WO2024246367A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von acrylsäure - Google Patents

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WO2024246367A1
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section
heat exchanger
aqueous liquid
return
cooled
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Stefan Wendelin BECKER
Ulrich Hammon
Rainer Askani
Lukas SCHULZ
Filip CRAUWELS
Raphael ALENCAR DE OLIVEIRA
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BASF SE
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/25—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring
    • C07C51/252—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C57/00—Unsaturated compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C57/02—Unsaturated compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms with only carbon-to-carbon double bonds as unsaturation
    • C07C57/03—Monocarboxylic acids
    • C07C57/04—Acrylic acid; Methacrylic acid

Definitions

  • the present invention relates to a process for obtaining acrylic acid from a reaction gas which contains acrylic acid, acrolein, water and impurities and which is formed during the catalytic gas phase oxidation of propylene and acrolein.
  • the process comprises quenching the reaction gas with a quenching liquid in a first section, whereby a liquid stream containing acrylic acid and a gas stream containing acrylic acid are obtained.
  • the process further comprises cooling the gas stream by bringing it into contact with an aqueous liquid in a second section, in which the aqueous liquid is collected and removed at a removal position at the lower end of the second section, indirectly cooled and at least part of the cooled aqueous liquid is fed back to the second section.
  • the invention relates to an apparatus for obtaining acrylic acid from a reaction gas, comprising a first section for quenching the reaction gas with a quenching liquid to obtain a liquid stream containing acrylic acid and a gas stream containing acrylic acid, and a second section for cooling the gas stream by bringing it into contact with an aqueous liquid.
  • DE 197 40 253 A1 discloses a process for the fractional condensation of a hot gas mixture with a high proportion of non-condensable components.
  • the process relates in particular to the production of acrylic acid by heterogeneously catalyzed gas phase oxidation.
  • the hot gas mixture which has a high proportion of non-condensable components, is fractionally condensed by being fed from below into a column with separating internals and the condensable components are condensed out by cooling.
  • a high-boiling fraction is condensed by distilling and condensing out the high-boiling fraction from the gas stream being fed upwards in countercurrent.
  • An external cooling circuit is provided in the upper part of the column. In the cooling circuit, the condensation of the low boiling fraction from the gas flow that is guided upwards in countercurrent takes place. The condensation heat is removed externally in the cooling circuit by means of a heat exchanger, whereby the condensed low boiling fraction is withdrawn via a line, cooled and a portion of the cooled, condensed low boiling fraction is returned to the column via a line arranged above the extraction line. In the process, a portion of the condensed low boiling fraction is discharged.
  • EP 1 097 916 A2 discloses a further process and a further device for producing acrylic acid.
  • the reaction gas is fed to an absorption column and brought into contact there with an acrylic acid absorption solvent, whereby the reaction gas is cooled and absorbed.
  • a liquid stream containing acrylic acid is obtained.
  • the liquid stream containing acrylic acid is fed to a cooling device, cooled there, and then fed back into a middle section of the absorption column.
  • the present invention is based on the object of specifying a method and a device of the type mentioned at the outset, the energy requirement for cooling the withdrawn aqueous liquid is reduced and in which an optimization is achieved with regard to the energy consumption for cooling and the acrylic acid losses.
  • the process according to the invention for obtaining acrylic acid from a reaction gas which contains acrylic acid, acrolein, water and impurities and which is formed in the catalytic gas phase oxidation of propylene and acrolein comprises the following steps: a) quenching the reaction gas with a quenching liquid in a first section, whereby a liquid stream containing acrylic acid and a gas stream containing acrylic acid are obtained, and b) cooling the gas stream by bringing it into contact with an aqueous liquid in a second section in which the aqueous liquid is collected and removed at a removal position at the lower end of the second section, indirectly cooled and at least a portion of the cooled aqueous liquid is returned to the second section.
  • the aqueous liquid is cooled in several successive heat exchangers, wherein a first portion of the aqueous liquid is returned to the second section after the last heat exchanger at a first temperature at a first return position above the removal position and a second portion of the aqueous liquid is discharged at a first discharge position after a heat exchanger and before the last heat exchanger at a second temperature and is returned to the second section at a second return position which is below the first return position.
  • the second section can also be referred to as a quenching or backwashing section.
  • the aqueous liquid taken from the second section is thus cooled in several stages, each stage comprising at least one separate heat exchanger.
  • the successive heat exchangers thus form a multi-stage cooling system in which the aqueous liquid is cooled to a lower temperature in each cooling stage.
  • readily available coolants such as air or surface water are expediently used. It has been found that the energy requirement of the heat exchangers can be reduced by discharging a second portion of the aqueous liquid before the last heat exchanger and returning it to the second section, with essentially the same or only insignificantly higher acrylic acid losses. At the same time, however, the energy requirement for cooling the aqueous liquid is reduced, since the last heat exchanger only cools the first portion of the aqueous liquid and no longer the second portion of the aqueous liquid that has been discharged.
  • the cooling medium used by the heat exchanger(s) located downstream of the first discharge position is cooled using energy.
  • the cooling medium used by the or at least one of the heat exchangers, which located upstream of the first discharge position, is removed from the environment without cooling.
  • downstream and upstream in this document refer to the flow direction of the aqueous liquid sampled.
  • the method according to the invention takes into account that the energy required to cool the extracted aqueous liquid is different for the successive heat exchangers.
  • the cooling medium can be taken from the environment without being cooled. For example, ambient air can be sucked in or surface water can be pumped into the heat exchanger. If the aqueous liquid is to be cooled to a temperature that is in the range of the ambient temperature or below the ambient temperature, energy, for example electrical energy, must be applied for the cooling. For example, the cooling medium must be cooled using electrical energy.
  • the cooling power is shifted to heat exchangers, in which less energy, in particular electrical energy, has to be applied for the cooling power, since they can be operated with a cooling medium that can be taken from the environment without prior cooling. If the amount of the cooled volume flow is increased in the method according to the invention, an energy saving can advantageously result when carrying out the method with the same overall cooling power.
  • the method according to the invention can be used in particular in an environment with relatively high temperatures, since in this case a relatively high proportion of the cooling capacity must be provided by heat exchangers that use cooling media that must be cooled by electrical energy. Shifting the cooling capacity to heat exchangers that use cooling media from the environment advantageously leads to energy savings in this case, even if a larger volume flow of the aqueous liquid is cooled to achieve a substantially equal total cooling capacity.
  • a third portion of the cooled aqueous liquid is discharged at a second discharge position to at least one further heat exchanger upstream of the removal of the second portion at a third temperature and mixed with the second portion of the cooled aqueous liquid and then returned to the second section at the second return position with a second return temperature.
  • a first return temperature corresponds to the first temperature at which the first portion of the aqueous liquid is returned to the second section after the last heat exchanger.
  • the second return temperature is between the second and the third temperature, since the cooled aqueous liquid of the third portion, which has the third temperature, is mixed with the cooled aqueous liquid of the second portion, the temperature of which is lower than the third temperature.
  • the energy requirement for cooling the withdrawn aqueous liquid can be optimized, taking acrylic acid losses into account. Losses in acrylic acid production, which may be slightly higher, are offset by significant energy savings for cooling the aqueous liquid.
  • the cooling medium used by the heat exchanger(s) arranged upstream of the second discharge position is removed from the environment without being cooled.
  • this embodiment of the method according to the invention shifts the cooling capacity even further to heat exchangers, in which less energy, in particular electrical energy, has to be applied for the cooling capacity, since they can be operated with a cooling medium which can be taken from the environment without prior cooling.
  • the reaction gas passes through a first section in which a liquid stream containing acrylic acid and a gas stream containing acrylic acid are obtained by quenching the reaction gas with a quenching liquid.
  • the gas stream is also cooled by bringing it into contact with an aqueous liquid.
  • the aqueous liquid is collected, for example, at the removal position at the lower end and removed there.
  • the removed aqueous liquid is then cooled indirectly by means of successive heat exchangers and at least a portion of the cooled aqueous liquid is fed back to the second section, namely a first portion with a first return temperature at a first, upper return position and a second portion with a second, higher return temperature at the second Return position located between the first return position and the removal position.
  • the two sections can be designed separately; however, they can also be integrated, for example, in a condensation column. If the two sections are designed in a common condensation column, the first section is arranged in particular below the second section. In this case, the two sections are separated in particular by a collecting tray, which thus forms the lower end of the second section.
  • the collecting tray can have at least one chimney through which the reaction gas can rise from the first section and reach the second section.
  • the aqueous liquid condensed in the second section collects on the collecting tray.
  • the removal position is in particular slightly above the collecting tray at the lower end of the second section, but below the liquid level of the condensate, so that the aqueous liquid collected on the collecting tray can be led out of the second section to be indirectly cooled by the heat exchangers.
  • a fourth portion of the aqueous liquid removed at the removal position is fed back to the first section so that it does not run dry.
  • this fourth portion of the aqueous liquid of the condensation column below the collecting tray can be fed to the upper region of the first section so that the rising reaction gas is fed in countercurrent to this aqueous liquid returned to the first section.
  • a fifth portion of the withdrawn aqueous liquid can be discharged from the second section for further extraction of the acrylic acid still contained in the aqueous liquid.
  • This fifth portion can be further processed in a downstream extraction column for the recovery of acrylic acid portions.
  • the first temperature is in particular in a range from 5 °C to 21 °C.
  • the first temperature is, for example, in a range from 18 °C to 21 °C.
  • the second temperature is in particular in a range from 21 °C to 30 °C.
  • the second temperature is in a range from 23 °C to 27 °C.
  • the second temperature is higher than the first temperature.
  • the third temperature is in particular in a range from 36 °C to 50 °C, preferably in a range from 35 °C to 45 °C.
  • the third temperature can be in a range from 40 °C to 44 °C.
  • the third temperature is higher than the second temperature.
  • the second return temperature is in particular higher than the second temperature. It is in particular in a range from 37 °C to 50 °C, for example in a range from 25 °C to 42 °C.
