用于通過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是用于許多有機和無機合成的起始產(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、無機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，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步驟以避免由于涉及例如爆燃危險的安全問題而導(dǎo)致的停產(chǎn)。
[0003]安德魯索夫(Andrussow)法廣泛地用于通過甲烷的氨氧化的氰化氫(HCN)合成。通過安德魯索夫法的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 頁中。在空氣的存在下經(jīng)過由鉑-銠網(wǎng)紗組成的催化劑，通過氨對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，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。用點燃網(wǎng)紗的電阻實施反應(yīng)的引發(fā)。一旦實現(xiàn)該點火，整個放熱反應(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，并且如果沒有精確地控制混合物中的反應(yīng)氣體的比例以及如果沒有控制混合物和反應(yīng)的溫度，放熱反應(yīng)會導(dǎo)致爆炸。
[0005]安德魯索夫法的寬范圍的可行實施方案被描述于DE 549055中。相應(yīng)地，還已知用于通過安德魯索夫法制備HCN的反應(yīng)器，在EP 1001843B1中詳細(xì)說明了這種反應(yīng)器的一個實例。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)布置的多個鉑網(wǎng)的形式。緊接催化劑網(wǎng)上方，可以提供可透氣保護層，其充當(dāng)熱屏障和回火防護裝置。
[0006]專利申請W009013035公開了用于通過安德魯索夫法制備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 )中提供至少一個混合元件(7 )和至少一個可透氣中間層(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?？赏笟庵虚g層(8)充當(dāng)保護層并特別充當(dāng)熱屏障和回火防護裝置。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，混合元件包括多個非滲透板，其也促成壓力下降。可透氣中間層和靜態(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。這樣的分配板列會導(dǎo)致在反應(yīng)器的圓錐體中的巨大壓力下降。
[0008]事實上，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，用于制備HCN的設(shè)備應(yīng)當(dāng)簡單并廉價，并且應(yīng)當(dāng)提高催化劑的壽命。在此之上，由此而來的本發(fā)明的目的是提供防止由于熱輻射而導(dǎo)致的損傷并防止過度加壓和過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，是完全安全的。
[0009]技術(shù)問題
本發(fā)明的目的在于避免至少一個現(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安德魯索夫法制備氰化氫的反應(yīng)器，通過改進反應(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)明的另一個目的是提供用于通過安德魯索夫法制備氰化氫的反應(yīng)器以改進連續(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)備的用于通過安德魯索夫法制備氰化氫的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]通過具有權(quán)利要求1的所有技術(shù)特征的反應(yīng)器實現(xiàn)這些目的和沒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)或辨別的進一步的目的。在從屬權(quán)利要求中保護了對根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的適當(dāng)修改。針對制備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)器包括至少一個用于反應(yīng)氣體混合物的氣體入口、催化劑、至少一個用于催化劑的載體和至少一個用于反應(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改進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)明的另一個特征，氣體分配器包括至少一個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了氣體混合并且不會導(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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