СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ (МЕТ)АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ ИЛИ ЕЕ СЛОЖНОГО ЭФИРА
METHOD OF PRODUCING (METH)ACRYLIC ACID OR ESTER THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001]
Данное изобретение относится к способу получения (мет)акриловой кислоты или ее сложного эфира (далее в данном документе иногда делается ссылка на «(мет)акриловые кислоты»). Более конкретно, данное изобретение относится к способу получения (мет)акриловых кислот, включающему стадию формирования дистилляционного газа в дистилляционной колонне от технологической жидкости, содержащей (мет)акриловые кислоты, и предоставление возможности дистилляционному газу возврата в конденсат посредством вертикального многотрубчатого теплообменника, где непрерывное получение (мет)акриловых кислот выполняют стабильным образом в течение длительного периода времени наряду с предотвращением образования и накапливания продукта полимеризации в вертикальном многотрубчатом теплообменнике.
[0002]
В связи с этим, термин «(мет)акриловая кислота», применяемый в данном описании, является собирательным термином для акриловой кислоты и метакриловой кислоты и может представлять любую или обе из них. Кроме того, (мет)акриловые кислоты могут являться одним соединением из (мет)акриловой кислоты и сложного эфира (мет)акриловой кислоты или же могут содержать оба таких соединения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003]
(Мет)акриловые кислоты являются соединением, которые легко полимеризуются, и полимеризация промотируется, в частности, в условиях высокой температуры. Если (мет)акриловые кислоты полимеризуют в производственном процессе, устройство/трубопроводное оборудование засоряется твердотельным веществом, образованным посредством полимеризации и в экстремальном случае функционирование не может быть продолжено. Кроме того, даже если прекращение функционирования вследствие засорения устройства/трубопроводного оборудования устранено, возникает множество проблем, например, увеличение в периодичности очистки устройства/трубопроводного оборудования во время обычного функционирования или загрузки для очистки во время периодического технического обслуживания.
[0004]
Для того, чтобы справиться с этими проблемами, при дистиллировании (мет)акриловых кислот ингибитор полимеризации добавляют для того, чтобы предотвратить их полимеризацию. Однако многие ингибиторы полимеризации имеют низкое давление пара по сравнению с (мет)акриловыми кислотами, и добавленный ингибитор полимеризации часто почти не содержится в газе с испаренными (мет)акриловыми кислотами. Даже если ингибитор полимеризации не содержится, из-за того, что плотность (мет)акриловых кислот в газообразном состоянии является низкой, реакция полимеризации по существу не происходит. Однако, когда газ конденсируется и преобразуется в конденсат, данный конденсат обладает высокой способностью к полимеризации и вызывает засорение и т.п. устройства. Устройство, в котором состояние, указанное выше, создается наиболее вероятным образом, является конденсатором для охлаждения и конденсирования газового дистиллята от устройства для нагревания и дистилляции. Соответственно, различные исследования были проведены для того, чтобы предотвратить полимеризацию (мет)акриловых кислот в конденсаторе.
[0005]
Например, Патентный документ 1 описывает способ дистиллирования и очистки 2-гидрокси(мет)акрилата, где пар 2-гидрокси(мет)акрилата превращают в конденсат в конденсаторе с непосредственным контактом, часть полученного конденсата дополнительно охлаждают, охлажденный конденсат подают в качестве распыляемого раствора в конденсатор с непосредственным контактом таким образом, чтобы быстро уменьшить температуру пара 2-гидрокси(мет)акрилата, и ингибитор полимеризации добавляют к распыляемому раствору, подавляя тем самым образование продукта полимеризации в конденсаторе.
[0006]
В Патентном документе 2, для дистиллирования и очистки легко полимеризуемого соединения, когда пар легко полимеризуемого соединения охлаждают в конденсаторе и преобразуют в конденсат, при применении вертикального многотрубчатого теплообменника в качестве конденсатора, часть полученного конденсата направляют к стороне для введения газа вертикального многотрубчатого теплообменника и равномерным образом распыляют на верхней трубной пластине, чтобы увлажнить внутреннюю поверхность конденсаторной трубы (теплообменной трубы) конденсатом, протекающим вниз внутри трубы, тем самым предотвращая дистиллированный газ в перегретом состоянии от непосредственного соприкосновения с конденсаторной трубой, чтобы образовать продукт полимеризации. В Патентном документе 2 установлено, что ингибитор полимеризации может быть добавлен к циркулируемому конденсату.
[0007]
В связи с этим, как установлено в Непатентном документе 1, в вертикальном многотрубчатом теплообменнике, по конструкционным причинам, является обычной практикой небольшое выступание конца теплообменной трубы от поверхности трубной пластины во время закрепления теплообменной трубы на трубной пластине. Соответственно, в вертикальном многотрубчатом теплообменнике, описанном в Патентном документе 2, полагают, что верхние концы всех теплообменных труб выступают от поверхности верхней трубной пластины.
[0008]
С другой стороны, Патентный документ 3 демонстрирует, что по сравнению со случаем, где многотрубчатый теплообменник, имеющий теплообменную трубу, выступающую на 1 мм в среднем от поверхности трубной пластины, применяют в качестве вертикального многотрубчатого теплообменника для охлаждения и конденсирования газа легко полимеризуемого соединения, применение многотрубчатого теплообменника, имеющего теплообменную трубу, которая не выступает от поверхности трубной пластины, делает возможным сдерживание аккумулирования продукта полимеризации внутри многотрубчатого теплообменника. В Патентном документе 3, установлено, что теплообменная труба не выступает от верхней трубной пластины, и технологическая жидкая среда может тем самым быть предотвращена от застаивания на поверхности верхней трубной пластины, и в результате, полимеризация легко полимеризуемого соединения может быть предотвращена.
