(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクリロニトリル及びアンモニアを含むガス流を受け入れるように構成された入口と、  急冷液体を受け入れるように構成された多層噴霧システムと、
を備える急冷容器であって、
前記入口は、前記多層噴霧システムより下方に位置しており、
前記多層噴霧システムは、前記急冷容器の直径の実質的に全体にわたって延びる少なくとも第１及び第２の噴霧バーを含み、前記噴霧バーの各々は、急冷液体の噴霧を提供するように構成された複数のノズルを含み、前記噴霧ノズルは、前記急冷容器の断面の所定の表面積をカバーする噴霧パターンを有する集合的噴霧を提供するのに有効であり、
前記第１の噴霧バーのノズルは、前記第１の噴霧バーの各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第１のオーバーラップをもたらし、前記第１のオーバーラップの各々は、第１のオーバーラップ中心を有し、
前記第２の噴霧バーのノズルは、前記第２の噴霧バーの各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第２のオーバーラップをもたらし、前記第２のオーバーラップの各々は、第２のオーバーラップ中心を有し、
前記第２の噴霧バーのノズルは、前記第２の噴霧バーの少なくとも１つの中空円錐噴霧の中心が第１の噴霧バーの中空円錐噴霧の中心から垂直にオフセットするように離間し、前記第２の噴霧バーの少なくとも１つのノズルの中空円錐噴霧の中心は、前記第１の噴霧バーの少なくとも１つの前記第１のオーバーラップ中心と垂直に整列している急冷容器。
【請求項２】
前記多層噴霧システムは、前記急冷容器の直径の８５％又はそれ以上にわたって延びる、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項３】
前記第１の噴霧バーは、前記第２の噴霧バーより下方に位置しかつ前記第２の噴霧バーに対して実質的に平行である、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項４】
前記急冷液体の噴霧は、前記ガス流に対する対向流である、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項５】
噴霧バーの数は、４〜１０である、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項６】
前記第１の噴霧バーと前記第２の噴霧バーと間の距離は、反応器排出生成物の所望の急冷を実現するように構成される、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項７】
前記噴霧バーの間の距離は、約０．６５〜約１．４メートルである、請求項６に記載の急冷容器。
【請求項８】
過剰アンモニアを前記ガス流から除去するのに十分な前記急冷液体の循環率をもたらすように構成される、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項９】
前記噴霧バーに関する個別のブロック弁及び流量計をさらに備え、前記ブロック弁及び前記流量計は、それぞれ前記対応する噴霧バーを通過する流量の調整及び検査を可能にするように構成される、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項１０】
前記急冷容器の下部から流出する排出物流中の硫酸アンモニウム濃度を３重量％〜２０重量％のレベルに維持するように構成される、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項１１】
所望の有機物を前記急冷液体の流れからオーバーヘッド蒸気流によって除去するように構成された廃水カラムをさらに備え、前記オーバーヘッド蒸気流は、前記急冷容器に戻るように循環され、前記ガス流へ入れられる、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項１２】
前記噴霧バーの各々は、該噴霧バーのそれぞれに実質的に直交して延びる複数の噴霧アームを含み、前記第１の噴霧バーの少なくとも１つの噴霧アーム及び前記第２の噴霧バーの少なくとも１つの噴霧アームは、２又は３以上のエクステンダを有する、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項１３】
前記エクステンダの各々は、前記噴霧アームのそれぞれに実質的に直交して延び、前記エクステンダの各々は、噴霧ノズルを含み、前記噴霧ノズルは、前記エクステンダの各々の遠位端に位置する、請求項１２に記載の急冷容器。
【請求項１４】
前記中空円錐噴霧は、前記容器のあらゆる場所において水平面上で均一に離間し、前記円錐の７０〜１００度の噴霧出口の投影噴霧パターンで約５０％がオーバーラップするようになっている、請求項１３に記載の急冷容器。
【請求項１５】
前記第１の噴霧バーの前記中空円錐噴霧の各々は、前記第１の噴霧バーの少なくとも１つの他の中空円錐噴霧と同じ直径を有する、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項１６】
前記第２の噴霧バーの前記中空円錐噴霧の各々は、前記第２の噴霧バーの少なくとも１つの他の中空円錐噴霧と同じ直径を有する、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項１７】
前記第１の噴霧バーの前記中空円錐噴霧の各々は、前記第２の噴霧バーの少なくとも１つの前記中空円錐噴霧と同じ直径を有する、請求項１に記載の急冷容器。
【請求項１８】
第１の噴霧バー及び第２の噴霧バーの少なくとも第１のペア、並びに第３の噴霧バー及び第４の噴霧バーの少なくとも第２のペアがあり、前記第３の噴霧バーは、前記第１の噴霧バーと同じ構成を有し、前記第４の噴霧バーは、前記第２の噴霧バーと同じ構成を有し、前記第３の噴霧バーは、前記第４の噴霧バーより下方にあり、前記第２のペアの噴霧バーは、前記第１のペアの噴霧バーより上方にある、請求項１７に記載の急冷容器。
【請求項１９】
