УПРАВЛЕНИЕ КОЛОННОЙ ВЫДЕЛЕНИЯ
CONTROL OF EXTRACTION COLUMN

[0001] Предложен способ отделения акрилонитрила от смеси акрилонитрила и ацетонитрила. Более конкретно, способ включает в себя введение смеси в контакт с водным растворителем с получением азеотропной смеси акрилонитрила и воды и отделение азеотропной смеси акрилонитрила и воды от ацетонитрила.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
[0002] Существуют известные системы для выделения и очистки акрилонитрила, см., например, патенты США №№ 4,234,510; 3,936,360; 3,885,928; 3,433,822 и 3,399,120. Как правило, пропилен, аммиак и воздух реагируют в паровой фазе с катализатором аммоксидирования. Парообразный продукт, выходящий из реактора, затем пропускают в систему гашения, в которой с продуктом реакции вступает в непосредственный контакт водный жидкий гаситель, обычно вода. Это гашение удаляет непрореагировавший аммиак и тяжелые полимеры. Охлажденные газы затем направляют для обработки в абсорбционную колонну.
[0003] В абсорбере газы вступают в непосредственный контакт с абсорбирующей жидкостью, опять представляющей собой, как правило, воду. Вода, акрилонитрил, ацетонитрил, HCN и сопутствующие примеси выходят из нижней части абсорбера в виде водного раствора. Инертные газы выпускают из верхней части абсорбера. Водный раствор затем направляют для обработки в колонну выделения. В этой колонне ацетонитрил выделяют из водного раствора посредством экстракционной дистилляции.
[0004] Колонна выделения в способе получения акрилонитрила играет основную роль в выделении неочищенного акрилонитрила из водного раствора, содержащего акрилонитрил, цианистый водород (HCN), ацетонитрил, воду и другие нежелательные примеси, образующиеся в течение процесса аммоксидирования реакторах. Способ экстракционной дистилляции использован в колонне выделения для разделения акрилонитрила и ацетонитрила, который имеют очень близкие температуры кипения. Воду в качестве растворителя добавляют в верхнюю часть колонны для упрощения экстракционной дистилляции. Ацетонитрил и другие тяжелые примеси опускают в нижнюю часть колонны вместе с водным растворителем, в то время как HCN и азеотропную смесь акрилонитрила и воды извлекают из верхней части колонны в виде неочищенного акрилонитрила. Неочищенный акрилонитрил подвергают дополнительной обработке в секции очистки для получения чистого акрилонитрила. Нижнюю секцию колонны используют для выделения неочищенного ацетонитрила в процессе стриппинга с использование пара в ребойлерах колонны выделения.
[0005] Эксплуатационные характеристики колонны выделения неочищенного акрилонитрила из водного раствора зависят от множества технологических параметров, таких как добавляемое количество водного растворителя, температура водного растворителя, количество пара, используемое в ребойлерах, и температура обогащенной воды. Все указанные переменные производят значительное воздействие на состав верхней фракции колонны, а также на нагрузку колонны. Данная многопараметрическая природа соотношения между технологическими переменными создает проблему надлежащего контроля основных переменных и их оптимизации. Традиционные способы управления (такие как пропорционально-интегрально-дифференциальное управление) вызывают значительную изменчивость параметров и приводят к недостаточно оптимальным эксплуатационным характеристикам колонны. Оптимизация эксплуатационных характеристик колонны имеет очень большое значение для экономии расходуемого пара увеличения производительности установки. Например, использование избытка водного растворителя не уменьшает количество примесей, таких как оксазол и ацетонитрил, в выделяемом неочищенном акрилонитриле, но увеличивает нагрузку колонны и, следовательно, увеличивает расход пара. Это уменьшает способность колонны по обработке более обогащенной воды, что уменьшает общую производительность установки. С другой стороны, уменьшение количества водного растворителя увеличивает содержание примесей, а также ацетонитрила в неочищенном акрилонитриле. Чрезмерные количества указанных примесей попадают в конечный продукт, приводя к тому, что получаемый акрилонитрил не удовлетворяет техническим требованиям.
Сущность изобретения
[0006] Способ экстракционной дистилляции включает в себя введение смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил, по меньшей мере в одну дистилляционную колонну; введение смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил, в контакт с водным растворителем с получением азеотропной смеси акрилонитрила и воды; и отделение азеотропной смеси акрилонитрила и воды от ацетонитрила с получением верхнего потока и бокового потока. Способ включает в себя сохранение приблизительно 0,05 мас.% или менее ацетонитрила в верхнем потоке и приблизительно 0,5 мас.% или менее акрилонитрила в боковом потоке.
[0007] Способ экстракционной дистилляции включает в себя введение смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил, по меньшей мере в одну дистилляционную колонну; введение смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил, в контакт с водным растворителем с получением азеотропной смеси акрилонитрила и воды; и отделение азеотропной смеси акрилонитрила и воды от ацетонитрила с получением верхнего потока и бокового потока. Способ включает в себя регулирование примесей верхнего потока и примесей бокового потока с использованием потока водного растворителя, добавляемого в дистилляционную колонну, и температуры дистилляционной колонны.
