[發明專利]一種丙烯腈電解二聚制備己二腈的裝置和方法

在審

• 申請號: 202011207708.6
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112663078A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 魏子棟;黃尋;吳淑桃
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C25B3/29
• 分類號: C25B3/29;C25B3/09;C25B9/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于己二腈的制備技術領域，具體涉及一種將丙烯腈電解反應集成到反應精餾塔中制備己二腈的裝置和方法。反應精餾塔由精餾段、反應段和提餾段組成，在塔頂、反應段和精餾段設置冷凝器，塔底設置再沸器，反應段設置陰陽電極陣列；丙烯腈、支持電解質、水及其它輔助組分引入反應精餾塔中后，在陰極丙烯腈高選擇性生成己二腈，同時在陽極水氧化生成氧氣；最終氧氣經塔頂排出，重組分己二腈、水、鹽和少量副產物從塔釜采出。本發明將丙烯腈的電解二聚反應集成到反應精餾塔中，解決了普通平行板式電解槽中丙烯腈單程轉化率低、選擇性差和陽極析氧造成的反應物流體積膨脹等問題，丙烯腈轉化率可高達99％，得到的己二腈選擇性大于95％。

技術領域

本發明屬于己二腈的制備技術領域，具體涉及一種將電解裝置集成到反應精餾塔中制備己二腈的方法。

背景技術

己二腈(ADN)又名1,4-二氰基丁烷，是一種重要的化工原料，主要用于制取聚酰胺尼龍6,6的中間體己二胺，還可用于制取橡膠助劑、殺蟲劑和殺菌劑、高分子材料，也可用作增塑劑、紡織助劑、溶劑和萃取劑等，具有廣泛的用途。

目前，工業上主要通過1,3-丁二烯的熱化學催化氰化反應或丙烯腈(AN)的電化學二聚反應來制備己二腈(ADN)，其中，電化學二聚法相較于傳統丁二烯法更加低毒、環保、且只需一步反應，因此在未來更具可持續性和競爭力。

丙烯腈(AN)電解二聚法生產工藝于20世紀60年代由美國孟山都公司率先開發成功，具有重大的實際意義，如今已經發展了許多用于進行該反應的方法，例如通過隔膜分隔的電解池或在未分隔的電解池中進行電解。其中專利US3193475，US3193481，US3616319，US3335162公開了在隔膜分隔的電解池中電解AN二聚的方法，該法具有足夠的吸引力以致于在工業上使用了很長時間，但是所需電解能耗較高，電解池結構通常比較復雜且需要定時更換隔膜。與通過隔膜分隔的電解池相比，未分隔電解池設計簡單、槽電壓低，而且工業上易于操作，是一種直接電合成工藝。如專利US3898140，US3689382公開了在無隔膜電解池中電解AN水溶液制備己二腈的方法，后來專利US4789442又通過在鉛或鉛合金陰極上電解由水相和有機相組成的乳液，進一步提高了反應效率。德國巴斯夫公司也采用一種特殊的毛細間隙電解槽(專利US3616320)建立了無隔膜電解裝置，通過減小電極間隙形成薄膜狀電解液的毛細間隙反應器，降低了溶液歐姆壓降和能耗，但是與其它電解工藝一樣，電化學還原或氧化反應只能分別發生在平行板式陰極或陽極壁上，單位反應液體積所對應的電極面積很小，因此單程AN轉化率不高，出口液體需要通過大量分離操作回收AN并循環至電解槽，增加了操作難度和成本。如果簡單通過增加電流密度或電極面積來提高轉化率，則會在反應后期由于AN濃度下降而引起副產物增加，反而降低工藝性能。此外，陰極每生成1摩爾ADN的同時在陽極產生半摩爾氧氣，在轉化率較高時會引起電極板間反應物流體積大幅膨脹，不但降低了局部停留時間，而且阻礙電解質溶液與電極的接觸，難以進行操作。

為了克服傳統電解槽在ADN電解合成工藝中的缺點，進一步提高AN的轉化率，減少分離程序和副產物發生，同時不斷移除乳液中的氣態氧，需要尋求一種電解AN制備ADN的新工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種將電解反應集成到反應精餾塔中制備己二腈(ADN)的裝置和方法，克服目前丙烯腈(AN)電解二聚工藝中的缺點，提供一種電解反應和相分離集成的制備己二腈的工藝過程，降低成本，提高丙烯腈(AN)轉化率，獲得高選擇性的己二腈(ADN)產品。

一種通過丙烯腈電解二聚制備己二腈的裝置和方法包括：反應精餾塔R001由精餾段、反應段和提餾段組成，塔頂設置冷凝器D001，塔底設置再沸器E001，反應段設置若干陰陽電極；將含有丙烯腈、支持電解質、水及其它輔助組分的一股或多股物流引入反應精餾塔R001中，在陰極丙烯腈高選擇性生成己二腈，同時在陽極水氧化生成氧氣；最終氧氣經塔頂冷凝器D001排出，重組分己二腈、水、鹽和少量副產物從塔釜再沸器E001采出。

所述反應精餾塔的反應段和精餾段設置若干中間冷凝器C001-C005。