苯二甲腈氣體吸收分離方法
2023-05-08 06:35:21
專利名稱：苯二甲腈氣體吸收分離方法
技術領域：
本發明是關於對由二甲苯與氨和含氧氣體在催化劑存在下反應產生氣體中，分離苯二甲腈吸收分離方法的改進，尤其涉及從反應生成氣中吸收苯二甲腈的吸收分離方法。
背景技術：
苯二甲腈，又稱為異肽腈(IPN)，是有機合成的重要原料。苯二甲腈生產方法中，由二甲苯與氨和含氧氣體反應的氨氧化法是現階段較為先進的生產方法，即在氣固相流化床設備中使二甲苯在高溫及催化劑存在下與氨及氧反應，生成苯二甲腈。由於氨氧化反應產生大量反應熱，所以反應溫度很高，通常反應產物以氣相(稱之為反應生成氣)從反應器頂部排出。而在反應生成氣中，除含有苯二甲腈外，通常還含有氨氣、氫化氰、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氮氣、氧氣、二甲苯、甲基苯甲腈、苯甲腈等，這就需對反應生成氣進行分離，以獲得高純度的苯二甲腈。
從反應生成氣中分離苯二甲腈的方法有多種，並被多個專利及文獻所報導，其中美國專利US4134910、US6509490以及中國專利CN1397543A，報導採用有機溶劑吸收反應生成氣，使其中苯二甲腈被捕集在吸收溶劑中(我們稱之為直流式單程吸收)，再經過兩個蒸餾分離塔兩步分離，得到高純度苯二甲腈。然而這種有機溶劑直流式單程捕集吸收，雖然能夠獲得較好的吸收分離效果，但仍然存在某些不足，例如吸收液用量難以控制，會出現吸收不足和過度吸收兩種情況。
吸收液用量過大，往往會使產物(苯二甲腈)在吸收液中的濃度偏低(吸收不足)，不僅會大大增加後續蒸餾分離能耗和工時，降低分離提取效率；而且，過大的吸收液用量還會造成反應生成氣過度冷卻，當溫度低於水汽露點情況下，會造成水汽的凝結或吸收。而苯二甲腈在水中穩定性較差，在有水的條件下會發生水解反應，生成芳香醯胺或芳香羧酸，從而造成苯二甲腈的收率降低。
為了控制吸收塔中的溫度，以確保吸收液的溫度保持在水汽的露點之上，避免水汽的凝結或吸收，就必須對溶劑的用量加以限制，這樣往往又會出現吸收液用量不足。吸收液用量過少(吸收過度)，溶劑量太少，反應產物在溶劑中的濃度過高，在管線等溫度較低處吸收液會因冷卻而使苯二甲腈的溶解度降低，並隨著溶解度的降低而析出，造成管線或泵機等設備的堵塞。同時吸收劑用量過少，還會造成吸收液溫度劇烈升高，又會造成反應生成氣吸收不完全，所需的苯二甲腈產物不能被完全吸收，會隨其它不凝、不溶性氣體從放空管排空而流失，造成產品收率降低。
再就是，由於採用直流式單程吸收，為提高對產物的吸收分離效率，因此必須選擇對產物具有更好溶解能力的溶劑作吸收劑，為此必須將精餾蒸出物中那些對產物溶解性能低的雜質組分分離出去，才能使回收溶劑用於返回吸收，以保證有較高吸收效率，這樣雖然節約了溶劑，但需增加分離處理。
因此直流式單程捕集吸收，吸收段可控性差，不僅生產難以控制，而且對高收率分離苯二甲腈不利，會造成苯二甲腈損失和管線或泵機等設備堵塞問題，而且蒸出溶劑需分離其他雜質後才能回用，因此仍有值得改進的地方。
發明內容
本發明的目的在於克服上述已有技術的不足，提供一種具有吸收可控性好，不僅可高收率從通過氨氧化反應產生的氣體中回收苯二甲腈，而且還可避免可能造成的對管線或泵機等設備堵塞的苯二甲腈氣體吸收分離方法。
本發明吸收分離方法，主要改進是使吸收有機溶劑採取循環吸收反應生成氣，並在循環吸收中通過控制吸收液的溫度，使吸收分離處在設定理想狀態，從而避免上述可能出現的不利問題。具體說，本發明苯二甲腈氣體吸收分離方法，包括使反應生成氣與有機溶劑在吸收塔內接觸從而將苯二甲腈捕集在吸收溶劑中，其特徵在於吸收塔後有一循環槽，使吸收了苯二甲腈及其他有機雜質的吸收液，由吸收塔排出後被引入該循環槽，再次返回吸收塔與反應生成氣接觸捕集苯二甲腈，形成吸收液的循環，在循環過程中，可控補充吸收劑，並使吸收塔內溫度至少保持在水汽露點之上，經若干次循環吸收後送入後續蒸餾分離。
