用于通過(guò)安德魯索夫法制備氰化氫的反應(yīng)器、包括所述反應(yīng)器的設(shè)備和使用此類設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過(guò)安德魯索夫法制備氰化氫(HCN)的反應(yīng)器、包括所述反應(yīng)器的設(shè)備和使用所述反應(yīng)器和設(shè)備進(jìn)行的用于制備HCN的方法。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]氰化氫HCN是用于許多有機(jī)和無(wú)機(jī)合成的起始產(chǎn)物，其導(dǎo)致例如下述產(chǎn)物:丙酮氰醇ACH、三聚氯氰、己二腈、甲硫氨酸、無(wú)機(jī)化合物例如氰化鈉等、NTA (次氮基乙酸)、EDTA(乙二胺四乙酸)等。當(dāng)合成丙酮氰醇ACH時(shí)，其用于制備例如甲基丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸。因此制備HCN是用于以連續(xù)的方式得到甲基丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸的工業(yè)方法的步驟，并且必須非常精確地控制此類方法的每個(gè)步驟以避免由于涉及例如爆燃危險(xiǎn)的安全問(wèn)題而導(dǎo)致的停產(chǎn)。
[0003]安德魯索夫(Andrussow)法廣泛地用于通過(guò)甲烷的氨氧化的氰化氫(HCN)合成。通過(guò)安德魯索夫法的HCN合成更具體地描述在Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry，第 8 卷，VCH Verlagsgesellschaft, ffeinheim 1987，第 161-162 頁(yè)中。在空氣的存在下經(jīng)過(guò)由鉑-銠網(wǎng)紗組成的催化劑，通過(guò)氨對(duì)甲烷的作用得到氰化氫。氨和甲烷之間的反應(yīng)如下:
CH4 + NH3 — HCN + 3?(1)
該反應(yīng)是吸熱的。因此，當(dāng)不存在氧時(shí)，與氨相比需要混合大量的甲烷以燃燒混合物并產(chǎn)生熱量從而使得反應(yīng)器內(nèi)部的反應(yīng)能夠成立。由于部分所產(chǎn)生的氫的燃燒和甲烷的過(guò)量，空氣的加入能夠得到總體放熱的體系，并且因此不需要外部能量就維持了反應(yīng)合成。為此，以敏感的比例混合三種反應(yīng)氣體(CH4、NH3和空氣)。將所得到的氣流引入安德魯索夫型反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括由位于載體上的由鉑-銠制成的催化劑網(wǎng)紗。熱交換器位于反應(yīng)器的下游以用于在與催化劑網(wǎng)紗接觸后立刻冷卻氣體。用點(diǎn)燃網(wǎng)紗的電阻實(shí)施反應(yīng)的引發(fā)。一旦實(shí)現(xiàn)該點(diǎn)火，整個(gè)放熱反應(yīng)維持網(wǎng)紗在約750°C至1250°C的溫度，優(yōu)選1000°C至1200°C的溫度。
[0004]反應(yīng)器內(nèi)部的主反應(yīng)如下:
CH4 + NH3 +3/2 02 — HCN + 3H20(2)
空氣、含甲烷氣體和氨的混合物是可燃的混合物，并且如果沒(méi)有精確地控制混合物中的反應(yīng)氣體的比例以及如果沒(méi)有控制混合物和反應(yīng)的溫度，放熱反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致爆炸。
[0005]安德魯索夫法的寬范圍的可行實(shí)施方案被描述于DE 549055中。相應(yīng)地，還已知用于通過(guò)安德魯索夫法制備HCN的反應(yīng)器，在EP 1001843B1中詳細(xì)說(shuō)明了這種反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)例。這些反應(yīng)器總體上包括用于反應(yīng)物的入口、用于產(chǎn)物的出口和催化劑，所述催化劑可以被配置為例如連續(xù)布置的多個(gè)鉑網(wǎng)的形式。緊接催化劑網(wǎng)上方，可以提供可透氣保護(hù)層，其充當(dāng)熱屏障和回火防護(hù)裝置。
[0006]專利申請(qǐng)W009013035公開了用于通過(guò)安德魯索夫法制備HCN的反應(yīng)器(1)，其包括反應(yīng)器容器(2)、至少一個(gè)通向氣體入口區(qū)域(4)的氣體入口(3)、用于反應(yīng)產(chǎn)物的出口(5 )和催化劑(6 )，其中在氣體入口區(qū)域(4 )和催化劑(6 )之間的反應(yīng)器容器(2 )中提供至少一個(gè)混合元件(7 )和至少一個(gè)可透氣中間層(8 )，所述混合元件(7 )被布置在氣體入口區(qū)域(4)和可透氣中間層(8)之間。可透氣中間層(8)充當(dāng)保護(hù)層并特別充當(dāng)熱屏障和回火防護(hù)裝置。該反應(yīng)器需要可透氣中間層以防止可能發(fā)生的回火氣體和輻射損傷。這樣的可透氣中間層導(dǎo)致了壓力下降。此外，混合元件包括多個(gè)非滲透板，其也促成壓力下降?？赏笟庵虚g層和靜態(tài)混合板垂直于氣體入口流。根據(jù)該發(fā)明，這種布置的結(jié)果是相比在所描述的反應(yīng)器中的更高的壓縮和由此的更高的能量消耗。
