УСТАНОВКА ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ АДИПИНОВОЙ КИСЛОТЫ
ADIPINIC ACID CRYSTALLISATION PLANT

Изобретение относится к установке для кристаллизации адипиновой кислоты.
Адипиновая кислота является важным химическим соединением, применяемым в качестве сырья для синтеза многих соединений. Так, адипиновая кислота является важным промежуточным соединением для синтеза полиамидов и более конкретно РА 6.6., а также для производства полиэфиров, полиуретанов. Адипиновую кислоту также используют в качестве добавки при ряде других применений, например при получении пластификаторов.
Адипиновую кислоту синтезируют, главным образом, из циклогексана путем окисления последнего в смеси циклогексанон/циклогексанол с последующим окислением азотной кислотой этой смеси до адипиновой кислоты.
Несколько способов окисления циклогексана до циклогексанон/циклогексанола осуществляют с разными катализаторами.
Азотное окисление смеси циклогексанол/циклогексанон осуществляют в присутствии металлического катализатора, при этом адипиновую кислоту извлекают и очищают главным образом последовательными кристаллизациями.
Предлагались также способы прямого окисления циклогексана до адипиновой кислоты кислородом или воздухом в присутствии металлических катализаторов и растворителя, такого как уксусная кислота. В этих способах адипиновую кислоту извлекали, главным образом, в форме водного раствора.
Независимо от способа синтеза адипиновой кислоты для получения соединения, пригодного для указанных выше применений, необходимо подвергать его очистке. Применяемые главным образом способы очистки содержат стадии кристаллизации, обычно заключающиеся в концентрировании и/или охлаждении раствора адипиновой кислоты для получения кристаллов чистой адипиновой кислоты.
Эти кристаллизации осуществляют главным образом в кристаллизаторах больших размеров. Установка для кристаллизации может содержать несколько кристаллизаторов, соединенных последовательно, или устройство, имеющее несколько отделений, позволяющих проводить очистку непрерывно, или несколько кристаллизаторов, функционирующих в соответствии с периодическим способом.
Кристаллизаторы снабжены главным образом средствами для перемешивания, средствами для охлаждения и/или концентрирования раствора. Эти последние средства могут состоять из устройств, приводимых в контакт с раствором, и в которых циркулирует текучий теплоноситель, при этом средства позволяют выпаривать раствор, в частности путем оказания умеренного давления.
Средства для охлаждения и/или концентрирования раствора могут состоять из нескольких устройств, используемых индивидуально или в комбинации, таких, например, как двойная оболочка в стенке кристаллизатора, элементы, содержащие средства для обеспечения циркуляции текучего теплоносителя, находящиеся в растворе, или внешний контур циркуляции раствора, включающий в себя теплообменник. Этот список средств для охлаждения и/или концентрирования раствора приведен только для сведения и не имеет ограничительного характера.
Для правильного функционирования кристаллизатора и поддержания его производительности необходимо контролировать некоторые рабочие параметры и, более конкретно, параметры, влияющие на загрязнение кристаллизатора путем отложений кристаллизованной адипиновой кислоты на стенках установки. Этот феномен, называемый «облицовка», зависит от природы материала и от состояния поверхности стенок. Более конкретно, его появлению способствует разница температур между раствором и стенками, находящимися в контакте с раствором. Действительно, если эта разница температур больше критической величины, зависящей от концентрации и от температуры раствора, от скорости циркуляции раствора в кристаллизаторе, от природы материала и от состояния поверхности стенки, происходит отложение адипиновой кислоты, прикрепляющееся к стенке.
Отложение адипиновой кислоты наблюдается также независимо от разницы температур на стенках с плохим состоянием поверхности, в частности, в случае кристаллизации путем концентрирования раствора посредством создания умеренного давления в кристаллизаторе.
Для определения условий, приемлемых для функционирования кристаллизатора, необходимо периодически останавливать способ для устранения отложений адипиновой кислоты на стенках теплообменника или на стенках кристаллизатора.
Кроме того, внезапное отслоение отложения в процессе производства адипиновой кислоты может повлечь за собой механические повреждения, даже вызвать изменения качества адипиновой кислоты.
Для ограничения этого феномена облицовки внутренние стенки кристаллизатора, а также стенки устройства для охлаждения и/или концентрирования раствора шлифуют до получения минимально шероховатой поверхности. Эти шлифованные поверхности можно также очищать и мыть при помощи традиционных технологий очистки, используемых в области обработки металлических поверхностей.
Однако состояние поверхности стенок может быстро ухудшаться под действием химической коррозии, в частности, когда кристаллизация адипиновой кислоты происходит из растворов, полученных азотным окислением смесей циклогексанон/циклогексанол. Действительно, эти растворы являются кислыми и содержат значительное количество азотной кислоты и/или ионов нитратов.
Для ограничения феномена облицовки и, возможно, ухудшения состояния поверхности кристаллизаторы и стенки теплообменников часто выполняют из аустенитной нержавеющей стали типа AISI 304L. Тем не менее, эти явления облицовки и коррозии все же происходят. Использование материала этого типа не позволяет устранить или сократить остановки установки для устранения облицовки.
Таким образом, в настоящее время существует потребность в материалах или устройствах, позволяющих сохранять правильное состояние поверхности и ограничивать воздействие коррозии для уменьшения или устранения феномена облицовки.
Для решения этой проблемы настоящим изобретением предлагается использовать для производства стенок, находящихся в контакте с раствором адипиновой кислоты, материал, выбранный из особых сортов нержавеющей стали.
