Способ получения ненасыщенного нитрила

 

Изобретение относится к усовершенствованному способсу, позволяющему практически исключить образование нитрида на подающих трубопроводах в реакторах с псевдоожиженным слоем катализатора, используемых в производстве ненасыщенных нитрилов из соответствующих олефинов, NH₃ и кислорода, согласно способу температуру аммиака внутри трубопровода поддерживают на уровне ниже температуры его диссоциации и/или температуру внутренней поверхности трубопровода поддерживают на уровне ниже температуры, при которой любой одноатомный азот может взаимодействовать с трубопроводом для образования нитрида. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к улучшенному способу получения ненасыщенных нитрилов из соответствующих ненасыщенных олефинов посредством взаимодействия аммиака, кислорода и ненасыщенного олефина в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора. В частности изобретение относится к улучшенному способу получения акрилонитрила посредством взаимодействия аммиака, пропилена и кислорода в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора.

Непосредственное аммоксидирование ненасыщенного олефина до его соответствующего ненасыщенного нитрила в реакторах с псевдоожиженным слоем хорошо известно.

В частности производство акрилонитрила посредством взаимодействия аммиака, пропилена и кислорода с использованием реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора широко применяется в промышленных масштабах. Этот способ был разработан и внедрен патентовладельцами настоящего изобретения и во всем мире называется "Акрилонитриловой способ Сохио".

Этот способ осуществляют в реакторе с псевдоожиженным слоем, в котором реагенты проходят снизу вверх через соответствующий катализатор, а продукты и непрореагировавшие исходные материалы удаляются из верхней части реактора.

Катализатор, используемый в данном способе, полностью описан в нескольких патентах США, таких как 3 642 930, 4 863 891, а также 4 767 878, упоминаемых здесь для сведения.

Недостаток способа Сохио состоит в том, что в процессе введения аммиака в реакторе с псевдоожиженным слоем происходит нитридирование используемых подающих трубопроводов.

Замечено, что с течением времени трубопроводы, подающие аммиак в реактор с псевдоожиженным слоем, подвергаются нитридированию (происходит взаимодействие одноатомного азота с металлической поверхностью подающего трубопровода / барботера), в результате сам металл становится хрупким и подверженным механическим повреждениям.

Этот недостаток приводит к необходимости регулярной замены трубопроводов/барботеров с тем, чтобы поддерживать агрегат в рабочем состоянии.

В течение ряда лет предлагались различные способы решения этой проблемы нитридирования, связанной со способом Сохио, включая замену металлических трубопроводов/барботеров трубопроводами из специальных материалов, не подверженных нитридированию.

Однако эти способы решения проблемы не увенчались успехом из-за того, что возникали новые трудности, связанные с использованием нитридных устойчивых материалов в среде реактора с псевдоожиженным слоем в процессе производства акрилонитрила, а также с высокой стоимостью таких материалов.

Проблема нитридирования металлов в других средах известна уже много лет, о чем свидетельствуют патенты 3704690, 4401153, 5110584, а также Европатент 0113524. Каждый их этих патентов ставит целью решить проблему нитридирования посредством использования устойчивых к нитридированию сплавов.

Изобретение ставит целью решить проблему нитридирования, связанную с применением способа Сохио, без применения материала, устойчивого к нитридированию.

Основная задача изобретения - создание усовершенствованного способа производства акрилонитрила, который позволит в значительной степени снять проблему нитридирования, вызываемого компонентами реактора.

Для решения указанной задачи и других задач, вытекающих из целей изобретения, способ по изобретению включает введение газообразных пропилена, аммиака и кислорода в реактор с псевдоожиженным слоем через по меньшей мере один трубопровод для взаимодействия в присутствии псевдоожиженного катализатора для получения акрилонитрила и отличается тем, что с целью усовершенствования процесса температуру паров аммония внутри трубопровода поддерживают на уровне ниже температуры диссоциации аммония.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, подробно описанного в настоящих материалах, способ по изобретению включает способ получения акрилонитрила, включающий введение газообразных пропилена, аммиака и кислорода в реактор с псевдоожиженным слоем через по меньшей мере один трубопровод для взаимодействия в присутствии псевдоожиженного катализатора до получения акрилонитрила, отличающийся тем, что для усовершенствования процесса температуру внутренней поверхности трубопровода, контактирующего с аммиачным газом, поддерживают на уровне ниже температуры, при которой диссоциированный азот может вступать в реакцию с трубопроводом до образования нитридов.

