一种丙烷制丙烯酸的方法技术

本发明专利技术涉及一种丙烷制丙烯酸的方法，该方法在惰性气体的保护下，丙烷与氧气经过催化剂催化直接生成丙烯酸，其中，惰性气体与可燃气体的比例满足以下方程：y＝(100–x)×0.298(11.16＜x＜14.99)，其中，x为惰性气体的摩尔百分数，y为可燃气体的摩尔百分数。可得到了丙烷一步法制备丙烯酸中混合气体中丙烷、一氧化碳、氧气与惰性气体的比例，避免生产过程中发生爆炸，使装置在安全、稳定条件下运行。同时，保证催化剂的活性、提高反应转化率并减少副产物的产生，克服了丙烷一步法制备丙烯酸反应工艺因易于发生爆炸而难以工业化应用的技术障碍，较传统的丙烯酸生产工艺可有效降低占地及投资，提高产品的竞争力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种丙烷制丙締酸的方法。
技术介绍
丙締酸是有机化工重要的原料，广泛应用于高吸水性树脂、涂料、纺织等化工生产 领域。丙締酸制备技术主要有丙締腊水解法、氯乙醇法、Reppe法和丙締气相两步氧化法。 目前世界上主要采用的是丙締气相两步空气氧化法，第一步是丙締氧化制丙締醒；第二步 为丙締醒氧化得到丙締酸。原料丙締通常来自乙締裂解、炼油厂液化气分离或通过丙烷脱 氨得到，上述来源存在原料成本高或制备工艺复杂、工艺流程长、投资高等缺点。 为克服现有丙締两步氧化法制备丙締酸的不足，丰富原料来源，W丙烷为原料采 用合适催化剂一步法制备丙締酸已经成为研究的热点和发展趋势。丙烷一步氧化法生产丙 締酸工艺，是W丙烷为原料，在催化剂的作用下生与氧气反应成丙締酸和水。该反应为强放 热的氧化反应，其反应方程式如下： CH3-CH2-CH3巧〇2一CH2=C肥00H(g) +2H2〇 (g)ΔΗ= -7 巧kj 但本方法生成丙締酸的过程中会一并产生一氧化碳、二氧化碳、乙酸、丙締等副产 物。主要的副反应有：邸3-邸2-邸3巧〇2一CH3COOH+2H2O+CO2 CH3-CH2-CH3巧〇2一 4H20+3C02 丙烷一步法制丙締酸的原料丙烷及副产物一氧化碳等均为易燃、易爆气体，在工 业应用中必须考虑因空气中氧气引入而带来的过程安全性问题，目前尚未出现成熟的丙烷 一步法制丙締酸在工业上的应用。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种丙烷制丙締酸方法，具体的是提供一种丙烷一步法制 丙締酸的安全的工业方法。该方法包括：在惰性气体的保护下，丙烷与氧气经过催化 剂催化直接生成丙締酸，其中，惰性气体与可燃气体的比例满足W下方程：7=(100" X)X0. 298(11. 16 <X< 14. 99)，其中，X为惰性气体的摩尔百分数，y为可燃气体的摩尔百 分数。 在上述方法中，产率较好时，氧气是可燃气体的2倍。 在上述方法中，催化剂为饥憐氧化物、杂多化合物、复合金属氧化物或它们的任意 组合。 在上述方法中，惰性气体为氮气、二氧化碳、水蒸气或它们的任意组合。 在上述方法中，在氧化反应器中进行制备丙締酸的步骤，并且其中，丙烷、氧气与 惰性气体经预混和器充分混合后送入氧化反应器。 在上述方法中，催化剂位于氧化反应器中。 在上述方法中，将丙烷与氧气反应后生成的产物及副产物引入吸收塔。 在上述方法中，丙烷与氧气反应后生成的产物从所述吸收塔的塔底导出。 在上述方法中，将丙烷与氧气反应后生成的副产物中的气体部分从所述吸收塔的 塔顶导出后引入所述预混和器中进行循环步骤。 本专利技术根据反应过程中气体组分，通过惰化极限分析方法得到装置中的循环气压 缩机出口区域、反应器入口区域、反应器出口区域的反应爆炸极限曲线，同时通过计算得到 了催化剂保护线。在生产过程中，通过控制可燃气体和惰性气体的比例，使其不在爆炸区域 内，同时不超过催化剂保护线。运样，反应过程可在不发生爆炸的安全环境下运行，并能保 证催化剂活性、减少副产物的生成。 本专利技术通过调节控制丙烷一步法制备丙締酸工艺中各部位混合气体中丙烷、一氧 化碳、氧气与惰性气体的比例，有效避免生产过程中爆炸发生，保证装置在安全、平稳的条 件下运行。同时，保证催化剂的活性、提高反应转化率并减少副产物的产生，克服了丙烷一 步法制备丙締酸反应工艺因易于发生爆炸而难W工业化应用的技术障碍，较传统的丙締酸 生产工艺可有效降低占地及投资，提高产品的竞争力。【附图说明】 图1为工艺流程图。 图2为循环气压缩机出口的爆炸曲线图。 