TW201731570A - 回收塔控制（二） - Google Patents

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Abstract

一種萃取蒸餾方法，其包括向至少一個蒸餾塔提供包括丙烯腈和乙腈的混合物；將包括丙烯腈和乙腈的所述混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；和將丙烯腈-水共沸物與乙腈分離以提供塔頂流和側流。所述方法包括使用添加到蒸餾塔的含水溶劑流以及蒸餾塔的溫度來控制塔頂流雜質和側流雜質。

Description

回收塔控制(二)
提供了從丙烯腈和乙腈的混合物分離丙烯腈的方法。更具體地，所述方法包括將混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物並將丙烯腈-水共沸物與乙腈分離。
用於丙烯腈的回收和淨化系統為已知的，參見例如美國專利號4,234,510；3,936,360；3,885,928；3,433,822；和3,399,120。通常，丙烯、氨和空氣在具有氨氧化催化劑的蒸氣相中反應。蒸汽狀的反應器流出物然後通至驟冷系統中，其中反應器流出物直接與含水驟冷液(通常為水)接觸。該驟冷去除未反應的氨和重聚合物。驟冷氣體然後行進至吸收塔。
在吸收器中，氣體直接與吸收液(也通常為水)接觸。水、丙烯腈、乙腈、HCN和相關的雜質留在吸收器底部的含水溶液中。惰性氣體從吸收器頂部去除。然後，含水溶液行進至回收塔。該塔通過萃取蒸餾從所述含水溶液中去除乙腈。
在丙烯腈製造程序中，回收塔在從包含丙烯腈、氰化氫(HCN)、乙腈、水和其它不需要的雜質的富水 中回收粗丙烯腈中起到關鍵作用，所述雜質在反應器中的氨氧化程序期間產生。萃取蒸餾的方法用於回收塔以分離丙烯腈和乙腈，其具有非常接近的沸點。溶劑水添加在塔的頂部以促進萃取蒸餾。乙腈和其它重雜質隨著溶劑水在塔中強制下降，然而，HCN和丙烯腈-水共沸物從塔頂部回收作為粗丙烯腈。然後，粗丙烯腈在純化區段進一步處理以回收純的丙烯腈。塔的底部區段用於回收粗乙腈，通過汽提程序使用回收塔的再沸器中的蒸汽。
塔從富水中回收粗丙烯腈的操作性能取決於多個程序參數，例如，添加的溶劑水的量，溶劑水的溫度，用於再沸器的蒸汽的量，和富水的溫度。所有這些變數對塔的塔頂組合物以及塔負荷具有強烈的影響。程序變數之間的關係的這種多變數性質造成了適當地控制關鍵變數並優化它們的問題。傳統的控制方法(例如PID控制)引起變數中的顯著變動並導致並非最優的塔性能。優化塔性能對節省蒸汽使用量和提高設備處理量是非常重要的。例如，使用過量的溶劑水確實減少雜質的量，例如在回收的粗丙烯腈中噁唑和乙腈的量，但是增加了塔的負荷，因此增加了蒸汽使用量。這減少了塔處理更多富水的能力，其減少了總體設備處理量。另一方面，較少的溶劑水增加了雜質的量以及在粗丙烯腈中乙腈的量。過量的這些雜質最後處於最終產品中，導致不符合丙烯腈產品規格需求。
萃取蒸餾方法包括提供包括丙烯腈和乙腈的混合物到至少一個蒸餾塔中；將包括丙烯腈和乙腈的混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；和將丙烯腈 -水共沸物與乙腈分離以提供塔頂流和側流。所述方法包括在塔頂流中保持約0.05重量%或更少的乙腈和在側流中保持約0.5重量%或更少的丙烯腈。
萃取蒸餾方法包括向至少一個蒸餾塔提供包括丙烯腈和乙腈的混合物；將包括丙烯腈和乙腈的所述混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；和將丙烯腈-水共沸混合物與乙腈分離以提供塔頂流和側流。所述方法包括使用添加到蒸餾塔的含水溶劑流以及蒸餾塔的溫度來控制塔頂流雜質和側流雜質。
