己内酰胺生产工艺.doc

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己内酰胺
己内酰胺的三种工业化技术:
4 液相Beckmann重排法
苯 ® 环己烷 ® 环己酮 ® 环己酮肟 ®
粗己内酰胺 ® 产品
4 羧酸酰胺化法
甲苯 ® 苯甲酸 ® 环己烷羧酸 ® 粗己内酰胺®产品
4 光亚硝化法
苯 ® 环己烷 ® 粗己内酰胺 ® 产品
甲苯氧化:

苯甲酸加氢

制备亚硝基硫酸

己内酰胺 caprolactam ( 简称CPL)

分子式: C6H11NO 分子量: 133.16
结构式:
己内酰胺是ε-氨基己酸H2N(CH2)5COOH分子内缩水而成的内酰胺, 又称ε-己内酰胺, 它一种重要的有机化工原料, 是生产尼龙—6纤维(即锦纶)和尼龙—6工程塑料的单体, 可生产尼龙塑料、 纤维、 及L-赖氨酸等下游产品。它常温下为白色晶体或结晶性粉末。熔点(CH2)5CONH69～71℃, 沸点139℃(12毫米汞柱)、 122~124℃(665Pa)、 130℃(1599Pa)、 165~167℃(2247Pa)。比重: 1.05(70%水溶液), 熔化热: 121.8J/g, 蒸发热: 487.2J/g。纯己内酰胺的凝固点为69.2℃, 在760mmHg时沸点为268.5℃, 85℃下密度1010kg/m3。在20℃水中溶解度为100g水溶解82g己内酰胺。受热时起聚合反应, 遇火能燃烧。
常温下容易吸湿, 有微弱的胺类刺激气味, 手触有润滑感, 易溶于水、 甲醇、 乙醇、 乙醚、 石油烃、 环己烯、 氯仿和苯等溶剂。受热时易发生聚合反应。
己内酰胺的制法主要有: ①以苯酚为原料, 经环己醇、 环己酮、 环己酮肟而制得; ②以环己烷为原料, 用空气氧化法或光亚硝化法转化成环己酮肟, 经重排而制得; ③以甲苯为原料, 用斯尼亚法合成。另外, 也能够糠醛或乙炔为原料合成。在制造过程中, 环己酮(cyclohexanone)是主要的关键性中间原料, 此关键性原料可藉由环己烷氢化或苯酚氢化得到, 这两种制程相当类似, 不同点仅在于触媒的使用和操作条件的不同而已。
不同制程方法比较
1.传统制程:
本制程是由环己酮与(NH2OH)2-H2SO4和氨水反应得环己酮圬(cyclohexanone oxime)后, 再经贝克曼重排反应(Beckmann rearrangement)而制成CPL。传统法的理论产率约70%(以环己烷为基准), 即每消耗1公斤的环己烷可生成0.94公斤的CPL; 若以苯酚为基准, 理论产率达92%, 即每消耗1公斤苯酚可至得1.11公斤CPL。
2.BASF制程:
BASF制程和传统制程的不同处在于制造(NH2OH)2-H2SO4的方法不同, 本制程是由一氧化氮、 硫酸、 氢气经触媒作用所得到(NH2OH)2-H2SO4。此种制程所得CPL的产率理论值约70%, 平均每消耗1公斤环己烷可生成0.94公斤的CPL。
3.SNIA VISCOSA制程:
SNIA VISCOSA制程是是以甲苯为原料, 经氧化、 氢化等反应得HBA(Hexahydrobenzoic acid), 再制得CPL。此法的理论产率为72%; 即每消耗1公斤的甲苯可产生0.89公斤的CPL。
另外, Inventa-NO Reductin制程和BASF制程相当类似; DSM/HPO制程为传统的改良。最近杜邦公司发布和BASF共同开发的新制程消息, 宣称可由adiponitrile同时生产CPL和HMDA, 对于生产尼龙6据称能够降低生产成本三分之一。杜邦公司将在中国大陆海南岛投资兴建利用此一新制程之100千公吨HMDA及CPL厂。
1943年, 德国法本公司经过环己酮-羟胺合成( 现在简称为肟法) , 首先实现了己内酰胺工业生产。随着合成纤维工业发展, 对己内酰胺需要量增加, 又有不少新生产方法问世( 图1) 。先后出现了甲苯法(又称斯尼亚法); 光亚硝化法(又称PNC法);己内酯法( 又称 UCC法) ; 环己烷硝化法和环己酮硝化法。新近正在开发的环己酮氨化氧化法, 由于生产过程中无需采用羟胺进行环己酮肟化, 且流程简单, 已引起人们的关注。