[0009]
В Патентном документе 4, в качестве многотрубчатого теплообменника с предоставлением достаточной прочности соединения между теплообменной трубой и верхней трубной пластиной, где сдерживается образование продукта полимеризации на поверхности верхней трубной пластины, а также внутри теплообменной трубы, тем самым избегая повреждения теплообменника, и который предоставляет возможность непрерывного функционирования в течение длительного периода времени, описан многотрубчатый теплообменник, где из множества теплообменных труб некоторые являются теплообменной трубой, имеющей верхний конец, который не выступает от верхней трубной пластины, и другие являются теплообменной трубой, имеющей верхний конец, выступающий от верхней трубной пластины.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ
[0010]
Патентный документ 1: JP-B-S60-43056
Патентный документ 2: JP-B-S63-11921
Патентный документ 3: JP-A-2000-254484
Патентный документ 4: JP-A-2003-240482
НЕПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ
[0011]
Непатентный документ 1: Японский промышленный стандарт JIS-B8249 (1999)
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, ПОДЛЕЖАЩИЕ РАЗРЕШЕНИЮ ПОСРЕДСТВОМ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012]
Однако, все из этих обычных технологий не являются полностью удовлетворительными, как описано ниже.
[0013]
Способ по Патентному документу 1 требует распыления раствора от нескольких раз до множества раз, в расчете на массовую долю, по отношению к пару, который является текучей средой, подлежащей конденсации. Соответственно, оборудование, необходимое для охлаждения или циркулирования конденсата, применяемого в качестве распыляемого раствора, и образования распыляемого раствора увеличено, и это является невыгодным в экономическом аспекте, помимо прочего, в крупномасштабном оборудовании.
[0014]
Способ Патентного документа 2 является одной из технологий, широко известных в промышленности, и является выгодным по сравнению со способом Патентного документа 1, в том, что количество циркулируемого и распыляемого конденсата составляет лишь от 1/10 до 1 раза, самое большее, по отношению к пару в качестве текучей среды, подлежащей конденсированию. Однако, когда температура пара в качестве текучей среды, подлежащей конденсированию, является высокой, эффект предотвращения полимеризации является недостаточным. Соответственно, дополнительные улучшения требуются в отношении эффекта предотвращения полимеризации.
[0015]
Также в случае применения вертикального многотрубчатого теплообменника, описанного в Патентном документе 3, в котором все теплообменные трубы не выступают от верхней трубной пластины, и имеет место конденсирование дистиллированного газа, наряду с циркулированием и распылением конденсата, как описано в Патентном документе 2, если температура пара в качестве среды, подлежащей конденсированию, является высокой, производство продукта полимеризации является все же неизбежным.
[0016]
Хотя Патентный документ 4 описывает многотрубчатый теплообменник, в котором некоторые теплообменные трубы не выступают от верхней трубной пластины, и другие выступают от верхней трубной пластины, введение раствора, содержащего ингибитор полимеризации, в приемную камеру не описано и не предлагается в Патентном документе 4. Патентный документ 4 является изобретением, основанным на отсутствии сохранения раствора на верхней трубной пластине (пункт [0043] и т.д. Патентного документа 4), и его техническая идея является несовместимой с образованием слоя протекающей жидкости (слоя, имеющего толщину жидкости, в котором жидкость возобновляется без задержки) в соответствии с данным изобретением.
Кроме того, условия Патентного документа 4 поддерживают возможность перемещения дистиллированного газа, и, несмотря на то, что область, которая становится влажной или сухой, образуется с течением времени на верхней трубной пластине вследствие перемещения дистиллированного газа, когда она становится влажной, это указывает на то, что жидкость не протекает, а застаивается, делая невозможным избежание полимеризации.
[0017]
Целью данного изобретения является решение вышеописанных обычных проблем и предоставление способа получения (мет)акриловых кислот, включающему стадию формирования дистилляционного газа в дистилляционной колонне от технологической жидкости, содержащей (мет)акриловые кислоты, и предоставление возможности дистилляционному газу возврата в конденсат посредством вертикального многотрубчатого теплообменника, где непрерывное получение (мет)акриловых кислот может быть выполнено стабильным образом в течение длительного периода времени наряду с предотвращением образования и накапливания продукта полимеризации в вертикальном многотрубчатом теплообменнике.
СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
[0018]
В результате многих интенсивных исследований для достижения цели, представленной выше, авторы данного изобретения нашли, что, когда вертикальный многотрубчатый теплообменник имеющий определенную конфигурацию, применяют в качестве вертикального многотрубчатого теплообменника для конденсирования дистилляционного газа, такого как (мет)акриловые кислоты, и последующего приведения дистилляционного газа в контактирование с раствором, содержащим ингибитор полимеризации, внутри приемной камеры вертикального многотрубчатого теплообменника, слой протекающей жидкости, имеющий заданную толщину слоя жидкости, создается на верхней трубной пластине и приводится к стеканию вниз по теплообменной трубе, и непрерывное получение (мет)акриловых кислот может стабильным образом выполняться в течение длительного периода времени, наряду с подавлением образования и аккумулирования продукта полимеризации.
[0019]
Данное изобретение было выполнено на основании этих полученных данных, и его сущность заключается в следующем.
[0020]
[1] Способ получения (мет)акриловой кислоты или ее сложного эфира, включающий стадию формирования дистилляционного газа в дистилляционной колонне от технологической жидкости, содержащей (мет)акриловую кислоту или ее сложный эфир, и предоставление возможности дистилляционному газу возврата в конденсат посредством вертикального многотрубчатого теплообменника,
где применяемый вертикальный многотрубчатый теплообменник содержит:
трубчатый корпус, верхнюю трубную пластину и нижнюю трубную пластину, расположенные соответственно на верхней концевой стороне и нижней концевой стороне трубчатого корпуса, множество теплообменных труб, установленных вертикально между верхней трубной пластиной и нижней трубной пластиной, и крышки, расположенные соответственно на верхней стороне верхней трубной пластины и на нижней стороне нижней трубной пластины, и
в котором дистилляционный газ, введенный в приемную камеру, образованную верхней трубной пластиной и крышкой на верхней стороне верхней трубной пластины, охлаждают в процессе прохождения через теплообменную трубу и превращают в конденсат,
раствор, содержащий ингибитор полимеризации, вводят в приемную камеру, и
раствор, содержащий ингибитор полимеризации, входящий в контакт с дистилляционным газом в приемной камере, образует слой протекающей жидкости на верхней трубной пластине и затем протекает вниз внутри теплообменной трубы.
