TWI713466B

TWI713466B - 蒸發方法

Info

Publication number: TWI713466B
Application number: TW104131281A
Authority: TW
Inventors: 提摩西Ｒ麥克唐諾; 傑Ｒ考奇; 大衛Ｒ華格納; 保羅Ｔ華奇坦朵爾夫
Original assignee: 瑞士商億諾斯歐洲公司
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2020-12-21
Also published as: CN104587684A; WO2016053564A1; TW201622792A

Abstract

本發明涉及用於製程流的蒸發系統。一種從製程流移除重有機雜質的方法和系統，包括從蒸餾塔向蒸發器系統提供製程流。蒸發器系統包括一個或更多個蒸發階段，其中，第一蒸發階段構造成接收來自蒸餾塔的製程流。該方法包括從一個或更多個蒸發階段提供含水冷凝物和液體殘餘物並將含水冷凝物輸送至驟冷塔和/或輕質有機物剝離器。

Description

蒸發方法

技術領域

提供一種用於從製程流(process stream)移除重有機雜質的方法。更具體地，該方法包括提供製程流和在蒸發系統中將水與來自製程流的重質有機物分離。蒸發系統對於提供含水冷凝物和液體殘餘物有效。

背景技術

已知用於製造丙烯腈和甲基丙烯腈的各種方法和系統；例如參見美國專利No.6,107,509。典型地，通過選自丙烷、丙烯或異丁烯的碳氫化合物、氨和氧氣在存在催化劑的情況下的直接反應所產生的丙烯腈/甲基丙烯腈的回收和提純通過將包含丙烯腈/甲基丙烯腈的反應器流出物運輸至第一塔(column)(驟冷(quench))(在那裡利用第一含水流(aqueous stream)來冷卻反應器流出物)、將包含丙烯腈/甲基丙烯腈的被冷卻的流出物運輸到第二塔(吸收器)中(在那裡被冷卻的流出物與第二含水流接觸以將丙烯腈/甲基丙烯腈吸收到第二含水流中)、將包含丙烯腈/甲基丙烯腈的第二含水流從第二塔運輸至用於將原始的丙烯腈/甲基丙烯腈從第二含水流分離的第一蒸餾塔(回收塔)並且將被分離的原始的丙烯腈/甲基丙烯腈運輸至第二蒸餾塔(頭餾分塔(heads column)以從原始的丙烯腈/甲基丙烯腈移除至少一些雜質並且將部分地淨化的丙烯腈/甲基丙烯腈運輸至第三蒸餾塔(成品塔(product column))以獲得成品丙烯腈/甲基丙烯腈來完成。美國專利Nos.4,234,510、3,885,928、3,352,764、3,198,750和3,044,966說明典型的用於丙烯腈和甲基丙烯腈的回收和提純方法。

在美國專利No.4,334,965中來說明用於回收烯腈的方法。如在美國專利No.4,334,965中所述，多階段蒸發器被用於從提取蒸餾或剝離塔殘渣(stripper tower bottoms)移除作為驟冷液體被再循環至丙烯腈提純和回收系統的驟冷塔的水。該方法導致由該系統產生的廢棄驟冷塔殘渣量的明顯減少。使用多效蒸發器表示與用於降低再循環流的水含量的其它技術相比的明顯節能。美國專利No.4,334,965公開了通過多效蒸發器能夠以與在美國專利No.4,166,008中所示的相同方式將再循環流中的液體的50%或更多從中移除，留下濃縮的再循環流以用作驟冷液體。美國專利No.4,334,965公開了然而因為多效蒸發器如此高能效，該技術的整個能量耗費遠低於在美國專利No.4,166,008中所說明的技術。

雖然丙烯腈/甲基丙烯腈的製造在商業上已進行多年，仍存在其中改進將具有實質利益的領域。改進的這些領域之一將是對於回收塔殘渣的更有效的蒸發器操作。

發明概要

因此，本發明的一方面是提供一種安全的、有效的且有節省成本的方法和裝置，其克服或減少常規方法的缺點。

一種用於從製程流移除重有機雜質的方法包括提供具有水和約0.5至約1.5重量百分數的重有機雜質的製程流。該方法包括在具有一個或更多個蒸發階段的蒸發器系統中將水與重有機雜質分離以提供含水冷凝物和液體殘餘物。含水冷凝物具有約0.1重量百分數或更少的重有機雜質而液體殘餘物具有約3至約10重量百分數的重有機雜質。

