用于制备氰化氢的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制备氰化氢(HCN)的安德鲁索夫(Andrussow)法的改进。更特别地，本发明涉及用于制备流经包括催化剂网纱的安德鲁索夫型反应器的入口的反应气体的混合物的改进装置，反应气体混合物的物流流过所述催化剂网纱并反应以产生HCN。
【背景技术】
[0002]氰化氢HCN是用于许多有机和无机合成的起始产物，其导致例如下述产物:丙酮合氰化氢(acetone cyanhydrin，ACH)、三聚氯氰、己二腈、甲硫氨酸、无机化合物例如氰化钠等、NTA(次氮基乙酸)、EDTA(乙二胺四乙酸)等。当合成丙酮合氰化氢ACH时，其用于制备例如甲基丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸。这样的用于获得甲基丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸的工业方法以连续方式进行，并且必须非常精确地控制此类方法的每个步骤以避免由于涉及例如爆燃风险的安全性问题而导致的停产。
[0003]安德鲁索夫法为公知的方法，并广泛地用于通过甲烷的氨氧化反应来合成氰化氢(HCN)。氰化氢通过在空气存在下经过由铂-铑网纱构成的催化剂，使氨气对甲烷进行作用获得。氨气与甲烷之间的反应如下:
[0004]CH4+NH3^HCN+3H2 (I)
[0005]该反应是吸热的。因此，当不存在氧气时，需要混合与氨气相比大量的甲烷来燃烧混合物并产生热量，从而使得反应器内部的反应能够成立。由于一部分所产生的氢气和过量的甲烷的燃烧，空气的添加能够得到总体放热的体系，并因此无需额外的外部能量就能维持反应合成。为此，三种反应气体(CH4、NH3和空气)以精确的体积比进行混合。将所获得的气体物流引入到安德鲁索夫型反应器中。该反应器包括催化剂网纱，所述催化剂网纱由在载体上布置的铂-铑制成。热交换器位于反应器的下游，以用于在与催化剂网纱接触之后立即冷却气体。可以例如使用点燃网纱的电阻来实施反应的弓I发。一旦实现该点火，整体放热反应维持所述网纱在约750 °C至1250 °C、优选1000 V至1200 V的温度下。
[0006]反应器内部的主反应如下:
[0007]CH4+NH3+3/202^HCN+3H20 (2)
[0008]空气、含甲烷气体和氨气的混合物为可燃混合物，并且如果混合物中反应气体的比例未得到精确地控制，以及如果混合物和反应的温度未得到控制的话，放热反应可能导致爆炸。
[0009]文献US2010/0086468进一步公开了在反应气体混合物中使用富含氧气的空气提高了生产HCN的反应产率。然而，这篇文献使安全性问题的控制更加棘手。事实上，所公开的氧气与空气之比为20体积％至100体积％。这样的范围过大，并且难处理得多的是使纯氧或具有如此高比例氧气的富含氧气的空气与甲烷和氨气混合，并将这样的混合物供给安德鲁索夫型反应器并且避免爆炸。
[0010]尽管用于制备HCN的安德鲁索夫法作为已知技术已有一段时间，但是HCN并不那么容易制备，因为混合物中的反应气体比例必须经过调节以避免可能的爆炸。反应气体混合物的温度也必须要控制以避免混合物爆炸，以及损坏反应器的催化剂网纱。此外，安德鲁索夫型反应器内部的反应是放热的，这就存在意外出现从催化剂网纱到反应器进料管中的回火的风险。
[0011]文献W097/09273因而公开了一种氰化氢方法和装置。所述方法使用含有30至100体积％的氧气的富含氧化剂的物流。这种富含氧气的物流被预热至200°C至300 0C的温度。称为进料物流的另一种物流被预热至300°C至450°C的温度。
[0012]因此，存在着改进用于生产HCN的连续工业方法的安全性的需求。
[0013]技术问题
[0014]本发明的目的在于避免至少一个现有技术的不便之处。更具体地，本发明的目的在于提出用于通过安德鲁索夫法来制备氰化氢的方法和装置，并且其更确切地用于在供给安德鲁索夫型反应器之前改进混合反应气体的条件，从而改进连续工业方法的安全性，以避免紧急关停和任何爆炸，并以安全、可靠而有效的方式生产HCN。
[0015]发明概述
