在丙烯腈反應器中加入氧以降低惰性物的製作方法
2023-10-11 05:41:59 1
專利名稱：在丙烯腈反應器中加入氧以降低惰性物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高氨氧化反應產物收率的方法，更進一步地，本發明涉及在不增加空氣流量的條件下在丙烯腈反應器中加入氧以降低惰性物，從而提高氨氧化反應產物的收率。
在存在適當催化劑條件下，通過氨氧化適當烯烴生產腈的方法是公知的。由丙烯、氨和空氣的氣相進料生產丙烯腈的方法描述在BruceE．等人的《催化過程化學》(Chemistry of Catalytic Processes，McGraw-Hill(1979)，pp．380-384)中。
在存在適當催化劑條件下，將進料送入氨氧化反應器，生成丙烯腈和其它含氮化合物。先驟冷氨氧化反應的流出物，再在吸收塔中與水逆流接觸。在水相中從吸收器回收所需產物。將吸收剩餘氣與天然氣合併，然後送入鍋爐中燃燒，所述吸收氣體主要是氧氣、二氧化碳、一氧化碳、氮氣和未反應的烴；參見美國專利3，591，620和4，335，056。
未反應的進料物質可被回收，例如美國專利4，849，537、8，487，201和5，015，756公開了在生產丙烯腈過程中使用調壓吸附型分離器(pressure swing type separators)回收未反應的丙烯。在壓力擺動吸附型分離器中一般使用富氧空氣。
美國專利5，466，857涉及在氨氧化過程中通過向流化床下部加入附加量的氧氣而降低未反應的氨量，使得氧氣能夠與未反應的氨反應。美國專利5，457，223涉及在氨氧化過程中通過在流化床的上部加入能夠與未反應氨反應的附加量的氧氣而降低氨的排出。
日本專利申請55-83，452涉及一單獨氧氣源，該氧氣源被分成兩股氣流，其中一股氣流與氨和烴類反應物預混。
現有技術中沒有提及氨氧化過程中不希望發生而又十分重要的一方面，即存在惰性物，也沒有提出補救方法。「惰性物」在本發明中一般被定義為在發生氨氧化反應條件下基本上不反應的化學物質。在基於空氣的氨氧化反應中，主要惰性物是氮氣。由於在氨氧化過程中存在的惰性物對應於丙烯腈收率的降低，所以分離或降低惰性物被認為可提高氨氧化反應最終丙烯腈產物的收率。
本發明的目的在於提供能夠導致惰性物量降低的氨氧化方法。
本發明進一步的目的在於降低催化劑在氨氧化反應過程中從反應器中損失的量。
本發明的另一目的在於提高在氨氧化反應過程中反應的氨量，從而降低反應器中未反應氨流出液的量。
本發明的再一目的在於降低氨氧化反應過程中的能量需求。
本發明提供了一種提高氨氧化反應產物收率的方法，該方法包括如下步驟將氨和烴物流送入催化流化床反應器；將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入反應器，將基本上純的氧氣氣流送入反應器，以及在增加基本上純的氧氣氣流流量的同時降低含氧氣流的流量，其中含氧氣流和基本上純的氧氣氣流中的總的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內，從而使得送入反應器的所述惰性物流量顯著降低。
在一優選的實施方案中，送入反應器的氨和烴物流在送入反應器之前合併為一股物流。含氧氣體的含氧量約為空氣的氧含量，即21％，或者在除去至少一部分惰性物後的含氧量大於約21％。基本上純的氧氣具有氧純度大於約95％。另外，基本上純的氧氣氣流在送入反應器之前與氨和烴物流預混。
儘管本發明將在下文流化床丙烯腈生產過程中描述，但本領域技術人員將會認識到本發明也可相同地應用於其它過程，所述其它過程包括送入流化床反應器的含反應物物流的含氧氣體。
本發明提供了一種氨氧化方法，該方法能夠得到與常規方法相比量降低的惰性物。催化劑的損失量也同時降低。該方法能夠使更大量的氨參與反應，從而使得反應器中氨流出物量降低。總之，與現有技術中的方法相比，本發明能夠使得氨氧化反應過程在較低能量需求下進行。
本發明提供了一種提高氨氧化反應產物收率的方法，該方法包括步驟將氨和烴物流送入催化流化床反應器；將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入反應器，將基本上純的氧氣氣流送入反應器，以及在增加基本上純的氧氣氣流流量的同時降低含氧氣流的流量，其中含氧氣流和基本上純的氧氣氣流中的總的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內，從而使得送入反應器的所述惰性物流量明顯降低。
在另一實施方案中，本發明涉及一種提供一種提高氨氧化反應產物收率的方法，該方法包括步驟將氨和烴物流送入催化流化床反應器，將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入反應器，所述含氧氣流通過除去至少一部分惰性物而製得，其中含氧氣流中的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內，從而使得送入反應器的所述惰性物流量明顯降低。