前記ノズルの各々は、内部可動部品をもたない、請求項１３に記載の急冷容器。
【請求項２０】
前記中空円錐噴霧の各々は、前記急冷液体を前記対応するノズルから約７０〜１００度の角度で噴霧するように構成される、請求項１４に記載の急冷容器。
【請求項２１】
離間した噴霧バーの層を備え、前記層の各々の下方の前記円錐の中心が、上の前記層のオーバーラップの中心に位置する、請求項５に記載の急冷容器。
【請求項２２】
２層パターンが確立され、前記２層パターンは、前記急冷容器の前記壁から前記容器の前記中心までのカバー領域を有する集合的噴霧をもたらすのに十分な前記急冷液体の噴霧をもたらすように構成される、請求項２１に記載の急冷容器。
【請求項２３】
前記２層パターンは、第１の２層パターンであり、且つ、前記第１の２層パターンの上方で、第２の２層パターンにおいて繰り返される、請求項２２に記載の急冷容器。
【請求項２４】
反応器排出物を急冷するプロセスであって、
アクリロニトリル及びアンモニアを含むガス流を急冷容器に供給するステップと、
急冷液体を前記急冷容器内の多層噴霧システムに供給するステップと、
前記ガス流を前記急冷液体と接触させるステップと、
を含み、
前記プロセスは、前記急冷容器の下部から流出する排出物流中の硫酸アンモニウム濃度を３重量％〜２０重量％に維持するのに有効であり、
前記多層噴霧システムは、前記急冷容器の直径の実質的に全体にわたって延びる少なくとも第１及び第２の噴霧バーを含み、前記噴霧バーの各々は、急冷液体の噴霧を提供するように構成された複数のノズルを含み、前記噴霧ノズルは、前記急冷容器の断面の所定の表面積をカバーする噴霧パターンを有する集合的噴霧を提供するのに有効であり、
前記第１の噴霧バーのノズルは、前記第１の噴霧バーの各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第１のオーバーラップをもたらし、前記第１のオーバーラップの各々は、第１のオーバーラップ中心を有し、
前記第２の噴霧バーのノズルは、前記第２の噴霧バーの各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第２のオーバーラップをもたらし、前記第２のオーバーラップの各々は、第２のオーバーラップ中心を有し、
前記第２の噴霧バーのノズルは、前記第２の噴霧バーの少なくとも１つの中空円錐噴霧の中心が第１の噴霧バーの中空円錐噴霧の中心から垂直にオフセットするように離間し、前記第２の噴霧バーの少なくとも１つのノズルの中空円錐噴霧の中心は、前記第１の噴霧バーの少なくとも１つの前記第１のオーバーラップ中心と垂直に整列しているプロセス。
【請求項２５】
急冷液体の前記噴霧は、前記ガス流に対して対向流である、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記多層噴霧システムは、前記急冷容器の前記直径の８５％又はそれ以上にわたって延びる、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記噴霧パターンは、前記急冷容器の前記断面の表面積を８５％又はそれ以上をカバーする、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記第１の噴霧バーと前記第２の噴霧バーと間の距離は、反応器排出生成物の所望の急冷を実現するように構成される、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記急冷液体は、水を含む、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記急冷液体は、水性液体であり、酸を含む、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記酸は、硫酸である、請求項３０に記載のプロセス。
【請求項３２】
過剰アンモニアの少なくとも一部を前記ガス流から除去するのに十分な前記急冷液体の循環率をもたらすように構成される、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記急冷液体の前記循環率は、リサイクル硫酸：新鮮な硫酸の比率に基づいて１２：１〜２５：１の範囲である、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記急冷液体の前記循環率は、リサイクル硫酸：新鮮な硫酸の前記比率に基づいて約１８：１である、請求項３３に記載のプロセス。
【請求項３５】
酸は、前記急冷液体の約３〜約６のｐＨを維持するように前記急冷液体に追加される、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項３６】
酸は、前記急冷液体の約４．５〜約６のｐＨを維持するように前記急冷液体に追加される、請求項３５に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクリロニトリル又はメタクリロニトリル生産のための改良されたプロセス及びシステムに関する。特に、本開示は、改良されたアクリロニトリル反応器の排ガスからのアンモニア除去に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクリロニトリル及びメタクリロニトリル生産のための様々なプロセス及びシステムが公知であり、例えば、米国特許第３，９３６，３６０号明細書、米国特許第３，４３３，８２２号明細書、米国特許第３，３９９，１２０号明細書、及び米国特許第３，５３５，８４９号明細書を参照されたい。プロピレン、アンモニア、及び酸素（空気成分として）がアクリロニトリル反応器に供給され、アクリロニトリル反応器は、触媒を含み、流動床として作動する。従来の実施方法は、反応器に供給されたプロピレン量に対して供給原料中の超過量のアンモニアで反応器を作動するようになっている。余分なアンモニアの一部は、プロピレンと結合してアクリロニトリルを生成する前に、極端な状態に起因して反応器内で燃焼する。一般に「過剰アンモニア」と呼ばれる残りの余分のアンモニアは、排ガスで反応器から流出する。次に、通常、このガスは冷却器を通って急冷容器に入り過剰アンモニアが除去される。例えば、米国特許第３，９３６，３６０号明細書、米国特許第４，１６６，００８号明細書、米国特許第４，３３４，９６５号明細書、米国特許第４，３４１，５３５号明細書、米国特許第５，８９５，６３５号明細書、及び米国特許第６，７９３，７７６号明細書を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３，９３６，３６０号明細書
