Регулирование ph закалочной колонны - RU2720311C2

Чертежи

Описание

Обеспечивается способ регулирования pH закалочной колонны. Более конкретно способ предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну для обеспечения pH от приблизительно 3,5 до приблизительно 7 в конденсате из одного или более добавочных охладителей закалочной колонны.

Уровень техники

Акрилонитрил является важным товарным химическим веществом, используемым главным образом в качестве мономера для производства широкого спектра полимерных материалов, таких как полимеры для акриловых волокон, используемых в тканях, и в смолах, такие как ABS и SAN смолы. В мире акрилонитрил получают в количествах, превышающих четыре миллиона метрических тонн в год. Наиболее используемым способом производства акрилонитрила или другого олефинненасыщенного нитрила, такого как метакрилонитрил, является реакция подходящего углеводорода, такого как пропилен или пропан для производства акрилонитрила или изобутилен для производства метакрилонитрила, в реакторе аммоксидирования в присутствии аммиака, используя воздух или другой источник молекулярного кислорода в качестве окислителя. В таких реакциях окисления, также называемых реакциями аммоксидирования, обычно используют твердый, гетерогенный катализатор в виде частиц в псевдоожиженном слое катализатора для катализа реакции аммоксидирования и обеспечения желаемого акрилонитрила или метакрилонитрила с подходящей степенью превращения и выходом. Помимо получения олефинненасыщенного нитрила, такие реакции аммоксидирования также обычно дают другие органические соединения, такие как ацетонитрил, цианистый водород (HCN) и другие побочные продукты. Способы каталитического аммоксидирования углеводородного сырья в акрилонитрил раскрыты, например, в патентах США №4503001; №4767878; №4863891 и №5093299, все из которых включены в настоящий документ ссылкой.

Способы, широко используемые в коммерческой практике для извлечения продуктов такого аммоксидирования углеводородов, такого как аммоксидирование пропилена с получением акрилонитрила, обычно предусматривают стадии: a) контакта выходящего потока реактора аммоксидирования в закалочной колонне или колонне с водной охлаждающей жидкостью для нейтрализации аммиака и охлаждения газообразного выходящего потока; b) контакта охлажденного газообразного выходящего потока с водой в абсорбере, получая водный раствор, содержащий продукты аммоксидирования; c) воздействия на водный раствор экстрактивной дистилляции водой в дистилляционной колонне и d) удаления первого головного парообразного потока, содержащего ненасыщенный нитрил и некоторое количество воды, из верхней части колонны и сбора жидкого потока отходов, содержащего воду и загрязняющие вещества, из нижней части колонны. Дополнительную очистку олефинненасыщенного нитрила, такого как акрилонитрил, можно осуществлять путем пропускания головного парообразного потока во вторую дистилляционную колонну для удаления, по меньшей мере, некоторых примесей из акрилонитрила и дополнительной дистилляции частично очищенного акрилонитрила.

Выходящий поток реактора аммоксидирования обычно содержит некоторое количество аммиака. Таким образом, охлаждающая жидкость, используемая в закалочной колонне, может также содержать сильную минеральную кислоту, такую как серная кислота, для реакции и образования при этом водорастворимой соли аммония, такой как сульфат аммония. Использованную или отработанную охлаждающую жидкость, содержащую сульфат аммония и другие компоненты, обычно обрабатывают или утилизируют безопасным для окружающей среды образом.

Регулирование pH в закалочной колонне является важным. Любой аммиак, который проходит через реактор непревратившимся, следует нейтрализовать. Если его не нейтрализовать, аммиак может реагировать с акрилонитрилом с получением различных полимеров и вызывать загрязнение. Аммиак может также способствовать полимеризации HCN. Отсутствие эффективного регулирования pH в закалочной колонне приводит к потере продукта.

