsetter størrelsen av det nød-vendige utstyr, og forbedrer utvinningen av acrylsyre fra det gassformige reaktoravløp ved hjelp av en unik bråkjølingsresirkul-ering.

Det har vist seg at utvinningen av acrylsyre kan forbedres

i fremgangsmåten for å utvinne acrylsyre fra et gassformig reaktoravløp som inneholder acrylsyre, acrolein, vann og forurensninger dannet ved katalytisk dampfaseoxydasjon av propylen eller acrolein, idet fremgangsmåten omfatter trinnene: a) det gassformige reaktoravløp bråkjøles med en bråkjølings-væske hvori en første væskestrøm inneholdende acrylsyre og en

første dampstrøm inneholdende acrylsyre dannes;

b) den nevnte første dampstrøm avkjøles indirekte for å

danne en annen væskestrøm inneholdende acrylsyre og en annen damp-strøm;

c) den nevnte annen væskestrøm føres som bråkjølingsvæsken

i t rinn a).

Innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse innbefattes også trinnene:

d) den annen dampstrøm føres til en skrubber som anvender

vann, hvori en tredje dampstrøm inneholdende ukondenserte gasser

fjernes fra toppen og en tredje veaskestrøm fjernes fra bunnen; og

e) den nevnte tredje væskestrøm forenes med den første damp-strøm før den indirekte avkjøling i trinn b).

Denne utførelsesform av oppfinnelsen muliggjør den nesten totale utvinning av acrylsyre fra det gassformige reaktoravløp ved å forene bunnstrømmen fra skrubberen med den første dampstrøm frembrakt av bråkjølesystemet.

Oppfinnelsen vil forståes best ved henvisning til tegn-ingene. Fig*1 viser den tidligere kjente metode for å få en vandig acrylsyreoppløsning for videre rensning, Fig. 2 viser en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som anvender en resirkulerings-bråkjøling.

Fig. 3 viser en enestående utførelsesform hvori alle de

trinn som er nødvendige for å få den vandige acrylsyreoppløsning, utføres i én kolonne.

I fig. 1 føres det gassformige reaktoravløp 1 til kjøle-kolonnen 2. Hensikten med denne kolonne er å avkjøle det gassformige reaktoravløp og kondensere acrylsyren. Kjølevæsken til-føres gjennom ledning 4 og sprøytes i motstrøm til reaktoravløps-strømmen. Den kondenserte acrylsyre og vannet fjernes fra kjøle-kolonnen gjennom ledning 6, avkjøles indirekte i varmeveksleren 8 og deles så i to strømmer. En del føres gjennom ledningen 4 som kjølevæske som tidligere beskrevet, og en vandig oppløsning av acrylsyre taes ut gjennom ledningen 10 og føres til videre utvinning og rensning (ikke vist). Dampstrømmen 12 som taes ut fra toppen av kjølekolonnen, inneholder typisk acrylsyre, acrolein, inerte gasser og forurensninger. Dette føres til en absor-

berer 14. Vann føres inn i" toppen av absorbereren gjennom ledningen l6 ved en temperatur som er tilstrekkelig til å absorbere acroleinet og således tillate at en væskestrøm 18 inneholdende acrolein kan fjernes fra bunnen av absorbereren og føres til videre rensning. De inerte gasser fjernes fra toppen av absorbereren gjennom ledning 2o. Som det vil sees av denne tegning, utvinnes ikke all acrylsyre i kjølekolonnen. En del fjernes i den gassformige toppstrøm og forlater systemet sammen med acrolein fra bunnen av absorbereren. Videre blir hele strømmen av kjøle-væske pluss det vandige acrylsyreprodukt avkjølt i varmeveksleren 8,

hvilket fører til stor kapitalinvestering for varmeveksleren.

Fig. 2 viser en utførelsesform ifølge foreliggende oppfinnelse under anvendelse av resirkuleringskjøling. Reaktor-avløpet føres gjennom ledningen 32, forenes med kjølevæsken 34 og føres til kjøleseparatoren 36. Som vist på denne figur, fore-går kjølingen under medstrøms kontakt før innføringen i separatoren. Kjølingen kan også være motstrøms i separatoren som vist på fig, 1. I separatoren 36 fjernes den vandige acrylsyreoppløsning som en bunnstrøm gjennom ledningen 38»idet de resterende damper føres av fra toppen gjennom ledningen 40. Disse damper avkjøles så indirekte i varmeveksleren 42. Før de går inn i varmeveksleren kan en resirkuleringsstrøm 44 forenes med disse damper.

Dampene kondenseres så delvis i varmeveksleren 42 ved anvendelse av kjølevann. Den nederste del 46 av varmeveksleren 42 tjener som en separator. Den kondenserte væske inneholdende acrylsyre føres gjennom ledningen 34 som kjølevæske. Dampene føres gjennom ledningen 48 til skrubberen 50.