一種用於將液體殘餘物提供至氨氧化製程流的方法包括：提供包括水和重有機雜質的製程流；在具有一個或更多個蒸發階段的蒸發器系統中將水與重有機雜質分離以提供含水冷凝物和液體殘餘物；以及在驟冷塔中使液體殘餘物與反應器流出物接觸以提供硫酸銨。在一方面，硫酸銨的量和聚合物的量通過公式y=-M1x+C1來限定，其中，y是硫酸銨的重量百分數，x是聚合物的重量百分數，M1是4.6或更小而C1是45或更小。

一種蒸發器系統包括一個或更多個蒸發階段，其中，第一蒸發階段構造成接收來自蒸餾塔的製程流，該一個或更多個蒸發階段構造成提供含水冷凝物和液體殘餘物；以及驟冷塔和/或輕質有機物剝離器(light organic stripper)，其構造成接收含水冷凝物。

一種蒸發方法包括將來自蒸餾塔的製程流輸送至蒸發器系統，該蒸發器系統包括一個或更多個蒸發階段，其中，第一蒸發階段構造成接收來自蒸餾塔的製程流，提供來自該一個或更多個蒸發階段的含水冷凝物和液體殘餘物；並且將含水冷凝物輸送至驟冷塔和/或輕質有機物剝離器。

本發明的上述和其它方面、特徵和優點將從其所說明的實施例(其應結合附圖來閱讀)的下面的詳細說明中顯而易見。

100‧‧‧管道(conduit)

102‧‧‧驟冷塔

106‧‧‧管道

107‧‧‧冷卻器

108、109、112、114、116、135、146、148、150、152、154、156、158、160、162、170、176、178、179、180、184、186、188、192、194、196‧‧‧線路

110‧‧‧吸收器

136、138、142‧‧‧換熱器

172‧‧‧冷凝器

182‧‧‧蒸餾塔

190‧‧‧剝離器

通過參考接下來的說明在考慮附圖的情況下可獲得本發明的示例性實施例的更完整的理解以及其優點，在附圖中相似的附圖標記指示相似的特徵，其中：圖1顯示了用於製造丙烯腈產品的方法的示意性的流程圖。

圖2顯示了用於製造丙烯腈產品的備選的方法的示意性的流程圖。

具體實施方式氨氧化製程

在一方面，從氨氧化反應過程來提供製程流。一種這樣的方法的示例在美國專利No.4,334,965中來說明，其在其整體上被包括於其中。

圖1是各個方面的全域的示意性的表示。參考圖 1，在管道(conduit)100中的反應器流出氣體(其包括丙烯腈、HCN、乙腈、水蒸汽和雜質)可首先被傳送至驟冷塔102。該氣體可與驟冷塔102中的驟冷液體接觸。包含水和雜質的殘渣流(bottoms stream)可通過管道106被移除並且送至廢物處理。

被冷卻的反應器流出氣體可通過線路108離開驟冷系統並且傳送至驟冷後冷卻器107。驟冷後冷卻器107對於將驟冷流出物冷卻至低於約50℃有效。被冷卻的驟冷流出物通過線路109被供給至吸收器110。沖洗水可通過線路112在頂部進入吸收器110。不可冷凝的氣體可通過線路114被從吸收器移除。含水溶液(其包含水、丙烯腈、乙腈和雜質)可作為殘渣流通過線路116被移除並且傳送至提取蒸餾塔182。

