淺談外循環管式反應器在氨肟化反應中的應用

楊巧谷+任成韻

摘 要： 目前己內酰胺生產行業中所用環己酮氨肟化反應裝置基本為釜式反應器，且為了達到環己酮的高轉化率和環己酮肟的高選擇性需要較長時間的停留時間，這不僅增加了設備的投資、副反應的發生，更是在給工藝操作帶來了較大的困難和不安全因素。本文研究了外循環管式反應器在環己酮氨肟化反應中的應用，從縮短停留時間、減少設備投資、反應轉化率和選擇性、簡化操作等各方面將釜式反應器和管式反應器進行了對比，結果顯示管式反應器應用于生產中完全可以達到釜式反應器的效果，且較釜式反應器有很多優點。

關鍵詞：釜式反應器 管式反應器 停留時間 氨肟化反應 轉化率 選擇性

中圖分類號：TQ426 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0281-01

己內酰胺是一種重要的化工原料和中間體，其下游產品廣泛應用于紡織、工業塑料、軍事等各方面，且其下游產品發展趨勢更是傾向于高端科技產品。目前，己內酰胺生產中大多采用環己酮氨肟化制備環己酮肟，再經重排制備己內酰胺。肟化反應是己內酰胺生產中的核心工序，也是技術含量最高的環節，行業中使用的肟化反應裝置基本為釜式反應器，其使用機理為肟化反應停留時間滿足70min左右，使環己酮達到99.5%以上的轉化率。這種反應裝置存在工藝復雜、操作困難、設備投資大、不易清洗、催化劑用量大、副反應多等缺陷，本文對反應方式進行了進一步研究，發現肟化反應其實為秒級反應，即在3～5s內即可使轉化率達到99.5%以上，從而開發了新的管式反應裝置，簡化了工藝流程和操作程序、降低了設備投資和催化劑消耗、提高了生產效率。

一、停留時間的縮短

目前行業中所采用的釜式反應裝置其要求反應停留時間一般在70min左右，就10萬噸/年裝置來說，其反應釜一般容積要求在100m3左右，正常反應時液位控制在80%計算，停留時間大約為77min，不僅在設備制造上浪費大量財力和人力，且過長的停留時間造成較多的副反應發生，影響反應收率的同時還會使產品雜質量增多，最終影響成品己內酰胺的質量，同時為保證環己酮的轉化率和選擇性必須要滿足催化劑的濃度在4%（重量比）左右，即在反應釜中需要維持3t左右的催化劑，無形中增加了催化劑的流失量，造成了催化劑的浪費。

本文研究了在長度為35m、直徑為350mm的外循環反應裝置中，容積為1.44m3的管式反應器，循環流速為1300m3/h條件下，達到10萬噸/年生產能力的要求其停留時間僅為4s，且環己酮轉化率和選擇性均處于99.5%以上，秒級的停留時間避免了物料在反應系統中過多的發生副反應，增加了反應收率和提高了成品質量。催化劑濃度保持在4%（重量比）時僅需要催化劑量為0.4t，催化劑使用量的減少更大程度上發揮了其催化作用。

二、設備成本的降低

釜式反應裝置設備多且大，制作困難，反應釜體更是需要諸多的安全附件和控制點，且釜內為防止催化劑的沉淀和增強反應液的傳質效果須配套有攪拌裝置，耗費大量的制作成本和增加了多個泄露點，僅反應釜體的成本需要大約2500萬元。

本文研究的外循環管式反應器在原有反應裝置基礎上避免了反應釜的使用，僅以管道作為反應器，因此在設備方面節省了大量的投資，減少了泄露點，更保證了反應的安全穩定性。

三、轉化率和選擇性的考察

反應裝置的研究和開發要以適用于生產為目的，反應是化工生產中的心臟，沒有反應就沒有新物質生成。一種反應裝置在實際生產中的適用程度最直觀的表現就是反應的轉化率和產品的選擇性，即是產品收率。

本文在長度為35m、直徑為350mm的外循環反應裝置中，容積為1.44m3的管式反應器，循環流速為1300m3/h時，在雙氧水：環己酮=1.25：1（mol）、氣氨：環己酮=1.1：1、催化劑濃度為2%（wt%）、溫度為90℃反應條件下對環己酮的轉化率和環己酮肟的選擇性進行了考察，并同步在釜式反應器（平均停留時間為69.6s）中做同樣的考察，兩者結果對比如下。

兩表中可以看出，投酮量在9t/h生產負荷下，經過管式反應器后環己酮的轉化率和選擇性均可以達到99.9%以上，成品肟收率基本穩定在99.8%，在轉化率和選擇性方面與釜式反應裝置具有同樣的反應效果。所以本外循環管式反應裝置完全可以代替傳統的釜式反應裝置投諸于生產。

四、操作簡便

目前使用的釜式反應由于裝置大，流程復雜，且有較多的控制點和大量的反應液，為操作帶來了諸多不便和安全隱患。本文所研究的外循環管式反應裝置工藝流程簡單，在原有的釜式反應裝置基礎上減少了反應主體即釜式反應器，僅保留循環管線，大量減少了系統中的反應液和反應系統控制點，簡化了操作和增強了安全性。由于該工藝流程簡單，容積小，在反應系統清洗和開停車過程中更是易于操作。

五、小結

經過實際生產檢驗，在反應效果方面管式反應器完全可以替代釜式反應器，并完全能夠滿足工業化生產，且較釜式反應器有更多優勢。反應停留時間大大縮短，降低了副產物的生成量，提高了反應收率和產品質量；鑒于釜式反應器價格昂貴、結構復雜，管式反應器簡化了反應裝置，節省了大筆設備投資；流程簡單，較釜式反應器減少了更多的泄露點和控制點，增強了生產安全性和方便了操作。管式反應器在環己酮氨肟化反應中成功的應用，且相比傳統釜式反應器具備更多的優勢，在不久的將來勢必取代釜式反應裝置，成為己內酰胺生產中的主體。

參考文獻

[1]氨肟化裝置工藝技術規程.山東東巨化工股份有限公司內部資料，2016.2.

[2]氨肟化裝置技術月報.山東東巨化工股份有限公司內部資料，2016.3.