RU2236400C2

RU2236400C2 - Acrylonitrile manufacture process

Info

Publication number: RU2236400C2
Application number: RU2002109213/04A
Authority: RU
Inventors: Джеффри Ирл РИНКЕР (US); Джеффри Ирл РИНКЕР; Пол Тригг УОШТЕНДОРФ (US); Пол Тригг УОШТЕНДОРФ; Винсент Эстор ЛИТТЛ III (US); Винсент Эстор ЛИТТЛ III; Санджай Пурушоттам ГОДБОЛ (US); Санджай Пурушоттам ГОДБОЛ
Original assignee: Дзе Стэндард Ойл Компани
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2004-09-20

Abstract

FIELD: industrial organic synthesis.

SUBSTANCE: propylene, ammonia, and oxygen are fed into reaction zone containing fluidized catalyst bed to form reactor stream containing crude acrylonitrile, which is introduced into quenching column wherein stream comes into contact with first aqueous stream to cool reactor stream. Cooled stream is then introduced into absorption column wherein it comes into contact with second aqueous stream (injected into column through liquid-spray nozzles) to separate and remove crude acrylonitrile in the form of bottom stream. The latter is transferred to recuperation and purification stage wherein acrylonitrile is recuperated and purified.

EFFECT: essentially fully eliminated problem of clogging of absorption column by polymer.

5 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к производству акрилонитрила, а в частности, настоящее изобретение имеет отношение к усовершенствованию способа производства акрилонитрила с использованием реактора с псевдоожиженным слоем.The present invention relates to the production of acrylonitrile, and in particular, the present invention relates to an improvement in a method for the production of acrylonitrile using a fluidized bed reactor.

Способ производства акрилонитрила в реакторе с псевдоожиженным слоем стал использоваться в промышленном масштабе с начала 60-х годов. Обычно при осуществлении этого способа поток реактора от реакции аммоксидирования пропилена в реакторе с псевдоожиженным слоем пропускают через колонну гашения (охлаждения), поглотительную колонну и рекуперационные отгоночные колонны для выделения и очистки акрилонитрила в виде продукта. Как правило, используют поток воды для поглощения органических материалов (акрилонитрила, ацетонитрила и HCN) из потока пара в поглотительной колонне. Органические материалы, удаленные в поглотительной колонне, отгоняют затем из потока воды в рекуперационных отгоночных колоннах. Обычно поглотительная колонна содержит три секции: (1) нижнюю зону теплопередачи, в которой горячие газы от колонны гашения охлаждаются за счет прямого теплообмена с холодной водой; (2) зону поглощения, в которой органические материалы в реакционных газах абсорбируются охлажденной водой (причем результирующая вода, богатая органическими продуктами, называется "богатой водой"); (3) верхнюю зону теплопередачи, в которой поступающая вода охлаждается за счет прямого теплообмена с холодным десорбированным газом. В известных ранее процессах внутри указанных трех секций поглотительной колонны обычно имеются рефрагирующие тарелки, структурированная насадка или неупорядоченная насадка. Настоящее изобретение направлено на создание усовершенствованного способа извлечения и очистки акрилонитрила, который позволяет снизить время обработки за счет исключения проблем засорения полимером поглотительной колонны.The production method of acrylonitrile in a fluidized bed reactor has been used on an industrial scale since the beginning of the 60s. Typically, when implementing this method, the reactor stream from the ammoxidation reaction of propylene in a fluidized bed reactor is passed through a quenching (cooling) column, an absorption column, and recovery distillation columns to isolate and purify acrylonitrile as a product. Typically, a water stream is used to absorb organic materials (acrylonitrile, acetonitrile and HCN) from a vapor stream in an absorption column. The organic materials removed in the absorption column are then distilled off from the water stream in recovery recovery columns. Typically, the absorption column contains three sections: (1) the lower heat transfer zone, in which the hot gases from the quenching column are cooled by direct heat exchange with cold water; (2) an absorption zone in which organic materials in the reaction gases are absorbed by chilled water (and the resulting water rich in organic products is called “rich water”); (3) the upper heat transfer zone, in which the incoming water is cooled by direct heat exchange with cold desorbed gas. In previously known processes, within the three sections of the absorption column, there are usually refractory plates, a structured nozzle, or a disordered nozzle. The present invention is directed to an improved method for the extraction and purification of acrylonitrile, which allows to reduce the processing time by eliminating the problems of clogging of the polymer absorption column.

