ХИМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
CHEMICAL PLANT

Настоящее изобретение относится к химической установке, предоставляющей DADPM, - более конкретно, к объединенной химической установке, включающей в себя технологическую единицу, производящую нитробензол и служащую для преобразования бензола в нитробензол, технологическую единицу, производящую анилин и служащую для преобразования нитробензола в анилин, и технологическую единицу, производящую DADPM (диаминодифенилметан) и служащую для преобразования анилина в DADPM, необязательно, укомплектованную технологической единицей MDI, служащей для преобразования DADPM в MDI (дифенилметандиизоцианат).
Кроме того, настоящее изобретение относится к производственному процессу для производства DADPM и, необязательно, для производства MDI.
Химические установки, предоставляющие DADPM (также обозначаемого как MDA), известны в данной области техники. Диаминодифенилметан и, в более общем случае, полифенилполиамины обычно получают из анилина или из производных анилина, проводя их реакции с формальдегидом в присутствии раствора сильной кислоты, такой как, например, хлористоводородная, серная или фосфорная кислоты. Литературными источниками, которые описывают этот тип синтеза, являются: J. Am. Chem. Soc. 57, 888, 1975; Chem. Tech., November 1984, 670; Kirk Othmer, Vol. II, 3rd Edition, 338-348. Некоторые другие катализаторы, такие как диатомовая земля, глина или цеолиты, были предложены для преобразования анилина и формальдегида в DADPM.
После преобразования анилина и формальдегида (обычно поставляемого и применяемого в виде формалина) DADPM присутствует в потоке, вытекающем из реактора и содержащем указанный DADPM, анилин, кислоту (применяемую в качестве катализатора), воду и некоторые другие соединения, присутствующие в виде загрязнений во вводимых потоках или получаемые в побочных реакциях. Поскольку обычно в качестве катализатора применяют хлористоводородную кислоту и поскольку эту кислоту после реакции нейтрализуют основанием (как правило, каустической содой), вытекающий поток представляет собой поток, содержащий соль.
DADPM отделяют от вытекающего потока, применяя фазовый сепаратор. Водный поток, вытекающий из этого первого фазового сепаратора (часто называемый «рассолом»), промывают анилином для удаления следов DADPM, присутствующего в этом вытекающем водном потоке. Потоки, получаемые в результате этого, представляют собой водную фазу, содержащую воду и анилин и отделенную от органической фазы, которая представляет собой анилин и следы DADPM.
В водном потоке, или «рассоле», присутствует анилин. Для удаления как можно большего количества анилина из этого водного потока и для получения водного, необязательно, солесодержащего, потока, пригодного для обработки в установках биологической очистки стоков, из этого водного потока удаляют анилин, применяя отгоночную колонну (стриппинг-колонну), часто называемую анилиновым стриппером, амино-рассольным стриппером или амино-водным стриппером.
Анилин, используемый в технологической единице, производящей DADPM, обычно поставляют в виде незатаренного крупнотоннажного химиката. Сам по себе анилин предоставляют в технологической единице, производящей анилин, часто расположенной на некотором расстоянии от технологической единицы, производящей DADPM. Преобразование нитробензола в анилин также предоставляет поток сточных вод, который необходимо очищать от анилина и затем обрабатывать в технологической единице, осуществляющей биохимическую обработку.
Поскольку анилин, применяемый при производстве DADPM, должен быть свободным от нитробензола, технологическая единица, производящая анилин, часто включает в себя аппарат для очистки анилина, где нитробензол отделяют от произведенного анилина.
Пример способа очистки сырого анилина раскрыт в US2007/0203364A1.
Аналогичным образом, нитробензол, применяемый в технологической единице, производящей анилин, обычно поставляют в виде незатаренного крупнотоннажного химиката. Эта технологическая единица, производящая нитробензол, предоставляет, наряду с нитробензолом, поток сточных вод, в котором присутствует нитробензол. Эти стоки тоже необходимо очищать от нитробензола, а затем обрабатывать в технологической единице, осуществляющей биохимическую обработку.
Пример способа получения нитрованных ароматических углеводородов раскрыт в EP1484312A1.
US2005/0224424A1 раскрывает способ очистки сырого нитробензола.
Ясно, что в тех случаях, когда все три технологические единицы (технологическая единица, производящая нитробензол, технологическая единица, производящая анилин, и технологическая единица, производящая DADPM, необязательно, укомплектованная технологической единицей, производящей MDI и служащая для преобразования DADPM в MDI) присутствуют одна рядом с другой, можно получить некоторую экономическую и техническую выгоду, вводя все стоки, требующие обработки, в одну и ту же технологическую единицу, осуществляющую обработку сточных вод. При такой биологической обработке сточных вод получают крупномасштабный экономический эффект, а осуществлять финансирование, мониторинг, управление и обслуживание нужно только для одной технологической единицы.