溶劑水分可通過線路184被引入至提取蒸餾塔182的頂部以執行提取蒸餾。丙烯腈和HCN可作為塔頂蒸汽(overhead vapor)通過線路186被移除並且送至進一步提純(未示出)。包含乙腈和水的流可通過線路188被移除並且傳送至剝離器190。熱量可被加至剝離器190以通過線路192作為塔頂蒸汽移除乙腈。包含水、重質有機物和其它雜質的殘渣流可通過線路196被從提取蒸餾塔182移除。主要包含水的液體流可通過線路194被從剝離器190的下半部移除並且用作至提取蒸餾塔182的溶劑水分。

蒸發器系統

根據一方面，在線路196中的剝離塔殘渣(其也可被稱為製程流)可在蒸發器系統中遭受蒸發。在這方面，在線路196中的提取蒸餾塔殘渣(其可進入換熱器136)包括水、聚合物、氨和丙烯腈。如本文中所使用的那樣，“重有機雜質”指聚合物。如本文中所使用的那樣，聚合物指重質有機材料和少量輕質有機物的混合物。重質有機材料可包括不同高沸點有機化合物的混合物(其具有高程度的腈代替物且還包含一些氧化的碳氫化合物組)。在這方面，製程流包括約0.5至約1.5重量百分數的重有機雜質，而在另一方面約0.75至約1.25重量百分數。

在這方面，蒸發器系統可包括對於提供含水冷凝物和液體殘餘物有效的一個或更多個蒸發階段。例如，蒸發器系統可包括1至約6個蒸發階段、在另一方面2至約6個蒸發階段、在另一方面2至約5個蒸發階段、在另一方面2至約4個蒸發階段而在另一方面2至約3個蒸發階段。

在圖1中所示的一方面中，蒸發器系統包括串聯佈置的殼管式換熱器136、138和142。如本文中所使用的那樣，“蒸發階段”指單換熱器。在每個換熱器中，在換熱器的管側中的液體被部分地蒸發，產生蒸汽狀流出物和液體流出物。液體流出物被供給至串聯的下一換熱器的管側，而蒸汽狀流出物被供給至同一換熱器的殼側，引起液體的附加的部分蒸發。該技術對於從剝離器殘渣移除所期望的量的水必需的那麼多的階段是連續的。在每個階段中，當供應熱的蒸汽通過熱交換被冷凝時產生的冷凝物被回收並且被再循環用於再利用或者遭受化學的或生物的提純。

包含水、重質有機物和其它雜質的殘渣流可通過線路196被從提取蒸餾塔182移除並且傳送到第一換熱器136的管側中，而低壓流被傳送通過該換熱器的殼側。在一方面，通過換熱器的管側的流量是約1至約3米/秒，而在另一方面約1.5至約2.5米/秒。其中的熱交換引起低壓流冷凝且使提取蒸餾塔殘渣部分地蒸發。冷凝物可經由線路146被從第一換熱器136移除用於再利用。

在第一換熱器136中提取蒸餾塔殘渣的加熱引起其部分分離成汽相和液相。在使用多於一個換熱器的方面中，液相經由線路148被取出並且輸送至第二換熱器138的管側，取出的液體的一部分經由線路150被再循環至第一換熱器136的管側的底部。在第一換熱器136中產生的蒸汽被取出並且經由線路152輸送至第二換熱器138的殼側。在換熱器138中的熱交換引起蒸汽在殼側上的冷凝和液體在管側中的部分蒸發，由此在第二換熱器138中產生成汽相的液體。在第二換熱器138的殼側上產生的冷凝物經由線路154被排出。該冷凝物具有相對低的重質有機物(諸如聚合物等)濃度。

在使用多於兩個換熱器的方面中，留在第二換熱器138的管側中的液相經由線路156被輸送至第三換熱器142的管側，液體的一部分經由線路158被再循環至第二換熱器138的管側。在第二換熱器138的管側中產生的蒸汽經由線路160被輸送至第三換熱器142的殼側。在第三換熱器142中的熱交換又引起蒸汽在殼側上冷凝以形成冷凝物(其經由線路176被取出並且以與來自第二換熱器138的冷凝物相同的方式被輸送)。

