淺談外循環(huán)管式反應(yīng)器在氨肟化反應(yīng)中的應(yīng)用

楊巧谷+任成韻

摘 要： 目前己內(nèi)酰胺生產(chǎn)行業(yè)中所用環(huán)己酮氨肟化反應(yīng)裝置基本為釜式反應(yīng)器，且為了達(dá)到環(huán)己酮的高轉(zhuǎn)化率和環(huán)己酮肟的高選擇性需要較長時(shí)間的停留時(shí)間，這不僅增加了設(shè)備的投資、副反應(yīng)的發(fā)生，更是在給工藝操作帶來了較大的困難和不安全因素。本文研究了外循環(huán)管式反應(yīng)器在環(huán)己酮氨肟化反應(yīng)中的應(yīng)用，從縮短停留時(shí)間、減少設(shè)備投資、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性、簡化操作等各方面將釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器進(jìn)行了對比，結(jié)果顯示管式反應(yīng)器應(yīng)用于生產(chǎn)中完全可以達(dá)到釜式反應(yīng)器的效果，且較釜式反應(yīng)器有很多優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：釜式反應(yīng)器 管式反應(yīng)器 停留時(shí)間 氨肟化反應(yīng) 轉(zhuǎn)化率 選擇性

中圖分類號：TQ426 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0281-01

己內(nèi)酰胺是一種重要的化工原料和中間體，其下游產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于紡織、工業(yè)塑料、軍事等各方面，且其下游產(chǎn)品發(fā)展趨勢更是傾向于高端科技產(chǎn)品。目前，己內(nèi)酰胺生產(chǎn)中大多采用環(huán)己酮氨肟化制備環(huán)己酮肟，再經(jīng)重排制備己內(nèi)酰胺。肟化反應(yīng)是己內(nèi)酰胺生產(chǎn)中的核心工序，也是技術(shù)含量最高的環(huán)節(jié)，行業(yè)中使用的肟化反應(yīng)裝置基本為釜式反應(yīng)器，其使用機(jī)理為肟化反應(yīng)停留時(shí)間滿足70min左右，使環(huán)己酮達(dá)到99.5%以上的轉(zhuǎn)化率。這種反應(yīng)裝置存在工藝復(fù)雜、操作困難、設(shè)備投資大、不易清洗、催化劑用量大、副反應(yīng)多等缺陷，本文對反應(yīng)方式進(jìn)行了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)肟化反應(yīng)其實(shí)為秒級反應(yīng)，即在3～5s內(nèi)即可使轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.5%以上，從而開發(fā)了新的管式反應(yīng)裝置，簡化了工藝流程和操作程序、降低了設(shè)備投資和催化劑消耗、提高了生產(chǎn)效率。

一、停留時(shí)間的縮短

目前行業(yè)中所采用的釜式反應(yīng)裝置其要求反應(yīng)停留時(shí)間一般在70min左右，就10萬噸/年裝置來說，其反應(yīng)釜一般容積要求在100m3左右，正常反應(yīng)時(shí)液位控制在80%計(jì)算，停留時(shí)間大約為77min，不僅在設(shè)備制造上浪費(fèi)大量財(cái)力和人力，且過長的停留時(shí)間造成較多的副反應(yīng)發(fā)生，影響反應(yīng)收率的同時(shí)還會使產(chǎn)品雜質(zhì)量增多，最終影響成品己內(nèi)酰胺的質(zhì)量，同時(shí)為保證環(huán)己酮的轉(zhuǎn)化率和選擇性必須要滿足催化劑的濃度在4%（重量比）左右，即在反應(yīng)釜中需要維持3t左右的催化劑，無形中增加了催化劑的流失量，造成了催化劑的浪費(fèi)。

本文研究了在長度為35m、直徑為350mm的外循環(huán)反應(yīng)裝置中，容積為1.44m3的管式反應(yīng)器，循環(huán)流速為1300m3/h條件下，達(dá)到10萬噸/年生產(chǎn)能力的要求其停留時(shí)間僅為4s，且環(huán)己酮轉(zhuǎn)化率和選擇性均處于99.5%以上，秒級的停留時(shí)間避免了物料在反應(yīng)系統(tǒng)中過多的發(fā)生副反應(yīng)，增加了反應(yīng)收率和提高了成品質(zhì)量。催化劑濃度保持在4%（重量比）時(shí)僅需要催化劑量為0.4t，催化劑使用量的減少更大程度上發(fā)揮了其催化作用。

