RO121966B1 - Procedeu de recuperare a acidului cianhidric - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de recuperarea acidului cianhidric rezultat din sinteza acrilonitrilului sau metacrilonitrilului, în care cel puţin o parte a materialului sub formă de vaporiconţinând acid cianhidric, care este purjat la un colector de faclă, este direcţionat spre o zonă de recuperare a acidului cianhidric.

Description

Invenția se referă la un procedeu de recuperare a acidului cianhidric rezultat din sinteza acrilonitrilului sau metacrilonitrilului.

Recuperarea acidului cianhidric ca produs secundar în fabricația acrilonitrilului/metacrilonitrilului prin amoxidarea propilenei sau izobutilenei la scară industrială s-a efectuat prin stoparea cu apă a efluentului reactorului, urmată de trecerea fluxului gazos (care conține acrilonitril sau metacrilonitril, precum și produsul secundar - acidul cianhidric) rezultat în urma stopării printr-un absorber, în care apa și gazele sunt contactate în contracurent pentru a îndepărta practic tot acidul cianhidric și acrilonitrilul sau metacrilonitriluI. Fluxul apos care conține acid cianhidric și acrilonitril sau metacrilonitril este trecut apoi printr-o serie de coloane de distilare și decantoare pentru separarea și purificarea acrilonitrilului sau metacrilonitrilului dintr-un flux de vapori care conține practic tot acidul cianhidric.

Sistemele tipice de recuperare și purificare care sunt folosite în timpul obținerii acrilonitrilului sau metacrilonitrilului sunt prezentate în brevetele US 4234510 și US 3885928.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenție este realizarea unui procedeu de recuperare a produsului secundar, acidul cianhidric, din colectorul de faclă de la obținerea acrilonitrilului sau metacrilonitrilului.

Procedeul de recuperare a acidului cianhidric rezultat din sinteza, prin reacția de amoxidare a propilenei sau izobutilenei, a acrilonitrilului sau metacrilonitrilului conform invenției înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea că cel puțin o parte a materialului sub formă de vapori conținând acid cianhidric, care este purjat la un colector de faclă, este direcționată spre o zonă de recuperare a acidului cianhidric.

într-o variantă preferată a procedeului, conform invenției, conținutul colectorului de faclă este transportat la un contactor în care respectivul conținut al colectorului de faclă este contactat cu un flux apos, în care cel puțin o porțiune din acidul cianhidric conținut în respectivul colector de faclă este absorbită în numitul flux apos.

într-o altă variantă preferată a procedeului, recuperarea acidului cianhidric cuprinde o operație aleasă din grupul format din spălarea în contracurent a fazei apoase, spălarea în contracurent a fazei organice, spălarea în echicurent a fazei apoase, spălarea în echicurent a fazei organice, distilare, extracție, percolare, adsorbție, absorbție, condensare selectivă și reacția selectivă.

într-o altă variantă prefarată a procedeului, operația de recuperare a acidului cianhidric cuprinde spălarea în fază apoasă în contracurent.

într-o altă variantă preferată a procedeului, operația de recuperare a acidului cianhidric cuprinde spălarea în fază apoasă în echicurent.

într-o altă variantă preferată a procedeului, contactorul este ales din grupul format din scruberîn contracurent, scruberîn echicurent, coloană de distilare, coloană de extracție, coloană de percolare, turn de adsorbție, turn de absorbție și turn de condensare selectivă.

într-o altă variantă preferată a procedeului, contactorul este un scruber în contracurent.