【特許文献２】米国特許第３，４３３，８２２号明細書
【特許文献３】米国特許第３，３９９，１２０号明細書
【特許文献４】米国特許第３，５３５，８４９号明細書
【特許文献５】米国特許第４，１６６，００８号明細書
【特許文献６】米国特許第４，３３４，９６５号明細書
【特許文献７】米国特許第４，３４１，５３５号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８９５，６３５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，７９３，７７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
過剰アンモニアを除去する従来のプロセス及びシステムは、いくつかの共通要因及び１つの共通の問題を有する。従来のプロセス及びシステムは、典型的には硫酸アンモニウムの形態の過剰アンモニアを除去してその硫酸アンモニウムを最小処理費用で回収しようとするものである。硫酸アンモニウムは、過剰アンモニアを除去するためにアクリロニトリル反応器からの排出物流を急冷するための硫酸の一般的な使用に由来する反応生成物である。これは、本技術分野において説明する従来のプロセス及びシステムの共通の問題となっている。硫酸アンモニウム回収費用を最小限に抑えるために、アクリロニトリルプロセスの生産効率の固有の損失がある。排出物流の中のアクリロニトリル生成物の回収及び効率的な方法での過剰アンモニアの除去は、本技術分野において説明する従来のプロセス及びシステムで認識されていない又は未解決の現在の技術的課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本開示の態様は、アクリロニトリル反応器の排ガスからの安全性、有効性、及び経費効率が高いアンモニア除去のデザイン基準を提供する。具体的には、本発明は、所望の結果を得るためにプロセスで使用される、方法及び急冷容器の形式に関する。
【０００６】
１つの態様において、アクリロニトリル及びアンモニアを含む反応器排ガスの急冷のための装置が提供される。装置は、第１の部分及び第２の部分を有する急冷容器を備え、第１の部分は、第２の部分より下方に位置する。急冷容器の第１の部分は、ガス流を受け入れるように構成された入口を含み、ガス流は、アクリロニトリル及びアンモニアを含む。急冷容器の第２の部分は、急冷液体を受け入れるように構成される多層噴霧システムを備え、急冷液体は、酸を含む。多層噴霧システムは、少なくとも第１の噴霧バー及び第２の噴霧バーを備え、各バーは、急冷容器の直径の実質的に全体にわたって延びる。各噴霧バーは、急冷液体を受け入れるように構成される。第１の噴霧バーは、第２の噴霧バーより下方に位置しかつ第２の噴霧バーに平行である。各バーは、それぞれのバーに実質的に直交するアームを備え、各アームは、それぞれのアームに実質的に平行に延びる少なくとも２つのエクステンダを有する。各エクステンダは、急冷液体の中空円錐噴霧を下方に噴霧するように構成されたノズルを備える。第１及び第２のバーからの噴霧は、一緒になって投影噴霧の下方壁をもたらし、この投影噴霧は、第１の投影噴霧だけでカバーされる表面積よりも、容器の直径に平行な急冷容器の断面のより大きな表面積をカバーする。
【０００７】
本開示の上記及び他の態様、特徴、及び利点は、添付図面を関連して解釈される例示の実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるはずである。
【０００８】
本発明の例示的な実施形態及びその利点のより完全な理解は、同じ参照番号が同じ特徴部を示す添付図面を参酌して以下の説明を参照することにより得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の少なくとも１つの態様による急冷容器の側面図である。
【図２】本開示の少なくとも１つの態様による、図１の線２−２に沿って切り取った急冷容器の第１の噴霧バーの底面図である。
【図３】本開示の少なくとも１つの態様による、図１の線３−３に沿って切り取った急冷容器の第２の噴霧バーの底面図である。
【図４】本開示の１つの態様による流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
１つの態様において、アクリロニトリル及びアンモニアを含む反応器排ガスを急冷するための装置が提供される。装置は、単段急冷装置として適することができ、過剰アンモニアが反応器排ガスから除去される場合、反応器排ガスの急冷は単一の急冷容器で行われる。装置は、第１の部分及び第２の部分を有する急冷容器を備え、第１の部分は、第２の部分の下方に位置する。急冷容器の第１の部分は、ガス流を受け入れるように構成された入口を備え、ガス流は、アクリロニトリル及びアンモニアを含む。急冷容器の第２の部分は、急冷液体を受け入れるように構成される多層噴霧システムを備え、急冷液体は、酸を含む。多層噴霧システムは、少なくとも第１の噴霧バー及び第２の噴霧バーを備える、各バーは、急冷容器の直径の実質的に全体にわたって延在する。第１の噴霧バーは、第２の噴霧バーより下方に位置しかつこれに対して平行である。各バーは、それぞれのバーに実質的に直交して延びるアームを備え、各アームは、それぞれのアームに実質的に平行に延びる少なくとも２つのエクステンダを有する。各エクステンダは、急冷液体の中空円錐噴霧を下方に噴霧するように構成されたノズルを備える。第１及び第２のバーからの噴霧は、一緒になって投影噴霧の下方壁をもたらし、この投影噴霧は、第１の投影噴射だけでカバーされる表面積よりも、容器の直径に平行な急冷容器の断面のより大きな表面積をカバーする。１つの態様において、各中空円錐噴霧は、それぞれのノズルの下方で中空円錐噴霧の壁から等距離の中心又は中心線を定める。
