專利名稱：丙烯腈的制備方法
技術領域：
本發明涉及通過氨氧化制備丙烯腈的方法，更具體地，涉及通過驟冷反應氣體徹底除去氨的方法來提高產率而有效地制備丙烯腈的方法。
背景技術：
通過氨氧化制備丙烯腈的方法已經在許多方面進行了改進，因此已經成功的工業化，并且這種方法在技術上已經成熟。但是人們仍在努力改進單位使用消耗和減少生產成本以提高生產效率。
已知當用氨氧化制備丙烯腈時，從各種原料中得到的反應氣體含有副產物如氫氰酸，乙腈和乙醛及丙烯腈。這些副產物與丙烯腈在未反應的氨存在下反應或與另一個丙烯腈反應，結果產生高沸點化合物。高沸點化合物不僅減少目標產物丙烯腈的產率，而且阻塞在下步驟冷塔的不同部件。因此，必須立即從反應氣體中分離這種副產物。特別是有利于副反應的未反應的氨必須盡快完全除去。
一般采用預冷卻反應器中產生的反應氣體，立即將冷卻的反應氣體送到驟冷塔，并用含有酸如硫酸的水洗滌和驟冷反應氣體方法以鹽的形式分離未反應的氨，同時除去上述其它雜質和副產物。在一個非常有效的常規生產方法中，建議使用多級驟冷塔將驟冷過程分成二步或多步，其中包括通過與足量硫酸反應中和未反應的氨以鹽的形式分離大多數未反應的氨，同時冷凝部分在第一驟冷室反應氣體中的蒸汽，并且冷凝第二驟冷室中的大部分殘留蒸汽(U.S.專利號3,649,179)。
由于比常規方法有效收集氨和高濃度銨鹽的能力，該方法成功地減少了回收和處理鹽的成本。但是這種方法氨收集率還不夠，因此，還存在如丙烯腈的損失和由高沸點(重的)化合物阻塞引起的麻煩等問題。發明詳述本發明人對上述問題經過廣泛深入地研究發現通過調節噴嘴二維密度和在某個范圍的給水量可明顯提高氨收集率，從而完成了本發明。
本發明提供了通過丙烯和/或丙烷，氨和分子氧在催化劑存在下反應制備丙烯腈的方法和在多級驟冷塔中純化的反應氣體的方法。該方法包括以下步驟將反應氣體送入多級驟冷塔的第一驟冷室，所述第一驟冷室具有以二維密度為2噴嘴/m2或多級驟冷塔截面多個噴嘴的密度安裝噴嘴的水供應管，并且將每1T從噴嘴噴出的反應氣體與5T水或更多的水接觸。單位“T”是重量1000kg的計算單位。
用于本發明的驟冷塔包括分為二級或更多級的多級驟冷塔，并且每級含有一個如附

圖1所示的驟冷室。用丙烯和/或丙烷，氨和分子氧反應得到的氣體首先被引入第一驟冷室(2)，以便通過與含有酸如硫酸的水接觸將其冷卻和洗滌。此時，未反應的氨，高沸點化合物，聚合物，分散的催化劑等均被除去。之后，其余的副產物在所述多級塔驟冷室中被除去。
在多級驟冷塔中，噴嘴(17)安裝在水供應管(9)的末端。在多級塔的上部，如填充床(11)，這些驟冷室中填充瓷拉希格圈。
如噴嘴(17)，可以使用具有1-5kg/cm2G不同壓力和噴角為90-100°的噴嘴，例如空圓錐型和圓桶型噴嘴。在第一驟冷室(2)中噴嘴(17)的二維密度必須為2噴嘴/m2或多級驟冷塔截面多個噴嘴。結果，每個可以噴水的噴嘴(17)區域與另一個區域可很好重疊以便獲得優良的氨收集率。當二維密度少于2噴嘴/m2時，水不能完全噴在所有驟冷塔的截面，因為噴水區域不能很好重疊。因此，分散的水和反應氣體不能充分的接觸，不能得到好的氨收集率。噴嘴二維密度優選為2-8噴嘴/m2，更優選2-5噴嘴/m2。
水供應管(9)安裝在氣體入口(19)上部，以便安裝在導管上的噴嘴面對驟冷室的底部。入口(19)和噴嘴的距離優選在0.5m或更大，更優選1.0m或更大，這取決于驟冷塔的直徑。
