己内酰胺生产介绍(4)

2019-08-30 17:32

EniChem公司联合开发的两步法工艺。这套新装置将把EniChem采用专用TS-1催化剂、以过氧化氢和氨气进行氨氧化直接生产环己酮肟的技术和住友化学采用新型专有催化剂、对传统环己酮肟液相Beckmann重排法进行改进的气相法技术结合起来。

住友公司称,该新工艺可减少大量硫酸铵副产物的生成(每吨己内酰胺副产约1.6~4.0t的硫酸铵),并减少了硫酸催化剂的用量。

己内酰胺的传统工艺是苯先进行加氢,然后氧化生成环己酮,环己酮再与羟胺反应通过Beckmann重排反应生成环己酮肟。EniChem的直接氨氧化工艺已在其设在意大利的12万t/a的中试装置上得到验证。同时住友的气相法工艺也在日本的一套5000t/a装置上进行了工业化验证。住友称,该两步法结合工艺将比其它工艺具有明显的成本优势。

DSM公司认为,其己内酰胺HPOplus工艺是目前唯一经济可行的工艺。与原来经典的HPO工艺相比,HPOplus工艺有了很大的改进。即可用于新建装置,又可用于对现有装置的脱瓶颈改造。另一个近期工业化的研制成果是DSM/Honevwell再生技术,该技术可将废尼龙6转化为己内酰胺。DSM的最新技术是基于丁二烯和一氧化碳的Altam工艺,现正处于最后的开发阶段。这项技术是DSM与DuPont和Shell共同开发,但由DSM拥有。2000年DSM的己内酰胺产量比1999年增长12%,这归功于HPOplus工艺和生产最优化计划。

DSM致力于加强在快速增长的亚洲市场中的地位,DSM同中国台湾的CPDC公司签订一项联合协议,CPDC公司采用DSM的HPOplus工艺建一座12万t/a的己内酰胺工厂,于2000年下半年开工。DSM还同中石化签订一项合资协议,中石化将南京的己内酰胺装置60%的股份转让给DSM,DSM则采用HPOplus工艺对这套装置脱瓶颈,将其产能从5万t/a提高到14万t/a。 DSM还正研究其他选项在亚洲采用HPOPlus工艺进行扩能。

现在,国外大型己内酰胺生产厂家仍在改进工艺,消除瓶颈,降低成本,以赢得市场,如日本的住友化学工业公司已成功开发名为\气相法贝克曼转位\的尼龙原料无副产硫酸铵的己内酰胺生产工艺,此工艺消除了传统的硫酸制造和硫铵回收工序,可大幅降低原始成本,国际竞争能力大大增强,这也意味着巴陵分公司的扩产风险将更加加大。巴陵分公司能否通过自身的技术扩产与强者对话,将令人拭目以待。

日本仙台东北大学科学家与日本钢铁化学公司称,他们已开发出使用离子液态催化剂和超临界二氧化碳(CO2)作为溶剂的一种己内酰胺低温生产工艺。 工业上最多使用的己内酰胺生产工艺是通过由苯获得环己酮肟经重排的工艺路线。这种工艺使用硫酸作催化剂,产出大量硫酸铵,副产品硫酸铵造成了重大的处理问题。此外,还需要使用一种有机溶剂来分离己内酰胺。 该项新工艺使用一种N-甲基咪唑盐离子液体替代硫酸,因此不生成任何副产物。反应正好在50oC下进行,并使用超临界CO2,从而排除所需的任何有机溶剂。 东北大学和日本钢铁化学公司称,他们已共同申请专利,并打算开发使用有更高反应活性的离子液体的工业化生产工艺。 此外,日本住友(Sumitomo)化学公司建在爱媛县的己内酰胺装置最近已投产,装置使用一种未公开透露的技术,可避免产出硫酸胺副产品。巴斯夫(BASF)公司和罗地亚(Rhodia)公司分别在开发以己二腈为原料的工艺路线,而DSM公司在开发使用丁二烯的工艺路线。

己内酰胺的技术进展

已内酰胺是生产尼龙6和锦纶6的主要原料。目前世界上约 90%左右的生产厂商仍在沿用60年前由德国Schalk开发的基本工艺路线。但是传统工艺的缺点是采用有毒的羟胺及腐蚀性强的浓硫酸,引起严重

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的环境保护问题;另外,生产己内酰胺副产多达1.5~4.2 t硫酸铵/ t已内酰胺。

