一种戊烯腈合成反应中回收氢氰酸的系统和方法与流程

1.本发明涉及化工合成技术领域，具体而言，涉及一种戊烯腈合成反应中回收氢氰酸的系统和方法。


背景技术：

2.己二腈是一种重要的合成中间体，用于合成己二胺和己内酰胺，工业上，大多采用丁二烯和氢氰酸为原料，在过度金属催化剂的催化下，经过二级氢氰化得到己二腈，其中，戊烯腈是一级氢氰化的中间产物。
3.一般地，一级氢氰化合成戊烯腈的反应过程中，主要反应原料为丁二烯和氢氰酸，丁二烯稍过量，确保反应器内物料保持液体状态，反应温度为100-150℃，反应器的压力为3-20atm，反应结束后的浆液通常是3-pn、2m3bn、4pn、2pn、2m2bn、adn、mgn、催化剂、丁二烯和少量氢氰酸的混合物。氢氰酸在常温常态下是无色透明的液体，有剧毒，易挥发，易燃烧，其蒸汽与空气混合容易形成爆炸混合物，遇高温、遇明火也均可引起爆炸，同时浆液中氢氰酸的浓度过高还会对催化剂造成中毒，使催化剂活性下降，不利于催化剂的回收利用，因此，为了生产的顺利进行，在处理含有氢氰酸的一级氢氰化合成戊烯腈的混合浆液时需先除去浆液中的氢氰酸，再对剩余浆液进行后续处理。而氢氰酸溶解性极强，几乎能与所有的溶剂混溶，并且浆液中的氢氰酸还易发生聚合，更不利于对浆液进行除氢氰酸处理，因此，需要寻找一种有效的除去一级氢氰化合成戊烯腈混合物料中氢氰酸的方法。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是如何设计一种戊烯腈反应中回收氢氰酸的系统和方法，以避免氢氰酸的存在不利于后续操作的进行，影响己二腈的生产效率。
5.为未解决上述问题，本发明一方面提供了一种戊烯腈合成反应中回收氢氰酸的系统，包括一级汽提装置和二级蒸馏装置，其中，一级汽提装置包括连通的一级汽提塔釜和一级汽提塔，一级汽提塔的底部与一级汽提塔釜的顶部相连，一级汽提塔与一物料输入管路连通，物料输入管路用于向一级汽提塔内输入戊烯腈合成反应后的混合物料，一级汽提塔釜与一汽提液输入管路连通，用于向一级汽提塔釜内输入汽提液丁二烯液体；二级蒸馏装置包括连通的二级蒸馏塔釜和二级蒸馏塔，二级蒸馏塔的底部与二级蒸馏釜的顶部相连，二级蒸馏塔的进料口通过一物料转移管路连通于一级汽提塔釜的出料口，所述物料转移管路(17)上设有物料转移泵(171)。
6.值得一提的是，本发明的汽提剂采用的是生产原料之一的丁二烯，从一级汽提塔釜进入，在一级汽提塔得到富含氢氰酸和丁二烯的混合馏分，不会引入新的物质，也无须对汽提剂进一步的分离，而且得到的氢氰酸和丁二烯的混合馏分可以循环至反应器再利用，而从一级汽提塔釜转移至二级蒸馏装置中的混合浆液中还会残留氢氰酸和丁二烯，通过二级精馏装置的再次进蒸馏，能够将混合浆液中残留的丁二烯完全去除，使混合浆液中氢氰酸的含量小于10ppm。
7.进一步地，在本发明中，一级汽提装置还包括一级加热器，二级蒸馏装置还包括二级加热器，其中，一级加热器的底部连通于一级汽提塔釜的顶部，一级加热器的顶部通过一级加热循环管路连通于一级汽提塔釜的底部，一级加热循环管路上设有用于促进混合浆液流动的一级塔釜循环泵；二级加热器的底部连通于二级蒸馏塔釜的顶部，二级加热器的顶部通过二级加热循环管路连通于二级蒸馏塔釜的底部，二级加热循环管路上设有用于促进混合浆液流动的二级塔釜循环泵。由此，混合浆液是在循环流动的过程中被一级加热器和二级加热器加热的，避免了固定加热时由于局部升温过快导致的爆沸现象，浆液的流动不利于丁二烯的聚合，还有助于馏分的蒸发。