într-o altă variantă preferată a procedeului, contactorul este un scruberîn echicurent. într-o altă variantă preferată a procedeului, contactorul este o coloană de distilare. Alte probleme, avantaje și elemente de noutate ale prezentei invenții se vor prezenta în descrierea care urmează și, în parte, devin clare specialiștilor în domeniu în urma examinării sau pot fi aflate din practica prezentei invenții. Problemele și avantajele invenției pot fi realizate și obținute cu ajutorul variantelor și combinațiilor indicate în revendicările anexate. Pentru rezolvarea problemelor menționate, precum și a altora și în concordanță cu scopul prezentei invenții, realizat și descris pe larg în prezenta descriere, procedeul conform

RO 121966 Β1 invenției cuprinde transportarea efluentului reactorului obținut în timpul amoxidării propilenei 1 sau izobutilenei la o coloană de stopare în care gazele fierbinți ale efluentului sunt răcite prin contact cu un flux apos, trecând fracția de vârf a efluentului răcit al reactorului la un absorber 3 în care acidul cianhidric și acrilonitrilul și metacrilonitriluI brute sunt absorbite în apă, trecerea soluției apoase care conține acid cianhidric și acrilonitril sau metacrilonitril, plus alte 5 impurități, la o primă coloană de distilare (coloană de recuperare) în care o porțiune semnificativă de apă și impurități sunt îndepărtate ca produs de blaz lichid în timp ce acidul 7 cianhidric, apa, o porțiune mică de impurități și acrilonitril sau metacrilonitril sunt îndepărtate ca flux de vapori de vârf. în întregul procedeu, diferitele fluxuri de vapori de la unitățile de 9 proces sunt purjate la un colector de faclă al procesului, care direcționează aceste materiale la un utilaj de oxidare termică la temperatură ridicată, sau la faclă, pentru evacuare eficientă 11 și în siguranță.

Invenția de față îmbunătățește operarea cunoscută prin adăugarea unei unități supli- 13 mentare de recuperare a acidului cianhidric la colectorul de faclă al procesului.

într-o realizare preferată a prezentei invenții, procesul de recuperare este efectuat 15 prin direcționarea conținuturilor colectorului de faclă al procesului la un contactor cu două faze în contra-curent, în care conținuturile gazoase ale colectorului de faclă al procesului 17 sunt direcționate în sus într-un vas și un flux apos care curge în jos contactează materialele gazoase din colectorul de faclă al procesului pentru a extrage din acestea acidul cianhidric. 19

Prezenta invenție permite o recuperare mai eficientă a acidului cianhidric. Această recuperare avansată înseamnă că mai puțin acid cianhidric este direcționat spre incinerare, 21 ceea ce are ca rezultat o scădere a emisiilor prin combustia gazului rezidual.

în continuare, se va prezenta pe larg prezenta invenție. Efluentul reactorului obținut 23 prin amoxidarea propilenei sau izobutilenei, gazul care conține amoniac și oxigen dintr-un reactor cu pat fluidizat în contact cu un catalizator de amoxidare în pat fluidizat este 25 transportat la o coloană de stopare printr-o conductă de transfer, în care gazele efluente fierbinți sunt răcite prin contact cu apă pulverizată. Gazul efluent răcit conținând produsul 27 dorit (acrilonitril sau metacrilonitril, acetonitril și acid cianhidric) este trecut apoi în partea de jos a unui absorber printr-o conductă de transfer în care produșii sunt absorbiți în apa care 29 intră în absorber prin partea de sus. Gazele neabsorbite trec de la absorber printr-o conductă plasată la partea superioară a absorberului și pot fi direcționate la colectorul de faclă al 31 procesului sau la procese de recuperare ulterioare. Fluxul apos care conține produsul dorit este apoi trecut printr-o conductă pe la partea de jos a absorberului spre partea de sus a 33 unei prime coloane de distilare (coloană de recuperare) pentru purificarea ulterioară a produsului. Produsul se recuperează sub formă de lichid din partea de sus a coloanei de 35 recuperare și este trimis la o a doua coloană de distilare (coloană de vârf) printr-o conductă de alimentare, în timp ce apa și alte impurități sunt îndepărtate prin partea de jos a coloanei 37 de recuperare. Gazele necondensabile prezente la partea de sus a coloanei de recuperare pot fi direcționate, de asemenea, la colectorul de faclă al procesului. în coloana de vârf, 39 acidul cianhidric este preluat ca fracție de vârf și îndepărtat din coloană, răcit într-un condensator și materialul rezultat direcționat la cilindrul de reflux. Lichidul de reflux din cilindrul 41 de reflux este returnat la porțiunea superioară a coloanei de vârf. Materialul sub formă de vapori este, de asemenea, îndepărtat din cilindrul de reflux și răcit într-un condensator de 43 acid cianhidric. Efluentul răcit și parțial condensat al condensatorului de acid cianhidric este direcționat la recipientul de acid cianhidric. Porțiunea lichidă a acidului cianhidric este 45 îndepărtată din recipientul de acid cianhidric și returnată în procesul de recuperare. Acidul cianhidric necondensat, împreună cu alt material necondensabil este îndepărtat din reci- 47 pientul de acid cianhidric și poate fi trimis prin intermediul colectorului de faclă al procesului