[0008] Способ управления экстракционной дистилляционной колонной включает в себя введение смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил, по меньшей мере в одну дистилляционную колонну; введение смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил, в контакт с водным растворителем с получением азеотропной смеси акрилонитрила и воды; отделение азеотропной смеси акрилонитрила и воды от ацетонитрила с получением верхнего потока и бокового потока; и регулирование количества ацетонитрила в верхнем потоке и количества акрилонитрила в боковом потоке с использованием усовершенствованного технологического контроллера, обеспечивающего управление на основе прогнозирующих моделей, в целях определения одновременных действий по управлению в отношении регулируемых переменных, чтобы оптимизировать по меньшей мере одно множество параметров при одновременном контроле по меньшей мере одного множества регулируемых переменных. Согласно данному аспекту множество регулируемых переменных включает в себя количество водного растворителя, добавляемое в дистилляционную колонну, и температуру дистилляционной колонны, а множество контролируемых переменных включает в себя количество ацетонитрила в верхнем потоке и количество акрилонитрила в боковом потоке. Контроль по меньшей мере одного множество контролируемых переменных включает в себя контроль количества водного растворителя, добавляемого в дистилляционную колонну, и температуры дистилляционной колонны.
Краткое описание чертежей
[0009] Вышеупомянутые и другие аспекты, отличительные признаки и преимущества нескольких аспектов способа станут более очевидными из следующих фигур.
[0010] На фиг. 1 проиллюстрировано общее изображение колонны выделения;
[0011] на фиг. 2 проиллюстрировано другое изображение колонны выделения;
[0012] на фиг. 3 проиллюстрирована колонна выделения, которая включает в себя зону концентрирования ацетонитрила; и
[0013] на фиг. 4 проиллюстрирован температурный профиль колонны выделения.
[0014] Соответствующие условные обозначения представляют соответствующие компоненты на нескольких изображениях, проиллюстрированных фигурами. Специалисты в данной области техники понимают, что элементы на фигурах проиллюстрированы для простоты и ясности и не должны обязательно соответствовать действительному масштабу. Например, размеры некоторых элементов на фигурах могут быть преувеличены по отношению к другим элементам, чтобы способствовать улучшению понимания разнообразных аспектов. Кроме того, обычные, но хорошо известные элементы, которые являются пригодными для использования или необходимыми в коммерчески целесообразном аспекте, часто не проиллюстрированы в целях упрощения и меньшего затруднения наблюдения указанных разнообразных аспектов.
Подробное описание изобретения
[0015] Следующее описание следует воспринимать не в ограничительном смысле, но как предназначенное просто для цели представления общих принципов примерных вариантов осуществления. Объем настоящего изобретения следует определять на основании формулы изобретения.
Колонна выделения
[0016] В сочетании с настоящим способом может быть использована колонна выделения любого типа. В настоящем документе в качестве примеров описаны конфигурации колонны выделения нескольких типов.
[0017] Традиционный способ отделения акрилонитрила от ацетонитрила представлен на фиг. 1. Как представлено на фиг. 1, исходный поток 1 из абсорбера акрилонитрила (не проиллюстрирован) направляют в первую колонну 10. Исходный поток 1, как правило, содержит акрилонитрил, цианистый водород (HCN), ацетонитрил и воду. Водный поток 2, в котором практически отсутствует ацетонитрил, возвращают точно или приблизительно из нижней части второй колонны 20 в верхнюю часть первой колонны 10, чтобы упрощать отделение ацетонитрила от акрилонитрила и HCN посредством экстракционной дистилляции. Поток 3, содержащий акрилонитрил, HCN и часть воды из исходного материала 1, удаляют из верхней части первой колонны 10. Жидкий поток 4, содержащий воду и ацетонитрил, направляют в качестве исходного материала из нижней части первой колонны 10 во вторую колонну 20. Паровой поток 5 из второй колонны 20 направляют в первую колонну 10, чтобы обеспечить тепло, требуемое для дистилляции в первой колонне 10. Паровой боковой поток 4v поднимается во второй колонне 20 и содержит ацетонитрил. Неочищенный ацетонитрильный поток 6, содержащий ацетонитрил, воду и небольшие количества акрилонитрила и HCN, удаляют из верхней части второй колонны 20. Оставшийся водный поток 7, в котором практически отсутствуют акрилонитрил, HCN и ацетонитрил, и который не возвращается как водный поток 2 в первую колонну 10, выпускают из второй колонны 20 точно или приблизительно в нижней части второй колонны 20.
