丙烯氨氧化制丙烯腈新工艺
15页1、丙烯氨氧化法制丙烯腈目录丙烯氨氧化法制丙烯腈1一、丙1烯腈的性质和用途二、丙烯氨氧化制丙烯腈生产工艺原理2三、工艺条件2四、生产工艺6五、催化剂研究9一、丙烯腈的性质和用途丙烯腈在常温下是无色透明液体,味甜,微臭,沸点77.5r,凝固点-83.3C,闪点0C, 自燃点481C。可溶于有机溶剂如丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇中,与水部分互溶。丙 烯腈剧毒,能灼伤皮肤,低浓度时刺激粘膜,长时间吸入其蒸气能引起恶心,呕吐、头晕、 疲倦等。在空气中的爆炸极限为3.05%17.5%(体积)。因此在生产、贮存和运输中,应采 取严格的安全防护措施,工作场所内丙烯腈允许浓度为0.002mg/L。丙烯腈能发生聚合反应,发生在丙烯腈的C=C双键上,纯丙烯腈在光的作用下就能自行聚 合,所以在成品丙烯腈中,通常要加入少量阻聚剂,如对苯二酚甲基酗阻聚剂MEHQ)、对 苯二酚、氯化亚铜和胺类化合物等。除自聚外,丙烯腈还能与苯乙烯、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。丙烯腈是三大合成的重要单体,目前主要用它生产聚丙烯腈纤维(商品
2、名叫“腈纶”)。其 次用于生产ABS树脂(丙烯腈一丁二烯一苯乙烯的共聚物),和合成橡胶(丙烯腈一丁二烯共聚 物)。丙烯腈水解所得的丙烯酸是合成丙烯酸树脂的单体。丙烯腈电解加氢,偶联制得的己二腈,是生产尼龙66 的原料。其主要用途如图 1所示。图 1 丙烯腈的主要用途二、丙烯氨氧化制丙烯腈生产工艺原理化学反应主反应生成丙烯腈,是一个非均相反应;与此同时,在催化剂表面还发生一系列副反应。主反应:C3H6 + NH3 +1.5 02 CH2 =CHCN + 3 H20 H = -512.5KJ/mol副反应:生成乙腈:C3H6 + 1.5NH3 + 1.502 1.5CH3CN + 3H2O H = -522KJ/mol 生成氢氰酸: C3H6 + 3NH3 + 302 3HCN + 6H20 H = -941KJ/mol 生成二氧化碳: C3H6 + 4.502 3C02 +3 H20 H = -1925KJ/mol 生成一氧化碳: C3H6 + 302 3C0 + 3H20 H = -1925KJ/mol上述副反应中,生成乙腈和氢氰酸是主要的,C02、C0和H20可以由丙烯直接氧化得到,
3、 也可以由丙烯腈、乙腈等再次氧化得到。反应过程也副产少量的丙烯醛、丙烯酸、乙醛、丙 腈以及高聚物等,因此,工业生产条件下的丙烯氨氧过程十分复杂。为提高丙烯的转化率和 丙烯腈的选择性,研究高性能催化剂是非常重要的。三、工艺条件1、催化剂工业上用于丙烯氨氧化反应的催化剂主要有两大类,一类是复合酸的盐类(Mo系),如磷钼 酸铋、磷钨酸铋等;另一类是重金属的氧化物或是几种金属氧化物的混合物(Sb系),例如Sb、Mo、Bi、V、W、Ce、U、Fe、Co、Ni、Te 的氧化物,或是SbSn 氧化物,SbU 氧化物 等。我国目前采用的主要是第一类催化剂。钼系代表性的催化剂有美国Sohio公司的C-41、C-49 及我国的MB-82、MB-86。一般认为,其中MoBi是主催化剂,PCe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MoBi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PCe时,对反应不能加速或 极少加速,但当它们和MoBi配合使用时,能改进M0Bi催
4、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,所以工业生产中采用 流化床反应器。流化床反应器要求催化剂强度高,耐磨性能好,故采用粗孔微球型硅胶作为 催化剂的载体。2、原料纯度和配比(1)原料丙烯是从烃类裂解气或催化裂化气分离得到,其中可能含有的杂质是碳二、丙 烷和碳四,也可能有硫化物存在。丙烷和其它烷烃对反应没有影响,它们的存在只是稀释了 浓度。乙烯在氨氧化反应中不如丙烯活泼,一般情况下少量乙烯存在对反应无不利影响。但 丁烯或更高级烯烃存在会给反应带来不利,因为丁烯或更高级烯烃比丙烯易氧化,会消耗原 料中的氧;正丁烯氧化生成甲基乙烯酮(沸黒0C),异丁烯氨氧化生成甲基丙烯腈(沸点 90C),它们的沸点与丙烯腈沸点接近,会给丙烯腈的精制带来困难。因此,丙烯中丁烯或 更高级烯烃含量必须控制。硫化物的存在,会使催化剂活性下降,应预先脱除。原料氨的纯度达到肥料级即可;原料空气一般需经过除尘、酸-碱洗涤,除去空气中的固 体粉尘、酸性和碱性杂质就可在生产中使用。(2)丙烯与氨的配比(氨比) 在实际投料中发现,当氨比小于理论值1:1 时,有较多的 副产物丙烯醛
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