Сущность изобретения

Способ регулирования pH закалочной колонны обеспечивает поток в закалочной колонне с постоянным или практически постоянным pH. Непрерывное измерение pH потока конденсата в способе настоящего изобретения исключает проблемы с непосредственным измерением pH охлаждающей жидкости. Например, сама жидкость закалочной колонны имеет свойства, которые приводят к частому отказу датчиков pH и закупориванию линии отбора проб. Удивительно и неожиданно, что конденсат закалочной колонны обеспечивает более чистый поток, который непосредственно связан с pH закалочной колонны и дает pH закалочной колонны с небольшими отклонениями.

Способ регулирования pH закалочной колонны предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну для регулирования pH в выходящем потоке закалочной колонны из одной или более закалочных колонн. В одном аспекте способ предусматривает измерение pH конденсата закалочной колонны и регулирование количества кислоты, добавляемой в закалочную колонну, для поддержания pH на уровне от приблизительно 3,5 до приблизительно 7, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 6, а в другом аспекте от приблизительно 5 до приблизительно 5,5 в конденсате. Измерение pH конденсата обеспечивает постоянную и точную процедуру для регулирования добавления кислоты в закалочную колонну.

Способ снижения количества аммиака в охлажденном выходящем потоке из закалочной колонны предусматривает перемещение охлажденного выходящего потока в добавочный охладитель закалочной колонны; измерение pH конденсата из добавочного охладителя закалочной колонны и добавление кислоты в закалочную колонну. В этом аспекте способ предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну для обеспечения pH от приблизительно 3,5 до приблизительно 7, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 6, а в другом аспекте от приблизительно 5 до приблизительно 5,5 в конденсате из добавочного охладителя закалочной колонны.

Способ регулирования pH закалочной колонны предусматривает измерение pH конденсата из выходящего потока закалочной колонны, причем конденсат содержит приблизительно 5 масс. % или менее акрилонитрила, и/или приблизительно 1 масс. % или менее HCN, и/или приблизительно 0,05 масс. % или менее аммиака, и/или приблизительно 0,01 масс. % или менее растворенного сульфата; и добавление кислоты в закалочную колонну. В этом аспекте способ предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну для обеспечения pH от приблизительно 3,5 до приблизительно 7, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 6, а в другом аспекте от приблизительно 5 до приблизительно 5,5 в конденсате из закалочной колонны.

Способ регулирования нейтрализации аммиака в закалочной колонне предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну и измерение pH конденсата из выходящего потока закалочной колонны, причем конденсат содержит приблизительно 5 масс. % или менее акрилонитрила, и/или приблизительно 1 масс. % или менее HCN, и/или приблизительно 0,05 масс. % или менее аммиака, и/или приблизительно 0,01 масс. % или менее растворенного сульфата, причем кислота, добавленная в закалочную колонну, обеспечивает нейтрализацию приблизительно 90% или более аммиака. В этом аспекте способ предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну для обеспечения pH от приблизительно 3,5 до приблизительно 7, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 6, а в другом аспекте от приблизительно 5 до приблизительно 5,5 в конденсате из выходящего потока закалочной колонны.

Система регулирования pH закалочной колонны содержит закалочную колонну, сконструированную для подачи выходящего потока закалочной колонны в добавочный охладитель закалочной колонны, причем добавочный охладитель закалочной колонны сконструирован для обеспечения конденсата; датчик pH для контроля pH конденсата из добавочного охладителя закалочной колонны; и контроллер, электронно соединенный с датчиком pH и с регулирующим клапаном для кислоты, причем регулирующий клапан для кислоты сконструирован для регулирования потока кислоты в закалочную колонну; причем контроллер сконструирован для увеличения или уменьшения потока кислоты через регулирующий клапан для кислоты.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и другие аспекты, признаки и преимущества нескольких аспектов способа будут более очевидны исходя из следующей фигуры.

Фиг. 1 в общем показывает закалочную колонну и добавочный охладитель.