[0018] Другой традиционный способ отделения акрилонитрила от неочищенного ацетонитрила представлен на фиг. 2. Как представлено на фиг. 2, исходный поток 101 из абсорбера акрилонитрила (не проиллюстрирован) направляют в колонну 110. Исходный поток 101, как правило, содержит акрилонитрил, цианистый водород (HCN), ацетонитрил и воду. Нижний поток 102, в котором практически отсутствует ацетонитрил, возвращают точно или приблизительно из нижней части колонны 110 в верхнюю часть колонны 110, чтобы упрощать отделение ацетонитрила от акрилонитрила и HCN посредством экстракционной дистилляции. Часть нижнего потока 102, которая не возвращается в верхнюю часть колонны 110, выпускают из колонны 110 как поток 107. Верхний поток 103, содержащий акрилонитрил, HCN, и часть воды из исходного потока 101, удаляют из верхней части колонны 110. Паровой боковой поток 5v поднимается по колонне 110, и боковой поток 104 (соответствующий 4v на фиг. 1), содержащий воду и ацетонитрил, удаляют из колонны 110.
[0019] Следующий пример колонны выделения представлен на фиг. 3. Согласно данному аспекту устройство 300 содержит колонну 310. Колонна 310 включает в себя верхнюю секцию 330, среднюю секцию 340 и нижнюю секцию 350. Средняя секция 340 единственной колонны 310 может быть выполнена с возможностью приема исходного потока 301. Согласно одному аспекту колонна включает в себя верхнюю секцию и среднюю секцию, и соотношение диаметров средней секции и верхней секции составляет от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,2, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,9 до приблизительно 1,1, согласно следующему аспекту от приблизительно 1,5 до приблизительно 2,5, согласно следующему аспекту от приблизительно 1,75 до приблизительно 2,25 и согласно следующему аспекту от приблизительно 1,8 до приблизительно 2. Согласно одному аспекту колонна включает в себя среднюю секцию и нижнюю секцию, и соотношение диаметров нижней секции и средней секции составляет от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,2, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,9 до приблизительно 1,1, согласно следующему аспекту от приблизительно 1,5 до приблизительно 2,5, согласно следующему аспекту от приблизительно 1,75 до приблизительно 2,25 и согласно следующему аспекту от приблизительно 1,8 до приблизительно 2. Согласно одному аспекту колонна включает в себя верхнюю секцию и нижнюю секцию, и соотношение диаметров нижней секции и верхней секции составляет от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,2, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,9 до приблизительно 1,1, согласно следующему аспекту от приблизительно 1,5 до приблизительно 2,5, согласно следующему аспекту от приблизительно 1,75 до приблизительно 2,25 и согласно следующему аспекту от приблизительно 1,8 до приблизительно 2. Согласно одному аспекту каждая из верхней секции, средней секции и нижней секции составляет от приблизительно 25 до приблизительно 40% высоты (от касательной до касательной) колонны выделения.
[0020] Как представлено на фиг. 3, верхний поток 303, содержащий акрилонитрил, HCN и воду, удаляют из верхней части колонны 310. верхний поток 303 направляют в декантатор 501. Согласно данному аспекту способ включает в себя поддержание объема декантатора, который составляет от приблизительно 50 до приблизительно 70 процентов среднесуточного объема декантатора. Согласно следующему аспекту способ включает в себя поддержание объема декантатора, который составляет от приблизительно 50 до приблизительно 60 процентов, согласно следующему аспекту приблизительно 55 до приблизительно 70 процентов и согласно следующему аспекту приблизительно 55 до приблизительно 60 процентов среднесуточного объема декантатора. Согласно следующему аспекту поток органических веществ из декантатора составляет от приблизительно 6 до приблизительно 11 процентов объема смеси акрилонитрила и ацетонитрила, поступающей в колонну. Согласно следующему аспекту поток органических веществ из декантатора составляет от приблизительно 6 до приблизительно 10 процентов, согласно следующему аспекту от приблизительно 8 до приблизительно 10 процентов, и согласно следующему аспекту от приблизительно 8,75 до приблизительно 10 процентов.
[0021] Как дополнительно представлено на фиг. 3, колонна выделения может включать в себя зону 342 концентрирования неочищенного ацетонитрила. Зона 342 концентрирования неочищенного ацетонитрила включает в себя внутреннюю вертикальную перегородку 344. Зона концентрирования неочищенного ацетонитрила может включать в себя множество тарелок. Тарелки расположены на различных высотах колонны, и каждая тарелка включает в себя горизонтальную плоскость, проходящую через поперечное сечение зоны 342 концентрирования неочищенного ацетонитрила. Зона 342 концентрирования неочищенного ацетонитрила включает в себя верхний выпуск, выполненный с возможностью выхода бокового потока 306 из зоны 342 концентрирования неочищенного ацетонитрила колонны 310. Пар может подниматься по любой стороне перегородки 344 как поток 304 или как паровой поток 5v. Часть нижнего потока 302, которая не возвращается в верхнюю часть колонны 310, выпускают как поток 307.