  • the temperature level in the second section can be shifted compared to a conventional return with only one return position.
  • the withdrawal rate of the withdrawn aqueous liquid can be varied. If the cooled aqueous liquid is returned at a higher temperature at the second return position, in the method according to the invention the withdrawal rate of the aqueous liquid can be increased and at the same time the rate of the cooled aqueous liquid returned at the two return positions can be increased accordingly. In this way, an optimization can be carried out in which a higher temperature level is compensated by a larger volume of cooled aqueous liquid returned.
  • the gas stream containing acrylic acid is cooled by bringing it into contact with the aqueous liquid.
  • sour water is condensed, which, in addition to water, also contains significant amounts of acrylic acid and, in smaller proportions, other carboxylic acids.
  • the aqueous liquid taken from the second section and then returned i.e. the sour water
  • the energy consumption for cooling increases. If the aqueous liquid is returned at a higher temperature, the energy consumption for cooling is lower. At the same time, the temperature increase shifts the temperature profile of the column upwards. This increases the proportion of acrylic acid that reaches the upper condensation area and can be condensed.
  • the acid water which is removed from the second section and the cooling circuit and fed to a downstream extraction column can advantageously have a higher acrylic acid content.
  • the process according to the invention can thus be used to carry out very flexible optimization with regard to energy consumption, the acrylic acid content in the discharged acid water and the acrylic acid losses.
  • the device according to the invention for obtaining acrylic acid from a reaction gas comprises a first section for quenching the reaction gas with a quenching liquid in order to obtain a liquid stream containing acrylic acid and a gas stream containing acrylic acid.
  • the device further comprises a second section for cooling the gas stream by bringing it into contact with an aqueous liquid.
  • the second section has a removal opening at a removal position at the lower end of the second section and at least a first and a second return opening at a first and a second return position, each above the removal position, with the second return position being below the first return position.
  • the device according to the invention further comprises a plurality of successive heat exchangers arranged in series between the removal opening and the second return opening for cooling aqueous liquid that has been withdrawn from the second section through the removal opening.
  • a first return line connects the last heat exchanger to the first return opening for returning a first portion of the aqueous liquid to the second section at a first temperature
  • a second return line connects, at a first discharge position, a first region after the first heat exchanger and before the last heat exchanger to the second return opening for discharging and returning a second portion of the aqueous liquid to the second section at a second temperature.
  • the device according to the invention is particularly designed to carry out the method according to the invention. It therefore also has the same advantages as the method according to the invention.
  • the device has a third return line which, in a second discharge position, connects a second region, which is arranged at least one further heat exchanger upstream of the first region, to the second return line for discharging a third portion of the aqueous liquid at a third temperature and for mixing the third portion with the second portion.
  • this design of the device according to the invention makes it possible, in at least two different regions which are separated at least by a heat exchanger, to discharge aqueous liquid at different temperatures from the cooling circuit in addition to the first portion of the aqueous liquid returned via the first return line, and to return it to the second section via the second return line.
  • This arrangement of the return lines enables the energy requirement of the heat exchangers to be optimized when the device is used to extract acrylic acid.
  • the heat exchangers are in particular indirect heat exchangers in which thermal energy is transferred from the extracted aqueous liquid to another material flow, the cooling medium.
  • the heat exchangers arranged in series cool the aqueous liquid extracted from the second section further through each heat exchanger. Multi-stage cooling can thus be carried out in which the aqueous liquid is cooled to a lower temperature at each cooling stage.
  • the heat exchanger(s) arranged upstream of the second discharge position are selected from an air cooler and a water cooler.
  • the first heat exchanger in the device according to the invention is an air cooler.
  • a second heat exchanger arranged downstream of the first heat exchanger is, for example, a water cooler, for example a surface water cooler.
  • the water used for cooling is, for example, taken from a river without being cooled.
  • At least one further heat exchanger e.g. a third heat exchanger, which is located downstream of the second discharge position and upstream of the first discharge position is arranged, a cold water cooler.
  • a cold water cooler In this case, water is used as the cooling medium, which has been cooled compared to the water used in the water cooler. Energy, in particular electrical energy, must be used for this.
  • the cold water cooler can also be a brine-cooled heat exchanger.
  • a glycol-water mixture is used as the cooling medium of the third heat exchanger.
  • two heat exchangers are arranged downstream of the second discharge position and upstream of the first discharge position.
  • one of these heat exchangers uses a glycol-water mixture as the cooling medium and the other of these heat exchangers uses water as the cooling medium, which has been cooled compared to the water used in the water cooler.
  • At least one further heat exchanger e.g. a fifth heat exchanger, which is arranged downstream of the first discharge position, is a liquid gas evaporator, by which the sour water is cooled even further after the first discharge position.
  • the second return line connects the outlet of the cold water cooler with the second return opening.
  • the third return line connects the outlet of the water cooler with the second return line.
  • a mixer is arranged between the third return line and the second return line, which mixer mixes the third portion of the aqueous liquid with the second portion of the aqueous liquid.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the device according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of the device according to the invention.
  • the basic structure of the device corresponds to an arrangement as described in DE 197 40 253 A1.
  • the device comprises a condensation column 1 with a first section 2 and a second section 3.
  • reaction gas containing acrylic acid, acrolein, water and impurities that arise during the catalytic gas phase oxidation of propylene and acrolein is introduced into a sump area.
  • the hot reaction gas is cooled by quenching, i.e. by direct cooling. This creates a liquid stream containing acrylic acid and a gas stream containing acrylic acid flowing upwards in countercurrent.
  • a collecting tray 4 is arranged through which the gas stream containing acrylic acid can pass, e.g. through at least one chimney.
  • the collecting tray 4 separates the first section 2 from the second section 3.
  • the two sections 2 and 3 are formed in a condensation column 1.
  • the gas stream rising in the second section 3 is also cooled by bringing it into contact with an aqueous liquid. Quenching also takes place in the second section 3, i.e. direct cooling of the rising gas stream by means of an aqueous liquid guided in countercurrent. The gas stream is finally led out of the condensation column 1 via the outlet opening 5.
  • the aqueous liquid that collects on the collecting tray 4 and contains condensed components of the rising gas stream is also known as sour water.
  • this liquid also contains significant amounts of acrylic acid and, in smaller proportions, other carboxylic acids.
  • the sour water is taken from the second section 3.
  • a removal opening 6 is provided at a removal position just above the upper surface of the collecting base 4.
  • the sour water is subjected to multi-stage cooling via this removal opening 6.
  • This multi-stage cooling comprises several heat exchangers, which are generally designated 8, and a large number of lines, which are generally designated 9.
  • the sour water is removed via line 9-1 at the removal opening 6 via a pump 7 and fed to a first heat exchanger 8-1 via line 9-2.
  • the first heat exchanger 8-1 is an air cooler.
  • the first heat exchanger 8-1 cools the removed sour water.
  • the extracted sour water is fed via another line 9-3 to a second heat exchanger 8-2, where it is cooled further.
  • the second heat exchanger 8-2 is designed as a water cooler, which uses surface water as the cooling medium.
  • the extracted sour water is fed to a third heat exchanger 8-3 via another line 9-4, which cools the sour water even further.
  • the third heat exchanger 8-3 uses a glycol-water mixture as a cooling medium, which has a temperature of 32 °C, for example. It can serve as a heating medium in the process and extract heat from the sour water circuit.
  • the cooled acid water passes via line 9-5 to a fourth heat exchanger 8-4, which is designed as a cold water cooler.
  • cooled water is used as the cooling medium, which has a lower temperature than the surface water used by the water cooler.
  • the cooled acid water enters the line 9-6. There, the acid water is divided into a first portion and a second portion at a first discharge position 16-1.
  • the first portion is passed on in line 9-6 to a fifth heat exchanger 8-5, which is designed as a liquid gas evaporator.
  • the extracted sour water is cooled even further.
  • the first portion of the even further cooled sour water passes through a first return line 11-1 through a first return opening 10-1 at a first return position back to the second section 3.
  • the first return position is located in the upper area of the second section 3, i.e. at the top of the condensation column 1.
  • the cooled sour water is led downwards, i.e. in countercurrent to the rising reaction gas, whereby the reaction gas is cooled and acrylic acid, among other things, is enriched in the aqueous liquid.
  • the aqueous liquid then collects on the collecting tray 4.
  • a second return line 11-2 For discharging the second portion of the cooled sour water at the first discharge position 16-1, a second return line 11-2 is provided, which connects a region after the first heat exchanger 8-1 and before the last heat exchanger 8-5 with a second return opening 10-2 for returning the second portion of the sour water to the second section 3.
  • the second return line 11-2 branches off at the first Discharge position 16-1 from line 9-6, which connects the fourth heat exchanger 8-4 with the fifth heat exchanger 8-5.
  • the second return opening 10-2 is arranged at a second return position which is arranged between the withdrawal position and the first return position.
  • the second temperature at which the second portion of the sour water is returned is higher than the first temperature at which the first portion of the sour water is returned, since the second portion of the sour water has not been cooled by means of the fifth heat exchanger 8-5.
  • the second section 3 of the condensation column 1 thus has a plurality of return openings, generally designated 10, at which a cooled aqueous liquid is returned at different temperatures at different return positions.
  • a further fifth portion of the extracted acid water is discharged from line 9-2 via an extraction line 13 and fed to a downstream extraction column 15.
  • the extracted acid water is further processed in the extraction column 15 to recover acrylic acid portions.
  • acrylic acid is obtained from a reaction gas containing acrylic acid, acrolein, water and impurities, which is formed during the catalytic gas phase oxidation of propylene and acrolein.
  • the reaction gas is fed to the first section 2 of the condensation column 1 and cooled there by quenching with a quenching liquid. This results in a liquid stream containing acrylic acid and a countercurrent gas stream containing acrylic acid, which rises in the condensation column 1.
  • a portion of the liquid stream containing acrylic acid is removed from the first section 2 via a side draw (not shown) and acrylic acid is obtained therefrom.