萃取蒸餾塔控制方法包括提供包括丙烯腈和乙腈的混合物到至少一個蒸餾塔中；將包括丙烯腈和乙腈的混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；將丙烯腈-水共沸物與乙腈分離以提供塔頂流和側流；和控制塔頂流中乙腈的量和側流中丙烯腈的量，使用高級程序控制器基於模型預測控制來確定對於操作變數的同步控制行動以便優化至少一組參數，同時控制至少一組受控變數。在這方面，操作變數組包括添加到蒸餾塔的含水溶劑的量和蒸餾塔溫度，和受控變數組包括塔頂中乙腈的量和側流中丙烯腈的量。至少一組受控變數的控制包括控制添加到所述蒸餾塔的含水溶劑的量和所述蒸餾塔的溫度。
1、101、101、301‧‧‧進料流
2‧‧‧水流；底部流
3、107、304、307‧‧‧流
4‧‧‧液體流
4v、5v‧‧‧蒸汽側流
5‧‧‧蒸氣流
6‧‧‧粗乙腈流
7‧‧‧水流
10‧‧‧第一塔
20‧‧‧第二塔
102、302‧‧‧底部流
103、303‧‧‧塔頂流
104、306‧‧‧側流
110、310‧‧‧塔
300‧‧‧設備
330‧‧‧頂部區段
340‧‧‧中部區段
342‧‧‧粗乙腈濃縮區域
344‧‧‧內部垂直擋板
350‧‧‧底部區段
501‧‧‧傾析器
所述方法的以上及其他方面、若干方面的特徵和優點從以下附圖中將更加顯而易見。
圖1提供了回收塔的總體視圖。
圖2說明了回收塔的另一個視圖。
圖3說明了包括乙腈濃縮區域的回收塔；和 圖4說明了回收塔溫度分佈。
在附圖的數個視圖由始至終，相應的附圖標記表明相應的元件。技術人員應理解，在附圖中的元件為簡單和清晰起見說明，和無需按比例描繪。例如，在附圖中的一些元件的尺寸相對於其它元件可放大以幫助改善不同方面的理解。此外，在商業可行方面是有用或必需的通用但易於理解的元件通常不描繪以有利於這些不同方面更不受阻礙的觀察。
以下描述不應理解為限制意義，但是僅為了描述示例性的實施方案的通用原理而進行。本發明的範圍應參考申請專利範圍限定。
回收塔
任何類型的回收塔可與本發明方法結合使用。若干類型的回收塔配置在本文中描述為實施例。
從乙腈分離丙烯腈的常規方法顯示在圖1中。如圖1所示，進料流1從丙烯腈吸收器(未顯示)發送至第一塔10。進料流1通常含有丙烯腈、氰化氫(HCN)、乙腈和水。基本無乙腈的水流2從第二塔20的底部或附近再循環至第一塔10的上部，以便促進通過萃取蒸餾乙腈與丙烯腈和HCN分離。包含來自進料1的丙烯腈、HCN和一部分水的流3從第一塔10的頂部去除。包含水和乙腈的液體流4作為進料從第一塔10的底部發送至第二塔20。蒸氣流5從第二塔20發送至第一塔10以提供在第一塔10中蒸餾所需的熱量。蒸汽側流4v向上移動至第二塔20且包括乙腈。包含乙腈、水和少量丙烯腈和HCN的粗乙腈流6從第二塔 20的頂部去除。剩餘的水流7基本無丙烯腈、HCN和乙腈且不作為水流2再循環回到第一塔10，其在第二塔20的底部或附近排出第二塔20。
用於從粗乙腈分離丙烯腈的另一個常規方法顯示在圖2中。如圖2所示，進料流101從丙烯腈吸收器(未顯示)發送至塔110。進料流101通常含有丙烯腈、氰化氫(HCN)、乙腈和水。基本無乙腈的底部流102從塔110的底部或附近再循環至塔110的頂部，以促進通過萃取蒸餾從丙烯腈和HCN中分離乙腈。底部流102中未再循環至塔110頂部的的部分作為流107排出塔110。包含來自進料流101的丙烯腈、HCN和一部分水的塔頂流103從塔110頂部去除。蒸汽側流5v向上移動至塔110且含水和乙腈的側流104(對應於圖1中的4v)從塔110去除。
回收塔的另一個實例顯示在圖3中。在這方面，設備300包括塔310。塔310包括頂部區段330、中部區段340和底部區段350。單一塔310的中部區段340可配置用以接收進料流301。在一個方面，塔包括頂部區段和中部區段，且中部區段與頂部區段的直徑之比為約0.8-約1.2，在另一方面，約0.9-約1.1，在另一方面，約1.5-約2.5，在另一方面，約1.75-約2.25，和在另一方面，約1.8-約2。在一個方面，塔包括中部區段和底部區段，且底部區段與中部區段的直徑之比為約0.8-約1.2，在另一方面，約0.9-約1.1，在另一方面，約1.5-約2.5，在另一方面，約1.75-約2.25，和在另一方面，約1.8-約2。在一個方面，塔包括頂部區段和底部區段，且底部區段與頂部區段的直徑之比為約0.8-約1.2，在另一方面，約0.9-約1.1，在另 一方面，約1.5-約2.5，在另一方面，約1.75-約2.25，和在另一方面，約1.8-約2。在一個方面，頂部區段、中部區段和底部區段各自為回收塔高度的約25-約40%(：切線：切線(tangent to tangent))。