在第三換熱器142的管側中產生的蒸汽經由線路170被取出、在冷凝器172中冷凝並且在公用水容器中被回收並且/或者與來自線路146、154、162和/或176的冷凝物結合。來自換熱器142的管側的冷凝物也可經由線路176被輸送至公用水容器，例如在135處所結合和提供的那樣。從第三換熱器142的管側回收的液體可經由線路178被取出並且經由線路180再循環至第三換熱器的管側。含水冷凝物可如此高純度使得其可諸如作為常規的清水例如被用在不同的製程設備的沖洗中，作為回流至驟冷塔(例如驟冷塔的第一階段)和/或至輕質有機物剝離器。在這方面，含水冷凝物具有約0.1重量百分數或更少的重有機雜質、在另一方面約0.075重有機雜質、在另一方面約0.05重有機雜質而在另一方面約0.025重有機雜質。

在另一方面，液體殘餘物具有約3至約10重量百分數的重有機雜質、在另一方面約4至約8重量百分數的重有機雜質而在另一方面約5至約7重量百分數的重有機雜質。如在圖1中所示，液體殘餘物可被送至廢水焚燒器(WWI)。備選地，如在圖2中所示，液體殘餘物可經由線路179被送至驟冷塔102的下部。

在一方面，在第二和第三換熱器中產生的含水冷凝物包含極其少量的重質有機物。因此，其可通過常規的生物的或化學的處理方式直接處理以產生環境可接受的水。而且，在第四換熱器中產生的冷凝物以及通過冷凝器產生的冷凝物純淨得足以被用於各種製程目的，諸如無進一步處理的沖洗水。由第一換熱器產生的冷凝物是高度純淨的，因為其不接觸任何其它製程流。

蒸發百分數

在一方面，更高的蒸發可以是有益的，因為蒸發器冷凝物可被再利用或處理，而來自多階段蒸發器的末階段的液體殘餘物可被焚燒和/或進行其它處理。

在一方面，提取蒸餾塔的殘渣的蒸發百分數可大於約55%至約85%。在一方面，提取蒸餾塔的殘渣的蒸發百分數可大於約60%。在一方面，提取蒸餾塔的殘渣的蒸發百分數可大於約60%至約85%。在一方面，提取蒸餾塔的殘渣的蒸發百分數可在約73%至約75%的範圍中。

通過運行帶有約55至約60%、在一方面約57%蒸發百分數的四(4)階段蒸發方法，液體聚合物在從第四且最後的換熱器142出來的蒸發器殘渣中的百分數可以是約2.2重量百分數。

通過運行帶有約60-65%、在一方面約63%蒸發百分數的四(4)階段蒸發方法，液體聚合物在從第四且最後的換熱器142出來的蒸發器殘渣中的百分數可以是約3重量百分數。

通過運行帶有約80-85%、在一方面約83%蒸發百分數的四(4)階段蒸發方法，液體聚合物在從第四且最後的換熱器142出來的蒸發器殘渣中的百分數可以是約6重量百分數。

通過運行帶有約73-75%、在一方面約74%蒸發百分數的四(4)階段蒸發方法，液體聚合物在從第四且最後的換熱器142出來的蒸發器殘渣中的百分數可以是約5.5重量百分數。

在一方面，每個蒸發階段提供約15至約25%的蒸發率。

在一方面，蒸發器冷凝物的百分數除以供給百分數可以是提取蒸餾塔182的殘渣的蒸發百分數。在一方面，蒸發百分數是約55至約60%、而在另一方面約57%。在液體殘餘物中聚合物的量是約2.2重量百分數。在一方面，蒸發百分數與聚合物的重量百分數的比是約55-60：2.2。

在另一方面，在液體殘餘物中的聚合物量是約3重量百分數。在一方面，蒸發百分數與聚合物的重量百分數的比是約60-65：3。

在一方面，蒸發百分數是約82至約83%，而在液體殘餘物中聚合物的量是約6.0重量百分數。冷凝物可經由線路135作為供給物被供給至輕質有機物剝離器LOS(未示出)用於進一步處理，或者作為驟冷液體被送至驟冷塔102。在一方面，蒸發百分數與聚合物的重量百分數的比是約82-83：6。