Однако остается осложнение, состоящее в том, что органическое соединение (анилин или нитробензол) необходимо удалять из каждого индивидуального стока перед введением водных потоков в технологическую единицу, осуществляющую биологическую обработку сточных вод.
Неожиданно было обнаружено, что имеется способ объединения потоков сточных вод еще до удаления органических компонентов (будь то анилин или нитробензол) и способ очистки от органических соединений, достаточный для того, чтобы предоставить один водный поток, пригодный для биологической обработки сточных вод, и одновременно предоставить возможность для повторного использования анилина и, необязательно, нитробензола в производственном цикле получения DADPM.
Вышеуказанную цель осуществляют, применяя химическую установку согласно настоящему изобретению.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлена некоторая химическая установка. Эта химическая установка включает в себя:
- первую технологическую единицу для предоставления первого потока сточных вод, содержащих нитробензол;
- по меньшей мере, вторую технологическую единицу для предоставления второго потока сточных вод, содержащих анилин.
Химическая установка включает в себя аппарат очистки анилина для удаления нитробензола из анилина и, кроме того, она включает в себя отгоночную колонну для отделения анилина из водного потока. Первый и второй потоки сточных вод предоставляют в эту отгоночную колонну, отделяющую анилин и нитробензол из первого и второго потоков сточных вод, а отделенные анилин и нитробензол предоставляют в аппарат очистки анилина.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения в химической установке
- первая технологическая единица может представлять собой технологическую единицу, производящую нитробензол и служащую для преобразования бензола в нитробензол, в результате чего предоставляют нитробензольный поток и первый поток сточных вод, содержащих нитробензол; и
- вторая технологическая единица может представлять собой технологическую единицу, производящую анилин и служащую для преобразования нитробензола из нитробензольного потока в анилин, в результате чего предоставляют анилиновый поток и второй поток сточных вод или первую часть второго потока сточных вод, содержащих анилин.
Кроме того, установка может включать в себя технологическую единицу, производящую DADPM и служащую для преобразования анилина из анилинового потока в DADPM, в результате чего предоставляют вторую часть второго потока сточных вод, содержащих анилин.
Первый поток сточных вод, содержащих нитробензол, может представлять собой водный поток, вытекающий из фазового сепаратора, отделяющего произведенный нитробензол от воды (как правило, кислой). Эту воду вводят в технологическую единицу, производящую нитробензол, вместе с кислотами, применяемыми в технологическом процессе (серной кислотой, азотной кислотой), или получают в виде реакционной воды, производимой при преобразовании. Первый поток сточных вод может представлять собой водную фазу фазового сепаратора, содержащую кислоты, использованные в производстве нитробензола, воду, некоторое количество нитробензола (обычно менее 0,5% по массе, - например, не более 0,3% по массе) и некоторое количество нитрофенолов, нитратов и нитритов (все на уровне миллионных долей). Эта водная фаза может быть нейтрализованной с использованием основания (предпочтительно, каустической соды). В таком виде водный поток может содержать соли серной кислоты и азотной кислоты (возможно, натриевые соли).
Второй поток сточных вод может быть предоставлен разными технологическими единицами, каждая из которых предоставляет часть второго потока сточных вод.
Первая часть этого второго потока сточных вод, содержащих анилин, может представлять собой поток, вытекающий из анилинового реактора. Нитробензол и водород реагируют, образуя анилин и воду. Поток, выходящий из реактора, охлаждают и затем разделяют фазы под действием силы тяжести. Поэтому водная фаза, получаемая при таком разделении, содержит воду (обычно 95,95% по массе) и некоторое количество анилина (обычно примерно 4,04% по массе).
Вторая часть этого второго потока сточных вод, содержащих анилин, может представлять собой водный поток, вытекающий из фазового сепаратора, отделяющего анилин (в виде органической фазы) от водного потока, получаемого при производстве DADPM, обычно после промывки воды или рассола этим анилином. Вторая часть этого второго потока сточных вод содержит воду (обычно примерно 81,08% по массе), соль кислоты, использованной в качестве катализатора (обычно 16,55% по массе), которая поэтому, как правило, представляет собой хлорид натрия, анилин (обычно примерно 1,71% по массе) и другие компоненты на уровне миллионных долей.
Указанные части второго потока сточных вод можно смешивать, частично или полностью, перед их введением в отгоночную колонну или в качестве альтернативы их можно вводить в отгоночную колонну в виде индивидуальных потоков.