[0022] Колонна выделения может включать в себя верхнюю секцию, среднюю секцию и нижнюю секцию. Согласно одному аспекту каждая из верхней, средней и нижней секций составляет от приблизительно 25 до приблизительно 40% высоты (от касательной до касательной) колонны выделения. Каждая секция колонны выделения может быть дополнительно разделена на части. Например, средняя секция колонны выделения включает в себя верхнюю часть, среднюю часть и нижнюю часть. Согласно данному аспекту каждая из верхней части, средней части и нижней части составляет от приблизительно 25 до приблизительно 40% высоты средней секции колонны выделения. Согласно следующему аспекту верхняя секция колонны выделения включает в себя верхнюю часть и нижнюю часть, каждая из которых составляет от приблизительно 40 до приблизительно 60% высоты верхней секции колонны выделения. Согласно следующему аспекту нижняя секция колонны выделения включает в себя верхнюю часть и нижнюю часть, каждая из которых составляет от приблизительно 40 до приблизительно 60% высоты нижней секции колонны выделения.
[0023] Согласно следующему аспекту колонна выделения может включать в себя от приблизительно 80 до приблизительно 120 тарелок и согласно следующему аспекту от приблизительно 80 до приблизительно 100 тарелок. Множество тарелок в колонне выделения включает в себя верхнюю секцию тарелок, среднюю секцию тарелок и нижнюю секцию тарелок. Согласно данному аспекту каждая из верхней секции тарелок, средней секции тарелок и нижней секции тарелок составляет от приблизительно 25 до приблизительно 40% полного числа тарелок в колонне выделения.
[0024] Верхняя секция тарелок колонны выделения включает в себя верхнюю часть тарелок и нижнюю часть тарелок, каждая из которых составляет от приблизительно 40 до приблизительно 60% полного числа тарелок в верхней секции тарелок в колонне выделения. Средняя секция тарелок включает в себя верхнюю часть тарелок, среднюю часть тарелок и нижнюю часть тарелок. Каждая из верхней части тарелок, средней части тарелок и нижней части тарелок составляет от приблизительно 25 до приблизительно 40% полного числа тарелок средней секции тарелок колонны выделения. Нижняя секция тарелок колонны выделения включает в себя верхнюю часть тарелок и нижнюю часть тарелок, каждая из которых составляет от приблизительно 40 до приблизительно 60% полного числа тарелок в нижней секции тарелок в колонне выделения.
Управление колонной выделения
[0025] Исходный поток, вводимый в колонну выделения, как правило, содержит акрилонитрил, цианистый водород (HCN), ацетонитрил и воду (представлен как исходный поток 1 на фиг. 1, как исходный поток 101 на фиг. 2 и как исходный поток 301 на фиг. 3). Согласно данному аспекту исходный поток, вводимый в колонну выделения, содержит от приблизительно 2 до приблизительно 10 мас.% акрилонитрила, согласно следующему аспекту от приблизительно 3 до приблизительно 7 мас.% и согласно следующему аспекту приблизительно 4 до приблизительно 6 мас.% акрилонитрила. Смесь также содержит ацетонитрил в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,3 мас.% ацетонитрила и согласно следующему аспекту приблизительно от 0,15 до приблизительно 0,25 мас.% ацетонитрила. Смесь может также содержать другие компоненты, такие как, например, акролеин и/или оксазол, в меньших количествах. Исходный поток, вводимый в колонну выделения, имеет температуру от приблизительно 162°F (72,2°C) до приблизительно 175°F (79,4°C), согласно следующему аспекту от приблизительно 165°F (73,8°C) до приблизительно 167°F (75°C), согласно следующему аспекту от приблизительно 165°F (73,8°C) до приблизительно 166°F (74,4°C) и согласно следующему аспекту от приблизительно 166°F (74,4°C) до приблизительно 167°F (75°C).
[0026] Водный растворитель, который может представлять собой воду в качестве растворителя, поступает в колонну выделения в верхней части колонны (представлен как водный поток 2 на фиг. 1, водный поток 102 на фиг. 2 и водный поток 302 на фиг. 3). Водный растворитель, который вводят в верхнюю часть колонны выделения, проходит вниз по колонне через тарелки, конденсируя и экстрагируя ацетонитрил по мере своего прохождения в нижнюю часть колонны выделения. Когда жидкость проходит вниз через тарелки в колонне выделения в нижнюю часть колонны, горячий пар из стриппера и тепло от вводимого свежего пара, поднимаются по колонне через отверстия в тарелках, обеспечивая тесный контакт с жидкостью на них. Теплопередача происходит между жидким и паровым потоками и способствует перемещению всех органических веществ (кроме ацетонитрила) в верхнюю часть колонны. Температура водного растворителя, поступающего в колонну выделения, может составлять от приблизительно 102°F (38,8°C) до приблизительно 128°F (53,3°C), согласно следующему аспекту от приблизительно 102°F (38,8°C) до приблизительно 108°F (42,2°C), согласно следующему аспекту от приблизительно 116°F (46,6°C) до приблизительно 128°F (53,3°C) и согласно следующему аспекту от приблизительно 105°F (40,5°C) до приблизительно 106°F (41,1°C).
