Способ и установка для регенерации отработанной серной кислоты из процессов нитрования

Классификация по МПК: C01B

Патентная информация
Заявка на изобретение №: 
2012110023
Дата публикации: 
Воскресенье, Октябрь 27, 2013

1. Способ регенерации отработанной кислоты из процессов получения нитроароматических соединений, особенно из процессов получения динитротолуола (ДНТ) или/три-нитротолуола (ТНТ) для получения концентрированной и очищенной серной кислоты и азотной кислоты,

в котором на первой стадии предварительно нагретую отработанную кислоту, содержащую до 80 мас.%, серной кислоты и воды, а также азотную кислоту (HNO3), нитро-зилсерную кислоту (в виде HNO2), и нитроорганику, особенно ДНТ и мононитротолуол (МНТ), разделяют в отпарной колонне в противотоке с паром, получаемым в донной части отпарной колонны нагреванием предварительно сконцентрированной серной кислоты, на по крайней мере одну паровую фазу, состоящую из азотной кислоты с нитроорганикой или без нее, и предварительно сконцентрированную серную кислоту,

и в котором на последующих стадиях (i) предварительно сконцентрированную серную кислоту, получаемую в донной части отпарной колонны, подают на дальнейшую очистку для удаления нитроорганики и дальнейшее концентрирование, и (ii) азотную кислоту, полученную из паровой фазы смеси азотной кислоты и нитроорганики, включая нитроорганику, выделенную при последующей очистке и концентрировании предварительно сконцентрированной серной кислоты, регенерируют и возвращают в процесс нитрования, характеризующийся тем, что

на первой стадии процесса в дополнение к отдувке предварительно нагретой отработанной кислоты в отпарной колонне противотоком к пару из предварительного концентрирования серной кислоты (V1), проводят концентрирование присутствующей в парах отдувки азотной кислоты, в противотоке к добавляемой очищенной и, возможно, свежей концентрированной серной кислоте с концентрацией от 75 до 97%, предпочтительно от 80 до 96 мас.%, и пары азотной кислоты, получаемые на первой стадии в верхней части колонны, конденсируют, получая непосредственно высококонцентрированную кислоту, пригодную для возврата в процесс нитрования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии добавляемую серную кислоту подают в такой концентрации и количестве, чтобы парциальное давление азотной кислоты в парах отдувки в верхней части колонны на первой стадии выросло так, чтобы получить концентрацию азотной кислоты в пределах от 40 до 99,99 мас.%.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что азотную кислоту до концентрации около 70% по массе получают, вводя отработанную кислоту и добавочную серную кислоту на одном и том же уровне в верхнюю часть отпарной колонны, и отводя паровую фазу, содержащую концентрированную азотную кислоту в верхней части этой отпарной колонны.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регенерацию отработанной кислоты на первой стадии проводят при подаче отработанной кислоты, предварительно нагретой до температуры чуть ниже температуры кипения, в среднюю зону первой колонны (К1), в которой есть расположенная ниже средней зоны секция отпаривания для отдувки отработанной кислоты противоточным паром из донной секции (V1), и секция ректификации, расположенная выше средней зоны, при этом в верхнюю часть секции ректификации подают, по крайней мере частично, добавочную серную кислоту.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регенерацию отработанной кислоты на первой стадии проводят таким образом, что отработанная кислота, предварительно нагретая до температуры чуть ниже температуры кипения, подается в верхнюю часть колонны, работающей как отпарная колонна для отдувки отработанной кислоты в противотоке паром из донной части, при этом колонна снабжена в верхней части дополнительным сепаратором для удаления жидкой фазы, содержащей нитроорганику (МНТ/ДНТ) из паровой фазы, содержащей азотную кислоту, а паровую фазу, содержащую азотную кислоту, и получаемую из отпарной колонны и сепаратора, подают непосредственно в отдельную ректификационную колонну, в верхнюю часть которой подают добавочную концентрированную серную кислоту, при этом серную кислоту, полученную в нижней части ректификационной колонны, направляют в отпарную колонну и, в конце, объединяют с серной кислотой в донной части отпарной колонны.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую стадию процесса проводят под давлением от 600 до 2000 мбар, предпочтительно при атмосферном давлении.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно сконцентрированную серную кислоту, полученную в донной части колонны на первой стадии, подают в верхнюю часть второй отпарной колонны (К2), которая работает при пониженном давлении между 250 и 550 мбар, и остаточные количества нитроорганики отдувают из предварительно очищенной серной кислоты во второй отпарной колонне противотоком к паровой фазе из нагреваемой донной части (V2) этой отпарной колонны (К2) и, выборочно, дополнительным острым паром, при этом паровую фазу, полученную в верхней части второй отпарной колонны (К2), конденсируют, получая кислотно-водно-нитроорганический конденсат, и из донной части (V2) колонны получают очищенную серную кислоту.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разделения кислотного конденсата из второй отпарной колонны (К2) используют сепаратор (А1), в котором происходит разделение на нитроорганическую фазу, которая может быть возвращена в процесс нитрования, и водную фазу, содержащую остаточные количества нитроорганики.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что остаточные количества водной фазы, содержащей органические нитросоединения из сепаратора (А1) частично используют для промывки ДНТ в процессе нитрования, а остальную часть направляют, по крайней мере частично, для дальнейшей ее очистки в колонну (К4) для жидкостной экстракции органическим ароматическим экстрагентом, предпочтительно толуолом, при этом экстрагент с поглощенной им нитроорганикой, возвращают в процесс нитрования.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанную кислоту, перед регенерацией ее на первой стадии процесса, объединяют с промывочной кислотой со стадии промывки ДНТ в процессе нитрования.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовые фазы, содержащие окислы азота, полученные как отводимые газы при конденсации паров азотной кислоты и, если образуются, с других стадий процесса промывают водой в колонне-скруббере (КЗ) при повышенном давлении от 1 до 7 бар с получением дополнительного количества разбавленной азотной кислоты.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсацию паровой фазы с первой стадии и/или из дополнительной отпарной колонны (К2) проводят в теплообменниках-конденсаторах (W2, W3) с теплой водой для предотвращения осаждения твердого ДНТ, при этом температуру теплой воды для теплообменников-конденсаторов (W2, W3) поддерживают в одном или более отдельных контурах теплой воды в пределах от 40°C до 70°C добавлением холодной охлаждающей воды.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенную серную кислоту, которую получают как донный продукт второй отпарной колонны (К2) концентрируют по крайней мере в одном последующем выпарном аппарате (V3) под вакуумом между 160 и 10 мбар до концентрации 80-97 мас.%, и используют, по крайней мере частично, как добавочную серную кислоту на первой стадии способа.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что отпарные колонны (K1, К2) и их внутренние узлы, а также загружаемая в них неупорядоченная или упорядоченная насадка выполнены из коррозионно-устойчивых материалов, причем предпочтительные коррозионно-устойчивые материалы выбирают из стеклянных, керамических материалов и/или из стали с покрытием или облицовкой из эмали или (гидро)фторуглеродных полимеров.