【００１１】
１つの態様において、多層噴霧システムは、急冷容器の直径の約８５％又はそれ以上、別の態様において約９０％又はそれ以上、別の態様において約９５％又はそれ以上、及び別の態様において約９９％又はそれ以上にわたって延在する。関連した態様において、多層噴霧システムは、急冷容器の直径の約８５％又はそれ以上、別の態様において約９０％又はそれ以上、別の態様において約９５％又はそれ以上、及び別の態様において約９９％又はそれ以上をカバーする噴霧パターンをもたらすのに有効である。
【００１２】
１つの態様において、各エクステンダは、その遠位端に下向きのノズルを有する。１つの態様において、第１の噴霧バーのノズルは、第１の噴霧バーの第１のノズルからの急冷液体の第１の中空円錐噴霧の一部が、第１の噴霧バーの第２のノズルからの急冷液体の第２の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の第１のオーバーラップをもたらすことができ、第１のオーバーラップは、第１のノズルの下に第１のオーバーラップ中心を有する。
【００１３】
１つの態様において、第２の噴霧バーのノズルは、第２の噴霧バーの第１のノズルからの急冷液体の第１の中空円錐噴霧の一部が、第２の噴霧バーの第２のノズルからの急冷液体の第２の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の第２のオーバーラップもたらすことができ、第２のオーバーラップは、第２のオーバーラップ中心を有する。
【００１４】
１つの態様において、第２の噴霧バーのうちの少なくとも１つのノズルの中空円錐噴霧の中心は、第１の噴霧バーの第１のオーバーラップ中心の上に位置して、第１のオーバーラップ中心と垂直に整列され、第２の噴霧バーからの急冷液体の噴霧及び第１の噴霧バーからの急冷液体の噴霧は、第１の噴霧バーからの急冷液体の噴霧だけでカバーされた同じ水平断面の表面積よりも、第１の噴霧バーより下方の急冷容器の水平断面のより大きな表面積をカバーする。
【００１５】
１つの態様において、第１の噴霧バーのノズルは、第１の噴霧バーの各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第１のオーバーラップをもたらすことができ、第１のオーバーラップの各々は、第１のオーバーラップ中心を有する。第１の噴霧バーのノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の複数の第１のオーバーラップ部分及び非オーバーラップ部分は、集合的に第１の噴霧バーからの急冷液体の第１の投影噴霧を構成する。
【００１６】
１つの態様において、第２の噴霧バーのノズルは、第２の噴霧バーの各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第２のオーバーラップをもたらすことができ、第２のオーバーラップの各々は、第２のオーバーラップ中心を有する。第２の噴霧バーのノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の複数の第２のオーバーラップ部分及び非オーバーラップ部分は、集合的に第２の噴霧バーからの第２の投影噴霧を形成する。
【００１７】
１つの態様において、第２の噴霧バーのノズルは、第２の噴霧バーの少なくとも１つの中空円錐噴霧の中心が第１の噴霧バーの中空円錐噴霧の中心から垂直にオフセットするように離間することができる。１つの態様において、第２の噴霧バーの少なくとも１つのノズルの中空円錐噴霧の中心は、第１の噴霧バーの第１のオーバーラップ中心と垂直に整列する。第１の投影噴霧及び第２の投影噴霧は、一緒になって噴霧の下方壁をもたらすことができ、第１の噴霧バーからの急冷液体の噴霧だけでカバーされた同じ水平断面の表面積よりも、第１の噴霧バーより下方の急冷容器の水平断面のより大きな表面積をカバーする。１つの態様において、第２の投影噴霧は、第１の噴霧バーのノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の間の複数の間隙を塞ぐ。
【００１８】
本開示の目的は、安全性、有効性、及び経費効率が高い、アクリロニトリル反応器の排ガスからのアンモニア除去のデザイン基準を提供することである。具体的には、本開示は、所望の結果を得るためにプロセスで使用される方法及び急冷容器の形式に関する。以下のデザイン上の特徴により、結果的に、過剰アンモニアの除去及びアクリロニトリル反応生成物の回収の両方に関する優れた急冷性能が得られることが分かっている。
【００１９】
当業者であれば、本開示により、本明細書で開示する装置及び方法は、多種多様なプロセスガス流の効果的な中和及び／又は急冷に使用できることを理解できるはずである。好適なプロセスガス流はアクリロニトリル反応器排出物である。出口温度９０°Ｆ〜２００°Ｆ（３２℃〜９３℃）の範囲で変動する場合がある急冷運転温度に無関係に、オーバーラップする中空円錐噴霧の多層噴霧急冷デザインにより、反応器排出生成物から安定的に高濃度の過剰アンモニアを除去することができる。
【００２０】
多層噴霧急冷を実現するために、一連の噴霧バーは、上向き方向の反応器排出生成物の所望の線速度を得るための適切なサイズの急冷容器に追加することができる。噴霧バーは、円形バー、例えば円管を備えることができる。噴霧バーは、未使用時に重力によってヘッダ又はバーから液体が及び噴霧が流出するように下向きとすることができる。
【００２１】
当業者であれば、本開示により、反応器排出生成物の所望の急冷を実現するために噴霧バーの数を変更できることを理解できるはずである。例えば、噴霧バーの数は、４から１０まで変更することができる。当業者であれば、本開示により、各噴霧バーの間の距離は、反応器排出製品の所望の急冷を実現するために変更できることを理解できるはずである。例えば、各噴霧バーは、約０．６５メートル〜約１．４メートル、別の態様において約、０．７５〜約１．３メートル、別の態様において約０．８５〜約１．２メートル、及び、別の態様において約０．９５〜約１．１メートルの離隔距離を有することができる。