如圖3所示，包含丙烯腈、HCN和水的塔頂流303從塔310的頂部去除。塔頂流303發送至傾析器501。在這方面，所述方法包括將傾析器容量保持在傾析器日平均容量的約50-約70%。在另一方面，所述方法包括將傾析器容量保持在傾析器日平均容量的約50-約60%，在另一方面，約55-約70%，和在另一方面，約55-約60重量%。在另一方面，來自傾析器的有機流為提供至塔的丙烯腈和乙腈混合物體積的約6-約11%。在另一方面，來自傾析器的有機流為約6-約10%，在另一方面，約8-約10%，和在另一方面，約8.75-約10%。
進一步如圖3所示，回收塔可包括粗乙腈濃縮區域342。粗乙腈濃縮區域342包括內部垂直擋板344。粗乙腈濃縮區域可包括多個塔板。所述塔板於塔的不同高度，和各個塔板包括延伸跨越粗乙腈濃縮區域342橫截面的水平面。粗乙腈區域342包括上出口，其配置用以允許側流306流出塔310的粗乙腈濃縮區域342。蒸汽可沿擋板344的任一側作為流304或蒸氣流5v向上流動。底部流302中未再循環至塔310頂部的部分作為流307排出。
回收塔可包括頂部區段、中部區段和底部區段。在一個方面，頂部區段、中部區段和底部區段各自為回收塔高度的約25-約40%(：切線：切線)。各回收塔部分可進一步分成多個部分。例如，回收塔的中部區段包括頂 部部分、中部部分和底部部分。在這方面，頂部部分、中部部分和底部部分各自為所述回收塔中部區段高度的約25-約40%。在另一方面，所述回收塔的頂部區段包括頂部部分和底部部分，其各自為所述回收塔頂部區段高度的約40-約60%。在另一方面，所述回收塔的底部區段包括頂部部分和底部部分，其各自為所述回收塔底部區段高度的約40-約60%。
在另一方面，回收塔可包括約80-約120個塔板，和在另一方面，約80-約100個塔板。在回收塔中的所述多個塔板包括塔板的頂部區段、塔板的中部區段和塔板的底部區段。在這方面，塔板的頂部區段、塔板的中部區段和塔板的底部區段各自為所述回收塔中塔板總數的約25-約40%。
所述回收塔的塔板頂部區段包括塔板的頂部部分和塔板的底部部分，其各自為所述回收塔的塔板頂部區段塔板總數的約40-約60%。塔板的中部區段包括塔板的頂部部分、塔板的中部部分和塔板的底部部分。塔板的頂部部分、塔板的中部部分和塔板的底部部分各自為所述回收塔的塔板中部區段塔板總數的約25-約40%。所述回收塔的塔板的底部區段包括塔板的頂部部分和塔板的底部部分，其各自為所述回收塔的塔板底部區段塔板總數的約40-約60%。
回收塔操作
提供至回收塔的進料流通常含有丙烯腈、氰化氫(HCN)、乙腈和水(在圖1中顯示為進料流1，在圖2中顯示為進料流101，和在圖3中顯示為進料流301)。在這方 面，提供至回收塔的進料流包括約2-約10重量%的丙烯腈，在另一方面，約3-約7重量%，和在另一方面，約4-約6重量%的丙烯腈。混合物還包括乙腈，其量為約0.1-約0.3重量%的乙腈，和在另一方面，約0.15-約0.25重量%的乙腈。混合物還可包括其它成分，例如，較少量的丙烯醛和/或噁唑。提供至回收塔的進料流具有約162℉(72.2℃)-約175℉(79.4℃)的溫度，在另一方面，約165℉(73.8℃)-約167℉(75℃)，在另一方面，約165℉(73.8℃)-約166℉(74.4℃)，和在另一方面，約166℉(74.4℃)-約167℉(75℃)。