Hensikten med skrubberen 50 er å fjerne de ukondenserbare gasser og acrolein, og utvinne eventuell gjenværende acrylsyre. Vann føres til skrubberen 50 gjennom ledningen 52. De inerte gasser inneholdende noe acrolein, fjernes fra toppen gjennom ledningen 54>og en væske-bunnstrøm inneholdende acrylsyre fjernes gjennom ledningen 44. Denne strøm kan enten forenes med dampene tatt ut av kjølesystemet som vist ved den opptrukne ledning, eller kan forenes direkte med kjølevæsken i 34 som vist ved den stipledeledning 44 a.

Fig, 3 viser en utførelsesform av oppfinnelsen hvori alle behandlingstrinnene er forenet i en kolonne. Reaktoravløpet føres gjennom ledningen 60-til den nederste del av kolonnen 62. Ovenfor seksjonen 62 er den adiabatiske seksjon 64. Væske som faller fra kjøleseksjonen ovenfor, kjøler reaktoravløpet og kon-denserer således acrylsyre. I kjøleseksjonen 66 fjernes væske fra et sidebrett gjennom ledningen 68. Denne væske avkjøles i varmeveksleren 70 og resirkuleres til kjøleseksjonen gjennom ledningen 72 og dusjes i mot st røm til de oppadstrømmende gasser. Dette gir væsken som er nødvendig for resirkulering og for kjøling.

De gjenværende ukondenserte gasser føres så gjennom absorpsjonsseksjonen 74. Vann kommer inn på toppen av denne sek-

sjon gjennom ledningen 76 og arbeider på samme måte som absorber-

eren vist på fig. 2, De ukondenserte gasser med acrolein fjernes fra toppen gjennom ledningen 78». og den kondenserte væske faller ned i kjøleseksjonen 66 idet den kondenserte acrylsyre faller i kaskader ned gjennom tårnet. Til slutt fjernes den vandige opp-løsning av acrylsyre gjennom ledningen 80 og føres til videre utvinning og rensning.

Anvendelse av en slik kjøler muliggjør utmerket utvinning

av acrylsyre, forbedrer elimineringen av lavtkokende reaksjons - produkter, og har ikke behov for kjøling som i teknikkens stand. Kjølingen av reaktoravløpet for å kondensere acrylsyre utføres

ved fordampning av kjølevæsken. Reaktoravløpet synker således i temperatur til dets metningstemperatur ved driftstrykket. Drifts-temperaturene og trykkene varierer avhengig av om propylen eller acrolein anvendes som påmatning. Trykket i slike systemer er

2

velkjent i faget og er vanligvis mellom 0,14 og 0,7 kg/cm maho-metertrykk, mens reaktoravløpstemperaturen vanligvis er mellom 300° og 600°C. Den adiabatiske kjøling arbeider vanligvis ved temperaturer over 70°C.

Kjølingen av reaktoravløpet kan skje i medstrøm ellee mot-strøm, idet medstrøm foretrekkes. Som vist på fig. 2, kan kjølingen finne sted i en utvidet del av reaktoravløpsledningen før inngangen i kjøleseparatoren. Kjølevæsken sprøytes i medstrøm med strømmen av gasser. Kjølingen kan imidlertid også utføres i motstrøm med dusjedysene på toppen av kjøleseparatoren som kjent

fra teknikkens stand.

Gassene fra kjøleseparatoren avkjøles så indirekte i en kappe-og~rør-varmeveksler. Typisk anvendes kjølevann som kjøle-medium. På grunn av den adiabatiske natur av kjølingen, er ingen frysekjøling nødvendig for driften av denne prosess. Ingen fryse-kjøling kreves fordi en skrubber anvendes for å øke acrylsyre-utvinningen. Andre tidligere kjente fremgangsmåter anvender en frysekjølt seksjon for å forbedre utvinningseffektiviteten.

Den indirekte avkjøling gir delvis kondensasjon av den gjenværende gassformige strøm. Væsken som stammer fra denne kondensasjon, ved en temperatur på ca. 4o°C (igjen avhengig av trykket), anvendes så som kjølevæske beskrevet ovenfor. Ved å erholde kjøle-væsken på denne måte, nedsettes polymerisasjonen sterkt og like-

ledes, behovet for utvendig kjøling.

Dampene som oppstår ved den indirekte kjøling, kan så føres til en gasskrubber. Hensikten med denne skrubber er å fjerne ukondenserbare gasser og acrolein fra den gjenværende acrylsyre og vann. Vannet mates til skrubberen i et vann til påmatnings-forhold av mellom 0,05 og 0,15 i vekt, idet 0,075 foretrekkes. Driftstemperaturen av dette vann er ca. 40°C, men kan variere mellom 32°C og 45°C. Ved 40°C er ingen utvendig avkjøling nød-vendig. Antallet brett i skrubberen vil selvsagt være en funk-sjon av påmatningsammensetningen og mengden og temperaturen av vannet anvendt for å skrubbe. Typisk består denne kolonne av ca. 15 brett, med påmatningen kommende inn under det første brett. Acrylsyre og vann utvinnes i bunnavløpet fra skrubberen.

For total utvinning kan denne strøm resirkuleres til en av to beliggenheter. Den kan forenes med dampene fra kjølesystemet før indirekte avkjøling, eller den kan forenes direkte med kjøle-væsken utvunnet fra den indirekte kjøling som sendes til kjøle-systemet. Utmerket utvinning av acrylsyre kan således oppnåes ved anvendelse av foreliggende oppfinnelse.