Согласно настоящему изобретению можно обрабатывать любое число потоков сточных вод, содержащих нитробензол и/или анилин, при условии, что уровни нитробензола и/или анилина в воде или рассоле не превышают предела растворимости, как это обычно и бывает в тех случаях, когда разделение фаз проводят правильно.
Химическая установка, не обязательно, может включать в себя технологическую единицу, производящую анилин, которая включает в себя реактор для преобразования указанного нитробензола в анилин и аппарат очистки анилина, служащий для удаления нитробензола из предоставленного анилина, присоединенный к этому реактору и питаемый потоком, вытекающим из него. Этот аппарат очистки анилина также называют очистителем анилина.
Отделенные анилин и нитробензол можно предоставлять в аппарат очистки анилина, вводя отделенные анилин и нитробензол вместе с анилином из реактора или вводя отделенные анилин и нитробензол вместе с исходным нитробензолом в реактор, который в свою очередь может преобразовывать часть отделенного нитробензола в анилин еще до введения отделенного анилина в аппарат очистки анилина.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения технологическая единица производства анилина может включать в себя реактор для преобразования нитробензола в анилин; аппарат очистки анилина, предназначенный для удаления нитробензола из предоставленного анилина, может быть соединенным с потоком, вытекающим из реактора, а отделенные анилин и нитробензол могут быть предоставленными в указанный реактор для преобразования указанного нитробензола в анилин.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения технологическая единица производства анилина может включать в себя реактор для преобразования нитробензола в анилин; аппарат очистки анилина, предназначенный для удаления нитробензола из предоставленного анилина, является соединенным с потоком, вытекающим из указанного реактора, а отделенные анилин и нитробензол являются предоставленными в поток, вытекающий из этого реактора, еще до аппарата очистки анилина.
Этим создается благоприятный эффект, состоящий в том, что нитробензол не может влиять на производство DADPM в технологической единице, производящей DADPM и размещенной в технологической схеме ниже этого аппарата очистки анилина.
Отгоночная колонна анилина разделяет поток сточных вод, который согласно настоящему изобретению включает в себя первый и второй потоки стоков, на отделенные анилин и нитробензол, предоставляемые в указанный аппарат очистки анилина, и на вытекающий поток, который представляет собой поток сточных вод, пригодных для обработки в технологической единице, осуществляющей биологическую обработку стоков.
Поток отделенных анилина и нитробензола содержит также и воду. Повторное использование воды вместе с отделенными анилином и нитробензолом, осуществляемое посредством их направления в аппарат очистки анилина, не обязательно, через реактор для преобразования нитробензола в анилин, не является принципиальным. Это объясняется тем, что поток нитробензола уже содержит воду, а преобразование нитробензола в анилин сопровождается также образованием воды.
Отгоночная колонна может включать в себя ребойлер, или в ней можно применять прямое введение пара. Нагревание одного ребойлера или всей отгоночной колонны можно осуществлять, используя пар высокого или низкого давления, который частично или полностью образуют в одной или более из тех технологических единиц, к которым относятся технологическая единица, производящая нитробензол, технологическая единица, производящая анилин, и технологическая единица, производящая DADPM.
5
5
Отгоночная колонна может работать при давлении, существенно равном атмосферному, т.е. в диапазоне от 0,95·10 Па абс. (0,95 бар абс.) до 1,2·10 Па абс. (1,2 бар абс.). В таких условиях температуру отгоночной колонны обычно устанавливают в диапазоне от 98°С до 110°С. Указанные температуры создают у основания колонны, они зависят от концентрации рассола, уходящего в вытекающем потоке.
5
5
5
В качестве альтернативы, отгоночная колонна может работать при давлениях выше атмосферного, - возможно, под давлением от 3·10 Па абс. (3 бар абс.) до 11·10 Па абс. (11 бар абс.), например, при 7·10 Па абс. (7 бар абс.). Температура отгоночной колонны может быть установлена в диапазоне от 134°С до 190°С, например, в диапазоне от 160°С до 170°С.
Отделенные анилин и нитробензол выходят из отгоночной колонны в паровой фазе, сопровождаемые водой. Пар, приходящий из отгоночной колонны и содержащий анилин, нитробензол и водяной пар, можно конденсировать и охлаждать. Эту конденсацию можно проводить в ректификационной колонне метанола, которая может присутствовать в технологической единице, производящей DADPM.
Конденсат можно после этого разделять на водную фазу, содержащую воду и некоторое количество отделенных нитробензола и анилина, и органическую фазу, содержащую отделенные анилин и нитробензол и некоторое количество воды. Это разделение можно проводить в фазовом сепарационном аппарате, где водная фаза является легкой фазой, а органическая фаза является тяжелой фазой.