含水溶劑，其可為溶劑水，在塔的頂部部分進入回收塔(在圖1中顯示為為水流2，在圖2中顯示為水流102和在圖3中顯示為水流302)。引入至回收塔頂部的溶劑水跨越塔板沿塔向下流動，當其移動至回收塔的底部時冷凝和提取乙腈。當液體下降跨越回收塔中的塔板至塔底時，來自汽提器的熱蒸汽和從新鮮蒸汽增加的熱量沿塔向上移動通過塔板孔，使得與其上的液體密切接觸。在液體和蒸汽運輸之間發生傳熱並趨向於將全部有機物(除了乙腈)向上移動至塔頂。進入回收塔的含水溶劑的溫度可為約102℉(38.8℃)-約128℉(53.3℃)，在另一方面，約102℉(38.8℃)-約108℉(42.2℃)，在另一方面，約116℉(46.6℃)-約128℉(53.3℃)，和在另一方面，約105℉(40.5℃)-約106℉(41.1℃)。
通過回收塔(在圖1中顯示為流3，在圖2中顯示為流103，和在圖3中顯示為流303)產生的塔頂流可包括來自進料流的丙烯腈、HCN和一部分水。在一個方面，在 塔頂流中噁唑的濃度保持在約30ppm或更少，在另一方面，約25ppm或更少，在另一方面，約15ppm或更少，在另一方面，約30-約0.5ppm，在另一方面，約30-約0.5ppm，在另一方面，約25-約0.5ppm，在另一方面，約25-約5ppm，在另一方面，約15-約0.5ppm，和在另一方面，約15-約5ppm。
回收塔可提供包括水和乙腈的蒸汽側流，其基本無丙烯腈和HCN(在圖2中顯示為流104，和在圖3中顯示為流304)。在一個方面，以MSCFH計的(MSCFH-百萬標準立方英尺/小時(28320m3/hr))側流流量與以美制加侖/分鐘(0.0038m3/hr)計的塔進料(包括丙烯腈和乙腈的混合物)之比約為0.1-約0.3，在另一方面，約0.1-約0.2125，在另一方面，約0.1-約0.2，在另一方面，約0.2-約0.225，和在另一方面，約0.2-約0.2125。在另一方面，在側流中HCN保持在約2重量%或更少的濃度，在另一方面，約1重量%或更少，在另一方面，約0.5重量%或更少，在另一方面，約2-約0.1重量%，和在另一方面，約1-約0.1重量%。
回收塔還可提供底部流(在圖1中顯示為底部流2，在圖2中顯示為底部流102，和在圖3中顯示為底部流302)，其由回收塔的底部部分離開。底部流的至少一部分可再循環回到回收塔的頂部部分。加熱回收塔的已知方法包括，例如，蒸汽、蒸汽加熱再沸器和/或與其它程序流換熱。
在一個方面，所述方法包括控制流速，以使得含水溶劑流速與包括丙烯腈和乙腈的混合物流速之比為約1：2-約1：1.6。所述方法可還包括控制流速，以提供約 1：1.25-約1：1.7的側流流速與包括丙烯腈和乙腈的混合物流速之比。在另一方面，塔具有約16psid(磅/平方英寸差值(110.32kPa))或更少的壓降，和在另一方面，約12psid(82.7kPa)或更少。在這方面，psid代表塔的頂部和底部之間的壓差。
溫度控制
圖4描述了回收塔操作的溫度分佈。在圖4中描述的合適的溫度控制和溫度分佈對於適合的塔操作來說是重要的。溫度分佈中的變化，如圖4中虛線所示，可受到以下變化的組合的影響，包括溶劑水和進料溫度，溶劑水速率和蒸汽速率。塔壓力也會改變分佈。
在曲線上點“A”以上的變化主要是由於組成和壓力的變化。點“A”以上的溫度變化不是關鍵的，但塔頂溫度應保持盡可能低以使得去往塔頂的噁唑、乙腈、丙酮和水的量最小化。點“B”以下的溫度變化主要是由於塔板的壓力變化，因為在該區段中組成大部分為水。
回收塔的溫度控制包括已知的溫度控制系統，其可包括再沸器和換熱器。在一個方面，在回收塔底部產生必要的沸騰所需的熱負荷可通過在任何常規再沸騰設備內的傳熱來提供。常規再沸器可包括殼-管式換熱器的一些變體。再沸器構造的一些實例包括釜、熱虹吸、壓力環流、束式加熱棒、水平、垂直和下降膜。在一個方面，所述方法包括通過在回收塔的底部或附近去除液體以及在熱虹吸式再沸器中交換液體來控制溫度。在這方面，來自熱虹吸式再沸器的流出物返回至回收塔。新鮮蒸汽可注入以補充或替代回收塔所需的熱負荷。在另一方面，所述方 法包括通過兩個並聯的垂直熱虹吸再沸器，使用源自渦輪排氣的增壓蒸汽使回收塔再沸騰。