[0016]令人惊讶地，已经发现用于制备氰化氢HCN的装置，所述装置包括安德鲁索夫型反应器，其中引入含甲烷气体、氨气和富含氧气的空气的反应气体混合物，所述混合物在所述反应器内部经过催化剂进行反应以产生HCN，所述装置包括在根据气流方向的所述安德鲁索夫型反应器的上游用于将各反应气体供给所述装置的气体进料管，用于将氧气与空气预混合，然后将含甲烷气体和氨气添加到所获得的富含氧气的空气的预混物中的第一单元，所述装置的特征在于所述第一单元包括至少一个氧气联机控制器，以便控制进入空气中的氧气比例，所述比例必须为20.95体积％至32.5体积%的氧气，优选25体积%至30.5体积%的氧气;所述装置包括用于将含甲烷气体和氨气以一定的甲烷与氨气的体积比同时添加到富含氧气的空气中的第二单元(U2)，所述甲烷与氨气的体积比必须为1.35至1.02，其取决于进入到富含氧气的空气中的氧气比例;所述装置还包括至少一个用于加热至少一种反应气体的热交换器，以使供给所述安德鲁索夫型反应器(60)的所述反应气体混合物具有80°C至120°C，优选95°C至115°C的温度，使得产生准备好供给安德鲁索夫型反应器的反应气体混合物，其完全安全并且不会产生爆炸的风险。
[0017]申请人还已经发现用于通过使含有含甲烷气体、氨气和富含氧气的空气的反应气体混合物经过置于安德鲁索夫型反应器内部的催化剂进行反应来制备氰化氢HCN的方法，所述方法包括氧气与空气的预混合步骤，随后将含甲烷气体和氨气同时添加到所获得的富含氧气的空气的预混物中，然后再将所述反应气体混合物供给安德鲁索夫型反应器，所述方法的特征在于将氧气以20.95至32.5体积％，优选25至30.5体积％的比例与空气预混合；将含甲烷气体和氨气以使得甲烷与氨气的体积比为1.35至1.02，所述体积比取决于进入空气中的氧气含量的方式同时添加到富含氧气的空气的预混物中；用于供给安德鲁索夫型反应器的所述所获得的反应气体混合物的温度为80至120°C，优选95至115°C，使得产生准备好供给安德鲁索夫型反应器的反应气体混合物，其完全安全并且不会产生爆炸的风险。这样的方法还能够产生使得在反应器内部生产HCN的反应产率得以提高的混合物。
[0018]根据另一个方面，本发明涉及用于制备选自甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸甲酯的单体的方法，其包括如下步骤:
[0019]-通过安德鲁索夫法制备氰化氢HCN，
[0020]-由氰化氢和丙酮制备丙酮合氰化氢ACH，
[0021]-使丙酮合氰化氢ACH水解以产生水解混合物，所述水解混合物包含α-羟基异丁酰胺(HIBAM)、α-硫酸根合异丁酰胺(SIBAM)、2_甲基丙烯酰胺(MACRYDE)和甲基丙烯酸(MAA)，
[0022]-将所述水解混合物热转化为裂化混合物(crackermixture)，以产生2_甲基丙稀酰胺(MACRYDE)和甲基丙烯酸(MAA)的混合物，
[0023]-使所述裂化混合物与选自甲醇或水的材料进行反应，以分别产生选自甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)的单体，和
[0024]-纯化所述所获得的甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸(MAA)，
[0025]所述方法的特征在于制备氰化氢HCN的第一步骤通过使用如上所述的装置，根据如上所述的方法来处理。
【附图说明】
[0026]本发明的其它特征和优点将通过参考附图阅读下面以说明性而非限制性实例的方式给出的说明书而变得明显，其中:
[0027].图1表示在根据现有技术的混合物中，甲烷与氨气的体积比等于I的反应气体混合物组成的三角图，
[0028].图2表示在根据本发明的用于避免爆炸的混合物中，甲烷与氨气的体积比等于
1.024的反应气体混合物组成的三角图，
[0029].图3表示在反应气体混合物进入安德鲁索夫型反应器之前，用于制备所述反应气体混合物的装置的示意性框图，
[0030].图4表示用于制备选自甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸的单体的设施的简化示意性框图。
[0031]发明详述
[0032]关于HCN的制备
[0033]图3示出在反应气体混合物进入安德鲁索夫型反应器60之前，用于制备所述反应气体混合物的装置100的示意性框图。
[0034]所述装置100包括四个进料管Pl至P4。第一进料管Pl用于供给空气，进料管P2用于供给氧气，第三进料管P3用于供给含甲烷气体，第四进料管P4用于供给氨气。