Первой задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа производства акрилонитрила.The first objective of the present invention is to provide an improved method for the production of acrylonitrile.

Другой задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа производства акрилонитрила с использованием реактора с псевдоожиженным слоем.Another objective of the present invention is to provide an improved method for the production of acrylonitrile using a fluidized bed reactor.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа извлечения и очистки акрилонитрила в виде продукта, полученного из реактора с псевдоожиженным слоем.Another objective of the present invention is to provide an improved method for the extraction and purification of acrylonitrile in the form of a product obtained from a fluidized bed reactor.

Указанные ранее и другие задачи и преимущества настоящего изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, а также станут очевидными из описания или при практическом осуществлении настоящего изобретения.The foregoing and other objects and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description, given by way of example, not limiting and given with reference to the accompanying drawings, and will also become apparent from the description or in the practical implementation of the present invention.

Для решения указанных задач в соответствии с настоящим изобретением предложен способ, который предусматривает введение в реакцию пропилена, аммиака и кислорода в реакционной зоне в присутствии катализатора для получения потока реактора, который содержит неочищенный акрилонитрил, перемещение потока реактора, содержащего неочищенный акрилонитрил, в колонну гашения, в которой поток реактора, который содержит неочищенный акрилонитрил, вводят в контакт с водным потоком для охлаждения потока реактора, перемещение охлажденного потока реактора, который содержит неочищенный акрилонитрил, в поглотительную колонну, в которой поток реактора, содержащий неочищенный акрилонитрил, вводят в контакт со вторым водным потоком для отделения и удаления неочищенного акрилонитрила в виде нижнего потока, перемещение нижнего потока, который содержит неочищенный акрилонитрил, в рекуперационную колонну, в которой происходит выделение акрилонитрила, причем второй водный поток подают в поглотительную колонну при помощи насадок распыления жидкости.To solve these problems in accordance with the present invention, a method is provided which involves introducing propylene, ammonia and oxygen into the reaction in the presence of a catalyst to obtain a reactor stream that contains crude acrylonitrile, transferring the reactor stream containing crude acrylonitrile to the quench column, in which the reactor stream, which contains the crude acrylonitrile, is brought into contact with the aqueous stream to cool the reactor stream, moving the cooled reaction stream a torus that contains crude acrylonitrile to an absorption column in which a reactor stream containing crude acrylonitrile is contacted with a second aqueous stream to separate and remove the crude acrylonitrile as a lower stream, moving a lower stream that contains crude acrylonitrile to the recovery column in which the selection of acrylonitrile, and the second water stream is fed into the absorption column using nozzles for spraying liquid.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения способ производства акрилонитрила предусматривает введение в контакт аммиака, содержащего кислород газа и пропилена в присутствии катализатора псевдоожиженного слоя в реакторе с псевдоожиженным слоем.According to a preferred embodiment of the present invention, a method for producing acrylonitrile comprises contacting ammonia containing oxygen gas and propylene in the presence of a fluidized bed catalyst in a fluidized bed reactor.

Распылительные насадки могут быть установлены в нижней или верхней части поглотительной колонны или во всем объеме ее.Spray nozzles can be installed in the lower or upper part of the absorption column or in its entire volume.

На фиг.1 приведено схематическое изображение способа в соответствии с настоящим изобретением.Figure 1 shows a schematic illustration of a method in accordance with the present invention.

На фиг.2 показано поперечное сечение поглотительной колонны, снабженной насадками распыления жидкости.Figure 2 shows a cross section of an absorption column equipped with nozzles for spraying liquid.

Далее будет детально описан способ в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на сопроводительные чертежи.Next will be described in detail the method in accordance with the present invention with reference to the accompanying drawings.