  • the gas stream containing acrylic acid passes through a chimney of the collecting tray 4 into the second section 3 of the condensation column 1. There, the gas stream is cooled by bringing it into contact with an aqueous liquid.
  • the aqueous liquid is guided in countercurrent to the rising gas stream so that acrylic acid is enriched in the aqueous liquid. It collects on the collecting tray 4.
  • the aqueous liquid, ie the sour water is removed at a removal position at the removal opening 6 at the lower end of the second section 3 and cooled in several successive heat exchangers 8. The removal position is therefore arranged below the liquid level of the sour water collecting on the collecting tray 4.
  • a volume flow of 865 m 3 /h is removed through the removal opening 6 at a temperature of 62.7 °C by means of the pump 7.
  • a volume flow of 36.70 m 3 /h is fed back to the first section 2 of the condensation column in line 9-2 via column line 14. Furthermore, acid water with a volume flow of 14.51 m 3 /h is discharged from line 9-2 via extraction line 13 and fed to extraction column 15.
  • the remaining sour water is passed through the first heat exchanger 8-1 and cooled there to 50 °C.
  • the cooling capacity of the first heat exchanger required for this is 10,486 kW.
  • the sour water is then passed through the second heat exchanger 8-2, where it is cooled to 42 °C.
  • the cooling capacity of the second heat exchanger 8-2 required for this is 6,612 kW.
  • the sour water is then fed to the third heat exchanger 8-3 and cooled to 39 °C.
  • the cooling capacity of the third heat exchanger 8-4 required for this is 2,450 kW. Since the third heat exchanger 8-3 is a cold water cooler, energy must be used for this
  • the sour water is then fed to the fourth heat exchanger 8-4 and cooled to 24.7 °C.
  • the cooling capacity of the fourth heat exchanger 8-4 required for this is 11,756 kW. Since the fourth heat exchanger 8-4 is a cold water cooler, electrical energy must be used for this.
  • the cooled sour water is divided into a first part and a second part. The first part, about 42% of the volume flow, is fed to the fifth heat exchanger 8-5 and cooled by it to a first return temperature of 20.7 °C and returned to the second section 3 at the first return position through the first return opening 10-1.
  • the power consumption required for cooling of the fifth heat exchanger 8-5 is 1,400 kW. Since the fifth heat exchanger 8-5 is a liquid gas evaporator, it also takes this energy from the sour water.
  • the second portion is returned to the second section 3 of the condensation column 1 via the second return opening 10-2 at the second return temperature of 24.7 °C at the second return position.
  • the temperature profile in section 3 of the condensation column 1 increases in comparison to a process in which no portion of the acid water is discharged and returned at a higher temperature. This increases the acrylic acid content in section 3.
  • a volume flow of 14.51 m 3 /h at 62.7°C with 9.97% acrylic acid results in section 3.
  • the device of the second embodiment essentially corresponds to the device of the first embodiment, which is why only the differences from the device of the first embodiment are discussed below.
  • a third portion of the sour water cooled at least by the first heat exchanger 8-1 is discharged, namely at least one further heat exchanger upstream of the removal of the second portion at the first discharge position 16-1.
  • this second portion was removed between the fourth heat exchanger 8-4 and the fifth heat exchanger 8-5 at the line 9-6.
  • the third portion is discharged between the second heat exchanger 8-2 and the third heat exchanger 8-3 at a second Discharge position 16-2 is branched off at line 9-4 and fed to a mixer 12 via a third return line 11-3.
  • mixer 12 the third portion is mixed with the second portion, which is taken from line 9-6. The mixture is then fed back into the second section 3 via the second return line 11-2, as in the first embodiment, at the second return position through the second return opening 10-2.
  • the first heat exchanger 8-1 and the second heat exchanger 8-2 are arranged upstream of the second discharge position. These two heat exchangers 8-1, 8-2 are characterized by the fact that the cooling medium they use, i.e. the ambient air and the surface water, is taken from the environment without cooling and does not need to be cooled separately, in particular for use in the heat exchangers 8-1, 8-2.
  • the cooling medium they use i.e. the ambient air and the surface water
  • the second embodiment of the method according to the invention essentially corresponds to the first embodiment of the method according to the invention, which is why only the differences from the first embodiment of the method according to the invention are discussed below.
  • the sour water is removed from the second section 3 at the removal position through the removal opening 6 with a volume flow of 1,227 m 3 /h at a temperature of 63.2 °C.
  • the volume flow of the sour water returned to the first section 2 via the column line 14 and the volume flow of the sour water removed via the extraction line 13 correspond to the volume flows of the first embodiment.
  • the remaining volume flow of the sour water is cooled to a temperature of 50 °C by the first heat exchanger 8-1.
  • the power consumption required for this is 15,587 kW.
  • the volume flow of the sour water is cooled to a temperature of 42°C by the second heat exchanger 8-2.
  • the power consumption required for this is 9,464 kW.
  • line 9-4 around 70% of the sour water is discharged at the second discharge position 16-2 at a temperature of 42°C.
  • the remaining portion, approximately 30%, is fed to the third heat exchanger 8-3 and cooled to 35 °C. This requires an output of 2,453 kW.
  • the sour water is then fed to the fourth heat exchanger 8-4 and cooled to 25 °C. This requires an electrical output of 3,291 kW.
  • the first portion of the sour water is cooled to 20.9 °C in the fifth heat exchanger 8-5 and returned to the second section 3 at the first return position through the first return opening 10-1.
  • the power consumption of the fifth heat exchanger 8-5 is 1,400 kW, as in the first embodiment.
  • the acid water is discharged after the second heat exchanger 8-2 at a higher temperature of e.g. 42 °C.
  • this portion is then variably mixed with another portion of the acid water, which was brought to a lower temperature by the second and third heat exchangers 8-2, 8-3.
  • this way it is possible to return the acid water in variable quantities and at variable temperatures via the second return opening 10-2 to the second section 3. This enables process optimization in favor of energy savings while controlling acrylic acid losses.
  • the acid water extracted through the extraction line 13 has a 1.9% higher acrylic acid content compared to the process of the first embodiment.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas. Das Verfahren umfasst ein Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit in einem ersten Abschnitt (2), wobei ein Acrylsäure enthaltender Flüssigkeitsstrom und ein Acrylsäure enthaltender Gasstrom erhalten werden und ein Abkühlen des Gasstroms durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit in einem zweiten Abschnitt (3), in dem die wässrige Flüssigkeit am unteren Ende gesammelt und entnommen, indirekt gekühlt und zumindest ein Teil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit dem zweiten Abschnitt (3) wieder zugeführt wird. Die wässrige Flüssigkeit wird dabei erfindungsgemäß in mehreren aufeinanderfolgenden Wärmetauschern (8-1 bis 8-4) gekühlt, wobei ein erster Anteil der wässrigen Flüssigkeit nach dem letzten Wärmetauscher (8-4) oberhalb der Entnahmeposition in den zweiten Abschnitt (3) zurückgeführt wird und ein zweiter Anteil der wässrigen Flüssigkeit nach einem ersten Wärmetauscher (8-1) und vor dem letzten Wärmetauscher (8-4) ausgeschleust und in den zweiten Abschnitt (3) zurückgeführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Acrylsäure
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas, das Acrylsäure, Acrolein, Wasser und Verunreinigungen enthält, das bei der katalytischen Gasphasen-Oxidation von Propylen und Acrolein entsteht. Das Verfahren umfasst ein Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit in einem ersten Abschnitt, wobei ein Acrylsäure enthaltender Flüssigkeitsstrom und ein Acrylsäure enthaltender Gasstrom erhalten werden. Ferner umfasst das Verfahren ein Abkühlen des Gasstroms durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit in einem zweiten Abschnitt, in dem die wässrige Flüssigkeit bei einer Entnahmeposition am unteren Ende des zweiten Abschnitts gesammelt und entnommen, indirekt gekühlt und zumindest ein Teil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit dem zweiten Abschnitt wieder zugeführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas mit einem ersten Abschnitt zum Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit, um einen Acrylsäure enthaltenden Flüssigkeitsstrom und einen Acrylsäure enthaltenden Gasstrom zu erhalten, sowie einem zweiten Abschnitt zum Abkühlen des Gasstroms durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit.
Aus der DE 197 40 253 A1 ist ein Verfahren zur fraktionierten Kondensation eines heißen Gasgemisches mit einem hohen Anteil nicht kondensierbarer Komponenten bekannt. Das Verfahren betrifft insbesondere die Herstellung von Acrylsäure durch heterogen katalysierte Gasphasenoxidation. Bei dem Verfahren wird das heiße Gasgemisch, das einen hohen Anteil nicht kondensierbarer Komponenten aufweist, fraktioniert kondensiert, indem es von unten in eine Kolonne mit trennwirksamen Einbauten geführt wird und die kondensierbaren Komponenten durch Kühlung auskondensiert werden. Im unteren Teil der Kolonne wird eine Schwersiedefraktion kondensiert, indem die Schwersiedefraktion aus dem im Gegenstrom nach oben geführten Gasstrom destillativ angereichert und auskondensiert wird. Über einen Seitenabzug der Kolonne wird die Acrylsäure enthaltende Mittelsiedefraktion, die auch aus dem im Gegenstrom nach oben geführten Gasgemisch auskondensiert wird, abgeführt. Im oberen Bereich der Kolonne ist ein externer Kühlkreis vorgesehen. In dem Kühlkreis erfolgt die Kondensation der Leichtsiedefraktion aus dem im Gegenstrom nach oben geführten Gasstrom. Die Kondensationswärme wird dabei extern im Kühlkreis mittels eines Wärmetauschers abgeführt, indem die kondensierte Leichtsiedefraktion über eine Leitung abgezogen wird, gekühlt wird und ein Teil der gekühlten, kondensierten Leichtsiedefraktion über eine oberhalb der Entnahmeleitung angeordnete Leitung in die Kolonne rückgeführt wird. Dabei wird ein Teil der kondensierten Leichtsiedefraktion ausgeschleust. Die nicht kondensierten Gase werden schließlich vom Kopf der Kolonne abgezogen. i Ein ähnliches Verfahren ist in der DE 102 35 847 A1 beschrieben. In diesem Fall wird ein Gasgemisch am Kopf der Kolonne entnommen und in einem Sprühkühler einer Partialkondensation unterworfen. Das dabei anfallende Sauerwasser wird am Kopf der Kolonne zurückgeführt.