Предпочтительно, только эту органическую фазу направляют обратно в аппарат очистки анилина, тогда как водную фазу, необязательно, повторно используют, направляя в отгоночную колонну в виде потока, вводимого дополнительного к трем потокам стоков.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения химическая установка может дополнительно включать в себя холодильник для конденсации отделенных анилина и нитробензола, сопровождаемых водой, и сепаратор (необязательно, фазовый сепаратор) для разделения сконденсированных анилина, нитробензола и воды на водную фазу, содержащую воду и некоторое количество отделенных нитробензола и анилина, и органическую фазу, содержащую отделенные анилин и нитробензол и некоторое количество воды.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения химическая установка может включать в себя средства для повторного использования водной фазы в отгоночной колонне.
Некоторое количество конденсата можно возвращать в верхнюю часть отгоночной колонны, где его применяют для отбоя капель и, необязательно, твердых веществ в паровой фазе, которая должна выходить из отгоночной колонны. Этот отбой можно осуществлять, используя, предпочтительно, тарельчатую часть, хотя можно использовать и часть колонны со структурированной насадкой.
5
Некоторую часть тепла можно, необязательно, отбирать от отделенных анилина и нитробензола в их паровой фазе вместе с водой после отгоночной колонны. Это тепло можно рекуперировать в виде пара, необязательно, в виде пара с давлением от низкого до среднего, т.е. от давления, слегка превышающего атмосферное, до 9∙10 Па абс. (9 бар абс.).
Технологическая единица, производящая нитробензол, предоставляет поток сточных вод, содержащих нитробензол (первый поток сточных вод), которые могут содержать нитриты. Эти компоненты, когда они контактируют с амином в кислой среде, могут образовывать смолоподобные продукты, которые могут засорять или даже закупоривать отгоночную колонну.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения отгоночная колонна может иметь «n» теоретических тарелок, обозначаемых символами от «А1» до «An», причем «А1» соответствует верхней тарелке, а «An» соответствует нижней тарелке. Второй поток сточных вод можно вводить в отгоночную колонну на уровне теоретической тарелки «Ах», где «х» составляет не менее 1. Первый поток сточных вод можно вводить в отгоночную колонну на уровне теоретической тарелки «А[y]», где «[y]» представляет собой целочисленную часть величины «у», а сама величина «у» удовлетворяет уравнению 0,5*(n+1)+0,5*x<y<0,85*(n+1)+0,15*x.
Более предпочтительно, величина «у» удовлетворяет уравнению 0,57*(n+1)+0,43*x<y<0,85*(n+1)+0,15*x. В еще более предпочтительном варианте величина «у» удовлетворяет уравнению 0,7*(n+1)+0,3*x<y<0,75*(n+1)+0,25*x.
В практическом отношении это означает, что сточные воды, содержащие нитробензол, вводят в отгоночную колонну на значительном расстоянии ниже точки ввода сточных вод, содержащих анилин.
Нитробензол можно отделять от воды легче, чем анилин. Введение потока стоков, содержащих нитробензол, осуществляемое значительно ниже точки ввода потока или потоков стоков, содержащих анилин, как объясняется выше, дает выгоду также в том, что не происходит дальнейшее разбавление анилина водой, присутствующей в потоке стоков, содержащих нитробензол, результатом чего является эффективное отделение анилина, тогда как дальнейшее разбавление нитробензола водой из потока стоков, содержащих анилин, вводимого в позиции выше точки ввода потока стоков, содержащих нитробензол, не приводит к существенному снижению эффективности отделения нитробензола из водного потока.
Применяя раздельный ввод двух потоков стоков, можно снизить общее количество органических компонентов, которыми являются анилин и нитробензол, в результирующем потоке, направляемом на биологическую обработку, если все другие факторы остаются постоянными.
Кроме того, было найдено, что обработка двух водных потоков в общей отгоночной колонне при позициях ввода этих потоков в колонну, оптимизированных как описано выше, дает возможность более экономно использовать энергию, необходимую для работы отгоночных колонн. Поддерживая количество органических веществ, приходящееся на единицу объема потока биологически обрабатываемых стоков в диапазоне от 200 до 500 частей на миллиард, применяя одно и то же количество материала насадки и во всех случаях обрабатывая равные объемы первого и второго водных потоков, было найдено, что потребление пара (а следовательно, и энергии) в одной отгоночной колонне (использующей весь материал насадки), обрабатывающей первый и второй водные потоки одновременно, может быть примерно на 15% меньшим, чем количество пара, необходимое для работы двух отгоночных колонн, одна из которых служит для отделения анилина из такого же объема второго водного потока, а другая - для отделения нитробензола из такого же объема первого водного потока, при разделении насадочного материала между двумя отгоночными колоннами.
