楊軍(新疆克拉瑪依金源精細(xì)化工有限責(zé)任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

對(duì)順酐生產(chǎn)工藝與反應(yīng)器設(shè)計(jì)要點(diǎn)關(guān)聯(lián)性的探討

楊軍(新疆克拉瑪依金源精細(xì)化工有限責(zé)任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

順酐占據(jù)著基礎(chǔ)有機(jī)化工原料中的重要地位，隨著順酐生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，被廣泛應(yīng)用于各種制造行業(yè)，主要包括醫(yī)藥行業(yè)、油脂樹(shù)脂行業(yè)以及潤(rùn)滑油添加劑行業(yè)等。本文主要講解了正丁烷氧化法、苯氧化法生產(chǎn)順酐生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合順酐生產(chǎn)反應(yīng)器類(lèi)型，分析順酐生產(chǎn)工藝與反應(yīng)器發(fā)展趨勢(shì)。

順酐；生產(chǎn)工藝；反應(yīng)器；發(fā)展趨勢(shì)

1 順酐生產(chǎn)工藝概述

順酐生產(chǎn)方法主要有苯氧化法、正丁烷氧化以及烯烴氧化法等，由于正丁烷氧化法生產(chǎn)順酐具有污染小、成本低以及產(chǎn)量大等優(yōu)勢(shì)，其制備工藝原料利用率高于苯氧化法和烯烴氧化法，因此受到越來(lái)越多人的關(guān)注和應(yīng)用。

1.1 順酐生產(chǎn)工藝苯氧化法

苯氧化法生產(chǎn)順酐原材料是以苯為主，生產(chǎn)流程是將一定量苯原料放置在列管式固定床反應(yīng)器中，經(jīng)過(guò)分離器、水洗塔、脫水塔與蒸餾塔等環(huán)節(jié)后形成粗酐，最后將粗酐進(jìn)行存放儲(chǔ)藏。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要求將苯蒸汽與O2按照MOL分?jǐn)?shù)百分之一至百分之二的比例融合，放入釩氧化物或鉬氧化物等催化劑，催化苯原料進(jìn)行氧化反應(yīng)，進(jìn)而生成順酐。苯氧化法生產(chǎn)所需反應(yīng)器是列管式固定床反應(yīng)器，生產(chǎn)中溫度要控制在330℃，最多不可超過(guò)400℃；反應(yīng)器壓力為0.1兆帕斯卡，最高不可超過(guò)0.2兆帕斯卡；與催化劑接觸時(shí)間為0.2秒。苯氧化法生產(chǎn)順酐屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)使用反應(yīng)器管道間循環(huán)熔鹽運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)熱，利用回收裝置將余熱集中，形成蒸汽。氣態(tài)順酐經(jīng)過(guò)吸收冷凝后沉淀，使用的吸收劑主要有水或有機(jī)溶劑兩種，反應(yīng)物馬來(lái)酸標(biāo)準(zhǔn)濃度為百分之三十至百分之四十。使用共沸劑進(jìn)行脫水操作，將酸轉(zhuǎn)化為酸酐，酸酐經(jīng)過(guò)減壓蒸餾得到順酐。

1.2 順酐生產(chǎn)工藝烯烴氧化法

烯烴氧化法生產(chǎn)順酐原材料為混合碳四餾，材料中氧氣、正丁烷以及丁二烯，和催化劑氧化反應(yīng)后形成順酐。其中丁二烯是由正丁烷脫氫形成，經(jīng)過(guò)氧化后最終形成順酐。在實(shí)際生產(chǎn)除了生產(chǎn)順酐之外，反應(yīng)過(guò)程中還生成了CO、CO2、H2O、CH3COOH等副產(chǎn)物。烯烴氧化法主要生產(chǎn)方式有：第一種，以混合碳四餾分為主原料固定床反應(yīng)；第二種，以丁二烯混合碳四為主原料流化床反應(yīng)。由于正丁烷脫氫是一種吸熱反應(yīng)且副產(chǎn)物過(guò)多，使得烯烴氧化法生產(chǎn)順酐應(yīng)用受到一定程度的阻礙。