Aus der EP 1 097 916 A2 ist ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zur Herstellung von Acrylsäure bekannt. Bei dem Verfahren wird das Reaktionsgas einer Absorptionskolonne zugeführt und dort mit einem Acrylsäureabsorptionslösemittel in Kontakt gebracht, wodurch das Reaktionsgas abgekühlt und absorbiert wird. Auf diese Weise erhält man einen Acrylsäure enthaltenden Flüssigkeitsstrom. Im Sumpfbereich wird der Acrylsäure enthaltende Flüssigkeitsstrom einer Kühlvorrichtung zugeführt, dort gekühlt, um dann in einem mittleren Abschnitt der Absorptionskolonne wieder zugeführt zu werden.
Um eine weitgehende Rückgewinnung von Acrylsäure aus dem Acrylsäure enthaltenden Gasstrom zu erreichen, ist eine Abkühlung der wässrigen Flüssigkeit auf niedrige Temperaturen von z.B. 20 - 45 °C erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Energiebedarf für die Kühlung der entnommenen wässrigen Flüssigkeit verringert ist und bei denen eine Optimierung im Hinblick auf den Energieverbrauch für die Kühlung und die Acrylsäureverluste erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Dementsprechend umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas, das Acrylsäure, Acrolein, Wasser und Verunreinigungen enthält, dass bei der katalytischen Gasphasen-Oxidation von Propylen und Acrolein entsteht, folgende Schritte: a) Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit in einem ersten Abschnitt, wobei ein Acrylsäure enthaltender Flüssigkeitsstrom und ein Acrylsäure enthaltender Gasstrom erhalten werden, und b) Abkühlen des Gasstroms durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit in einem zweiten Abschnitt, in dem die wässrige Flüssigkeit bei einer Entnahmeposition am unteren Ende des zweiten Abschnitts gesammelt und entnommen, indirekt gekühlt und zumindest ein Teil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit dem zweiten Abschnitt wieder zugeführt wird.
Die wässrige Flüssigkeit wird dabei erfindungsgemäß in mehreren aufeinanderfolgenden Wärmetauschern gekühlt, wobei ein erster Anteil der wässrigen Flüssigkeit nach dem letzten Wärmetauscher mit einer ersten Temperatur bei einer ersten Rückführposition oberhalb der Entnahmeposition in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird und ein zweiter Anteil der wässrigen Flüssigkeit bei einer ersten Ausschleusposition nach einem Wärmetauscher und vor dem letzten Wärmetauscher mit einer zweiten Temperatur ausgeschleust und bei einer zweiten Rückführposition, die unterhalb der ersten Rückführposition liegt, in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird.
Da im zweiten Abschnitt durch direkte Kühlung aus dem im Gegenstrom zu der wässrigen Flüssigkeit nach oben geführten Gasstrom eine Leichtsiedefraktion kondensiert wird und sich in der wässrigen Flüssigkeit destillativ anreichert, kann der zweite Abschnitt auch als Quench- oder Rückwaschabschnitt bezeichnet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die dem zweiten Abschnitt entnommene wässrige Flüssigkeit somit in mehreren Stufen abgekühlt, wobei jede Stufe zumindest einen separaten Wärmetauscher umfasst. Die aufeinanderfolgenden Wärmetauscher bilden somit eine mehrstufige Kühlung, bei der bei jeder Kühlstufe die wässrige Flüssigkeit auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird. In der ersten oder den ersten Kühlstufen werden zweckmäßigerweise leicht verfügbare Kühlmittel wie Luft oder Oberflächenwasser eingesetzt. Es hat sich herausgestellt, dass der Energiebedarf der Wärmetauscher dadurch verringert werden kann, dass ein zweiter Anteil der wässrigen Flüssigkeit bereits vor dem letzten Wärmetauscher ausgeschleust und in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird, und zwar bei im Wesentlichen gleichbleibenden oder nur unwesentlich höheren Acrylsäureverlusten. Gleichzeitig verringert sich jedoch der Energiebedarf für die Kühlung der wässrigen Flüssigkeit, da der letzte Wärmetauscher nur noch den ersten Anteil der wässrigen Flüssigkeit kühlt und nicht mehr den ausgeschleusten zweiten Anteil der wässrigen Flüssigkeit.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das von dem oder den Wärmetauschern verwendete Kühlmedium, der/die stromabwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist/sind, mit Energieaufwand abgekühlt. Das von dem oder zumindest einem der Wärmetauscher verwendete Kühlmedium, der/die stromaufwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist, wird hingegen ungekühlt der Umgebung entnommen.
Die Angaben stromabwärts und stromaufwärts beziehen sich in dieser Schrift auf die Fließrichtung der entnommenen wässrigen Flüssigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird berücksichtigt, dass der Energieaufwand zum Kühlen der entnommenen wässrigen Flüssigkeit bei den aufeinander folgenden Wärmetauschern unterschiedlich ist. Um die wässrige Flüssigkeit von einem Temperaturniveau, das wesentlich oberhalb von den Umgebungstemperaturen liegt, abzukühlen, kann das Kühlmedium der Umgebung ungekühlt entnommen werden. Beispielsweise kann Umgebungsluft angesaugt oder Oberflächenwasser in den Wärmetauscher gepumpt werden. Soll die wässrige Flüssigkeit auf eine Temperatur abgekühlt werden, die im Bereich der Umgebungstemperatur oder unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, muss für die Kühlung Energie, beispielsweise elektrische Energie, aufgebracht werden. Beispielsweise muss das Kühlmedium mittels elektrischer Energie abgekühlt werden.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kühlleistung zu Wärmetauschern verlagert, bei denen für die Kühlleistung weniger Energie, insbesondere elektrische Energie, aufgebracht werden muss, da sie mit einem Kühlmedium betrieben werden können, welches der Umgebung ohne vorherige Kühlung entnommen werden kann. Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Menge des gekühlten Volumenstroms erhöht wird, kann sich bei insgesamt gleicher Gesamtkühlleistung vorteilhafterweise eine Energieeinsparung beim Durchführen des Verfahrens ergeben.
Das erfindungsgemäßen Verfahren kann aus diesem Grund insbesondere in einer Umgebung mit relativ hohen Temperaturen eingesetzt werden, da in diesem Fall ein relativ hoher Anteil der Kühlleistung von Wärmetauschern aufgebracht werden muss, die Kühlmedien verwenden, die durch elektrische Energie abgekühlt werden müssen. Eine Verlagerung der Kühlleistung zu Wärmetauschern, die Kühlmedien aus der Umgebung verwenden, führt in diesem Fall vorteilhafterweise zu Energieeinsparungen, selbst wenn ein größerer Volumenstrom der wässrigen Flüssigkeit zum Erreichen einer im Wesentlichen gleichen Gesamtkühlleistung abgekühlt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein dritter Anteil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit bei einer zweiten Ausschleusposition zumindest einen weiteren Wärmetauscher stromaufwärts von der Entnahme des zweiten Anteils mit einer dritten Temperatur ausgeschleust und mit dem zweiten Anteil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit vermischt und danach bei der zweiten Rückführposition mit einer zweiten Rückführtemperatur in den zweiten Abschnitt zurückgeführt. Eine erste Rückführtemperatur entspricht in diesem Fall der ersten Temperatur, mit welcher der erste Anteil der wässrigen Flüssigkeit nach dem letzten Wärmetauscher in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird. Die zweite Rückführtemperatur liegt zwischen der zweiten und der dritten Temperatur, da die gekühlte wässrige Flüssigkeit des dritten Anteils, welche die dritte Temperatur aufweist, der gekühlten wässrigen Flüssigkeit des zweiten Anteils zugemischt wird, dessen Temperatur niedriger als die dritte Temperatur ist.
Durch die Aufteilung der zu kühlenden wässrigen Flüssigkeit in insgesamt drei Anteile mit verschiedenen Temperaturniveaus und die Rückführung der gekühlten Anteile bei zumindest zwei unterschiedlichen Rückführpositionen kann der Energiebedarf für die Kühlung der entnommenen wässrigen Flüssigkeit unter Berücksichtigung der Acrylsäureverluste optimiert werden. Dabei stehen Verluste bei der Acrylsäureherstellung, die möglicherweise geringfügig höher sind, erheblichen Energieeinsparungen für die Kühlung der wässrigen Flüssigkeit gegenüber.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das von dem oder den Wärmetauschern verwendete Kühlmedium, der/die stromaufwärts von der zweiten Ausschleusposition angeordnet ist/sind, ungekühlt der Umgebung entnommen wird.
Vorteilhafterweise wird durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kühlleistung noch weiter zu Wärmetauschern verlagert, bei denen für die Kühlleistung weniger Energie, insbesondere elektrische Energie, aufgebracht werden muss, da sie mit einem Kühlmedium betrieben werden können, welches der Umgebung ohne vorherige Kühlung entnommen werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchläuft das Reaktionsgas einen ersten Abschnitt, in welchem durch Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit, ein Acrylsäure enthaltender Flüssigkeitsstrom und ein Acrylsäure enthaltender Gasstrom erhalten werden. In dem sich anschließenden zweiten Abschnitt wird der Gasstrom auch durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit abgekühlt. Im zweiten Abschnitt wird die wässrige Flüssigkeit z. B. bei der Entnahmeposition am unteren Ende gesammelt und dort entnommen. Die entnommene wässrige Flüssigkeit wird dann indirekt mittels aufeinanderfolgender Wärmetauscher gekühlt und zumindest ein Teil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit wird dem zweiten Abschnitt wieder zugeführt, und zwar ein erster Anteil mit einer ersten Rückführtemperatur bei einer ersten, oberen Rückführposition und ein zweiter Anteil mit einer zweiten, höheren Rückführtemperatur bei der zweiten Rückführposition, die zwischen der ersten Rückführposition und der Entnahmeposition liegt.
