丙烯腈流化反应系统及丙烯腈流化床生产方法

摘要

本发明提供一种丙烯腈流化反应系统及丙烯腈流化床生产方法，其中该系统包括流化反应器和旋风分离器；流化反应器的下端开有含氧气体进料口，上端通过管道与旋风分离器相连接；流化反应器内自下而上分别设置有含氧气体/催化剂分布板和丙烯/氨分布器，丙烯/氨分布器通过管道与位于流化反应器外部的一丙烯/氨进料口相连接；含氧气体/催化剂分布板与其下方的含氧气体进料口之间构成一含氧气体/催化剂混合腔；旋风分离器通过其向下延伸的料腿与含氧气体/催化剂混合腔相连接；流化反应器和料腿中具有循环的催化剂。本发明能够使丙烯腈流化床的反应物丙烯、氨、含氧气体和催化剂更好地混合，提高丙烯的转化率和丙烯腈的选择性。

说明书

技术领域

本发明涉及化工产品生产设备及方法技术领域，具体来说，本发明涉及一种丙烯腈流化反应系统及丙烯腈流化床生产方法。

背景技术

丙烯腈(Acrylonitrile)是一种无色的有辛辣气味液体，属大众基本有机化工产品，是三大合成材料——合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料，在有机合成工业和人民经济生活中用途广泛。

由全国科学技术名词审定委员会审定公布的关于“流化床(fluidized bed)”的定义是：当空气自下而上地穿过固体颗粒随意填充状态的料层，而气流速度达到或超过颗粒的临界流化速度时，料层中颗粒呈上下翻腾，并有部分颗粒被气流夹带出料层的状态。

丙烯腈作为一种重要的有机化工原料，在合成树脂、合成纤维、合成橡胶等高分子材料中占有重要地位。目前丙烯腈的生产主要采用丙烯直接氨氧化工艺。该工艺采用流化床反应器，反应物丙烯、氨、空气和催化剂的分布和混合将高度影响丙烯转化率和反应选择性。目前的工艺设计采用圆环式管结构的丙烯氨分布器(刘生宝，肖珍平，李樟三，“应用国内技术改造丙烯腈装置”，《化工设计》，2000，10(3)，39-42)，其外形与反应器外形几何相似，实现了喷嘴的空间均匀分布，其喷嘴结构为侧喷式，抑制了丙烯和氨向床层底部富氧区的轴向扩散。空气分布板位于丙烯氨分布器的下方。Sohio公司通过调节空气分布板与丙烯氨分布器两者之间喷嘴的相对位置，改变喷嘴密度等，提高了丙烯腈收率(陈欣，“丙烯腈生产技术进展”，《金山油化纤》，1999(3)，34-38)。

图1为现有技术中的一个丙烯腈流化反应系统的总体结构示意图。如图1所示，该丙烯腈流化反应系统100主要包括流化反应器101、可位于流化反应器101外部的旋风分离器102以及后续冷却和急冷系统。流化反应器101的下端开有含氧气体进料口112，上端通过管道与旋风分离器102相连接。流化反应器101内自下而上分别设置有含氧气体/催化剂分布板103和丙烯/氨分布器104，丙烯/氨分布器104通过管道与位于流化反应器101外部的一丙烯/氨进料口110相连接。旋风分离器202通过其向下延伸的料腿111通到丙烯/氨分布器104上方。流化反应器101和料腿111中具有循环的催化剂。

除此之外，后续冷却和急冷系统主要包括如下部件：位于冰水浴池109中的一个或多个吸收瓶105、尾气取样开关106、浊式流量计107以及废气洗涤瓶108等，它们的连接关系如图1所示。

可知，上述现有技术中的丙烯、氨、空气混合后与流化的催化剂床层接触反应并沿流化反应器101上升，经旋风分离器102分离后，催化剂微球经旋风分离器102的料腿111返回含氧气体/催化剂分布板103上方催化剂床层。