在一方面，蒸發百分數是約73至約75%，而在液體殘餘物中的聚合物是約5.5重量百分數。冷凝物可經由線路135作為供給物被供給至輕質有機物剝離器LOS(未示出) 用於進一步處理，或者作為驟冷液體被送至驟冷塔102。在一方面，蒸發百分數與聚合物的重量百分數的比是約73-75：5.5。

在一方面，發現當蒸發百分數是約74%時經歷比在約83%的蒸發百分數下明顯更少污垢(fouling)，而同時實現在液體殘餘物中相對高的量的聚合物重量百分數，也就是5.5重量百分數對在約83%的蒸發百分數下的6.0重量百分數。這是令人驚訝的結果，因為本來預期的是污垢的量將線性相關於在液體殘餘物中的聚合物的重量百分數。

發現當蒸發百分數大於約83%時在第四階段蒸發器或換熱器142中可能有太多污垢(主要在管側上)。發現約73-75%的蒸發百分數顯著降低污垢的量，而同時提供在液體殘餘物中聚合物重量百分數的相對高的量。

本領域技術人員將認識到根據本發明可做出許多修改而不偏離本發明的精神和範圍。例如，可在蒸發器系統中採用任何數量的階段。而且，儘管低壓流在上述說明中作為對於所有蒸發必需的熱量的供應被示出，可採用任何熱源。在典型的丙烯腈提純和回收工廠中，然而低壓流、也就是具有直至100psig、通常約20至60psig的壓力的飽和流可容易地供使用且優選地被使用。在剝離塔中被多重效果蒸發器移除的水的量也可主要根據經濟來改變。最後，應還理解的是本發明的多重效果蒸發器不需要被限於使用在如在上面的說明中所示的剝離塔殘渣上，而是可被用於濃縮任何其它被再循環以用作驟冷液體的製程流。例如，多效蒸發器可被用於處理在美國專利No.4,166,008的圖2的線路156中再循環的提取蒸餾塔殘渣。所有這樣的變型意圖被包含在本發明的範圍(其將僅由申請專利範圍來限制)中。

驟冷塔操作

在一方面，用於運行驟冷塔的方法包括將反應器流出物輸送至驟冷塔和反應器流出物與包含聚合物的水在流出物提取區中接觸以提供被提取的流出物流。該方法還包括被提取的流出物流與硫酸在酸接觸區中接觸和移除第一流以提供具有約10重量百分數或更少的聚合物的第一驟冷塔流。在一方面，該方法包括提供來自蒸發器系統的水的至少一部分。如本文中所說明的那樣，該水可以是含水冷凝物和/或液體殘餘物。

在一方面，公式y=-M1x+C1(其中，y是硫酸銨的重量百分數，x為聚合物的重量百分數，M1是4.6或更小而C1是45或更小)限定了在驟冷塔殘渣流中硫酸銨的量和聚合物的量。在相關的方面，M1是1.5或更小而C1是30或更小。在一方面，該方法提供了具有約10至約25重量百分數的硫酸銨和少於約5重量百分數的聚合物、在另一方面約15至約21重量百分數的硫酸銨和少於約5重量百分數的聚合物的驟冷塔殘渣流。該驟冷塔殘渣流具有約4.5至約6.0的pH。

在另一方面，該方法包括移除第二流以提供具有多於約10重量百分數的聚合物和少於約5重量百分數的硫酸銨的第二驟冷塔流。

在另一方面，第二驟冷塔流的至少一部分被再循環至流出物提取區。被提取的流出物流是相對於硫酸的逆流。在一方面，第一驟冷塔流在流出物提取區上方被移除。絕熱冷卻可發生在流出物提取區中。