15. Установка для осуществления способа, охарактеризованного согласно любому из пп.1-14, включающая первую отпарную колонну (К1) со входом (1) для отработанной кислоты, направляемой на регенерацию, совместно действующий выпарной аппарат (V1) для предварительного концентрирования серной кислоты и выход (2) для паровой фазы, содержащей азотную кислоту; вторую отпарную колонну (К2) с совместно действующим выпарным аппаратом (V2) для получения очищенной серной кислоты; по крайней мере один последующий выпарной аппарат (V3) для повышения концентрации очищенной серной кислоты; теплообменники-конденсаторы (W2, W3, W4) для паровых фаз, получаемых в качестве верхних продуктов из отпарных колонн (K1, К2) и выпарного аппарата (V3), а также необязательно оросительную колонну (К3) для промывки отходящих газов, содержащих окислы азота; трубопроводы для подачи исходных потоков (1, 7), для транспортировки, распределения и отвода паровых и жидкостных фаз (2, 5, 8, 10, 21), получаемых в качестве промежуточных и конечных продуктов и отводимых газов (4, 12, 13, 17, 18, 21) и необходимые нагревательные, охлаждающие и регулирующие давление устройства, характеризующаяся тем, что первая отпарная колонна (К1) снабжена входами (3, 3а) для высококонцентрированной серной кислоты, полученной при регенерации отработанной кислоты.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что входящие трубопроводы (3, 3а) соединены с верхней частью первой колонны (К1).

17. Установка по п.15, отличающаяся тем, что первая колонна разделена на отпарную колонну и ректификационную колонну, с сепаратором в виде холодильника или дефлегматора, расположенного в верхней части отпарной колонны, для удаления водной фазы, содержащей нитроорганику, а верх отпарной колонны соединен с ректификационной колонной, которая сверху имеет вход для высококонцентрированной очищенной серной кислоты.

18. Установка по любому из пп.15-17, отличающаяся тем, что она дополнительно включает экстракционную колонну (К4) со входом (14) экстрагента для жидкостной экстракции водной фазы, полученной разделением фаз кислотного конденсата из второй отпарной колонны (К2) в сепараторе (А1).