萘法制备苯酐的方法、装置及制得的苯酐与流程

本发明涉及精细化工技术领域，具体而言，涉及一种萘法制备苯酐的方法、装置及制得的苯酐。

背景技术：

邻苯二甲酸酐，简称苯酐，其是由邻苯二甲酸分子内脱水形成的环状酸酐。苯酐是化工生产中的重要原料，常用于生产增塑剂、不饱和树脂和涂料。

苯酐的生产方法主要有萘法和邻二苯法两种。萘法是德国巴登苯胺纯碱公司(今巴斯夫股份公司)于1896年提出的苯酐制备方法，萘法是采用萘为原料，将汽态的萘与空气混合后通入到反应器内，在钒系催化剂下反应生成苯酐。邻二苯法是上世纪40年代开发得到的苯酐制备方法，其产生是由于石油工业的发展得到大量廉价的邻二甲苯，人们由此开发出将邻二甲苯与空气混合通入反应器内，在钒系催化剂下反应制备苯酐的工艺。由于上世纪50-90年代之间邻二甲苯的来源丰富，价格低廉，以及邻二苯法生产工艺的不断改进，邻二甲苯法逐渐取代萘法成为主要的苯酐生产方法。但是近年来随着石油价格的不断上升，邻二甲苯的价格也随之迅速上升，邻二苯法制备苯酐的优势已经不大，萘法制备苯酐的技术又得到了人们的重视。

图1为现有的萘法制备苯酐的装置示意图，该常规萘法制备苯酐的装置001包括萘蒸发器100、汽化器110、空气压缩机120、反应器130和萘渣罐140，其中萘蒸发器100分别与汽化器110和萘渣罐140连接，汽化器110分别与空气压缩机120和反应器130连接。现有的萘法制备苯酐技术均采用稳压进料方法，该方法是：首先向萘蒸发器100加入液萘，然后将液萘升温到217℃以上，液萘开始部分汽化沸腾，产生汽态萘，加热初期由于萘蒸发器100内液萘的温度较低，产生的汽态萘的量小，流量不稳定，因此需不断将萘蒸发器100中产生的汽态萘排放至萘渣罐140；待萘蒸发器100内液萘温度升高到235℃左右时，液萘生成的汽态萘大量增加，萘蒸发器100内的压力迅速升高，当萘蒸发器100内的压力达到65Kpa时，停止向萘渣罐140排放汽态萘，将萘蒸发器100中的汽态萘通入到汽化器110内，同时空气压缩机120将空气通入汽化器110，在汽化器110内形成汽态萘-空气混合气体，并将汽态萘-空气混合气体通入反应器130内，反应生成苯酐。

该稳压进料方法需要将液萘加热初期生成的汽态萘排放至萘渣罐140，浪费了了原料，提高了成本。其需要将萘蒸发器100内的温度升高到235℃左右，再将其中的汽态萘蒸汽通入到汽化器110内，与空气混合形成汽态萘-空气混合气体，但此时萘蒸发器100内的压力达到65Kpa左右，且萘蒸发器100与汽化器110内的压力差达到30Kpa，萘蒸发器100内的压力远远高于汽化器110内的压力，汽态萘由萘蒸发器100进入汽化器110时的瞬时流量极大，使萘蒸汽进入汽化器110后与压缩空气来不及混合均匀就进入反应器130，不仅会影响反应的进行，降低苯酐的收率，严重时会导致反应器130内局部反应放热太过剧烈而产生飞温现象，具有极大的安全隐患。同时，由于萘催化生成苯酐的反应为放热反应，且通入反应器130内的汽态萘-空气混合气体的温度较高，很容易使反应器130内的反应热点迅速升高，降低反应器130和反应器130内催化剂的使用寿命。

