丙烯腈生产工艺PPT学习教案

1、会计学1丙烯腈生产工艺丙烯腈生产工艺了解知识：丙烯系列产品及用途了解知识：丙烯系列产品及用途第1页/共24页1 1、丙烯腈的用途、丙烯腈的用途 c=c CN第2页/共24页丙烯腈丙烯腈聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维合成羊毛合成羊毛（腈纶）（腈纶）丁腈乳胶丁腈乳胶丁腈橡胶丁腈橡胶皮革、纺织品、皮革、纺织品、纸张处理剂纸张处理剂ABS树脂树脂ABS塑料塑料丙烯酸丙烯酸丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酰胺丙烯酰胺抗水剂抗水剂丙烯酰胺丙烯酰胺抗水剂抗水剂AS塑料塑料AS树脂树脂己二腈己二腈尼龙尼龙66氯化氯化丙烯腈丙烯腈合成纤维合成纤维第3页/共24页2 2、丙烯腈制取的发展史、丙烯腈制取的发展史CHCH+ HCN

2、CuCl2-NH4Cl-HCl80-90CH2=CH-CN第4页/共24页H2COCH2+ HCNNa2CO350-60OHCNCH2-CH2Mg2CO3200-220CH2=CH-CN +H2O+ HCNNa2OH10-20CH3-CH-CNOHCH2=CH-CNH3PO4600-700+ H2OCH3CHO第5页/共24页第6页/共24页第7页/共24页第8页/共24页3 3、生产丙烯腈的关键、生产丙烯腈的关键催化剂催化剂第9页/共24页第10页/共24页4 4、丙烯、氨氧化反应机理和动力学、丙烯、氨氧化反应机理和动力学第11页/共24页第12页/共24页第13页/共24页5 5、丙烯、氨

3、氧化生产丙烯腈的工艺、丙烯、氨氧化生产丙烯腈的工艺第14页/共24页(1)(1)原料纯度原料纯度 丁烯及高碳烯烃化学性质比丙烯活泼，会对氨氧化丁烯及高碳烯烃化学性质比丙烯活泼，会对氨氧化反应带来不利影响，不仅消耗原料混合气中的氧和氨反应带来不利影响，不仅消耗原料混合气中的氧和氨, ,而而且生成的少量副产物混入丙烯腈中且生成的少量副产物混入丙烯腈中, ,给分离过程增加难度。给分离过程增加难度。例如例如: :丁烯能氧化生成甲基乙烯酮丁烯能氧化生成甲基乙烯酮( (沸点沸点797980)80)；异丁；异丁烯能氨氧化生成甲基丙烯腈烯能氨氧化生成甲基丙烯腈( (沸点沸点929293)93)。这两种化。这两

4、种化合物的沸点与丙烯腈的沸点接近，给丙烯腈的精制带来合物的沸点与丙烯腈的沸点接近，给丙烯腈的精制带来困难，并使丙腈和困难，并使丙腈和COCO2 2等副产物增加。而硫化物的存在则等副产物增加。而硫化物的存在则会使催化剂活性下降。会使催化剂活性下降。因此，应严格控制原料丙烯的质因此，应严格控制原料丙烯的质量。量。 原料氨的纯度达到肥料级就能满足工业生产要求。原料氨的纯度达到肥料级就能满足工业生产要求。 原料空气一般经过除尘后就可在生产中使用。原料空气一般经过除尘后就可在生产中使用。 第15页/共24页(2)(2)反应器进料配比反应器进料配比 根据丙烯、氨氧化反应合成丙烯腈的方程式可知，原根据丙烯、

5、氨氧化反应合成丙烯腈的方程式可知，原料丙烯、氨、氧的理论比为（摩尔比），它们的体积比亦料丙烯、氨、氧的理论比为（摩尔比），它们的体积比亦是，若将氧换算成空气的话（空气中含有是，若将氧换算成空气的话（空气中含有21%体积的氧气）体积的氧气）即丙烯氨氧化反应合成丙烯腈的原料的理论为（体积比）。即丙烯氨氧化反应合成丙烯腈的原料的理论为（体积比）。但是在实际反应中，丙烯并不是完全转化成丙烯腈的，有但是在实际反应中，丙烯并不是完全转化成丙烯腈的，有的转化成乙腈、氢氰酸，有的干脆不发生氧化反应生成丙的转化成乙腈、氢氰酸，有的干脆不发生氧化反应生成丙烯醛、丙酮、一氧化碳，这些副反应都要消耗大量的氧，烯醛、丙