Настоящее изобретение может быть использовано в любом способе выделения и очистки акрилонитрила и метакрилонитрила, в котором используют поглотительную колонну, причем продукт переводят из колонны гашения в поглотительную колонну ранее выделения и очистки акрилонитрила в виде продукта. Специфические промежуточные операции, связанные с выделением и очисткой акрилонитрила, не являются критическими в соответствии с настоящим изобретением и легко могут быть выполнены специалистами в данной области. Например, для очистки неочищенного акрилонитрила и получения акрилонитрила в виде продукта могут быть использованы дистилляционные колонны.The present invention can be used in any method for the isolation and purification of acrylonitrile and methacrylonitrile, in which an absorption column is used, the product being transferred from the quenching column to the absorption column prior to isolation and purification of acrylonitrile as a product. Specific intermediate operations associated with the separation and purification of acrylonitrile are not critical in accordance with the present invention and can easily be performed by specialists in this field. For example, distillation columns may be used to purify the crude acrylonitrile and obtain the acrylonitrile as a product.

На фиг.1 показано, что пропилен и аммиак поступают в реактор 1 по линии 2, содержащий кислород газ (которым обычно является воздух) подается в реактор по линии 4. Пропилен, аммиак и кислород вступают в реакцию в реакторе (которым преимущественно является реактор с псевдоожиженным слоем) в присутствии катализатора с псевдоожиженным слоем, что позволяет получить акрилонитрил. Поток реактора, содержащий акрилонитрил, переводят из реактора 1 по линии 3 в колонну гашения 5, в которой поток реактора охлаждается за счет прямого контакта с водным потоком. Охлажденный поток реактора отводят из колонны гашения 5 и направляют по линии 7 в поглотительную колонну 9, в которой водный поток вводят в контакт с охлажденным потоком реактора для получения неочищенного акрилонитрила (неочищенным акрилонитрилом называют акрилонитрил, который содержит различные примеси, в том числе такие побочные продукты как HCN и ацетонитрил). Неочищенный акрилонитрил затем переводят из поглотительной колонны 9 по линии 13 в рекуперационную колонну 15, в которой неочищенный акрилонитрил подвергают перегонке для удаления некоторых примесей, после чего неочищенный акрилонитрил направляют по линии 23 в головную колонну 25, где происходит добавочная перегонка для отделения акрилонитрила от побочных продуктов, таких как HCN и ацетонитрил. Полученный акрилонитрил из головной колонны 25 направляют по линии 27 на дальнейшую очистку в продуктовую колонну 31. Очищенный акрилонитрил отводят из продуктовой колонны 31 по линии 35, а отходы по линии 33 направляют на рециркуляцию. Побочный продукт HCN обычно получают по линии 29 из головной колонны 25. Побочный продукт ацетонитрил обычно получают в виде бокового потока (не показан) из рекуперационной колонны 15.Figure 1 shows that propylene and ammonia enter the reactor 1 through line 2, oxygen-containing gas (which is usually air) is supplied to the reactor via line 4. Propylene, ammonia and oxygen react in the reactor (which is mainly a reactor with fluidized bed) in the presence of a catalyst with a fluidized bed, which allows to obtain acrylonitrile. The reactor stream containing acrylonitrile is transferred from the reactor 1 via line 3 to the quench column 5, in which the reactor stream is cooled by direct contact with the water stream. The cooled reactor stream is diverted from the quenching column 5 and sent via line 7 to the absorption column 9, in which the water stream is brought into contact with the cooled reactor stream to obtain crude acrylonitrile (crude acrylonitrile is called acrylonitrile, which contains various impurities, including such by-products like HCN and acetonitrile). The crude acrylonitrile is then transferred from the absorption column 9 via line 13 to a recovery column 15 in which the crude acrylonitrile is distilled to remove some impurities, after which the crude acrylonitrile is sent via line 23 to the head column 25, where additional distillation takes place to separate the acrylonitrile from the by-products such as HCN and acetonitrile. The resulting acrylonitrile from the head column 25 is sent via line 27 for further purification to the food column 31. The purified acrylonitrile is withdrawn from the food column 31 via line 35, and the waste from line 33 is sent for recycling. The HCN by-product is usually obtained via line 29 from the head column 25. The acetonitrile by-product is usually obtained as a side stream (not shown) from the recovery column 15.

