СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА ИЗ СБРОСНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2000 года по МПК C07C7/11 C07C11/24 C07C33/46 C07D207/267 

Изобретение относится к химической технологии, точнее, к усовершенствованному способу выделения ацетилена из сбросных газов процесса получения 1,4-бутиндиола (1,4-БИД) на базе ацетилена и формальдегида, а также процесса получения N-винилпирролидона (N-ВП) методом винилирования α-пирролидона (Справочник нефтехимика под редакцией С.К. Огородникова, т. 2, Л.: Химия, 1978, 592 с.).

Сбросные газы указанных процессов содержат помимо ацетилена азот, примеси метанола и формальдегида. По действующей технологии для снижения содержания накапливающихся в циркуляционном ацетилене инертных газов, примесей формальдегида и метанола часть ацетилена сбрасывают на факел для сжигания (40-50 нм³/ч).

Ниже предлагается способ очистки ацетилена от указанных выше примесей, позволяющий выделять из сбросных газов ацетилен с концентрацией 98 мас.% и выше, который может быть возвращен в реакторы синтеза 1,4-БИД и N-ВП.

Известен способ извлечения ацетилена из смесей, получаемых при пиролизе и крекинге нефтяных фракций, абсорбцией селективными растворителями (патент США, кл. 55/40, B 01 D 53/16, N 4274841, заявл. 28.03.80, N 134948, опубл. 23.06.81) - прототип.

Согласно указанному способу-прототипу газ пиролиза или каталитического крекинга, содержащий помимо ацетилена метан, этан, этилен, водород, окись углерода, направляют под давлением 1-19 ати в нижнюю часть абсорбера. В верхнюю часть абсорбера подают селективный растворитель, в качестве которого используют диметилформамид, N-метилпирролидон (N-МП), бутиролактон, метилэтилкетон при температуре 0-40^oC, при объемном соотношении газ:абсорбент (50-80):1. По верху абсорбера выделяют "сухой" газ, содержащий 5-7% ацетилена, который направляют на сжигание. По низу абсорбера выделяют насыщенный ацетиленом абсорбент. Последний нагревают в теплообменнике и разделяют в десорбере на газовую фазу, обогащенную ацетиленом, и жидкую фазу, которую подвергают дополнительной отпарке для доизвлечения ацетилена. В результате выделяют ацетилен чистотой 98-99 об.% с выходом от потенциала 78-88 мас.%.

Недостатком рассматриваемого способа является невысокая эффективность его при выделении ацетилена из сбросных газов производств 1,4-БИД и N-ВП, содержащих примеси азота, метанола, формальдегида, которые отсутствуют в составе газов, из которых выделяют ацетилен в способе-прототипе. Как следует из данных примера 6 настоящей заявки, в котором в качестве абсорбента используют чистый N-МП, из объединенного потока сбросного газа производств 1,4-БИД и N-ВП, содержащего 0,47 об.% метанола, 0,73 об.% формальдегида, 14,3 об. % азота, с применением способа-прототипа выделяют ацетилен чистотой 96,6 об.% с потенциальным выходом 79,1 мас.%.

Известен ряд других патентов по выделению ацетилена из газов пиролиза и крекинга, отличающихся используемыми абсорбентами и технологией десорбции ацетилена (патент ФРГ, кл. 120, 19/01 C 07 C, N 1925731, заявл. 21.05.69, опубл. 29.04.71; патент США, кл. 55-38 N 3234712, заявл. 22.08.61, опубл. 15.02.66). Недостатки этих способов те же самые, как и в рассмотренном выше способе.

Цель настоящего изобретения - утилизация ацетилена из сбросного газа производств 1,4-БИД и N-ВП, повышение качества и выхода целевого продукта.

Указанная цель достигается абсорбцией сбросного газа смешанным растворителем, включающим в качестве базового компонента N-МП, а в качестве промотора процесса абсорбции 1-8 мас.% 1,4-бутандиола (1,4-БАД) - продукта, получаемого гидрированием 1,4-БИД.

