NO144487B - Fremgangsmaate ved utvinning og rensning av acrylonitril og methacrylonitril - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for sterkt

å nedsette mengden av faststoffholdige avfallsstrømmer dannet under utvinningen av acrylonitril og methacrylonitril.

Utvinnings- og rensningssystemer for acrylonitril og methacrylonitril erholdt ved ammoxydasjon av propylen eller isobutylen, er vel kjent. Se f.eks. U.S. patenter 3 433 822,

3 399 120, 3 535 849 og 3 936 360. Det gassformige reaktoravløp fra en ammoxydasjonsreaktor bringes først direkte i kontakt med en kjølevæske for å avkjøle avløpet og fjerne en betraktelig mengde av forurensningene dannet under reaksjonen, slik 3om polymerer. Det avkjølte gassformige avkjølingsavløp sendes typisk til en vaskekolonne eller absorberer hvor det gassformige avløp bringes i kontakt med vann. Væskestrømmen fra bunnen av absorbereren inneholdende forskjellige nit riler, vann og noen forurensninger, sendes så til en destillasjonskolonne. Oppløsningsmiddelvann anvendes for ekstraktivt å destillere denne strøm, under dannelse av en toppdampstrøm av acrylonitril. Som beskrevet i U.S. patent 3 999 120, kan bunnavløpet av den ekstraktive destillasjons -

kolonne sendes til en annen avdrivningskolonne. Toppavløpet for denne avdrivningskolonne inneholder acetonitril med en mindre mengde vann, og den flytende bunnstrøm inneholder vann og forurensninger. Én alternativ fremgangsmåte ved gjenvinning som også finnes i denne henvisning, er fjernelsen av en sidestrøra fra den ekstraktive destillasjonskolonne. Denne strøm inneholdende for det meste acetonitril og vann sendes til en liten avdrivningskolonne hvor acetonitril fjernes fra toppen, og det flytende bunnavløp inneholder for det meste vann som føres tilbake til den ekstraktive destillasjonskolonne. Når denne fremgangsmåte for gjenvinning anvendes, er den flytende bunnstrøm fra den ekstraktive destillasjonskolonne for det meste vann og forurensninger med spor av acetonitril.

Varme som er nødvendig for å utføre utvinningsoperasjonene, tilføres til bunnen av både den ekstraktive destillasjonskolonne og avdrivningskolonne. Uheldigvis bevirker denne varme, som vanligvis tilføres ved å anvende en indirekte gjenoppvarmnings-anordning, polymerisasjon av forurensningene som finnes i de assosierte kolonner.

Avfallsfjernelse fra disse bunnstrømmer er både vanskelig

og dyr. Faststoffinnholdet i strømmen på grunn av polymerisa-sjonen.er så høyt at det forhindrer vanlig avf allsvånnbehandling. Dessuten er størrelsen av disse strømmer meget store og krever således stort spesialisert utstyr. Tysk patent nr. 050 722 angår en fremgangsmåte for rensning av dette avfallsvann under anvendelse av en separat destillasjonskolonne og store mengder damp for å fordampe vannet, og reduserer således størrelsen av de sistnevnte spesialiserte avfallsbehandlingsapparater.

Foreliggende oppfinnelse fremskaffer en enestående metode for å redusere størrelsen av disse brysomme strømmer med meget liten kapitalinvestering og driftsutgifter.

Det er nu oppdaget at fremgangsmåten for utvinning og rensning av acrylonitril eller methacrylonitril fremstilt ved ammoxydasjotrsreaksjonen av propylen eller isobutylen, molekylært oxygen og ammoniakk i nærvær av ammoxydasjonskatalysatorer,

omfatter: '