Соответствующие номера позиций указывают соответствующие компоненты на всей фигуре. Специалисты в данной области техники будут учитывать, что элементы на фигуре показаны для простоты и ясности и не обязательно были изображены в масштабе. Например, размеры некоторых элементов на фигуре могут быть увеличены относительно других элементов для того, чтобы способствовать лучшему пониманию различных аспектов. Также общие, но хорошо понятные элементы, которые пригодны или необходимы при промышленном осуществлении аспекта, часто не изображают для получения менее загроможденного вида этих различных аспектов.

Подробное описание изобретения

Следующее описание не должно рассматриваться в ограничивающем смысле, а сделано только с целью описания общих принципов типичных вариантов осуществления. Объем настоящего изобретения будет определен со ссылкой на формулу изобретения.

Ссылка на способ и устройство для проведения способа описана также в отношении следующей фигуры.

Как показано на фиг. 1, закалочная колонна 10 содержит первую часть 28 и вторую часть 30, причем первая часть 28 расположена ниже второй части 30. Первая часть 28 закалочной колонны 10 содержит впускное отверстие 32, сконструированное для приема газового потока или выходящего потока 12 реактора. Газовый поток или выходящий поток 12 реактора может содержать акрилонитрил и аммиак. Вторая часть 30 закалочной колонны 10 содержит многоуровневую распылительную систему 34, которая сконструирована для приема водного потока или охлаждающей жидкости 16. Водный поток или охлаждающая жидкость 16 может содержать кислоту 36.

В одном аспекте способ предусматривает добавление кислоты в технологический поток перед поступлением технологического потока в закалочную колонну. В этом аспекте способ предусматривает добавление кислоты 36 посредством линии 38 в охлаждающую жидкость 16 в месте соединения 40. Кислота может включать любую подходящую кислоту, например, серную кислоту (такую как 98% серная кислота).

Охлаждающая жидкость 16 может содержать выходящий поток или кубовый поток закалочной колонны, выходящий из нижней части 42 закалочной колонны 10 и по линии 44. В аспекте выходящий поток или кубовый поток закалочной колонны может иметь концентрацию сульфата аммония приблизительно 45 масс. % или менее, в другом аспекте от приблизительно 10 до приблизительно 25 масс. %, а в другом аспекте от приблизительно 15 до приблизительно 21 масс. %.

Воду можно добавлять по линии 46 в закалочную колонну 10 через впускное отверстие 48, или иным образом можно добавлять в охлаждающую жидкость 16, или в любом другом месте в контуре рециркуляции жидкости, образованном потоками 16 и 44. Воду можно также добавлять в закалочную колонну 10 по линии 68. В этом аспекте закалочная колонна может быть любым типом закалочной колонны, известным в данной области, и закалочная колонна может содержать насадки или тарелки.

Охлаждающая жидкость 16 может циркулировать по линии 44 и назад в линии 18, 20, 22 и 24 при помощи насоса 50. В этом аспекте закалочная колонна может содержать множество возвратных линий, таких как, например, в одном аспекте 2 или более, в одном аспекте 4 или более, в одном аспекте 6 или более и в одном аспекте 8 или более. Выходящий поток 67 можно отводить как часть кубового потока закалочной колонны, выходящего по линии 44, для поддержания относительно постоянного массового расхода в контуре рециркуляции жидкости путем компенсации жидкости, добавляемой по линиям 38 и 46. Выходящий поток 67 удаляет образовавшиеся продукты реакции нейтрализации (например, сульфат аммония), а также пригоден для предотвращения накопления нежелательных продуктов в контуре рециркуляции жидкости, таких как продукты коррозии. Выходящий поток 67 можно отводить по линии 44 в место 52 сброса.

