对顺酐生产工艺与反应器设计要点关联性的探讨

杨军(新疆克拉玛依金源精细化工有限责任公司,新疆 克拉玛依 834003)

对顺酐生产工艺与反应器设计要点关联性的探讨

杨军(新疆克拉玛依金源精细化工有限责任公司,新疆 克拉玛依 834003)

顺酐占据着基础有机化工原料中的重要地位，随着顺酐生产技术不断提高，被广泛应用于各种制造行业，主要包括医药行业、油脂树脂行业以及润滑油添加剂行业等。本文主要讲解了正丁烷氧化法、苯氧化法生产顺酐生产工艺的优势，结合顺酐生产反应器类型，分析顺酐生产工艺与反应器发展趋势。

顺酐；生产工艺；反应器；发展趋势

1 顺酐生产工艺概述

顺酐生产方法主要有苯氧化法、正丁烷氧化以及烯烃氧化法等，由于正丁烷氧化法生产顺酐具有污染小、成本低以及产量大等优势，其制备工艺原料利用率高于苯氧化法和烯烃氧化法，因此受到越来越多人的关注和应用。

1.1 顺酐生产工艺苯氧化法

苯氧化法生产顺酐原材料是以苯为主，生产流程是将一定量苯原料放置在列管式固定床反应器中，经过分离器、水洗塔、脱水塔与蒸馏塔等环节后形成粗酐，最后将粗酐进行存放储藏。在实际生产过程中，要求将苯蒸汽与O2按照MOL分数百分之一至百分之二的比例融合，放入钒氧化物或钼氧化物等催化剂，催化苯原料进行氧化反应，进而生成顺酐。苯氧化法生产所需反应器是列管式固定床反应器，生产中温度要控制在330℃，最多不可超过400℃；反应器压力为0.1兆帕斯卡，最高不可超过0.2兆帕斯卡；与催化剂接触时间为0.2秒。苯氧化法生产顺酐属于强放热反应，工业生产使用反应器管道间循环熔盐运动产生反应热，利用回收装置将余热集中，形成蒸汽。气态顺酐经过吸收冷凝后沉淀，使用的吸收剂主要有水或有机溶剂两种，反应物马来酸标准浓度为百分之三十至百分之四十。使用共沸剂进行脱水操作，将酸转化为酸酐，酸酐经过减压蒸馏得到顺酐。

1.2 顺酐生产工艺烯烃氧化法

烯烃氧化法生产顺酐原材料为混合碳四馏，材料中氧气、正丁烷以及丁二烯，和催化剂氧化反应后形成顺酐。其中丁二烯是由正丁烷脱氢形成，经过氧化后最终形成顺酐。在实际生产除了生产顺酐之外，反应过程中还生成了CO、CO2、H2O、CH3COOH等副产物。烯烃氧化法主要生产方式有：第一种，以混合碳四馏分为主原料固定床反应；第二种，以丁二烯混合碳四为主原料流化床反应。由于正丁烷脱氢是一种吸热反应且副产物过多，使得烯烃氧化法生产顺酐应用受到一定程度的阻碍。

1.3 顺酐生产工艺正丁烷氧化法

C4馏分中成本最低且最易得到原料是正丁烷，与氧气混合氧化产生顺酐是三种方式中成本最低。正丁烷氧化法由于污染小、成本低的特征，在近年来得到广泛的应用，随着混合C4馏分为原料固定床氧化工艺发展并成熟，逐渐占据生产工艺中主导地位，正丁烷生产顺酐方式主要有两大优势：第一，正丁烷原料以苯原料价格更为便宜，由于苯原料被各生产行业广泛使用，使得苯价格不断上浮，更是加剧苯与正丁烷单价差异；第二，正丁烷原材料生产中所释放的有毒副产物比苯原材料更少，极大程度上减少了环境的污染，并且正丁烷氧化生产工艺所需要装置与苯氧化生产工艺装置相同，差别仅在于将催化剂环节更换为正丁烷氧化设备。因此，顺酐生产相关科研人员加大对正丁烷氧化生产顺酐工艺研究力度，在一定程度上推动了正丁烷氧化法发展。正丁烷氧化生产顺酐是非常复杂氧化还原反应，生产环节为氧化反应环节和后处理回收环节。

2 顺酐生产反应器

顺酐氧化反应生产工艺是一种强放热反应，因此在生产反应器设计环节一定要结合反应热隔离与移除问题。在实际生产过程中如果不能将反应产生热量及时隔离和移除，会使得反应器内温度骤升，反应器中形成的副产物一旦遇到高温条件会引起爆炸。在热力学中氧化反应呈负值是有利于生产，顺酐制备氧化过程是原材料经过催化剂作用下进行化学反应，主要包括氧化扩散、产物吸附、表面反应、产物脱附以及扩散五大步骤。

通常来讲顺酐生产主要通过高线速移除外扩散影响，从而提高传热速度。催化环节中，催化剂分子内传热、催化剂以及反应气体三者间进行催化表层和反应器管壁传热。其中催化剂中传热载体往往是导热效果较低的物质，比如：运用固定床反应器，反应床底层稳定和空间温度分布就受到传热效率阻碍，使得反应器中温差明显，如果不能及时控制温度甚至会造成飞温，直接影响生产反应进行。在这一基础上通过科学控制体系对反应器内部温度进行全面掌控。近年来工业生产顺酐反应器主要使用列管式固定床反应器和列管式流化床反应器。

顺酐生产反应器是整个顺酐生产中心环节，其运行质量直接影响着生产效率，科学合理的改善反应器运行模式为生产企业带来更高经营效益。反应器作为化工生产过程中最危险设备，对生产稳定性有着较大影响。随着相关技术和理论的不断发展，国内开始采用现代化控制技术和管理制度全面控制管理顺酐生产过程，保障了生产质量和产量达标率，提高了顺酐生产反应器运行效益，确保顺酐生产反应器操作越来越方便。

3 结语

顺酐是化工生产主要原材料，随着生产工艺和应用领域不断拓展，其生产需求量也逐渐增加。正丁烷氧化生产顺酐工艺因为低成本、高收益且环保等特征，受到越来越多关注和使用，是更符合现代化发展制备方式。从生产安全角度上看，采用科学生产技术，结合传热导热这一因素设计氧化反应器，有助于提高顺酐生产质量和产量，并且确保了顺酐生产工艺运行平稳高效。

[1]畅志坚.正丁烷法顺酐生产工艺现状[J].天津化工，2011，(5):11-13.

[2]左平.国内外顺酐供需状况及其发展建议[J].当代石油化工，2019，(10):11-14.

杨军(1967 )，男，汉，河南，车间主任，大学，化学工程与工艺。