22丙烯腈生产4合成反应器.doc

4．合成反应器 氨氧化法合成丙烯腈是一个气固相催化放热反应，反应热效应较大，丙烯转化率和丙烯腈收率对温度的变化比较敏感，因此，反应器温度的控制就显得十分重要。要求反应器能及时移走反应生成的热量，使反应器的径向和轴向的温度尽可能保持一致，并保证气态物料和固态催化剂在反应器中充分接触。生产中常用的反应器是固定床反应器和流化床反应器。 (1)固定床反应器 合成丙烯腈所用的固定床反应器属于内循环列管式固定床反应器，结构示意图如图2—3l所示。反应器内的热载体是硝酸钾、亚硝酸钾和少量硝酸钠组成的熔盐，、采用螺旋桨式搅拌器强制熔盐在器内循环，使反应器的上下部温度均匀，其温差仅为4℃，熔盐充分吸收反应热并及时传递给器内的盘管式换热器，移出热量。盘管内通入饱和蒸气，吸收反应热后产生的副产高夺蒸气，可作为其它工艺设备的热源 反应器内的列管长2.5～5m，内径25mm，一台反应器装有多达l万根列管。装填在列管内的圆柱体催化剂：直径为3～4mm．长3～6mm。原料气体由列管上部引入，为缓和进口段的反应速率，防止催化剂与高浓度气体反应过快，造成反应器上部区域温度过高，一般在列管上部填充一段活性差的催化剂或住催化剂中掺入一些惰性物质以稀释催化剂。物料的流向自上而下，可避免催化剂床层因气速变化而受到冲击，发生催化剂破碎或被气流带走。 在列管式固定床反应器中，催化剂被固定在列管内，物料返混小，反应的转化率较高，且催化剂不易磨损。但由于不能充分发挥各部分催化剂的作用，反应器的生产能力较低，单台反应器生产能力一般只有5 000吨/年，扩大生产能力使设备显得过于庞大，反应温度难以控制；以熔盐作为热载体．不仅增加了辅助设备，而且熔盐还对设备有一定的腐蚀作用；另外，向列管中装填或更换催化剂都比较困难，这些问题限制了列管式固定床反应器的应用，因此，工业上采用固定床反应器的并不多。 (2)流化床反应器 流化床反应器是丙烯腈生产中使用最广泛的反应器，如图2—32所示。它由空气分布板、丙烯和氨混合气体分配管、U形冷却管和旋风分离器等部分组成。空气分布板、丙烯和氮混合气体分配管均为管式分布器，空气分布板上均匀开孔，起支承催化剂、使气体在床层上分布均匀、改善流化条件的作用。空气分布板与丙烯和氨混合气体分配管之间有一定的距离，在此间氧气充足，形成催化剂再生区，使催化剂处于高活性的氧化状态。流化床内装填的催化剂呈微球形，粒径平均55μm。丙烯和氨与空气分别进料，可使原料混合气的配比不受爆炸极限的限制，比较安全，对保持催化剂活性和延长寿命，以及对后处理过程减少含氰污水的排放郁有好处。u形冷却管同多组冷却管组成的，它不仅移走了反应热，维持适宜的反应温度而且还起到破碎床内气泡、改善流化质量的作用．在反应器上部设置的旋风分离器有分离气体夹带的小颗粒催化剂的作用。反应后气体中氧含量很少，催化剂从反应器的扩大段进入旋风分离器后，在流回反应器的过程中，与分布板通入的空气使催化剂再生，而恢复活性。 流化床反应器中的催化剂上下剧烈搅动，床层温度分布均匀，反应产生的热量通过气体和催化剂颗粒传给换热构件，避免了催化剂局部过热的现象，传热效果好；反应过程及催化剂再生过程连续化，反应过程易于控制；它生产强度大，单台可达l0万吨／年，并能在最优化的条件下进行.但流化床反应器也有一些缺点，在床中的流况为全混流，转化率低；另外．催化剂易破碎或磨损、损失也很大，催化剂对冷却管和反应器的磨损都比较严重。 5．工艺流程 由于丙烯氨氧化反应过程采用的反应器不同．其回收和精制过程就有差异，组成的工艺流程也有所不同。下面讨论工业上普遍采用的一种流程。 (1)反应部分 丙烯氨氧化法生产丙烯腈流程如图2-33所示。空气经过滤器除去灰尘和机械杂质后，用透平压缩机压缩至一定压力，送入空气预热器与反应气体进行换热。预热至一定温度后，从流化床底部经空气分布板进入流化床反也器内。丙烯和氨分别来自丙烯蒸发器和氨蒸发器，它们在管道中按一定比例混合后，经分布管进入流化床反应器。在蒸发器的出口处均装有止逆阀，在输送丙烯气体的管道中装有防回火止逆阀。 流化床反应器内的u形冷却管，除了调节反应温度外，同时还控制原料空气的预热温度、反应放出的热量大部分被u形冷却管引出，产生副产高压蒸汽，压力为4.14 MPa作为空气透平压缩机的动力；另一小部分热量被反应气体带走，经过与原料空气换热和冷却补给水换热后回收利用。从反应器出来的混合气体中有丙烯腈、乙腈、氢氰酸、丙烯醛和二氧化碳等，另外还有少量未反应的氨。在碱性介质中和有氨的存在下，温度低时发生下面一些不希望发生的反应，如氢氰酸的聚合、丙烯醛的聚合、氢氰酸与丙烯醛加成为氰醇、氢氰酸与丙烯腈加成生成丁二烯