Die beiden Abschnitte können separat ausgeführt sein; sie können jedoch auch z. B. in einer Kondensationskolonne integriert sein. Wenn die beiden Abschnitte in einer gemeinsamen Kondensationskolonne ausgebildet sind, ist der erste Abschnitt insbesondere unterhalb des zweiten Abschnitts angeordnet. Die beiden Abschnitte werden in diesem Fall insbesondere von einem Sammelboden getrennt, der somit das untere Ende des zweiten Abschnitts bildet. Der Sammelboden kann zumindest einen Kamin aufweisen, durch welchen das Reaktionsgas vom ersten Abschnitt aufsteigen und in den zweiten Abschnitt gelangen kann. Auf dem Sammelboden sammelt sich die im zweiten Abschnitt kondensierte wässrige Flüssigkeit. Die Entnahmeposition liegt insbesondere geringfügig oberhalb des Sammelbodens am unteren Ende des zweiten Abschnitts, jedoch unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kondensats, so dass die auf dem Sammelboden gesammelte wässrige Flüssigkeit aus dem zweiten Abschnitt herausgeführt werden kann, um von den Wärmetauschern indirekt gekühlt zu werden.
Ein vierter Anteil der bei der Entnahmeposition entnommenen wässrigen Flüssigkeit wird wieder dem ersten Abschnitt zugeführt, damit dieser nicht trocken läuft. Beispielsweise kann dieser vierte Anteil der wässrigen Flüssigkeit der Kondensationskolonne unterhalb des Sammelbodens dem oberen Bereich des ersten Abschnitts zugeführt werden, so dass das aufsteigende Reaktionsgas im Gegenstrom zu dieser in den ersten Abschnitt zurückgeführten wässrigen Flüssigkeit geführt wird.
Des Weiteren kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein fünfter Anteil der entnommenen wässrigen Flüssigkeit aus dem zweiten Abschnitt zur weiteren Extraktion der in der wässrigen Flüssigkeit noch enthaltenen Acrylsäure ausgeschleust werden. Dieser fünfte Anteil kann in einer nachgelagerten Extraktionskolonne zur Rückgewinnung von Acrylsäureanteilen weiterverarbeitet werden. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der dritte Anteil aus dem Kühlkreislauf ausgeschleust und mit dem zweiten Anteil vermischt wird, der Acrylsäureanteil in dem fünften Anteil der entnommenen wässrigen Flüssigkeit höher ist im Vergleich zu dem Acrylsäureanteil bei einer Verfahrensführung, bei der kein dritter Anteil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit zumindest einen weiteren Wärmetauscher stromaufwärts von der Entnahme des zweiten Anteils ausgeschleust und mit dem zweiten Anteil vermischt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die erste Temperatur insbesondere in einem Bereich von 5 °C bis 21 °C. Die erste Temperatur liegt beispielsweise in einem Bereich von 18 °C bis 21 °C. Die zweite Temperatur liegt insbesondere in einem Bereich von 21 °C bis 30 °C. Beispielsweise liegt die zweite Temperatur in einem Bereich von 23 °C bis 27 °C. Die zweite Temperatur ist jedoch höher als die erste Temperatur. Die dritte Temperatur liegt insbesondere in einem Bereich von 36 °C bis 50 °C, bevorzugt in einem Bereich von 35 °C bis 45 °C. Beispielsweise kann die dritte Temperatur in einem Bereich von 40 °C bis 44 °C liegen. Die dritte Temperatur ist höher als die zweite Temperatur.
Die zweite Rückführtemperatur ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere höher als die zweite Temperatur. Sie liegt insbesondere in einem Bereich von 37 °C bis 50 °C, beispielsweise in einem Bereich von 25 °C bis 42 °C.
Durch die Auswahl dieser von den hintereinander angeordneten Wärmetauschern erzeugten Temperaturen und durch die Rückführung der gekühlten wässrigen Flüssigkeit bei den verschiedenen Rückführpositionen kann das Temperaturniveau in dem zweiten Abschnitt im Vergleich zu einer herkömmlichen Rückführung bei nur einer Rückführposition verschoben werden. Es ist insbesondere möglich, das Temperaturniveau zu erhöhen, d. h. durch die Mischung des zweiten und dritten Anteils der gekühlten wässrigen Flüssigkeit kann die Temperatur bei der zweiten Rückführposition angehoben werden.
Des Weiteren kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Entnahmerate der entnommenen wässrigen Flüssigkeit variiert werden. Wenn die gekühlte wässrige Flüssigkeit bei der zweiten Rückführposition mit einer höheren Temperatur rückgeführt wird, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Entnahmerate der wässrigen Flüssigkeit erhöht und gleichzeitig die Rate der bei den beiden Rückführpositionen rückgeführten gekühlten wässrigen Flüssigkeit entsprechend erhöht werden. Auf diese Weise kann eine Optimierung durchgeführt werden, bei der ein höheres Temperaturniveau durch ein größeres Volumen rückgeführter gekühlter wässriger Flüssigkeit ausgeglichen wird.
Durch die zumindest zwei separaten Rückführungen der gekühlten wässrigen Flüssigkeit bei verschiedenen Positionen des zweiten Abschnitts und durch das Ausschleusen gekühlter wässriger Flüssigkeit aus verschiedenen Abschnitten der mehrstufigen Kühlung wird vorteilhafterweise die Flexibilität für die Optimierung des Energiebedarfs für die Kühlung und der gegebenenfalls damit einhergehenden veränderten Verluste an Acrylsäure bei dem Verfahren zur Gewinnung von Acrylsäure erhöht.
In dem zweiten Abschnitt wird der Acrylsäure enthaltende Gasstrom durch Inkontaktbringen mit der wässrigen Flüssigkeit abgekühlt. Dies hat zur Folge, dass sogenanntes Sauerwasser kondensiert, welches neben Wasser auch noch nennenswerte Mengen an Acrylsäure und, in kleineren Anteilen, andere Carbonsäuren enthält. Um eine möglichst große Menge an kondensierten Bestandteilen in dem Sauerwasser zu lösen, kann die aus dem zweiten Abschnitt entnommene und dann rückgeführte wässrige Flüssigkeit, d. h. das Sauerwasser, möglichst weit abgekühlt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass sich der Energieverbrauch für die Kühlung erhöht. Wird die wässrige Flüssigkeit mit einer höheren Temperatur zurückgeführt, ist der Energieverbrauch für die Kühlung geringer. Gleichzeitig verschiebt sich durch die Temperaturerhöhung das Temperaturprofil der Kolonne nach oben. Dadurch steigt der Anteil an Acrylsäure, der im oberen Kondensationsbereich ankommt und kondensiert werden kann.
Daher kann das Sauerwasser, welches dem zweiten Abschnitt und dem Kühlkreislauf entnommen wird und einer nachgeschalteten Extraktionskolonne zugeführt wird, vorteilhafterweise einen höheren Acrylsäuregehalt aufweisen. Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren somit eine sehr flexible Optimierung in Hinblick auf den Energieverbrauch, den Acrylsäuregehalt im ausgeschleusten Sauerwasser und die Acrylsäureverluste durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas umfasst einen ersten Abschnitt zum Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit, um einen Acrylsäure enthaltenden Flüssigkeitsstrom und einen Acrylsäure enthaltenden Gasstrom zu erhalten. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen zweiten Abschnitt zum Abkühlen des Gasstroms durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit. Dabei weist der zweite Abschnitt eine Entnahmeöffnung bei einer Entnahmeposition am unteren Ende des zweiten Abschnitts und zumindest eine erste und eine zweite Rückführöffnung bei einer ersten und einer zweiten Rückführposition jeweils oberhalb der Entnahmeposition auf, wobei die zweite Rückführposition unterhalb der ersten Rückführposition liegt. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere aufeinanderfolgende Wärmetauscher, die in Reihe zwischen der Entnahmeöffnung und der zweiten Rückführöffnung angeordnet sind, zum Kühlen von wässriger Flüssigkeit, die durch die Entnahmeöffnung dem zweiten Abschnitt entzogen wurde. Dabei verbindet eine erste Rückführleitung den letzten Wärmetauscher mit der ersten Rückführöffnung zum Rückführen eines ersten Anteils der wässrigen Flüssigkeit in den zweiten Abschnitt mit einer ersten Temperatur, und eine zweite Rückführleitung verbindet bei einer ersten Ausschleusposition einen ersten Bereich nach dem ersten Wärmetauscher und vor dem letzten Wärmetauscher mit der zweiten Rückführöffnung zum Ausschleusen und Rückführen eines zweiten Anteils der wässrigen Flüssigkeit in den zweiten Abschnitt mit einer zweiten Temperatur. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Sie weist daher auch dieselben Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren auf.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese eine dritte Rückführleitung auf, die bei einer zweiten Ausschleusposition einen zweiten Bereich, der zumindest einen weiteren Wärmetauscher stromaufwärts von dem ersten Bereich angeordnet ist, mit der zweiten Rückführleitung zum Ausschleusen eines dritten Anteils der wässrigen Flüssigkeit mit einer dritten Temperatur und zum Vermischen des dritten Anteils mit dem zweiten Anteil verbindet. Vorteilhafterweise ist es durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, bei zumindest zwei verschiedenen Bereichen, die zumindest durch einen Wärmetauscher getrennt sind, wässrige Flüssigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen zusätzlich zu dem über die erste Rückführleitung rückgeführten ersten Anteil der wässrigen Flüssigkeit aus dem Kühlkreislauf auszuschleusen, und über die zweite Rückführleitung in den zweiten Abschnitt rückzuführen. Diese Anordnung der Rückführleitungen ermöglicht eine Optimierung des Energiebedarfs der Wärmetauscher beim Einsatz der Vorrichtung zum Gewinnen von Acrylsäure.