[0021]
[2] Способ получения (мет)акриловой кислоты или ее сложного эфира в соответствии с [1], где толщина слоя жидкости в слое протекающей жидкости составляет 2 мм или более.
[0022]
Способ получения (мет)акриловой кислоты или ее сложного эфира, включающий стадию формирования дистилляционного газа в дистилляционной колонне от технологической жидкости, содержащей (мет)акриловую кислоту или ее сложный эфир, и предоставление возможности дистилляционному газу возврата в конденсат посредством вертикального многотрубчатого теплообменника,
где применяемый вертикальный многотрубчатый теплообменник содержит:
трубчатый корпус, верхнюю трубную пластину и нижнюю трубную пластину, расположенные соответственно на верхней концевой стороне и нижней концевой стороне трубчатого корпуса, множество теплообменных труб, установленных вертикально между верхней трубной пластиной и нижней трубной пластиной, и крышки, расположенные соответственно на верхней стороне верхней трубной пластины и на нижней стороне нижней трубной пластины, и
в котором некоторые из множества теплообменных труб имеют верхний конец, выступающий над верхней трубной пластиной, при том, что остальные трубы не выступают, и
дистилляционный газ, введенный в приемную камеру, образованную верхней трубной пластиной и крышкой на верхней стороне верхней трубной пластины, охлаждают в процессе прохождения через теплообменную трубу и превращают в конденсат,
раствор, содержащий ингибитор полимеризации, вводят в приемную камеру, и
раствор, содержащий ингибитор полимеризации, входящий в контакт с дистилляционным газом в приемной камере, протекает вниз внутри теплообменной трубы, которая не выступает от верхней трубной пластины.
[0023]
[4] Способ получения (мет)акриловой кислоты или ее сложного эфира в соответствии с любым пунктом из [1] - [3], где раствор, содержащий ингибитор полимеризации, содержит конденсат.
ДЕЙСТВИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024]
В соответствии с данным изобретением, в способе получения (мет)акриловых кислот, включающем стадию формирования дистилляционного газа в дистилляционной колонне от технологической жидкости, содержащей (мет)акриловые кислоты, и предоставление возможности дистилляционному газу возврата в конденсат посредством вертикального многотрубчатого теплообменника, непрерывное получение (мет)акриловых кислот может быть выполнено стабильным образом в течение длительного периода времени наряду с предотвращением образования и накапливания продукта полимеризации в вертикальном многотрубчатом теплообменнике.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0025]
[Фиг.1] Фиг. 1 является блок-схемой системы, иллюстрирующей один из примеров варианта осуществления способа получения (мет)акриловых кислот в соответствии с данным изобретением.
[Фиг. 2] Фиг. 2 является перспективным схематическим изображением поверхности верхней трубной пластины вертикального многотрубчатого теплообменника по Фиг. 1.
[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет собой схему, иллюстрирующую структуру закрепления короткой трубы в Сравнительном примере 3, где Фиг. 3(a) представляет собой перспективный вид короткой трубы, Фиг. 3(b) представляет собой вид в поперечном сечении, иллюстрирующий часть верхней трубной пластины с закреплением короткой трубы, и Фиг. 3(c) представляет собой вид сверху Фиг. 3(b).
[Фиг. 4] Фиг. 4 представляет собой вид сверху верхней трубной пластины вертикального многотрубчатого теплообменника, применяемого в Примере 1.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0026]
Хотя варианты осуществления способа получения (мет)акриловых кислот по данному изобретению описаны подробно ниже при ссылках на чертежи, данное изобретение не ограничивается содержанием представленного ниже описания и может быть осуществлено посредством выполнения различных изменений в пределах сущности данного изобретения.
В последующем, хотя описан вариант осуществления дистиллирования акриловой кислоты в качестве (мет)акриловых кислот и конденсирования дистилляционного газа, данное изобретение не ограничивается акриловой кислотой и может быть широко использовано для дистилляции и конденсации (мет)акриловых кислот.
Кроме того, в последующем, численные величины, приведенные для размера каждой секции вертикального многотрубчатого теплообменника, являются лишь типичными, когда вертикальный многотрубчатый теплообменник применяют в коммерческом оборудовании широкого применения, и размер каждой секции вертикального многотрубчатого теплообменника в соответствии с данным изобретением не ограничивается никоим образом величинами, описанными ниже.
[0027]
Фиг. 1 является блок-схемой системы, иллюстрирующей один из примеров варианта осуществления способа получения (мет)акриловых кислот в соответствии с данным изобретением, и Фиг. 2 является перспективным схематическим изображением поверхности верхней трубной пластины вертикального многотрубчатого теплообменника по Фиг. 1.
Данное изобретение является особенно эффективным, когда газ, протекающий в вертикальном многотрубчатом теплообменнике, находится при высокой температуре, и поэтому Фиг. 1 иллюстрирует случай, в котором дистилляционный газ при высокой температуре от дистилляционной колонны вводят непосредственным образом в вертикальный многотрубчатый теплообменник и конденсируют. Однако данное изобретение не ограничивается таким вариантом осуществления и может также быть применено, например, к варианту осуществления, где несконденсированный газ при сравнительно низкой температуре после частичного конденсирования дистилляционного газа при высокой температуре от дистилляционной колонны посредством теплообменника (конденсатора), предоставленного на ступени перед вертикальным многотрубчатым теплообменником, дополнительно конденсируют посредством вертикального многотрубчатого теплообменника.
