丙烯氨氧化法生产丙烯腈的工艺流程优化

丙烯氨氧化法生产丙烯腈的工艺流程较复杂，可分为三大部分：反应部分、回收部分、分离精制部分。各国采用的流程差异较大，现以应用较广泛的一种流程为例。

1.反应部分生产工艺流程

反应部分工艺流程如图7-13所示。

图7-13　反应部分工艺流程

1—空气压缩机；2—氨蒸发器；3—丙烯蒸发器；4—热交换塔；5—冷却管补给水加热器；6—反应器；7—氨中和塔

经过滤后的洁净空气由透平压缩机1压缩至250kPa左右，在预热器4中与反应器出口物料换热，预热至300℃左右，从流化床反应器底部的下分布板进入流化床反应器6。丙烯和氨分别经丙烯蒸发器3和氨蒸发器2气化后，经孔板流量计剂量，按一定比例混合，从流化床反应器底部的上分布板进入，空气、丙烯和氨均控制流量按一定比例投入。流化床内预先已装好固相的催化剂，并燃烧丙烯将床内预热到440℃左右。

丙烯、氨和空气在催化剂床层中，进行气固相催化反应，控制反应温度在430～450℃；由流化床内的U型冷却管通入高压软水移去反应热，反应温度的控制是由所使用冷却管的数量以及原料空气的预热温度控制。U形冷却管移出的高压过热水蒸气（2.8MPa）可作为空气透平压缩机的动力，变为低压水蒸气（350kPa左右）后，可作为回收部分和分离精制部分的热源。反应产物气从反应器顶部排出，经床顶的内旋风分离器除尘，回收催化剂之后，经两个热交换器，分别用原料气和高压软水冷却到250℃左右，进入急冷塔（除氨塔）进行处理。急冷塔下部由循环水洗去夹带的粉尘、可能已经聚合的高聚物渣滓、部分醛类和少量氨。

流化床反应后的气体产物中，丙烯腈、乙腈、氰化氢、丙烯醛等在水中都有较大的溶解性，但未反应的碱性氨的存在会发生一些副反应，必须首先除去。除氨的原因如下：

（1）氨在水中易溶解，与丙烯腈能发生加成反应，生成氨基丙腈等加成产物，消耗丙烯腈。

（2）产物中的氰化氢，在氨存在30～130℃时，容易发生聚合反应，生成的聚合物会堵塞管道，影响生产。

（3）氨溶于水能与产物气中的CO2反应生成不稳定的碳酸氢铵，在水溶液加热解析时，碳酸氢铵分解成氨和二氧化碳，在后边的冷却器、冷凝器中，会再次化合成碳酸氢铵，堵塞设备和管道。

工业上用工业硫酸（质量分数为1.5%左右）中和去除气体中残余的NH3，生成浓度为18%～22%的硫酸铵溶液，经精制可得硫铵。中和过程中循环液pH保持在5.5～6.0。中和后产物气温降到40℃左右。

2.回收工艺流程(www.xing528.com)

回收部分工艺流程如图7-14所示，主要由3个塔组成。

图7-14　回收部分工艺流程图

1—吸收塔；2—萃取精馏塔；3—热交换器；4—油水分离器；5—粗丙烯腈贮槽；6—乙腈解吸塔；7—回流罐；8—过滤器；9—粗乙腈贮槽

去除氨后的气体主要是丙烯腈、氢氰酸和乙腈，还有N2、CO、CO2等以及少量的丙烯醛、丙酮、丙烯酸等副产物，其中丙烯腈、氢氰酸、乙腈、丙烯醛等能与水部分互溶，而未反应的丙烯以及N2、CO、CO2等不溶于水或溶解性很小，所以工业上用水作吸收剂吸收，使产物、副产物与气体分开。

由除氨塔出来物料进入水吸收塔1，用5～10℃水吸收，产物丙烯腈、副产物氢氰酸、乙腈、丙烯醛等溶于水，得到粗丙烯腈水溶液，其他气体由塔顶排出。排出的气体可经催化燃烧并利用其热量后放空。粗丙烯腈水溶液含丙烯腈4%～5%，含副产物约1%，经加热后进入萃取精馏塔2，俗名回收塔，在此塔中将丙烯腈与乙腈分离。丙烯腈与乙腈的相对挥发度很接近，用一般的精馏方法难以分离，工业上一般采用萃取精馏。用水作萃取剂进行萃取，氢氰酸和丙烯腈以和水的共沸物的形式从塔顶馏出，乙腈残留在塔釜，乙腈废水再到乙腈解吸塔6，得到粗乙腈。粗乙腈进入乙腈脱氰塔，塔顶蒸出氢氰酸用氢氧化钠吸收成氰化钠。AN-H2O共沸物冷却后分为水相和油相两层，经分层器收集的油相为粗丙烯腈，进入粗丙烯腈贮槽，水相回至萃取精馏塔循环利用。

3.分离精制部分工艺流程

分离精制部分工艺流程如图7-15所示。

图7-15　粗丙烯腈精制部分的工艺流程

1—脱氢氰酸塔；2—氢氰酸精馏塔；3—丙烯腈精馏塔；4—过滤器；5—成品丙烯腈贮槽

粗丙烯腈中含有氢氰酸和水等杂质，需进一步精制以满足工业需要。由上道工序得到的粗丙烯腈含丙烯腈80%以上，氢氰酸10%左右，水约8%以及其他微量杂质。可用一般精馏方法分离。

粗丙烯腈先进入脱氢氰酸塔1，塔顶蒸出的氢氰酸进入氢氰酸精馏塔2，得到纯度为99.5%的氢氰酸。脱氢氰酸塔釜液进入丙烯腈精馏塔3，塔上部侧线采出丙烯腈产品，塔顶蒸出丙烯腈与水的共沸物，经冷却冷凝后浸入油水分离器，油层丙烯腈回流入塔，水层分出。塔釜水层送污水处理。

精制过程需要采取一些措施防止物料自聚：一是丙烯腈精馏采用减压操作；二是加入一定阻聚剂。氢氰酸一般采用二氧化硫、醋酸等酸性阻聚剂，丙烯腈一般采用对苯二酚等酚类物质做阻聚剂。