Den vandige acrylsyreoppløsn ing utvunnet ved foreliggende oppfinnelse føres til videre utvinning og rensning. Slik rensning er kjent i faget og kan finnes beskrevet i U.S. patent 3 830 707, 3 859 175 og 3 433 831. Disse patenter angir forskjellige prosesser som ekstraksjon eller medrivning med forskjellige oppløs-ningsmidler for å utvinne acrylsyre til sluttprodukt renhet.

Eksempel

En gassformig reaktoravløpsstrøm dannet ved dampfaseoxydasjon av propylen, og inneholdende $ 0% acrylsyre idet resten var eddiksyre, acrolein, vann og gasser som nitrogen og carbondioxyd, ble ført inn i kjølesystemet ifølge oppfinnelsen. Kjølesystemet besto av en 3,66 m lang kjølekolonne inneholdende 5 spraydyser for medstrømskjøling og med en kjølepotte anbrakt ved bunnen av kolonnen for å skille dampen fra væskefasen. Reaktoravløpet kom inn i kjølekolonnen ved en temperatur på 200°C. All væske utvunnet fra den indirekte varmeveksler, inneholdende ca. 38% acrylsyre, ble ført til spraydysene i kjølekolonnen.

Efter kjøling ble væsken skilt fra dampene. Den vandige oppløsning tatt ut av separatoren, inneholdt gjennomsnittlig

6o vekt% acrylsyre. Kjølekolonnedampene ved en temperatur på

79°C ble så ført til en 20 cm vertikal kappe-og-rør-varmeveksler med en sprayseksjon over og en separasjonspotte under. For å simulere en 3-cykel bunnstrøm ble vann inneholdende acrylsyre ført til sprayseksjonen før den indirekte varmeveksling. Kjølevann ble anvendt på kappesiden av varmeveksleren for å kjøle gassene til en temperatur på 4o°C. Fasene ble så skilt, idet kjølevæsken inneholdt ca. 38% acrylsyre og gassene inneholdt ca. 1 til 2% acrylsyre.

Uten anvendelsen av en skrubber for å utvinne den gjenvær-

ende acrylsyre tillater foreliggende kjølesystem med den indirekte varmeveksler en 88% utvinningseffektivitet av acrylsyre. En skrubberkolonne i tillegg vil tillate en oppnåelse av nesten fullstendig utvinning.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved utvinning av acrylsyre fra et gassformig reaktoravløp inneholdende acrylsyre, acrolein, vann og forurensninger dannet ved katalytisk dampfaseoxydasjon av propylen eller acrolein, karakterisert ved trinnene at: a) det gassformige reaktoravløp kjøles med en kjølevæske hvori en første væskestrøm inneholdende acrylsyre og en første dampstrøm inneholdende acrylsyre dannes, b) den nevnte første dampstrøm avkjøles indirekte for å danne en annen væskestrøm inneholdende acrylsyre og en annen dampstrøm, og c) den nevnte annen væskestrøm føres som kjølevæske til trinn (a).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kjølingen av det gassformige reaktoravløp utføres i medstrøm.

3» Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at reaktoravløpet kjøles til en temperatur mellom 70° og 90°C.

4.F remgangsmåte ifølge krav 1-3» karakterisert ved at der som påmatning anvendes propylen„

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det også inneholder trinnene: d) den nevnte annen dampstrøm føres til en skrubber som anvender vann, hvori en tredje dampstrøm inneholdende ukondenserte gasser, fjernes fra toppen og en tredje væske-strøm inneholdende acrylsyre, fjernes fra bunnen.

6.[f remgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at der anvendes et vann/påmat-ningsforhold på skrubberen mellom 0,05 og 0,10.

7.F remgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at skrubberen inneholder mellom 10 og 20 absorpsjonsbrett.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å forene den nevnte tredje væskestrøm med den nevnte første damp-strøm før det indirekte kjøletrinn (b).

9.F remgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det innbefatter trinnet å forene den nevnte tredje væskestrøm med den nevnte annen v.æske-strøm fra trinn (b) og føre den forenede strøm som kjølevæske t il t rinn (a) .

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, for utvinning av acrylsyre fra et gassformig reaktoravløp inneholdende acrylsyre, acrolein, vann og forurensninger, fremstilt ved katalytisk dampfaseoxydasjon av propylen eller acrolein, i en enkelt kolonne med en dusje-, kjøle- og absorpsjonsseksjon, karakterisert ved trinnene at: a) reaktoravløpet dusjes med en dusjevæske fra kjølesek-sjonenj b) det dusjede reakioravløp avkjøles direkte med et kjøle-medium for å kondensere en del av avløpet, c) det nevnte kondenserte avløp avkjøles indirekte før den direkte avkjøling; d) acrylsyren absorberes i en absorpsjonsseksjon ved å bringe det dusjede, avkjølte reaktoravløp i kontakt med vann; e) en vandig oppløsning inneholdende acrylsyre fjernes fra bunnen av kolonnen.