a) å bringe ammoxydasjonsreaktoravløpet inneholdende acrylonitril eller methacrylonitril, acetonitril og.forurensninger i kontakt med en vandig kjølevæske i et kjølesystem-for å danne et gassformig kjøleavløp fra det nevnte kjølesystem; b) at det gassformige kjøleavløp absorberes i vann for å danne en vandig oppløsning; c ) at eten vandige oppløsning føres til et mellomliggende brett i en første kolonne med en rekke brett, under anvendelse av. opp-løsningsvann innført i toppen av den første kolonne til å utføre ,, en vann-ekstraktiv destillasjon, hvori en første toppdampstrøm av acrylonitril eller methacrylonitril med noe vann fjernes fra toppen av den første kolonne, og en væskestrøm inneholdende, acetonitril, forurensninger og vann fjernes fra bunnen av den første kolonne; d) at i det minste en del av væske-bunnavløpet fra den første kolonne mates til en annen kolonne hvor destillasjon utføres for å fjerne en annen topp-dampstrøm av acetonitril og vann fra toppen av den annen kolonne, og en annen væskestrøm inneholdende vann og forurensninger fra bunnen av den annen kolonne, e) at nrinst en del av den annen væske-bunnstrøm mates til kjøle-systemet i (a) som den vandige kjølevæske hvor forbedringen omfatter å fjerne en dampstrøm fra den nedre fjerdedel av den annen kolonne.

I en annen utførelsesform kan oppfinnelsen dessuten anføres som i fremgangsmåten ved utvinning og rensning av acrylonitril eller methacrylonitril fremstilt ved ammoxydasjonsreaksjonen av propylen eller isobutylen, molekylært oxygen og ammoniakk i nærvær av ammoxydasjonskatalysatorer, omfattende: a) å bringe ammoxydasjonsreaktoravløpet inneholdende acrylonitril eller methacrylonitril, acetonitril og forurensninger i kontakt med en vandig kjølevæske i. et kjølesystem for å danne et gassformig kjøleavløp fra kjølesystemet; b) å absorbere det nevnte gassformige kjøleavløp i vann for å danne en vandig oppløsning; c) å mate den vandige oppløsning til et mellomliggende brett av en destillasjonskolonne med en rekke brett, under anvendelse av oppløsningsvann innført i toppen av kolonnen til å utføre en vann-ekstraktiv destillasjon, hvor en topp-dampstrøm av acrylonitril med noe vann fjernes fra toppen av kolonnen, og en væske-strøm inneholdende vann og forurensninger fjernes fra bunnen av kolonnen, d) å fjerne en første sidestrøm fra den nedre halvdel av den nevnte kolonne for å utvinne acetonitril; e) å mate minst en del av den flytende bunnstrøm fra kolonnen til kjølesystemet som en kjølevæske, idet forbedringen omfatter å

fjerne en dampstrøm inneholdende vann fra den nedre fjerdedel av den nevnte kolonne.

Reaktor-avløpsgassen, vanligvis ved en temperatur mellom 370° og 482°C, føres først til et kjølesystem. Hensikten med kjølesystemet er å fjerne overskudd av ammoniakk, polymerer og .tyngre forurensninger dannet i reaksjonen, og å avkjøle reaktor-aviøpsgassen. Typisk anvendes vann med noe svovelsyre som kjøle-væske. Reaktoravløpsgassen forlater kjølesystemet ved en temperatur på ca. 32° til ca. 110°C. En bunnstrøm inneholdende vann, syre, polymerer og andre forurensninger fjernes fra kjølesystemet. Denne strøm skaffer meget vanskelige avfallsfjernelsesproblemer. På grunn av den store mengde faste stoffer og andre forurensninger i denne strøm kan den ikke sendes til en aktivert slambehandler eller biodam for behandling. Typiske metoder for be-handlinger har tidligere vært dypbrønnsinjeksjon eller forbrenn-ing. Som angitt ovenfor, har andre fremgangsmåter som en annen destillasjonskolonne vært anvendt i forsøk på å redusere størr-elsen av denne strøm. Det er et mål ved foreliggende oppfinnelse å redusere strømmen på avkjølings-bunnstrømmen og således redusere rensningsomkosningene.

Efter avkjøling i kjølesystemet føres så reaktoravløps-gassene.til en annen absorberer eller vaskekolonne. Her bringes avløpsgassene i kontakt med vann. Vannet absorberer acrylonitril eller methacrylonitril, acetonitril og noen forurensninger. Denne vandige oppløsning fjernes fra bunnen av vaskekolonnen.

Uabsorberte gasser fjernes som en dampstrøm fra toppen av

vaskekolonnen.

Den vandige oppløsning fra bunnen av absorbereren sendes så til videre behandling for å gjenvinne acrylonitril og acetonitril. Denne behandling utføres vanligvis på en av to måter.

