专利名称：苯二甲腈气体吸收分离方法
技术领域：
本发明是关于对由二甲苯与氨和含氧气体在催化剂存在下反应产生气体中，分离苯二甲腈吸收分离方法的改进，尤其涉及从反应生成气中吸收苯二甲腈的吸收分离方法。
背景技术：
苯二甲腈，又称为异肽腈(IPN)，是有机合成的重要原料。苯二甲腈生产方法中，由二甲苯与氨和含氧气体反应的氨氧化法是现阶段较为先进的生产方法，即在气固相流化床设备中使二甲苯在高温及催化剂存在下与氨及氧反应，生成苯二甲腈。由于氨氧化反应产生大量反应热，所以反应温度很高，通常反应产物以气相(称之为反应生成气)从反应器顶部排出。而在反应生成气中，除含有苯二甲腈外，通常还含有氨气、氢化氰、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氮气、氧气、二甲苯、甲基苯甲腈、苯甲腈等，这就需对反应生成气进行分离，以获得高纯度的苯二甲腈。
从反应生成气中分离苯二甲腈的方法有多种，并被多个专利及文献所报导，其中美国专利US4134910、US6509490以及中国专利CN1397543A，报导采用有机溶剂吸收反应生成气，使其中苯二甲腈被捕集在吸收溶剂中(我们称之为直流式单程吸收)，再经过两个蒸馏分离塔两步分离，得到高纯度苯二甲腈。然而这种有机溶剂直流式单程捕集吸收，虽然能够获得较好的吸收分离效果，但仍然存在某些不足，例如吸收液用量难以控制，会出现吸收不足和过度吸收两种情况。
吸收液用量过大，往往会使产物(苯二甲腈)在吸收液中的浓度偏低(吸收不足)，不仅会大大增加后续蒸馏分离能耗和工时，降低分离提取效率；而且，过大的吸收液用量还会造成反应生成气过度冷却，当温度低于水汽露点情况下，会造成水汽的凝结或吸收。而苯二甲腈在水中稳定性较差，在有水的条件下会发生水解反应，生成芳香酰胺或芳香羧酸，从而造成苯二甲腈的收率降低。
为了控制吸收塔中的温度，以确保吸收液的温度保持在水汽的露点之上，避免水汽的凝结或吸收，就必须对溶剂的用量加以限制，这样往往又会出现吸收液用量不足。吸收液用量过少(吸收过度)，溶剂量太少，反应产物在溶剂中的浓度过高，在管线等温度较低处吸收液会因冷却而使苯二甲腈的溶解度降低，并随着溶解度的降低而析出，造成管线或泵机等设备的堵塞。同时吸收剂用量过少，还会造成吸收液温度剧烈升高，又会造成反应生成气吸收不完全，所需的苯二甲腈产物不能被完全吸收，会随其它不凝、不溶性气体从放空管排空而流失，造成产品收率降低。
再就是，由于采用直流式单程吸收，为提高对产物的吸收分离效率，因此必须选择对产物具有更好溶解能力的溶剂作吸收剂，为此必须将精馏蒸出物中那些对产物溶解性能低的杂质组分分离出去，才能使回收溶剂用于返回吸收，以保证有较高吸收效率，这样虽然节约了溶剂，但需增加分离处理。
因此直流式单程捕集吸收，吸收段可控性差，不仅生产难以控制，而且对高收率分离苯二甲腈不利，会造成苯二甲腈损失和管线或泵机等设备堵塞问题，而且蒸出溶剂需分离其他杂质后才能回用，因此仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种具有吸收可控性好，不仅可高收率从通过氨氧化反应产生的气体中回收苯二甲腈，而且还可避免可能造成的对管线或泵机等设备堵塞的苯二甲腈气体吸收分离方法。
本发明吸收分离方法，主要改进是使吸收有机溶剂采取循环吸收反应生成气，并在循环吸收中通过控制吸收液的温度，使吸收分离处在设定理想状态，从而避免上述可能出现的不利问题。具体说，本发明苯二甲腈气体吸收分离方法，包括使反应生成气与有机溶剂在吸收塔内接触从而将苯二甲腈捕集在吸收溶剂中，其特征在于吸收塔后有一循环槽，使吸收了苯二甲腈及其他有机杂质的吸收液，由吸收塔排出后被引入该循环槽，再次返回吸收塔与反应生成气接触捕集苯二甲腈，形成吸收液的循环，在循环过程中，可控补充吸收剂，并使吸收塔内温度至少保持在水汽露点之上，经若干次循环吸收后送入后续蒸馏分离。