贝克曼重排工艺路线转换的开发是已内酰胺生产清洁工艺路线的关键,其目的是没有副产品、催化剂处理方便、收率与传统工艺相当甚至更高。近年来对贝克曼重排工艺路线替代的研发日益受到重视。新的绿色生产工艺路线有如下特点:

(1)苯在钌催化剂上利用少量的氢部分氢化为环已烯,因而较传统工艺所需能量减少,随后,环己烯在[H]-ZSM-5分子筛催化剂上水合成环己醇;

(2)环己醇在铜-锌催化剂上脱氢制环己酮,与传统工艺相同; (3)环己酮在TS-1分子筛催化剂上与过氧化氢和氨反应生成环己酮肟;

(4)环已酮肟重排成为己内酰胺。已内酰胺绿色化工艺是采用多相催化剂取代传统的采用发烟硫酸作为贝克曼重排反应催化剂使环己酮肟转化为己内酰胺的工艺。

DSM公司的己内酰胺生产现大多采用传统工艺的改进型工艺HPO plus技术,但该工艺仍联产硫酸铵,近年,DSM公司还开发了自己专有的技术,包括HSO、HPO、HPO+、循环和与壳牌化学公司联合开发了基于C4的Altam工艺,新工艺采用丁二烯和CO为原料,不会联产硫酸铵,与常规技术相比,可节约费用30%。这些工艺在全球有18家己内酰胺生产厂采用。

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日本住友化学公司与埃尼化学公司也开发了己内酰胺生产新技术。其生产成本大大低于传统方法。该工艺将FS-1催化剂使过氧化氢同氨进行氨氧化直接生产环己酮肟的技术与环己酮肟气相法贝克曼重排反应技术结合起来。新工艺不会副产大量硫酸铵。新工艺采用流化床反应器,环已酮肟/甲醇/氮气在350℃下通过分子筛,转化率为99.3%,环己酮肟和甲醇的空速分别为5.04和8.76g/g催化剂oh。己内酰胺产率为95.3%。己在5000吨/年装置上验证,并将推向工业化,2003年将在日本爱媛投建6.7万吨/年装置。

南化东方化工公司已内酰胺装置采用DSM公司HPO plus技术,1998年达到5万吨规模,1999年通过技改,达6万吨能力。占全国总产量39.8%。2002年8月,中国石化南化(南京化学工业)公司与DSM集团纤维中间体公司签约,合资成立南京帝斯曼东方化工公司,双方共同投资生产己内酰胺。合资公司购买南化现在控股的东方化工公司年产6万吨已内酰胺装置,采用DSM公司的先进技术将其生产能力扩大到年产14万吨。改扩建工程定于2004年完成。合资项目总投资22.36亿元,DSM公司持股60%,南化公司、扬子石化公司和江苏省国际信托投资公司共同持股40%。

石家庄化纤公司年产5万吨装置采用意大利SNIA公司甲苯法生产技术。其后加工装置包括2.5万吨/年聚酰胺切片、5400吨/年锦纶丝和1370万米/年锦纶布装置。占全国总产量7.6%。

巨化集团公司生产装置为国产设备,年产能力4000吨。

丁二烯制己内酰胺技术研究取得进展

己内酰胺(CPL)是生产尼龙-6纤维和树脂的重要单体。工业化的己内酰胺生产方法虽然有很多种,但

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都存在者污染严重、高能耗、原料成本高等缺点,制约着其竞争力的进一步发展。

以丁二烯为原料生产己内酰胺比现有工业化路线的成本低;工艺过程产生的副产品基本上可以回收利用,对环境不会造成很大的影响,是未来己内酰胺生产绿色化的选择之一。

丁二烯制备己内酰胺有两种路线:一是丁二烯和一氧化碳合成己内酰胺,主要方法有:丁二烯羧基化或羰基酯化;3-戊烯酸甲酯异构化;3-戊烯酸甲酯氢甲酸化;5-甲醇戊烯酸甲酯还原胺化和6-氨基己酸甲酯环化。二是丁二烯氢氰化制己内酰胺,主要方法有:丁二烯氢氰化制己二腈;己二腈选择性加氢生成6-氨基己腈;6-氨基己腈环化为己内酰胺。

丁二烯氢氰化制己内酰胺工艺已具备工业化条件,BASF公司计划单独在中国海南投资此项目。目前国内没有这方面的工艺技术,也没有同类型装置。

目前,日本大阪关西大学的有关研究人员正在开发基于N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)氧化催化剂的新型CL合成路线。在这种新工艺中,以醋酸乙酯为溶剂、NHPI为催化剂,在60℃、氧气压力为0.1MPa的条件下进行操作,由环己酮和环己醇组成的混合物(即KA油)被氧化制成1,1-二羟基双环己基过氧化物(PO)。从PO出发制CL又有两种不同的选择方案,一是PO与氨进行反应生成过氧化双环己基胺(PDHA),按KA油计算,其转化率为20%,选择性为90%。然后PDHA再经催化反应生成CL。在另一方案中,以氧化硒为催化剂、在60℃下PO先转化成ε-内酯,按KA-油计算,其转化率为11%,选择性为87%,ε-内酯再与氨气反应生成CL。