Først sendes den vandige oppløsning til en ekstraktiv destillasjonskolonne. Denne kolonne inneholder typisk 60 -

120 brett. Oppløsningsvann tilsettes på toppen av kolonnen og passerer i motstrøm til påmatningen. Varme tilføres til bunnen av kolonnen, vanligvis ved en indirekte varmeveksler. Acrylonitril og HCN: fjernes som en dampstrøm fra toppen a v-kolonnen. Denne strøm går så til videre bearbeidelse for å rense ac.rylo-;

nitrilet. Acetonitril, vann og forurensninger fjernes fra, bunnen av den ekstraktive destillasjonskolonne og går til en avdriver.

I avdriveren anvendes store mengder damp for a skille aceto-nitrilet fra vannet. Acetonitril fjernes som en dampstrøm fra toppen.

En bunnstrøm inneholdende vann og forurensninger fjernes så fra avdriveren og anvendes som kjølevæske i kjølekolonnen.

De store varmemengder som er nødvendig for å avdrive aceto-nitrilet fra vannoppløsningen, har også den uønskede virkning at de polymeriserer visse forurensninger. Denne polymer isasjon gjør avfallsbehandlingen av bunnstrømmen meget vanskelig.

Foreliggende oppfinnelse nedsetter sterkt størrelsen av bunnstrømmen ved å fjerne en dampstrøm fra den nedre fjerdedel av avdriveren. Denne dampstrøm er hovedsakelig vann med meget lite, om overhodet noe, acetonitril eller forurensninger. Dampstrømmen, er således når den kondenseres, fri for faste stoffer og kan der-for mates til slike avfallsfjernelsessystemer som en aktivert slambehandler eller biodam for ytterligere behandling. Den meget reduserte bunnstrøm fra avdriveren sendes så til kjølekolonnen som tidligere beskrevet.

Det foretrekkes at dampstrømmen fjernes fra under det første

brett i kolonnen. Dampstrømmen ifølge foreliggende oppfinnelse kan imidlertid taes fra et hvilket som helst sted i den hedre fjerdedel av kolonnen.

Når en flytende returstrøm fjernes fra kolonnen for resir-kulering til acetonitril-ekstraktivdestillasjonskolonnen, bør dampstrømmen fjernes fra under denne væskestrøm.

En annen metode for å rense den vandige oppløsning fra absorbereren, er å føre denne oppløsning til en noe forskjellig ekstraktiv destillasjonskolonne. Denne kolonne fjerner, i likhet med den tidligere beskrevne, en sidestrøm inneholdende acetonitril fra den lavere halvdel av kolonnen. Denne sidestrøm

sendes til en meget mindre avdrivningskolonne, vanligvis bestående av 20 - 30 brett. Acetonitril fjernes som en topp-dampstrøm,

mens den flytende bunnstrøm føres tilbake til den ekstraktive destillasjonskolonne. Bunnstrømmen fra denne modifiserte ekstrak-tivdestillasjonskolonne ligner bunnstrømmen som kommer fra avdriveren som nevnt ovenfor. Foreliggende oppfinnelse er også anvendbar på denne fremgangsmåte for utvinning ved å fjerne en dampstrøm fra den nedre fjerdedel av den ekstraktive destillasjonskolonne. 'Dette har igjen den fordel at det sterkt nedsetter bunnstrømmen.

Fig. 1 og 2 er skjematiske fremstillinger av foreliggende oppfinnelse som anvendt på acrylonitril og viser dé to metoder for utvinning.

Under henvisning til fig. 1 føres først reaktoravløpsgassen

i ledningen lOO inneholdende acrylonitril, HCN, acetonitril, vann-damp og forurensninger først til en kjølekolonne 102. Gassen bringes i kontakt med kjølevæske 130 i kjølekolonnen. En bunn-strøm inneholdende vann og forurensninger fjernes gjennom ledningen 106 og sendes til avfallsbehandling.