【００２２】
過剰アンモニアを除去するために硫酸を含有するする液体急冷流体の循環率は、装置を通る十分な質量流束を可能にするために、リサイクル硫酸：新鮮な硫酸の比率に基づいて約１２：１〜２５：１とすることができ、その結果、効果的なアンモニア除去のための良好な液体分布、及び急冷容器又は塔内の液体と蒸気との蒸気／液体接触がもたらされる。１つの態様において、この循環率は、約１８：１とすることができる。
【００２３】
急冷流中に蓄積する可能性がある何らかの循環固形物による目詰まりを低減又は防止するために、斜面入口（ramp  entry）を備えかつ内部部品をもたない中空円錐噴霧ノズルを使用することができる。
【００２４】
噴霧バーの各々で個別のブロック弁及び流量計を使用して、流量調整及び検査を行うことができる。
【００２５】
硫酸を再利用されるリサイクル急冷液流量に追加して、一定の急冷流ｐＨを約３．０〜６．０、別の態様において約４．５〜６に維持するのに十分な量の酸を供給することができ、好適なｐＨは５．５である。
【００２６】
循環流の中の硫酸アンモニウム濃度は、急冷容器の運転温度に応じて、３重量％〜２０重量％のレベルに維持することができる。硫酸アンモニウム濃度の範囲の上限での運転には、硫酸アンモニウムの適切なレベルを所望の範囲内に維持するために、清浄水流の追加又はアクリロニトリル生産プロセスでの浄化及び回収作業からの清浄水流の再循環が必要とされる場合がある。
【００２７】
急冷流からの有機物の除去は、オーバーヘッド蒸気流によって急冷流から所望の有機物を除去するためにストリッパ又は廃水カラムを使用する従来の方法によって実現することができ、オーバーヘッド蒸気流は、急冷容器に戻るように循環され、容器内の噴霧の下の反応器排出物の蒸気流へ再び入る。
【００２８】
中空円錐噴霧で噴霧される急冷液体の円錐体は、約７０〜１００度の角度を有することができる。各中空円錐噴霧は、容器のあらゆる場所において水平面上で均一に離間することができ、円錐体の７０〜１００度の噴霧出口の投影噴霧パターンで約５０％がオーバーラップするようになっている。噴霧バーの後続の層は、各層の下方の円錐体の中心が前記の層からのオーバーラップ中心に位置するように離間することができる。２層パターンが確立されると、容器の壁から容器の中心までの十分なカバー領域がもたらされ、このパターンは、追加の層ペアの各々で繰り返される。本明細書で様々な実施形態に関して説明したノズルとオーバーラップ中心の垂直方向の整列は、噴霧バーの２つの隣接する層に、又は噴霧バーの介入層（例えば、噴霧バーの交互になった層）を有する２つの噴霧バーに適用することができる。
【００２９】
公称１インチ（２５．４ミリメートル）の入口の噴霧円錐ノズルを使用することができる。ノズルは、下方に向いた出口を通して急冷液体を噴霧することができ、噴霧バーに直交することができる。この構成は、ノズルの簡単な組み込み及び取り外し並びに未使用時の完全な流水を助けるために使用することができる。
【００３０】
一例として、従来のプロセス及びシステムでの回収効率の損失は、本開示で説明する急冷システムを有するプラントよりも１０％以上大きい場合がある。従って、反応器排出物から所定の所望のアンモニア回収率、例えば、９５％回収又は９９％回収のために、急冷容器の全高、すなわち所望の回収を実現する際に各々の理論的な気液平衡接触ステージを達成するために必要な高さは、従来のプロセスに対して１０％以上低減することができ、材料の低減及び運転費用の低減につながる。
【００３１】
過剰アンモニアを除去するためにアクリロニトリル反応からの排ガスを急冷するために使用される方法は、アンモニアの除去及び排出物流の中のアクリロニトリル生成物の回収の両方に対してできるだけ効率的に行うことが望ましい。
【００３２】
本開示のプロセスは、以下に図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本開示の少なくとも１つの態様による急冷容器１０の側面図である。急冷容器１０は、反応器排出物１２を急冷するように構成される。反応器排出物１２は、触媒の存在下で反応ゾーン（図示せず）においてプロパン又はプロピレン、アンモニア及び酸素含有ガスの直接反応によって取得することができる。反応器排出物１２は、導管１４を通って急冷容器１０に移送され、高温の反応器排ガスは、管路１８、２０、２２、及び２４を通って急冷容器１０に流入する水溶液流すなわち急冷液体１６との接触により冷却される。アクリロニトリル（アセトニトリル、シアン化水素等の副産物及び不純物を含む）を含む冷却排ガスは、次に、エントレインメント分離器２６を通過し、次に、吸収カラム（図示せず）に送られる。
【００３４】
図１に示すように、急冷容器１０は、第１の部分２８及び第２の部分３０を備え、第１の部分２８は、第２の部分３０より下方に位置する。急冷容器１０の第１の部分２８は、ガス流つまり反応器排出物１２を受け入れるように構成された入口３２を備え、ガス流つまり反応器排出物１２は、アクリロニトリル及びアンモニアを含む。急冷容器１０の第２の部分３０は、水溶液流又は急冷液体１６を受け入れるように構成された多層噴霧システム３４を備え、水溶液流又は急冷液体１６は酸３６を含む。酸３６は、管路３８を介して連結部４０で急冷液体１６に追加することができる。酸３６は、任意の適切な酸、例えば硫酸（９８重量％硫酸など）とすることができる。液体排出物を含む急冷液体１６は、急冷容器１０の底部４２から流出して管路４４を通る。水は、管路４６から入口４８を通って急冷容器１０に追加すること、もしくは、液体流１７、４４、及び６５により形成された液体リサイクルループの他の場所で急冷液体１６に追加することができる。急冷液体１６は、ポンプ５０を使用して循環され、管路４４を通って管路１８、２０、２２、及び２４に戻る。管路３８及び４６を通って追加される液体を相殺することで液体リサイクルループ内において比較的一定の流量を維持するために、流れ６７は、管路４４を通って流出する液体排出物の一部として抜き取ることができる。流れ６７は、生成された中和反応生成物（例えば、硫酸アンモニウム）を除去し、これはさらに腐食生成物及など、液体リサイクルループに望ましくない生成物の蓄積を防止するのに有用である。急冷容器１０の底部４２から流出する排出物は、吸い出し点５２において管路４４から抜くことができる。