1. 己内酰胺生产工艺
生产己内酰胺的原料主要有三种: 环己烷、 甲苯及苯酚。
中国己内酰胺需求量近年来高速增长, 尽管国内企业经过技术改造产量增长较快, 并大力开发自主知识产权的技术, 但依然不能满足化学纤维和塑料制品业的需求, 进口量仍持续增加。当前全球共有30多家企业生产CPL, 降低生产成本、 采用绿色工艺、 减少环境污染一直是国内外公司开发CPL生产新技术的重点, 其中丁二烯工艺路线和酮－肟工艺路线成为研发的焦点。
当前, 世界工业化生产己内酰胺的主要生产工艺是: 以环己酮肟贝克曼重排为基础的环己酮－羟胺路线。DSM／HPO工艺及AlliedSignal工艺为其代表性工艺。全球采用该工艺的能力78%, 采用其它工艺及原料的能力仅占22%。

贝克曼重排( Beckmann) 简介:
肟在酸如硫酸、 多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷、 三氯化磷、 苯磺酰氯、 亚硫酰氯等作用下发生重排, 生成相应的取代酰胺, 如环己酮肟在硫酸作用下重排生成己内酰胺:

反应机理
在酸作用下, 肟首先发生质子化, 然后脱去一分子水, 同时与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上, 所形成的碳正离子与水反应得到酰胺。

   迁移基团如果是手性碳原子, 则在迁移前后其构型不变, 例如:  

反应实例

己内酰胺的生产方法很多, 常见的生产方法简述如下:
（1） 苯酚法:
苯酚在镍铅合金催化剂存在下加氢转化为环己醇。精馏分离出环己醇, 以锌铁或铜为催化剂脱氢转化为环己酮。精馏得到环己酮, 与硫酸羟胺和氨发生肟化反应生成环己酮肟, 同时还生成副产品硫酸铵。分离出的环己酮肟在过量发烟硫酸存在下经贝克曼转位反应生成己内酰胺。反应生成物中的硫酸用氨中和得到副产品硫酸铵。分离出来的粗己内酰胺, 经提纯精制得到己内酰胺的成品。
（2） 环己烷氧化法:
苯在三氧化二铝为载体的镍催化剂存在下, 经气相加氢反应得到环己烷。环己烷以钴为催化剂经液相氧化生成环己醇和环己酮。环己醇铵上法脱氢转化成环己酮, 以下的生产过程同上。
（3） 环己烷光亚硝化法:
氨与空气在钯催化剂存在下燃烧生成三氧化二氮, 三氧化二氮与硫酸反应生成亚硝基硫酸。亚硝基硫酸与氯化氢反应生成氯化亚硝酰。环己烷与氯化亚硝酰在加有碘化铊的高压汞灯照射下生成环己酮肟盐酸盐, 以下生成过程同上。
（4） HPO法生产己内酰胺合成工艺:
HPO法生产己内酰胺是应用最广泛的己内酰胺合成工艺, 该生产流程主要包括环己酮制备, 环己酮肟化和重排三大工序。其中环己酮肟化工序是HPO法的核心技术和关键工序, 该工序以产肟为目的, 并实现无机工艺液和有机工艺液的有效循环。
（5） 意大利SNIA亚硝化法
以甲苯为原料制取苯甲酸, 经亚硝化反应后生产己内酰胺的苏尼亚工艺过程如图1.1, 该工艺除了被苏联引进外, 主要为苏尼亚(SNIA)公司自己所用, 每生产一吨己内酰胺产品副产硫胺4.2吨。

图1.1SNIA亚硝化工艺过程
（6） 日本东丽光亚硝化法(PNC)
该法用苯为原料加氢成环已烷经光亚硝化后制取己内酰胺, 工艺过程如图1.2。

图1.2光亚硝化工艺过程
（7） 硫酸羟胺法(HSO)
1887年拉西(RASCHING)用亚硝酸盐和亚硫酸盐反应经水解制取羟胺[6]获得成功, 从1940年该羟胺制备法实现工业化到现在, 拉西法一直是制备已内酰胺中间原料羟胺的最重要的一条工业化路线, 其工艺过程如图1.3。