[0028]
Фиг. 1 иллюстрирует, в процессе получения акриловой кислоты, стадию отделения посредством дистилляции экстракционного растворителя, акриловой кислоты и высококипящей примеси от раствора, содержащего акриловую кислоту, (раствора неочищенной акриловой кислоты), который является экстрактом из реакционного продукта раствора акриловой кислоты. На Фиг. 1, (1) обозначает дистилляционную колонну, включающую, в качестве вставленных деталей, регулярный наполнитель (2) в концентрационной секции, нерегулярный наполнитель (3) в верхней секции для сбора и пластины (4), образованные неперегораживающей перфорированной пластиной, расположенные ниже наполнителей. Раствор неочищенной акриловой кислоты, содержащий экстракционный растворитель, подают в дистилляционную колонну (1) посредством питательной линии (5). Пар экстракционного растворителя, отделенный верхней газовой линией (6), охлаждают и конденсируют посредством пластинчатого теплообменника (7) и собирают в резервуаре (8) для флегмы. Часть извлеченного экстракционного растворителя направляют к верхней секции дистилляционной колонны (1) посредством линии (9) для флегмы, и остаток направляют к стадии извлечения (не проиллюстрировано). Кубовый раствор дистилляционной колонны (1) нагревают в ребойлере (11) после прохождения через циркуляционную линию (10) и затем циркулируют к дистилляционной колонне (1). Часть кубового раствора, содержащего соединения с высокой температурой кипения, извлекают по отводной линии (12).
[0029]
Текучую среду, содержащую акриловую кислоту в качестве основного компонента, отводят в газообразном состоянии по средней отводной линии (13), предоставленной на нижней стороне дистилляционной колонны (1), и отведенный дистилляционный газ подают в вертикальный многотрубчатый теплообменник (14). Внешнюю сторону средней отводной линии (13) нагревают посредством электрического нагревателя или парового трубопровода и дополнительно поддерживают горячим посредством теплоизоляционного материала для того, чтобы предотвратить конденсирование подаваемого дистилляционного газа на пути протекания. Кроме того, средняя отводная линия (13) наклонена вниз к стороне дистилляционной колонны (1), так что, даже если конденсат образуется, то данный конденсат не может оставаться внутри.
Температуру дистилляционного газа, подаваемого в вертикальный многотрубчатый теплообменник, составляет обычно примерно от 50 до 110°C. Однако, как описано выше, когда дистилляционный газ частично конденсируют посредством теплообменника (конденсатора), предоставленного на ступени перед вертикальным многотрубчатым теплообменником, температура несконденсированного газа, подаваемого в вертикальный многотрубчатый теплообменник, составляет приблизительно от 15 до 50°C.
[0030]
Вертикальный многотрубчатый теплообменник (14) имеет трубчатый корпус (14A) и крышки (14a) и (14b), предоставленные на обоих его концах, и имеет множество теплообменных труб (не проиллюстрировано) внутри трубчатого корпуса (14A).
[0031]
Более конкретно, вертикальный многотрубчатый теплообменник (14) имеет трубчатый корпус (14A), расположенный таким образом, что осевое направление протянуто в вертикальном направлении, верхнюю трубную пластину и нижнюю трубную пластину (обе не проиллюстрированы), расположенные соответственно на верхней концевой стороне и нижней концевой стороне трубчатого корпуса (14A) таким образом, что поверхность пластины протянута в горизонтальном направлении, множество теплообменных труб (не проиллюстрированы), установленных в вертикальном направлении между верхней трубной пластиной и нижней трубной пластиной посредством закрепления концевых частей соответствующих труб на верхней трубной пластине и нижней трубной пластине, и куполообразные крышки (14a) и (14b), расположенные соответственно на верхней стороне верхней трубной пластины и на нижней стороне нижней трубной пластины, и дистилляционный газ, содержащий акриловую кислоту в качестве основного компонента, из средней отводной линии (13) вводят в приемную камеру (не проиллюстрировано), образованную в пространстве между верхней трубной пластиной и крышкой (14a) вертикального многотрубчатого теплообменника (14).
[0032]
Впускное отверстие (не проиллюстрировано) для охлаждающей среды (охлаждающей воды) предоставлено в нижней части боковой поверхности между верхней трубной пластиной и нижней трубной пластиной трубчатого корпуса (14A), выпускное отверстие (не проиллюстрировано) для охлаждающей среды предоставлено в верхней части, и дистилляционный газ, введенный в приемную камеру вертикального многотрубчатого теплообменника (14), охлаждают и конденсируют в процессе протекания вниз внутри теплообменной трубы посредством охлаждающей среды, протекающей с внешней стороны теплообменной трубы, извлекают в качестве неочищенной акриловой кислоты в барабан (15) посредством извлекающей камеры (не проиллюстрировано), сформированной в пространстве между нижней трубной пластиной и крышкой (14b), и подают к следующей стадии посредством линии (16) к следующей стадии. Часть неочищенной акриловой кислоты направляют к стороне приемной камеры вертикального многотрубчатого теплообменника (14) посредством циркуляционной линии (17). Раствор, содержащий ингибитор полимеризации, подают в циркуляционную линию (17) посредством питательной линии (18) для подачи ингибитора полимеризации.
[0033]
Хотя форма подачи циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты, содержащей ингибитор полимеризации (раствор, содержащий ингибитор полимеризации) в приемную камеру не ограничивается особым образом, для того, чтобы привести циркулируемую жидкую неочищенную акриловую кислоту в полный контакт с дистилляционным газом, введенным в приемную камеру, а именно, для того, чтобы увеличить площадь контакта циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты с дистилляционным газом в максимально возможной степени, и чтобы распределить циркулируемую жидкую неочищенную акриловую кислоту по всей верхней трубной пластине, циркулируемую жидкую неочищенную акриловую кислоту предпочтительно распыляют в виде туманного дождя на всем протяжении внутреннего пространства приемной камеры из сопла для тонкого распыления, предоставленного в верхней крышке (14a).
[0034]
Фиг. 2 является перспективным схематическим изображением поверхности верхней трубной пластины в вертикальном многотрубчатом теплообменнике (14) по Фиг. 1. Верхние концевые части теплообменных труб закреплены при одних и тех же интервалах на верхней поверхности верхней трубной пластины (19). Некоторые теплообменные трубы (21) имеют концевую часть, выступающую на одну и ту же высоту от поверхности верхней трубной пластины (19) (далее в данном документе теплообменная труба, которая выступает, иногда называется «выступающей теплообменной трубой»). С другой стороны, теплообменные трубы (20), иные, чем выступающие теплообменные трубы (21), имеют концевую часть, которая не выступает от поверхности верхней трубной пластины (19) и закреплены по существу на одном уровне с верхней поверхностью верхней трубной пластины (19) (далее в данном документе теплообменная труба, имеющая концевую часть, которая не выступает от верхней трубной пластины, иногда называется «невыступающей теплообменной трубой»).