尽管该工艺路线正处于开发阶段,但由于其副产物硫铵少,故被认为是一种具有发展前景的工艺技术。目前的研究重点在于提高其转化率上。

己内酰胺生产技术概述

己内酰胺(CPL)主要用于生产聚己内酰胺纤维树脂,广泛应用在纺织、汽车、电子、机械等领域。目前全球共有30多家企业在23个国家和地区生产CPL,2004年总生产能力约为4390kt/a,消费量约为3880kt/a。预计2006年世界己内酰胺的生产能力和需求量将分别达到5144kt和4460kt;2011年生产能力和需求量将分别达到5784kt和5077kt,2001-2006年和2006-2011年世界己内酰胺消费量的年均增长率将分别达到约3.3%和2.6%。

CPL在工程塑料领域增长较快,年增长率为5%-8%,而在纤维方面,由于差别化程度不如可替代品种,因而发展较慢,年增长率只有1%左右,2001年甚至出现了约2%的负增长。但CPL在亚洲特别是中国的市场需求一直保持着高速增长的势头,1994-2004年,中国CPL表观消费量年均增长率大于17%。据预测,2005年中国己内酰胺产量将达到300kt,需求量将达到600kt,市场缺口300kt,因此,抓紧机遇,发展和提高我国己内酰胺行业的竞争力非常紧迫。

全球CPL生产能力过剩,石油价格长期在高位运行,CPL产品与原料苯的价差缩小,这些都加剧了CPL行业的竞争,以传统技术新建CPL装置已经很难盈利,

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因此CPL生产商多年来一直致力于开发降低成本的生产技术,现对各种CPL生产技术概述如下。 1发展概况

目前,生产CPL的起始原料主要是苯/环己烷(环己烷是由苯加氢制得的),其次是苯酚和甲苯。三种原料所占生产能力的比例分别为78.60%、19.90%、1.50%。 20世纪80年代以来,新建CPL装置只有中国石家庄CPL装置采用甲苯为原料,其他均以苯/环己烷为原料,不用苯酚。

目前世界上约有95%的CPL是通过源于拉西法的“酮-肟”工艺路线生产的。它们的共同特点是都经过环己酮和环己酮肟这两个中间产物:环己酮与羟胺反应,生成环己酮肟;环己酮肟再在发烟硫酸作用下,发生贝克曼重排反应,生成CPL。环己酮主要来源于苯和苯酚。

在“酮-肟”主流工艺之外,还有日本东丽公司开发的光亚硝化法工艺、意大利SNIA公司开发的甲苯法工艺,但应用范围很小。 目前CPL生产技术主要有以下几种。

(1)传统拉西法 其关键工艺是环己酮与硫酸羟胺发生肟化反应,生成环己酮肟,环己酮肟在发烟硫酸作用下经贝克曼重排反应生成CPL。硫酸羟胺是用硫酸中和亚硝酸铵,生成脱酯硫酸盐,再发生水解反应产生的。该工艺在羟胺合成、肟化反应、重排反应三道工序都使用硫酸,氨中和后产生大量的副产物硫酸铵,而硫酸铵的经济价值较低。对传统拉西法的改进,主要着眼于降低硫酸铵的副产量。

(2)Allied异丙苯/苯酚工艺 该工艺主要特点是用异丙苯法生产的苯酚为原料。苯酚加氢生成环己酮,环己酮与硫酸羟胺经肟化反应生成环己酮肟,环己酮肟在发烟硫酸作用下经贝克曼重排反应生成CPL。硫酸羟胺是用硫磺、氨、二氧化碳和水经多步工艺生产的,硫酸铵副产量仍然较高。

(3)巴斯夫一氧化氮还原工艺 该工艺的硫酸羟胺是控制氨氧化生成一氧化氮,再在硫酸中用氢气还原而生成的,硫酸铵副产量比传统拉西法少得多。 (4)CAPROPOL工艺 该工艺在环己烷氧化制环己酮环节有一定特点,使用了钯催化剂,降低了氢氧化钠的消耗量和废碱液的生成。环己酮与硫酸羟胺经肟化

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