本发明所说吸收塔内温度至少保持在水汽露点之上，主要作用是确保反应生成气中水汽不会在吸收过程中被凝结，而能随其他其它不凝、不溶性气体从放空管排空，从而避免因水汽的凝结可能发生期望产物的水解。为有利控制，本发明一种较好方法是通过控制循环吸收液的温度，来控制吸收塔内的温度，因此，较好是使吸收液温度至少保持在水汽露点之上。吸收液温度控制，可以是在循环吸收回路中设置加热和冷凝器，也可以在循环槽中设置加热和冷凝装置，一种较为简便的方法是在循环槽中设置加热和冷凝装置(例如水冷却盘管)。
为避免温度过高，造成的吸收不完全，期望产物收率降低，本发明吸收液温度以控制在105-155℃较为适宜。过低则会导致水汽凝结或被吸收，使吸收液中水分增大，造成期望产物的水解损失；过高又会造成吸收不完全而空排，期望产物苯二甲腈收率降低。
控制循环吸收液中产物的合适浓度，不仅可使吸收剂利用率提高，降低能耗，而且可提高产品收率。本发明经试验摸索，循环吸收液中的产物浓度以控制在15-30％为好，其中尤以20-25％左右较为适宜，浓度过低，会导致吸收剂利用率降低，后续蒸馏分离能耗增加；浓度过高，会造成产物吸收不完全而空排，收得率降低。
本发明所说补充吸收剂，可以是添加新的吸收溶剂，但一种更好是补加后续经精馏分离蒸出产物(轻组分及溶剂)，这样不仅有利于提高蒸出副产的利用率，进一步降低分离成本；而且还避免了精馏蒸出物对环境造成的不良影响和/或减少环保处理费用。
本发明由于在吸收塔后增加有吸收液循环槽，使吸收剂采用循环吸收方式吸收分离反应生成气中苯二甲腈，从而使得吸收液控制(用量、温度)变得简单易行，在吸收不足的情况下，可以通过吸收液的反复循环吸收，达到提高吸收液中产物浓度；在吸收过度的情况下，又可以通过向循环槽中补加新的吸收溶剂得到平衡。使得整个吸收工艺具有较理想的可控性及很高的经济性。吸收塔内温度的控制，可以使吸收处于期望的理想状态，不仅可使水汽保持在气相状态，而与其它不凝、不溶气体，如氨气、氢化氰、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气等从吸收塔顶部排出，经处理后放空，确保反应生成气中的水汽不会在有机溶剂吸收液中凝结，可以避免苯二甲腈发生水解反应造成损失，提高苯二甲腈的收率；而且还可避免吸收液温度过高而造成的吸收不完全的情况。通过控制吸收液温度，更可以简便控制吸收塔内温度。补充吸收剂采用后续经精馏分离的蒸出物(轻组分及溶剂)，还有利于提高副产的利用率，降低分离成本，避免了精馏蒸出物对环境造成的不良影响和/或减少环保处理费用。本发明吸收分离工艺，具有产品收率高、经济性好、不需大的设备投资、运营费用低等特点。
以下结合一个具体实施方式
，进一步说明本发明，但本发明方法不局限于所举实施例。
附图为本发明实施例工艺流程图。
具体实施例方式
实施例以间二甲苯作原料为例，参见附图。
氨氧化反应在φ38mm×1800mm不锈钢流化床反应器1中，加入细颗粒氨氧化催化剂550g(例如中国专利CN1123385C所说V10CraAbBcCdOx催化剂)，分别通入间二甲苯、氨气和含氧气体(空气)，控制原料进料配比为间二甲苯∶氨∶空气＝1∶8∶41，进行氨氧化反应，控制反应温度425℃左右，反应生成气由反应器顶部引出。