[0035]
В данном изобретении применяют вертикальный многотрубчатый теплообменник (14), который сконфигурирован таким образом, что верхние концы некоторых теплообменных труб (21) выступают над верхней трубной пластиной (19), и верхние концы других теплообменных труб (20) не выступают от поверхности верхней трубной пластины (19), так что образование и накапливание продукта полимеризации акриловой кислоты внутри вертикального многотрубчатого теплообменника может быть предотвращено, и стабильное функционирование может тем самым продолжаться.
[0036]
Детали механизма его действия не разъяснены, однако механизм, как предполагается, является следующим.
[0037]
Когда циркулируемая жидкая неочищенная акриловая кислота, введенная в приемную камеру, вступает в контакт с дистилляционным газом, часть дистилляционного газа конденсируется вследствие контактирования с циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислотой, и его остаток, находящийся еще в газообразном состоянии, достигает верхней трубной пластины в смешанном состоянии с циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислотой. При этом, часть протекает в выступающую теплообменную трубу и после протекания вниз внутри теплообменной трубы превращается в конденсат, а остаток образует газосодержащий слой жидкости, имеющий толщину слоя жидкости в соответствии с высотой выступания выступающей теплообменной трубы.
Однако, поскольку верхний конец не выступает от верхней трубной пластины в остальных теплообменных трубах, газосодержащая жидкость, образующая слой жидкости на верхней трубной пластине, перемещается на верхней трубной пластине к невыступающей теплообменной трубе и после стекания вниз внутри невыступающей теплообменной трубы, возвращается в конденсат.
[0038]
Полагают, что, поскольку циркулируемая жидкая неочищенная акриловая кислота, содержащая ингибитор полимеризации, таким образом неизменно поддерживает заданную толщину слоя жидкости на верхней поверхности верхней трубной пластины в состоянии, в котором она содержит дистилляционный газ или его конденсат, и в то же самое время перемещается на верхней трубной пластине, чтобы протекать в невыступающую теплообменную трубу и стекать вниз по ней, жидкость на верхней трубной пластине образует слой протекающей жидкости, который возобновляется без задержки, и полимеризации акриловой кислоты в дистилляционном газе тем самым сдерживается.
Более конкретно, «слой протекающей жидкости», как использовано в данном изобретении, является «слоем, имеющим толщину слоя жидкости, образованным на верхней трубной пластине, в котором жидкость возобновляется без задержки».
[0039]
В соответствии с данным изобретением, дистилляционный газ, введенный в приемную камеру, частично конденсируют посредством циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты, содержащей ингибитор полимеризации, и дополнительно частично конденсируют в процессе протекания в качестве слоя протекающей жидкости на верхней трубной пластине в форме смешанной текучей среды с циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислотой, содержащей ингибитор полимеризации, и посредством протекания в теплообменную трубу, и поскольку температура понижается в известной степени, и, кроме того, жидкость стала смешанной текучей средой, полностью смешанной с циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислотой, содержащей ингибитор полимеризации, во время охлаждения при протекании вниз по теплообменной трубе, эффект предотвращения полимеризации ингибитора полимеризации проявляется эффективным образом, и в результате образование и аккумулирование продукта полимеризации подавляется.
[0040]
В противоположность этому, в обычном вертикальном многотрубчатом теплообменнике, применяемом в Патентном документе 2, верхние концы всех теплообменных труб выступают над верхней трубной пластиной. Поэтому, даже если слой жидкости циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты, содержащей ингибитор полимеризации, сформирован, жидкость может с трудом протекать вниз по теплообменной трубе вместе с дистилляционным газом, т.е., слой жидкости не возобновляется, и даже когда циркулируемая жидкая неочищенная акриловая кислота, содержащая ингибитор полимеризации, циркулирует, эффект предотвращения полимеризации вследствие циркуляции не может быть достигнут в достаточной мере.
С другой стороны, когда все теплообменные трубы сконфигурированы таким образом, что они не выступают от верхней трубной пластины, как в Патентном документе 3, слой жидкости не образуется на верхней трубной пластине, делая невозможным для дистилляционного газа и циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты, содержащей ингибитор полимеризации, протекание внутри теплообменной трубы в равномерно смешанном состоянии, и в конечном счете, даже когда циркулируемая жидкая неочищенная акриловая кислота, содержащая ингибитор полимеризации, циркулирует, эффект предотвращения полимеризации вследствие циркуляции не может быть достигнут в достаточной мере.
[0041]
В данном изобретении, для того, чтобы надежным образом поддерживать заданную толщину слоя жидкости на всей поверхности верхней трубной пластины, высота выступания выступающей теплообменной трубы, выступающей над верхней трубной пластиной, составляет предпочтительно 2 мм или более и более предпочтительно 3 мм или более.
Когда высота выступания выступающей теплообменной трубы составляет 2 мм или более, слой протекающей жидкости, имеющий заданную толщину слоя жидкости, легко образуется без влияния ошибки расположения теплообменника в отношении горизонтальной плоскости, поверхностного натяжения конденсата и перемещения введенного дистилляционного газа и т.п. С точки зрения поддержания толщины слоя жидкости, высота выступания выступающей теплообменной трубы является предпочтительно более высокой, однако если высота является чрезмерно высокой, жидкость почти не возобновляется, и поэтому высота выступания составляет предпочтительно 20 мм или менее, более предпочтительно 15 мм или менее.