RO 121966 Β1 direct la un incinerator sau purificat și recuperat prin mijloace convenționale folosite în domeniu. Există și alte fluxuri de proces care pot fi trimise la colectorul de faclă al procesului pentru o evacuare în siguranță.

O problemă de operare semnificativă întâlnită în recuperarea și purificarea produșilor din procedeul de obținere a acrilonitrilului și metacrilonitrilului este formarea acidului cianhidric polimeric, în principal în coloana de stopare și cea de vârf. în special, acidul cianhidric polimeric se formează pe talere și pe părțile interioare în coloana de vârf deasupra locului de alimentare al coloanei. Acidul cianhidric polimeric solid produce depuneri pe talerele de distilare, pe tubulatură, deversoare ș.a. stricând echilibrul hidraulic al interfeței lichid/vapori în coloana de vârf.

Formarea acidului cianhidric polimeric este bine cunoscută, dar nu bine înțeleasă sau cuantificată. Când unitățile de procedeu, în special coloanele de vârf sunt controlate și curățate în timpul întreținerii de rutină, acidul cianhidric polimeric este îndepărtat din proces împreună cu orice acumulare a produșilor secundari de coroziune și a reziduurilor. Cantitatea de acid cianhidric polimeric nu a fost măsurată cu precizie ci a fost evaluată numai calitativ din punct de vedere al impactului asupra operabilității procedeului.

în plus, o măsurătoare extrem de precisă a cantității de acid cianhidric în materialul din colectorul de faclă al procesului este foarte dificilă. Datorită cantităților mari de gaze necondensabile, cum arfi azot și hidrocarburi ușoare, care sunt purjate la colectorul de faclă al procesului, orice mică eroare de eșantionare este mărită când se calculează conținutul de acid cianhidric. Asemenea erori de eșantionare au loc ca rezultat al dezechilibrelor ușoare în procedeele de eșantionare izocinetice, erori mici de calibrare în tehnicile de determinare a compoziției și degradarea probei. O diferență mai semnificativă se poate datora naturii dinamice a procedeului de obținere și de recuperare. Unitățile care direcționează materialul la colectorul de faclă al procesului funcționează într-un interval larg de condiții și orice perturbare a unei unități de proces afectează operarea tuturor unităților care primesc căldură sau material de la unitatea perturbată. Astfel, orice eșantionare trebuie să se bazeze pe o înțelegere clară a funcționării procedeului și evaluarea parametrului care descrie cel mai bine operația tipică.