Для осуществления настоящего изобретения поглотительная колонна 9 специально выполнена таким образом, чтобы можно было применить новый способ ввода в контакт охлажденного газообразного потока реактора, содержащего акрилонитрил, для удаления акрилонитрила из потока реактора.For the implementation of the present invention, the absorption column 9 is specially designed so that a new method of contacting a cooled gaseous stream of a reactor containing acrylonitrile can be applied to remove acrylonitrile from the stream of the reactor.

На фиг.2 показана новая конфигурация внутреннего пространства поглотительной колонны 9. На фиг.2 показано поперечное сечение поглотительной колонны 9 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Внутренняя секция поглотительной колонны 9 содержит круговую сетку 37, имеющую поперечину 41. Сетка 37 и поперечина 41 снабжены насадками распыления жидкости 39, которые установлены у круговой сетки 37 и поперечины 41 таким образом, что распыленная вода из насадок 39 доходит до всех точек окружности поглотительной колонны 9, что позволяет обеспечивать полный контакт распыленной воды с охлажденным газообразным потоком реактора и отводить акрилонитрил в виде нижнего потока по линии 13 (фиг.1). Обычно промежуток между насадками распыления жидкости 39 составляет от 90 до 360 см, а преимущественно от 120 до 230 см. Понятно, что число использованных в колонне распылительных насадок будет зависеть от размера колонны, причем в любом случае задачей является обеспечение перекрытия всех точек окружности колонны. Обычно для колонны диаметром 5 м число использованных насадок составляет от 7 до 10, в зависимости от размера использованных насадок. Отметим, что действительная конфигурация насадок не является критической при условии, что все точки окружности колонны покрыты распыленной водой из насадок.Figure 2 shows a new configuration of the interior of the absorption column 9. Figure 2 shows a cross section of the absorption column 9 in accordance with a preferred embodiment of the present invention. The inner section of the absorption column 9 contains a circular mesh 37 having a cross member 41. The mesh 37 and the cross 41 are provided with liquid spray nozzles 39, which are installed at the circular mesh 37 and the cross member 41 so that the sprayed water from the nozzles 39 reaches all points of the circumference of the absorption column 9, which allows full contact of the sprayed water with the cooled gaseous stream of the reactor and the removal of acrylonitrile in the form of a lower stream along line 13 (Fig. 1). Typically, the interval between the nozzles for spraying liquid 39 is from 90 to 360 cm, and mainly from 120 to 230 cm. It is clear that the number of spray nozzles used in the column will depend on the size of the column, and in any case, the task is to ensure that all points of the circumference of the column overlap. Typically, for a column with a diameter of 5 m, the number of nozzles used is from 7 to 10, depending on the size of the nozzles used. Note that the actual configuration of the nozzles is not critical, provided that all points of the circumference of the column are covered with sprayed water from the nozzles.

Насадки распыления жидкости в виде полого или сплошного конуса могут быть установлены в верхней и/или нижней секциях теплообмена поглотительной колонны. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения использовано множество уровней полых конусных насадок, установленных с соответствующими промежутками между насадками и уровнями, что позволяет обеспечивать полное перекрытие распыленной водой из насадок всей открытой поверхности оболочки поглотительной колонны.Liquid spray nozzles in the form of a hollow or solid cone can be installed in the upper and / or lower sections of the heat exchange of the absorption column. In accordance with a preferred embodiment of the present invention, a plurality of levels of hollow cone nozzles are used, which are installed at appropriate intervals between the nozzles and levels, which makes it possible to ensure that the sprayed water from the nozzles completely covers the entire open surface of the shell of the absorption column.