[0042]
В отношении высоты выступания выступающей теплообменной трубы, предпочтительно, чтобы все выступающие теплообменные трубы имели по существу одну и ту же высоту выступания. При этом по существу одна и та высота выступания означает обладание отклонением в пределах интервала, при котором не оказывается воздействие на поддержание равномерного слоя протекающей жидкости на верхней трубной пластине. А именно, отклонение находится предпочтительно в пределах интервала ±2 мм по отношению к предварительно заданной высоте выступания. Однако, когда предварительно заданная высота выступания составляет менее чем 4 мм, отклонение находится предпочтительно в пределах интервала ±1 мм от предварительно заданной высоты выступания.
[0043]
Кроме того, если отношение невыступающих теплообменных труб к общему числу теплообменных труб является большим, а отношение выступающих теплообменных труб является небольшим, может быть затруднено поддерживание толщины слоя жидкости на верхней трубной пластине. Напротив, если отношение невыступающих теплообменных труб к общему числу теплообменных труб является небольшим, а отношение выступающих теплообменных труб является большим, толщина слоя жидкости может легко поддерживаться, однако поток жидкости, протекающей на верхней трубной пластине, будет, вероятнее всего, смещаться. Соответственно, доля невыступающих теплообменных труб составляет предпочтительно от 0,1% или более до 20% или менее по отношению ко всем теплообменным трубам. Кроме того, чтобы образовать равномерный слой протекающей жидкости на верхней трубной пластине, невыступающие теплообменные трубы предпочтительно предоставлены при симметричном равномерном расположении на поверхности верхней трубной пластины. В случае, когда общее число всех теплообменных труб является небольшим, невыступающие теплообменные трубы могут быть предоставлены лишь в центральной части на верхней трубной пластине, однако более предпочтительным является предоставление невыступающей теплообменной трубы также на внешней периферийной части или вблизи внешней периферийной части верхней трубной пластины. Число невыступающих теплообменных труб составляет предпочтительно 3 или более, более предпочтительно 4 или более. В случае увеличения числа невыступающих теплообменных труб наряду с увеличением общего числа теплообменных труб, они предпочтительно расположены при высокой симметрии, наряду с одинаковым расстоянием между соседними теплообменными трубами.
[0044]
2
2
Хотя это может варьироваться в зависимости от масштаба вертикального многотрубчатого теплообменника, обычно площадь верхней трубной пластины составляет примерно приблизительно от 0,2 до 7 м (диаметр: приблизительно от 0,5 до 3 м), и внутренний диаметр теплообменной трубы составляет приблизительно от 15 до 40 см. Теплообменные трубы обычно предоставляют при равномерном расположении при плотности от 100 до 400 труб/м площади верхней трубной пластины, и поэтому в данном изобретении является предпочтительным, чтобы от 0,1 до 20%, особенно от 0,1 до 5% этих теплообменных труб являлись невыступающими теплообменными трубами, при их расположении, являющемся равномерным расположением на верхней трубной пластине, а другие являлись выступающими теплообменными трубами, выступающими на приблизительно от 2 до 20 мм, в особенности, приблизительно от 3 до 15 мм, над верхней трубной пластиной.
[0045]
Эффект предотвращения полимеризации по данному изобретению объясняют формированием на верхней трубной пластине слоя протекающей жидкости, имеющего заданную толщину слоя жидкости, а именно, обычно 2 мм или более, предпочтительно от 2 до 20 мм, более предпочтительно от 3 до 15 мм, который перемещается на верхней трубной пластине и затем протекает в теплообменную трубу и стекает по ней вниз, как описано выше. Соответственно, средство для предотвращения полимеризации не ограничивается вышеуказанной технологией с конфигурированием некоторых теплообменных труб в качестве невыступающей теплообменной трубы, однако при условии, что такой слой протекающей жидкости может быть образован, любые другие средства могут быть применены.
Например, вертикальный многотрубчатый теплообменник может также быть спроектирован таким образом, что все теплообменные трубы являются невыступающей теплообменной трубой, и выступ, служащий в качестве перегородки, формируют между невыступающими теплообменными трубами, поддерживая тем самым толщину слоя жидкости в слое протекающей жидкости.
[0046]
Данное изобретение может быть выполнено таким же образом, что и в обычных способах, за исключением того, что слой протекающей жидкости, имеющий заданную толщину слоя жидкости, образуют на верхней трубной пластине, например, посредством проектирования высоты выступания теплообменной трубы на верхней трубной пластине, как описано выше. Кроме того, в отношении конфигурации вертикального многотрубчатого теплообменника, такая же конфигурация, что конфигурации обычных вертикальных многотрубчатых теплообменников, может быть применена, за исключением выступающей или невыступающей конструкции теплообменных труб на верхней трубной пластине.
[0047]
Количество циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты от конденсата, извлеченного из нижней части вертикального многотрубчатого теплообменника, для циркулирования в приемную камеру, составляет, принимая во внимание эффект предотвращения полимеризации вследствие циркуляции циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты и эффективность производства, предпочтительно приблизительно от 3 до 70% от конденсата, извлеченного из нижней части вертикального многотрубчатого теплообменника. В связи с этим, температура конденсата составляет, как правило, приблизительно от 20 до 60°C.
[0048]
Следует заметить, что в данном изобретении, раствор, содержащий ингибитор полимеризации, введенный в приемную камеру вертикального многотрубчатого теплообменника, может не являться раствором, образованным циркулированием части конденсат из нижней части теплообменника, и может быть раствором, полученным посредством добавления ингибитора полимеризации к исходному раствору, содержащему неочищенную акриловую кислоту от других систем.
[0049]
В качестве ингибитора полимеризации, все из ингибиторов полимеризации, обычно применяемых для получения (мет)акриловых кислот, могут быть применены, и один элемент или два элемента или более, например, фенолы, такие как гидрохинон и монометиловый эфир гидрохинона, амины, такие как фенотиазин и дифениламин, соли тяжелых металлов, такие как дибутилдитиокарбамат меди и ацетат марганца, нитрозосоединение, нитросоединение и аминоксилы, такие как тетраметилпиперидиноксильные производные, могут быть применены.