目前的工艺中，丙烯、氨、空气和催化剂的混合仍然不尽完善，丙烯的转化率和丙烯腈的选择性仍有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种丙烯腈流化反应系统及丙烯腈流化床生产方法，能够使反应物丙烯、氨、含氧气体和催化剂更好地混合，提高丙烯的转化率和丙烯腈的选择性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种丙烯腈流化反应系统，包括流化反应器和旋风分离器；所述流化反应器的下端开有含氧气体进料口，上端通过管道与所述旋风分离器相连接；所述流化反应器内自下而上分别设置有含氧气体/催化剂分布板和丙烯/氨分布器，所述丙烯/氨分布器通过管道与位于所述流化反应器外部的一丙烯/氨进料口相连接；所述含氧气体/催化剂分布板与其下方的所述含氧气体进料口之间构成一含氧气体/催化剂混合腔；所述旋风分离器可以设置在反应系统内部或外部，并且可以为多级旋风分离器，通过其向下延伸的料腿与所述含氧气体/催化剂混合腔相连接；所述流化反应器和所述料腿中具有循环的催化剂。

可选地，所述含氧气体/催化剂分布板和所述丙烯/氨分布器上分别具有多个管嘴和喷嘴；

其中，混合有所述催化剂的含氧气体通过所述含氧气体/催化剂分布板的管嘴与来自所述丙烯/氨分布器的喷嘴的丙烯/氨混合气一一对应地以角度θ接触混合反应，所述θ值的范围为：90°≤θ≤180°。

可选地，所述θ值的范围为：105°≤θ≤165°。

可选地，所述含氧气体为空气或氧气。

可选地，所述流化反应器中的所述丙烯/氨分布器上方为流化反应区，所述流化反应区中设有冷却盘管，所述冷却盘管中以水作为冷却介质。

可选地，所述催化剂为含钼铋铁系或含锑铁系催化剂。

可选地，所述料腿上加装有气提管，所述气提管中使用的气提气为氮气、空气或者水蒸汽。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种采用上述丙烯腈流化反应系统进行丙烯腈流化床生产的方法，包括步骤：

提供含氧气体，所述含氧气体在含氧气体/催化剂混合腔里面与由料腿输送的催化剂接触混合，从含氧气体/催化剂分布板的管嘴喷出；

提供丙烯和氨，所述丙烯/氨混合气从丙烯/氨分布器的喷嘴与混合有所述催化剂的含氧气体一一对应地以角度θ接触混合反应，所述θ值的范围为：90°≤θ≤180°。

可选地，所述θ值的范围为：105°≤θ≤165°。

可选地，所述含氧气体为空气或氧气；和/或

所述催化剂为含钼铋铁系或含锑铁系催化剂。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过调整旋风分离器料腿的伸入位置，使含氧气体首先与旋风分离器过来的循环催化剂接触混合，可以氧化除去催化剂上的焦或垢，从而使催化剂得到再生。

另外，本发明含氧气体与催化剂首先混合，丙烯和氨混合气再采用喷嘴侧喷形式与含氧气体和催化剂混合物的混合，混合效果大大优于现有的丙烯和氨混合气先与含氧气体侧喷混合然后再与催化剂混合的做法，有利于提高反应选择性和丙烯的转化率，本发明可提高丙烯腈收率2％以上。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为现有技术中的一个丙烯腈流化反应系统的总体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的丙烯腈流化反应系统的总体结构示意图；

图3为本发明一个实施例的丙烯腈流化床生产方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图2为本发明一个实施例的丙烯腈流化反应系统的总体结构示意图。需要注意的是，这个以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图2所示，该丙烯腈流化反应系统200主要包括流化反应器201、旋风分离器202以及后续冷却和急冷系统。其中，流化反应器201的下端开有含氧气体进料口212，上端通过管道与旋风分离器202相连接。流化反应器201内自下而上分别设置有含氧气体/催化剂分布板203和丙烯/氨分布器204，丙烯/氨分布器204通过管道与位于流化反应器201外部的一丙烯/氨进料口210相连接。含氧气体/催化剂分布板203与其下方的含氧气体进料口212之间构成一含氧气体/催化剂混合腔213，旋风分离器202通过其向下延伸的料腿211与含氧气体/催化剂混合腔213相连接。流化反应器201和料腿211中具有循环的催化剂，该催化剂可以为含钼铋铁系或含锑铁系催化剂，例如工业上应用的美国INEOS的C49-MC、蒙山都的MAC-3、上海石油化工研究院的SANC-08、辽宁向阳的XYA-5等。

