丙烯腈生产的反应原理与主要方法

丙烯腈生产的反应原理与主要方法张乐（内蒙古乌海市科技信息研究所，内蒙古乌海016000）张乐：丙烯腈生产的反应原理与主要方法摘要：与乙烯相似，由于丙烯分子中含有双键和α-活泼氢，所以具有很高的化学反应活性。在工业生产中，利用丙烯的加成反应、氧化反应，羧基化、烷基化及其聚合反应等，可得一系列有价值的衍生物，近年来我国丙烯的发展速度也逐渐超过了乙烯。2009年，我国乙烯需求量478.89万吨，而丙烯的需求量却达到498.85万吨，首次超过乙烯，之后丙烯的需求量一种保持在乙烯之上，因此研究丙烯产品的生产机理与工艺有着重要意义。关键词：丙烯腈；丙烯氨氧化法；催化剂；流程目前丙烯的主要来源有两个，一是由炼油厂裂化装置的炼厂气回收；二是在石油烃裂解制乙烯时联产所得。丙烯大部分一直来自炼油厂，近年来，由于裂解装置建设较快，丙烯产量相应提高较快。丙烯腈是我国丙烯的第二大衍生物，丙烯腈通常与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、氯乙烯、丙烯酰胺等中的一种或几种发生共聚反应，由此可制得各种合成纤维、合成橡胶、塑料、涂料和粘合剂等，其主要用途如图1所示。1丙烯腈的常用生产方法介绍传统的丙烯腈的生产方法有三种。（1）环氧乙烷法：以环氧乙烷与氢氰酸为原料，经两步反应合成丙烯腈。H2COCH2+HCNNa2CO350-60℃OHCNCH2-CH2Mg2CO3200-220℃CH2=CH-CN+H2O（2）乙醛法：+HCNNa2OH10-20℃CH3-CH-CNOHCH2=CH-CNH3PO4600-700℃+H2OCH3CHO136张乐：丙烯腈生产的反应原理与主要方法（3）乙炔法：CHCH+HCNCuCl2-NH4Cl-HCl80-90℃CH2=CH-CN由于以上丙烯腈的传统生产方法原料贵，需用剧毒的HCN为原料引进-CN基，生产成本高，很大程度上限制了丙烯腈生产的发展。1959年开发成功了丙烯氨氧化一步合成丙烯睛的新方法，该法具有原料价廉易得、工艺流程简单、设备投资少、产品质量高、生产成本低等许多优点，很快取代了乙炔法，迅速推动了丙烯腈生产的发展，成为当前生产丙烯腈的主要方法。2丙烯氨氧化反应原理2.1主、副反应主反应：CH=CH-CH3+NH3+O2→CH2=CH-CN+3H2O丙烯、氨、氧在一定条件下发生反应，除生成丙烯腈外，尚有多种副产物生成。副反应：CH2=CHCH3+3NH3+3O2→3HCN+6H2O氢氰酸的生成量约占丙烯腈质量的1/6。CH2=CHCH3+NH3+O2→CH3CN+3H2O乙腈的生成量约占丙烯腈质量的1/7。CH2=CHCH3+O2→CH2=CHCHO+H2O丙烯醛的生成量约占丙烯腈质量的1/100CH2=CHCH3+O2→3CO2+3H2O二氧化碳的生成量约占丙烯腈质量的1/4，它是产量最大的副产物。上述副反应都是强放热反应，尤其是深度氧化反应。在反应过程中，副产物的生成，必然降低目的产物的收率。这不仅浪费了原料，而且使产物组成复杂化，给分离和精制带来困难，并影响产品质量。为了减少副反应，提高目的产物收率，除考虑工艺流程合理和设备强化外，关键在于选择适宜的催化剂，所采用的催化剂必须使主反应具有较低活化能，这样可以使反应在较低温度下进行，使热力学上更有利的深度氧化等副反应，在动力学上受到抑制。2.2催化剂我国目前采用的主要是第一类催化剂。一般认为，其中Mo—Bi是主催化剂，P—Ce是助催化剂，具有提高催化剂活性和延长催化剂寿命的作用。按质量计，Mo—Bi占活性组分的大部分，单一的MoO3虽有一定的催化活性，但选择性差，单一的Bi03对生成丙烯腈无催化活性，只有二者的组合才表现出较好的活性、选择性和稳定性。单独使用P—Ce时，对反应不能加速或极少加速，但当它们和Mo—Bi配合使用时，能改进MO—Bi催化剂的性能。一般来说，助催化剂的用量在5％以下。载体的选择也很重要，由于反应是强放热，所以工业生产中多采用流化床反应器。[1]GB150-1998钢制压力容器.[2]TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程.[3]HG20581-1998钢制化工容器材料选用规定.[4]《固定式压力容器安全技术监察规程》问题解答.[5]《固定式压力容器安全技术监察规程》释义.