Сходным образом, поддерживая количество органических веществ, приходящееся на единицу объема потока биологически обрабатываемых стоков, в диапазоне от 200 до 500 частей на миллиард, используя равное количество пара и во всех случаях обрабатывая равные объемы первого и второго водных потоков, было найдено, что количество насадочного материала одной отгоночной колонны, обрабатывающей первый и второй водные потоки одновременно, может быть примерно на 16% меньшим, чем общая высота насадочного материала, присутствующего в двух отгоночных колоннах, одна из которых служит для отделения анилина из такого же объема второго водного потока, а другая - для отделения нитробензола из такого же объема первого водного потока. Следовательно, при обработке двух водных потоков в общей отгоночной колонне может быть получено примерно 15%-ное снижение стоимости установки и высоты (объема) насадочного материала или снижение потребления энергии.
Ввод двух водных потоков в отгоночную колонну в разных точках, как описано выше, имеет преимущество, состоящее в том, что количество насадочного материала или число теоретических тарелок в отгоночной колонне можно поддерживать на приемлемом уровне по сравнению с применением объединенного ввода двух водных потоков, при котором для достижения той же чистоты вытекающего потока и при том же потреблении энергии могло бы потребоваться более чем четырехкратное увеличение высоты насадки или числа теоретических тарелок.
Чтобы дополнительно уменьшить риск осмоления, обусловленного реакцией нитритов с анилином в отгоночной колонне, первый поток стоков, содержащих нитробензол, можно нейтрализовывать, добавляя основный компонент (предпочтительно, каустическую соду).
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, установку согласно первому аспекту настоящего изобретения можно применять в производственном процессе для получения DADPM.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предоставлен способ производства DADPM, причем этот способ включает в себя
- преобразование бензола в нитробензол, которое тем самым предоставляет нитробензольный поток и первый поток сточных вод, содержащих нитробензол;
- преобразование нитробензола из указанного нитробензольного потока в анилин, которое тем самым предоставляет анилиновый поток и первую часть второго потока сточных вод, содержащих анилин;
- удаление нитробензола из анилина перед преобразованием анилина из указанного анилинового потока в DADPM;
- преобразование анилина из анилинового потока в DADPM, которое тем самым предоставляет вторую часть указанного второго потока сточных вод, содержащих анилин;
- отделение анилина и нитробензола от первого и второго потоков сточных вод посредством применения отгоночной колонны;
- предоставление отделенных анилина и нитробензола в аппарат очистки анилина или в указанный нитробензольный поток.
Предпочтительно, отделенные анилин и нитробензол можно направлять в аппарат очистки анилина.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, технологическая единица, производящая анилин, может включать в себя реактор для преобразования нитробензола в анилин, причем указанное преобразование нитробензола из нитробензольного потока в анилин включает в себя
- предоставление отделенных анилина и нитробензола в реактор для преобразования нитробензола в анилин;
- преобразование нитробензола в анилин в некотором реакторе; и
- удаление нитробензола из предоставленного анилина с использованием аппарата очистки анилина.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, технологическая единица, производящая анилин, может включать в себя реактор для преобразования нитробензола в анилин, причем указанное преобразование нитробензола из нитробензольного потока в анилин включает в себя
- преобразование нитробензола в анилин в некотором реакторе;
- предоставление отделенных анилина и нитробензола в анилин, полученный в виде потока, вытекающего из этого реактора; и
- удаление нитробензола из анилина с использованием аппарата очистки анилина.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, отгоночная колонна может иметь «n» теоретических тарелок, обозначаемых символами от «А1» до «An», причем «А1» соответствует верхней тарелке, а «An» соответствует нижней тарелке, второй поток сточных вод вводят в отгоночную колонну на уровне теоретической тарелки «Ах», где «х» составляет не менее 1, а первый поток сточных вод вводят в отгоночную колонну на уровне теоретической тарелки «А[y]», где «[y]» представляет собой целочисленную часть величины «у», а сама величина «у» удовлетворяет уравнению 0,5*(n+1)+0,5*x<y<0,85*(n+1)+0,15*x.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, отгоночная колонна может предоставлять отделенные анилин и нитробензол, сопровождаемые водой, в виде пара, причем данный способ дополнительно включает в себя конденсацию отделенных анилина и нитробензола, сопровождаемых водой, и разделение сконденсированных анилина, нитробензола и воды на водную фазу, содержащую воду и некоторое количество отделенных нитробензола и анилина, и органическую фазу, содержащую отделенные анилин, нитробензол и некоторое количество воды.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, водную фазу можно повторно использовать, вводя ее в отгоночную колонну в виде потока, дополнительного к первому и второму потокам стоков.