除此之外，后续冷却和急冷系统主要包括如下部件：位于冰水浴池209中的一个或多个吸收瓶205、尾气取样开关206、浊式流量计207以及废气洗涤瓶208等，它们的连接关系如图2所示，这些与现有技术都是相同的，就不再多赘述了。

在本实施例中，含氧气体/催化剂分布板203和丙烯/氨分布器204上分别具有多个管嘴和喷嘴。其中，混合有催化剂的含氧气体(例如空气或氧气，优选空气)通过含氧气体/催化剂分布板203的管嘴与来自丙烯/氨分布器204的喷嘴的丙烯/氨混合气一一对应地以角度θ接触混合反应，θ值的范围为：90°≤θ≤180°，优选为：105°≤θ≤165°。

本发明的技术原理是：含氧气体先与催化剂接触，然后携带催化剂颗粒通过含氧气体/催化剂分布板203管嘴，与来自丙烯/氨分布器204喷嘴的丙烯/氨混合气以角度θ接触混合反应，反应后气体沿流化反应器201上升，进入旋风分离器202分离催化剂，气体经集气室(未图示)到后续冷却和急冷系统，催化剂经旋风分离器料腿211返回至含氧气体/催化剂分布板203下面空间与含氧气体接触，进入下一轮循环。

流化反应器201中的丙烯/氨分布器204上方为流化反应区，在一个优选的实施例中，该流化反应区中可以设有冷却盘管(未图示)，用于移去反应过程中产生的热量以维持反应温度的多余部分。冷却盘管中优选以水作为冷却介质。

在一个更优选的实施例中，旋风分离器202的料腿211上还可加装有气提管(未图示)，其作用之一是气提出残留在催化剂孔道中的反应物或产物，作用之二是松动料腿211中催化剂颗粒，防止板结堵塞料腿211。气提管中使用的气提气可以为氮气、空气或者水蒸汽。

图3为本发明一个实施例的丙烯腈流化床生产方法的流程图。本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。

如图3所示，该丙烯腈流化床生产方法可以包括：

执行步骤S301，从含氧气体进料口212提供含氧气体(例如空气或氧气，优选空气)，含氧气体在含氧气体/催化剂混合腔213里面与由料腿211输送的催化剂(例如含钼铋铁系或含锑铁系催化剂)进行接触混合，从含氧气体/催化剂分布板203的管嘴喷出；

执行步骤S302，从丙烯/氨进料口210提供丙烯和氨，丙烯/氨混合气从丙烯/氨分布器204的喷嘴与混合有催化剂的含氧气体一一对应地以角度θ接触混合反应，θ值的范围为：90°≤θ≤180°，优选为：105°≤θ≤165°。

实施例：

采用如图2所示的丙烯腈流化反应系统和C49-MC催化剂，反应温度为440℃，催化剂负荷为0.06h^-1，反应压力为0.084MPa，n(丙烯)∶n(氨)∶n(空气)＝1∶1.25∶9.5，丙烯转化率为98.5％，丙烯腈选择性为85.2％，丙烯腈收率为83.92％。

对比例：

采用如图1所示的丙烯腈流化反应系统和C49-MC催化剂，工艺参数同前述实施例，丙烯转化率为97.7％，丙烯腈选择性为83.8％，丙烯腈收率为81.87％。

由上述对比例和实施例结果比较可知，本发明可以使丙烯腈收率提高2.0％以上。

本发明通过调整旋风分离器料腿的伸入位置，使含氧气体首先与旋风分离器过来的循环催化剂接触混合，可以氧化除去催化剂上的焦或垢，从而使催化剂得到再生。

另外，本发明含氧气体与催化剂首先混合，丙烯和氨混合气再采用喷嘴侧喷形式与含氧气体和催化剂混合物的混合，混合效果大大优于现有的丙烯和氨混合气先与含氧气体侧喷混合然后再与催化剂混合的做法，有利于提高反应选择性和丙烯的转化率，本发明可提高丙烯腈收率2％以上。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。