De avkjølte reaktor-avløpsgasser forlater kjølesystemet gjennom ledningen 108 og går som påmatning til absorbereren 110. Vaskevann går inn i absorbereren i toppen gjennom ledningen 112. Ukondenserbare gasser fjernes fra absorbereren gjennom ledningen 114. En vandig oppløsning inneholdende vann, acrylonitril, acetonitril og forurensninger fjernes som en bunnstrøm gjennom ledningen ll6 bg går til den ekstraktive destillasjonskolonne 118.

Oppløsningsvann innføres på toppen av kolonnen 118 gjennom ledningen 120 for å utføre ekstraktiv destillasjon. Acrylonitril og HCN fjernes som en topp-damp gjennom ledningen 122 og sendes til videre rensning (ikke vist). En bunnstrøm inneholdende acetonitril og vann fjernes gjennom ledningen 124 og føres til avdriveren 126. Varme tilføres til avdriveren for å fjerne acetonitril som en toppdamp gjennom ledningen 128- Bunnstrømmen inneholdende vann, polymerer og andre forurensninger fjernes gjennom ledningen 130 og sendes tilbake til kjølesystemet. En dampstrøm fjernes via ledningen 132 like under det første brett i denne kolonne. Denne dampstrøm, inneholdende for det meste vann, kan så kondenseres og sendes til typiske avfallsbehandlingsanlegg som en slarabehandler eller biodam. Fjernelse av denne dampstrøm nedsetter sterkt mengden av vann som kommer ut fra bunnen av avdriveren.

Dessuten kan en væskestrøm fjernes fra den nedre halvdel av avdriveren gjennom ledningen 120 og anvendes som oppløsningsvann for den ekstraktive destillasjonskolonne.

Fig. 2 viser en annen, utførelsesform åv oppfinnelsen. Den vandige oppløsning fra absorbereren 110 føres gjennom led-

ningen ll6 til en modifisert ekstraktiv destillasjonskolonne 150.

Oppløsningsvann innføres på toppen av denne kolonne gjennom ledningen 152 for å absorbere acetonitril. Acrylonitril og HCN fjernes fra topp som en damp gjennom ledningen 154- En væske-strøm inneholdende acetonitril og vann fjernes fra den nedre halvdel av denne kolonne gjennom en ledning 158 og sendes til en liten avdriverkolonne l60. En væskestrøm inneholdende for det meste vann, fjernes fra bunnen av kolonnen l60 gjennom ledningen l64 og sendes tilbake til den ekstraktive destillasjonskolonne . Foreliggende oppfinnelses dampstrøm fjernes fra under det første brett i destillasjonskolonnen gjennom ledningen 166

og kondenseres i kjøleren 168. Den kondenserte strøm inneholdende for det meste vann føres så gjennom ledningen 170 til avfallsbehandling som beskrevet ovenfor.

En bunnstrøm inneholdende vann, polymerer og forurensninger fjernes gjennom ledningen 156 og sendes tilbake til kjølesystemet. Dessuten kan en væskestrøm fjernes fra det nederste brett og føres tilbake til den ekstraktive destillasjonskolonne som opp-løsningsvann gjennom ledningen 152.

Sammenlignende eksempel A og eksempel 1

En acrylonitril-utvinningsprosess ble utført i det vesent-lige som vist på fig. 2. I sammenlignende eksempel A sendes hele den flytende bunnstrøm fra den ekstraktive destillasjonskolonne til kjølesystemet. Eksempel 1 er identisk med sammenlignende eksempel A unntatt at en dampstrøm fjernes fra under det første brett av den ekstraktive destillasjonskolonne. Mengden av denne dampstrøm var lik 45 vekt% av den opprinnelige bunnstrøm i sammenlignende eksempel A. På grunn av denne væskefjernelse ble mengden av varme nødvendig for å utføre destillasjonen, øket med 12%. Tabellen nedenfor viser vektprosent polymer inneholdt i de forskjellige prosesstrømmer i begge eksempler.

Som det vil sees av denne tabell, inneholder dampstrømmen fjernet fra destillasjonskolonnen, meget små mengder polymer. Virkningene av foreliggende oppfinnelse kan lett sees ved den drastiske økning i polymerkonsentrasjon i bunnstrømmen fra kjøle-kolonnen. Denne polymerkonsentrasjon er blitt fordoblet ved anvendelse av oppfinnelsen. Dessuten reduseres bunnstrømmen fra kjølekolonnen med ca. 60%. Der fåes således en meget mindre strøm som er mere høykonsentrert med hensyn på polymer. Dette har den fordel at det sterkt nedsetter omkostningene og videre fjernelse av denne strøm.