[0050]
-1
Концентрация ингибитора полимеризации в растворе, содержащем ингибитор полимеризации, составляет предпочтительно приблизительно от 10 до 2000 млн с точки зрения достижения достаточным образом эффекта предотвращения полимеризации вследствие добавления ингибитора полимеризации и, кроме того, предотвращения возникновения проблем в последующем процессе, таком как осаждение. Прежде всего, в данном изобретении, основанном на эффекте предотвращения полимеризации, объясняемым, как описано выше, образованием слоя протекающей жидкости с заданной толщиной слоя жидкости на верхней трубной пластине, концентрация ингибитора полимеризации может быть установлена несколько ниже, чем в обычных способах.
ПРИМЕРЫ
[0051]
Хотя данное изобретение описано более подробно ниже при ссылках на Примеры, данное изобретение не ограничивается представленными ниже Примерами. В связи с этим, Примеры и Сравнительные примеры были выполнены в испытательном устройстве, и размер каждой секции отличается его величины в фактическом оборудовании.
Для удобства описания, первоначально описаны Сравнительные примеры.
[0052]
[Сравнительный пример 1]
Толуольный экстракционный раствор, содержащий 23 масс.% акриловой кислоты, получали при применении пропилена в качестве исходного материала посредством реакционной стадии выполнения реакции газофазного каталитического окисления, стадии сбора, предоставляющей возможность для газа, содержащего акриловую кислоту, который получен в реакционном растворе, быть абсорбированным в воде, чтобы получить водный раствор акриловой кислоты, и стадии извлечения с подверганием полученного водного раствора акриловой кислоты экстрагированию при применении толуола. Экстракционный раствор временно сохраняли в барабане и затем фракционную дистилляцию акриловой кислоты выполняли непрерывным образом в дистилляционной колонне (1), проиллюстрированной на Фиг. 1. Давление в верхней части дистилляционной колонны (1) и флегмовое число устанавливали составляющими 10 кПа и 1,2, соответственно; количество дистиллята регулировали таким образом, что количество акриловой кислоты, дистиллированной от верха становится 3% или менее по отношению к подаваемому количеству; жидкость в нижней части в количестве 2% в расчете на массовую долю по отношению к количеству подаваемой жидкости отводили из the bottom; и пар неочищенной акриловой кислоты отводили посредством средней отводной линии (13). Температура внутри колонны составляла 44°C в верхней части, от 94 до 95°C в средней отводной section и от 103 до 105°C в нижней части.
Через среднюю отводную линию (13), внешняя сторона которой была нагрета паром, пар неочищенной акриловой кислоты при от 95 до 96°C подавали в вертикальный многотрубчатый теплообменник (14).
[0053]
-1
В качестве вертикального многотрубчатого теплообменника, применяли теплообменник, имеющий 19 теплообменных труб, изготовленных из нержавеющей стали SUS316, с внутренним диаметром 1 дюйм (2,54 см), в котором верхние концы всех теплообменных труб не выступали от поверхности верхней трубной пластины и были расположены на одном уровне с поверхностью верхней трубной пластины. Температура подаваемой охлаждающей воды составляла от 31 до 33°C, и температура конденсированной акриловой кислоты составляла от 32 до 33°C. Примерно 5% конденсата циркулировали к приемной камере. К циркулирующей жидкости добавляли раствор акриловой кислоты с фенотиазином в качестве ингибитора полимеризации таким образом, что концентрация фенотиазина становилась 100 млн. Сопло для тонкого распыления было предоставлено на конце циркуляционной линии для того, чтобы распределять циркулируемую жидкость по всей верхней трубной пластине.
[0054]
Когда дистилляция была выполнена таким образом, фильтр, установленный в циркуляционной линии, засорялся на второй день функционирования, и хотя он был заменен на параллельный фильтр, новый фильтр был также засорен через полдня, приводя к прекращению функционирования дистилляционной колонны.
После промывки водой, вертикальный многотрубчатый теплообменник был открыт, и в качестве результата, примерно 5 л продукта полимеризации в набухшем состоянии было обнаружено на поверхности верхней трубной пластины, на внутренней поверхности стенки теплообменной трубы и на бортовой части нижней крышки.
[0055]
[Сравнительный пример 2]
Процесс выполняли при тех же самых условиях, что и в Сравнительном примере 1, за исключением того, что количество циркулируемой жидкой неочищенной акриловой кислоты, которую циркулировали к поверхности верхней трубной пластины, удваивали. В результате, скачкообразное засорение фильтра происходило на третий день функционирования, и функционирование было остановлено. Когда вертикальный многотрубчатый теплообменник был открыт после промывки водой, количество обнаруженного продукта полимеризации составляло примерно 2 л.
[0056]
[Сравнительный пример 3]
В вертикальном многотрубчатом теплообменнике, применяемом в Сравнительном примере 1, применяли короткую трубу 31 длиной 10 мм, проиллюстрированную на Фиг. 3(a), имеющую такие же толщину и внутренний диаметр, что и теплообменная труба, и, как проиллюстрировано на Фиг. 3(b) и (c), короткая труба 31 была установлена при расположении ее торцевой поверхности торцевой поверхности в контакте с торцевой поверхностью теплообменной трубы 32, открытой на одном уровне с верхней поверхностью верхней трубной пластины 30, затем закреплена сваркой внутренней поверхности стенки короткой трубы 31 и внутренней поверхности стенки теплообменной трубы 32 при применении трех проволок 33 диаметром 3 мм, создавая тем самым состояние, где верхние концы всех теплообменных труб выступают на 10 мм от поверхности верхней трубной пластины. Материалы короткой трубы 31 и проволок 33 являлись все такой же нержавеющей сталью SUS316, что и для вертикального многотрубчатого теплообменника. В этом состоянии, процесс выполняли при тех же самых условиях, что и в Сравнительном примере 1. В результате, захваченный материал по существу не обнаруживали в фильтре до второго дня функционирования, однако на третий день газ от дистилляционной колонны не протекал вследствие засорения внутри колонны, приводя к аварийной остановке. Когда внутреннее пространство вертикального многотрубчатого теплообменника было проверено после промывки водой, множество продуктов полимеризации было аккумулировано на поверхности верхней трубной пластины, и некоторые теплообменные трубы были полностью засорены продуктом полимеризации.