本發明所說吸收塔內溫度至少保持在水汽露點之上，主要作用是確保反應生成氣中水汽不會在吸收過程中被凝結，而能隨其他其它不凝、不溶性氣體從放空管排空，從而避免因水汽的凝結可能發生期望產物的水解。為有利控制，本發明一種較好方法是通過控制循環吸收液的溫度，來控制吸收塔內的溫度，因此，較好是使吸收液溫度至少保持在水汽露點之上。吸收液溫度控制，可以是在循環吸收回路中設置加熱和冷凝器，也可以在循環槽中設置加熱和冷凝裝置，一種較為簡便的方法是在循環槽中設置加熱和冷凝裝置(例如水冷卻盤管)。
為避免溫度過高，造成的吸收不完全，期望產物收率降低，本發明吸收液溫度以控制在105-155℃較為適宜。過低則會導致水汽凝結或被吸收，使吸收液中水分增大，造成期望產物的水解損失；過高又會造成吸收不完全而空排，期望產物苯二甲腈收率降低。
控制循環吸收液中產物的合適濃度，不僅可使吸收劑利用率提高，降低能耗，而且可提高產品收率。本發明經試驗摸索，循環吸收液中的產物濃度以控制在15-30％為好，其中尤以20-25％左右較為適宜，濃度過低，會導致吸收劑利用率降低，後續蒸餾分離能耗增加；濃度過高，會造成產物吸收不完全而空排，收得率降低。
本發明所說補充吸收劑，可以是添加新的吸收溶劑，但一種更好是補加後續經精餾分離蒸出產物(輕組分及溶劑)，這樣不僅有利於提高蒸出副產的利用率，進一步降低分離成本；而且還避免了精餾蒸出物對環境造成的不良影響和/或減少環保處理費用。
本發明由於在吸收塔後增加有吸收液循環槽，使吸收劑採用循環吸收方式吸收分離反應生成氣中苯二甲腈，從而使得吸收液控制(用量、溫度)變得簡單易行，在吸收不足的情況下，可以通過吸收液的反覆循環吸收，達到提高吸收液中產物濃度；在吸收過度的情況下，又可以通過向循環槽中補加新的吸收溶劑得到平衡。使得整個吸收工藝具有較理想的可控性及很高的經濟性。吸收塔內溫度的控制，可以使吸收處於期望的理想狀態，不僅可使水汽保持在氣相狀態，而與其它不凝、不溶氣體，如氨氣、氫化氰、一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氧氣等從吸收塔頂部排出，經處理後放空，確保反應生成氣中的水汽不會在有機溶劑吸收液中凝結，可以避免苯二甲腈發生水解反應造成損失，提高苯二甲腈的收率；而且還可避免吸收液溫度過高而造成的吸收不完全的情況。通過控制吸收液溫度，更可以簡便控制吸收塔內溫度。補充吸收劑採用後續經精餾分離的蒸出物(輕組分及溶劑)，還有利於提高副產的利用率，降低分離成本，避免了精餾蒸出物對環境造成的不良影響和/或減少環保處理費用。本發明吸收分離工藝，具有產品收率高、經濟性好、不需大的設備投資、運營費用低等特點。
以下結合一個具體實施方式
，進一步說明本發明，但本發明方法不局限於所舉實施例。
附圖為本發明實施例工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例以間二甲苯作原料為例，參見附圖。
氨氧化反應在φ38mm×1800mm不鏽鋼流化床反應器1中，加入細顆粒氨氧化催化劑550g(例如中國專利CN1123385C所說V10CraAbBcCdOx催化劑)，分別通入間二甲苯、氨氣和含氧氣體(空氣)，控制原料進料配比為間二甲苯∶氨∶空氣＝1∶8∶41，進行氨氧化反應，控制反應溫度425℃左右，反應生成氣由反應器頂部引出。