8.进一步地，在本发明中，一级汽提装置还包括一级冷凝器和一级回流罐，二级蒸馏装置还包括二级冷凝器和二级回流罐，其中，一级汽提塔顶部的一级馏分出口通过一级馏分输出管路依次连通于一级冷凝器和一级回流罐，一级回流罐的出液端通过一级馏分回流管路连通于一级汽提塔，以使部分丁二烯和氢氰酸的混合馏分重新流入到一级汽提塔内，一级馏分回流管路上设有用于控制流量的一级回流泵；一级回流罐的出液端通过一级馏分收集管路连通于馏分收集单元，以使部分丁二烯和氢氰酸的混合馏分在馏分收集单元处被收集后再利用，一级馏分收集管路上设有用于控制流量的一级馏分采出泵；二级蒸馏塔顶部的二级馏分出口通过二级馏分输出管路依次连通于二级冷凝器和二级回流罐，二级回流罐的出液端通过二级馏分回流管路连通于二级蒸馏塔，二级馏分回流管路上设有设有用于控制流量的二级回流泵，二级回流罐的出液端通过二级馏分回收管路连通于物料输入管路，二级馏分回收管路设有设有用于控制流量的二级馏分采出泵。一级冷凝器和二级冷凝器用于对流经的馏分降温，避免了温度过高丁二烯在管道内发生聚合，堵塞管道，同时通过循环蒸馏的方式以实现氢氰酸回收。
9.进一步地，在本发明中，一级汽提塔的塔板数为20，物料输入管路设置于一级汽提塔塔板底部第8板位置；二级蒸馏塔的塔板数为30，二级蒸馏塔的进料口设置于二级蒸馏塔塔板底部第1板位置，以较好地分离回收氢氰酸馏分。
10.进一步地，在本发明中，二级蒸馏装置还包括一浆液回收单元，浆液回收单元通过浆液回收管路连通于二级蒸馏塔釜的出料口，浆液回收管路上设有二级塔釜采出泵。
11.本发明的另一方面提供了一种戊烯腈合成反应中回收氢氰酸的方法，该方法通过上述系统实现，具体步骤如下：
12.步骤一、向一级汽提塔输送戊烯腈合成反应后的混合物料，向一级汽提塔釜输送汽提液丁二烯液体，戊烯腈合成反应后的混合物料和丁二烯液体在一级汽提塔釜混合形成混合浆液，启动一级加热器和一级塔釜循环泵，以使混合浆液通过一级加热循环管路在一级加热器和一级汽提塔釜之间循环流动，并在流经一级加热器时被加热，受热蒸发的液体馏分在一级汽提塔处被分离，丁二烯和氢氰酸的混合馏分富集于一级汽提塔的顶部，并通过一级馏分输出管路流向一级冷凝器冷却，冷却液在一级回流罐处被收集，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由一级回流泵送回至一级汽提塔内，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由一级馏分采出泵送至馏分收集单元处被收集，
13.步骤二、启动物料转移泵，将一级汽提塔釜内的混合浆料转移至二级蒸馏塔内，启动二级加热器和二级塔釜循环泵、以使混合浆液通过二级加热循环管路在二级加热器和二级蒸馏塔釜之间循环流动，并在流经二级加热器是被加热，受热蒸发的液体馏分在二级蒸
馏塔处被分离，丁二烯和氢氰酸的混合馏分富集于二级蒸馏塔的顶部，并通过二级馏分输出管路流向二级冷凝器冷却，冷却液在二级回流罐处被收集，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由二级回流泵送回至二级蒸馏塔内，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由二级馏分采出泵送至物料输入管路，最后进入一级汽提塔内继续分离，
14.步骤三、启动二级塔釜采出泵，将二级蒸馏塔釜内的残余混合浆液转移至浆料回收单元，并确认混合浆液中氢氰酸的含量在安全范围内。
15.进一步地，在步骤一中，一级汽提塔的压力控制在0.1～5pa，一级汽提塔釜的温度控制在60～120℃；在步骤二中，二级蒸馏塔的压力控制在0.1～0.3pa，二级蒸馏塔釜的温度控制在60～120℃。
