CN117567320A - 一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法 - Google Patents

一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,采用醋酸经过汽化、预热后,与预热后的氨气混合,进入固定床反应器反应,固定床反应器中填充催化剂,在不同温度下可以灵活生产乙腈和乙酰胺,低温时反应器出料进入乙酰胺分离塔,塔顶为水、少量的乙腈和过量的氨,塔釜主要为乙酰胺;高温时反应器出料经氨吸收、脱水后得到乙腈产品。本发明中的方法工艺简单,产率高,纯度高,安全性高。

Description

一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法
技术领域
本发明涉及乙酰胺合成技术领域,具体涉及一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法。
背景技术
乙酰胺(Acetamide)别名醋酰胺、乙酸胺、解氟灵,化学式为C2H5NO,其结构含有甲基(CH3-)、甲氧基(CH3O-)、羰基(-CO-)、氨基(-NH2)多种官能团,具有较好的化学反应活性。乙酰胺广泛用作有机物和无机物的溶剂。具有微弱碱性,可做清漆、炸药和化妆品的抗酸剂。还可作染色的润湿剂、塑料的增塑剂,也是制造药物和杀菌剂的原料。乙酰胺氯化或溴化生成的N-卤代乙酰胺,是有机合成的卤化试剂。
乙腈又名甲基氰,无色液体,极易挥发,有类似于醚的特殊气味,有优良的溶剂性能,能溶解多种有机、无机和气体物质。目前现有的醋酸氨化法合成乙腈的工艺较为复杂,存在产品比较单一、合成温度较高、能耗高、原料转化率低的缺点。
发明内容
本发明提供一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,解决了现有技术中乙腈和乙酰胺合成工艺存在的产品单一、能耗高、原料转化率低的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
设计一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,包括下列步骤:
(1)将醋酸进行汽化、预热;
(2)将氨气进行预热后与步骤(1)得到的醋酸混合;
(3)步骤(2)混合后的物料进入固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充有催化剂;
控制不同的反应温度,生产对应的产品:
(3a)反应温度控制在200-240℃,压力控制在30-50kPa,反应后进行步骤(4)、步骤(5);
(3b)反应温度控制在360-390℃,压力控制在30-50kPa,反应后进行步骤(6);
(4)步骤(3a)反应后的物料进入乙酰胺分离塔,升温使得乙酰胺分离塔塔顶温度120-125℃,塔釜温度145-150℃,直至塔釜液位不变;
(5)步骤(4)分离后,分离塔的塔顶为水、少量乙腈和过量的氨,塔釜物料为乙酰胺,经冷却结晶后,干燥、称重,得到乙酰胺粗产品;
(6)步骤(3b)反应后的物料经过氨吸收、脱水后乙腈产品。
在上述技术方案中,制备乙腈产品的反应方程式为C2H4O2+NH3→CH3CN+2H2O,制备乙酰胺的反应方程式为C2H4O2+NH3→CH3CONH2+H2O,最终反应后醋酸的转化率达到99%,制备的乙酰胺纯度高、选择性较高。
优选的,所述步骤(1)中,将原料醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;
优选的,所述步骤(2)中,氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合。
优选的,所述步骤(2)中,所述醋酸与氨气物质的量之比1:(1.05-1.1)。
优选的,所述步骤(3)中,固定床反应器中的催化剂为Co-Ni-Al2O3催化剂。
优选的,该Co-Ni-Al2O3催化剂的制备方法包括下列步骤:
①载体的预处理:将γ-Al2O3载体研磨至2mm,在马弗炉中焙烧,从室温以2~3℃/min的升温速率升至116~125℃,维持4~6h,然后升温至530~560℃保持8~12h,升温速率为5~8℃/min,然后自然冷却至室温;
②称取步骤①得到的Al2O3载体加入到水中,再加入0.075mol/L的Ni(NO3)2溶液和0.225mol/L的Co(NO3)2溶液,磁力搅拌1~1.5h,直至完全混合均匀,随后加入0.5mol/L的NaBH4溶液,继续搅拌1.5~3h,分别用无水乙醇和蒸馏水离心洗涤3~5次,然后在78~85℃的条件下在真空干燥箱中干燥10~14h,制得Co-Ni-Al2O3催化剂。
优选的,所述步骤②中水溶性钴盐和Al2O3载体的摩尔比为0.01~0.05:1;所述步骤②中水溶性镍盐和水溶性钴盐的摩尔比为3~5:1;所述步骤②中每1g的Al2O3载体使用100ml水。
优选的,所述步骤(3a)和步骤(3b)中,混合物料进入固定床反应器的流量为25L/min;在固定床反应器中的反应时间为20s。
优选的,所述步骤(6)中,氨吸收的条件是:向氨吸收塔内通入醋酸,塔底温度110-120℃,塔顶温度85-90℃;氨吸收完毕后再进入脱水塔进行变压精馏脱水。
本发明的有益效果在于:
本发明中的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,在不同的温度条件下可以生产不同的产品,在350-380℃时反应生成乙腈;在200-240℃时反应生成乙酰胺;工艺简单,产率高,纯度高,安全性高;采用Co-Ni-Al2O3催化剂,使得在制备乙腈和乙酰胺时都有较高的选择性,乙腈的选择性可达到96.3%,乙酰胺选择性可达到93.1%,同时原料转化率高,可达到99%以上;此外该催化剂有制作成本低、副反应少等优点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式,但以下实施例只是用来详细说明本发明,并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明,均为常规设备元件;所涉及的工业原料如无特别说明,均为市售常规工业原料。
