[发明专利]由丙烯生产丙烯酸功效改进的单反应器法

说明书

本发明涉及一种使用单反应器从丙烯生产丙烯酸的改进的方法。具体地讲，本发明涉及一种由丙烯生产丙烯酸的单反应器法，该方法利用增大丙烯反应物的浓度来提高功效和总产量。

由丙烯生产丙烯酸通常是气相两步催化氧化反应。第一步是丙烯在氧、惰性稀释气体、水蒸气和适当的催化剂中氧化生成丙烯醛，见反应式(I)：

(I)

第二步，丙烯醛在氧、惰性稀释气体、水蒸气和适当的催化剂中氧化生成丙烯酸，见反应式(II)：

(II)

由丙烯生产丙烯酸的两步气相催化氧化反应，通常，或者使用串联反应器，其中每一步使用独立的反应器(美国专利4,873,368)；或者使用一个反应器完成两步反应(美国专利：4,526,783)。

使用气相催化氧化反应生成的丙烯酸，混在反应器排出的混合气体产物中。通常，混合气体产物冷却后在吸收塔内与水流接触，生成丙烯酸水溶液，再从中分离，提纯丙烯酸。气体产品的剩余物部分，俗称吸收塔废气或吸收塔尾气，进行焚烧或废物处理。根据反应物气体进料组成，吸收塔尾气可能含有：惰性气体、氧气、水蒸气、CO、CO₂、未反应的丙烯、未反应的丙烯醛和丙烯酸。

在此技术领域中，众所周知，至少要利用部分吸收塔尾气，作为惰性稀释气体和水蒸气一起加入到反应组合物中，返回到反应器。反应组合物中的丙烯必须稀释，这是因为过高的丙烯浓度使反应进行得太快，反应难以控制。循环利用吸收塔尾气，给反应器的进料提供了必要的稀释气体和蒸汽，保证了适当的丙烯浓度。此外，循环利用吸收塔尾气，有利于减少过程中产出的废水，这是由于减少了反应过程进料中水蒸气的量。而且，尾气中少量未反应的丙烯和丙烯醛又多一个机会参与反应，借此，通过优化丙烯和丙烯醛的转化，提高丙烯酸的总回收率。

当不循环使用吸收塔尾气时，水蒸气和氮气作为初始稀释剂。水蒸气没有消耗，但它可能会改变氧化反应中的选择性、转化率及催化剂活性，它只是反应器排出的混合气体产物的一部分。混合气体产物进入吸收塔，在吸收塔底部，水蒸气大量凝结，水蒸气仅是流过吸收塔气体中的小部分。

然而，伴随循环使用吸收塔尾气也产生一个问题。与吸收塔尾气未循环使用的情况相比，由于流经吸收塔的惰性气体量增加，吸收塔顶部的负荷增加。当吸收塔尾气循环使用时，尾气中主要是惰性气体，如氮气。含有上述惰性气体的混合气体产物进入吸收塔时，惰性气体在吸收塔底部不凝结，而是继续留在流经吸收塔的气体产物中。结果，在进入吸收塔的混合气体产物中，增加了惰性气体的量，使流经吸收塔的气体速度增加，造成吸收塔顶部的额外负荷。随着气体速度增加，留在吸收塔尾气中产物丙烯酸的量增大；残留丙烯酸，要么作为废物损失，要么循环回反应器。它返回反应器，可能会导致催化剂活性降低。结果，不论是作为废物损失还是返回反应器，丙烯酸净收率是下降的。

由于需要将进料气体中的丙烯，稀释到易于控制的浓度，因而导致另一个问题。稀释可通过循环使用吸收塔尾气，或通过加入蒸汽和其它惰性物质，或两种方法均用完成。因为将丙烯转变成丙烯酸的两步氧化反应是强放热反应，随着丙烯浓度增大，失控燃烧的危险就变大。同时，一旦有火花，反应混合物可能会燃烧爆炸。因此，丙烯氧化生成丙烯酸的反应，在本技术领域的实践是：在气体原料中的丙烯浓度，占总反应进料组合物体积的4％-7％(美国专利4,873,368；第二列42-46行)。由此，为了确保控制氧化反应，用蒸汽和/或惰性气体，如氮气，稀释丙烯，并且与氧气混合组成进料组合物。其结果给压缩机带来额外的负荷，限制了系统的功效。只要提高功效，就需要更大的压缩机来承担增大的负荷。

吸收塔和压缩机的额外负荷限制了系统的功效，目前，除安装更大的设备外，无法改进系统的功效。