在一方面，該方法可包括控制被輸送至驟冷塔的補充水的量和/或控制被輸送至驟冷塔的硫酸的量以獲得約10至約25重量百分數的在驟冷塔殘渣流中的硫酸銨的濃度。在一方面，該方法可包括檢測驟冷塔殘渣的流體殘渣的pH和基於所檢測的流體殘渣的pH控制至驟冷塔的硫酸的流量以獲得具有約4.5-6.0pH的驟冷塔殘渣流。在一方面，該方法可包括基於硫酸至驟冷塔的流率和來自驟冷塔或從其出來的驟冷塔殘渣流的流率確定在驟冷塔殘渣流中硫酸銨的濃度。在一方面，該方法可包括基於在確定步驟中所確定的硫酸銨的濃度調整被輸送至驟冷塔的硫酸和/或補充水的流率以維持硫酸銨的濃度在約10至約25重量百分數的範圍中。通過將在驟冷塔殘渣流中的硫酸銨的濃度從在常規方法中所提供的5-10重量百分數增加到約10至約25重量百分數，更少的水需要被從驟冷塔殘渣流中移除以獲得硫酸銨的甚至更高的濃度。發現通過將在驟冷塔殘渣流中的硫酸銨的濃度增加至約10至約25重量百分數可使用硫酸鹽冷凝器將驟冷塔殘渣流有效地冷凝至約35-40重量百分數。

雖然在上述說明中關於其一定優選的實施例描述了本發明並且陳述了許多細節用於說明的目的，對於本領域技術人員顯而易見的是本發明可受附加的實施例影響並且本文中所描述的一些細節可在不偏離本發明的基本原則的情況下相當大地改變。應理解的是本發明的特徵易在不偏離本發明的精神和範圍或者不偏離申請專利範圍的範圍的情況下可受修改、變更、改變或代替影響。例如，各個部件的尺寸、數量、大小和形狀可被改變以適應特殊應用。因此，本文中所說明和描述的具體實施例僅用於說明性目的。

100:管道(conduit)

102:驟冷塔

106:管道

107:冷卻器

108、109、112、114、116、135、146、148、150、152、154、156、158、160、170、176、178、180、184、186、188、192、194、196:線路

110:吸收器

136、138、142:換熱器

172:冷凝器

182:蒸餾塔

190:剝離器

Claims

一種蒸發方法，包括：將製程流從蒸餾塔輸送至蒸發器系統，該蒸發器系統包括一個或更多個蒸發階段，其中，第一蒸發階段構造成接收來自該蒸餾塔的製程流，且該製程流包含水及重有機雜質，該一個或更多個蒸發階段構造成將水與該重有機雜質分離且從所述一個或更多個蒸發階段提供含水冷凝物和液體殘餘物，其中，該含水冷凝物具有0.1重量百分數或更少的重有機雜質而該液體殘餘物具有3至10重量百分數的重有機雜質；以及將該含水冷凝物輸送至驟冷塔和/或輕質有機物剝離器。
如請求項1的方法，其中，該液體殘餘物被輸送至廢水焚燒器。
如請求項1的方法，其中，液體殘餘物被輸送至該驟冷塔的下部。
如請求項1的方法，其中，該蒸發器系統包括1至6個蒸發階段。
如請求項1的方法，其中，該蒸發器系統包括2至6個蒸發階段。
如請求項1的方法，其中，該蒸發器系統包括2至5個蒸發階段。
如請求項1的方法，其中，該蒸發器系統包括2至4個蒸發階段。
如請求項1的方法，其中，該蒸發器系統包括2至3個蒸發階段。
如請求項1的方法，其中，該製程流包括0.5至1.5重量百分數的重有機雜質。
如請求項9的方法，其中，該重有機雜質包括在氨氧化反應過程中產生的聚合材料。
如請求項1的方法，其中，該含水冷凝物具有0.075重量百分數或更少的重有機雜質。
如請求項11的方法，其中，該含水冷凝物具有0.05重量百分數或更少的重有機雜質。
如請求項12的方法，其中，該含水冷凝物具有0.025重量百分數或更少的重有機雜質。
如請求項1的方法，其中，該液體殘餘物具有4至8重量百分數的重有機雜質。
如請求項14的方法，其中，該液體殘餘物具有5至7重量百分數的重有機雜質。
如請求項1的方法，其中，該蒸發器系統包括至少一個殼管式換熱器。
如請求項16的方法，其中，通過該換熱器的管側的流量為1至3米/秒。
如請求項1的方法，其中，每個蒸發階段提供15至25%的蒸發速率。