技术实现要素：

本发明提供了一种萘法制备苯酐的装置，该装置减少了组成设备的数量，降低了操作难度。

本发明还提供了一种采用上述装置的萘法制备苯酐的方法，提高了进料时的稳定性和安全性，使反应安全稳定的进行，节约了原料，降低了成本。

本发明是这样实现的：

一种萘法制备苯酐的装置，包括萘蒸发器、汽化器和反应器，萘蒸发器与汽化器连接，汽化器与反应器连接。

本发明还提供了一种采用上述装置的萘法制备苯酐的方法，包括以下步骤：

向萘蒸发器中加入液萘，加热液萘生成汽态萘，萘蒸发器内压力为P_蒸，汽化器内压力为P_汽，当ΔP＝P_蒸-P_汽＝5-30Kpa时，将汽态萘和空气分别通入汽化器混合，形成汽态萘-空气混合气体；将汽态萘-空气混合气体通入反应器，反应生成苯酐。

进一步的，当ΔP＝5-10Kpa时，调节进入汽化器的汽态萘的流量为0.1-1t/h。

进一步的，当ΔP＝10-30Kpa时，调节进入汽化器的汽态萘的流量为1-3t/h。

进一步的，将汽态萘-空气混合气体通入反应器时，调节汽态萘-空气混合气体的流量，使反应器内的温度为440℃以下。

进一步的，加热液萘时，当液萘的温度为200℃以下时，保持液萘的升温速度为3-5℃/min。

进一步的，加热液萘时，当液萘的温度超过200℃时，保持液萘的升温速度为1.5-2.5℃/min。

进一步的，加热液萘之前，向萘蒸发器中通入惰性气体排出空气。

进一步的，不断向萘蒸发器中加入液萘，使液萘体积保持为萘蒸发器容积的40％-60％。

本发明还提供了一种采用上述方法制备得到的苯酐。

本发明的有益效果是：本发明提供的萘法制备苯酐的装置相比现有技术取消了萘渣罐，从而减少了操作流程，降低了安全风险。本发明提供的萘法制备苯酐的方法改进了给料方式，首先加热液萘，当萘蒸发器与汽化器具有一定的压力差时，将汽态萘和空气分别通入到汽化器中混合形成汽态萘-空气混合气体，并将汽态萘-空气混合气体通入反应器反应，简化了操作步骤，可控性强，能够很好的控制蒸发器内压力变化和汽态萘进入汽化器的速率，保证反应平稳的进行，同时避免将流量不稳定时产生的少量汽态萘通入到萘渣罐，节约了原料，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为常规技术中萘法制备苯酐的装置的示意图；

图2为本实施例中萘法制备苯酐的装置的示意图；

图3为实施例1中液萘加热时的汽态萘压力-温度变化图；

图4为实施例2与对比例1中进入汽化器的汽态萘的流量-时间变化图。

图标：001-常规萘法制备苯酐的装置；002-萘法制备苯酐的装置；100-萘蒸发器；110-汽化器；120-空气压缩机；130-反应器；140-萘渣罐；200-萘蒸发器；210-汽化器；220-空气压缩机；230-反应器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例进行具体说明。

如图2所示，本实施例提供了一种萘法制备苯酐的装置002，包括萘蒸发器200、汽化器210、空气压缩机220和反应器230，其中萘蒸发器200和空气压缩机220分别通过管道连接汽化器210，汽化器210通过管道连接反应器230。与图1所示的现有技术中常规萘法制备苯酐的设备001相比，本实施例提供的萘法制备苯酐的装置002省去了使用萘渣罐140。

如图2所示，本实施例提供了一种萘法制备苯酐的方法，该方法采用上述的萘法制备苯酐的装置002，包括以下步骤：

S1、不断向萘蒸发器200中加入液萘，保持液萘体积为萘蒸发器200容积的40-60％，随后向萘蒸发器200中通入惰性气体，将萘蒸发器200中的空气排出。

S2、加热萘蒸发器200中的液萘，使液萘的温度上升生成汽态萘，当液萘的温度为200℃以下时，保持液萘的升温速度为3-5℃/min；当液萘的温度超过200℃时，保持液萘的升温速度为1.5-2.5℃/min。P_蒸为萘蒸发器200内压力，P_汽为汽化器210内压力，随着萘蒸发器200内不断生成汽态萘，当ΔP＝P_蒸-P_汽＝5-30Kpa时，将萘蒸发器200中的汽态萘通入汽化器210，同时空气压缩机220将空气通入汽化器210，使汽态萘和空气充分混合均匀形成汽态萘-空气混合气体。