Независимые и зависимые пункты формулы изобретения устанавливают конкретные и предпочтительные особенности настоящего изобретения. Особенности из независимых пунктов формулы изобретения можно объединять с особенностями независимых или других подходящих зависимых пунктов.
Вышеуказанные и другие характеристики, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания, предоставленного с сопроводительными чертежами, которые на примерах иллюстрируют принципы настоящего изобретения. Это описание дано только для примера, без ограничения объема настоящего изобретения. Численные ссылки, приведенные ниже, относятся к прилагаемым чертежам.
Фиг. 1 представляет собой схематический вид химической установки согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 представляет собой схематический вид отгоночной колонны, применяемой в способе и в установке согласно настоящему изобретению.
Одни и те же референсные обозначения относятся к одним и тем же, сходным или аналогичным элементам на разных фигурах.
Настоящее изобретение будет описано для конкретных вариантов осуществления. Следует отметить, что термин «включающий в себя, содержащий», используемый в формуле изобретения, не следует интерпретировать как ограниченный значениями, перечисленными далее; он не исключает другие элементы или стадии. Поэтому его следует интерпретировать как указывающий на наличие установленных особенностей, стадий или компонентов, на которые даны ссылки, но не исключающий наличия или добавления одного или более других компонентов или одной или более других особенностей и стадий или их групп. Таким образом, смысловой объем выражения «устройство, включающее в себя средства А и В» не следует ограничивать устройствами, включающими в себя только компоненты А и В. Это означает, что для настоящего изобретения единственными важными компонентами устройства являются А и В.
Во полном тексте настоящей спецификации имеются ссылки на «один вариант осуществления настоящего изобретения» или «некоторый вариант осуществления настоящего изобретения». Такие ссылки указывают, что конкретная особенность, описанная в связи с этим вариантом осуществления настоящего изобретения, является включенной, по меньшей мере, в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появление выражений «в одном варианте осуществления настоящего изобретения» или «в некотором варианте осуществления настоящего изобретения» в разных местах настоящей спецификации не обязательно представляет собой ссылки на одни и те же варианты осуществления настоящего изобретения, хотя они могут означать и это. Кроме того, конкретные особенности или характеристики можно объединять любым подходящим образом в одном или более из вариантов осуществления настоящего изобретения, как было бы очевидно специалисту с обычной квалификацией в данной области техники.
Следующие термины предоставлены только для помощи в понимании настоящего изобретения.
Термин DADPM относится к «полифенильным полиаминам с метиленовыми мостиками», включая изомеры диаминодифенилметана и его высшие гомологи или его высшие полимеры.
Термин «бар абс.» означает «бар абсолютный» и указывает абсолютное давление.
Если не указано иначе, «% по массе» относится к массовой доле определенного компонента, выраженной в процентах и рассчитанной относительно общей массы композиции, в которой он присутствует.
На Фиг. 1 показан схематический вид химической установки согласно настоящему изобретению. Фиг. 2 представляет собой схематический вид отгоночной колонны 330.
Для простоты на Фигурах 1 и 2 для обозначения продукционных потоков использованы референсные обозначения позиций, приведенные в Таблице 1.
<b>Таблица 1</b>
110
Бензол
320
DADPM
112
Серная кислота
322
Вторая часть второго потока сточных вод
114
Азотная кислота
331
Поток сточных вод для биологической обработки
116
Каустическая сода
332
Поток сточных вод для биологической обработки, направляемый на биологическую обработку
118
Первый поток сточных вод
334
Отделенные анилин, нитробензол и водяной пар, направляемые в холодильник
120
Нитробензол
338
Сконденсированные отделенные анилин, нитробензол и вода, возвращаемые в отгоночную колонну
202
Водород
339
Сконденсированные отделенные анилин, нитробензол и вода, направляемые в фазовый сепаратор
204
Первая часть второго потока сточных вод
342
Водная фаза сепаратора, возвращаемая в отгоночную колонну
306
Анилин
344
Органическая фаза, содержащая анилин и нитробензол, возвращаемая в аппарат очистки анилина
308
Формальдегид
346
Поток сточных вод, возвращаемый в нагреватель
310
Хлористоводородная кислота
350
Поток сточных вод, возвращаемый в отгоночную колонну
312
Каустическая сода
380
Второй поток сточных вод
Химическая установка согласно настоящему изобретению включает в себя технологическую единицу 100, производящую нитробензол и служащую для преобразования бензола 110 в нитробензол, в результате чего предоставляют нитробензольный поток 120 и первый поток сточных вод 118, содержащий некоторое количество нитробензола.