在一個方面，回收塔溫度保持如下：所述回收塔的中部區段的頂部部分保持在約65-約85℃的溫度下，和在另一方面，約70-約80℃；所述回收塔的中部區段的底部部分保持在約100-約120℃，和在另一方面，約105-約115℃；所述回收塔的頂部區段的頂部部分保持在約55-約80℃，和在另一方面，約60-約75℃；所述回收塔的頂部區段的頂部部分和底部部分具有約0-約20℃的溫差，和在另一方面，約5-約15℃；所述回收塔的底部區段的底部部分保持在約105-約125℃，和在另一方面，約110-約120℃；和所述回收塔的底部區段的頂部部分和底部部分具有約0-約15℃的溫差，和在另一方面，約7-約13℃。
在另一方面，回收塔溫度保持如下：所述回收塔的中部區段的塔板的頂部部分保持在約65-約85℃的溫度下，和在另一方面，約70-約80℃；所述回收塔的中部區段的塔板的底部部分保持在約100-約120℃，和在另一方面，約105-約115℃；所述回收塔的頂部區段的塔板的頂部部分保持在約55-約80℃，和在另一方面，約60-約75℃；所述回收塔的頂部區段的塔板的頂部部分和塔板的底部部分具有約0-約20℃的溫差，和在另一方面，約5-約15℃；所述回收塔的底部區段的塔板的底部部分保持在約 105-約125℃，和在另一方面，約110-約120℃；和所述回收塔的底部區段的塔板的頂部部分和塔板的底部部分具有約0-約15℃的溫差，和在另一方面，約7-約13℃。
在另一方面，回收塔的中部區段的溫度控制如下：在一個方面，回收塔的中部區段的溫降為回收塔頂部塔板與底部塔板溫降的約35%或更大；在另一方面，回收塔的中部區段的溫降為回收塔頂部塔板與底部塔板溫降的約50%或更大；在另一方面，回收塔的中部區段的溫降為回收塔頂部塔板與底部塔板溫降的約75%或更大；在另一方面，回收塔的中部區段的溫降為回收塔頂部塔板與底部塔板溫降的約75%；和在另一方面，回收塔的中部區段的溫降為回收塔頂部塔板與底部塔板溫降的約80%。
回收塔的溫度控制提供了具有以下組成的塔頂流、底部流和側流：塔頂流，其包括丙烯腈-水共沸物和約0.05重量%或更少的乙腈，在另一方面，約0.03重量%或更少的乙腈，和在另一方面，約0.01重量%或更少的乙腈；塔頂流，其包括約70重量%-約90重量%的丙烯腈，和在另一方面，約75-約85重量%的丙烯腈；底部流，其包括約0-約0.0075重量%的乙腈，在另一方面，約0.0025-約0.007重量%的乙腈，和在另一方面，約0.0025-約0.005重量%的乙腈；和 側流，其包括約5-約70重量%的乙腈，在另一方面，約5-約50重量%的乙腈，和在另一方面，約6-約12重量%的乙腈。
操作回收塔的方法，所述方法包含向回收塔中的控制塔板提供約100-約105℃的溫度，然後將進料流引入至回收塔。在這方面，控制塔板位於回收塔的中部區段。所述方法還包括在回收塔頂部區段提供約100℃或更少的溫度，然後將進料流引入至回收塔，在另一方面，回收塔的頂部區段為約70-約90℃，然後將進料流引入至回收塔。在這方面，進料流包括有機物。有機物可包括丙烯腈、甲基丙烯腈、乙腈和它們的混合物。
在提供所說明的溫度之後，所述方法包括將丙烯腈和乙腈的混合物提供至回收塔；將丙烯腈和乙腈的混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；將丙烯腈-水共沸物與乙腈分離以提供包括丙烯腈-水共沸物和約0.05重量%或更少乙腈的塔頂流。所述方法提供了包括約0-約0.0075重量%乙腈的底部流，和包括約5-約70重量%乙腈的側流。
在另一方面，操作回收塔的方法包括在回收塔頂部區段提供約100℃或更少的溫度，然後將進料流引入至回收塔。在這方面，回收塔的頂部區段為約70-約90℃，然後將進料流引入至回收塔。
在提供所說明的溫度之後，所述方法包括將丙烯腈和乙腈的混合物提供至回收塔；將丙烯腈和乙腈的混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；將丙烯腈-水共沸物與乙腈分離以提供包括丙烯腈-水共沸物和約 0.05重量%或更少乙腈的塔頂流。所述方法提供了包括約0-約0.0075重量%乙腈的底部流，和包括約5-約70重量%乙腈的側流。
高級程序控制
