CN103772235B - 一种丙烯腈生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种丙烯腈生产工艺，通过丙烯与氨反应生成丙烯腈，其中，所述丙烯和所述氨的摩尔比为1.15。通过将氨烯摩尔比控制在1.15，可以将丙烯腈生产过程中产生的杂质噁唑的转化率显著地降低至0.01%（重量）。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产工艺，更具体地，涉及一种丙烯腈的生产工艺。
背景技术
聚丙烯酰胺(PAM)是一类重要的水溶性高分子聚合物，高品质PAM具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，广泛应用于国民经济各个行业，如造纸工业、石油工业、医药工业、食品行业、建筑工业及纺织、印染工业等，享有“百业助剂”之称。
丙烯腈是生产高性能聚丙烯酰胺的主要原料。PAM性能优劣的关键之一是丙烯腈原料品质的好坏，制备高性能PAM对原料丙烯腈的纯度要求极高。目前国内丙烯腈采用丙烯、氨氧化流化床生产工艺生产丙烯腈产品，同时发生多种副反应生成氰化氢、乙腈、一氧化碳、二氧化碳、水、丙烯醛、丙烯酸、噁唑等物质，还有少量未反应的丙烯和氨。而丙烯腈中噁唑含量是影响是否能获得高相对分子质量的PAM的重要因素之一，且噁唑含量在后续反应中无法消除。因此，在生产聚丙烯酰胺前必须对工业级丙烯腈进行进一步的精制纯化，在满足丙烯腈收率及品质的前提下，将其中的噁唑等有机杂质含量降至最低，以满足高性能PAM对原料的要求。
现有丙烯腈生产工艺中，副反应产生的丙烯醛与丙烯酸易在设备内结垢，故有必要将这两种杂质的产生尽量降低，为达到此目的，操作丙烯腈反应器时，氨与丙烯的摩尔比一般保持高比值(例如1.2左右)，此时丙烯腈产品中杂质噁唑的含量为40ppm左右，而噁唑含量对生产聚丙烯酰胺有极为不良的影响。因此，有必要提供一种能够降低丙烯腈产品中噁唑含量的生产工艺。
发明内容
针对现有技术中丙烯腈产品中杂质噁唑含量较高的缺陷，本发明提供了一种能够降低丙烯腈产品中噁唑含量的生产工艺。
在丙烯腈的生产工艺，由丙烯与氨在反应器内，在催化剂作用下发生氧化反应生成丙烯腈，其中，丙烯和氨的摩尔比为1:1.15，催化剂为以钼和铋为主要原料的催化剂，例如XA5-1和C49MC，反应器内压力控制为0.06Mpa，温度控制为435℃，反应器优选为流化床反应器。与现有技术中将氨/丙烯摩尔比选择为1.20相比，本发明通过将丙烯和氨的摩尔比选择为1.15，可以显著地降低生成的副产物噁唑的含量。
在上述丙烯腈的生产工艺中，反应器中沿垂直于反应器中的流体通道的延伸方向进一步设置有多孔板，并且多层多孔板沿着平行于延伸方向彼此间隔开。通过设置多孔板，可以强迫氨、丙烯、氧气及催化剂颗粒在通过多孔板的小孔时发生接触，提高反应器进料丙烯、氨与催化剂的充分接触，使反应更加完全，从而可提高丙烯腈产品收率同时降低不良副产品(如丙烯酸、丙烯醛等)的转化率。
在上述丙烯腈的生产工艺中，多孔板的每个开孔的形状为圆形、菱形、椭圆形、方形、长方形、三角形中的任一种。
在上述丙烯腈的生产工艺中，多孔板的开孔形状优选为圆形，以减少对催化剂的磨损，且孔直径为0.8cm～2.5cm。
在上述丙烯腈的生产工艺中，多孔板的开孔率为30％～80％。
在上述丙烯腈的生产工艺中，多孔板的数目为1～15层，并且每相邻两层多孔板之间的间距为15cm～120cm。
根据本发明提供的丙烯腈的生产工艺，通过将氨烯摩尔比控制在1.15，可以将丙烯腈生产过程中产生的杂质噁唑的转化率显著地降低至0.01％(重量)，即，将产品丙烯腈中噁唑含量降低至20ppm。并通过进一步设置多孔板，可以有效地提高丙烯腈产品的收率，同时降低丙烯醛及丙烯酸的转化率。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的丙烯腈生产工艺的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，图1是根据本发明的实施例的丙烯腈生产工艺的流程图。将含有丙烯、氨和空气的流体以水平方向通入流化床反应器内，在催化剂C49MC作用下，在压力控制为0.06MPa左右和温度控制为435℃的条件下，氧化生成丙烯腈，同时发生多种副反应生成氰化氢、乙腈、一氧化碳、二氧化碳、水、丙烯醛、丙烯酸、噁唑等物质。反应器直径为7.47米，其中含有5层沿着垂直于反应器中流体通道的延伸方向设置的多孔板，多孔板的开孔率为50％，开孔形状选择为圆形，以减少对催化剂的磨损，多孔板的孔直径为0.8cm，每相邻两层多孔板在反应器中水平方向的间距为50cm，当氨烯比在1.0至1.20之间选取不同的数值时，噁唑、丙烯醛和丙烯酸的转化率如下：
表1
| 氨/丙烯摩尔比 | 1.00 | 1.05 | 1.10 | 1.15 | 1.20 |
| 噁唑(重量％) | 0.004 | 0.006 | 0.008 | 0.01 | 0.02 |
| 丙烯醛(重量％) | 1.6 | 1.4 | 1.2 | 1.0 | 0.6 |
| 丙烯酸(重量％) | 1.8 | 1.6 | 1.4 | 1.2 | 1.0 |