图1.3硫酸羟胺工艺过程
（8） 磷酸羚胺法(HPO)
DSM开发了完全无硫铵的磷酸羟胺工艺一HPO法, 该法由无机工艺液(IPL)和有机工艺液(OPL)组成循环液体, 过程如图1.4。由于fi在无机工艺液和有机工艺液中以及羟胺在无机工艺液中的化学平衡反应非常复杂, 而使得工业生产中的反应远比喻程式所表示的情形要复杂得多, 实际操作精度的要求也较高。

图1.4磷酸羟胺工艺过程
（9） 从丁二烯出发合成己内酰胶的工艺
丁二烯工艺期待工业化生产
　　近10多年来, 国际上一些大公司积极研究以非芳香族化合物为原料的工艺路线。DSM、 杜邦合作推出了一项以丁二烯和一氧化碳为原料生产CPL的工艺, 巴斯夫公司也申请了类似的专利。巴斯夫公司和杜邦公司合作开发的丁二烯／甲烷工艺, 在德国建成了1千吨／年的丁二烯／甲烷工艺的工业实验装置。丁二烯路线生产CPL的工艺开始发布时, 曾宣称每吨CPL生产成本可降低300美元, 当时在业界引起了较大的反响。巴斯夫公司和杜邦公司曾于1995年计划在中国海南省以丁二烯／甲烷工艺建设一套联产15万吨／年CPL的大型装置, 但迄今尚未实施。DSM公司也多次表示要在南京采用丁二烯路线扩大生产能力, 也尚未付诸行动。
该工艺是经过己二睛加氢、 水解生产己内酰胺, 操作步骤少, 流程较短。同时, 在生产己内酰胺的同时, 还能够联产尼龙66的中间体己二胺, 关键是最后一个步骤即6-氨基己酰胺脱氨和环化步骤, 用了一些新型催化剂。其流程示意如图1.5.

图1.5BASF-DuPont从丁二烯生产己内酰胺的流程
（10） 环己酮肟化过程的工艺概述
在已工业化的己内酰胺各生产方法中, 肟法仍是80年代工业应用最广的方法, 其产量占己内酰胺产量中的绝大部分。甲苯法由于甲苯资源丰富, 生产成本低, 具有一定的发展前途。其它各种生产方法, 鉴于种种原因, 至今仍未能推广。
醛、 酮类化合物能与羟胺反应生成肟。肟是一类具有一定熔点的结晶形化合物, 易于分离和提纯。常常利用醛、 酮所生成的肟来鉴别它们。

肟在酸( 如硫酸、 五氯化磷) 作用下, 发生分子内重排生成酰胺的反应称为Beckmann重排。其机理为:

在上面的反应中, 不对称酮( RR’) 所生成的肟, 重排后的结果是处于羟基反位的R基迁移到氮原子上。
环己酮与羟胺反应生成环己酮肟, 在浓硫酸作用下重排得到己内酰胺。

肟 oxime　

　　含有羰基的醛、 酮类化合物与羟胺作用而生成的化合物, 通式。由醛形成的肟称醛肟, 由酮形成的肟称酮肟。肟经水解都能得到原来的醛或酮。大多数的肟都具有很好的结晶, 并有其确定的熔点, 例如乙醛肟47℃, 片脑酮肟75℃, 丙酮肟61℃, 环己酮肟90℃, 因此可利用其熔点来鉴别醛或酮。有的肟还是重要的分析试剂, 如丁二酮肟是分析化学中常见的定性和定量测定镍的试剂。肟能发生重排反应而生成酰胺, 工业上生产耐纶6的原料己内酰胺就是由环己酮生成的肟经重排反应得到的。
环己酮肟是己内酰胺生产的一种重要的中间体, 由羟胺盐与环己酮发生肟化反应制得, 生成的环己酮肟再经贝克曼转位得已内酰胺。工业上环已酮肟生产方法依其羟胺盐制造过程的区别, 主要有拉西法、 NO催化还原法和磷酸羟胺肟化法。现将这三种生产方法分别介绍如下。
（1） 拉西法
德国I.G.FANBEN公司最早实现以苯酚为原料的己内酰胺工业化生产, 不足之处在于副产经济价值较低的硫酸铵, 世界主要己内酰胺生产厂商都把减少甚至消除副产硫酸铵作为改进工艺的主要目标, 当前工业上拉西法的改进内工艺有DSM-HPO工艺、 BASF-NO还原工艺、 ALLIED异丙苯/苯酚工艺、 波兰CAPROPOL工艺等, 这些工艺副产硫酸铵的量都比拉西法有所降低, 在己内酰胺生产中占绝对地位。
拉西法是传统的制造羟胺硫酸盐的方法。国内60年代建设的己内酰胺工厂多采用拉西法。此法要点是用亚硫酸氢氨、 二氧化硫还原亚硝酸钠以制造羟胺硫酸盐, 其主要反应式如下:
1. 羟胺合成