丙烯腈和乙腈混合物的萃取蒸餾程序的一個目標包括減少塔頂流中和側流中的雜質。在第一控制方面，雜質水平的控制包括添加到回收塔的水的量和塔溫。在另一個控制方面，控制包括傾析器中材料水平或量以及跨回收塔的壓降。其它控制可包括塔頂流中噁唑雜質的水平、側流中HCN的水平、溶劑水與富水流量之比，和側流與富水流量之比。
在一個方面，程序控制包括使用高級程序控制器，其基於模型預測控制來確定操作變數組的同步控制行動，以便優化至少一組參數同時控制至少一組受控變數。在這方面，操作變數組可包括添加到蒸餾塔的含水溶劑的量，和蒸餾塔溫度。受控變數組可包括塔頂中乙腈的量和側流中丙烯腈的量。受控變數組可還包括傾析器水平和/或蒸餾塔壓降。在另一方面，受控變數還包括以下參數，其包括塔頂物中的噁唑水平，含水溶劑流速與包括丙烯腈和乙腈的混合物流速之比，側流流速與包括丙烯腈和乙腈的混合物流速之比，和它們的混合物。
如本文所用，術語“操作變數”是指通過高級程序控制器調節的變數。術語“受控變數”是指通過高級程序控制器保持在預定值(設定點)或預定範圍(設定範圍)之內的變數。“優化變數”是指將所述變數最大化或最小化和將變數保持在預定值。
模型預測控制的一方面為使用模型和受控變數的可得測量結果來預測未來程序行為。控制器輸出經計算以便優化性能指數，其為預測誤差和計算的未來控制行為的線性或二次函數。在各個取樣瞬時，重複控制計算和基於當前測量結果更新預測。在這方面，適合的模型為包括一組經驗階躍-回應模型的模型，其表達操作變數對於受控變數上的階躍-回應影響。
待優化參數的最佳值可由單獨的優化步驟獲得，或待優化的變數可包括在性能函數中。
在可應用模型預測控制之前，首先確定操作變數對於待優化變數和對於受控變數的階躍變化的影響。這得到一組階躍-回應係數。這組階躍-回應係數形成所述方法的模型預測控制的基礎。
在正常操作期間，定期計算受控變數的預測值用於多個未來控制行為。對於這些未來控制行為，計算性能指數。性能指數包括兩個項，第一個項表示對於各個控制行為的預測誤差的未來控制行為之和，而第二個項表示對於各個控制行為的操作變數變化的未來控制行為之和。對於各個受控變數，預測誤差為受控變數的預測值和受控變數的參考值之間的差。預測誤差乘以加權因子，且對於控制行為的操作變數的變化乘以行為抑制因子。在此論述的性能指數是線性的。
備選地，所述項可為平方項之和，在這樣的情況下性能指數為二次的。此外，可對操作變數、操作變數的變化和對受控變數設置約束。這產生單獨的方程組，解方程組同時使性能指數最小化。
優化可按兩種方式進行：一種方式為在性能指數最小化之外單獨優化，和第二種方式為在性能指數之內優化。
當單獨進行優化時，包括待優化的變數作為預測誤差內的受控變數用於各個控制行為，且優化產生用於受控變數的參考值。
備選地，在性能指數計算內進行優化，和這產生性能指數中的第三個項，具有適當的加權因子。在這種情況下，受控變數的參考值為預定的穩態值，其保持恒定。
考慮約束，將性能指數最小化以產生用於未來控制行為的操作變數值。然而，僅執行下一個控制行為。然後，再次開始用於未來控制行為的性能指數的計算。
具有階躍回應係數的模型和在模型預測控制中所需的方程為電腦程式的一部分，執行所述程式以便控制液化程序。裝載有這種可處理模型預測控制的程式的電腦程式被稱為高級程序控制器。可利用的市售可得的電腦程式包括，例如Aspen Technology的DMCplus®和Emerson的PredictPro®。
在一個方面，所述方法提供了增加的塔容量。塔容量定義為所述塔可處理的富水(提供至塔的包括丙烯腈和乙腈的混合物)的量。在這方面，所述方法提供了約0.00002-約0.00003的塔容量(噸/小時)與截面積(在進料口高度，mm2)之比。
在另一方面，所述方法提供了減少的能量用量。在這方面，所述方法提供了每加侖提供至塔的包括丙 烯腈和乙腈的混合物1600btu或更少的能量用量，在另一方面，約1500btu或更少，和在另一方面，每加侖提供至塔的包括丙烯腈和乙腈的混合物約1400btu或更少。
雖然本文公開的本發明已經通過具體的實施方案、實施例和它們的應用來描述，但是本領域技術人員在不偏離申請專利範圍所闡述的本發明範圍的情況下可對其進行許多改進和變化。
5v‧‧‧蒸汽側流
301‧‧‧進料流
302‧‧‧底部流