С этой целью изобретением предлагается установка или кристаллизатор для кристаллизации адипиновой кислоты, содержащий резервуар или кристаллизатор, средства для перемешивания и средства для охлаждения и/или концентрирования раствора адипиновой кислоты, отличающиеся тем, что по меньшей мере часть стенок, находящихся в контакте с раствором адипиновой кислоты и являющихся частью резервуара или кристаллизатора и/или средств для концентрирования и/или охлаждения раствора, выполнена из аустенитной нержавеющей стали типа AISI 310L в соответствии с номенклатурой AISI (USA).
Аустенитную нержавеющую сталь типа AISI 310L обозначают также XlCrNi25-21 (1.4335) в соответствии с европейской номенклатурой.
В соответствии с одной характеристикой изобретения средства для охлаждения и/или концентрирования раствора адипиновой кислоты состоят из устройств, находящихся в контакте с раствором. Более конкретно, устройства, в которых циркулирует текучий теплоноситель, можно преимущественно использовать для охлаждения раствора. По изобретению стенки этих устройств для охлаждения, находящихся в контакте с раствором адипиновой кислоты, выполнены из аустенитной нержавеющей стали типа AISI 310L. В другом варианте осуществления способа кристаллизации адипиновой кислоты с концентрированием раствора выпариванием путем создания умеренного давления в установке части установки, такие как внутренние стенки кристаллизатора, например, выполняют из аустенитной нержавеющей стали типа AISI 310L.
В соответствии с другим признаком изобретения поверхности или стенки, выполненные из аустенитной нержавеющей стали типа AISI 310L, шлифуют перед их установкой в кристаллизаторе. Эту шлифовку можно осуществлять любым известным средством с применением физических и/или химических способов для уменьшения шероховатости поверхности.
Для сведения и без ограничения, шероховатость поверхности, измеренная методом, определенным в стандартах NF EN ISO 3274 и NF EN ISO 4288, преимущественно составляет меньше 0,3 мкм.
Средства для охлаждения и/или концентрирования раствора адипиновой кислоты могут быть разными, такими как змеевики, пластины с двойной стенкой, где циркулируют текучие среды или тому подобные.
Кристаллизатор по изобретению пригоден, в частности, для кристаллизации адипиновой кислоты из растворов, выходящих со стадии окисления смеси циклогексанон/циклогексанол азотной кислотой.
Примеры, приведенные ниже исключительно для сведения, иллюстрируют изобретение.
Опытные испытания для определения устойчивости к коррозии и изменения состояния поверхности изделий, выполненных из разных сортов нержавеющей стали, проводили в следующем порядке:
Образцы в форме параллелепипеда размером 50×30 мм, поверхность которых была отшлифована до первоначальной шероховатости Ra меньше 0,1 мкм, погружают в среду, полученную окислением азотной кислотой смеси циклогексанон/циклогексанол, содержащую весовую концентрацию адипиновой кислоты 24% и азотную кислоту в количестве порядка 28 мас.%.
Температуру раствора поддерживают 90°С при атмосферном давлении и перемешивают в течение всего периода погружения. Через 400 часов с начала погружения определяют состояние поверхности образцов и потерю толщины. Эти образцы вновь погружают еще на 400 часов в ту же самую среду. Раствор обновляют перед каждым новым погружением.
Тестируемые образцы выполнены из двух сортов нержавеющей стали:
Образец 1: сталь типа AISI 304L
Образец 2: сталь типа AISI 310L
Состав этих сортов стали приведен в таблице I
Таблица I
Состав металла
304L
310L
% масс.
С
0,015
0,017
S
0,002
0,006
Р
0,025
0,019
Si
0,248
0,14
Mn
1,690
0,593
Cr
18,410
24,29
Ni
10,480
21,62
Мо
0,125
0,317
Cu
0,069
0,167
N
-
-
Fe
bal.
bal.
(bal. означает количество до 100%)
Полученные результаты приведены в таблице II:
Таблица II
Образец
1
2
Первоначальный
шероховатость Ra (мкм)
<0,1
<0,1
потеря толщины (мкм/аn)
0
0
400 часов
шероховатость Ra (мкм)
0,5
<0,1
потеря толщины (мкм/аn)
90
<5
800 часов
шероховатость Ra (мкм)
1,9
0,2
потеря толщины (мкм/аn)
130
<20
1200 часов
шероховатость Ra (мкм)
2,8
0,2
потеря толщины (мкм/аn)
130
<5
1600 часов
шероховатость Ra (мкм)
4,1
0,3
потеря толщины (мкм/аn)
230
<20
2000 часов
шероховатость Ra (мкм)
4,7
0,3
потеря толщины (мкм/аn)
90
<5
2400 часов
шероховатость Ra (мкм)
4,7
0,3
потеря толщины (мкм/аn)
140
<5
Приведенные выше результаты показывают, что шероховатость образца 2 по изобретению изменяется очень незначительно с течением времени по сравнению с измеренной шероховатостью при использовании стали типа 304L (образец 1). Эта характеристика иллюстрирует тот факт, что использование стали типа 310L по изобретению позволяет сохранять с течением времени хорошее состояние поверхности в условиях реакции, о которой идет речь, и, следовательно, максимально ограничить феномен облицовки.
К тому же, приведенные выше результаты показывают, что устойчивость к коррозии (потере толщины) стали типа 310L в среде, полученной в результате окисления азотной кислотой смеси циклогексанон/циклогексанол (по изобретению), повысилась.