将萘蒸发器200中的汽态萘通入到汽化器210时，调节萘蒸发器200与汽化器210之间的管道阀门来控制汽态萘的流量，当ΔP＝5-10Kpa时，调节进入汽化器210的汽态萘的流量为0.1-1t/h；当ΔP＝10-30Kpa时，调节进入汽化器210的汽态萘的流量为1-3t/h。

S3、将汽化器210内的汽态萘-空气混合气体通入到反应器230中，在催化剂条件下反应生成苯酐，同时调节进入到反应器230中的汽态萘-空气混合气体的流量，使反应器230内的温度为440℃以下。

S4、收集反应器230中生成的粗制苯酐。

一方面，本发明提供的萘法制备苯酐的方法提高了萘蒸发器200内压力的稳定性，能够保持汽态萘连续稳定的进入到汽化器210内，并与空气混合形成汽态萘-空气混合气体后通入反应器230反应。具体原因如下：

在加热液萘的初期，液萘蒸发得到的汽态萘的量不稳定，导致萘蒸发器100内压力P_蒸波动较大，使进入汽化器110中的汽态萘的流量Q_进不稳定，从而影响到进入反应器130中的汽态萘-空气混合气体的流量稳定性。为了保证Q_进的稳定，必须保证P_蒸的稳定，采用常规工艺制备苯酐时，影响P_蒸的因素为：热源流量、进入萘蒸发器100的液萘流量、进入汽化器110的汽态萘的流量以及排放到萘渣罐140内气态萘的流量，其中排放到萘渣罐140内气态萘的流量随着液萘温度的提高而不断升高，工作人员很难调节排放到萘渣罐140内气态萘的流量，导致萘蒸发器100内的压力P_蒸变化剧烈；本实施例提供的萘法直接进料制备苯酐方法不需要将加热初期产生的气态萘排放到萘渣罐140内，影响P_蒸的因素只有热源流量、进入萘蒸发器200的液萘流量、进入汽化器210的汽态萘的流量，而这三个因素均可以通过调节阀门的开启程度很好的控制，工作人员可以稳定的控制萘蒸发器200内的压力P_蒸的变化。同时在加热液萘时，当液萘的温度为200℃以下时，保持液萘的升温速度为3-5℃/min；当液萘的温度超过200℃时，保持液萘的升温速度为1.5-2.5℃/min，使液萘温度稳定的上升，减小萘蒸发器200中的压力P_蒸波动，提高进入到汽化器210中汽态萘的流量Q_进的稳定性。

另一方面，本实施例提供的萘法制备苯酐的方法还提高了反应的安全性，减少了操作失误和飞温爆炸事件的发生频率。具体原因如下：

常规工艺中的稳压进料方法在将汽态萘通入到汽化器110内时可能会产生以下情况：

1.当P_蒸过低时，即ΔP<0，萘蒸发器100内压力低于汽化器110内压力，汽化器110内的空气会倒吸到萘蒸发器100中，可能使萘蒸发器100里的汽态萘产生闪燃。

2.当P_蒸过高时，即ΔP>30Kpa时，萘蒸发器100内压力远远高于汽化器110内压力，汽态萘进入汽化器110的瞬时流量Q_进较大，并使汽化器110中的气态萘-空气混合气体大量进入反应器130反应，导致反应器130内反应热迅速上升，很容易损坏反应器130和反应器130中的催化剂；汽态萘进入汽化器110的瞬时流量Q_进较大时，还会导致汽态萘进入汽化器110后与空气来不及混合均匀就进入反应器130，使反应器130内局部反应放热太过剧烈而飞温，产生严重的安全隐患。