二、設(shè)備成本的降低

釜式反應(yīng)裝置設(shè)備多且大，制作困難，反應(yīng)釜體更是需要諸多的安全附件和控制點(diǎn)，且釜內(nèi)為防止催化劑的沉淀和增強(qiáng)反應(yīng)液的傳質(zhì)效果須配套有攪拌裝置，耗費(fèi)大量的制作成本和增加了多個(gè)泄露點(diǎn)，僅反應(yīng)釜體的成本需要大約2500萬元。

本文研究的外循環(huán)管式反應(yīng)器在原有反應(yīng)裝置基礎(chǔ)上避免了反應(yīng)釜的使用，僅以管道作為反應(yīng)器，因此在設(shè)備方面節(jié)省了大量的投資，減少了泄露點(diǎn)，更保證了反應(yīng)的安全穩(wěn)定性。

三、轉(zhuǎn)化率和選擇性的考察

反應(yīng)裝置的研究和開發(fā)要以適用于生產(chǎn)為目的，反應(yīng)是化工生產(chǎn)中的心臟，沒有反應(yīng)就沒有新物質(zhì)生成。一種反應(yīng)裝置在實(shí)際生產(chǎn)中的適用程度最直觀的表現(xiàn)就是反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的選擇性，即是產(chǎn)品收率。

本文在長度為35m、直徑為350mm的外循環(huán)反應(yīng)裝置中，容積為1.44m3的管式反應(yīng)器，循環(huán)流速為1300m3/h時(shí)，在雙氧水：環(huán)己酮=1.25：1（mol）、氣氨：環(huán)己酮=1.1：1、催化劑濃度為2%（wt%）、溫度為90℃反應(yīng)條件下對環(huán)己酮的轉(zhuǎn)化率和環(huán)己酮肟的選擇性進(jìn)行了考察，并同步在釜式反應(yīng)器（平均停留時(shí)間為69.6s）中做同樣的考察，兩者結(jié)果對比如下。

兩表中可以看出，投酮量在9t/h生產(chǎn)負(fù)荷下，經(jīng)過管式反應(yīng)器后環(huán)己酮的轉(zhuǎn)化率和選擇性均可以達(dá)到99.9%以上，成品肟收率基本穩(wěn)定在99.8%，在轉(zhuǎn)化率和選擇性方面與釜式反應(yīng)裝置具有同樣的反應(yīng)效果。所以本外循環(huán)管式反應(yīng)裝置完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的釜式反應(yīng)裝置投諸于生產(chǎn)。

四、操作簡便

目前使用的釜式反應(yīng)由于裝置大，流程復(fù)雜，且有較多的控制點(diǎn)和大量的反應(yīng)液，為操作帶來了諸多不便和安全隱患。本文所研究的外循環(huán)管式反應(yīng)裝置工藝流程簡單，在原有的釜式反應(yīng)裝置基礎(chǔ)上減少了反應(yīng)主體即釜式反應(yīng)器，僅保留循環(huán)管線，大量減少了系統(tǒng)中的反應(yīng)液和反應(yīng)系統(tǒng)控制點(diǎn)，簡化了操作和增強(qiáng)了安全性。由于該工藝流程簡單，容積小，在反應(yīng)系統(tǒng)清洗和開停車過程中更是易于操作。

五、小結(jié)

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，在反應(yīng)效果方面管式反應(yīng)器完全可以替代釜式反應(yīng)器，并完全能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)，且較釜式反應(yīng)器有更多優(yōu)勢。反應(yīng)停留時(shí)間大大縮短，降低了副產(chǎn)物的生成量，提高了反應(yīng)收率和產(chǎn)品質(zhì)量；鑒于釜式反應(yīng)器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管式反應(yīng)器簡化了反應(yīng)裝置，節(jié)省了大筆設(shè)備投資；流程簡單，較釜式反應(yīng)器減少了更多的泄露點(diǎn)和控制點(diǎn)，增強(qiáng)了生產(chǎn)安全性和方便了操作。管式反應(yīng)器在環(huán)己酮氨肟化反應(yīng)中成功的應(yīng)用，且相比傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器具備更多的優(yōu)勢，在不久的將來勢必取代釜式反應(yīng)裝置，成為己內(nèi)酰胺生產(chǎn)中的主體。

參考文獻(xiàn)

[1]氨肟化裝置工藝技術(shù)規(guī)程.山東東巨化工股份有限公司內(nèi)部資料，2016.2.

[2]氨肟化裝置技術(shù)月報(bào).山東東巨化工股份有限公司內(nèi)部資料，2016.3.