В предпочтительном варианте воплощения изобретения температуру аммиака внутри трубопровода поддерживают на уровне ниже температуры диссоциации паров аммиака, а температуру внутренней поверхности трубопровода поддерживают на уровне ниже температуры, при которой любой диссоциированный азот может вступать в реакцию с трубопроводом до образования нитридов.

В другом предпочтительном варианте воплощения изобретения подающий трубопровод включает барботер.

В еще одном варианте воплощения изобретения барботер включает коллекторную трубу (магистральный трубопровод), соединенную с боковыми трубами, имеющими множество отверстий.

В еще одном предпочтительном варианте воплощения изобретения температуру внутренней поверхности трубопровода поддерживают на уровне ниже температуры, при которой может происходить нитридирование посредством создания защитного теплоизоляционного покрытия вокруг наружной поверхности трубопровода.

В еще одном варианте воплощения изобретения вокруг наружной поверхности теплоизоляции имеется второй трубопровод для создания абразивостойкого слоя для защиты теплоизоляции.

Значение способа по изобретению состоит в том, что он представляет простой и экономичный способ предотвращения нитридирования поверхности подающих трубопроводов в реакторах с пневдоожиженным слоем, используемых в производстве акрилонитрила.

Проблема нитридирования подающих трубопроводов или барботеров, применяемых в реакторах с псевдоожиженным слоем для производства акрилонитрила, стоит уже много лет.

Предшествующие попытки решить проблему нитридирования были сосредоточены на использовании различных материалов таких, как, например, "Инконел", которые не образуют нитридов с диссоциированным азотом. Однако применение этих сложных сплавов не дало удовлетворительных результатов.

Изобретение основано на концепции, согласно которой, для того чтобы произошло нитридирование, необходимо выполнение двух условий: во-первых, аммиак должен быть при температуре выше температуры, при которой он диссоциируется (образуется одноатомный азот и водород); во-вторых, температура внутренней поверхности трубопровода или барботера, который подает аммиак в реактор, должна равняться температуре, при которой происходит реакция нитридирования.

Обнаружено, что температуру аммиака, находящегося внутри трубопровода или барботера до выхода в реактор и контакта с псевдоожиженным катализатором, можно поддерживать на уровне ниже температуры диссоциации аммиака без ущерба для процесса производства акрилонитрила.

Помимо этого обнаружено, что возможно поддерживать температуру внутренней поверхности трубопровода или барботера на уровне ниже температуры, необходимой для нитридирования, путем относительно простого способа, который не ведет к сильному удорожанию процесса.

Каждый из этих способов можно использовать по отдельности для того, чтобы практически снять проблемы нитридирования в производстве акрилонитрила. В предпочтительном варианте воплощения изобретения оба способа используются одновременно, благодаря чему отпадает необходимость в замене трубопроводов или барботеров через определенные промежутки времени. Это позволяет добиться значительной экономии средств в процессе производства акрилонитрила по способу Сохио.

На фиг. 1 представлен реактор с псевдоожиженным слоем, разрез сверху; на фиг. 2 - реактор с псевдоожиженным слоем в разрезе линии А-А фиг. 1; на фиг. 3 - реактор с псевдоожиженным слоем в разрезе линии В-В фиг. 1.

Способ по изобретению включает способ получения акрилонитрила, включающий введение газообразных пропилена, аммиака и кислорода в реактор с псевдоожиженным слоем через по меньшей мере один трубопровод для взаимодействия в присутствии псевдоожиженного катализатора для получения акрилонитрила, отличающийся тем, что с целью улучшения способа температуру газообразного аммония внутри трубопровода поддерживают на уровне ниже температуры диссоциации аммиака. Температура диссоциации аммиака составляет около 150^oC.