6、酮、一氧化碳，这些副反应都要消耗大量的氧，因此因此发生了发生了生成目的产物丙烯腈的生成目的产物丙烯腈的主反主反应应同同生成副产物的生成副产物的副反应之间争夺原料氧的矛盾副反应之间争夺原料氧的矛盾，如果原料氧稍微过量一些，如果原料氧稍微过量一些且再配以选择性好的催化剂，那么丙烯腈的收率将大大提且再配以选择性好的催化剂，那么丙烯腈的收率将大大提高。高。第16页/共24页 丙烯和氨的配比。除满足氨氧化反应外丙烯和氨的配比。除满足氨氧化反应外，还需考虑副还需考虑副反应反应( (例如生成乙腈、丙腈及其它腈类等例如生成乙腈、丙腈及其它腈类等) )的的消耗及氨在催消耗及氨在催化剂上分解或氧化化剂上分解或氧化

7、成成N N2 2、NONO和和NONO2 2等的消耗。等的消耗。另外，过量氨另外，过量氨的存在对抑制丙烯醛的生成有明显的效果的存在对抑制丙烯醛的生成有明显的效果，这一点可从图，这一点可从图1-11-1看出。看出。图图1-1 丙烯与氨用量比的影丙烯与氨用量比的影响响丙烯腈丙烯腈丙烯醛丙烯醛第17页/共24页 当当NHNH3 3/C/C3 3H H6 6(mol)(mol)小于小于1 1，即氨的用量小于反应理论需，即氨的用量小于反应理论需要值时，生成的丙烯醛随氨量的减少而明显增加；当要值时，生成的丙烯醛随氨量的减少而明显增加；当NHNH3 3/C/C3 3H H6 6大于大于1 1后，生成的丙烯醛

8、量很少，而丙烯腈生成量后，生成的丙烯醛量很少，而丙烯腈生成量则可达到最大值。但氨的用量也不能过量太多，这不仅增则可达到最大值。但氨的用量也不能过量太多，这不仅增加了氨的消耗定额，而且未反应的氨要用硫酸中和，将它加了氨的消耗定额，而且未反应的氨要用硫酸中和，将它从反应气中除去，也增加了硫酸的消耗。工业上氨的用量从反应气中除去，也增加了硫酸的消耗。工业上氨的用量比理论值略高，一般为比理论值略高，一般为NHNH3 3/C/C3 3H H6 61.201(mol)1.201(mol)。 第18页/共24页(3)(3)反应温度反应温度 反应温度对丙烯的转化率、生成丙烯腈的选择性和催反应温度对丙烯的转化率

9、、生成丙烯腈的选择性和催化剂的活性都有明显影响，在初期的化剂的活性都有明显影响，在初期的P-Mo-Bi-OP-Mo-Bi-O催化剂上催化剂上的研究表明，丙烯氨氧化反应在的研究表明，丙烯氨氧化反应在350350就开始进行，但转就开始进行，但转化率很低，随着反应温度的递增，丙烯转化率相应地增高，化率很低，随着反应温度的递增，丙烯转化率相应地增高，如图如图1-21-2 图图1-2 1-2 流化床反应器反应温度对流化床反应器反应温度对 丙烯转化率和丙烯腈收率的影响丙烯转化率和丙烯腈收率的影响 丙烯转化率丙烯转化率丙烯腈收率丙烯腈收率%第19页/共24页 应当指出应当指出, ,不同催化剂有不同的最佳操作