2. 肟化

拉西法制造羟胺硫酸盐, 起初用亚硝酸钠作原料。其副产的硫酸氨是一种与硫酸钠共存的混合物, 需经过蒸发结晶, 并利用两者晶体粒度之差异予以分离, 制取高纯的硫酸氨和硫酸纳。
现在大多用亚硝酸氨, 称为改良的拉西法。将氨氧化产生的氧化氮气体用碳酸氨溶液吸收, 则得亚硝酸氨。反应式如下:

拉西法虽然是传统的方法, 近年来也有一些发展。如意大利采用0℃的亚硫酸氢胺直接吸收氧化氯气体, 制取羟胺二磺酸氨, 称为直接拉西法, 它与传统方法比较, 能耗降低, 羟胺二磺酸氨收率也有提高。
（2） NO催化还原法
德国BASF, 瑞士Iventa, 波兰ZakladyAzotowe等公司采用此法制造羟胺硫酸盐, 主要反应如下:

在羟胺合成反应器中, 一定比例的NO和H2经过悬浮有Pt/C催化剂的硫酸介质发生反应, 反应温度40℃, 压力1.5×105Pa,氢气循环使用。悬浮有催化剂的硫酸羟胺溶液经多级过滤系统分离得催化剂滤浆和滤饼, 滤浆返回羟胺合成, 滤饼送去再生。
NO催化还原法合成羟胺时不副产硫酸氨, 但在肟化时游离出硫酸用铵中和, 每吨己内酰胺仍副产0.7吨硫酸铵。为了进一步减少副产硫酸铵量, BASF公司开发出丁酸式肟化法, 该法是在Pt/石墨催化剂存在的条件下, 在硫酸氢铵溶液中进行NO的催化加氢还原:

硫酸羟胺与环已酮反应形成环已酮肟。

在传统的BASF工艺中, 肟化时产生的硫酸需用铵中和, 以分离出环已酮肟, 在回收环己酮肟时不要求进一步中和硫酸氢铵, 因此, 硫酸氢铵可直接返回羟胺合成过程。NO催化还原反应产物经过滤分离催化剂之后, 得硫酸铵羟胺溶液, 送肟化塔。在肟化塔内环己酮与羟胺溶液逆流接触反应, 反应温度保持在环已酮肟熔点以上, 环已酮转化率达97%-98%。再采取一般的后肟化步骤, 以实现环已酮的完全转化。羟胺合成和后肟化时, 也形成一些硫酸铵, 向后肟化器吹入氨气, 以保持铵盐浓度稳定。
（3） 磷酸羟胺肟化(HPO)法
HPO法由荷兰DSM公司的子公司Stami-carbon于1959年开始研究, 1965年完成50吨/年中间试验, 1971年在日本宇部兴产公司建成7万吨/年已内酰胺装置。中国岳阳和南京的引进装置均采用DSM公司的HPO法, 此法在磷酸缓冲液中催化加氢还原N03－离子来制备羟胺。此法特点是把羟胺制备与环已酮的肟化结合在一起, 使肟化过程不再副产硫酸铵, 主要包括三个反应过程。
①羟胺合成
在悬浮催化剂Pt-Pd/石墨或Pt-Pd/氧化铝的存在下, 在磷酸缓冲液中, 硝酸根离子加氢还原为羟胺, 形成磷酸羟胺盐。