Относительно чистый бензол предоставляют в подходящий реактор, где он реагирует с азотной кислотой 114 в присутствии серной кислоты 112. Азотную кислоту и, в меньшей степени, серную кислоту разбавляют водой.
Полученный нитробензол является относительно чистым (более 99% по массе). Первый поток стоков представляет собой поток кислых сточных вод, содержащих некоторое количество нитробензола. Необязательно, этот поток стоков нейтрализуют, используя каустическую соду 116. После нейтрализации первый поток стоков 118 содержит, наряду с водой и наряду с солью, образующейся в результате нейтрализации каустической содой остающихся кислот, некоторое количество нитробензола (обычно менее 0,5% по массе), некоторое количество нитратов и некоторое количество нитрита.
Химическая установка согласно настоящему изобретению включает в себя технологическую единицу 200, производящую анилин и служащую для преобразования нитробензола из нитробензольного потока 120 в анилин, в результате чего предоставляют анилиновый поток 306 и поток сточных вод, содержащих анилин, образующий первую часть 204 второго потока сточных вод 380, содержащих анилин.
Технологическая единица, производящая анилин, может включать в себя реактор 201 для преобразования основного количества нитробензола в анилин с использованием водорода из водородного потока 202. Во втором реакторе, т.е. в аппарате очистки анилина 203, поток, вытекающий из реактора 201, дополнительно обрабатывают избытком водорода 202 для завершения преобразования нитробензола в анилин.
После этого аппарата очистки анилина 203 анилин отделяют от воды, обычно применяя фазовый сепаратор, тем самым предоставляя водную фазу, которая представляет собой часть (т.е. первую часть 204) второго потока сточных вод 380, содержащих воду и анилин, и анилиновый поток 306. В качестве альтернативы, анилин отделяют от воды до аппарата очистки анилина, также предоставляя водный поток, подходящий для того, чтобы представлять собой первую часть второго потока сточных вод, содержащих воду и анилин.
Полученный анилин является относительно чистым (от 97% по массе до 99% по массе). Первая часть 204 второго потока стоков 380 представляет собой поток сточных вод, содержащих анилин; он может содержать от 4% по массе до 5% по массе анилина (например, 4,04% по массе).
Кроме того, химическая установка согласно настоящему изобретению включает в себя технологическую единицу 300, производящую DADPM и служащую для преобразования анилина из анилинового потока 306 в DADPM, в результате чего предоставляют поток DADPM 320 и вторую часть 322 второго потока сточных вод 380, содержащих анилин.
Анилиновый поток 306 реагирует с формальдегидом 308, предоставляемым в виде формалина, содержащего примерно 44% формальдегида по массе, в присутствии кислотного катализатора, которым является хлористоводородная кислота 310. Жидкость, полученную после преобразования анилина в DADPM, нейтрализуют и разделяют в фазовом сепараторе на органический поток DADPM и солесодержащую водную фазу. Эту солесодержащую водную фазу затем промывают анилином для удаления остающегося DADPM и опять разделяют на органическую фазу (анилин) и водную солесодержащую фазу, или «рассол», который содержит воду и некоторое количество анилина и представляет собой вторую часть 322 второго потока сточных вод 380. Очевидно, что реакторная часть 301 этой технологической единицы 300, производящей DADPM, может включать в себя различные реакторы и аппараты, соединенные друг с другом.
Вторая часть 322 второго потока стоков 380 представляет собой поток сточных вод, содержащих главным образом анилин (примерно 1,71% по массе), воду (81,08% по массе) и хлорид натрия (16,55% по массе).
Две части второго потока стоков 380 смешивают в питающем баке 382 и совместно вводят (через некоторые теплообменники) непосредственно под ректификационной секцией 370.
Кроме того, технологическая единица 300, производящая DADPM и входящая в состав химической установки, включает в себя отгоночную колонну 330 для отделения анилина от водного потока.
Как в общем виде показано на Фигуре 1, первый и второй потоки сточных вод (118, 380) предоставляют в эту отгоночную колонну 330.
Отгоночная колонна 330 отделяет анилин и нитробензол из этих первого и второго потоков сточных вод и предоставляет анилин и нитробензол, сопровождаемые водой, в виде пара в верхней части отгоночной колонны 330. На дне отгоночной колонны 330 получают жидкость, представляющую собой воду 331, пригодную для биологической обработки. Первую часть 346 этой воды 331, пригодной для биологической обработки, нагревают в теплообменнике 348.
