一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法与流程

本发明涉及丁二腈制备的技术领域。

背景技术：

丁二腈作为第一代锂电池电解液添加剂，具有防气胀、提高电化学稳定性穿孔、改善电池循环性能等优点。丁二腈的纯度对锂离子电池的性能影响较大。目前，丁二腈都采用先反应后分离的生产工艺，这种工艺路线能耗高、设备投资大、收率低、产物纯度低，纯度通常低于85%，后续分离难，分离要求高。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其转化率高、选择性好、纯度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，采用反应精馏装置，其结构包括：反应精馏釜，反应精馏釜的顶部设置顶部输出管，顶部输出管与冷凝器的输入端相连接，冷凝器的输出端与储罐连接，储罐上设置有回流管，回流管连接至反应精馏釜的中间区域，反应精馏釜的底部设置有带出料阀的底部接管，底部接管与再沸器相连接；采用丙烯腈、氢氰酸、三乙胺为反应原料，反应温度控制在50℃~70℃，其中丙烯腈和三乙胺从反应精馏釜的上端部进料，氢氰酸采用有机溶液的形式从反应精馏釜的下端部进料；反应过程中，反应精馏釜内的顶部物料不断从顶部输出管依次经冷凝器、储罐、回流管进入至反应精馏釜内的中间区域，回流比控制在1:1；对反应精馏釜底部进行取样，当取样检测得到扣除溶剂后的丁二腈的质量分数超过97%时，停止反应，打开底部接管上的出料阀门，使得反应精馏釜底部的物料通过底部接管排入至再沸器中，物料在再沸器中蒸除溶剂得目标产物丁二腈。

进一步地，前述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其中，所述的氢氰酸以氢氰酸甲苯溶液的形式进行投料，氢氰酸甲苯溶液中氢氰酸与甲苯的体积比为1:1。

更进一步地，前述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其中，氢氰酸甲苯溶液投料时的流量控制在60l/h~80l/h，通入时间为6h~9h。

进一步地，前述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其中，三乙胺摩尔量是氢氰酸摩尔量的0.1%~0.5%。

进一步地，前述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其中，冷凝器的输出端还连接有带尾气排出阀的尾气排出管，所述的尾气排出管连接至碱液吸收塔，反应结束后，反应精馏釜内的尾气经冷凝器冷却后从尾气排出管进入至碱液吸收塔中。

进一步地，前述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其中，反应精馏釜的底部设置有用于搅拌物料的搅拌叶轮，反应过程中，搅拌叶轮的转速控制在500r/min~800r/min。

进一步地，前述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其中，再沸器上连接有回收罐，再沸器中蒸出的溶剂被收集在回收罐中。

进一步地，前述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，其中，丙烯腈与氢氰酸与的摩尔比为1.05~1.1：1。

本发明的优点是：反应、精馏集于一体，原料丙烯腈循环使用，使得氢氰酸完全反应，因此该反应中原料的利用率高、转化率高、选择性好，从而间接降低了废物处理成本，降低了能耗，同时也减少了投资成本。

附图说明

图1是本发明所述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法中采用的反应精馏装置的结构示意图。

具体实施方式

下面对一种反应精馏制备高纯度丁二腈做详细说明。

一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法，采用反应精馏装置，采用丙烯腈、氢氰酸、三乙胺为反应原料。

所述的反应精馏装置，其结构包括：反应精馏釜1，反应精馏釜是集反应和精馏为一体的塔釜，反应精馏釜1的顶部设置顶部输出管11，顶部输出管11与冷凝器2的输入端相连接，冷凝器2的输出端与储罐3连接，储罐3上设置有回流管31，回流管31连接至反应精馏釜1的中间区域，反应精馏釜1的底部设置有带出料阀71的底部接管7，底部接管7与再沸器4相连接，再沸器4的顶部连接有回收罐6。为了提高反应效率，反应精馏釜1的底部设置有用于搅拌物料的搅拌叶轮12，反应过程中，搅拌叶轮12的转速控制在500r/min~800r/min。同时为了更好地处理反应结束后反应精馏釜1内的尾气，冷凝器2的输出端还连接有带尾气排出阀81的尾气排出管8，所述的尾气排出管8连接至碱液吸收塔7，反应结束后，反应精馏釜1内的尾气经冷凝器2冷却后从尾气排出管8进入至碱液吸收塔7中。

反应原料采用丙烯腈、氢氰酸、三乙胺，反应温度控制在50℃~70℃，其中丙烯腈和三乙胺从反应精馏釜1的上端部进料，三乙胺的摩尔量是氢氰酸摩尔量的0.1%~0.5%。丙烯腈与氢氰酸与的摩尔比为1.05~1.1：1。氢氰酸采用有机溶液的形式从反应精馏釜1的下端部进料。优选地，采用氢氰酸甲苯溶液，其中氢氰酸与甲苯的体积比为1:1。氢氰酸甲苯溶液投料时的流量控制在60l/h~80l/h，通入时间为6h~9h。