②肟化
磷酸羟胺盐和环己酮在甲苯存在下反应, 形成环己酮肟。

③氨氧化制硝酸盐
向肟化反应后的磷酸一磷酸二氢铵水溶液中添加的硝酸由氨氧化法制取, 加入硝酸使磷酸二氢铵变为磷酸和硝酸铵, 再用于羟胺合成。
H3P04+(NH4)H2PO4+H2O+3HN03→H3P04+NH4N03+3H2O
HPO法生产己内酰胺的主要流程包括环己酮生产, 环己酮肟化和重排三大工序, 其中生产环己酮肟的环己酮肟化工序是HPO法的核心技术和关键单元。该工序装置以产肟为目的, 并实现无机工艺液和有机工艺液的有效循环。1992年, 中国石化总公司巴陵分公司(原鹰山石化)引进荷兰的HPO法己内酰胺生产装置, 设计能力为50kt/a, 1995年经过国家竣工验收, 1997年全面达到设计标准。可是在激烈的市场竞争下, 50kt/a己内酰胺的生产能力所产生的效益越来越小, 这就迫使扩能改造成为必由之路。1997年该公司在国内同行业中率先对引进的装置进行扩改, 实现由50kt/a己内酰胺的生产能力到60kt/a生产能力的改造。1999年由60kt/a到70kt/a己内酰胺的生产能力的扩能改造开车成功, 经过 1月的大修进一步完善后, 实现了70kt/a生产能力。 10月份, 巴陵分公司启动将装置生产规模扩大到140kt/a 的改造工程, 其中生产环己酮肟的环己酮肟化工序拟采用另加一套与现有肟化装置平行的即生产能力也为70kt/a 的新装置的方案, 来满足全流程140kt/a的扩改需求。
（4） 己内酰胺羟胺肟化系统的化学和物理原理
己内酰胺羟胺肟化系统分为7个单元, 以下分单元对整个系统的物理化学原理进行分析。
1. 氢气精制
氢气用于在下一单元的羟胺反应器中催化还原硝酸根离子制备磷酸羟胺, 因为磷酸羟胺的制备是在贵金属催化剂存在的条件下进行的, 氢气中即使存在很小量的硫化物和一氧化碳都将使得催化剂失去活性, 因此氢气在进入羟胺反应器之前必须除去一氧化碳和硫化物。一氧化碳和硫化物的脱除分两部分进行。
第一部分, 硫化物的脱除用ZnO作催化剂, 按照下面的反应式进行
ZnO十H2S → ZnS+H2O
ZnS
CS2+4H2 → CH4+2H2S
ZnO不是真正的催化剂而是消耗品。生成的ZnS和CH4对羟胺制备的催化剂没有危害作用。
第二部分使用以A12O3作载体的Ru催化剂, CO和CO2被还原成CH4。
Ru
CO +3H2 → CH4+H2O
Ru
CO2+4H2 → CH4+2H2O
2. 磷酸羟胺制备
磷酸羚胺是在氢气的作用下经过硝酸盐催化还原而制得。反应为保持合适的酸度, 选择在磷酸缓冲介质中进行, 反应方程式如下:
NO3- + 2H++ 3H2 → NH30H + 2H2O
NO3- + 2H++ 4H2 → NH4+ + 3H2O
NO3- + 2H++ 5H2 → N2 + 6H2O
2NO3-+ 2H++ 4H2 → N2O + 2H2O
H2PO4－+H十 ≒ H3PO4
其中的H3PO4 / H2PO4一只是起缓冲作用, 因为H3P04的离解能够足够提供H2P04一的还原反应所需的离子。
3. 环己酮与羟胺的肟化
环己酮与羟胺的肟化是在填料塔中进行的, 羟胺与环己酮逆流接触形成环己酮肟, 反应式如下:
NH30H++C6H10O → C6H10NOH + H20+H+
环己酮溶于与羟胺水溶液互不相溶的甲苯相里, 二者逆流接触的过程中反应生成环己酮肟, 与此同时生成的肟几乎完全被甲苯从水相中萃取出去, 使得反应向生成肟的方向进行, 甲苯的存在使得转化率大幅度提高。
4. 中和－水洗和洗涤水萃取
4.1中和
来自肟化反应器的甲苯一肟混合液中未转化的环己酮在中和器中被过量的羟胺溶液完全转化。当反应发生时, 环己酮转化成环己酮肟释放出磷酸, 此磷酸需要被中和, 加入的氨水就是用来中和反应器排料中的游离磷酸。
H3P04+NH3OH.H2P04+C6H10O + 2NH40H → C6H10OH+ 2NH4.H2PO4+ 3H2O
H3P04+NH3OH.H2P04+C6H10O + 4NH40H → C6H10OH+ 2(NH4)2.HP04+3H2O
为了获得环己酮完全的转化, 中和过程在羟胺过量的条件下进行。缓冲溶液在中和分离器中沉淀后用泵送到肪化反应器, 同时甲苯一肟混合液用泵送到水洗单元, 过量的羟胺则返回到肟化反应器后被重复利用。
4.2水洗和洗涤水萃取
离开中和器的环己酮肟溶液依然含有无机液和溶解的盐等, 经过泵将溶液送到聚结器除去液滴, 使两相分离。分离后的有机液依然含有熔融状态的盐, 为了除去这些盐, 用水对有机相进行两步水洗, 第一步在混合分离器中进行, 第二步在静态分离器中进行, 实际上混合分离器和中和器是完全一样的。新鲜工艺水在静态分离器中与来自第一步水洗的有机相混合, 当两相分离之后, 水相用泵送到第一水洗塔, 用做来自中和器的有机相的洗涤水。