Многоуровневая распылительная система 34 содержит по меньшей мере первую форсуночную стойку 54, соответствующую линии 18, и вторую форсуночную стойку 56, соответствующую линии 20. Как показано на фиг. 1, многоуровневая распылительная система 34 может содержать форсуночную стойку 58, соответствующую линии 22, и форсуночную стойку 60, соответствующую линии 24. Форсуночные стойки 54, 56, 58 и 60 проходят по существу по диаметру 62 закалочной колонны 10. Как показано, форсуночная стойка 54 расположена ниже форсуночной стойки 56 и по существу параллельно форсуночной стойке 56. Форсуночная стойка 58 расположена над форсуночной стойкой 56 и ниже форсуночной стойки 60. Форсуночная стойка 58 по существу параллельна форсуночной стойке 60. В этом аспекте многоуровневая распылительная система 34 может содержать множество форсуночных стоек и распылительных форсунок.

Каждая из форсуночных стоек 54, 56, 58 и 60 может содержать ряд разбрызгивателей (не показаны на фиг. 1). Разбрызгиватели могут проходить по существу по диаметру или хордам закалочной колонны 10, которые перпендикулярны диаметру 62 закалочной колонны 10. Каждый разбрызгиватель может содержать два или более удлинителей (не показаны на фиг. 1). Каждый удлинитель может проходить по существу перпендикулярно его соответствующему разбрызгивателю. Каждый удлинитель может содержать распылительные форсунки, причем каждая распылительная форсунка направлена вниз. В аспекте каждая форсунка 47 распылительной системы 34 может быть сконструирована для распыления вниз струи охлаждающей жидкости 16 в виде полого конуса, причем каждая струя в виде полого конуса определяет центр, находящийся на равном расстоянии от стенок струи в виде полого конуса. В аспекте форсунки каждой форсуночной стойки могут находиться на таком расстоянии, что часть первой струи охлаждающей жидкости в виде полого конуса из первой форсунки первой форсуночной стойки перекрывается частью второй струи охлаждающей жидкости в виде полого конуса из второй форсунки первой форсуночной стойки с получением перехлеста охлаждающей жидкости.

В другом аспекте закалочная колонна может содержать секции с насадками или множество тарелок вместо многоуровневой распылительной системы 34. В этом аспекте охлаждающая жидкость 16 циркулирует в закалочную колонну выше и/или ниже секции с насадками или тарелками колонны.

Охлажденный отходящий газ, содержащий акрилонитрил (включая побочные продукты, такие как ацетонитрил, цианистый водород и примеси), вместе с туманом может затем подниматься от многоуровневой распылительной системы 34 в туманоуловитель 26. Туманоуловитель 26 сконструирован для удаления тумана из охлажденного отходящего газа. Туманоуловитель 26 расположен ниже по потоку относительно второй части 30 закалочной колонны 10. Туманоуловитель 26 может содержать водораспылительную систему (не показана). Водораспылительная система сконструирована для распыления воды на поверхность туманоуловителя 26, причем сбор капель снижается, и образование полимера и соответствующее загрязнение поверхностей туманоуловителя 26 снижается.

Быстро охлажденный или охлажденный отходящий газ, содержащий акрилонитрил (включая побочные продукты, такие как ацетонитрил, цианистый водород и примеси), после прохождения через туманоуловитель 26 может выходить из закалочной колонны 10 в виде газового потока 70. В одном аспекте выходящий поток закалочной колонны представляет собой газовый поток 70.

Газовый поток 70 можно направлять в одну или более сепарирующих ловушек 82 и один или более добавочных охладителей 80 закалочной колонны. Способ может предусматривать использование добавочных охладителей закалочной колонны, например, таких как кожухотрубный, с оребренными трубками, коробчатого типа, пластинчатого типа, спирального типа и типа труба в трубе. Конденсат 85 можно удалять из добавочного охладителя 80 закалочной колонны через выпускное отверстие 90. Способ также предусматривает перемещение конденсата 85 посредством насоса 95 назад в добавочный охладитель 80 закалочной колонны. Часть конденсата 85 можно направлять в находящееся ниже по потоку оборудование, такое как абсорбер или регенерационная колонна (не показаны). pH конденсата 85 измеряют перед поступлением в находящееся ниже по потоку оборудование. Технологический поток 110 представляет собой парообразный выходящий поток из добавочного охладителя 80, который можно направлять в абсорбер.