Ca rezultat al unei înțelegeri imperfecte a chimismului procesului și compoziției materialului din colectorul de faclă al procesului, operatorii unităților de producție a acrilonitrilului și metacrilonitrilului au atribuit marea parte a pierderilor de acid cianhidric formării acidului cianhidric polimeric, când au făcut bilanțul de materiale al unității respective. Părerea generală, bazată pe date furnizate în instalație timp de mulți ani, a fost că mai puțin de un procent (1 %) din produsul secundar (HCN) obținut în astfel de unități a fost direcționat la colectorul de faclă al procesului. Deși pierderea acestui material a fost o pierdere economică, concentrația diluată a acidului cianhidric în materialul colectorul de faclă al procesului nu a justificat măsurile extreme necesare pentru recuperarea acestui material. Produsul secundar valoros a fost ars la faclă din motive de siguranță, deoarece s-a crezut că sunt mult prea ridicate costurile de recuperare.

în efortul de a reduce orice impact asupra mediului cauzat de incinerarea acidului cianhidric la faclă, s-a montat un al doilea scruber în contra-curent pentru a prelucra conținutul colectorului de faclă al procesului. Conținutul colectorului de faclă al procesului s-a contactat cu un flux lichid apos care curge în direcție opusă. Porțiunile necondensabile ale materialului colectorului de faclă al procesului s-au separat din fluxul apos și s-au direcționat la colectorul de faclă al procesului și s-au ars, ca mai sus. Fluxul lichid apos s-a returnat în procesul de recuperare și purificare și s-a amestecat cu fluxul apos principal care este folosit pentru absorbția produșilor doriți, care ies din reactor și ulterior distilat la nivelul de puritate dorit.

RO 121966 Β1

Prin evaluarea compoziției fluxului lichid apos returnat la procesul de recuperare din 1 scruberul colectorului de faclă al procesului, s-a descoperit că aproape zece procente (10%) din randamentul teoretic al produsului secundar (HCN) considerată a exista în materialul co- 3 lectorului de faclă al procesului. Nivelul ridicat de acid cianhidricîn materialul colectorului de faclă al procesului a fost total neașteptat pentru operatorii acestor unități. Până la recupe- 5 rarea materialului, specialiștii în domeniul obținerii și purificării acrilonitrilului sau metacrilonitrilului nu au avut cunoștință de nivelul ridicat de produs secundar (HCN) care s-a 7 direcționat la faclă timp de ani de funcționare și nici de avantajele economice care s-ar fi putut obține prin recuperarea acidului cianhidric la acel nivel. 9

Comparativ cu măsurătoarea acidului cianhidric în materialul în fază de vapori din colectorul de faclă al procesului, recuperarea prin spălare cu apă în contracurent dă de mai 11 multe ori cantitatea de acid cianhidric recuperat așteptată. Dificultatea măsurării cu precizie a acidului cianhidricîn faza de vapori, cuplată cu convingerea că o cantitate semnificativ mai 13 mare de acid cianhidric s-a polimerizat în echipamentul de proces și dificultatea cuantificării cantității reale de acid cianhidric polimeric recuperat în timpul proceselor de întreținere, a 15 condus pe specialiștii din domeniu la concluzia că numai cantități mici de acid cianhidric sunt disponibile pentru recuperare din materialul pentru faclă. Numai implementarea unui proces 17 de recuperare a furnizat o indicație a mărimii reale a cantităților de acid cianhidric arse anterior. 19

Deși s-a folosit un contactor apos în contracurent pentru a recupera acidul cianhidric din materialul colectorului de faclă al procesului, pot fi folosite cu rezultate similare și alte 21 procedee cunoscute în domeniu. Asemenea procedee includ, dar nu sunt limitate, scrubere în fază apoasă și organică în contracurent și echicurent, distilare, extracție, percolare, 23 adsorbție, absorbție, condensare selectivă, reacție selectivă ș.a. Există o restricție suplimentară a căderii mici de presiune pentru operarea sistemului colectorului de faclă fără să rezulte 25 o contrapresiune mai înaltă. Alte aspecte se referă la menținerea integrității sistemului de faclă ca sistem de evacuare și control de urgență când se instalează un sistem pentru a 27 spăla sau capta materiale suplimentare din fluxurile purjate normal.