1.3 順酐生產(chǎn)工藝正丁烷氧化法

C4餾分中成本最低且最易得到原料是正丁烷，與氧氣混合氧化產(chǎn)生順酐是三種方式中成本最低。正丁烷氧化法由于污染小、成本低的特征，在近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用，隨著混合C4餾分為原料固定床氧化工藝發(fā)展并成熟，逐漸占據(jù)生產(chǎn)工藝中主導(dǎo)地位，正丁烷生產(chǎn)順酐方式主要有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，正丁烷原料以苯原料價(jià)格更為便宜，由于苯原料被各生產(chǎn)行業(yè)廣泛使用，使得苯價(jià)格不斷上浮，更是加劇苯與正丁烷單價(jià)差異；第二，正丁烷原材料生產(chǎn)中所釋放的有毒副產(chǎn)物比苯原材料更少，極大程度上減少了環(huán)境的污染，并且正丁烷氧化生產(chǎn)工藝所需要裝置與苯氧化生產(chǎn)工藝裝置相同，差別僅在于將催化劑環(huán)節(jié)更換為正丁烷氧化設(shè)備。因此，順酐生產(chǎn)相關(guān)科研人員加大對(duì)正丁烷氧化生產(chǎn)順酐工藝研究力度，在一定程度上推動(dòng)了正丁烷氧化法發(fā)展。正丁烷氧化生產(chǎn)順酐是非常復(fù)雜氧化還原反應(yīng)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)為氧化反應(yīng)環(huán)節(jié)和后處理回收環(huán)節(jié)。

2 順酐生產(chǎn)反應(yīng)器

順酐氧化反應(yīng)生產(chǎn)工藝是一種強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此在生產(chǎn)反應(yīng)器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)一定要結(jié)合反應(yīng)熱隔離與移除問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中如果不能將反應(yīng)產(chǎn)生熱量及時(shí)隔離和移除，會(huì)使得反應(yīng)器內(nèi)溫度驟升，反應(yīng)器中形成的副產(chǎn)物一旦遇到高溫條件會(huì)引起爆炸。在熱力學(xué)中氧化反應(yīng)呈負(fù)值是有利于生產(chǎn)，順酐制備氧化過(guò)程是原材料經(jīng)過(guò)催化劑作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，主要包括氧化擴(kuò)散、產(chǎn)物吸附、表面反應(yīng)、產(chǎn)物脫附以及擴(kuò)散五大步驟。

通常來(lái)講順酐生產(chǎn)主要通過(guò)高線速移除外擴(kuò)散影響，從而提高傳熱速度。催化環(huán)節(jié)中，催化劑分子內(nèi)傳熱、催化劑以及反應(yīng)氣體三者間進(jìn)行催化表層和反應(yīng)器管壁傳熱。其中催化劑中傳熱載體往往是導(dǎo)熱效果較低的物質(zhì)，比如：運(yùn)用固定床反應(yīng)器，反應(yīng)床底層穩(wěn)定和空間溫度分布就受到傳熱效率阻礙，使得反應(yīng)器中溫差明顯，如果不能及時(shí)控制溫度甚至?xí)斐娠w溫，直接影響生產(chǎn)反應(yīng)進(jìn)行。在這一基礎(chǔ)上通過(guò)科學(xué)控制體系對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部溫度進(jìn)行全面掌控。近年來(lái)工業(yè)生產(chǎn)順酐反應(yīng)器主要使用列管式固定床反應(yīng)器和列管式流化床反應(yīng)器。

順酐生產(chǎn)反應(yīng)器是整個(gè)順酐生產(chǎn)中心環(huán)節(jié)，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響著生產(chǎn)效率，科學(xué)合理的改善反應(yīng)器運(yùn)行模式為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)更高經(jīng)營(yíng)效益。反應(yīng)器作為化工生產(chǎn)過(guò)程中最危險(xiǎn)設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性有著較大影響。隨著相關(guān)技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)開(kāi)始采用現(xiàn)代化控制技術(shù)和管理制度全面控制管理順酐生產(chǎn)過(guò)程，保障了生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量達(dá)標(biāo)率，提高了順酐生產(chǎn)反應(yīng)器運(yùn)行效益，確保順酐生產(chǎn)反應(yīng)器操作越來(lái)越方便。

3 結(jié)語(yǔ)

順酐是化工生產(chǎn)主要原材料，隨著生產(chǎn)工藝和應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，其生產(chǎn)需求量也逐漸增加。正丁烷氧化生產(chǎn)順酐工藝因?yàn)榈统杀?、高收益且環(huán)保等特征，受到越來(lái)越多關(guān)注和使用，是更符合現(xiàn)代化發(fā)展制備方式。從生產(chǎn)安全角度上看，采用科學(xué)生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)合傳熱導(dǎo)熱這一因素設(shè)計(jì)氧化反應(yīng)器，有助于提高順酐生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量，并且確保了順酐生產(chǎn)工藝運(yùn)行平穩(wěn)高效。

[1]暢志堅(jiān).正丁烷法順酐生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀[J].天津化工，2011，(5):11-13.

[2]左平.國(guó)內(nèi)外順酐供需狀況及其發(fā)展建議[J].當(dāng)代石油化工，2019，(10):11-14.

楊軍(1967 )，男，漢，河南，車(chē)間主任，大學(xué)，化學(xué)工程與工藝。