16.进一步地，在步骤一中，控制一级回流泵和一级馏分采出泵输送混合馏分的比例为1.5：1；在步骤二中，控制二级回流泵和二级馏分采出泵输送混合馏分的比例为2:1。
17.进一步地，在步骤一中，一级冷凝器的温度控制在-5～60℃。在步骤二中，二级冷凝器的温度控制在-5～60℃。
18.进一步地，在步骤三中，浆料回收单元内收集的混合浆液中氢氰酸的含量小于10ppm。
附图说明
19.图1为本发明公开的戊烯腈合成反应中回收氢氰酸系统的工艺流程图。
20.附图标记说明：
21.10、一级汽提塔釜；11、一级汽提塔；111、一级馏分出口；112、一级馏分输出管路；113、一级馏分回流管路；114、一级回流泵；115、一级馏分收集管路；116、一级馏分采出泵；12、一级加热器；121、一级加热循环管路；122、一级塔釜循环泵；13、一级冷凝器；14、一级回流罐；15、物料输入管路；16、汽提液输入管路；17、物料转移管路；171、物料转移泵；20、二级蒸馏塔釜；21、二级蒸馏塔；211、二级馏分出口；；212、二级馏分输出管路；213、二级馏分回流管路；214、二级回流泵；215、二级馏分回收管路；216、二级馏分采出泵；217、浆液回收管路；218、二级塔釜采出泵；22、二级加热器；221、二级加热循环管路；222、二级塔釜循环泵；23、二级冷凝器；24、二级回流罐；241、真空泵；30、馏分收集单元；40、浆液回收单元。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.应注意到：相似的标记和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.如图1所示，其为戊烯腈合成反应中回收氢氰酸的工艺流程图，根据工艺流程图可知，本实施例中戊烯腈合成反应中回收氢氰酸的系统包括一级汽提装置和二级蒸馏装置，其中，一级氢氰化合成戊烯腈的混合物料在一级汽提装置内进行初次蒸馏，再进入到二级蒸馏装置进行二次蒸馏，浆液经过一级汽提装置和二级蒸馏装置蒸馏后，混合浆液中氢氰酸的含量小于10ppm，氢氰酸基本从混合浆液中被回收分离，保证了生产后续工序的顺利进行，同时，丁二烯和氢氰酸的混合馏分被收集后重新再利用。
28.具体地，一级汽提装置包括连通的一级汽提塔釜10和一级汽提塔11，一级汽提塔11的底部与一级汽提塔釜10的顶部相连，一级汽提塔11与物料输入管路15连通，用于向一级汽提塔11内输入戊烯腈合成反应后的混合物料，一级汽提塔釜10与汽提液输入管路16连通，用于向一级汽提塔釜10内输入汽提液丁二烯液体，戊烯腈合成反应后的混合物料和汽提液丁二烯液体在一级汽提塔釜10混合形成混合浆液，混合浆液通过一级加热器12被加热，以使混合浆液中的丁二烯和氢氰酸的混合馏分富集于一级汽提塔11的塔顶，并通过一级汽提塔11顶部的一级馏分出口111被送出。
29.优选地，一级汽提塔11的塔板数为20，物料输入管路15设置于一级汽提塔11塔板底部第8板位置处。
30.进一步地，用于加热一级汽提塔釜10内混合浆液的一级加热器12连通于一级汽提塔釜10，具体地，由图1可知，一级加热器12的底部连通于一级汽提塔釜10的顶部，一级加热器12的顶部通过一级加热循环管路121连通于一级汽提塔釜10的底部，混合浆液通过一级加热循环管路121在一级加热器12和一级汽提塔釜10之间循环流动，混合浆液在流经一级加热器12时被加热，采用流动加热的方式不仅能够避免由于加热不均产生的爆沸现象，还不利于丁二烯聚合反应的发生，同时还能促进馏分的快速蒸发。更近一步地，一级加热循环管路121上设有用于促进混合浆液流动的一级塔釜循环泵122。