De preferință, reacția de amoxidare este efectuată într-un reactor cu pat fluidizat deși 29 pot fi folosite și alte tipuri de reactoare, cum ar fi cele cu deplasare liniară. Reactoarele cu pat fi uidizat pentru obținerea acrilonitrilului sunt binecunoscuteîn domeniu. De exemplu, este 31 adecvată schema reactorului prezentată în brevetele US 3230246.

Condițiile pentru ca să se desfășoare reacția de amoxidare sunt cunoscute în 33 domeniu așa cum este evidențiat în brevetele US 5093299; 4863891; 4767878 și 4503001. în mod tipic, procesul de amoxidare este efectuat prin contactarea propilenei sau izobutilenei 35 în prezența amoniacului și oxigenului cu un catalizator în pat fluidizat, la o temperatură ridicată, pentru a se obține acrilonitril sau metacrilonitril. Poate fi folosită orice sursă de oxigen. 37 Din motive economice, totuși, se preferă utilizarea aerului. Raportul molar tipic de oxigen la olefină la alimentare este în intervalul de la 0,5:1 la 4:1, de preferință de la 1:1 la 3:1. Ra- 39 portul molar dintre amoniac și olefină în alimentarea reacției poate varia între 0,5:1 la 5:1.

Nu există o limită superioară a raportului amoniac-olefină, dar nu există niciun motiv pentru 41 a se depăși un raport de 5:1 din considerente economice.

Reacția este efectuată la o temperatură între 260°C și 600°C, dar intervalele preferate 43 sunt de la 310°C la 500°C, în special preferate între 350°C și 480°C. Timpul de contact, deși nu este critic, este cuprins în general în intervalul de la 0,1 la 50 secunde, de preferință de 45 la 1 la 15 secunde.

Pe lângă catalizatorul prezentat în US 3642930, se pot folosi și alți catalizatori pentru 47 aplicarea prezentei invențiicum sunt cei prezentați în US 5093299.

RO 121966 Β1

După cum este evident specialiștilor în domeniu, diferite modificări ale prezentei invenții pot fi făcute în lumina expunerii făcute și a discuției fără a se depărta de spiritul și sfera de protecție dată de revendicări.

Claims (9)

1. Revendicări

   1. Procedeu de recuperare a acidului cianhidric rezultat din sinteza acrilonitrilului sau metacrilonitrilului, caracterizat prin aceea că cel puțin o parte a materialului sub formă de vapori conținând acid cianhidric, care este purjat la un colector de faclă, este direcționată spre o zonă de recuperare a acidului cianhidric.
2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, conținutul colectorului de faclă este transportat la un contactor în care respectivul conținut al colectorului de faclă este contactat cu un flux apos, în care cel puțin o porțiune din acidul cianhidric conținut în respectivul colector de faclă este absorbită în numitul flux apos.
3. 3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că recuperarea acidului cianhidric cuprinde o operație aleasă din grupul format din spălarea în contracurent a fazei apoase, spălarea în contracurent a fazei organice, spălarea în echicurent a fazei apoase, spălarea în echicurent a fazei organice, distilare, extracție, percolare, adsorbție, absorbție, condensare selectivă și reacția selectivă.
4. 4. Procedeu conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că operația de recuperare a acidului cianhidric cuprinde spălarea în fază apoasă în contracurent.
5. 5. Procedeu conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că operația de recuperare a acidului cianhidric cuprinde spălarea în fază apoasă în echicurent.
6. 6. Procedeu conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că, contactorul este ales din grupul format din scruber în contracurent, scruber în echicurent, coloană de distilare, coloană de extracție, coloană de percolare, turn de adsorbție, turn de absorbție și turn de condensare selectivă.
7. 7. Procedeu conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că, contactorul este un scruber în contracurent.
8. 8. Procedeu conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că, contactorul este un scruber în echicurent.
9. 9. Procedeu conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că, contactorul este o coloană de distilare.