本实施例提供的萘法制备苯酐的方法采用直接给料工艺，在萘蒸发器200内压力大于汽化器210内压力一定值时，即ΔP＝5-30Kpa时，将萘蒸发器200中的汽态萘通入汽化器210，同时空气压缩机220将空气通入汽化器210，使汽态萘和空气充分混合均匀形成汽态萘-空气混合气体，能够避免汽化器210中的空气倒流到萘蒸发器200中，提高作业安全，同时在加热液萘之前，向萘蒸发器200中通入惰性气体排出空气，也能够避免液萘在加热过程中产生闪燃。调节进入到反应器230中的汽态萘-空气混合气体的流量，使反应器230内的温度为440℃以下，能够避免进入反应器230内的汽态萘-空气混合气体流量过大时，反应剧烈进行释放大量的热，损坏反应器230和反应器230中的催化剂。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

实施例1提供了一种萘法制备苯酐的方法，使用上述萘法制备苯酐的装置002，且该萘法制备苯酐的装置002年产2.5万吨苯酐，具体步骤如下：

S101、向5000L容积的萘蒸发器200缓慢通入氮气5分钟，将萘蒸发器200内的空气排出，以排尽萘蒸发器200中的氧气，避免升温阶段时萘蒸发器200中的液萘发生闪燃。

S102、向萘蒸发器200内通入液萘，使萘蒸发器200内液萘容积达到罐体容积的50％，即萘蒸发器200中液萘的容量达到2500L，然后使用热蒸汽对萘蒸发器200内的液萘加热：在液萘温度为200℃以下时，控制液萘的升温速度为3℃/min，在液萘温度超过200℃时，控制液萘的升温速度为2℃/min。当液萘温度上升到217℃以上时，液萘开始部分汽化沸腾，调节通入到萘蒸发器200中液萘流量，使萘蒸发器200中液萘的液位保持稳定。

S103、继续加热液萘至ΔP达到5Kpa时，打开萘蒸发器200与汽化器210之间的阀门，使萘蒸发器200内的汽态萘进入到汽化器210内，控制汽态萘进入到汽化器210的流量为0.5t/h，同时空气压缩机220将空气通入到汽化器210内，使汽态萘和空气混合均匀形成汽态萘-空气混合气体，并将汽态萘-空气混合气体通入反应器230反应生成粗制苯酐。将汽态萘-空气混合气体通入反应器230反应时，控制汽化器210中的汽态萘-空气混合气体进入反应器230的流量，使反应器230内的反应热点不超过440℃。

S104、继续加热液萘使ΔP从5Kpa提升到25Kpa并保持稳定，将汽态萘进入到汽化器210的流量随之从0.5t/h提高到2.5t/h并保持稳定。

S105、持续收集反应器230内生成的粗制苯酐。

实施例2

实施例2提供了一种萘法制备苯酐的方法，使用上述萘法制备苯酐的装置002，且该萘法制备苯酐的装置002年产1万吨苯酐，具体步骤如下：

S201、通向2000L容积的萘蒸发器200缓慢通入氮气3分钟，将萘蒸发器200内的空气排出，以排尽萘蒸发器200中的氧气，避免升温阶段时萘蒸发器200中的液萘发生闪燃。

S202、向萘蒸发器200内通入液萘，使萘蒸发器200内液萘容积达到罐体容积的45％，即萘蒸发器200中液萘的容量达到900L，然后使用导热油对萘蒸发器200内的液萘加热：在液萘温度为200℃以下时，控制液萘的升温速度为2.5℃/min左右，在液萘温度超过200℃时，控制液萘的升温速度为1.5℃/min左右。当液萘温度上升到217℃以上时，液萘开始部分汽化沸腾，调节通入到萘蒸发器200中液萘流量，使萘蒸发器200中液萘的液位保持稳定。

