浅谈外循环管式反应器在氨肟化反应中的应用

杨巧谷+任成韵

摘 要： 目前己内酰胺生产行业中所用环己酮氨肟化反应装置基本为釜式反应器，且为了达到环己酮的高转化率和环己酮肟的高选择性需要较长时间的停留时间，这不仅增加了设备的投资、副反应的发生，更是在给工艺操作带来了较大的困难和不安全因素。本文研究了外循环管式反应器在环己酮氨肟化反应中的应用，从缩短停留时间、减少设备投资、反应转化率和选择性、简化操作等各方面将釜式反应器和管式反应器进行了对比，结果显示管式反应器应用于生产中完全可以达到釜式反应器的效果，且较釜式反应器有很多优点。

关键词：釜式反应器 管式反应器 停留时间 氨肟化反应 转化率 选择性

中图分类号：TQ426 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0281-01

己内酰胺是一种重要的化工原料和中间体，其下游产品广泛应用于纺织、工业塑料、军事等各方面，且其下游产品发展趋势更是倾向于高端科技产品。目前，己内酰胺生产中大多采用环己酮氨肟化制备环己酮肟，再经重排制备己内酰胺。肟化反应是己内酰胺生产中的核心工序，也是技术含量最高的环节，行业中使用的肟化反应装置基本为釜式反应器，其使用机理为肟化反应停留时间满足70min左右，使环己酮达到99.5%以上的转化率。这种反应装置存在工艺复杂、操作困难、设备投资大、不易清洗、催化剂用量大、副反应多等缺陷，本文对反应方式进行了进一步研究，发现肟化反应其实为秒级反应，即在3～5s内即可使转化率达到99.5%以上，从而开发了新的管式反应装置，简化了工艺流程和操作程序、降低了设备投资和催化剂消耗、提高了生产效率。

一、停留时间的缩短

目前行业中所采用的釜式反应装置其要求反应停留时间一般在70min左右，就10万吨/年装置来说，其反应釜一般容积要求在100m3左右，正常反应时液位控制在80%计算，停留时间大约为77min，不仅在设备制造上浪费大量财力和人力，且过长的停留时间造成较多的副反应发生，影响反应收率的同时还会使产品杂质量增多，最终影响成品己内酰胺的质量，同时为保证环己酮的转化率和选择性必须要满足催化剂的浓度在4%（重量比）左右，即在反应釜中需要维持3t左右的催化剂，无形中增加了催化剂的流失量，造成了催化剂的浪费。

本文研究了在长度为35m、直径为350mm的外循环反应装置中，容积为1.44m3的管式反应器，循环流速为1300m3/h条件下，达到10万吨/年生产能力的要求其停留时间仅为4s，且环己酮转化率和选择性均处于99.5%以上，秒级的停留时间避免了物料在反应系统中过多的发生副反应，增加了反应收率和提高了成品质量。催化剂浓度保持在4%（重量比）时仅需要催化剂量为0.4t，催化剂使用量的减少更大程度上发挥了其催化作用。

二、设备成本的降低

釜式反应装置设备多且大，制作困难，反应釜体更是需要诸多的安全附件和控制点，且釜内为防止催化剂的沉淀和增强反应液的传质效果须配套有搅拌装置，耗费大量的制作成本和增加了多个泄露点，仅反应釜体的成本需要大约2500万元。

本文研究的外循环管式反应器在原有反应装置基础上避免了反应釜的使用，仅以管道作为反应器，因此在设备方面节省了大量的投资，减少了泄露点，更保证了反应的安全稳定性。

三、转化率和选择性的考察

反应装置的研究和开发要以适用于生产为目的，反应是化工生产中的心脏，没有反应就没有新物质生成。一种反应装置在实际生产中的适用程度最直观的表现就是反应的转化率和产品的选择性，即是产品收率。

本文在长度为35m、直径为350mm的外循环反应装置中，容积为1.44m3的管式反应器，循环流速为1300m3/h时，在双氧水：环己酮=1.25：1（mol）、气氨：环己酮=1.1：1、催化剂浓度为2%（wt%）、温度为90℃反应条件下对环己酮的转化率和环己酮肟的选择性进行了考察，并同步在釜式反应器（平均停留时间为69.6s）中做同样的考察，两者结果对比如下。

两表中可以看出，投酮量在9t/h生产负荷下，经过管式反应器后环己酮的转化率和选择性均可以达到99.9%以上，成品肟收率基本稳定在99.8%，在转化率和选择性方面与釜式反应装置具有同样的反应效果。所以本外循环管式反应装置完全可以代替传统的釜式反应装置投诸于生产。

四、操作简便

目前使用的釜式反应由于装置大，流程复杂，且有较多的控制点和大量的反应液，为操作带来了诸多不便和安全隐患。本文所研究的外循环管式反应装置工艺流程简单，在原有的釜式反应装置基础上减少了反应主体即釜式反应器，仅保留循环管线，大量减少了系统中的反应液和反应系统控制点，简化了操作和增强了安全性。由于该工艺流程简单，容积小，在反应系统清洗和开停车过程中更是易于操作。

五、小结

经过实际生产检验，在反应效果方面管式反应器完全可以替代釜式反应器，并完全能够满足工业化生产，且较釜式反应器有更多优势。反应停留时间大大缩短，降低了副产物的生成量，提高了反应收率和产品质量；鉴于釜式反应器价格昂贵、结构复杂，管式反应器简化了反应装置，节省了大笔设备投资；流程简单，较釜式反应器减少了更多的泄露点和控制点，增强了生产安全性和方便了操作。管式反应器在环己酮氨肟化反应中成功的应用，且相比传统釜式反应器具备更多的优势，在不久的将来势必取代釜式反应装置，成为己内酰胺生产中的主体。

参考文献

[1]氨肟化装置工艺技术规程.山东东巨化工股份有限公司内部资料，2016.2.

[2]氨肟化装置技术月报.山东东巨化工股份有限公司内部资料，2016.3.