Bei den Wärmetauschern handelt es sich insbesondere um indirekte Wärmetauscher, bei denen thermische Energie von der entnommenen wässrigen Flüssigkeit auf einen anderen Stoffstrom, dem Kühlmedium, übertragen wird. Durch die in Reihe angeordneten Wärmetauscher wird die dem zweiten Abschnitt entnommene wässrige Flüssigkeit durch jeden Wärmetauscher weiter abgekühlt. Es kann somit eine mehrstufige Kühlung durchgeführt werden, bei der bei jeder Kühlstufe die wässrige Flüssigkeit auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der oder die Wärmetauscher, der/die stromaufwärts von der zweiten Ausschleusposition angeordnet ist/sind, ausgewählt aus einem Luftkühler und einem Wasserkühler. Beispielsweise ist der erste Wärmetauscher bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Luftkühler. Ein zweiter Wärmetauscher, der stromabwärts von dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, ist z. B. ein Wasserkühler, beispielsweise ein Oberflächenwasserkühler. Das für die Kühlung verwendete Wasser wird beispielsweise einem Fluss entnommen, ohne dass es abgekühlt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest ein weiterer Wärmetauscher, z. B. ein dritter Wärmetauscher, der stromabwärts von der zweiten Ausschleusposition und stromaufwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist, ein Kaltwasserkühler. Als Kühlmedium wird in diesem Fall Wasser verwendet, welches im Vergleich zu dem bei dem Wasserkühler verwendeten Wasser abgekühlt wurde. Hierfür muss Energie, insbesondere elektrische Energie, aufgebracht werden. Beispielsweise kann der Kaltwasserkühler auch ein solegekühlter Wärmetauscher sein. Alternativ wird als Kühlmedium des dritten Wärmetauschers eine Glykol- Wassermischung verwendet.
Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind stromabwärts von der zweiten Ausschleusposition und stromaufwärts von der ersten Ausschleusposition zwei Wärmetauscher angeordnet. Beispielsweise verwendet einer dieser Wärmetauscher als Kühlmedium eine Glykol-Wassermischung und der andere dieser Wärmetauscher als Kühlmedium Wasser, welches im Vergleich zu dem bei dem Wasserkühler verwendeten Wasser abgekühlt wurde.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest ein noch weiterer Wärmetauscher, z. B. ein fünfter Wärmetauscher, der stromabwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist, ein Flüssiggas-Verdampfer, von dem das Sauerwasser nach der ersten Ausschleusposition noch weiter abgekühlt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbindet die zweite Rückführleitung den Ausgang des Kaltwasserkühlers mit der zweiten Rückführöffnung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbindet die dritte Rückführleitung den Ausgang des Wasserkühlers mit der zweiten Rückführleitung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen der dritten Rückführleitung und der zweiten Rückführleitung ein Vermischer angeordnet, der den dritten Anteil der wässrigen Flüssigkeit mit dem zweiten Anteil der wässrigen Flüssigkeit vermischt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert:
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Mit Bezug zu Fig. 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben: Der grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung entspricht einer Anordnung, wie sie in der DE 197 40 253 A1 beschrieben ist. Die Vorrichtung umfasst eine Kondensationskolonne 1 mit einem ersten Abschnitt 2 und einem zweiten Abschnitt 3. In dem ersten Abschnitt 2 wird Reaktionsgas, das Acrylsäure, Acrolein, Wasser und Verunreinigungen enthält, die bei der katalytischen Gasphasen-Oxidation von Propylen und Acrolein entstehen, in einem Sumpfbereich eingeleitet. Dort wird das heiße Reaktionsgas durch Quenchen, d. h. durch direkte Kühlung, abgekühlt. Es entsteht ein Acrylsäure enthaltender Flüssigkeitsstrom und ein im Gegenstrom nach oben strömender, Acrylsäure enthaltender Gasstrom. Am oberen Ende des zweiten Abschnitts 2 ist ein Sammelboden 4 angeordnet, durch den der Acrylsäure enthaltende Gasstrom, z. B. durch zumindest einen Kamin, durchtreten kann. Der Sammelboden 4 trennt den ersten Abschnitt 2 von dem zweiten Abschnitt 3. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die beiden Abschnitte 2 und 3 in einer Kondensationskolonne 1 ausgebildet. Es wäre jedoch auch möglich, den zweiten Abschnitt 3 getrennt von dem ersten Abschnitt in einer separaten Kondensationskolonne auszubilden.
Der in dem zweiten Abschnitt 3 aufsteigende Gasstrom wird auch durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit abgekühlt. Auch im zweiten Abschnitt 3 erfolgt somit ein Quenchen, d. h. direktes Abkühlen des aufsteigenden Gasstroms mittels im Gegenstrom geführter wässriger Flüssigkeit. Der Gasstrom wird schließlich über die Auslassöffnung 5 aus der Kondensationskolonne 1 herausgeführt.
Die sich auf dem Sammelboden 4 sammelnde wässrige Flüssigkeit, die kondensierte Bestandteile des aufsteigenden Gasstroms enthält, wird auch als Sauerwasser bezeichnet. Diese Flüssigkeit enthält neben dem Wasser auch noch nennenswerte Mengen an Acrylsäure und in kleineren Anteilen andere Carbonsäuren.
Das Sauerwasser wird dem zweiten Abschnitt 3 entnommen. Hierfür ist bei einer Entnahmeposition knapp oberhalb der oberen Oberfläche des Sammelbodens 4 eine Entnahmeöffnung 6 vorgesehen. Über diese Entnahmeöffnung 6 wird das Sauerwasser einer mehrstufigen Kühlung unterzogen. Diese mehrstufige Kühlung umfasst mehrere Wärmetauscher, welche allgemein mit 8 bezeichnet werden, und eine Vielzahl von Leitungen, welche allgemein mit 9 bezeichnet werden. Über eine Pumpe 7 wird das Sauerwasser über die Leitung 9-1 bei der Entnahmeöffnung 6 entnommen und über die Leitung 9-2 einem ersten Wärmetauscher 8-1 zugeführt. Bei dem ersten Wärmetauscher 8-1 handelt es sich um einen Luftkühler. Der erste Wärmetauscher 8-1 kühlt das entnommene Sauerwasser ab. Über eine weitere Leitung 9-3 wird das entnommene Sauerwasser einem zweiten Wärmetauscher 8-2 zugeführt, bei welchem es weiter abgekühlt wird. Der zweite Wärmetauscher 8-2 ist als Wasserkühler ausgebildet, welcher als Kühlmedium Oberflächenwasser verwendet.
Über eine weitere Leitung 9-4 wird das entnommene Sauerwasser einem dritten Wärmetauscher 8-3 zugeführt, welcher das Sauerwasser noch weiter abkühlt. Der dritte Wärmetauscher 8-3 verwendet als Kühlmedium eine Glykol-Wassermischung, die z. B. eine Temperatur von 32 °C besitzt. Sie kann im Prozess als Heizmedium dienen und dem Sauerwasserkreis Wärme entziehen.
Von dem dritten Wärmetauscher 8-3 gelangt das abgekühlte Sauerwasser über die Leitung 9-5 zu einem vierten Wärmetauscher 8-4, der als Kaltwasserkühler ausgebildet ist. Als Kühlmedium wird in diesem Fall gekühltes Wasser verwendet, welches eine niedrigere Temperatur hat, als das von dem Wasserkühler verwendete Oberflächenwasser.
Nach dem vierten Wärmetauscher 8-4 gelangt das abgekühlte Sauerwasser in die Leitung 9-6. Dort wird das Sauerwasser bei einer ersten Ausschleusposition 16-1 in einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil aufgeteilt.
Der erste Anteil wird weiter in der Leitung 9-6 zu einem fünften Wärmetauscher 8-5 weitergeleitet, der als Flüssiggas-Verdampfer ausgebildet ist. Im fünften Wärmetauscher 8-5 wird das entnommene Sauerwasser noch weiter abgekühlt. Von dem fünften Wärmetauscher 8-5 gelangt der erste Anteil des noch weiter abgekühlten Sauerwassers über eine erste Rückführleitung 11-1 durch eine erste Rückführöffnung 10-1 bei einer ersten Rückführposition zurück in den zweiten Abschnitt 3. Die erste Rückführposition ist im oberen Bereich des zweiten Abschnitts 3, d. h. beim Kopf der Kondensationskolonne 1, angeordnet. Von dort wird das abgekühlte Sauerwasser nach unten geführt, d. h. im Gegenstrom zu dem aufsteigenden Reaktionsgas, wodurch das Reaktionsgas abgekühlt wird und sich unter anderem Acrylsäure in der wässrigen Flüssigkeit anreichert. Die wässrige Flüssigkeit sammelt sich dann auf dem Sammelboden 4.
Zum Ausschleusen des zweiten Anteils des abgekühlten Sauerwassers bei der ersten Ausschleusposition 16-1 ist eine zweite Rückführleitung 11-2 vorgesehen, welche einen Bereich nach dem ersten Wärmetauscher 8-1 und vor dem letzten Wärmetauscher 8-5 mit einer zweiten Rückführöffnung 10-2 zum Rückführen des zweiten Anteils des Sauerwassers in den zweiten Abschnitt 3 verbindet. Im hier beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel zweigt die zweite Rückführleitung 11-2 bei der ersten Ausschleusposition 16-1 von der Leitung 9-6 ab, welche den vierten Wärmetauscher mit 8-4 mit dem fünften Wärmetauscher 8-5 verbindet.