31.进一步地，一级汽提装置还包括一级冷凝器13和一级回流罐14，一级汽提塔11顶部的一级馏分出口111通过一级馏分输出管路112依次连通于一级冷凝器13和一级回流罐14，从一级汽提塔11流出的丁二烯和氢氰酸的混合馏分在一级冷凝器13处被冷却，在一级回流罐14出被接收，同时需要避免丁二烯在一级馏分输出管路112流通的过程中发生聚合。更进一步地，一级回流罐14的出液端通过一级馏分回流管路113连通于一级汽提塔11，用于将部分丁二烯和氢氰酸的混合馏分送回至一级汽提塔11内，一级馏分回流管路113上设有用于控制流量的一级回流泵114，一级回流罐14的出液端通过一级馏分收集管路115连通于
馏分收集单元30，部分丁二烯和氢氰酸的混合馏分在馏分收集单元30处被收集回收后再利用，一级馏分收集管路115上设有用于控制流量的一级馏分采出泵116。
32.更进一步地，一级汽提塔釜10内的混合浆液通过物料转移管路17被转移至二级蒸馏装置，以将混合浆液中残留的氢氰酸和丁二烯进一步蒸馏去除，物料转移管路17上设有用于促进混合浆液流动的物料转移泵171。
33.由图1可知，二级蒸馏装置包括连通的二级蒸馏塔釜20和二级蒸馏塔21，二级蒸馏塔21的底部与二级蒸馏塔釜20的顶部相连，二级蒸馏塔21的进料口通过物料转移管路17连通于一级汽提塔釜10，一级汽提塔釜10内的混合浆液通过物料转移管路17转移至二级蒸馏塔釜20，混合浆液通过二级加热器22被加热，以使混合浆液中的丁二烯和氢氰酸的混合馏分富集于二级蒸馏塔21的塔顶，并通过二级蒸馏塔21顶部的二级馏分出口211被送出。
34.优选地，二级蒸馏塔21的塔板数为30，二级蒸馏塔21的进料口设置于二级蒸馏塔21塔板底部第1板位置处。
35.进一步地，用于加热二级蒸馏塔釜20内混合浆液的二级加热器22连通于二级蒸馏塔釜20，具体地，由图1可知，二级加热器22的底部连通于二级蒸馏塔釜20的顶部，二级加热器22的顶部通过二级加热循环管路221连通于二级蒸馏塔釜20的底部，混合浆液通过二级加热循环管路221在二级加热器22和二级蒸馏塔釜20之间循环流动，混合浆液在流经二级加热器22时被加热，采用流动加热的方式不仅能够避免由于加热不均产生的爆沸现象，还不利于丁二烯聚合反应的发生，同时还能促进馏分的快速蒸发。更近一步地，二级加热循环管路221上设有用于促进混合浆液流动的二级塔釜循环泵222。
36.进一步地，二级蒸馏装置还包括二级冷凝器23和二级回流罐24，二级蒸馏塔21顶部的二级馏分出口211通过二级馏分输出管路212依次连通于二级冷凝器23和二级回流罐24，从二级蒸馏塔21流出的丁二烯和氢氰酸的混合馏分在二级冷凝器23处被冷却，在二级回流罐24出被接收，同时需要避免丁二烯在二级馏分输出管路212流通的过程中发生聚合。更进一步地，二级回流罐24的出液端通过二级馏分回流管路213连通于二级蒸馏塔21，用于将部分丁二烯和氢氰酸的混合馏分送回至二级蒸馏塔21内，二级馏分回流管路213上设有用于控制流量的二级回流泵214，二级回流罐24的出液端通过二级馏分回收管路215连通于物料输入管路15，重新进入到一级汽提塔11内再次进行蒸馏。优选地，二级回流罐24上设有一真空泵241，以促进混合馏分的流通。
37.更进一步地，经过反复蒸馏的混合浆液通过浆液回收管路217被送至浆液回收单元40，浆液回收单元40通过浆液回收管路217连通于二级蒸馏塔釜20的出料口，浆液回收管路217上设有用于促进混合浆液流动的二级塔釜采出泵218。