Абсорбцию ацетилена осуществляют в абсорбере эффективностью 5-10 теоретических тарелок (т.т.) при температуре 20-60^oC, избыточном давлении 0,02-1,0 МПа и объемном соотношении сбросный газ:абсорбент, равном (5-30):1. Насыщенный ацетиленом абсорбент направляют в десорбер эффективностью 5-15 т.т., где при избыточном давлении 0,005-0,02 МПа и температуре 100-130^oC отделяют целевой ацетилен от абсорбента. Ацетилен направляют в реакторы синтеза 1,4-БИД, N-ВП, а абсорбент рециркулируют в абсорбер.

Введение в абсорбент двухатомного спирта - 1,4-бутандиола - позволяет более полно очищать выделяемый ацетилен от азота, а также от примесей метанола и формальдегида и получить целевой продукт чистотой 98 об.% и выше при потенциальном выходе 88-94 мас. %. При использовании N-МП, не содержащего промотора - 1,4-БАД, из сбросного газа выделяют ацетилен чистотой не выше 96,6 об.% с потенциальным выходом не более 79 мас.% (см. примеры).

Существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:
проведение процесса выделения ацетилена из сбросного газа, содержащего помимо ацетилена азот, метанол, формальдегид, абсорбцией растворителем, включающим в качестве базового компонента N-МП, а в качестве промотора абсорбции 1,4-БАД с концентрацией его в абсорбенте 1-10 мас.% и объемном соотношении сбросный газ:абсорбент (5-30):1;
проведение процесса абсорбции при избыточном давлении 0,02-1,0 МПа, десорбции при избыточном давлении 0,005-0,02 МПа.

Несоблюдение вышеуказанных диапазонов заявляемых параметров не позволяет выделить ацетилен чистотой 98 об.% с высоким выходом.

Заявителям не известны опубликованные источники, в которых предлагается способ выделения ацетилена из газов, содержащих совокупность таких примесей, как азот, метанол, формальдегид. Это указывает на соответствие существенных отличительных признаков способа критериям новизны и неочевидности.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом заключается в повышении качества и выхода целевого продукта.

Пример 1
(Средние значения заявляемых параметров)
Объединенный поток сбросного газа производств 1,4-БИД и N-ВП состава, об. %: ацетилен - 84,6; азот - 14,20; метанол - 0,47; формальдегид - 0,73 с расходом 55 нм³/ч направляют в нижнюю часть абсорбера эффективностью 6 т.т. В верхнюю часть абсорбера подают 3 м³/ч абсорбента состава, мас.%: N-МП - 96,8; 1,4-БАД - 3,2. Процесс абсорбции ацетилена проводят при объемном соотношении сбросный газ:абсорбент, равном 18:1, температуре 34^oC, избыточном давлении 0,05 МПа. Нерастворенный газ с верха абсорбера с расходом 11,5 нм³/ч состава, об.%: ацетилен - 35,88; азот - 64,06; метанол - 0,05; формальдегид - 0,01 направляют на факел. Насыщенный абсорбент с расходом 3050,5 кг/ч направляют в верхнюю часть десорбера. Процесс десорбции проводят при избыточном давлении 0,015 МПа и температуре в кубе десорбера 123^oC. С верха десорбера выделяют целевой ацетилен с расходом 43 нм³/ч состава, об.%: ацетилен - 98,7; азот - 1,23; метанол - 0,04; формальдегид - 0,03. Отделенный от газов N-МП рециркулируют на стадию абсорбции. Выход целевого ацетилена составляет 91,4 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 2
(Нижняя граница концентрации 1,4-БАД в абсорбенте)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что концентрация 1,4-БАД в абсорбенте отвечает нижней заявляемой границе, а именно 1 мас.%.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 98,1; азот - 1,74; метанол - 0,09; формальдегид - 0,07. Выход целевого ацетилена составляет 89,7 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 3
(Верхняя граница концентрации 1,4-БАД в абсорбенте)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что концентрация 1,4-БАД в абсорбенте отвечает верхней заявляемой границе, а именно 8 мас.%.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 99,2; азот - 0,77; метанол - 0,02; формальдегид - 0,01. Выход целевого ацетилена составляет 92,6 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 4
(Нижняя граница соотношения сбросный газ:абсорбент)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что соотношение сбросный газ: абсорбент отвечает нижней заявляемой границе, а именно 5:1.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 99,4; азот - 0,54; метанол - 0,04; формальдегид - 0,02. Выход целевого ацетилена составляет 93,3 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 5
(Верхняя граница соотношения сбросный газ:абсорбент)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что соотношение сбросный газ: абсорбент отвечает верхней заявляемой границе, а именно 30:1.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 98,3; азот - 1,53; метанол - 0,10; формальдегид - 0,07. Выход целевого ацетилена составляет 88,5 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 6
(Нижняя граница избыточного давления абсорбции)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что избыточное давление абсорбции отвечает нижней заявляемой границе, а именно 0,02 МПа.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 98,2; азот - 1,48; метанол - 0,24; формальдегид - 0,08. Выход целевого ацетилена составляет 88,2 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 7
(Верхняя граница избыточного давления абсорбции)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что избыточное давление абсорбции отвечает верхней заявляемой границе, а именно 1,0 МПа.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 99,3; азот - 0,65; метанол - 0,03; формальдегид - 0,02. Выход целевого ацетилена составляет 92,3 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 8
(Нижняя граница избыточного давления десорбции)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что избыточное давление десорбции отвечает нижней заявляемой границе, а именно 0,005 МПа.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 99,1; азот - 0,85; метанол - 0,02; формальдегид - 0,03. Выход целевого ацетилена составляет 91,8 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 9
(Верхняя граница избыточного давления десорбции)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что избыточное давление десорбции отвечает верхней заявляемой границе, а именно 0,02 МПа.