Mengden av damper som kan fjernes ved anvendelse av foreliggende oppfinnelse, står i forbindelse med bunnstrømmen fra kolonnen. Mengden av fjernede damper kan være 10 til ca. 70 vekt% av bunnstrømmen før dampfjernelse. Det foretrekkes imidlertid at 30-50 vekt% fjernes. Dette vil gi en tilstrekkelig mengde vann for anvendelse i kjølesystemet.

Som anført ovenfor, kan dampstrømmen kondenseres og på grunn av dens meget lave polymerkonsentrasjon, sendes til typiske avfallsvann-rensesystemer som en biodam eller aktivert slam-behandling.

Anvendelsen av foreliggende oppfinnelse nedsetter sterkt mengden av kjølekolonne-bunnavløp som må renses og øker også dens polymerkonsentrasjon. Dette gjør avfallsbehandlingen av denne strøm langt mere økonomisk og nedsetter størrelsen av det nød-vendige utstyr.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved utvinning og rensning av acrylonitril eller methacrylonitril fremstilt ved ammoxydasjonsreaksjonen av propylen eller isobutylen, molekylært oxygen og ammoniakk i nærvær av ammoxydasjonskatalysatorer, omfattende: a) å bringe ammoxydasjonsreaktoravløpet inneholdende acrylonitril eller methacrylonitril, acetonitril og forurensninger i kontakt med en vandig kjølevæske i et kjølesystem for å danne et gassformig kjøleavløp fra det nevnte kjølesystem, b) å absorbere det nevnte gassformige kjøleavløp i vann for å danne en vandig oppløsning, c) å mate den vandige oppløsning til et mellomliggende brett i en destillas jonskolonne med en rekke brett, idet der anvendes oppløs-ningsmiddelvann innført på toppen av kolonnen for å utføre en vannekstraktiv destillasjon, hvori en toppdampstrøm av acrylonitril eller methacrylonitril med noe vann fjernes fra toppen av kolonnen, og en væskestrøm inneholdende vann og forurensninger fjernes fra bunnen av kolonnen, d) fjernelse av en første sidestrøm fra den nedre halvdel av kolonnen for å utvinne acetonitril, e) matning av minst en del av den flytende bunnstrøm fra kolonnen til kjølesystemet som en kjølevæske,karakterisert ved at der fjernes en-dampstrøm inneholdende vann fra den nedre fjerdedel av den nevnte kolonne.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at dampstrømmen fjernes fra under det første brett i kolonnen.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert ved at den innbefatter det trinn at der fjernes en annen væskestrøm fra den nedre fjerdedel av den nevnte kolonne og denne annen strøm anvendes som oppløs-ningsmiddelvann i kolonnen.
4. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 omfattende å mate minst en del av den flytende bunnstrøm fra den nevnte første kolonne til en annen kolonne hvori destillasjon utføres for å fjerne en annen toppdampstrøm av acetonitril og vann fra toppen av den annen kolonne, og en annen væskestrøm inneholdende vann og forurensninger fra bunnen av den annen kolonne, og å mate minst en del av den annen flytende bunnstrøm til kjølesystemet av (a) som den vandige kjølevæske,karakterisert ved at der fjernes en dampstrøm fra den nedre fjerdedel av den annen kolonne.
5. 5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisert ved at dampstrømmen fjernes fra under det første brett i den annen kolonne.
6. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert ved at den innbefatter trinnet å fjerne en væskestrøm fra den nedre fjerdedel av den annen kolonne og anvende denne strøm som oppløsningsmiddelvann på toppen av den første kolonne i trinn (a).
7. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6,karakterisert ved at mengden av dampstrøm fjernet er 10 - 70 vekt%, fortrinnsvis 30 - 50 vekt%, av væske-strømmen i trinn (c).
8. 8. Fremgangsmåte ifølge krav 3-7,karakterisert ved at mengden av dampstrøm fjernet er 10 - 70 vekt%, fortrinnsvis 30 - 50 vekt%, av den annen væskestrøm i trinn (d).