| 设备使用周期(月) | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
由表1中的数据可知：当氨烯摩尔比在1.0至1.20之间时，随着氨烯比增大，生成的副产物丙烯醛和丙烯酸的重量百分比逐渐较小，从而使得设备使用周期延长。由于一般用户都希望设备能够使用一年或一年以上，因此不考虑将氨烯比降到1.15以下，而提高到1.20时，噁唑转化率又过高，故综合考虑，将氨烯比选择为1.15。
实施例2
如图1所示，图1是根据本发明的实施例的丙烯腈生产工艺的流程图。将含有丙烯、氨和空气的流体以水平方向通入流化床反应器内，在催化剂XA5-1(购自辽宁营口向阳科化集团)作用下，在压力控制为0.06MPa左右和温度控制为435℃的条件下，氧化生成丙烯腈，同时发生多种副反应生成氰化氢、乙腈、一氧化碳、二氧化碳、水、丙烯醛、丙烯酸、噁唑等物质。反应器直径为7.47米，其中含有5层沿着垂直于反应器中的流体通道的延伸方向设置的多孔板，多孔板的开孔率为50％，开孔形状为圆形，多孔板的孔直径为0.8cm，每相邻两层多孔板在反应器中水平方向的间距为50cm，多孔板放置前与放置后丙烯腈产品及其副产品收率见下表：
表2
由表2中数据得出：
1)反应器中无多孔板Ⅰ组与设置多孔板后Ⅰ组相比：在反应器操作温度、操作压力、催化剂装填量及氨/丙烯摩尔比(1.20)相同情况下，设置多孔板后提高了丙烯腈产品收率，同时降低了丙烯醛及丙烯酸的转化率，但噁唑的转化率仍为0.02％(重量)，维持不变；
2)反应器中无多孔板Ⅱ组与设置多孔板后Ⅱ组相比：在反应器操作温度、操作压力、催化剂装填量及氨/丙烯摩尔比(1.15)相同情况下，与1)中的结论相同，提高了丙烯腈产品收率，同时降低了丙烯醛及丙烯酸的转化率。随着氨/丙烯摩尔比从1.20降至1.15，相应地，噁唑的转化率从0.02％(重量)降为0.01％(重量)，但是在设置多孔板前后，噁唑的转化率维持不变；
3)反应器中无多孔板Ⅰ组与反应器中无多孔板Ⅱ组相比：在反应器操作温度、操作压力、催化剂装填量不变的条件下，单纯降低氨/丙烯摩尔比，不仅使丙烯腈产品收率降低，同时令产品中杂质丙烯醛与丙烯酸转化率上升，只有噁唑的转化率降低，综合考虑，此种操作易使反应后的回收、精制单元设备(如蒸馏塔等)结垢，且丙烯腈成品收率降低，不经济；
4)反应器中无多孔板Ⅰ组与设置多孔板后Ⅱ组相比：在反应器操作温度、操作压力、催化剂装填量不变的条件下，设置多孔板且氨/丙烯摩尔比降至1.15时，丙烯腈产品及丙烯醛、丙烯酸的收率与未设置多孔板Ⅰ时基本一致，而噁唑转化率下降至0.01％(重量)，此时成品丙烯腈中噁唑含量可降至20ppm，由此可见，通过在反应器中设置多孔板和同时降低氨/丙烯摩尔比能显著提高丙烯腈产品品质，在不增加丙烯腈和丙烯醛含量的同时，可以降低噁唑的含量，从而进一步为生产高性能聚丙烯酰胺产品提供了保障。
综上所述，与现有技术中丙烯腈的生产工艺(氨烯摩尔比为1.20)相比，根据本发明提供的丙烯腈的生产工艺，通过将氨烯摩尔比控制在1.15，可以将丙烯腈生产过程中产生的杂质噁唑的转化率显著地降低至0.01％(重量)，即，将产品丙烯腈中噁唑含量降低至20ppm。并通过进一步设置多孔板，可以有效的提高丙烯腈产品的收率，同时降低丙烯醛及丙烯酸的转化率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种丙烯腈生产工艺，包括通过丙烯与氨反应生成丙烯腈，其特征在于，丙烯和氨的摩尔比为1:1.15，并且丙烯与氨在压力为0.06Mpa、温度为435℃的反应器中发生反应；
其中，所述反应器中沿垂直于所述反应器中的流体通道的延伸方向设置有多层多孔板，所述多层多孔板沿着平行于所述延伸方向彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述反应器为流化床反应器。
3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述反应器中具有催化剂，丙烯与氨在催化剂的作用下发生反应。
4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于，所述催化剂为C49MC。
5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述多孔板的每个开孔的形状为圆形、菱形、椭圆形、方形、长方形、三角形中的任一种。
6.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述多孔板的开孔形状为圆形，孔直径为0.8cm～2.5cm。
7.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述多孔板的开孔率为30％～80％。
8.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述多孔板的数目为1～15层，并且每相邻两层多孔板之间的间距为15cm～120cm。
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