在再一個實施方案中，本發明涉及一種提供一種提高氨氧化反應產物收率的方法，該方法包括步驟將氨和烴物流送入催化流化床反應器，將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入反應器，將基本上純的氧氣氣流送入反應器，其中含氧氣流和基本上純的氧氣氣流中的總的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內，從而使得送入反應器的所述惰性物流量明顯降低。
在本發明方法中，送入反應器的氨和烴物流可以是分開的物流，或者在送入反應器之前合併成一個物流。含氧氣體的含氧量約為空氣的含氧量，21％，或者在除去至少一部分惰性物後的含氧量大於約21％。基本上純的氧氣具有氧純度大於約95％。另外，基本上純的氧氣氣流在送入反應器之前與氨和烴物流預混。
丙烯腈是在流化床反應器中通過丙烯的基於空氣氨氧化反應製得。一般地，將空氣通入到催化劑床的底部並用於流化催化劑。氨和丙烯以大約1∶1摩爾比混合在一起，在空氣進口上方的相同位置注入其中。丙烯轉化率約為100％，所生成的丙烯腈收率大約為75％。然後利用水驟冷反應器流出液(主要為未反應氨、丙烯、氧氣、氮氣、丙烯腈、氰化氫和碳氧化物)。通過一系列蒸餾塔回收丙烯腈產物，以及有時回收副產物氰化氫和乙腈。將排出氣送入鍋爐並在其中燃燒。液態廢物(主要是硫酸銨水溶液，其中未反應的氨被回收)典型地通過如深井注射的方法處理掉。
當其它所有條件都相同，而只是降低丙烯腈反應器中的壓力時，丙烯腈的收率會提高。每平方英寸壓力降低1磅(psi)，估計丙烯腈的收率會提高大約0．2％產率點(絕對值)。因此如果在常規反應器降低壓力，收率會類似地降低。
在反應器中降低壓力的一種方法是減少氣體向反應器中的流量。在常規反應器中，氣體的流量僅僅可通過有限數量的方法降低1)降低空氣流量。降低空氣流量會降低收率。因為氧氣為空氣中的成分時，降低空氣流量將對應於降低反應器物流中的氧氣量。為了保持丙烯腈收率和催化劑活性，氧百分數必須維持或高於某一百分數。典型地，為了使得生產率最高，儘量使用最低的氧濃度；所述生產率是指反應器中處理的丙烯量。如果降低空氣流量，則物流中氧百分數將低於臨界值，由此降低收率並導致催化劑無效。2)降低進料流量。如果降低進料流量，那麼由於進入到反應器的反應物分子更少，因此產量必將降低。產率升高(更多的反應物分子轉變成產物分子)一般不足以補充進料的減少。3)同時降低空氣和進料流量。類似地，由於產率升高不足以彌補進料的減少，降低進料流量會降低丙烯腈的產量。
由於本發明在保持恆定的氨-丙烯進料速率的同時降低進入反應器的惰性物數量，所以本發明不同於常規空氣濃縮。如果這樣的話，那麼可在顯著降低空氣流量的條件下維持反應器物流中的氧百分數。因此，在不降低產量或降低物流中氧百分數的條件下，基於壓力-收率之間的關係，以這種方式加入氧氣會導致丙烯腈收率的增加。進一步地，氣體總流量的下降將減少通過吹出反應器損失和在未使用條件下浪費的催化劑量。
本發明的一些其它優點如下。這些優點包括催化劑損失量的降低，所述損失是指吹入下遊設備的操作當中。這種損失的催化劑可能會導致損害設備下遊部件的操作，也必須作為有害物排除。催化劑損失的降低也會降低維修成本和排除有害廢物的成本。
提高丙烯腈收率增加了反應氨的量，這就降低了離開反應器中的氨。未反應的氨被硫酸中和，然後一般深井埋藏。當氨的流出降低後，所需的硫酸以及所形成的液體廢料也降低。
由於氮氣量的降低，因此空氣流量下降會降低排出氣中的惰性物量，這就增加了排出氣的熱值，由此燃燒排出氣所需的天然氣量低於現有技術中通常需要的天然氣量。
人們也已經知道，空氣流量下降會降低空氣壓縮機所需的能量。因此，空氣流量下降節省了大量與消耗能量相關的成本。
收率提高、催化劑損失降低以及相關的所有優點使得可在不降低丙烯腈產量的條件下節約成本。相對於常規反應器操作和常規空氣濃縮，這些節約具有顯著的經濟優勢。
另外，為使加入氧氣而對本發明所述的方法進行的物理調整同樣適用於常規的方式加入氧氣(不降低空氣流量)，以提高產量。因此，當需要大量丙烯腈時，可利用氧氣增加產量，而當需要少量丙烯腈時，可利用氧氣降低成本。如果加入氧的數量不變，則丙烯腈製造商可通過購買影響合理價格的大量氧氣而保證產品的合理價格。
正如本發明所描述，本發明實際上至少有兩種優選的實施方案向進料流中加入氧氣(直接注入)和向空氣氣流中加入氧氣。
一般地，通過向進料流中加入氧氣通常可獲得較高的收率，這是因為這樣可在反應器的氧氣匱乏區域添加氧氣。直接注入的效果取決於所使用的催化劑和反應器的設計。本發明的優點和最佳實踐描述於共同轉讓和共同未決的美國專利申請1995年8月24日申請的08／519，011和1997年3月25日申請的08／823，701，後一申請是現已放棄的1995年8月24日申請的08／519，003的繼續申請，上述專利申請在此引作參考。