303‧‧‧塔頂流
304、307‧‧‧流
306‧‧‧側流
310‧‧‧塔
340‧‧‧中部區段
342‧‧‧粗乙腈濃縮區域
344‧‧‧內部垂直擋板
350‧‧‧底部區段
501‧‧‧傾析器

Claims (45)

  1. 一種萃取蒸餾方法，其包含：提供包括丙烯腈和乙腈的混合物到至少一個蒸餾塔；將包括丙烯腈和乙腈的該混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；和將該丙烯腈-水共沸物與該乙腈分離以提供塔頂流和側流，其中在該塔頂流中保持約0.05重量%或更少的乙腈，和在該側流中保持約0.5重量%或更少的丙烯腈。
  2. 如請求項1的方法，其中在該塔頂流中的乙腈重量%和在該側流中的丙烯腈重量%基於至蒸餾塔的含水溶劑流和蒸餾塔溫度來控制。
  3. 如請求項2的方法，其中該蒸餾塔的溫度在該塔的中部區段處測量。
  4. 如請求項1的方法，其中包括丙烯腈和乙腈的該混合物在進入該蒸餾塔之前具有約162℉(72.2℃)-約175℉(79.4℃)的溫度。
  5. 如請求項1的方法，其中該含水溶劑在進入該蒸餾塔之前具有約102℉(38.8℃)-約128℉(53.3℃)的溫度。
  6. 如請求項1的方法，其中該塔頂流發送至傾析器，和該傾析器的容量保持在傾析器日平均容量的約50%-約70%。
  7. 如請求項1的方法，其中來自該傾析器的 有機流為包括丙烯腈和乙腈的該混合物體積的約6-約11%。
  8. 如請求項1的方法，其中該蒸餾塔具有約16psid或更少的壓降。
  9. 如請求項1的方法，其中以MSCFH/加侖計的該側流流速與以加侖/分鐘計的包括丙烯腈和乙腈的混合物的進料速率之比為約0.1-約0.3。
  10. 如請求項1的方法，其中噁唑在該塔頂流中保持約30ppm或更少的濃度。
  11. 如請求項1的方法，其中HCN在該側流中保持約2重量%或更少的濃度。
  12. 如請求項1的方法，其中該含水溶劑流速與包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比為約1：2-約1：1.6。
  13. 如請求項1的方法，其中該側流流速與包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比為約1：1.25-約1：1.7。
  14. 如請求項1的方法，其中該方法提供每加侖提供至該回收塔的丙烯腈和乙腈混合物約1600btu或更小的能量用量。
  15. 一種萃取蒸餾方法，其包含：提供包括丙烯腈和乙腈的混合物到至少一個蒸餾塔；將包括丙烯腈和乙腈的該混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；和 將該丙烯腈-水共沸物與該乙腈分離以提供塔頂流和側流，其中使用添加到該蒸餾塔的含水溶劑流以及該蒸餾塔的溫度來控制塔頂流雜質和側流雜質。
  16. 如請求項15的方法，其中該塔頂雜質選自乙腈、噁唑和它們的混合物，和該側流雜質選自丙烯腈、HCN和它們的混合物。
  17. 如請求項16的方法，其中在該塔頂流中保持約0.05重量%或更少的乙腈，和在該側流中保持約1重量%或更少的丙烯腈。
  18. 如請求項15的方法，其中在該塔頂流中的乙腈重量%和在該側流中的丙烯腈重量%基於至蒸餾塔的含水溶劑流和蒸餾塔溫度來控制。
  19. 如請求項18的方法，其中該蒸餾塔的溫度在該塔的中部區段處測量。
  20. 如請求項15的方法，其中包括丙烯腈和乙腈的該混合物在進入該蒸餾塔之前具有約162℉(72.2℃)-約175℉(79.4℃)的溫度。
  21. 如請求項15的方法，其中該含水溶劑在進入該蒸餾塔之前具有約102℉(38.8℃)-約128℉(53.3℃)的溫度。
  22. 如請求項15的方法，其中該塔頂流發送至傾析器，和傾析器的容量保持在傾析器日平均容量的約50%-約70%。
  23. 如請求項15的方法，其中來自該傾析器的有機流為包括丙烯腈和乙腈的該混合物體積的約6-約11%。