Другой аспект изобретения состоит в том, что способ получения акрилонитрила включает введение газообразных пропилена, аммиака и кислорода в реактор с псевдоожиженным слоем через по меньшей мере один трубопровод для взаимодействия в присутствии псевдоожиженного катализатора до получения акрилонитрила, отличающийся тем, что с целью улучшения процесса температуру внутренней поверхности трубопровода, через который аммиак подается в реактор, поддерживают на уровне ниже температуры, при которой любой диссоциированный азот может вступать в реакцию с поверхностью трубопровода для образования нитридов.

Для того чтобы началось образование нитридов, температура металла должна быть выше 350^oC.

Далее приведено подробное описание способа по изобретению.

На фиг. 1 показан обычный барботер для акрилонитрилового реактора в разрезе. Коллектор 2 обычно состоит из металлической трубы большого диаметра, которая входит в реактор 1 и через которую производится подача аммиака и пропилена в реактор. Боковые трубы 3 представляют собой металлические трубы среднего диаметра, отходящие от коллектора 2. Сопла 4 обычно состоят из отверстий 10 и колпачков 11 и идут от боковых труб 3 по всей их длине для того, чтобы обеспечить равномерную подачу по всему реактору 1.

На фиг. 2 и 3 проиллюстрирован предпочтительный вариант воплощения изобретения.

Показанный на фиг. 2 коллектор 2 (со ссылкой на фиг. 1) содержит первый трубопровод 5, имеющий второй трубопровода 6, размещенный внутри трубопровода 5 на некотором расстоянии от последнего. Трубопроводы 5 и 6 закрыты с одного конца. Пространство между трубопроводом 5 и 6 заполнено теплоизоляцией 7, что позволяет поддерживать температуру внутренней поверхности трубопроводов 6 на уровне ниже температуры, которая требуется для того, чтобы металл трубопровода 6 вступал в реакцию с любым одноатомным азотом, присутствующим внутри трубопровода 6 для образования нитрида.

На фиг. 3 боковые трубы 3 (показанные на фиг. 1) также содержат первый трубопровод 8 и второй трубопровод 9, причем трубопровод 9 расположен внутри трубопровода 8 на некотором расстоянии от последнего. Трубопроводы 8 и 9 аналогично трубопроводам 5 и 6 закрыты с одного конца и пространство между трубопроводами 8 и 9 заполнено изоляцией 7 так же, как описано выше.

Отверстия 10 имеют обычную конструкцию, обеспечивающую равномерную подачу аммиака и пропилена по всему реактору с псевдоожиженным слоем 1. В предпочтительном варианте воплощения изобретения сопла 4 содержат отверстия 10, которые могут включать защитные колпачки 11 для того, чтобы направлять подачу вниз в псевдоожиженный слой.

Корпус акрилонитрилового реактора изготовлен из обычных сплавов металлов, известных в данной области. Обычно конструкция подающих барботеров (трубопроводов) включает 40 и 80 бесшовных труб из углеродистой или низкохромистой стали.

В другом варианте воплощения изобретения колпачки могут быть изготовлены из устойчивого к нитридированию материала, такого как "Инконел", "алонизированная углеродистая сталь", "алонизированная низкохромистая сталь" и т.п.

Наиболее предпочитаемым является "Инконел". Эти материалы могут быть использованы для изготовления колпачков, поскольку колпачки составляют очень малую часть барботера, и удорожание конструкции будет незначительным.

В процессе изготовления акрилонитрила аммиак и пропилен подают через коллектор 2 в боковые трубы 3 для рассеивания через сопла 4 в реакторе 1. Кислород в виде воздуха нагнетают в донную часть реактора 1 обычными средствами (не показано).

Температура, отношение пропилена, аммиака и скорость подачи являются обычными для данного способа и приведены в патенте США N 4 801 731, упоминаемом здесь для сведения.

Температуру аммиака внутри коллектора 2 и боковых труб 3 поддерживают на уровне ниже температуры диссоциации аммиака. Соответственно аммиак не должен и предпочтительно не будет диссоциировать на одноатомный азот и водород, благодаря чему практически устраняется, предпочтительно полностью устраняется, возможность нитридирования на внутренней поверхности трубопровода 6 коллектора 2 и на внутренней поверхности трубопровода 9 боковых труб 3.

