硝化反应是典型的快速强放热反应,是生产含能化学品的重要反应,但也是安全事故频发的反应,因此 “谈硝色变”是含能化学品生产面临的重大挑战。与国外比,我国硝化工艺和装备都存在明显差距,连续硝化是卡脖子技术。本技术提供了一种芳香化合物绝热微反应连续硝化方案。
与现有的四代硝化技术相比,本技术具有以下优势:
(1)安全性高。已有的恒低温硝化技术存在反应器体积大、能耗高、热失控风险大等问题,减少在线物料量是实现安全工艺的重要方法。与传统反应器比较,微反应器具有更小的体积,能有效减少持液量;但微反应器狭窄的换热通道,容易发生结垢堵塞导致取热失效,引起热失控。绝热工艺在工艺开发和设计阶段就有效规避了热失控风险。此外,由于微反应器持液量小,通常绝热硝化可以采用比传统硝化更高的硝化温度。对于苯、甲苯和氯苯的硝化,可以实现60~100℃的绝热温升。
(2)绿色低碳。硝化反应是典型的快速强放热反应,生产100万吨二硝基氯苯产生的反应热相当于约 8.4 万吨标准煤,相当于 30.8 万吨二氧化碳。传统的低温恒温硝化技术不仅浪费了硝化反应热,而且需要提供额外的能源来换热维持低温反应。绝热微反应连续硝化可以突破传统硝化工艺温度的极限,实现高温硝化,再通过换热或热泵技术将硝化反应热转化为二次能源利用。此外,微反应系统容易实现正压硝化,能有效防止硝酸分解产生硝烟,减少硝酸用量和氮氧化物排放。
(3)时空收率高。与传统反应器比较,微反应器具有优异的混合传质性能,能有效强化非均相硝化反应。强化传质和提高反应温度有利于大大缩短反应时间,叠加较小的反应器体积,绝热微反应硝化能够成百上千倍地提高时空收率。在微反应氯苯硝化工艺中,时空收率比间歇间歇工艺能提高1000多倍。
(4)选择性高。快速混合和较短的硝化反应时间能有效降低多硝基化合物、硝基酚和硫酸氧化副产物等杂质的含量,减少危险副产品。高选择性硝化能彻底改变分离和纯化流程,从而有效降低生产成本。
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