[0027] Верхний поток, производимый колонной выделения (представлен как поток 3 на фиг. 1, поток 103 на фиг. 2 и поток 303 на фиг. 3), может содержать акрилонитрил, HCN и часть воды из исходного потока. Согласно одному аспекту оксазол в верхнем потоке содержится в концентрации, составляющей приблизительно 30 частей на миллион или менее, согласно следующему аспекту приблизительно 25 частей на миллион или менее, согласно следующему аспекту приблизительно 15 частей на миллион или менее, согласно следующему аспекту приблизительно 30 до приблизительно 0,5 частей на миллион, согласно следующему аспекту от приблизительно 30 до приблизительно 0,5 частей на миллион, согласно следующему аспекту от приблизительно 25 до приблизительно 0,5 части на миллион, согласно следующему аспекту от приблизительно 25 до приблизительно 5 частей на миллион, согласно следующему аспекту от приблизительно 15 до приблизительно 0,5 части на миллион, и согласно следующему аспекту от приблизительно 15 до приблизительно 5 частей на миллион.
3
3
[0028] Колонна выделения может производить паровой боковой поток, который содержит воду и ацетонитрил, и в котором практически отсутствуют акрилонитрил и HCN (представлен как поток 104 на фиг. 2 и 304 на фиг. 3). Согласно одному аспекту соотношение скорости бокового потока в миллионах стандартных кубических футах в час (MSCFH = 28320 м/час) и потока в колонну исходного материала (смесь, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил) в галлонах США в минуту (0,0038 м/час) составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,3, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2125, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,225 и согласно следующему аспекту от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,2125. Согласно следующему аспекту HCN в боковом потоке сохраняется в концентрации, составляющей приблизительно 2 мас.% или менее, согласно следующему аспекту приблизительно 1 мас.% или менее, согласно следующему аспекту приблизительно 0,5 мас.% или менее, согласно следующему аспекту от приблизительно 2 до приблизительно 0,1 мас.% и согласно следующему аспекту от приблизительно 1 до приблизительно 0,1 мас.%.
[0029] Колонна выделения может также производить нижний поток (представлен как нижний поток 2 на фиг. 1, нижний поток 102 на фиг. 2 и нижний поток 302 на фиг. 3), который выходит из нижней части колонны выделения. По меньшей мере, часть нижнего потока может быть возвращена в верхнюю часть колонны выделения. Известные способы нагревания колонны выделения включают в себя, например, пар, нагреваемый паром ребойлер и/или теплообмен с другими технологическими потоками.
[0030] Согласно одному аспекту способ включает в себя регулирование скоростей потоков для обеспечения соотношения скорости потока водного растворителя и скорости потока смеси, содержащей акрилонитрил и ацетонитрил, которое составляет от приблизительно 1:2 до приблизительно 1:1,6. Способ может дополнительно включать в себя регулирование скоростей потоков для обеспечения соотношения скорости движения бокового потока и скорости потока смеси, содержащей акрилонитрил и ацетонитрил, которое составляет от приблизительно 1:1,25 до приблизительно 1:1,7. Согласно следующему аспекту колонна имеет перепад давления, составляющий приблизительно 16 фунтов на квадратный дюйм (110,32 кПа) или менее и согласно следующему аспекту приблизительно 12 фунтов на квадратный дюйм (82,7 кПа) или менее. Согласно данному аспекту перепад давления представляет собой разность давлений между верхней и нижней частями колонны.
Регулирование температуры
[0031] На фиг. 4 представлен температурный профиль для управления колонной выделения. Надлежащее регулирование температуры и температурный профиль, который представлен на фиг. 4, имеют большое значение для надлежащей эксплуатации колонны. Вариации температурного профиля, которые определены пунктирными линиями на фиг. 4, могут быть осуществлены посредством сочетания изменений, включая температуры водного растворителя и исходного материала, расход водного растворителя и расход пара. Давление в колонне может также изменять профиль.
[0032] Изменения выше точки “A” на кривой преимущественно обусловлены изменениями состава и давления. Изменения температуры выше точки “A” не имеют решающего значения, но температуру верхней фракции следует поддерживать на минимальном возможном уровне, чтобы сократить до минимума количества оксазола, ацетонитрила, ацетона и воды, которые переходят в верхнюю фракцию. Изменения температуры ниже точки “B” преимущественно обусловлены изменениями давления на тарелках, поскольку композиция в данной секции состоит, в основном, из воды.
