[发明专利]用于制备氰化氢的装置和方法

说明书

技术领域

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

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(acetonecyanhydrin，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。

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：

CH₄+NH₃→HCN+3H₂(1)

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引发。一旦实现该点火， 整体放热反应维持所述网纱在约750℃至1250℃、优选1000℃至1200℃的温度 下。

反应器内部的主反应如下：

CH₄+NH₃+3/2O₂→HCN+3H₂O(2)

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。

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。

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。

文献WO97/09273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 ℃至300℃的温度。称为进料物流的另一种物流被预热至300℃至450℃的温度。

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。

技术问题

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。

发明概述