[0007]文獻(xiàn)W0 2008/105669公開了生產(chǎn)氰化物的方法。所涉及的反應(yīng)器包括全部穿孔的分配板。直接在反應(yīng)器入口之后的第一分配板是圓錐體，但不是截頭圓錐體。最后的分配板也充當(dāng)熱輻射屏障。這樣的分配板列會(huì)導(dǎo)致在反應(yīng)器的圓錐體中的巨大壓力下降。
[0008]事實(shí)上，除了現(xiàn)有技術(shù)的公開內(nèi)容，存在提供特別是能夠在安全條件下提高產(chǎn)率、產(chǎn)量(HCN的kg/h)的用于通過(guò)安德魯索夫法制備氰化氫的設(shè)備和方法的持續(xù)的需要。與此同時(shí)，用于制備HCN的設(shè)備應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單并廉價(jià)，并且應(yīng)當(dāng)提高催化劑的壽命。在此之上，由此而來(lái)的本發(fā)明的目的是提供防止由于熱輻射而導(dǎo)致的損傷并防止過(guò)度加壓和過(guò)度氣體回火的用于安全生產(chǎn)HCN的設(shè)備。其結(jié)果是，所提出的反應(yīng)器和設(shè)備具有提高的產(chǎn)率并且具有更低的爆炸危險(xiǎn)，是完全安全的。
[0009]技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的目的在于避免至少一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的不便之處。更具體地，本發(fā)明的目的在于提出用于通過(guò)安德魯索夫法制備氰化氫的反應(yīng)器，通過(guò)改進(jìn)反應(yīng)氣體混合物的混合提高安德魯索夫型反應(yīng)器的產(chǎn)率。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于通過(guò)安德魯索夫法制備氰化氫的反應(yīng)器以改進(jìn)連續(xù)工業(yè)方法的安全性、避免緊急關(guān)停和任何爆炸并且以安全和有效的方式生產(chǎn)HCN。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供使用所述反應(yīng)器的設(shè)備和使用所述反應(yīng)器或者設(shè)備的用于通過(guò)安德魯索夫法制備氰化氫的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]通過(guò)具有權(quán)利要求1的所有技術(shù)特征的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)這些目的和沒(méi)有明確陳述但可以立刻由以介紹的方式在本文中討論的關(guān)系推導(dǎo)或辨別的進(jìn)一步的目的。在從屬權(quán)利要求中保護(hù)了對(duì)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的適當(dāng)修改。針對(duì)制備HCN的方法，權(quán)利要求21提供了基礎(chǔ)目的的解決方案。
[0013]出人意料的是，根據(jù)本發(fā)明，已通過(guò)改變反應(yīng)器和用于反應(yīng)氣體的混合元件的形狀提高了安德魯索夫型反應(yīng)器的反應(yīng)器產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)器具有或者包括截頭圓錐形的金屬或陶瓷外殼，并且在金屬或陶瓷外殼內(nèi)部，提供了至少一個(gè)截頭圓錐元件作為用于反應(yīng)氣體的氣體分配器。截頭圓錐元件優(yōu)選由金屬制成，并有利地由不銹鋼制成。
[0014]相應(yīng)地，本發(fā)明提供用于通過(guò)安德魯索夫法制備氰化氫的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括至少一個(gè)用于反應(yīng)氣體混合物的氣體入口、催化劑、至少一個(gè)用于催化劑的載體和至少一個(gè)用于反應(yīng)產(chǎn)物的出口，其中所述反應(yīng)器具有或者包括截頭圓錐形外殼，并且在金屬或陶瓷外殼內(nèi)部包括位于氣體入口和催化劑之間的氣體分配器，以及其中所述分配器包括至少一個(gè)具有指向氣體入口的上底面的截頭圓錐元件。優(yōu)選分配器包括至少兩個(gè)具有指向氣體入口的上底面的截頭圓錐元件。反應(yīng)器的截頭圓錐形外殼為包括氣體分配器的其上部。
[0015]與圓柱形相比，反應(yīng)器、外殼和氣體分配器的圓錐形狀通過(guò)改進(jìn)在催化劑表面的均勻分配提高了產(chǎn)率。
[0016]有利的是，反應(yīng)器為帶圓柱型底面的截頭圓錐形。所述反應(yīng)器有利地具有金屬或陶瓷外殼。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，氣體分配器包括至少一個(gè)具有指向氣體入口的上底面的截頭圓錐元件。氣體分配器的圓錐形狀改進(jìn)了氣體混合并且不會(huì)導(dǎo)致與在W009013035中公開的反應(yīng)器所遇到的一樣重大的壓力下降，在該反應(yīng)器中，板式靜態(tài)混合器由多個(gè)位置垂直于向催化劑上升的氣體入口流的非滲透板組成。
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