丙烷直接氨氧化法制取丙烯腈过程设计

2016-05-30黄楷楠卢飞张攀林志森

科技风 2016年19期

黄楷楠卢飞张攀林志森

摘要：丙烷直接氨氧化法制取丙烯腈是一条潜在的具有巨大经济效益的丙烯腈生产路线。本文概述了丙烷在钼酸盐催化剂的作用下，发生丙烷氧化脱氢反应、丙烯氨氧化反应的过程，对原料及产物进行归纳，介绍了三种催化剂以及催化剂之间的差别，对催化剂的反应性能的关系等问题进行了比较，并选择一种催化剂进行催化。

关键词：丙烷；丙烯腈；氨氧化；催化剂；机理

丙烯腈是三大合成材料的重要化工原料，主要用来生产聚丙烯腈纤维（腈纶），丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料等。直到今天，工业上基本上是以丙烯为原料来制取丙烯腈，产率能达到80%以上。但是，丙烯的价格却是丙烷的4、5倍，并且地球上存在着丰富的烷烃资源，所以最近几年使用丙烷取代丙烯作为原材料来生产丙烯腈成为火热的研究方向。丙烷氨氧化法生产丙烯腈有一段法和二段法两种，由于一段法比二段法工艺成本低约15%～20%，因此本文主要对一段法的过程进行介绍。

1 原料

1.1 丙烷

丙烷在常温常压下为无色无味无毒的气体。它能与空气形成爆炸性混合物，燃烧时发黑烟。化学活性低，脱氢后变成丙烯，可被空气氧化成甲醛。微溶于水，能溶于乙醇和醚。

1.2 氨

纯凈的液氨化学性质稳定，可以长期贮存。在空气中不燃烧，但在氧气中能燃烧生成氮气和氢气，在催化剂存在下生成氧化氮。液氨与Cu、Cr、Ni、Co、铂族金属化合物生成加成化合物，与离子配位而形成络盐。络盐溶解于水呈碱性。液氨在水中以NH4OH分子或离解成离子存在。

1.3 氧

除了氟以外，氧的电负性和非金属性是最强的，大多数元素能与氧发生化学反应，除了几种稀有气体。我们都知道，大部分非金属氧化物的水溶液呈酸性，而金属氧化物在水中与水发生反应生成碱。此外，基本上大部分的有机化合物，都能在燃烧的条件下与氧气产生化学反应生成CO2与水蒸气，如酒精，甲烷。部分有机物不可燃，但也能和氧气等氧化剂发生氧化反应。

2 产物

2.1 丙烯腈

丙烯腈（Acrylonifrile，简称ACN），化学分子式：CH2=CH-CN，常温下是无色或淡黄色液体，化学性质活泼，能发生双键加成反应，与相应的含有活泼氢的无机或有机化合物反应制成一系列氰乙基化产物，是一种非常重要的有机化工原料。在缺氧或暴露在可见光情况下易聚合，在浓碱存在下能强烈聚合。与还原剂发生激烈反应，放出有毒气体。见光、遇热、久贮易聚合，有燃烧爆炸危险。

丙烯腈极具毒性，附着于皮肤上也易经皮肤中毒，对温血动物的毒性约为氰化氢的三十分之一。

2.2 乙腈

乙腈又名甲基氰，液态，无色，易挥发，具有类似于醚的气味和优良的溶剂性能，除了无机物质和有机物质外，还能溶解气体。除了有一定毒性，还能与水和醇无限互溶。

3 催化剂

丙烷直接氨氧化法中，催化剂是反应的关键，选择合适的催化剂可以提高丙烷的转化率和丙烯腈的生成率。

目前，世界上丙烷氨氧化制丙烯腈催化剂大致可分为三类：

钼酸盐催化剂，锑酸盐催化剂，钒铝氧氮化物（VAION）。

其通式為VAlxOyNzHn。

本项目采用第一类钼酸盐催化剂，通式为Mo1.0V0.33Te0.22Nb0.11Ox，从表1可得知，其在丙烷一步氨氧化反应中有比较好的催化作用，丙烷的转化率和丙烯腈的收率分别为89%和62%。

反应过程：

该反应式如下：

参考文献：