下面將通過附圖1，多級驟冷塔實施例描述本發明生產方法。驟冷塔直徑為2.5-3.0m，高為9-10m。一般地，在生產丙烯腈中，由丙烯和/或丙烷，氨和分子氧反應得到的反應氣體有如下組成
<成分><體積％>
丙烯腈 6.0-7.0氨 0.0-1.0丙烯和/或丙烷 0.2-0.6丙烯腈 0.1-0.5氫氰酸 0.8-1.6非冷凝氣體 60.0-67.0水蒸汽 25.0-30.0其它物質(丙烯醛，高沸點化合物等)0.0-0.2這種氣體在260-280℃以15-20T/Hr速率通過氣體導管(1)被送入第一驟冷室(2)。
在第一驟冷室(2)中，將水以150-170T/Hr速率，面對氣體流方向從噴嘴(17)送入驟冷室。與氣體接觸的水通過排泄管(4)和水供應管(9)再到驟冷室。如果需要，可使用冷卻器(6)。
供應至第一驟冷室(2)的水量必須是每1T反應氣體5T水或更多。如果每1T反應氣體少于5T水，不能充分收集氨和高沸點化合物。結果反應氣體流入多級塔上部，高沸點化合物阻塞填充床(11)和導管。因此，送入水為每1T反應氣體20T水或更少，這樣得到所需收集氨率和單位利用消耗。更優選水量為每1T反應氣體7T-10T水。
將中和氨所需酸，優選硫酸加到第一驟冷室(2)的水中。優選加入酸，以便調節水的pH值為5-6，更優選為5.3-5.8。將pH值控制在這個范圍，丙烯腈損失最少，如果pH值太高或太低，丙烯腈損失增加，而且在驟冷步驟和驟冷后的吸收步驟會使塔、填充床、導管和塔盤污染或阻塞。
優選地，將反應氣體以線性速度0.10-0.90m/sec送入第一驟冷室(2)。當反應氣體的線性速度大于0.90m/sec時，氨收集率可能會降低，因為反應氣體會引起水夾帶到后面的步驟。相反，如果反應氣體的線性速度小于0.10m/sec，不能有效實現本發明效果而且在開始投資工廠和設備時，低的線性速度是不可取的。更優選的線性速度為0.50-0.80m/sec。
在第一驟冷室(2)處理過的反應氣體被送至除第一級的多級塔上部(附圖1僅畫出兩級驟冷塔)，并且繼續除去反應氣體中的氨。在多級塔上部，根據常規方法處理反應氣體。
對于附圖1所示的驟冷塔，用冷卻器(13)將第二驟冷室(3)中的水冷卻至36-38℃并且以170-190T/Hr速率通過水供應管(15)送入第二驟冷室。開始在反應氣體中的蒸汽部分被冷凝，大部分蒸汽在第二驟冷室(3)被液化。在第一級上部驟冷室中使用的水可以在第一級上部的每一驟冷室循環。如果需要，含有酸的水可與多級塔上部的驟冷室中的反應氣體接觸。
當多級驟冷塔內部反應達到平衡時，在第一驟冷室(2)中的溫度為80-100℃，盡管其可依據送入驟冷室中的反應氣體的溫度和組成在某種程度內變化。當驟冷塔內部反應達到平衡狀態時，在第一驟冷室(2)中的水變成含有極少量丙烯腈，硫酸銨和粘稠的高沸點化合物的溶液。水以0.5-1.0T/Hr速率從塔的第一驟冷室(2)排出。在塔底部的壓力為0.4-0.6kg/cm2G。
在多級驟冷塔中除去氨的反應氣體被送入吸收塔。在傳送管中氣體溫度為約37-39℃。