图3为反应器入口的爆炸曲线图。 图4为反应器出口的爆炸曲线图。 图5为本专利技术的反应爆炸曲线图。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范 围。 参照图1丙烷自界区送入装置，氧气、氮气和水蒸气自界区送入预混合器M-101中 与吸收塔C-110塔顶循环气充分混合后进入进料混合器M-102与丙烷充分混合送入氧化反 应器R-101，丙烷与氧气在氧化催化剂的作用下反应生成丙締酸和一氧化碳、二氧化碳、乙 酸、丙締等副产物。氧化反应器出口气体进入吸收塔C-110，在塔顶得到反应尾气，在塔底得 到粗丙締酸溶液。优选的，催化剂可W是饥憐氧化物、杂多化合物、复合金属氧化物中的一 种或几种。 由吸收塔塔顶排出的反应尾气中主要含有丙烷、丙締、氧气、一氧化碳、二氧化碳、 氮气和水蒸汽等成分，通过将一部分尾气排至废气焚烧W除去有机物减少对环境的污染， 其余的反应尾气经循环压缩机K-101压缩后返回氧化反应器继续参与氧化反应。 丙烷一步法制丙締酸的制备过程中存在Ξ个易于产生爆炸的区域，分别是循环气 压缩机出口区域、反应器入口区域、反应器出口区域。保证W上Ξ个区域处于爆炸区域之 夕F，同时保证混合气体的组分在合理范围内能够充分的保护催化剂并减少副产物的产生。 下面结合附图和【具体实施方式】，对本专利技术作出进一步地详细描述。 应用惰化极限分析方法得到丙烷氧化反应爆燃范围，分别在循环气压缩机出口 (对应图1的取样点1)、反应器入口（对应图1的取样点2)W及反应器出口（对应图1的 取样点3)任意选择四个点，分别标记为循环气压缩机出口A1、A2、A3、A4 ;反应器入口B1、 B2、B3、B4 ;反应器出口C1、C2、C3、C4。 1、循环气压缩机出口的爆炸极限实验结果和爆炸曲线图 可燃物质（可燃气体、蒸气和粉尘）与空气（或氧气）必须在一定的浓度范围内 均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，运个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度 极限。 根据丙烷一步氧化制丙締酸的工艺过程，正常工况下循环气压缩机出口可燃气体 为3. 04%丙烷+8. 61 % -氧化碳。经工艺分析，一氧化碳的浓度变化范围为5%~15%，丙 烧含量不变，故在实验中分别测定丙烷与一氧化碳比例分别为1:1. 64 (3. 04:5)，1:2. 83 (3. 04:8. 61)，1:4. 93化04:15)Ξ种情况下可燃混合气体的爆炸极限。 表1循环气压缩机出口爆炸极限实验结果 通过W上实验数据绘制得到循环压缩机出口的爆炸曲线图，如图2。爆炸曲线外的 点均为循环气压缩机出口的安全生产范围。[003引 2、反应器入口的爆炸极限实验结果和爆炸曲线图。 正常工况下反应器入口可燃气体为2. 19%丙烷+6. 21 %-氧化碳。经工艺分析， 一氧化碳的浓度变化范围为5%~15%，丙烷含量不变，故在实验中测定一氧化碳体积浓 度分别为5%、6. 21%和15%时的混合气体的爆炸极限。反应器入口混合气体爆炸极限实 验结果，如表2。 表2反应器入口爆炸极限实验结果 通过W上实验数据绘制得到反应器入口的爆炸曲线图，如图3。爆炸曲线外的点均 为反应器入口的安全生产范围。 3、反应器出口的爆炸极限实验结果和爆炸曲线图。 根据丙烷一步氧化制丙締酸的工艺过程，正常工况下反应器出口可燃气体为 2. 54%丙烷巧.2% -氧化碳。经工艺分析，一氧化碳的浓度变化范围为5%~15%，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丙烷制丙烯酸的方法，其特征在于，在惰性气体的保护下，丙烷与氧气经过催化剂催化直接生成丙烯酸，其中，惰性气体与可燃气体的比例满足以下方程：y＝(100–x)×0.298(11.16＜x＜14.99)，其中，x为惰性气体的摩尔百分数，y为可燃气体的摩尔百分数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学线，巩传志，祝涛，吴伟，梁宏斌，刘利，王宝杰，李欣平，胡明亮，闻雷，徐德仁，
申请(专利权)人：中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院，
类型：发明
国别省市：吉林;22