Die zweite Rückführöffnung 10-2 ist bei einer zweiten Rückführposition angeordnet, welche zwischen der Entnahmeposition und der ersten Rückführposition angeordnet ist. Die zweite Temperatur, mit welcher der zweite Anteil des Sauerwassers zurückgeführt wird, ist höher als die erste Temperatur, mit welcher der erste Anteil des Sauerwassers zurückgeführt wird, da der zweite Anteil des Sauerwassers nicht mittels des fünften Wärmetauschers 8-5 abgekühlt worden ist. Der zweite Abschnitt 3 der Kondensationskolonne 1 weist somit mehrere Rückführöffnungen auf, die allgemein mit 10 bezeichnet werden, bei denen eine gekühlte wässrige Flüssigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen bei unterschiedlichen Rückführpositionen zurückgeführt wird.
Damit der erste Abschnitt 2 der Kondensationskolonne 1 nicht trocken läuft, wird ein Teil des bei der Entnahmeöffnung 6 entnommenen Sauerwassers über die Kolonnenleitung 14 wieder in den oberen Bereich des ersten Abschnitts 2 eingespeist. Dieser in den ersten Abschnitt 2 zurückgeführte Teil des Sauerwassers wird in dieser Schrift auch als vierter Anteil der bei der Entnahmeposition entnommenen wässrigen Flüssigkeit bezeichnet.
Des Weiteren wird bei der Leitung 9-2 über eine Extraktionsleitung 13 ein weiterer, fünfter Anteil des entnommenen Sauerwassers ausgeschleust und einer nachgelagerten Extraktionskolonne 15 zugeführt. Das entnommene Sauerwasser wird in der Extraktionskolonne 15 zur Gewinnung von Acrylsäureanteilen weiterverarbeitet.
Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bezug zu Fig. 1 erläutert:
Bei dem Verfahren wird Acrylsäure aus einem Reaktionsgas, das Acrylsäure, Acrolein, Wasser und Verunreinigungen enthält, das bei der katalytischen Gasphasen-Oxidation von Propylen und Acrolein entsteht, gewonnen. Das Reaktionsgas wird dem ersten Abschnitt 2 der Kondensationskolonne 1 zugeführt und dort durch Quenchen mit einer Quenchflüssigkeit abgekühlt. Dabei ergibt sich ein Acrylsäure enthaltender Flüssigkeitsstrom und ein im Gegenstrom geführter Acrylsäure enthaltender Gasstrom, der in der Kondensationskolonne 1 aufsteigt.
Über einen (nicht gezeigten) Seitenabzug wird ein Teil des Acrylsäure enthaltenden Flüssigkeitsstroms dem ersten Abschnitt 2 entnommen und daraus Acrylsäure gewonnen. Der Acrylsäure enthaltende Gasstrom gelangt durch einen Kamin des Sammelbodens 4 in den zweiten Abschnitt 3 der Kondensationskolonne 1. Dort wird der Gasstrom durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit abgekühlt. Die wässrige Flüssigkeit wird im Gegenstrom zu dem aufsteigenden Gasstrom geführt, so dass sich Acrylsäure in der wässrigen Flüssigkeit anreichert. Sie sammelt sich auf dem Sammelboden 4. Die wässrige Flüssigkeit, d. h. das Sauerwasser, wird bei einer Entnahmeposition bei der Entnahmeöffnung 6 am unteren Ende des zweiten Abschnitts 3 entnommen und in mehreren aufeinanderfolgenden Wärmetauschern 8 gekühlt. Die Entnahmeposition ist daher unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des sich auf dem Sammelboden 4 sammelnden Sauerwassers angeordnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mittels der Pumpe 7 ein Volumenstrom von 865 m3/h durch die Entnahmeöffnung 6 bei einer Temperatur von 62,7 °C entnommen.
Ein Volumenstrom von 36,70 m3/h wird bei der Leitung 9-2 über die Kolonnenleitung 14 wieder dem ersten Abschnitt 2 der Kondensationskolonne zugeführt. Des Weiteren wird bei der Leitung 9-2 über die Extraktionsleitung 13 Sauerwasser mit einem Volumenstrom von 14,51 m3/h ausgeschleust und der Extraktionskolonne 15 zugeführt.
Das restliche Sauerwasser wird durch den ersten Wärmetauscher 8-1 geführt und dort auf 50 °C abgekühlt. Die hierfür benötigte Kühlleistung des ersten Wärmetauschers ist 10.486 kW.
Anschließend wird das Sauerwasser durch den zweiten Wärmetauscher 8-2 geleitet, in dem es auf 42 °C abgekühlt wird. Die hierfür erforderliche Kühlleistung des zweiten Wärmetauschers 8-2 ist 6.612 kW.
Anschließend wird das Sauerwasser dem dritten Wärmetauscher 8-3 zugeführt und auf 39 °C abgekühlt. Die hierfür erforderliche Kühlleistung des dritten Wärmetauschers 8-4 ist 2.450 kW. Da der dritte Wärmetauscher 8-3 ein Kaltwasserkühler ist, muss hierfür Energie aufgebracht werden
Anschließend wird das Sauerwasser dem vierten Wärmetauscher 8-4 zugeführt und auf 24,7 °C abgekühlt. Die hierfür erforderliche Kühlleistung des vierten Wärmetauschers 8-4 ist 11.756 kW. Da der vierte Wärmetauscher 8-4 ein Kaltwasserkühler ist, muss hierfür elektrische Energie aufgebracht werden. Nach dem vierten Wärmetauscher 8-4 wird das gekühlte Sauerwasser in einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil aufgeteilt. Der erste Anteil, etwa 42 % des Volumenstromes, wird dem fünften Wärmetauscher 8-5 zugeführt und von diesem auf eine erste Rückführtemperatur von 20,7 °C abgekühlt und bei der ersten Rückführposition durch die erste Rückführöffnung 10-1 in den zweiten Abschnitt 3 zurückgeführt. Die für die Kühlung erforderliche Leistungsaufnahme des fünften Wärmetauschers 8-5 ist 1.400 kW. Da der fünften Wärmetauscher 8-5 ein Flüssiggas- Verdampfer ist, entnimmt er diese Energie ebenfalls dem Sauerwasser
Der zweite Anteil, etwa 58 %, wird mit der zweiten Rückführtemperatur von 24,7 °C bei der zweiten Rückführposition über die zweite Rückführöffnung 10-2 in den zweiten Abschnitt 3 der Kondensationskolonne 1 zurückgeführt.
Durch die Rückführung des zweiten Anteils des Sauerwassers bei einer zweiten Rückführposition mit einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, ergibt sich eine Temperaturerhöhung des Temperaturprofils im Abschnitt 3 der Kondensationskolonne 1 im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem kein Anteil des Sauerwassers bereits bei einer höheren Temperatur ausgeschleust und rückgeführt wird. Hierdurch erhöht sich der Acrylsäuregehalt im Abschnitt 3. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich im Abschnitt 3 ein Volumenstrom von 14,51 m3/h bei 62,7°C mit 9,97% Acrylsäure.
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bezug zu Fig. 2 erläutert:
Die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, weshalb im Folgenden nur auf die Unterschiede zur Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels eingegangen wird.
Bei der Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels wird ein dritter Anteil des zumindest vom ersten Wärmetauscher 8-1 gekühlten Sauerwassers ausgeschleust, und zwar zumindest einen weiteren Wärmetauscher stromaufwärts von der Entnahme des zweiten Anteils bei der ersten Ausschleusposition 16-1. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurde dieser zweite Anteil zwischen dem vierten Wärmetauscher 8- 4 und dem fünften Wärmetauscher 8-5 bei der Leitung 9-6 entnommen. Wenn dieser zweite Anteil auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bei dieser Leitung 9-6 ausgeschleusten wird, wird im zweiten Ausführungsbeispiel der dritte Anteil zwischen dem zweiten Wärmetauscher 8-2 und dem dritten Wärmetauscher 8-3 bei einer zweiten Ausschleusposition 16-2 bei der Leitung 9-4 abgezweigt und über eine dritte Rückführleitung 11-3 einem Vermischer 12 zugeführt. In dem Vermischer 12 wird der dritte Anteil mit dem zweiten Anteil, welcher bei der Leitung 9-6 entnommen wird, vermischt. Das Gemisch wird dann über die zweite Rückführleitung 11-2, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, bei der zweiten Rückführposition durch die zweite Rückführöffnung 10-2 wieder in den zweiten Abschnitt 3 zurückgeführt.
Stromaufwärts von der zweiten Ausschleusposition sind der erste Wärmetauscher 8-1 und der zweite Wärmetauscher 8-2 angeordnet. Diese beiden Wärmetauscher 8-1, 8-2 zeichnen sich dadurch aus, dass das von ihnen verwendete Kühlmedium, d. h. die Umgebungsluft und das Oberflächenwasser, ungekühlt der Umgebung entnommen wird und insbesondere für die Verwendung in den Wärmetauschern 8-1, 8-2 nicht gesondert gekühlt werden muss.
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bezug zur Fig. 2 erläutert:
Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb im Folgenden nur auf die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens eingegangen wird.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Sauerwasser dem zweiten Abschnitt 3 bei der Entnahmeposition durch die Entnahmeöffnung 6 mit einem Volumenstrom von 1.227 m3/h mit einer Temperatur von 63,2 °C entnommen. Der über die Kolonnenleitung 14 dem ersten Abschnitt 2 zurückgeführte Volumenstrom des Sauerwassers und der über die Extraktionsleitung 13 entnommene Volumenstrom des Sauerwassers entsprechen den Volumenströmen des ersten Ausführungsbeispiels.
Von dem ersten Wärmetauscher 8-1 wird der restliche Volumenstrom des Sauerwassers auf eine Temperatur von 50 °C abgekühlt. Die hierfür erforderliche Leistungsaufnahme ist 15.587 kW.