[0033] Регулирование температуры колонны выделения осуществляют известные системы регулирования температуры, которые могут включать в себя ребойлеры и теплообменники. Согласно одному аспекту тепловая нагрузка, требуемая для создания необходимого кипения в нижней части колонны выделения, может быть обеспечена посредством теплопередачи в любом традиционном устройстве ребойлера. Традиционные ребойлеры могут включать в себя некоторые варианты кожухотрубчатого теплообменника. Некоторые примеры конфигураций ребойлера включают в себя котел, термосифон, принудительную циркуляцию, встроенный пучок, горизонтальную, вертикальную и падающую пленку. Согласно одному аспекту способ включает в себя регулирование температуры посредством удаления жидкости точно или приблизительно в нижней части колонны выделения и обмен жидкости в термосифонном ребойлере. Согласно данному аспекту выходящий поток из термосифонного ребойлера возвращают в колонну выделения. Свежий пар может быть введен для дополнения или замещения требуемой тепловой нагрузки колонны выделения. Согласно следующему аспекту способ включает в себя повторное кипячение в колонне выделения посредством двух параллельных вертикальных термосифонных ребойлеров с использованием сжатого пара, производимого из выхлопа турбины.
[0034] Согласно одному аспекту температуру колонны выделения поддерживают следующим образом:
верхнюю часть средней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 65 до приблизительно 85°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 70 до приблизительно 80°C;
нижнюю часть средней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 100 до приблизительно 120°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 105 до приблизительно 115°C;
верхнюю часть верхней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 55 до приблизительно 80°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 60 до приблизительно 75°C;
верхняя часть и нижняя часть верхней секции колонны выделения имеют разность температур от приблизительно 0 до приблизительно 20°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 5 до приблизительно 15°C;
нижнюю часть нижней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 105 до приблизительно 125°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 110 до приблизительно 120°C; и
верхняя часть и нижняя часть нижней секции колонны выделения имеют разность температур от приблизительно 0 до приблизительно 15°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 7 до приблизительно 13°C.
[0035] Согласно следующему аспекту температуру колонны выделения поддерживают следующим образом:
верхнюю часть тарелок средней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 65 до приблизительно 85°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 70 до приблизительно 80°C;
нижнюю часть тарелок средней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 100 до приблизительно 120°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 105 до приблизительно 115°C;
верхнюю часть тарелок верхней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 55 до приблизительно 80°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 60 до приблизительно 75°C;
верхняя часть тарелок и нижняя часть тарелок верхней секции колонны выделения имеют разность температур от приблизительно 0 до приблизительно 20°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 5 до приблизительно 15°C;
нижнюю часть тарелок нижней секции колонны выделения поддерживают при температуре от приблизительно 105 до приблизительно 125°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 110 до приблизительно 120°C; и
верхняя часть тарелок и нижняя часть тарелок нижней секции колонны выделения имеют разность температур от приблизительно 0 до приблизительно 15°C и согласно следующему аспекту от приблизительно 7 до приблизительно 13°C.
[0036] Согласно следующему аспекту температуру в средней секции колонны выделения регулируют следующим образом:
согласно одному аспекту перепад температуры в средней секции колонны выделения составляет приблизительно 35% или более перепада температуры от верхней тарелки до нижней тарелки колонны выделения;
согласно следующему аспекту перепад температуры в средней секции колонны выделения составляет приблизительно 50% или более перепада температуры от верхней тарелки до нижней тарелки колонны выделения;
согласно следующему аспекту перепад температуры в средней секции колонны выделения составляет приблизительно 75% или более перепада температуры от верхней тарелки до нижней тарелки колонны выделения;
согласно следующему аспекту перепад температуры в средней секции колонны выделения составляет приблизительно 75% перепада температуры от верхней тарелки до нижней тарелки колонны выделения; и
согласно следующему аспекту перепад температуры в средней секции колонны выделения составляет приблизительно 80% перепада температуры от верхней тарелки до нижней тарелки колонны выделения.
[0037] Регулирование температуры колонны выделения производит верхний поток, нижний поток и боковой поток со следующими составами:
верхний поток содержит азеотропную смесь акрилонитрила и воды и приблизительно 0,05 мас.% или менее ацетонитрила, согласно следующему аспекту приблизительно 0,03 мас.% или менее ацетонитрила и согласно следующему аспекту приблизительно 0,01 мас.% или менее ацетонитрила;
верхний поток содержит от приблизительно 70 мас.% до приблизительно 90 мас.% акрилонитрила и согласно следующему аспекту от приблизительно 75 до приблизительно 85 мас.% акрилонитрила;
нижний поток содержит от приблизительно 0 до приблизительно 0,0075 мас.% ацетонитрила, согласно следующему аспекту от приблизительно 0,0025 до приблизительно 0,007 мас.% ацетонитрила и согласно следующему аспекту от приблизительно 0,0025 до приблизительно 0,005 мас.% ацетонитрила; и
боковой поток содержит от приблизительно 5 до приблизительно 70 мас.% ацетонитрила, согласно следующему аспекту от приблизительно 5 до приблизительно 50 мас.% ацетонитрила и согласно следующему аспекту от приблизительно 6 до приблизительно 12 мас.% ацетонитрила.