【００３５】
多層噴霧システム３４は、少なくとも管路１８に対応する第１の噴霧バー５４、及び管路２０に対応する第２の噴霧バー５６を備える。図１に示すように、多層噴霧システム３４は、同様に管路２２に対応する噴霧バー５８及び管路２４に対応する噴霧バー５６を備える。噴霧バー５４、５６、５８、及び６０は、急冷容器１０の直径６２の実質的に全体にわたって延在する。図示するように、噴霧バー５４は、噴霧バー５６の下方に位置し、噴霧バー５６に対して実質的に平行である。噴霧バー５８は、噴霧バー５６より上方に位置しかつ噴霧バー６０より下方に位置する。噴霧バー５８は、噴霧バー６０に対して実質的に平行である。
【００３６】
１つの態様において、コントローラ１１は、測定されたパラメータ、例えば、温度コントローラ（図１では図示せず）によって測定された温度に対応する１又は２以上の信号を処理するように構成することができる。コントローラ１１は、測定されたパラメータが所定のパラメータ範囲を上回るか又は下回るかを判定するように構成することができる。当業者であれば、本開示により、測定されたパラメータは急冷容器の運転において有用な任意の適切なパラメータであることを理解できるはずであり、例えば、温度コントローラが測定した所定の位置での温度、又は、急冷容器１０のブート４５内の液面コントローラ（図１では図示せず）又は流れコントローラ（図１では図示せず）が測定した液位である。コントローラ１１は、測定されたパラメータが所定のパラメータ範囲を下回る又は上回る場合、通信回線又は無線通信（図１では図示せず）を経由して１又は２以上の装置の運転を調整するように構成することができる。例えば、コントローラ１１は、急冷容器１０に運ばれた流量、例えば、反応器排出物１２等の流れ、（急冷容器１０に管路４６を通って運ばれる）水、及び／又は（管路３８を通って運ばれた酸３６を含む）急冷液体１６の量を調整するように構成することができる。当業者であれば、本開示により、コントローラ１１は、所定の範囲を満たすためにポンプ５０の作動及び／又は上記の流れに関連した他のポンプ及び／又は弁の作動を制御するように構成できることを理解できるはずである。当業者であれば、コントローラ１１又は類似のコントローラは、温度コントローラ、液面コントローラ、又は流れコントローラ（図１では図示せず）から遠く離れて配置することができること、又は温度コントローラ、液面コントローラ、又は流れコントローラの場所に配置してこれらを含むことができることを理解できるはずである。
【００３７】
図２は、図１の線２−２に沿って切り取った急冷容器１０内の噴霧バー５４の底面図である。図３は、図１の線３−３に沿って切り取った急冷容器１０内の噴霧バー５６の底面図である。噴霧バー５８は、噴霧バー５４と類似の構成を有することができる。噴霧バー６０は、噴霧バー５６と類似の構成を有することができる。各噴霧バーは、それぞれの噴霧バーに実質的に直交して延びる一連の噴霧アームを備えることができる。本明細書で使用する場合、「実質的に直交する」は、垂線に対して約±１５°、別の態様において約±１０°、及び、別の態様において約±５°の角度を意味する。以下の考察は、図２に示す噴霧バー５４の左下象限に焦点を合わせたものである。当業者であれば、例えば鏡像構成の類似の構造を噴霧バー５４全体のあらゆる場所に設けることができることを理解できるはずである。図２に示すように、噴霧バー５４は、一連の噴霧アーム６４、６６、６８、７０、７２、７４、及び７６を備える。噴霧アーム７０は、急冷容器１０の直径７８の実質的に全体にわたって延びる。直径７８は、直径６２に直交する。噴霧アーム６４、６６、６８、７２、７４、及び７６は、急冷容器１０のそれぞれの弦の実質的に全体にわたって延び、各弦は、直径７８に実質的に平行である。図２に示すように、噴霧アーム７２は、それぞれの弦８０の実質的に全体にわたって延び、噴霧アーム７４は、それぞれの弦８２の実質的に全体にわたって延び、噴霧アーム７６は、それぞれの弦８４の実質的に全体にわたって延びる。
【００３８】
各噴霧バーの各噴霧アームは、２又は３以上のエクステンダを有することができる。図２に示すように、噴霧アーム７６は、エクステンダ８６、８８、及び９０を有する。噴霧アーム７４は、エクステンダ９２、９４、９６、９８、１００、及び１０２を有する。噴霧アーム７２は、エクステンダ１０４を有し、噴霧アーム７０は、エクステンダ１０６を有する。各エクステンダは、それぞれの噴霧アームに実質的に直交して延びる。各エクステンダは、それぞれの端部で噴霧ノズルを含むことができ、各噴霧ノズルは、下方に向く。１つの態様において、各ノズルは、急冷液体の中空円錐噴霧を下方に噴霧するように構成され、各中空円錐噴霧は、中空円錐噴霧の壁から等距離の中心を定める。図２に示すように、エクステンダ８６は、ノズル１０８を有し、エクステンダ８８は、ノズル１１０を有し、エクステンダ９０は、ノズル１１２を有する。図２に示すように、エクステンダ９２は、ノズル１１４を有し、エクステンダ９４は、ノズル１１６を有し、エクステンダ９６は、ノズル１１８を有し、エクステンダ９８は、ノズル１２０を有し、エクステンダ１００は、ノズル１２２を有し、エクステンダ１０２は、ノズル１２４を有する。
【００３９】
１つの態様において、第１の噴霧バーのノズルは、第１の噴霧バーの第１のノズルからの急冷液体の第１の中空円錐噴霧の一部が、第１の噴霧バーの第２のノズルからの急冷液体の第２の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の第１のオーバーラップをもたらすことができ、第１のオーバーラップ、第１のオーバーラップ中心を有する。例えば、図２に示すように、ノズル１０８の中空円錐噴霧１２６の一部は、ノズル１１４の中空円錐噴霧１２８の一部とオーバーラップして、オーバーラップ中心１３２を有する第１のオーバーラップ１３０をもたらす。図２に示すように、噴霧バー５４の隣接するノズルの中空円錐噴霧の間にオーバーラップしない間隙１３４が形成される。噴霧アーム７２のエクステンダ１０４は、ノズル１３６を備える。ノズル１３６は、中空円錐噴霧１３８を生成するように構成される。噴霧アーム７０のエクステンダ１０６は、ノズル１４０を備える。ノズル１４０は、中空円錐噴霧１４２を生成するように構成される。