10、温度范围。不同催化剂有不同的最佳操作温度范围。生产中发现，反应温度达到生产中发现，反应温度达到500500时，有结焦、堵塞管路时，有结焦、堵塞管路现象发生，而且因丙烯深度氧化，反应尾气中现象发生，而且因丙烯深度氧化，反应尾气中COCO和和COCO2 2的的量也开始明显增加。因此，实际操作中应控制反应温度量也开始明显增加。因此，实际操作中应控制反应温度低于低于500500。 第20页/共24页(4)(4)反应压力反应压力 丙烯氨氧化的主、副反应化学反应丙烯氨氧化的主、副反应化学反应平衡常数平衡常数K K的数值的数值都很大，可将这些反应看作不可逆反应。此时，反应压力都很大，可将这些反应看作不可逆反

11、应。此时，反应压力的变化对反应的影响的变化对反应的影响仅表现在动力学上仅表现在动力学上。由丙烯氨氧化反。由丙烯氨氧化反应动力学方程式知，应动力学方程式知，反应速度与丙烯的分压成正比反应速度与丙烯的分压成正比，故提，故提高丙烯分压，对反应是有利的，而且还可提高反应器的生高丙烯分压，对反应是有利的，而且还可提高反应器的生产能力。但在加快反应速度的同时，反应热也在激增，过产能力。但在加快反应速度的同时，反应热也在激增，过高的丙烯分压使反应温度难以控制。实验又表明，增加反高的丙烯分压使反应温度难以控制。实验又表明，增加反应压力，催化剂的选择性会降低，从而使丙烯腈的收率下应压力，催化剂的选择性会降低，从

12、而使丙烯腈的收率下降，故丙烯氨氧化反应不宜在加压下进行。降，故丙烯氨氧化反应不宜在加压下进行。 第21页/共24页(5)(5)接触时间和空速接触时间和空速 丙烯氨氧化反应是气丙烯氨氧化反应是气- -固相催化反应，反应在催化剂固相催化反应，反应在催化剂表面进行，不可能瞬间完成，因此，保证反应原料气在催表面进行，不可能瞬间完成，因此，保证反应原料气在催化剂表面停留一定时间是很必要的，该时间与反应原料气化剂表面停留一定时间是很必要的，该时间与反应原料气在催化剂床层中的停留时间有关，停留时间愈长，原料气在催化剂床层中的停留时间有关，停留时间愈长，原料气在催化剂表面停留的时间也愈长。增加接触时间，对提高

13、在催化剂表面停留的时间也愈长。增加接触时间，对提高丙烯腈单程收率是有利的，对副反应而言，增加接触时间丙烯腈单程收率是有利的，对副反应而言，增加接触时间除生成除生成COCO2 2的副反应外，其余的收率均没有明显增长，即的副反应外，其余的收率均没有明显增长，即接触时间的变化对它们的影响不大，由此可知，适当增加接触时间的变化对它们的影响不大，由此可知，适当增加接触时间对氨氧化生成丙烯腈的主反应是有利的，随着丙接触时间对氨氧化生成丙烯腈的主反应是有利的，随着丙烯转化率的提高，丙烯腈的单程收率也会增加，但过分延烯转化率的提高，丙烯腈的单程收率也会增加，但过分延长接触时间，丙烯深度氧化生成长接触时间，丙烯

14、深度氧化生成COCO2 2的量会明显增加，导的量会明显增加，导致丙烯腈收率降低。致丙烯腈收率降低。第22页/共24页同时，由于氧的过分消耗，容易使催化剂由氧化态转为还同时，由于氧的过分消耗，容易使催化剂由氧化态转为还原态，降低了催化剂活性，并缩短催化剂使用寿命，这是原态，降低了催化剂活性，并缩短催化剂使用寿命，这是因为长期缺氧，会使因为长期缺氧，会使MoMo5 5MoMo4 4, ,而而 Mo Mo4 4转变为转变为MoMo5 5则相则相当困难，即使通氧再生催化剂，也难以恢复到原有的活性。当困难，即使通氧再生催化剂，也难以恢复到原有的活性。另外，接触时间的延长，降低了反应器的生产能力，对工另外，接触时间的延长，降低了反应器的生产能力，对工业生产也是不利的。适宜的接触时间与催化剂的活性、选业生产也是不利的。适宜的接触时间与催化剂的活性、选择性以及反应温度有关择性以及反应温度有关, ,对于活性高、选择性好的催化剂