В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 98,4; азот - 1,48; метанол - 0,07; формальдегид - 0,05. Выход целевого ацетилена составляет 89,3 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Пример 10 (по способу-прототипу)
Сырье состава, приведенного в примере 1, подвергают процессу абсорбции и десорбции аналогично примеру 1 с тем отличием, что в качестве абсорбента используют чистый N-МП. Процесс абсорбции проводят при избыточном давлении 0,5 МПа и температуре 20^oC при объемном соотношении сбросный газ:абсорбент, равном 50:1. Процесс десорбции проводят при избыточном давлении 0,05 МПа и температуре 120^oC. В результате получают целевой продукт состава, об.%: ацетилен - 96,6; азот - 2,7; метанол - 0,22; формальдегид - 0,48. Выход целевого ацетилена составляет 79,1 мас.% от потенциального содержания в сбросном газе.

Изобретение относится к химической технологии, точнее, к усовершенствованному способу выделения ацетилена из сбросных газов процесса получения 1,4-бутиндиола (1,4-БИД) на базе ацетилена и формальдегида. Описывается способ выделения ацетилена из сбросных газов производства 1,4-бутиндиола из ацетилена и формальдегида и производства N-винилпирролидона винилированием α-пирролидона, содержащих ацетилен, азот, метанол и формальдегид, при этом осуществляют абсорбцию при избыточном давлении 0,02-1,0 МПа с использованием в качестве абсорбента смешанного растворителя, содержащего N-метилпирролидон и 1,4-бутандиол при концентрации последнего в абсорбенте 1-8 мас.% при объемном соотношении сбросный газ:абсорбент, равном (5-30):1, с последующей десорбцией ацетилена из насыщенного абсорбента при повышенной температуре и избыточном давлении 0,005-0,02 МПа. Технический результат - возможность утилизации ацетилена из сбросного газа, повышение качества и выхода целевого продукта.

Способ выделения ацетилена из сбросных газов производства 1,4-бутиндиола из ацетилена и формальдегида и производства N-винилпирролидона винилированием α-пирролидона, содержащих ацетилен, азот, метанол и формальдегид, отличающийся тем, что осуществляют абсорбцию при избыточном давлении 0,02 - 1,0 МПа с использованием в качестве абсорбента смешанного растворителя, содержащего N-метилпирролидон и 1,4-бутандиол, при концентрации последнего в абсорбенте 1 - 8 мас.%, при объемном соотношении сбросный газ : абсорбент, равном (5 - 30) : 1, с последующей десорбцией ацетилена из насыщенного абсорбента при повышенной температуре и избыточном давлении 0,005 - 0,02 МПа.