【００４０】
１つの態様において、第１の噴霧バーの各中空円錐噴霧は、第１の噴霧バーの少なくとも１つの他の中空円錐噴霧と同じ直径を有することができる。第２の噴霧バーの各中空円錐噴霧は、第２の噴霧バーの少なくとも１つの他の中空円錐噴霧と同じ直径を有することができる。第１の噴霧バーの各中空円錐噴霧は、第２の噴霧バーの少なくとも１つの中空円錐噴霧と同じ直径を有することができる。
【００４１】
実施形態において、噴霧アーム７０が規定する軸線に沿って、噴霧アーム６８は、噴霧アーム７２の鏡像であり、噴霧アーム６６は、噴霧アーム７４の鏡像であり、噴霧アーム６４は、噴霧アーム７６の鏡像である。当業者であれば、本開示により、類似の構造体を上象限に類似の構成を設けること、すなわち、上象限は、図２に示す下象限と鏡像関係にあり、鏡像関係のエクステンダ、ノズル、中空円錐噴霧、オーバーラップ、オーバーラップ中心、及び間隙を有することを理解できるはずである。
【００４２】
１つの態様において、噴霧アーム７６上のノズルの数は、約６個（すなわち、噴霧アーム７６が通過する２つの象限の各々に３個のノズル）とすることができる。１つの態様において、噴霧アーム７４のノズルの数は、約１０〜１４個（すなわち、噴霧アーム７４が通過する２つの象限の各々に５〜７個のノズル）とすることができる。１つの態様において、噴霧アーム７２上のノズルの数は、約３０〜３６個（すなわち、噴霧アーム７４が通過する２つの象限の各々に１５〜１８個のノズル）とすることができる。１つの態様において、噴霧アーム７０上のノズルの数は、約３８〜４０個（すなわち、噴霧アーム７０が通過する２つの象限の各々に１９〜２０個のノズル）とすることができる。
【００４３】
図３は、図１に示す噴霧バー５６の底面図である。噴霧バー６０は、噴霧バー５６と類似の構成を有することができる。以下の考察は、図３に示す噴霧バー５６の左下象限に焦点を合わせたものである。当業者であれば、例えば鏡像構成の類似の構造を噴霧バー５６全体のあらゆる場所に設けることができることを理解できるはずである。図３に示すように、噴霧バー５６は、一連の噴霧アーム３００、３０２、３０４、３０６、３０８、及び３１０を備える。噴霧アーム３００、３０２、３０４、３０６、３０８、及び３１０は、急冷容器１０のそれぞれの弦の実質的に全体にわたって延び、各弦は、直径７８に実質的に平行である。図３に示すように、噴霧アーム３０６は、それぞれの弦３１２の実質的に全体にわたって延び、噴霧アーム３０８は、それぞれの弦３１４の実質的に全体にわたって延び、噴霧アーム３１０は、それぞれの弦３１６の実質的に全体にわたって延びる。
【００４４】
前述したように、各噴霧バーの各噴霧アームは、２又は３以上のエクステンダを有することができる。図３に示すように、噴霧アーム３１０は、エクステンダ３１８、３２０、及び３２２を有する。噴霧アーム３０８は、エクステンダ３２８を有し、噴霧アーム３０６は、エクステンダ３２６を有する。各エクステンダは、それぞれの噴霧アームに実質的に直交して延びる。各エクステンダは、それぞれの端部に噴霧ノズルを含むことができ、各噴霧ノズルは、下方に向く。１つの態様において、各ノズルは、急冷液体の中空円錐噴霧を下方に噴霧するように構成され、各中空円錐噴霧は、中空円錐噴霧の壁から等距離の中心を定める。図３に示すように、エクステンダ３１８は、ノズル３３０を有し、エクステンダ３２０は、ノズル３３２を有し、エクステンダ３２２は、ノズル３３４を有する。図３に示すように、エクステンダ３２８は、ノズル３３８を有し、エクステンダ３２６は、ノズル３３６を有する。ノズル３３０は、急冷液体の中空円錐噴霧３４０を生成するように構成される。中空円錐噴霧３４０は、図２に示す間隙１３４とオーバーラップする。実施形態において、中空円錐噴霧３４０の中心は、オーバーラップ中心１３２の真上にある。
【００４５】
噴霧アーム３１０は、弦３１６上に位置する。弦３１６は、図２に示す弦３２４の真上に位置する。弦３２４は、噴霧アーム７６と７４の間にある。実施形態において、弦３２４は、噴霧アーム７６と７４の間で等距離である。弦３０８は、図２に示す弦３４２の真上に位置する。弦３４２は、噴霧アーム７４と７２の間にある。実施形態において、弦３４２は、噴霧アーム７４と７２の間で等距離である。弦３０６は、図２に示す弦３４４の真上に位置する。弦３４４は、噴霧アーム７２と７０の間にある。実施形態において、弦３４４は、噴霧アーム７４と７２の間で等距離である。実施形態において、噴霧アーム３００は、噴霧アーム３１０の鏡像であり、噴霧アーム３０２は、噴霧アーム３０８の鏡像であり、噴霧アーム３０４は、噴霧アーム３０６の鏡像である。
【００４６】
１つの態様において、噴霧バー５６のノズルの中空円錐噴霧の中心は、噴霧バー５４のそれぞれのオーバーラップ中心の上に位置し、すなわちオーバーラップ中心と垂直に整列し、噴霧バー５６からの急冷液体の噴霧及び噴霧バー５４からの急冷液体の噴霧は、噴霧バー５４からの急冷液体の噴霧だけでカバーされる同じ水平断面の表面積よりも、噴霧バー５４の下方にある急冷容器の水平断面のより大きな表面積をカバーする。同様に、１つの態様において、噴霧バー６０のノズルの中空円錐噴霧の中心は、噴霧バー５８のそれぞれのオーバーラップ中心の上に位置し、噴霧バー６０からの急冷液体の噴霧及び噴霧バー５８からの急冷液体の噴霧は、噴霧バー５８からの急冷液体の噴霧だけでカバーされる同じ水平横断面の表面積よりも、噴霧バー５８の下方にある急冷容器の水平断面のより大きな表面積をカバーする。
【００４７】
１つの態様において、噴霧バー５４のノズルは、噴霧バー５４の各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第１オーバーラップをもたらすことができ、第１のオーバーラップの各々は、第１のオーバーラップ中心を有する。噴霧バー５４のノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の複数の第１のオーバーラップ部分及び非オーバーラップ部分は、集合的に噴霧バー５４からの急冷液体の第１の投影噴霧を構成する。