38.以下是根据本实施例公开的回收氢氰酸的系统进行的浆液回收氢氰酸过程的描述：
39.步骤一、向一级汽提塔11输送戊烯腈合成反应后的混合物料，向一级汽提塔釜10输送汽提液丁二烯液体，戊烯腈合成反应后的混合物料和丁二烯液体在一级汽提塔釜10混合形成混合浆液，启动一级加热器12和一级塔釜循环泵122，以使混合浆液通过一级加热循环管路121在一级加热器12和一级汽提塔釜10之间循环流动，并在流经一级加热器12时被加热，受热蒸发的液体馏分在一级汽提塔11处被分离，丁二烯和氢氰酸的混合馏分富集于一级汽提塔11的顶部，并通过一级馏分输出管路流向一级冷凝器13冷却，冷却液在一级回
流罐14处被收集，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由一级回流泵114送回至一级汽提塔11内，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由一级馏分采出泵116送至馏分收集单元30处被收集，其中，需要控制一级汽提塔11内的压力在0.1～5pa之间，一级汽提塔釜10内的温度在60～120℃之间，一级冷凝器13的温度在-5～60℃之间，一级回流泵和一级馏分采出泵输送混合馏分的比例为1.5:1；
40.步骤二、启动物料转移泵171，将一级汽提塔釜内10的混合浆料转移至二级蒸馏塔21内，启动二级加热器22和二级塔釜循环泵222、以使混合浆液通过二级加热循环管路221在二级加热器23和二级蒸馏塔釜20之间循环流动，并在流经二级加热器22时被加热，受热蒸发的液体馏分在二级蒸馏塔21处被分离，丁二烯和氢氰酸的混合馏分富集于二级蒸馏塔21的顶部，并通过二级馏分输出管路212流向二级冷凝器23冷却，冷却液在二级回流罐24处被收集，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由二级回流泵214送回至二级蒸馏塔21内，部分丁二烯和氢氰酸的混合液由二级馏分采出泵216送至物料输入管路15，最后进入一级汽提塔11内继续分离，其中，需要控制二级蒸馏塔21内的压力在0.1～0.3pa之间，二级蒸馏塔釜20的温度在60～120℃之间，二级冷凝器23的温度控制在-5～60℃之间，二级回流泵和二级馏分采出泵输送混合馏分的比例为2:1；
41.步骤三、启动二级塔釜采出泵218，将二级蒸馏塔釜20内的残余混合浆液转移至浆料回收单元40，并确认混合浆液中氢氰酸的含量小于10ppm。
42.优选地，在步骤一中，控制一级冷凝器13的温度在5～20℃之间，在步骤二中，控制二级冷凝器23的温度在5～20℃之间。
43.以下给出具体的例子说明本实施例的回收氢氰酸的系统对戊烯腈合成反应后的混合浆料中氢氰酸回收的效果，值得一提的是，取样分析的数据是在下列系统条件下得到的，其中一级汽提塔11内的压力为2pa，一级汽提塔釜10的温度为100℃，一级冷凝器13的冷凝温度为15℃；二级蒸馏塔21内的压力为0.3pa，二级蒸馏塔釜21的温度为100℃，二级冷凝器23的冷凝温度为50℃。对不同位置的浆液取样分析，不同位置(如图1可知)中各组分的含量分析数据如下：
[0044][0045]
由上述数据分析可知，戊烯腈合成反应后的混合浆料通过本实施例公开的系统后，浆料中的氢氰酸基本被回收，浆液中残留仅为1ppm，基本找不到丁二烯。
[0046]
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。