В другом аспекте система и способ могут содержать регулирующий pH контур. pH-метр 115 непрерывно контролирует pH конденсата 85 и регулирует добавление кислоты при помощи клапана 118 для добавления кислоты. Клапан 118 для добавления кислоты обеспечивает кислоту в закалочную колонну 10 в количестве, достаточном для поддержания pH конденсата 85. В этом аспекте способ предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну для обеспечения pH конденсата от приблизительно 3,5 до приблизительно 7, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 6, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 5, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 4,5, в другом аспекте от приблизительно 3,5 до приблизительно 4, в другом аспекте от приблизительно 5 до приблизительно 5,3 и в другом аспекте от приблизительно 5 до приблизительно 5,5. Поддержание pH конденсата в этом диапазоне, как обнаружили, является эффективным путем и подходящим способом для контроля pH закалочной колонны на приемлемом уровне.

Способ, который предусматривает измерение pH конденсата из одного или более добавочных охладителей закалочной колонны, приемлем для любой конструкции закалочной колонны. Примеры конструкций закалочной колонны включают одноступенчатое охлаждение, двухступенчатое охлаждение и многоступенчатое охлаждение. Выбор диапазона pH будет зависеть от типа охлаждения. Например, одноступенчатое охлаждение может предусматривать регулирование pH от приблизительно 5 до приблизительно 5,5, а двухступенчатое охлаждение может предусматривать регулирование pH от приблизительно 3,5 до приблизительно 7.

В одном аспекте способ предусматривает измерение pH конденсата из одного или более добавочных охладителей закалочной колонны. Измерение pH конденсата может быть более стабильным и соответствующим, когда конденсат может содержать любое одно или более из следующего:

приблизительно 5 масс. или менее акрилонитрила, в другом аспекте приблизительно 2,5 масс. % или менее акрилонитрила;

приблизительно 1 масс. % или менее HCN, в другом аспекте приблизительно 0,5 масс. % или менее HCN;

приблизительно 0,05 масс. % или менее аммиака, в другом аспекте приблизительно 0,025 масс. % или менее аммиака; и/или

приблизительно 0,01 масс. % или менее растворенного сульфата, в другом аспекте приблизительно 0,005 масс. % или менее растворенного сульфата.

В другом аспекте способ предусматривает нейтрализацию приблизительно 90% или более аммиака, в другом аспекте нейтрализацию приблизительно 95% или более аммиака и в другом аспекте нейтрализацию приблизительно 99% или более аммиака.

В другом аспекте способ содержит одноступенчатую колонну. Закалочная колонна может иметь температуру от приблизительно 60 до приблизительно 90°C, а в другом аспекте от приблизительно 65 до приблизительно 85°C. Рабочее давление закалочной колонны составляет от приблизительно 0,025 до приблизительно 0,045 МПа(изб.), а в другом аспекте от приблизительно 0,03 до приблизительно 0,04 МПа(изб.).

Хотя изобретение, раскрытое в настоящем документе, было описано посредством конкретных вариантов осуществления, примеров и их применений, специалисты в данной области могут сделать множество его модификаций и вариантов без отклонения от объема настоящего изобретения, указанного в формуле изобретения.

Реферат

Изобретение предназначено для регулирования pH закалочной колонны. Способ регулирования pH закалочной колонны предусматривает добавление кислоты в закалочную колонну для регулирования pH в выходящем потоке из одной или более закалочных колонн. В одном аспекте способ предусматривает измерение pH конденсата закалочной колонны и регулирование количества кислоты, добавляемой в закалочную колонну, для поддержания pH на уровне от приблизительно 3,5 до приблизительно 7 в конденсате. Измерение pH конденсата обеспечивает постоянную и точную процедуру для регулирования добавления кислоты в закалочную колонну. Технический результат: эффективное регулирование pH конденсата закалочной колонны. 4 н. и 43 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула