07第7章丙烯腈.doc

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07第7章丙烯腈

行业文档 (word可编辑版) 第七章 丙烯腈生产技术 第一节 概 述 一、丙烯腈的性质、产品规格及用途 丙烯腈英文简写为AN。在室温和常压下为无色液体,易燃,易爆,有刺激性臭味,剧毒,与水部分互溶,能与大多数有机溶剂互溶。工作场所丙烯腈最高允许浓度为20 ppm。丙烯腈分子具有双键和氰基,性质活泼。 ?二、生产方法简介 生产丙烯腈有多种方法。环氧乙烷法制AN,这种方法生产技术容易掌握,生产的丙烯腈纯度较高,但原料不易得,价格昂贵,在乙炔氢氰酸法工业化后逐渐被淘汰;乙炔法是利用乙炔与氢氰酸合成丙烯腈,这种方法工艺简单,成本比环氧乙烷法低,但丙烯腈与副产物分离较困难,在石油资源短缺的国家仍沿用这种方法,规模一般较小。 到20世纪60年代,随着石油工业的发展,流化床丙烯氨氧化法成为世界各国生产AN的主要方法。丙烯氨氧化法原料便宜易得,工艺流程简单,对丙烯纯度要求不高,炼油厂含丙烯50%以上的尾气即可使用,生产成本大约是环氧乙烷法的40%~50%,是乙炔法的50%~55%左右,产物分离相对容易,产品纯度高,是目前最先进最经济的合成路线。本章主要介绍丙烯氨氧化法合成丙烯腈的生产技术。 丙烯腈生产的工艺原理 一、丙烯氨氧化法合成丙烯腈的反应原理 丙烯氨氧化法生产丙烯腈,过程中变化较为复杂,可用下述反应方程式描述: 主反应: 副反应: 生成氢氰酸的量约占丙烯腈质量的六分之一。 生成乙腈的量约占丙烯腈质量的七之一。 生成丙烯醛的量约占丙烯腈质量的百分之一。 生成二氧化碳的量约占丙烯腈质量的一半,是副产物中产量最大的一种。 除以上副反应外,还有生成乙醛、丙酮、丙烯酸、丙腈的副反应,但产量很小,可忽略不计。以上主反应和主要副反应都是放热反应,所以要特别注意反应器的温度控制。 二、反应机理及动力学分析 (一) 反应机理 1.烯丙基的形成 在反应过程中,丙烯分子中的?-C上的C—H键首先进行反应,形成烯丙基。在Mo-Bi-O系催化剂上烯丙基的形成过程,存在不同看法,较成熟的一种看法认为,丙烯首先吸附在Mo6+附近的氧空位上,然后?-C上的C—H键发生解离分裂出H+,释放出一个电子形成烯丙基。 烯丙基继续脱氢,与晶格氧结合而生成氧化产物丙烯醛。 2.丙烯腈的生成 系统中的NH3吸附在Bi3+离子上脱去两个H+,并释放出两个电子而形成NH残余基团。烯丙基与NH结合并脱去两个质子和释放出两个电子而形成丙烯腈。 释放的电子可能先授予Bi3+,而后转移给Mo6+,使其还原为Mo5+(或Mo4+)。放出的H+与晶格氧结合成OH-后生成H2O。吸附在催化剂表面的氧获得电子后,转化为晶格氧,并使低价钼离子氧化为Mo6+,形成氧化还原循环。 (二) 动力学分析 根据上述反应机理,丙烯氨氧化的动力学图式可简单表示如下: 其中,k1、k2、k3分别为3个反应的速度常数。曾在PBi9Mo12O52(50%)-SiO2(50%)的催化剂上对丙烯氨氧化合成丙烯腈的动力学进行了研究,从实验数据推算得到在430℃时,k1:k3 =1:40,这说明丙烯腈主要是由丙烯直接氨氧化得到的,丙烯醛是平行副反应产物。 对丙烯氨氧化反应的动力学研究结果是:当氧和氨的浓度不低于一定浓度时,对丙烯是一级反应,对氨和氧都是零级。反应控制步骤为丙烯脱氢形成烯丙基的过程。 第三节 反应工艺及设备 一、工艺条件的影响及控制 (一) 反应对原料的基本要求 1.催化剂 丙烯氨氧化的催化剂一般用钼铋类催化剂。随着工艺的发展先后形成了几代催化剂,第一代催化剂的AN收率可达75%~78%;第二代催化剂的AN收率可达81%,丙烯的转化率为98%;现在第三代催化剂,AN收率还可提高。 2. 氨 合成氨生产的合格品,规格为:NH3 99.5 %;水 0.2 %;油5×10-5。 3. 丙烯 原料丙烯是从烃类裂解气或催化裂解气分离得到的,也可以使用聚丙烯合成中液相和气相回收的丙烯。原料丙烯中可能含有乙烯、乙烷、丙烷及C4,也可能有硫化物存在。丙烷等烷烃对反应没有影响,但会稀释反应物浓度。乙烯分子中无?-H,不如丙烯活泼,所以少量乙烯的存在,对反应不会产生影响。丁烯及高级烯烃存在会给反应带来不利影响,它们比丙烯更易氧化,会降低氧的浓度,从而降低催化剂的活性。正丁烯氧化得到甲基乙烯酮(沸点80℃)以及异丁烯氧化得到的甲基丙烯腈(沸点90℃),沸点与丙烯腈接近,会给丙烯腈的分离精制造成困难,所以应严格控制。硫化物会使催化剂活性下降,应去除。对H2、O2、H2O、CO、CO2的含量没有要求。具体指标如表7-1: 表7-1 反应过程对原料丙烯的基本要求 丙烯 乙烯 丁烯及丁二烯 丙炔 丙二

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