TW201800387A - 回收塔控制（一） - Google Patents

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Abstract

從丙烯腈和乙腈的混合物分離丙烯腈的方法，其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；和將丙烯腈-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，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。

Description

回收塔控制(一)
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。
從丙烯腈和乙腈的混合物分離丙烯腈的方法，其包括提供丙烯腈和乙腈的混合物至回收塔；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；和將丙烯腈-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。
在另一方面，從丙烯腈和乙腈的混合物分離丙烯腈的方法，其包括提供丙烯腈和乙腈的混合物至回收塔；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；和提供包括約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，從丙烯腈和乙腈的混合物分離丙烯腈的方法，其包括提供丙烯腈和乙腈的混合物至具有多個塔板的回收塔，其中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；提供含水溶劑至塔板的頂部區段；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；和將丙烯腈-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。
在另一方面，從丙烯腈和乙腈的混合物分離丙烯腈的方法，其包括提供丙烯腈和乙腈的混合物至具有多個塔板的回收塔，其中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；提供含水溶劑至塔板的頂部；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；和提供包括約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，從丙烯腈和乙腈的混合物分離丙烯腈的方法，其包括提供丙烯腈和乙腈的混合物至回收塔，並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；在回收塔的頂部區段的頂部部分保持約55-約80℃的溫度；在回收塔的中部區段的頂部部分保持約65-約85℃的溫度和在回收塔的中部區段的底部部分保持約100-約120℃的溫度；在回收塔的底部區段的底部部分保持約105-約125℃的溫度；和將丙烯腈-水共沸物與乙腈分離以提供包括丙烯腈-水共沸物的塔頂流、底部流和側流。
在另一方面，操作回收塔的方法包括提供約100-約105℃的溫度至所述回收塔中的控制塔板，然後將進料流引入至所述回收塔內。
在另一方面，操作回收塔的方法包括在所述回收塔的頂部區段提供約100℃或更少的溫度，然後將進料流引入至所述回收塔。
在另一方面，操作回收塔的方法包括提供約100-約105℃的溫度至回收塔的控制塔板，然後將丙烯腈和乙腈的混合物引入至回收塔內；提供丙烯腈和乙腈的混合物至回收塔，並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；在回收塔的頂部區段的頂部部分保持約55-約80℃的溫度；在回收塔的中部區段的頂部部分保持約65-約85℃的溫度，以及在回收塔的中部區段 的底部部分保持約100-約120℃的溫度；在回收塔的底部區段的底部部分保持約105-約125℃的溫度；和將丙烯腈-水共沸物與乙腈分離以提供包括丙烯腈-水共沸物的塔頂流、底部流和側流。
1、101、301‧‧‧進料流
2、7‧‧‧水流
3、107、304、307‧‧‧流
4‧‧‧液體流
4v、5v‧‧‧蒸汽側流
5‧‧‧蒸氣流
6‧‧‧粗乙腈流
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‧‧‧擋板
350‧‧‧底部區段
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組件。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(切線：切線(tangent to tangent))的約25-約40%。
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。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。所述塔板位於塔的不同高度，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(切線：切線)的約25-約40%。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。
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。
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。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)。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/或與其它過程流換熱。
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。
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‧‧‧擋板
350‧‧‧底部區段

Claims (24)

  1. 一種操作回收塔的方法，該方法提供約80-約105℃的溫度至該回收塔中的控制塔板，其中HCN在該回收塔中的量為200ppm或更少。
  2. 如請求項1的方法，其中該控制塔板位於該回收塔的中部區段。
  3. 如請求項1的方法，其中HCN在該控制塔板的量為200ppm或更少。
  4. 如請求項1的方法，其中在該回收塔中該控制塔板處的溫度為約100-約105℃。
  5. 如請求項1的方法，其進一步包含在該回收塔的頂部區段提供約100℃或更小的溫度。
  6. 如請求項5的方法，其中該回收塔的頂部區段先前為約70-約90℃。
  7. 一種操作回收塔的方法，該方法包含提供約100-約105℃的溫度至該回收塔中的控制塔板，然後將進料流引入至該回收塔。
  8. 如請求項7的方法，其中該控制塔板位於該回收塔的中部區段。
  9. 如請求項7的方法，其進一步包含在該回收塔的頂部區段提供約100℃或更小的溫度，然後將進料流引入至該回收塔。
  10. 如請求項9的方法，其中該回收塔的頂部區段為約70-約90℃，然後將該進料流引入至該回收塔。
  11. 如請求項7的方法，其中該進料流包括有機物。
  12. 如請求項11的方法，其中該有機物包括選自丙烯腈、甲基丙烯腈、乙腈和它們的混合物的有機物。
  13. 如請求項7的方法，其中回收塔溫度控制由一個或多個再沸器和一個或多個換熱器提供。
  14. 如請求項7的方法進一步包含提供丙烯腈和乙腈的混合物至該回收塔。
  15. 如請求項14的方法，其中將丙烯腈和乙腈的該混合物提供至該回收塔的中部區段。
  16. 如請求項14的方法，其中將該含水溶劑提供至該回收塔的頂部區段。
  17. 一種操作回收塔的方法，該方法包含在該回收塔的頂部區段提供約100℃或更小的溫度，然後將進料流引入至該回收塔。
  18. 如請求項17的方法，其中該回收塔的頂部區段為約70-約90℃，然後將該進料流引入至該回收塔。
  19. 如請求項17的方法，其中該進料流包括有機物。
  20. 如請求項19的方法，其中該有機物包括選自丙烯腈、甲基丙烯腈、乙腈和它們的混合物的有機物。
  21. 如請求項17的方法，其中回收塔溫度控制由一個或多個再沸器和一個或多個換熱器提供。
  22. 如請求項17的方法，其進一步包含提供丙 烯腈和乙腈的混合物至該回收塔。
  23. 如請求項22的方法，其中將丙烯腈和乙腈的該混合物提供至該回收塔的中部區段。
  24. 如請求項17的方法，其中將該含水溶劑提供至該回收塔的頂部區段。
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