[0038] Способ эксплуатации колонны выделения включает в себя обеспечение температуры от приблизительно 100 до приблизительно 105°C на контрольной тарелке в колонне выделения перед введением исходного потока в колонну выделения. Согласно данному аспекту контрольная тарелка находится в средней секции колонны выделения. Способ дополнительно включает обеспечение температуры от приблизительно 100°C или менее в верхней секции колонны выделения перед введением исходного потока в колонну выделения, согласно следующему аспекту температура верхней секции колонны выделения составляет от приблизительно 70 до приблизительно 90°C перед введением исходного потока в колонну выделения. Согласно данному аспекту исходный поток содержит органические вещества. Органические вещества могут включать в себя акрилонитрил, метакрилонитрил, ацетонитрил и их смеси.
[0039] После обеспечения указанных температур способ включает в себя введение смеси акрилонитрила и ацетонитрила в колонну выделения; введение в контакт смеси акрилонитрила и ацетонитрила с водным растворителем с получением азеотропной смеси акрилонитрила и воды; отделение азеотропной смеси акрилонитрила и воды от ацетонитрила с получением верхнего потока, который содержит азеотропную смесь акрилонитрила и воды и приблизительно 0,05 мас.% или менее ацетонитрила. Способ производит нижний поток, который содержит от приблизительно 0 до приблизительно 0,0075 мас.% ацетонитрила, и боковой поток, который содержит от приблизительно 5 до приблизительно 70 мас.% ацетонитрила.
[0040] Согласно следующему аспекту способ эксплуатации колонны выделения включает в себя обеспечение температуры от приблизительно 100°C или менее в верхней секции колонны выделения перед введением исходного потока в колонну выделения. Согласно данному аспекту температура верхней секции колонны выделения составляет от приблизительно 70 до приблизительно 90°C перед введением исходного потока в колонну выделения.
[0041] После обеспечения указанных температур способ включает в себя введение смеси акрилонитрила и ацетонитрила в колонну выделения; введение в контакт смеси акрилонитрила и ацетонитрила с водным растворителем с получением азеотропной смеси акрилонитрила и воды; отделение азеотропной смеси акрилонитрила и воды от ацетонитрила с получением верхнего потока, который содержит азеотропную смесь акрилонитрила и воды и приблизительно 0,05 мас.% или менее ацетонитрила. Способ производит нижний поток, который содержит от приблизительно 0 до приблизительно 0,0075 мас.% ацетонитрила, и боковой поток, который содержит от приблизительно 5 до приблизительно 70 мас.% ацетонитрила.
Усовершенствованное технологическое управление
[0042] Одна задача способа экстракционной дистилляции смеси акрилонитрила и ацетонитрила включает в себя уменьшение содержания примесей в верхнем потоке и в боковом потоке. Согласно первому аспекту контроля, контроль содержания примесей включает в себя количество воды, добавляемое в колонну выделения, и температуру колонны. Согласно другому аспекту контроля, контроль включает в себя уровень или количество материала в декантаторе и перепад давления в колонне выделения. Следующие контролируемые величины включать в себя содержание примеси оксазола в верхнем потоке, содержание HCN в боковом потоке, соотношение потоков водного растворителя и обогащенной воды и соотношение бокового потока и потока обогащенной воды.
[0043] Согласно одному аспекту технологическое управление включает в себя использование усовершенствованного технологического контроллера, обеспечивающего управление на основе прогнозирующих моделей, чтобы определять одновременные действия по управлению для множества регулируемых переменных в целях оптимизации, по меньшей мере одного из множества параметров при одновременном контроле по меньшей мере одного множества контролируемых. Согласно данному аспекту множество регулируемых переменных может включать в себя количество водного растворителя, добавляемое в дистилляционную колонну, и температуру дистилляционной колонны. Множество контролируемых переменных может включать в себя количество ацетонитрила в верхнем потоке и количество акрилонитрила в боковом потоке. Множество контролируемых переменных может дополнительно включать в себя уровень декантатора и/или перепад давления дистилляционной колонны. Согласно следующему аспекту контролируемые переменные дополнительно включают в себя параметры, которые представляют собой уровень оксазола в верхнем потоке, соотношение скорости потока водного растворителя и скорости потока смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил, соотношение скорости движения бокового потока и скорости потока смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил и их смеси.
[0044] При использовании в настоящем документе термин “регулируемые переменные” означает переменные, которые регулируются посредством усовершенствованного технологического контроллера. Термин “контролируемые переменные” означает переменные, которые поддерживаются посредством усовершенствованного технологического контроллера на установленном уровне (заданном уровне) или в пределах установленного диапазона (заданный диапазон). “Оптимизация переменной” означает обеспечение переменной до максимального или минимального значения и поддержание переменной на заданном уровне.