  24. 如請求項15的方法，其中該蒸餾塔具有約16psid或更少的壓降。
  25. 如請求項15的方法，其中以MSCFH/加侖計的該側流流速與以美制加侖/分鐘計的包括丙烯腈和乙腈的混合物的進料速率之比為約0.1-約0.3。
  26. 如請求項15的方法，其中噁唑在該塔頂流中保持約30ppm或更少的濃度。
  27. 如請求項15的方法，其中HCN在該側流中保持約2重量%或更少的濃度。
  28. 如請求項15的方法，其中該含水溶劑流速與包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比為約1：2-約1：1.6。
  29. 如請求項15的方法，其中該側流流速與包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比為約1：1.25-約1：1.7。
  30. 如請求項15的方法，其中該方法提供每加侖提供至該回收塔的丙烯腈和乙腈混合物約1600btu或更小的能量用量。
  31. 一種萃取蒸餾塔控制方法，其包含：提供包括丙烯腈和乙腈的混合物到至少一個蒸餾塔中； 將包括丙烯腈和乙腈的該混合物與含水溶劑接觸以提供丙烯腈-水共沸物；將該丙烯腈-水共沸物與該乙腈分離以提供塔頂流和側流；和控制在該塔頂流中乙腈的量和在該側流中丙烯腈的量，使用高級程序控制器基於模型預測控制來確定對於操作變數的同步控制行動，以便優化至少一組參數同時控制至少一組受控變數，其中操作變數組包括添加到該蒸餾塔的含水溶劑的量和蒸餾塔溫度，和受控變數組包括在該塔頂中乙腈的量和在該側流中丙烯腈的量，其中該至少一組受控變數的控制包括控制添加到該蒸餾塔的含水溶劑的量和該蒸餾塔的溫度。
  32. 如請求項31的方法，其中該受控變數組進一步包括傾析器水平和/或蒸餾塔壓降。
  33. 如請求項32的方法，其中該受控變數組進一步包括選自以下的參數：在該塔頂中噁唑的水平，含水溶劑流速與包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比，該側流流速與包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比，和它們的混合物。
  34. 如請求項31的方法，其中添加到該蒸餾塔的含水溶劑的量和蒸餾塔溫度提供塔頂流中約0.05重量%或更少的乙腈以及側流中約1重量%或更少的丙烯腈。
  35. 如請求項31的方法，其中將該塔頂流發 送至傾析器，其量保持傾析器水平為該傾析器日平均容量的約50%-約70%。
  36. 如請求項31的方法，其中該蒸餾塔具有約16psid或更少的壓降。
  37. 如請求項31的方法，其中包括丙烯腈和乙腈的該混合物在進入該蒸餾塔之前具有約162℉(72.2℃)-約175℉(79.4℃)的溫度。
  38. 如請求項31的方法，其中該含水溶劑在進入該蒸餾塔之前具有約102℉(38.8℃)-約128℉(53.3℃)的溫度。
  39. 如請求項31的方法，其中來自該傾析器的有機流為包括丙烯腈和乙腈的該混合物體積的約6-約11%。
  40. 如請求項31的方法，其中以MSCFH/加侖計的該側流流速與以美制加侖/分鐘計的包括丙烯腈和乙腈的混合物的進料速率之比為約0.1-約0.3。
  41. 如請求項31的方法，其中該塔頂流具有約30ppm或更少的噁唑。
  42. 如請求項31的方法，其中該側流具有約2重量%或更少的HCN。
  43. 如請求項31的方法，其中該含水溶劑流速與包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比為約1：2-約1：1.6。
  44. 如請求項31的方法，其中該側流流速與 包括丙烯腈和乙腈的該混合物的流速之比為約1：1.25-約1：1.7。
  45. 如請求項31的方法，其中該方法提供每加侖提供至該回收塔的丙烯腈和乙腈混合物約1600btu或更小的能量用量。
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