实施例1:将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充Co-Ni-Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在350-360℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入氨吸收塔,控制氨吸收塔塔顶温度85-90℃,塔釜温度110-120℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和乙腈,塔顶物料经氨吸收、脱水后得到乙腈3632g,纯度99.9%,乙腈选择性88.5%。
实施例2:将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充Co-Ni-Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在360-370℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入氨吸收塔,控制氨吸收塔塔顶温度85-90℃,塔釜温度110-120℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和乙腈,塔顶物料经氨吸收、脱水后得到乙腈3953g,纯度99.9%,乙腈选择性96.3%。
实施例3:将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充Co-Ni-Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在370-380℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入氨吸收塔,控制氨吸收塔塔顶温度85-90℃,塔釜温度110-120℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和乙腈,塔顶物料经氨吸收、脱水后得到乙腈3887g,纯度99.9%,乙腈选择性94.7%。
实施例4:将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入乙酰胺固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充Co-Ni-Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在210-215℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入乙酰胺分离塔,升温使得乙酰胺分离塔塔顶温度120-125℃,塔釜温度145-150℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和少量乙腈,塔釜物料为乙酰胺,经冷却结晶后,干燥、称重,得到乙酰胺粗产品5783g,乙酰胺含量95%,选择性93.1%。
实施例5:将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入乙酰胺固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充Co-Ni-Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在220-230℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入乙酰胺分离塔,升温使得乙酰胺分离塔塔顶温度120-125℃,塔釜温度145-150℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和少量乙腈,塔釜物料为乙酰胺,经冷却结晶后,干燥、称重,得到乙酰胺粗产品5642g,乙酰胺含量95%,选择性90.8%。
实施例6:将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入乙酰胺固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充Co-Ni-Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在200-210℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入乙酰胺分离塔,升温使得乙酰胺分离塔塔顶温度120-125℃,塔釜温度145-150℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和少量乙腈,塔釜物料为乙酰胺,经冷却结晶后,干燥、称重,得到乙酰胺粗产品5530g,乙酰胺含量94%,选择性88.1%。
实施例7:将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入乙酰胺固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充Co-Ni-Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在230-240℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入乙酰胺分离塔,升温使得乙酰胺分离塔塔顶温度120-125℃,塔釜温度145-150℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和少量乙腈,塔釜物料为乙酰胺,经冷却结晶后,干燥、称重,得到乙酰胺粗产品5578g,乙酰胺含量95%,选择性89.8%。
在以上实施例中,步骤(3)固定床反应器中所用的催化剂为Co-Ni-Al2O3催化剂。该Co-Ni-Al2O3催化剂的制备方法包括下列步骤:
①载体的预处理:γ-Al2O3载体研磨至2mm,在马弗炉中焙烧,从室温以2℃/min的升温速率升至120℃维持5h,然后升温至550℃保持10h,升温速率为5℃/min,然后自然冷却至室温。
②称取步骤①得到的Al2O3载体加入到水中,再加入0.075mol/L的Ni(NO3)2溶液和0.225mol/L的Co(NO3)2溶液,磁力搅拌1~1.5h,直至完全混合均匀,随后加入0.5mol/L的NaBH4溶液,继续搅拌1.5~3h,分别用无水乙醇和蒸馏水离心洗涤3~5次,然后在78~85℃的条件下在真空干燥箱中干燥10~14h,制得Co-Ni-Al2O3催化剂。