[0045] Один аспект управления на основе прогнозирующих моделей заключается в том, что будущее технологическое поведение прогнозируют с использованием модели и имеющихся измерений контролируемых переменных. Выходы контроллера вычисляют таким образом, чтобы оптимизировать показатель производительности, который представляет собой линейную или квадратичную функцию прогнозируемых ошибок и вычисленных будущих управляющих действий. В случае каждого отбора проб повторяют контрольные вычисления и обновляют прогнозы на основании текущих измерений. Согласно данному аспекту подходящая модель представляет собой модель, которая включает в себя множество эмпирических моделей постадийных откликов, отражающих воздействие постадийного отклика регулируемой переменной на контролируемые переменные.
[0046] Оптимальное значение для параметра, подлежащего оптимизации, может быть получено в результате отдельной стадии оптимизации, или переменная, подлежащая оптимизации, может быть включена в функцию производительности.
[0047] Перед тем, как может быть применено управление на основе прогнозирующих моделей, определяют первое воздействие постадийных изменений регулируемых переменных на переменную, подлежащую оптимизации, и на контролируемые переменные. В результате этого получают множество коэффициентов постадийных откликов. Данное множество коэффициентов постадийных откликов образует основу технологического управления на основе прогнозирующих моделей.
[0048] В течение нормальной эксплуатации прогнозируемые значения контролируемых переменных регулярно вычисляют для ряда будущих управляющих действий. Для указанных будущих управляющих действий вычисляют показатель производительности. Показатель производительности включает в себя два члена, причем первый член представляет собой сумму будущих управляющих действий в отношении прогнозируемой ошибки для каждого управляющего действия, и второй член представляет собой сумму будущих управляющих действий в отношении изменения регулируемых переменных для каждого управляющего действия. Для каждой контролируемой переменной прогнозируемая ошибка представляет собой разность между прогнозируемым значением контролируемой переменной и эталонным значением контролируемой переменной. Прогнозируемые ошибки умножают на весовой коэффициент, и изменения регулируемых переменных для управляющего действия умножают на коэффициент подавления действия. Обсуждаемый здесь показатель производительности является линейным.
[0049] В качестве альтернативы, члены могут представлять собой сумму квадратных членов, и в таком случае показатель производительности является квадратичным. Кроме того, могут быть установлены ограничения в отношении регулируемых переменных, изменения регулируемых переменных и контролируемых переменных. Это приводит к отдельной системе уравнений, которые решают одновременно с сокращением до минимума показателя производительности.
[0050] Оптимизация может быть осуществлена двумя способами: один способ представляет собой отдельную оптимизацию помимо сокращения до минимума показателя производительности, и второй способ представляет собой оптимизацию в рамках показателя производительности.
[0051] Когда осуществляют отдельную оптимизацию, переменные, подлежащие оптимизации, включают как контролируемые переменные в прогнозируемую ошибку для каждого управляющего действия, и оптимизация дает эталонное значение для контролируемых переменных.
[0052] В качестве альтернативы, оптимизацию осуществляют в рамках вычисления показателя производительности, и это дает третий член в показателе производительности с соответствующим весовым коэффициентом. В этом случае эталонные значения контролируемых переменных представляют собой заданные значения для равновесного состояния, которые остаются постоянными.
[0053] Показатель производительности сокращают до минимума, принимая во внимание ограничения, чтобы получить значения регулируемых переменных для будущих управляющих действий. Однако выполняется только следующее управляющее действие. Затем снова начинают вычисление показателя производительности для будущих управляющих действий.
[0054] Модели с коэффициентами постадийных откликов и уравнения, требуемые для управления на основе прогнозирующих моделей, представляют собой часть компьютерной программы, которую выполняют для управления процессом ожижения. Компьютерное программное обеспечение, в которое загружена такая программа, которая может осуществлять управление на основе прогнозирующих моделей, называется “усовершенствованный технологический контроллер”. Имеющееся в продаже компьютерное программное обеспечение, которое может быть использовано, включает в себя, например, DMCplus от компании Aspen Technology и PredictPro от компании Emerson.
2
[0055] Согласно одному аспекту способ обеспечивает увеличение производительности колонны. Производительность колонны определяют как количество обогащенной воды (смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил и поступает в колонну), которое колонна может перерабатывать. Согласно данному аспекту способ обеспечивает соотношение производительности колонны (т/час) и площади поперечного сечения на уровне впуска исходного материала (мм) от приблизительно 0,00002 до приблизительно 0,00003.
[0056] Согласно следующему аспекту способ обеспечивает уменьшение энергопотребления. Согласно данному аспекту способ обеспечивает энергопотребление, составляющее 1600 БТЕ или менее на галлон смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил и поступает в колонну, согласно следующему аспекту приблизительно 1500 БТЕ или менее и согласно следующему аспекту приблизительно 1400 БТЕ или менее на галлон смеси, которая содержит акрилонитрил и ацетонитрил и поступает в колонну.
[0057] Хотя изобретение, представленное в настоящем документе, описано посредством соответствующих конкретных вариантов осуществления, примеров и приложений, специалисты в данной области техники могли бы произвести соответствующие многочисленные модификации и вариации без выхода за пределы объема настоящего изобретения, которое определено в формуле изобретения.