Производят соответствующую циркуляцию нагнетаемой насосом жидкости, подводимой к распылительным насадкам и распыляемой через них таким образом, чтобы обеспечивать желательный теплообмен в верхней и/или нижней секциях теплообмена поглотительной колонны за счет прямого контакта газообразной фазы, содержащей акрилонитрил в виде продукта, с распыленной жидкостью. Нагнетаемую насосом жидкость преимущественно подают в виде потока скольжения у дна поглотительной колонны или потока скольжения у боковой стенки поглотительной колонны, и/или в виде обедненной или свежей воды поглотительной колонны, а также в виде сконденсированной воды из колонны гашения.A corresponding circulation of the fluid pumped by the pump is carried out, supplied to the spray nozzles and sprayed through them so as to provide the desired heat transfer in the upper and / or lower sections of the heat exchange of the absorption column due to direct contact of the gaseous phase containing acrylonitrile in the form of a product with the sprayed liquid. The liquid pumped by the pump is preferably supplied in the form of a slip stream at the bottom of the absorption column or a slide stream at the side wall of the absorption column, and / or in the form of depleted or fresh water of the absorption column, and also in the form of condensed water from the quench column.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения используют ручные или автоматические клапаны управления, которые установлены на подводящих трубопроводах каждого уровня распылительных насадок, что позволяет производить регулирование расхода на каждом уровне и оптимизировать теплообмен.In accordance with another preferred embodiment of the present invention, manual or automatic control valves are used that are installed on the supply pipelines of each level of spray nozzles, which allows for flow control at each level and to optimize heat transfer.

Нашли, что использование насадок распыления жидкости во внутреннем пространстве поглотительной колонны вместо тарелок или вместо структурированной или неупорядоченной насадки создает следующие важные преимущества. Использование распылительных насадок приводит к снижению собственного падения давления в системе распыления, что приводит к снижению вероятности засорения системы распыления. Было обнаружено, что традиционная насадка поглотительной колонны, как структурированная, так и неупорядоченная, имеет тенденцию засорения полимером в ходе работы системы выделения и очистки акрилонитрила. Накопленные отложения полимера приводят к возрастанию падения давления в колонне до тех пор, пока колонну не придется остановить для проведения дорогостоящего и длительного процесса очистки. При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением, за счет использования системы распыления исключены поверхности потенциального осаждения полимера, что позволяет полностью или в основном исключить проблему засорения полимером. В том случае, когда полностью или в основном исключена проблема засорения полимером, можно работать при более низком давлении системы. Само собой разумеется, что работа при более низком давлении системы улучшает процесс извлечения и очистки акрилонитрила и позволяет повысить выход акрилонитрила в виде продукта.It has been found that using liquid spray nozzles in the interior of an absorption column instead of plates or instead of a structured or disordered nozzle creates the following important advantages. The use of spray nozzles leads to a decrease in the own pressure drop in the spray system, which reduces the likelihood of clogging of the spray system. It was found that the traditional packing of the absorption column, both structured and disordered, tends to become clogged with polymer during the operation of the acrylonitrile recovery and purification system. The accumulated polymer deposits lead to an increase in pressure drop in the column until the column has to be stopped for an expensive and lengthy cleaning process. When using the method in accordance with the present invention, through the use of a spraying system, the potential polymer deposition surfaces are eliminated, which completely or mainly eliminates the problem of polymer clogging. In the case when the problem of polymer clogging is completely or basically eliminated, it is possible to work at a lower system pressure. It goes without saying that operating at a lower system pressure improves the process of extraction and purification of acrylonitrile and allows to increase the yield of acrylonitrile in the form of a product.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.Despite the fact that the preferred embodiment of the invention has been described, it is very clear that it will be modified and supplemented by those skilled in the art, which do not, however, go beyond the scope of the following claims.

Claims

1. A method for the production of acrylonitrile, including introducing propylene, ammonia and oxygen into the reaction zone in the presence of a catalyst, to obtain a stream from a reactor containing crude acrylonitrile, moving the stream from a reactor containing crude acrylonitrile to a quenching column in which this stream is introduced in contact with the first water stream to cool the stream from the reactor, moving the cooled stream from the reactor containing the crude acrylonitrile to the absorption column in which this stream contacting the second water stream to separate and remove the crude acrylonitrile in the form of a lower stream from the absorption column, moving the lower stream containing the crude acrylonitrile to a recovery and purification step in which the separation and purification of acrylonitrile takes place, the second water stream being fed to the absorption column using spray nozzles.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction zone is a fluidized bed reactor.

3. The method according to claim 1, characterized in that the spray nozzles are installed in the lower part of the absorption column.

4. The method according to claim 1, characterized in that the spray nozzles are installed in the upper part of the absorption column.

5. The method according to claim 1, characterized in that the spray nozzles are installed in the entire volume of the absorption column.