反应过程中，反应精馏釜1内顶部的物料不断从顶部输出管11依次经冷凝器2、储罐3、回流管31进入至反应精馏釜1内的中间区域，回流比控制在1:1。反应过程中，反应精馏釜1内顶部的含丙烯腈和三乙胺的混合物经冷凝器2进入储罐3，再经回流管31返回反应精馏釜1内的中间区域继续反应，这能推动反应体系更有效地正向制备丁二腈。对反应精馏釜1底部进行取样，当取样检测得到扣除溶剂后的丁二腈的质量分数大于等于97%时，停止反应，打开底部接管7上的出料阀71，使得反应精馏釜1底部的物料通过底部接管7排入至再沸器4中。物料在再沸器4中蒸除溶剂得目标产物丁二腈，再沸器4中蒸出的溶剂被收集在回收罐6中，目标产物丁二腈通转移至成品罐5中储存。

下面通过具体实施例对本发明所述的一种反应精馏制备高纯度丁二腈的方法做进一步说明。

实施例1。

将丙烯腈（281kg）和三乙胺（0.57kg）从1000l的反应精馏釜1的上端部投入进料，氢氰酸甲苯溶液（氢氰酸与甲苯的体积比1:1）以流量为60l/h由反应精馏釜1的下端部投入，通入6.75h，三者充分接触反应，搅拌叶轮12的转速控制在500r/min~800r/min，反应温度70℃，反应精馏釜1内顶部的混合物料不断从顶部输出管11依次经冷凝器2、储罐3、回流管31进入至反应精馏釜1内的中间区域，回流比控制在1:1。反应5h后，反应精馏釜1的底部取样检测，扣除溶剂甲苯含量后的丁二腈的质量分数为98.1%，停止反应。将反应精馏釜1的底部丁二腈及溶剂甲苯收集至再沸器4中。再沸器4蒸除溶剂，得目标产物丁二腈400kg（丁二腈质量分数为98.1%），溶剂收集在回收罐6内，目标产物丁二腈转移至成品罐5内储存，进一步提纯得成品394kg（丁二腈质量分数为99.5%），摩尔收率：95.12%。

实施例2

将丙烯腈（327kg）和三乙胺（0.69kg）从1000l的反应精馏釜1的上端部投入进料，氢氰酸甲苯溶液（氢氰酸与甲苯的体积比1:1）以流量为64l/h由反应精馏釜1的下端部投入，通入7.4h，三者充分接触反应，搅拌叶轮12的转速控制在500r/min~800r/min，反应温度68℃，反应精馏釜1内顶部的物料不断从顶部输出管11依次经冷凝器2、储罐3、回流管31进入至反应精馏釜1内的中间区域，回流比控制在1:1。反应5.5h后，反应精馏釜1的底部取样检测，扣除溶剂甲苯含量后的丁二腈的质量分数为98.2%，停止反应。将反应精馏釜1底部的丁二腈及溶剂甲苯收集至再沸器4中。再沸器4蒸除溶剂，得目标产物丁二腈464kg（丁二腈的质量分数为98.3%），溶剂收集在回收罐6内，目标产物丁二腈转移至成品罐5内储存，进一步提纯得成品457kg（丁二腈的质量分数为99.6%），摩尔收率：94.42%。

实施例3

将丙烯腈（355kg）和三乙胺（0.77kg）从1000l的反应精馏釜1的上端部投入进料，氢氰酸甲苯溶液（氢氰酸与甲苯的体积比1:1）以流量为70l/h由反应精馏釜1的下端部投入，通入7.5h，三者接触反应，搅拌叶轮12的转速控制在500r/min~800r/min，反应温度67℃，反应精馏釜1内顶部的物料不断从顶部输出管11依次经冷凝器2、储罐3、回流管31进入至反应精馏釜1内的中间区域，回流比控制在1:1。反应6.5h后，反应精馏釜1的底部取样检测，扣除溶剂甲苯含量后的丁二腈的质量分数为98.0%，停止反应。将反应精馏釜1的底部的丁二腈及溶剂甲苯收集至再沸器4中。再沸器4蒸除溶剂，得目标产物丁二腈500kg（丁二腈的质量分数为98.05%），溶剂收集在回收罐6内，目标产物丁二腈转移至成品罐5内储存。进一步提纯得成品491kg（丁二腈的质量分数为99.7%），摩尔收率：94.11%。

实施例4

将丙烯腈（355kg）和三乙胺（0.77kg）从1000l的反应精馏釜1的上端部投入进料，氢氰酸甲苯溶液（氢氰酸与甲苯的体积比1:1）以流量为75l/h由塔底投入，通入7.2h，三者充分接触反应，搅拌叶轮12的转速控制在500r/min~800r/min，反应温度69℃，反应精馏釜1内顶部的物料不断从顶部输出管11依次经冷凝器2、储罐3、回流管31进入至反应精馏釜1内的中间区域，回流比控制在1:1。反应6h后，反应精馏釜1的底部取样检测，扣除溶剂甲苯含量后的丁二腈的质量分数为98.1%，停止反应。将反应精馏釜1的底部的丁二腈及溶剂甲苯收集至再沸器4中。再沸器4蒸除溶剂，得目标产物丁二腈529kg（丁二腈的质量分数为98.2%），溶剂收集在回收罐6内，目标产物丁二腈转移至成品罐5内储存，进一步提纯得成品521kg（丁二腈的质量分数为99.5%），摩尔收率：94.30%。

由上可知，本发明的优点是：反应过程中，反应精馏釜1内顶部的物料不断从顶部输出管11依次经冷凝器2、储罐3、回流管31进入至反应精馏釜1内的中间区域，原料丙烯腈循环使用，氢氰酸能完全反应，因此该反应中原料的利用率高、转化率高、选择性好，从而间接降低了废物处理成本，降低了能耗，同时也减少了投资成本。