對順酐生產工藝與反應器設計要點關聯性的探討

楊軍(新疆克拉瑪依金源精細化工有限責任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

對順酐生產工藝與反應器設計要點關聯性的探討

楊軍(新疆克拉瑪依金源精細化工有限責任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

順酐占據著基礎有機化工原料中的重要地位，隨著順酐生產技術不斷提高，被廣泛應用于各種制造行業，主要包括醫藥行業、油脂樹脂行業以及潤滑油添加劑行業等。本文主要講解了正丁烷氧化法、苯氧化法生產順酐生產工藝的優勢，結合順酐生產反應器類型，分析順酐生產工藝與反應器發展趨勢。

順酐；生產工藝；反應器；發展趨勢

1 順酐生產工藝概述

順酐生產方法主要有苯氧化法、正丁烷氧化以及烯烴氧化法等，由于正丁烷氧化法生產順酐具有污染小、成本低以及產量大等優勢，其制備工藝原料利用率高于苯氧化法和烯烴氧化法，因此受到越來越多人的關注和應用。

1.1 順酐生產工藝苯氧化法

苯氧化法生產順酐原材料是以苯為主，生產流程是將一定量苯原料放置在列管式固定床反應器中，經過分離器、水洗塔、脫水塔與蒸餾塔等環節后形成粗酐，最后將粗酐進行存放儲藏。在實際生產過程中，要求將苯蒸汽與O2按照MOL分數百分之一至百分之二的比例融合，放入釩氧化物或鉬氧化物等催化劑，催化苯原料進行氧化反應，進而生成順酐。苯氧化法生產所需反應器是列管式固定床反應器，生產中溫度要控制在330℃，最多不可超過400℃；反應器壓力為0.1兆帕斯卡，最高不可超過0.2兆帕斯卡；與催化劑接觸時間為0.2秒。苯氧化法生產順酐屬于強放熱反應，工業生產使用反應器管道間循環熔鹽運動產生反應熱，利用回收裝置將余熱集中，形成蒸汽。氣態順酐經過吸收冷凝后沉淀，使用的吸收劑主要有水或有機溶劑兩種，反應物馬來酸標準濃度為百分之三十至百分之四十。使用共沸劑進行脫水操作，將酸轉化為酸酐，酸酐經過減壓蒸餾得到順酐。

1.2 順酐生產工藝烯烴氧化法

烯烴氧化法生產順酐原材料為混合碳四餾，材料中氧氣、正丁烷以及丁二烯，和催化劑氧化反應后形成順酐。其中丁二烯是由正丁烷脫氫形成，經過氧化后最終形成順酐。在實際生產除了生產順酐之外，反應過程中還生成了CO、CO2、H2O、CH3COOH等副產物。烯烴氧化法主要生產方式有：第一種，以混合碳四餾分為主原料固定床反應；第二種，以丁二烯混合碳四為主原料流化床反應。由于正丁烷脫氫是一種吸熱反應且副產物過多，使得烯烴氧化法生產順酐應用受到一定程度的阻礙。

1.3 順酐生產工藝正丁烷氧化法

C4餾分中成本最低且最易得到原料是正丁烷，與氧氣混合氧化產生順酐是三種方式中成本最低。正丁烷氧化法由于污染小、成本低的特征，在近年來得到廣泛的應用，隨著混合C4餾分為原料固定床氧化工藝發展并成熟，逐漸占據生產工藝中主導地位，正丁烷生產順酐方式主要有兩大優勢：第一，正丁烷原料以苯原料價格更為便宜，由于苯原料被各生產行業廣泛使用，使得苯價格不斷上浮，更是加劇苯與正丁烷單價差異；第二，正丁烷原材料生產中所釋放的有毒副產物比苯原材料更少，極大程度上減少了環境的污染，并且正丁烷氧化生產工藝所需要裝置與苯氧化生產工藝裝置相同，差別僅在于將催化劑環節更換為正丁烷氧化設備。因此，順酐生產相關科研人員加大對正丁烷氧化生產順酐工藝研究力度，在一定程度上推動了正丁烷氧化法發展。正丁烷氧化生產順酐是非常復雜氧化還原反應，生產環節為氧化反應環節和后處理回收環節。

2 順酐生產反應器

順酐氧化反應生產工藝是一種強放熱反應，因此在生產反應器設計環節一定要結合反應熱隔離與移除問題。在實際生產過程中如果不能將反應產生熱量及時隔離和移除，會使得反應器內溫度驟升，反應器中形成的副產物一旦遇到高溫條件會引起爆炸。在熱力學中氧化反應呈負值是有利于生產，順酐制備氧化過程是原材料經過催化劑作用下進行化學反應，主要包括氧化擴散、產物吸附、表面反應、產物脫附以及擴散五大步驟。

通常來講順酐生產主要通過高線速移除外擴散影響，從而提高傳熱速度。催化環節中，催化劑分子內傳熱、催化劑以及反應氣體三者間進行催化表層和反應器管壁傳熱。其中催化劑中傳熱載體往往是導熱效果較低的物質，比如：運用固定床反應器，反應床底層穩定和空間溫度分布就受到傳熱效率阻礙，使得反應器中溫差明顯，如果不能及時控制溫度甚至會造成飛溫，直接影響生產反應進行。在這一基礎上通過科學控制體系對反應器內部溫度進行全面掌控。近年來工業生產順酐反應器主要使用列管式固定床反應器和列管式流化床反應器。

順酐生產反應器是整個順酐生產中心環節，其運行質量直接影響著生產效率，科學合理的改善反應器運行模式為生產企業帶來更高經營效益。反應器作為化工生產過程中最危險設備，對生產穩定性有著較大影響。隨著相關技術和理論的不斷發展，國內開始采用現代化控制技術和管理制度全面控制管理順酐生產過程，保障了生產質量和產量達標率，提高了順酐生產反應器運行效益，確保順酐生產反應器操作越來越方便。

3 結語

順酐是化工生產主要原材料，隨著生產工藝和應用領域不斷拓展，其生產需求量也逐漸增加。正丁烷氧化生產順酐工藝因為低成本、高收益且環保等特征，受到越來越多關注和使用，是更符合現代化發展制備方式。從生產安全角度上看，采用科學生產技術，結合傳熱導熱這一因素設計氧化反應器，有助于提高順酐生產質量和產量，并且確保了順酐生產工藝運行平穩高效。

[1]暢志堅.正丁烷法順酐生產工藝現狀[J].天津化工，2011，(5):11-13.

[2]左平.國內外順酐供需狀況及其發展建議[J].當代石油化工，2019，(10):11-14.

楊軍(1967 )，男，漢，河南，車間主任，大學，化學工程與工藝。