其中,水溶性钴盐(水溶液中的纯物质)和Al2O3载体的摩尔比为0.01~0.05:1;水溶性镍盐(水溶液中的纯物质)和水溶性钴盐(水溶液中的纯物质)的摩尔比为3~5:1;所述步骤②中每1g的Al2O3载体使用100ml水。
比较例1:
将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充传统Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在395-405℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入氨吸收塔,控制氨吸收塔塔顶温度85-90℃,塔釜温度110-120℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和乙腈,塔顶物料经脱水后得到乙腈3586g,纯度99.8%,乙腈选择性87.2%。
比较例2:
将6000g醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐;氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合,混合后的物料进入乙酰胺固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充传统Al2O3催化剂,氨气流量25L/min,反应温度控制在210-215℃,压力控制在30-50kPa,反应20s后进入乙酰胺分离塔,升温使得乙酰胺分离塔塔顶温度120-125℃,塔釜温度145-150℃,直至塔釜液位不变,塔顶主要有水和少量乙腈,塔釜物料为乙酰胺,经冷却结晶后,干燥、称重,得到乙酰胺粗产品3262g,乙酰胺含量86%,选择性53.1%。
从以上实施例和对比例可以看出,采用Co-Ni-Al2O3催化剂和传统Al2O3催化剂在制备乙腈时都有较高的选择性,但采用Co-Ni-Al2O3催化剂时乙腈的选择性更优,传统Al2O3催化剂在制备乙酰胺时,选择性仅有53.1%,远远低于Co-Ni-Al2O3催化剂;并且,在乙腈制备过程中,Co-Ni-Al2O3催化剂反应温度比传统Al2O3催化剂反应温度低,能耗更低。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明,但是所属技术领域的技术人员能够理解,在不脱离本发明宗旨的前提下,还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更,形成多个具体的实施例,均为本发明的常见变化范围,在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,包括下列步骤:
(1)将醋酸进行汽化、预热;
(2)将氨气进行预热后与步骤(1)得到的醋酸混合;
(3)步骤(2)混合后的物料进入固定床反应器内进行反应,固定床反应器中填充有催化剂;
控制不同的反应温度,生产对应的产品:
(3a)反应温度控制在200-240℃,压力控制在30-50kPa,反应后进行步骤(4)、步骤(5);
(3b)反应温度控制在360-390℃,压力控制在30-50kPa,反应后进行步骤(6);
(4)步骤(3a)反应后的物料进入乙酰胺分离塔,升温使得乙酰胺分离塔塔顶温度120-125℃,塔釜温度145-150℃,直至塔釜液位不变;
(5)步骤(4)分离后,分离塔的塔顶为水、少量乙腈和过量的氨,塔釜物料为乙酰胺,经冷却结晶后,干燥、称重,得到乙酰胺粗产品;
(6)步骤(3b)反应后的物料经过氨吸收、脱水后乙腈产品。
2.根据权利要求1所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,将原料醋酸加入储存罐,由泵泵入醋酸汽化器中,汽化后进入醋酸预热器,预热至200℃后进入混合罐。
3.根据权利要求2所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,氨气经氨气预热器预热至200℃后进入混合罐与醋酸混合。
4.根据权利要求3所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述醋酸与氨气物质的量之比1:(1.05-1.1)。
5.根据权利要求3所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,固定床反应器中的催化剂为Co-Ni-Al2O3催化剂。
6.根据权利要求5所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,该Co-Ni-Al2O3催化剂的制备方法包括下列步骤:
①载体的预处理:将γ-Al2O3载体研磨至2mm,在马弗炉中焙烧,从室温以2~3℃/min的升温速率升至116~125℃,维持4~6h,然后升温至530~560℃保持8~12h,升温速率为5~8℃/min,然后自然冷却至室温;
②称取步骤①得到的Al2O3载体加入到水中,再加入0.075mol/L的Ni(NO3)2溶液和0.225mol/L的Co(NO3)2溶液,磁力搅拌1~1.5h,直至完全混合均匀,随后加入0.5mol/L的NaBH4溶液,继续搅拌1.5~3h,分别用无水乙醇和蒸馏水离心洗涤3~5次,然后在78~85℃的条件下在真空干燥箱中干燥10~14h,制得Co-Ni-Al2O3催化剂。
7.根据权利要求6所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,所述步骤②中水溶性钴盐和Al2O3载体的摩尔比为0.01~0.05:1;所述步骤②中水溶性镍盐和水溶性钴盐的摩尔比为3~5:1。
8.根据权利要求1所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,所述步骤(3a)和步骤(3b)中,混合物料进入固定床反应器的流量为25L/min;在固定床反应器中的反应时间为20s。
9.根据权利要求1所述的醋酸氨化法制备乙腈联产乙酰胺的方法,其特征在于,所述步骤(6)中,氨吸收的条件是:向氨吸收塔内通入醋酸,塔底温度110-120℃,塔顶温度85-90℃;氨吸收完毕后再进入脱水塔进行变压精馏脱水。
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