[0057]
[Пример 1]
Процесс выполняли при тех же самых условиях, что и в Сравнительном примере 3, за исключением того, что из коротких труб, приваренных к теплообменным трубам, лишь одна короткая труба в центре была удалена. Это состояние является состоянием, где лишь одна теплообменная труба в центре является невыступающей теплообменной трубой, а другие 18 теплообменных труб выступают на 10 мм. В результате, по существу не обнаруживали захваченный материал в фильтре, даже после функционирования в течение 3 дней. Когда вертикальный многотрубчатый теплообменник был проверен после промывки водой, лишь комки продукта полимеризации были обнаружены в незначительной степени на внешней периферийной части поверхности верхней трубной пластины.
[0058]
[Пример 2]
Процесс выполняли в течение 3 дней при тех же самых условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что из коротких труб в позициях, близких к внешней окружности, три короткие трубы в вершинно-симметричных позициях на поверхности верхней трубной пластины дополнительно удаляли. Это состояние является состоянием, в котором суммарно четыре теплообменные трубы, т.е., одна теплообменная труба в центре и три теплообменные трубы в позициях при одних и тех же интервалах на внешней окружности, являются невыступающими теплообменными трубами, а другие 15 теплообменных труб выступают на 10 мм. Во время периода функционирования, захваченный материал в фильтре не обнаруживали, за исключением пыли, которая, как полагают, примешана во время открывания. Комки продукта полимеризации также не были обнаружены посредством проверки после промывки водой, однако, когда все короткие трубы были удалены, полосы вследствие грязи были обнаружены на примерно половине соединений коротких труб.
[0059]
[Пример 3]
Устройство, имеющее такую же структуру, что и в Сравнительном примере 1, было изготовлено заново, за исключением того, что, как проиллюстрировано на Фиг. 4, 16 теплообменных труб из 19 теплообменных труб (внутренний диаметр: 1 дюйм (2,54 см)), предоставленных на верхней трубной пластине вертикального многотрубчатого теплообменника, являлись выступающими теплообменными трубами 41, выступающими на 5 мм от верхней поверхности верхней трубной пластины 42, и три невыступающих теплообменных трубы 40 были равномерным образом предоставлены в 3 позициях на внешней окружности, и процесс выполняли при тех же самых условиях, что и в в Сравнительном примере 1. На Фиг. 4, для того, чтобы ясным образом различать выступающие теплообменные трубы 41 и невыступающие теплообменные трубы 40, поверхность верхнего конца невыступающих теплообменных труб 40 зачернена. Захватывание продукта полимеризации в фильтре не проявлялось при функционировании в течение 2 недель, и хотя количество подаваемого фенотиазина было ступенчатым образом уменьшено наполовину в последующую одну неделю, продукт полимеризации также не был обнаружен. Функционирование продолжали в течение 2 недель посредством поддержания этого состояния и затем останавливали. Когда вертикальный многотрубчатый теплообменник был открыт после промывки водой, продукт полимеризации не был обнаружен, кроме того, что полосы вследствие продукта полимеризации были обнаружены на поверхности внутренней стенки одной теплообменной трубы.
[0060]
Присутствие и отсутствие слоя протекающей жидкости, образованного на поверхности верхней трубной пластины и толщину слоя жидкости устанавливали посредством подачи воды в таком же количестве, что и количество циркулируемой жидкости в каждом Примере в состоянии, где верхнюю крышку вертикального многотрубчатого теплообменника, применяемую в Примерах 1-3 и Сравнительных примерах 1-3, удаляли, и находили указанным ниже образом.
В Сравнительных примерах 1 и 2, где все теплообменные трубы являлись невыступающими теплообменными трубами, слой протекающей жидкости, имеющий некоторую глубину, не был сформирован по всей поверхности верхней трубной пластины.
В Сравнительном примере 3, где все теплообменные трубы являлись выступающими теплообменными трубами, толщина слоя жидкости составляла 10 мм или более, однако поскольку при протекании в теплообменной трубе посредством переливания лишь жидкость на внешней поверхности протекала к теплообменной трубе, и жидкость в нижней части слоя не протекала, нарушалось формирование слоя протекающей жидкости, в котором жидкость протекает по всему слою.
С другой стороны, в Примерах 1-3, где лишь некоторые теплообменные трубы являлись невыступающими теплообменными трубами, однако остальные являлись выступающими теплообменными трубами, слой протекающей жидкости был сформирован; в Примере 1, где лишь одна теплообменная труба в центре являлась невыступающей теплообменной трубой, толщина слоя жидкости составляла 4 мм или более; и в Примере 2, где суммарно четыре теплообменные трубы в центре и на внешней окружности являлись невыступающими теплообменными трубами, и в Примере 3, где три теплообменные трубы на внешней окружности являлись невыступающими теплообменными трубами, толщина слоя жидкости составляла 3 мм или более.
[0061]
Наряду с тем, что данное изобретение было описано в деталях и со ссылками на конкретные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от сущности и объема данного изобретения. Эта заявка основана на заявке на патент Японии (Заявка на патент № 2016-128861), зарегистрированной 29 июня 2016 г., содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
ОПИСАНИЕ ЦИФРОВЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0062]
1: Дистилляционная колонна
2: Регулярный наполнитель
3: Нерегулярный наполнитель
4: Пластины
5: Питательная линия
6: Верхняя газовая линия
7: Теплообменник
8: Резервуар для флегмы
9: Линия для флегмы
10: Циркуляционная линия
11: Ребойлер
12: Отводная линия
13: Средняя отводная линия
14: Вертикальный многотрубчатый теплообменник
14A: Трубчатый корпус
14a, 14b: Крышка
15: Барабан
16: Линия к следующей стадии
17: Циркуляционная линия
18: Линия для подачи ингибитора полимеризации
19: Верхняя трубная пластина
20, 40: Невыступающая теплообменная труба
21, 41: Выступающая теплообменная труба
31: Короткая труба
33: Проволока
42: Верхняя трубная пластина