直接注入的實例是向流化床反應器中提供含氧氣體和氣體反應物流。利用噴霧器將含氧氣體送入到反應氣體物流中。一進料管將噴霧器與反應器的流化床相連，引入反應氣體物流和含氧氣體，與流化床直接相接觸。利用控制器控制含氧氣體和氣體反應物的量，使得在進料注入處，流化床不會缺氧。為了保證安全，合併進料和氧氣氣流的反應物量應當保持在自燃極限的上限，優選具有至少10％的安全限度。
注入氧氣的第二種方法是通過向空氣氣流中加入氧氣。該方法能夠比直接注入法注入更多的氧氣。從這種意義上來講，如果上述直接注入法沒有效果的話，那麼向空氣氣流中加入氧氣可得到更大的收率。如果在不降低空氣流量條件下注入氧氣，則注入較大的氧氣量能夠得到較多的產量。與直接注入所需的設備相比，進行上述過程所需的設備也更簡單且更便宜。典型地，將氧氣加入到空氣氣流中的目的是使得空氣-氧氣氣流中含氧25％。
選擇直接注入來向進料氣流中加入氧氣還是向空氣氣流中加入氧氣，將取決於直接注入的效果以及增加大量產量的附加能力是否需要。如果試圖生成大部分產物，則優選向空氣氣流中加入氧氣；然而如果試圖提高收率，則優選採用直接注入向空氣進料中加入氧氣。
儘管向空氣氣流或進料氣流中加入空氣是更優選的方法，但也可使用其它方法。例如，可將氧氣直接加入到反應器中。在另一實施方案中，可將氧氣既加入到進料中又加入到空氣氣流中。在再一個實施方案中，可將氧氣加入到反應器、進料氣流和空氣氣流中。
除了使用空氣和基本上純的氧氣之外，本發明也可以考慮使用富氧空氣。本文中，基本上純的氧氣中的氧氣含量大於約95％。富氧空氣中氧氣含量大於約21％，優選氧氣含量為約21％至約30％之間。
本領域技術人員可認識到其它另外的實施方案，它們均包括在本發明所要求保護的範圍內。
權利要求
1．一種提高氨氧化反應產物收率的方法，該方法包括a)將氨和烴類物流送入催化流化床反應器，b)將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入所述反應器，c)將基本上純的氧氣氣流送入所述反應器，以及d)在增加所述基本上純的氧氣氣流流量的同時，降低所述含氧氣流的流量，其中所述含氧氣流和所述基本上純的氧氣氣流中的總的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內，從而使得送入所述反應器的所述惰性物流量顯著降低。
2．根據權利要求1的方法，其中送入所述反應器的所述氨和烴類物流為分開的物流。
3．根據權利要求1的方法，其中所述氨和烴類物流在送入所述反應器之前合併。
4．一種提高氨氧化反應產物收率的方法，該方法包括a)將氨和烴類物流送入催化流化床反應器，以及b)將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入反應器，所述含氧氣流通過除去至少一部分惰性物而製得，其中所述含氧氣流中的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內，從而使得送入所述反應器的所述惰性物流量明顯降低。
5．根據權利要求4的方法，其中所述氨和烴類物流在送入所述反應器之前合併。
6．根據權利要求4的方法，其中在除去至少一部分惰性物後的所述含氧氣體的含氧量大於約21％。
7．根據權利要求4的方法，其中送入所述反應器的所述氨和烴類物流為分開的物流。
8．一種提高氨氧化反應產物收率的方法，該方法包括a)將氨和烴類物流送入催化流化床反應器，b)將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入所述反應器，以及c)將基本上純的氧氣氣流送入所述反應器，其中所述含氧氣流和所述基本上純的氧氣氣流中的總的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內，從而使得送入所述反應器的所述惰性物流量明顯降低。
9．根據權利要求8的方法，其中所述基本上純的氧氣氣流在送入所述反應器之前與所述氨和烴類物流預混。
10．根據權利要求8的方法，其中所述基本上純的氧氣氣流的氧氣純度大於約95％。
全文摘要
本發明涉及一種提高氨氧化反應產物收率的方法,該方法包括:將進料送入反應器,將含有至少一部分惰性物的含氧氣流送入反應器,將基本上純的氧氣氣流送入反應器,以及在增加基本上純的氧氣氣流流量的同時降低含氧氣流的流量,其中含氧氣流和基本上純的氧氣氣流中的總的氧氣流速維持在生成氨氧化反應產物的有效量範圍內,從而使得送入反應器的所述惰性物流量明顯降低。
文檔編號C07C255/00GK1206708SQ9811615
公開日1999年2月3日 申請日期1998年7月22日 優先權日1998年7月22日
發明者M·L·華格納 申請人:普拉塞爾技術有限公司