Нагретую воду 350 возвращают в нижнюю часть отгоночной колонны 330, вызывая поднятие пара к верхней части отгоночной колонны 330 и тем самым отделяя нитробензол, а после него и анилин, из входящих потоков сточных вод 118 и 380. Можно применять, например термосифонный ребойлер. Выпуск теплообменника представляет собой смешанный поток, содержащий примерно 20% пара. Этот смешанный поток возвращают в отстойник колонны (над уровнем жидкости), где пар и жидкость эффективно разделяются.
Поток воды 332, пригодной для биологической обработки, содержит и соли, которые присутствовали во входящих потоках стоков; его направляют в технологическую единицу, осуществляющую биологическую обработку сточных вод (не показана).
Отделенные анилин и нитробензол, вместе с водой, отбирают в верхней части отгоночной колонны 330 в виде потока пара 334. Пар 334 охлаждают и конденсируют в холодильнике 336, где некоторую часть тепла можно рекуперировать в виде пара, образуемого в этом холодильнике 336.
Первую часть 338 конденсата возвращают в верхнюю часть отгоночной колонны, где ее используют для отбоя капель и, возможно, твердых веществ, которые могли захватываться паром в короткой ректификационной секции 370. Эта короткая ректификационная секция 370 может представлять собой секцию с тарельчатой насадкой.
Вторую (главную) часть 339 сконденсированных отделенных анилина и нитробензола вместе с водой предоставляют в фазовый сепаратор 340. Необязательно, конденсат отделенных анилина и нитробензола вместе с водой предоставляют в ректификационную колонну метанола, где он вскипает, а пары опять конденсируются. Легкие компоненты можно удалять непосредственно. Придонный поток из этой ректификационной колонны метанола пропускают в фазовый сепаратор, где предоставляют водную фазу, содержащую воду и некоторое количество отделенных анилина и нитробензола.
Эту водную фазу 342, обычно содержащую примерно 95,86% по массе воды, примерно 3,78% по массе анилина, а также метанол и следы других компонентов на уровне миллионных долей, опять возвращают в отгоночную колонну 330.
Отгоночная колонна 330, включающая в себя ректификационную секцию 370, имеет 30 теоретических тарелок, две из которых используют в качестве ректификационной секции. Водный поток 380, содержащий анилин, вводят в отгоночную колонну 330 на высоте третье тарелки. Вследствие этого первая и вторая тарелки, расположенные выше этого ввода, функционируют в качестве ректификационной секции 370.
Поток сточных вод 118, содержащих нитробензол, вводят в отгоночную колонну на высоте двадцать второй теоретической тарелки. Как ясно из таблицы 2, введение водного потока, содержащего нитробензол, в разных позициях при равенстве всех других рабочих параметров очень сильно влияет на содержание органических веществ в потоке сточных вод 331, предназначенных для проведения биологической обработки. Для колонны 330 с вводом воды, содержащей анилин, у третьей тарелки, и при использовании 30 тарелок, из которых две находятся выше ввода воды, содержащей анилин, предпочтительно вводить водный поток 380, содержащий нитробензол, на высоте между восемнадцатой и двадцать пятой тарелкой, наиболее предпочтительно, у двадцать второй или двадцать третьей тарелки. В этих условиях количество органических компонентов в вытекающем потоке можно удерживать на уровне ниже 3000 частей на миллиард.
Органическая (более тяжелая) фаза фазового сепаратора 340 содержит главную часть отделенных анилина и нитробензола, вместе с небольшим количеством воды. Примерно от 85% по массе до 95% по массе (например, 92,6% по массе) анилина, введенного в фазовый сепаратор, уходит в органический поток. Остальную часть анилиновой части возвращают в отгоночную колонну с водным потоком 342. Аналогичным образом, от 90% по массе до 99,9% по массе нитробензола уходит с органическим потоком, остальную часть возвращают в отгоночную колонну.
Эту органическую фазу фазового сепаратора 340 возвращают в виде потока 344 в аппарат очистки анилина 203, где ее, вместе с потоком, вытекающим из реактора 201, дополнительно гидрируют избытком водорода 202 для завершения преобразования нитробензола в анилин, осуществляя это, необязательно, после отделения анилина от воды в фазовом сепараторе. Ясно, что анилин, приходящий с потоком 344, становится частью анилинового потока.
В альтернативной конфигурации технологической схемы органическую фазу фазового сепаратора 340 возвращают в виде потока 344 в анилиновый реактор 201, где ее гидрируют водородом 202. Нитробензол, присутствующий в потоке 344, преобразуют, хотя бы частично, в анилин, а затем предоставляют в аппарат очистки анилина 203 для завершения преобразования нитробензола в анилин.
Следует понимать, что хотя в настоящем документе обсуждаются предпочтительные материалы и/или варианты осуществления настоящего изобретения, его можно разнообразно модифицировать и изменять, не отступая за пределы его объема и сущности.