生成气吸收将反应生成气引入内径为φ150mm，高度为800mm，内装填有450mm鲍尔环填料层的不锈钢吸收塔2，吸收塔内装有冷却盘管、吸收液分布管。吸收塔后有一φ500mm×280mm，装有压力表、温度表、搅拌桨、电加热器4、冷却盘管3(冷却水冷却)、安全阀的不锈钢循环槽5。循环槽中加入40升1，3，5-三甲苯有机溶剂，泵送由吸收塔上部进入与下底部进入的反应生成气逆流接触吸收，吸收液由塔底引出泵送至循环槽返回循环吸收，未被溶剂吸收的气相组成如氨气、氢化氰、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氮气、氧气等，从吸收塔的顶部引出，经处理后放空。循环吸收过程中通过循环槽内加热或冷却装置，控制循环槽吸收液温度105-155℃，不断取样分析吸收液中产物的浓度，根据需要向循环槽中补加由精馏塔顶蒸出产物(轻组分和溶剂)，当循环槽中产物苯二甲腈浓度达20％-25％，将吸收液送后蒸馏塔蒸馏分离，除去高沸点重组分杂质，溶剂和轻组分杂质，得高纯间二苯甲腈。
此外，本发明吸收溶剂补充，也可以采用外加新鲜吸收溶剂。
本发明方法，同样适用于以对二甲苯或邻二甲苯作为原料制取对苯二甲腈和邻苯二甲腈。
本发明所述二甲苯，包括对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯。
权利要求
1.一种苯二甲腈气体吸收分离方法，包括使反应生成气与有机溶剂在吸收塔内接触从而将苯二甲腈捕集在吸收溶剂中，其特征在于吸收塔后有一循环槽，使吸收了苯二甲腈及其他有机杂质的吸收液，由吸收塔排出后被引入该循环槽，再次返回吸收塔与反应生成气接触捕集苯二甲腈，形成吸收液的循环，在循环过程中，可控补充吸收剂，并使吸收塔内温度至少保持在水汽露点之上，经若干次循环吸收后送入后续蒸馏分离。
2.根据权利要求1所述苯二甲腈气体吸收分离方法，其特征在于所说吸收塔内温度控制是通过控制循环吸收液温度实现。
3.根据权利要求2所述苯二甲腈气体吸收分离方法，其特征在于所说循环吸收液温度至少在水汽露点以上。
4.根据权利要求3所述苯二甲腈气体吸收分离方法，其特征在于所说循环吸收液温度为105-155℃。
5.根据权利要求4所述苯二甲腈气体吸收分离方法，其特征在于所说吸收液温度控制是在循环槽内完成。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述苯二甲腈气体吸收分离方法，其特征在于所说循环吸收液中苯二甲腈浓度达15-30％时，送入后续蒸馏分离。
7.根据权利要求6所述苯二甲腈气体吸收分离方法，其特征在于所说循环吸收液中苯二甲腈浓度达20％-25％时，送入后续蒸馏分离。
8.根据权利要求1所述苯二甲腈气体吸收分离方法，其特征在于所说补充吸收剂为后续精馏分离塔顶蒸出的产物。
全文摘要
本发明是关于对由二甲苯与氨和含氧气体在催化剂存在下反应产生气体中，分离苯二甲腈吸收分离方法的改进，尤其涉及从反应生成气中吸收苯二甲腈的吸收分离方法，其特征在于吸收塔后有一循环槽，使吸收了苯二甲腈及其他有机杂质的吸收液，由吸收塔排出后被引入该循环槽，再次返回吸收塔与反应生成气接触捕集苯二甲腈，形成吸收液的循环，在循环过程中，可控补充吸收剂，并使吸收塔内温度至少保持在水汽露点之上，经若干次循环吸收后送入后续蒸馏分离。从而使得吸收液控制变得简单易行，本发明吸收分离工艺，具有产品收率高、经济性好、设备投资省、运营费用低等特点，是一种理想的从反应生成气中吸收分离苯二甲腈的方法。
文档编号C07C253/34GK1594290SQ200410041028
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月18日 优先权日2004年6月18日
发明者乔建江, 秦怡生, 陈金华 申请人:江苏天音化工股份有限公司