[发明专利]一种连续化制备丁二腈的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续化制备丁二腈的反应器，以及采用该反应器制备丁二腈的工艺方法。

背景技术

丁二腈（succinonitrile），又名1,2-二氰基乙烷、琥珀腈，分子式NCCH₂CH₂CN，为一种无色无臭的蜡状物，熔点58.1℃，溶于丙酮、氯仿、二氧六环，微溶于水、乙醇、乙醚、二硫化碳和苯。与氢反应还原生成亚丁基二胺。丁二腈主要用作喹吖酮类颜料的原料，此种颜料广泛应用于汽车和镀锌铁皮涂料、彩色印刷颜料和塑料制品的着色剂；也用于生产尼龙及医药中间体；还可用作试剂。

目前生产丁二腈的方法主要是以丙烯腈和氢氰酸为原料，碱性催化剂作用下反应而得。反应方程式如下

1948年American Cyanamid Corp.（氰胺公司）公开了丙烯腈氢氰化路线的专利（Method of preparing succinonitrile，US2434606）。丙烯腈与氢氰酸在碱的作用下可发生反应，碱的范围包括碱金属和碱土金属的氢氧化物、碳酸盐、氰化物等，叔胺、季铵盐氢氧化物等。催化剂的添加量在0.5%-15%之间。反应可以无溶剂进行，也可以在惰性溶剂的存在下进行。反应蒸馏后，丁二腈收率85%左右，该方法指出了制备丁二腈的方法，但并未考虑反应过程中放热、物料混合等问题，因此其收率明显偏低，且有较多副产物生成。

1958年，Carbogen公司公开了一种使用稀释的气体氢氰酸与丙烯腈反应连续制备丁二腈的工艺（Production of succinonitrile，US2842584）。专利中所用到的氢氰酸为从安氏法反应炉中的反应气除去氨气和水后的气体，其中约含氢氰酸9%。催化剂、等摩尔的丙烯腈和氢氰酸气体持续进入精馏塔的反应段，丙烯腈在多点进料，目的是为了使得反应热分散移除。反应液进入提留段后，未反应的氢氰酸和丙烯腈上升至反应段继续参与反应，产物丁二腈从塔器底部流出。该专利使用气体氢氰酸进行反应，虽然部分解决了反应移热等问题，但其工艺反应设备要求高，过于复杂，设备投资成本较高、本质安全性较低，同时，丙烯腈选择性问题并未得到解决。

CA1135723A1公开了一种制备丁二腈的方法，该方法包括在碱性催化剂的存在下让丙烯腈与氢氰酸反应，特征在于催化剂三乙胺以相对于整个反应混合物的至少2wt%的量使用，并且所述反应在低于90℃的温度下与过量丙烯腈进行。

CN1612858A(DSM公司)公开了制备丁二腈的方法，涉及到丙烯腈和氢氰酸在叔胺、水、脂肪醇、芳香醇、羧酸和它们的混合物存在下的反应，用以制备丁二腈，减少副产物的生成，提高丁二腈的品质并提高丁二腈的收率。但添加少量水、脂肪醇、芳香醇、羧酸等不仅增加了成本，而且使生产过程变得复杂，生产能力降低，增加了后续分离过程难度；另外，并未涉及反应过程中大量放热所带来的诸如本质安全性较低、不易放大生产等问题。

迄今为止，现有技术中没有公开在制备丁二腈的反应器上的改进，以便提高收率和降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续化制备丁二腈的反应器及其工艺方法，重点在于该反应器包括具有特殊内构件的混合釜(优选，微混合釜)和具有特殊结构的反应器(优选，微反应器或微通道反应器)，两部分结构串联组成的反应器实现了丁二腈的连续化生产。该反应器及其生产丁二腈的工艺方法解决了传统生产制备方法中的不易于生产放大、生产效率低、间歇式操作安全性较差、设备复杂、投资占地较大、本质安全性差、收率偏低、副产物多、操作繁琐等诸多问题。

本发明所述的反应器反应通道尺寸小，明显减少了占地面积，同时由于占用空间小便于对该区域进行安全防护，更加降低了发生事故后造成的危害，大大提高了其安全程度。在传统的反应器中，由于传质过程慢、效果不佳，因而导致氢氰酸局部浓度过高，发生自身聚合反应；另外，由于反应热高、放热量大，换热效率不高会发生局部温度过高，丙烯腈会发生聚合，影响反应收率及后续处理。本发明所述的反应器本身的结构使得传质效率和传热效率有大幅提高，操作简单，便于控制，能够确保准确的反应停留时间，因而避免了因混合效果不佳和放热量大引起的热点问题，一方面提高了其本质安全性，另一方面在不添加其他助剂的情况下大大减少了副产物的生成，丙烯腈选择性可达99%以上，氢氰酸的转化率可达99%以上，并且运行过程稳定；同时本发明实现了丁二腈的连续化生产，设备简单，生产效率高，同时放大过程不需要进行尺寸放大，简单地进行数量放大即可，即增加反应器个数进行放大。