【００４８】
１つの態様において、噴霧バー５６のノズルは、噴霧バー５６の各ノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の一部が、少なくとも隣接するノズルからの急冷液体の別の中空円錐噴霧の一部とオーバーラップするように離間して急冷液体の複数の第２のオーバーラップをもたらすことができ、第２のオーバーラップの各々は、第２のオーバーラップ中心を有する。噴霧バー５６のノズルからの急冷液体の各中空円錐噴霧の複数の第２のオーバーラップ部分及び非オーバーラップ部分は、噴霧バー５６からの第２の投影噴霧を形成する。
【００４９】
１つの態様において、噴霧バー５６の各ノズルは、噴霧バー５６の少なくとも１つの中空円錐噴霧の中心が噴霧バー５４の中空円錐噴霧の中心から垂直にオフセットするように離間することができる。１つの態様において、噴霧バー５６の少なくとも１つのノズルの中空円錐噴霧の中心は、噴霧バー５４の少なくとも第１のオーバーラップ中心上に中心がある。第１の投影噴霧及び第２の投影噴霧は、一緒になって噴霧の下方壁を形成することができ、第１の投影噴霧だけでカバーされた同じ水平断面の表面積よりも、噴霧バー５４の下方にある急冷容器１０の水平断面のより大きな表面積をカバーする。１つの態様において、第２の投影噴霧は、噴霧バー５４からの急冷液体の各中空円錐噴霧の間の複数の間隙１３４を塞ぐ。
【００５０】
実施形態において、急冷容器１０内には４〜１０の噴霧バーが存在することができる。従って、第１及び第２の噴霧バーの２〜５のペアが存在できる。
【００５１】
当業者であれば、本開示により、前述の装置は、酸性又は塩基性ガス成分を含む反応器排ガスを急冷及び中和する方法に使用できることを理解できるはずである。本方法は、反応器排ガスを装置の底部に導入するステップと、急冷液体を第１及び第２の複数のノズルを通して導入するステップとを含むことができ、急冷液体は、対向流様式で反応器排ガスと接触して、反応器排ガスを中和及び急冷するようになっている。
【００５２】
図４は、本開示の１つの態様による方法４００の流れ図を例示する。方法４００は、前述の装置を使用して実行することができる。ステップ４０１は、急冷容器の第１の部分においてアクリロニトリル及びアンモニアを含むガス流を受け入れるステップを含む。ステップ４０２は、多層噴霧システムにおいて酸を含む急冷液体を受け入れるステップを含み、多層噴霧システムは、急冷容器の第２の部分に位置し、第２の部分は、第１の部分より上方に位置する。多層噴霧システムは、少なくとも第１の噴霧バーと第２の噴霧バーとを備え、第１の噴霧バー及び第２の噴霧バーは、急冷容器の直径の実質的に全体にわたって延び、第１の噴霧バーは、第２の噴霧バーより下方に位置し実質的に平行である。本方法は、第１及び第２の噴霧バーからの急冷液体を噴霧するステップを含むことができる。各噴霧バーは、それぞれの噴霧バーに実質的に直交して延びる複数の噴霧アームを備えることができ、第１の噴霧バーの少なくとも１つの噴霧アーム及び第２の噴霧バーの少なくとも１つの噴霧アームは、２又は３以上のエクステンダを有する。各エクステンダは、それぞれの噴霧アームに実質的に直交して延びることができ、各エクステンダは、噴霧ノズルを備え、噴霧ノズルは、それぞれの遠位端に位置し、各噴霧ノズルは下方に向く。噴霧は、急冷液体の中空円錐噴霧として急冷液体を各噴霧ノズルから下向きに噴霧するステップをさらに含むことができ、各中空円錐噴霧は中心を定める。
【００５３】
ステップ４０３は、急冷液体を第１の投影噴霧で噴霧するステップを含む。ステップ４０３は、第１の噴霧バーの各ノズルの中空円錐噴霧が第１の噴霧バーの隣接するノズルの少なくとも１つの中空円錐噴霧とオーバーラップするように、急冷液体を第１の噴霧バーのノズルから噴霧するステップを含むことができ、第１の噴霧バーのノズルは、噴霧の複数の第１のオーバーラップをもたらすように構成され、中空円錐噴霧及び複数の第１のオーバーラップ、急冷液体の第１の投影噴霧を形成し、急冷液体の第１の投影噴霧は、中空円錐噴霧と第１のオーバーラップとの間の間隙を定める。
【００５４】
ステップ４０４は、急冷液体を第２の投影噴霧で噴霧するステップを含む。ステップ４０４は、急冷液体を第２の噴霧バーのノズルから噴霧するステップを含み、第１の投影噴霧及び第２の投影噴霧は、一緒になって投影噴霧の下方壁をもたらし、これは、第１の投影噴霧だけでカバーされる表面積よりも、容器の直径に平行な急冷容器の断面のより大きな表面積をカバーする。
【００５５】
前記の明細書において、本開示は、特定の好適な実施形態に関連して説明されかつ多くの詳細内容が例示目的で記載されているが、当業者であれば、本開示は、追加の実施形態が可能であり、本明細書で説明する詳細内容の一部は、本開示の基本原理から逸脱することなく変更できることを理解できるはずである。本開示の特徴部は、本開示の精神及び範囲、又は特許請求の範囲ら逸脱することなく修正、調整、変更、又は置換が可能であることを理解されたい。例えば、様々な構成要素の寸法、数、大きさ、及び形状は、特定の用途に応じて調整することができる。従って、本明細書で例示及び説明する特定の実施形態は、例示を目的とするに過ぎない。
【符号の説明】
【００５６】
１０  急冷容器
１１  コントローラ
１２  反応器排出物
１４  入口
１６  急冷液体
１７  流れ
１８  管路
２０  管路
２２  管路
２６  エントレインメント分離器
２８  第１の部分
３０  第２の部分
３２  入口
３４  多層噴霧システム
３６  酸
３８  管路
４０  連結部
４２  底部
４４  流れ
４５  ブート
４６  管路
４８  入口
５０  ポンプ
５２  吸い出し点
５４  第１の噴霧バー
５６  第２の噴霧バー
５８  噴霧バー
６０  噴霧バー
６２  直径
６５  流れ
６７  流れ
【図１】
0006570539.tif 000002
【図２】
0006570539.tif 000003
【図３】
0006570539.tif 000004
【図４】
0006570539.tif 000005