生成氣吸收將反應生成氣引入內徑為φ150mm，高度為800mm，內裝填有450mm鮑爾環填料層的不鏽鋼吸收塔2，吸收塔內裝有冷卻盤管、吸收液分布管。吸收塔後有一φ500mm×280mm，裝有壓力表、溫度表、攪拌槳、電加熱器4、冷卻盤管3(冷卻水冷卻)、安全閥的不鏽鋼循環槽5。循環槽中加入40升1，3，5-三甲苯有機溶劑，泵送由吸收塔上部進入與下底部進入的反應生成氣逆流接觸吸收，吸收液由塔底引出泵送至循環槽返回循環吸收，未被溶劑吸收的氣相組成如氨氣、氫化氰、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氮氣、氧氣等，從吸收塔的頂部引出，經處理後放空。循環吸收過程中通過循環槽內加熱或冷卻裝置，控制循環槽吸收液溫度105-155℃，不斷取樣分析吸收液中產物的濃度，根據需要向循環槽中補加由精餾塔頂蒸出產物(輕組分和溶劑)，當循環槽中產物苯二甲腈濃度達20％-25％，將吸收液送後蒸餾塔蒸餾分離，除去高沸點重組分雜質，溶劑和輕組分雜質，得高純間二苯甲腈。
此外，本發明吸收溶劑補充，也可以採用外加新鮮吸收溶劑。
本發明方法，同樣適用於以對二甲苯或鄰二甲苯作為原料製取對苯二甲腈和鄰苯二甲腈。
本發明所述二甲苯，包括對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯。
權利要求
1.一種苯二甲腈氣體吸收分離方法，包括使反應生成氣與有機溶劑在吸收塔內接觸從而將苯二甲腈捕集在吸收溶劑中，其特徵在於吸收塔後有一循環槽，使吸收了苯二甲腈及其他有機雜質的吸收液，由吸收塔排出後被引入該循環槽，再次返回吸收塔與反應生成氣接觸捕集苯二甲腈，形成吸收液的循環，在循環過程中，可控補充吸收劑，並使吸收塔內溫度至少保持在水汽露點之上，經若干次循環吸收後送入後續蒸餾分離。
2.根據權利要求1所述苯二甲腈氣體吸收分離方法，其特徵在於所說吸收塔內溫度控制是通過控制循環吸收液溫度實現。
3.根據權利要求2所述苯二甲腈氣體吸收分離方法，其特徵在於所說循環吸收液溫度至少在水汽露點以上。
4.根據權利要求3所述苯二甲腈氣體吸收分離方法，其特徵在於所說循環吸收液溫度為105-155℃。
5.根據權利要求4所述苯二甲腈氣體吸收分離方法，其特徵在於所說吸收液溫度控制是在循環槽內完成。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述苯二甲腈氣體吸收分離方法，其特徵在於所說循環吸收液中苯二甲腈濃度達15-30％時，送入後續蒸餾分離。
7.根據權利要求6所述苯二甲腈氣體吸收分離方法，其特徵在於所說循環吸收液中苯二甲腈濃度達20％-25％時，送入後續蒸餾分離。
8.根據權利要求1所述苯二甲腈氣體吸收分離方法，其特徵在於所說補充吸收劑為後續精餾分離塔頂蒸出的產物。
全文摘要
本發明是關於對由二甲苯與氨和含氧氣體在催化劑存在下反應產生氣體中，分離苯二甲腈吸收分離方法的改進，尤其涉及從反應生成氣中吸收苯二甲腈的吸收分離方法，其特徵在於吸收塔後有一循環槽，使吸收了苯二甲腈及其他有機雜質的吸收液，由吸收塔排出後被引入該循環槽，再次返回吸收塔與反應生成氣接觸捕集苯二甲腈，形成吸收液的循環，在循環過程中，可控補充吸收劑，並使吸收塔內溫度至少保持在水汽露點之上，經若干次循環吸收後送入後續蒸餾分離。從而使得吸收液控制變得簡單易行，本發明吸收分離工藝，具有產品收率高、經濟性好、設備投資省、運營費用低等特點，是一種理想的從反應生成氣中吸收分離苯二甲腈的方法。
文檔編號C07C253/34GK1594290SQ200410041028
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月18日 優先權日2004年6月18日
發明者喬建江, 秦怡生, 陳金華 申請人:江蘇天音化工股份有限公司