离开水洗塔的水相大约含有1% (质量百分比)的环己酮肟, 这些环己酮肟用甲苯萃取回收, 流出的甲苯相循环到肟化反应器, 经过萃取依然含有微量的甲苯和环己酮肟的水相流入废水槽。
5. 甲苯－肟精馏
来自肟化单元的甲苯一肟的混合液需要分离。标准状态下甲苯的沸点为111℃, 水的沸点100℃, 环己酮的沸点为156℃, 环己酮肟的沸点为208℃, 各物质沸点存在较大差值, 因此能够采用精馏的方式进行分离。考虑到得到环己酮肟在高温下容易分解, 故该操作采减压精馏, 该单元要求得到如表2.1组成(质量百分比)的塔顶产物和塔低产物:
表2.1塔顶产物和塔底产物组成要求
塔顶产物
甲苯
99.08％
水
0.91％
环己酮肟
小于0.01％
塔底产物
甲苯
小于0.005％
环己酮
小于0.02％
环己酮肟
99.975％
该精馏单元是在两个真空塔中完成的。在操作温度60℃, 压力20.OkPa, 回流比为0.41的条件下, 第一个真空塔的塔顶出料获得满足组成要求的产物, 塔底产物的温度为100℃, 同时仍含有25 % (质量百分比)的甲苯, 塔底产物作为第二个真空塔的进料。第二个真空塔的塔底出料获得满足组成要求的产物, 第二塔塔底出料循环到肟化反应器, 塔顶出料的部分甲苯用作第一塔的回流, 剩下的部分经过甲苯的贮槽、 萃取塔和洗涤水萃取塔再循环到肟化单元。
6. 无机液萃取、 汽提
来自肟化单元的无机工艺液依然含有微量的溶解的环己酮肟和环己酮(所含环己酮的质量百分比约为0.5%, 所含环己酮肟的质量百分比约为0.6%), 这些有机物必须在缓冲溶液中的硝酸盐回复到原来的比值前除去, 因为这些物质与吸收塔中的亚硝酸气生成化合物, 从而影响羟胺的制备。
6.1萃取
无机工艺液在填料塔中与纯甲苯进行萃取, 萃取效率受纯萃取剂的数量、 水解效应和温度等因素的影响。
萃取的操作温度为70℃, 部分的环己酮肟按下面的方程式水解。
C6H10NOH+H2O+H3P04 → C6H10OH+2NH30H.H2PO4
无机工艺液中未被水解的环己酮肟和环己酮一起被甲苯萃取出去, 大约有50%的环己酮肟被水解, 50%的环己酮肟被直接萃取。
6.2汽提
汽提塔的主要任务是控制整个工艺的工艺液的含水量, 在羟胺反应器中, 肟化单元、 中和单元和吸收单元中生成的全部水在汽提塔中经蒸发除去。
依然存在于汽提塔无机相里的少量的环己酮肟、 环己酮和甲苯同样经过汽提除去, 所有的环己酮肟都被水解。汽提塔的操作压力为220kPa,塔顶蒸汽能够作为第一甲苯肟精馏塔再沸器的热源。
7. 氨氧化制亚硝酸气、 亚硝酸气吸收和铵分解
7.1氨氧化制亚硝酸气
硝酸盐制备和NH4+分解所需的亚硝酸气在氨氧化单元制备, 在这里氨和空气的混合物在高压和高温条件下, 从铂/铑网上经过, 氨被空气中的氧气氧化, 反应根据以下方程式进行:
4NH3+5O2 → 4NO +6H2O
4NH3+3O2 → 2N2 +6H2O
反应温度大约为885℃, 在这个温度下NO和N2是最稳定的氮化合物, NO是所需的产物, 因为N2的生成较之NO所需更长的时间与催化剂接触, 因此在正常的速度下, 大约93.5%的氨转变成NO。
在亚硝酸气吸收和铵分解部分生产硝酸盐, 以补偿消耗的硝酸盐, 同时一部分在羟胺制备过程和中和过程中形成的铵离子也在该过程被分解, 为此一部分来自汽提塔的无机工艺液被送入吸收塔与亚硝酸气进行接触, 在这里铵被分解, 同时生成硝酸盐。吸收塔包括两个部分:下面为分解铵的部分, 而上部为硝酸盐生成部分。
7.2分解部分
在分解部分中, 来自吸收塔的亚硝酸气体被带入到强酸性工艺液中, 同时发生以下反应:
2NO+O2 → 2NO2
2NH4++NO+NO2 → 2N2+2H++3H2O
铵分解的同时, 工艺液体中的羟胺也按下面的反应方程式被分解。
6NH3OH++NO +NO2 → 4N2+6H++9H2O
7.3吸收部分
吸收部分硝酸盐的形成是根据以下反应:
2NO+O2 → 2NO2
3NO2 +H2O→ 2HNO3+NO
亚硝酸气完全转化成硝酸盐是不可能的, 因为生成硝酸盐的同时也有NO生成, 因此吸收塔尾气中的NOX在脱气系统中脱除。
在塔的这一部分里, 硝酸盐的形成是重要指标, 在高温下NO转化成NO2的进展缓慢, 因此温度必须保持在一个低值以下(40℃), 这要经过使吸收在筛板塔中实现, 反应热用塔板上的有循环冷却水的盘管移出。
在吸收部分和分解部分处理的缓冲溶液随后在脱气塔中用空气脱出, 这里空气被引入吸收部分以获得NO氧化所需的氧气。脱气后, 工艺液体被排到一个罐内再一次循环到羟胺反应器, 缓冲溶液在进入吸收塔之前不得带有有机成分。
8. 甲苯肟精馏单元和无机工艺液净化单元工艺条件分析
HPO法己内酰胺环己酮肟化工序按照物料在全流程的循环叙述主要包括两个循环—有机系统的循环和无机系统的循环。两个系统的循环的交汇点为羟胺肟化单元, 在羟胺肟化塔内磷酸羟胺与环己酮逆流接触形成环己酮肟, 反应式如下

