芳腈,是一类由腈基与芳环直接相连的物质,其与芳环相连的腈基具有较高的反应活性,能够通过发生水解、加成、聚合、加氢、卤化等反应制得多种精细化工产品,用于农药、医药、染料、食品添加剂及高分子单体等领域,是一类重要的精细化学中间体。
芳腈的生产主要有多种方法,但最简单有效、最经济的方法是采用相应的芳烃、氨和空气进行直接氨氧化反应得到芳腈产品。芳烃或带有取代基的芳烃在气相与氨和氧气的反应,我们称之为芳烃的气相氨氧化反应。对于此反应过程,其技术的关键之处有两点:催化剂和选择的反应工艺。
气相氨氧化反应的反应主要包括固定床和流化床工艺。芳烃的气相氨氧化反应是强放热反应,反应过程中会产生大量的反应热,因此,反应温度的控制是其中的难点,以及综合利用产生的反应热量是生产的降耗节能,提高产品竞争力,产生经济效益的关键点。众所周知,对于列管式固定床反应器,提高反应热的去除效率一直是需要解决的问题,而复杂的盐浴系统会造成控制和检维修的诸多不便。在催化剂床层中容易发生局部过热,从而导致反应温度控制困难,进而易于发生深度氧化等副反应,从而导致芳腈目标产物收率的降低以及催化剂的烧结失活等,并且反应热很难利用。为此,采用流化床反应器是一种较好的解决方法,流化床反应器能够使气固相良好接触,从而实现温度分布均匀及有效的撤热,在强放热反应中能很好地控制反应温度,进而可稳定地生产芳腈。在良好的控制方案前提下,有效综合利用反应热,使生产装置节能降耗,提高经济和社会效益。由于芳烃类物质氨氧化合成芳腈产品的反应过程和适用工艺类似,因此,其反应工艺形式具有通用性。
不少专利文献如JP昭64-31731采用Mo/P/V为主要组分生产氰基吡嗪类产品、JP01275551开发了V/Cr/B/Mo为主要组分生产苯甲腈类产品、JP7615028开发了以V/Cr/B/P为主要组分的芳烃氨氧化催化剂,但这些专利大多采用固定床工艺为反应形式。其缺陷如前所述。
JP10120641公开了一种生产芳腈的流化床工艺,采用V/Mo为主要组分的多组分催化剂,通过氧气和原料分段进气,分段进气口分别装填不同组成的催化剂进行反应的方式生产2,6-二氯苯甲腈及苯甲腈类产品;US6429330、JP2001348370公开了采用流化床生产间苯二甲腈及3-氰基吡啶的方法,采用流化床气相氨氧化工艺,V/Mo/Fe为主要组分的多组分催化剂,其中未反应的氨气通过吸收器再生器回收进行循环;US5747411也公开了一种采用流化床生产邻苯二甲腈的方法,采用载体浸渍负载V/Sb为主要组分的多组分催化剂。以上技术均没有说明反应温度控制及其反应热的回收利用。
上述专利均采用流化床反应形式通过氨氧化生产芳腈,采用含V的多组分催化剂得到较高的产品收率。但是,其反应工艺中仍存在着一定缺陷如反应器撤热管采用指形管而造成撤热效果差,温度控制不稳定等问题。此外,对于芳腈生产中强放热的移除热量方法和回收利用,并未给予详细考虑,削减了生产工艺的经济性。