根據本發明，氨收集率為90％或更大，并且可有效地除去氣體副產物，同時保持原有多級驟冷塔的效率。因此，可以防止丙烯腈的損失和高沸點化合物阻塞導管或填充床。附圖簡述附圖1是本發明使用的多級驟冷塔的簡圖。數字說明1氣體導管2第一驟冷室3第二驟冷室4排水管5塔外排水管6冷卻器7酸控制閥8酸供應管9水供應管10排水管11填充床12塔外排水管13冷卻器14pH控制表15水供應管16氣體傳送管17噴嘴18氣體傳送管19氣體入口20噴嘴實施本發明的最好方式<實施例1>
使用附圖1公開的多級驟冷塔。驟冷塔直徑為2.7m，高9.7m。在塔第一驟冷室(2)中，將噴嘴(17)以驟冷塔截面的二維密度為2.3噴嘴/m2安裝在導管(9)的末端。從噴嘴(17)尖端到氣體入口(19)的距離為0.5m。噴嘴類型為空圓錐型。
丙烯，氨和分子氧在反應塔中反應得到具有以下組分的反應氣體<成分> <體積％>
丙烯腈 6.5氨 0.5丙烯和丙烷 0.4丙烯腈 0.3氫氰酸 1.2非冷凝氣體 63.5水蒸汽 27.5
其它物質(丙烯醛，高沸點化合物等) 0.1將上述氣體通過氣體導管(1)以20T/Hr速度引入第一驟冷室(2)。反應氣體的線性速度為0.66m/sec。反應氣體中的氨為55kg/Hr。
將85℃、加入硫酸調節水pH值為5.5的水以148T/Hr速率和7.4T水/1T反應氣體量從噴嘴(17)噴出。將水噴入所有第一驟冷室(2)截面。
將反應氣體中93％的氨中和并收集在第一驟冷室(2)。水以0.8T/Hr速率排出塔外。將在第一驟冷室(2)中處理過的反應氣體通過氣體傳送入口(18)送至第二驟冷室(3)。第二驟冷室(2)的填充床(11)用瓷拉希格圈填充并且如第一驟冷室方式安裝噴嘴(20)。將37℃，用硫酸調節pH值為5.5的水以180T/Hr速率從噴嘴(20)噴出。
將反應氣體中剩余的7％氨完全收集在第二驟冷室(3)中；從傳送管(16)排出的氣體不含氨氣。當塔系統達到反應平衡狀態時，塔底壓力為0.5kg/cm2G。
<比較實施例1>
按照實施例1的相同方式將如實施例1所示組成的反應氣體純化，只是噴嘴的二維密度為3.7噴嘴/m2，供應至驟冷室的水量為每1T反應氣體3.9T水。從反應氣體中氨收集率為77％。
<比較實施例2>
按照實施例1的相同方式將如實施例1所示組成的反應氣體純化，只是噴嘴的二維密度為1.9噴嘴/m2。從反應氣體中氨收集率為88％。
實用性本發明方法改進了氨收集率，因而，丙烯腈的產率增加并且避免了由于高沸點化合物在塔中阻塞等問題。
權利要求
1.一種用丙烯和/或丙烷，氨和分子氧在催化劑的存在下反應制備丙烯腈和純化多級驟冷塔中反應氣體的方法，該方法包括如下步驟將反應氣體供應至多級驟冷塔的第一驟冷室，所述第一驟冷室具有以二維密度為2噴嘴/m2或多級驟冷塔截面多個噴嘴安裝噴嘴的水供應管，并且將每1T從噴嘴噴出的反應氣體與5T或更多的水接觸。
2.根據權利要求1制備丙烯腈的方法，其中以線性速度0.1-0.9m/sec將反應氣體供應至第一驟冷室。
3.根據權利要求1制備丙烯腈的方法，其中噴嘴選自圓桶型和空圓錐型噴嘴。
全文摘要
本發明涉及用多級驟冷塔氨氧化制備丙烯腈的方法。該方法包括如下步驟:將反應氣體供應至多級驟冷塔的第一驟冷室,所述第一驟冷室具有以二維密度為2噴嘴/m
文檔編號C07C253/28GK1172471SQ96191707
公開日1998年2月4日 申請日期1996年1月25日 優先權日1995年1月31日
發明者阪井克彥 申請人:旭化成工業株式會社