S203、继续加热液萘至ΔP达到5Kpa时，打开萘蒸发器200与汽化器210之间的阀门，使萘蒸发器200内的汽态萘进入到汽化器210内，此时控制汽态萘进入到汽化器210的流量为0.1t/h，同时空气压缩机220将空气通入到汽化器200内，使汽态萘和空气混合均匀形成汽态萘-空气混合气体，并将汽态萘-空气混合气体通入反应器230反应生成粗制苯酐。将汽态萘-空气混合气体通入反应器230反应时，控制汽化器210中的汽态萘-空气混合气体进入反应器230的流量，使反应器230内的反应热点不超过440℃。

S204、继续加热液萘使ΔP从5Kpa提升到20Kpa并保持稳定，同时将汽态萘进入到汽化器210的流量从0.1t/h至1.8t/h并保持稳定。

S205、持续收集反应器400内生成的粗制苯酐。

对比例1

对比例提供了一种萘法制备苯酐的方法，使用现有技术中的常规萘法制备苯酐的装置001，且该常规萘法制备苯酐的装置001年产1万吨苯酐，具体步骤如下：

S301、向2000L萘蒸发器100内通入液萘，使萘蒸发器100内液萘容积达到罐体容积的50％，即萘蒸发器100中液萘的容量达到1000L，然后使用导热油对萘蒸发器100内的液萘加热，当液萘温度上升到217℃以上时，液萘开始部分汽化沸腾，将产生的汽态萘通入到萘渣罐140中，并调节通入到萘蒸发器100中液萘流量，使萘蒸发器100中液萘的液位保持稳定。

S302、继续升温至萘蒸发器100中压力P_蒸>65Kpa时，关闭向萘渣罐140中通入汽态萘，打开萘蒸发器100与汽化器110之间的管道阀门，使萘蒸发器100内的汽态萘进入到汽化器110内，同时空气压缩机120将空气通入到汽化器110内使汽态萘和空气混合均匀形成汽态萘-空气混合气体，将汽态萘-空气混合气体通入反应器130反应生成苯酐。

S303、持续收集反应器130内的粗制苯酐。

记录实施例1中萘蒸发器200内液萘加热时的汽态萘压力随温度变化的数据，将数据整理后如图3所示，由图中可知，实际加热液萘时，生成汽态萘速率较快时对应的液萘温度为225℃左右，表明在加热液萘的初期，液萘蒸发得到的汽态萘的量不稳定，只有当液萘温度提升到225℃左右时才能获得大量的汽态萘。在开始加热液萘时，萘蒸发器200内压力P_蒸难以精确调控，只需要控制进入到汽化器210内的汽态萘流量连续即可。

记录实施例2中直接给料和对比例1中稳压给料时的进入汽化器110的汽态萘流量随时间变化的数据，将数据整理后如图4所示，很显然，实施例2提供的萘法制备苯酐的方法能够长时间稳定将汽态萘输送到汽化器210中，在开始加热液萘时，直接给料方法给入汽化器210中的汽态萘的流量波动小，且随着时间的推移能够持续稳定的提高给入到汽化器210中的汽态萘的流量，而对比例1中常规工艺使用的稳压给料方法在给料的第4小时至第9小时之间时，给入到汽化器110中的汽态萘的流量变化较大，给料不稳定。

本发明提供的萘法制备苯酐的装置，相比现有技术简化了设备和操作流程，降低了安全风险，提高了可操作性。萘法制备苯酐的方法，能够将汽态萘稳定输送到汽化器210内与空气混合形成汽态萘-空气混合气体，并将汽态萘-空气混合气体持续稳定的输送到反应器230进行反应，不仅降低了安全风险，还简化了操作流程，同时与常规工艺相比，该方法在设备启动时的液萘加热阶段能节省0.5吨液萘，节约了大量的原料，有效的降低了成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。