Кроме того, температуру внутренней поверхности трубопроводов 6 и 9 поддерживают на уровне ниже температуры, которая требуется для того, чтобы свободный азот взаимодействовал с металлической поверхностью трубопроводов 6 и 9 для образования нитрида.

Для осуществления этого трубопроводы 6 и 9 покрывают слоем теплоизоляции 7, а затем вокруг трубопроводов 6 и 9 создают вторые трубопроводы 5 и 8 соответственно для защиты изоляции 7 от абразивного износа ее поверхности под действием псевдоожиженного слоя катализатора.

Вышеприведенное описание предпочтительного варианта воплощения изобретения дано в качестве иллюстрации. Рамки изобретения не ограничиваются раскрытым выше вариантом, концепция изобретения предполагает различные модификации и варианты.

Вышеприведенный вариант воплощения изобретения был выбран и описан для того, чтобы лучше объяснить принципы изобретения и его практическое применение с тем, чтобы другие специалисты в данной области могли в полной мере использовать эти принципы в различных вариантах и модификациях, соответствующих конкретным условиям производства.

Рамки изобретения определяет формула изобретения, представленная ниже.

Формула изобретения

1. Способ получения ненасыщенного нитрила из соответствующего ненасыщенного олефина, включающий введение газообразных олефина, аммиака и кислорода в реактор с псевдоожиженным слоем через по меньшей мере один трубопровод для взаимодействия в присутствии псевдоожиженного катализатора с получением соответствующего нитрила, отличающийся тем, что температуру паров аммония внутри трубопровода поддерживают ниже температуры диссоциации аммиака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно температуру внутренней поверхности трубопровода, контактирующей с аммиаком, поддерживают ниже температуры, при которой азот может взаимодействовать с трубопроводом для образования нитрида.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подающий трубопровод содержит барботер, включающий по меньшей мере одну коллекторную трубу, соединенную с по меньшей мере одной боковой трубой, содержащей по меньшей мере одно сопло.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сопло дополнительно содержит по меньшей мере одно отверстие и обычно один колпачок, соединенный с каждым указанным отверстием.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что пары аммония внутри трубопровода поддерживают при температуре ниже температуры диссоциации аммиака посредством защитного теплоизоляционного покрытия вокруг наружной поверхности трубопровода.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что вокруг наружной поверхности теплоизоляции создают второй трубопровод, чтобы обеспечить защитную поверхность для теплоизоляции.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что внутреннюю поверхность трубопровода поддерживают при температуре ниже температуры, при которой любой диссоциированный азот может взаимодействовать с трубопроводом, посредством защитного теплоизоляционного покрытия вокруг наружной поверхности трубопровода.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что вокруг наружной поверхности теплоизоляции создают второй трубопровод, чтобы обеспечить защитную поверхность для теплоизоляции.

9. Способ получения ненасыщенного нитрила из соответствующего ненасыщенного олефина, включающий введение газообразных олефина, аммиака и кислорода в реактор с псевдоожиженным слоем через по меньшей мере один трубопровод для взаимодействия в присутствии псевдоожиженного катализатора с получением соответствующего нитрила, отличающийся тем, что температуру внутренней поверхности трубопровода, контактирующего с газообразным аммиаком, поддерживают ниже температуры, при которой любой диссоциированный азот может взаимодействовать с трубопроводом с образованием нитрида.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что внутреннюю поверхность трубопровода поддерживают при температуре ниже температуры, при которой любой диссоциированный азот может взаимодействовать с трубопроводом, посредством создания защитного теплоизоляционного покрытия вокруг наружной поверхности трубопровода.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что вокруг наружной поверхности теплоизоляции создают второй трубопровод для обеспечения защитной поверхности для теплоизоляции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

PD4A - Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:ИНЕОС ЮЭСЭЙ ЛЛК (US)

Адрес для переписки:103735, Москва, ул. Ильинка, 5/2, ООО “Союзпатент”, патентному поверенному С.Б. Фелицыной

Извещение опубликовано: 20.08.2008        БИ: 23/2008