Von dem zweiten Wärmetauscher 8-2 wird der Volumenstrom des Sauerwassers auf eine Temperatur von 42°C abgekühlt. Die hierfür erforderliche Leistungsaufnahme ist 9.464 kW. Bei der Leitung 9-4 werden etwa 70 % des Sauerwassers bei der zweiten Ausschleusposition 16-2 bei einer Temperatur von 42 °C ausgeschleust. Der restliche Anteil, etwa 30 %, wird dem dritten Wärmetauscher 8-3 zugeführt und von diesem auf 35 °C abgekühlt. Hierfür wird eine Leistung von 2.453 kW benötigt.
Anschließend wird das Sauerwasser dem vierten Wärmetauscher 8-4 zugeführt und von diesem auf 25 °C abgekühlt. Hierfür wird eine elektrische Leistung von 3.291 kW benötigt.
Bei der Leitung 9-6 wird dann Sauerwasser über die Leitung 9-7 bei der ersten Ausschleusposition 16-1 ausgeschleust. In dem Vermischer 12 werden die ausgeschleusten Anteile dann mit dem bei der Ausschleusposition 16-2 ausgeschleusten Anteil vermischt und über die zweite Rückführleitung 11-2 bei einer zweiten Rückführtemperatur zwischen 25 und 42 °C bei der zweiten Rückführposition über die zweite Rückführöffnung 10-2 in den zweiten Abschnitt 3 zurückgeführt.
Der erste Anteil des Sauerwassers wird, wie beim ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem fünften Wärmetauscher 8-5 auf 20,9 °C abgekühlt und bei der ersten Rückführposition durch die erste Rückführöffnung 10-1 in den zweiten Abschnitt 3 zurückgeführt. Die Leistungsaufnahme des fünften Wärmetauscher 8-5 ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel 1.400 kW.
Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sauerwasser schon nach dem zweiten Wärmetauscher 8-2 bei einer höheren Temperatur von z. B. 42 °C ausgeschleust. Bei dem Vermischer 12 wird dieser Anteil dann variabel mit einem weiteren Anteil des Sauerwassers vermischt, der durch den zweiten und dritten Wärmetauscher 8-2, 8-3 auf eine niedrigere Temperatur gebracht wurde. Auf diese Weise ist es möglich, das Sauerwasser in variabler Menge und bei variabler Temperatur über die zweite Rückführöffnung 10-2 in den zweiten Abschnitt 3 zurückzuführen. Dies ermöglicht eine Prozessoptimierung zugunsten von einer Energieeinsparung unter Kontrolle der Acrylsäureverluste.
Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 72 % weniger elektrische Energie für die Kühlung verbraucht, und zwar unter der Annahme, dass im Wesentlichen dieselbe Gesamtkühlleistung aufgebracht wird.
Durch die Rückführung des zweiten und dritten Anteils des Sauerwassers bei der zweiten Rückführposition mit einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, ergibt sich in diesem Fall eine weitere Temperaturerhöhung des Temperaturprofils im Abschnitt 3 der Kondensationskolonne 1 im Vergleich zu dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels. Hierdurch wird der Acrylsäuregehalt im Abschnitt 3 noch weiter erhöht. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich im Abschnitt 3 ein Volumenstrom von 14,54 m3/h bei 63,1°C mit 11,9% Acrylsäure.
Des Weiteren ergibt sich in dem durch die Extraktionsleitung 13 entnommenen Sauerwasser ein um 1,9 % höherer Acrylsäuregehalt im Vergleich zum Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels.
Bezugszeichenliste:
1 Kondensationskolonne
2 erster Abschnitt
3 zweiter Abschnitt/Quenchabschnitt
4 Sammelboden
5 Auslassöffnung
6 Entnahmeöffnung
7 Pumpe
8 Wärmetauscher
8-1 erster Wärmetauscher (Luftkühler)
8-2 zweiter Wärmetauscher (Wasserkühler)
8-3 dritter Wärmetauscher
8-4 vierter Wärmetauscher (Kaltwasserkühler)
8-5 fünfter Wärmetauscher (Flüssiggas Verdampfer)
9 Leitungen
9-1 Leitung
9-2 Leitung
9-3 Leitung
9-4 Leitung
9-5 Leitung
9-6 Leitung
9-7 Leitung
10 Rückführöffnungen
10-1 ersten Rückführöffnung
10-2 zweite Rückführöffnung
11 Rückführleitungen
11-1 ersten Rückführleitung
11-2 zweite Rückführleitung 11-3 dritte Rückführleitung
12 Vermischer
13 Extraktionsleitung
14 Kolonnenleitung 15 Extraktionskolonne
16 Ausschleuspositionen
16-1 erste Ausschleusposition
16-2 zweite Ausschleusposition

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas, das Acrylsäure, Acrolein, Wasser und Verunreinigungen enthält, das bei der katalytischen Gasphasen- Oxidation von Propylen oder Acrolein entsteht, umfassend: a) Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit in einem ersten Abschnitt, wobei ein Acrylsäure enthaltender Flüssigkeitsstrom und ein Acrylsäure enthaltender Gasstrom erhalten werden; b) Abkühlen des Gasstroms durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit in einem zweiten Abschnitt, in dem die wässrige Flüssigkeit bei einer Entnahmeposition am unteren Ende des zweiten Abschnitts gesammelt und entnommen, indirekt gekühlt und zumindest ein Teil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit dem zweiten Abschnitt wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Flüssigkeit in mehreren aufeinanderfolgenden Wärmetauschern gekühlt wird, wobei ein erster Anteil der wässrigen Flüssigkeit nach dem letzten Wärmetauscher mit einer ersten Temperatur bei einer ersten Rückführposition oberhalb der Entnahmeposition in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird und ein zweiter Anteil der wässrigen Flüssigkeit bei einer ersten Ausschleusposition nach einem ersten Wärmetauscher und vor dem letzten Wärmetauscher mit einer zweiten Temperatur ausgeschleust und bei einer zweiten Rückführposition, die unterhalb der ersten Rückführposition liegt, in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das von dem oder den Wärmetauschern verwendete Kühlmedium, der/die stromabwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist/sind, mit Energieaufwand abgekühlt wird und das von dem oder zumindest einem der Wärmetauscher verwendete Kühlmedium, der/die stromaufwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist, ungekühlt der Umgebung entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Anteil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit bei einer zweiten Ausschleusposition zumindest einen weiteren Wärmetauscher stromaufwärts von der Entnahme des zweiten Anteils mit einer dritten Temperatur ausgeschleust und mit dem zweiten Anteil der gekühlten wässrigen Flüssigkeit vermischt und danach bei der zweiten Rückführposition mit einer zweiten Rückführtemperatur in den zweiten Abschnitt zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem oder den Wärmetauschern verwendete Kühlmedium, der/die stromaufwärts von der zweiten Ausschleusposition angeordnet ist/sind, ungekühlt der Umgebung entnommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur in einem Bereich von 5 °C bis 21 °C liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur in einem Bereich von 21 °C bis 30 °C liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Temperatur in einem Bereich von 26 °C bis 50 °C liegt, insbesondere in einem Bereich von 35 °C bis 45 °C.
8. Vorrichtung zur Gewinnung von Acrylsäure aus einem Reaktionsgas, umfassend: einen ersten Abschnitt zum Quenchen des Reaktionsgases mit einer Quenchflüssigkeit, um einen Acrylsäure enthaltenden Flüssigkeitsstrom und einen Acrylsäure enthaltenden Gasstrom zu erhalten; einen zweiten Abschnitt zum Abkühlen des Gasstroms durch Inkontaktbringen mit einer wässrigen Flüssigkeit, wobei der zweite Abschnitt eine Entnahmeöffnung bei einer Entnahmeposition am unteren Ende des zweiten Abschnitts und zumindest eine erste und eine zweite Rückführöffnung bei einer ersten und einer zweiten Rückführposition jeweils oberhalb der Entnahmeposition aufweist, wobei die zweite Rückführposition unterhalb der ersten Rückführposition liegt, und mehrere aufeinanderfolgende Wärmetauscher, die in Reihe zwischen der Entnahmeöffnung und der zweiten Rückführöffnung angeordnet sind, zum Kühlen von wässriger Flüssigkeit, die durch die Entnahmeöffnung dem zweiten Abschnitt entzogen wurde, wobei eine erste Rückführleitung den letzten Wärmetauscher mit der ersten Rückführöffnung zum Rückführen eines ersten Anteils der wässrigen Flüssigkeit in den zweiten Abschnitt mit einer ersten Temperatur verbindet und wobei eine zweite Rückführleitung bei einer ersten Ausschleusposition einen ersten Bereich nach einem ersten Wärmetauscher und vor dem letzten Wärmetauscher mit der zweiten Rückführöffnung zum Ausschleusen und Rückführen eines zweiten Anteils der wässrigen Flüssigkeit in den zweiten Abschnitt mit einer zweiten Temperatur verbindet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dritte Rückführleitung, die bei einer zweiten Ausschleusposition einen zweiten Bereich, der zumindest einen weiteren Wärmetauscher stromaufwärts von dem ersten Bereich angeordnet ist, mit der zweiten Rückführleitung zum Ausschleusen eines dritten Anteils der wässrigen Flüssigkeit mit einer dritten Temperatur und zum Vermischen des dritten Anteils mit dem zweiten Anteil verbindet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Wärmetauscher, der/die stromaufwärts von der zweiten Ausschleusposition angeordnet ist/sind, ausgewählt sind aus einem Luftkühler und einem Wasserkühler.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiterer Wärmetauscher, der stromabwärts von der zweiten Ausschleusposition und stromaufwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist, ein Kaltwasserkühler ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein noch weiterer Wärmetauscher, der stromabwärts von der ersten Ausschleusposition angeordnet ist, ein Flüssiggas-Verdampfer ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rückführleitung den Ausgang des Kaltwasserkühlers mit der zweiten Rückführöffnung verbindet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Rückführleitung den Ausgang des Wasserkühlers mit der zweiten Rückführleitung verbindet.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Rückführleitung und der zweiten Rückführleitung ein Vermischer angeordnet ist, der den dritten Anteil der wässrigen Flüssigkeit mit dem zweiten Anteil der wässrigen Flüssigkeit vermischt.
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