该反应是在甲苯介质里进行的, 环己酮溶于与羟胺水溶液互不相容的甲苯相里, 二者逆流接触获得高的转化率, 其中甲苯也作为萃取剂, 把生成的肟从水相中及时萃取到甲苯相中, 使得反应向生成环己酮肟的方向进行, 转化率提高。与此同时从肟化反应器溢流出去的物料形成了有机循环的物料, 有机循环的物料是含有环己酮肟和少量未反应的环己酮的甲苯溶液; 无机循环的物料是含有少量未反应的环己酮和未被甲苯萃取出去的环己酮肟的无机工艺液．羟胺肟化塔塔底出料的无机工艺液被送至净化单元, 有机液送至甲苯肟分离单元。
　　( １) 有机系统循环
　　有机循环系统从肟化反应器开始, 经过中和、 水洗器, 进入到甲苯肟精馏分离单元, 在该单元采用精馏的方式将甲苯肟分离, 分离后的甲苯仍含有微量的水和环己酮, 甲苯循环到甲苯储罐作为萃取剂重新使用, 肟送去己内酰胺生产的重排工序。
　　( ２) 无机系统循环
来自肟化单元的无机工艺液因为含有少量环己酮和环己酮肟＞需要提纯净化, 使本工序的最终产物环己酮肟不会有过多的流失。生产中首先利用来自甲苯储罐的甲苯萃取出大部分的环己酮肟和环己酮, 甲苯然后循环到肟化单元, 萃取后的无机工艺液再进行汽提, 使无机工艺液中的最终所带的微量的甲苯、 酮和肟脱除。无机工艺液再循环到羟胺制备的羟胺反应器的进料, 形成无机循环。
由以上分析可见, 有机循环系统中的甲苯肟精馏单元和无机循环的无机工艺液净化单元均是关键单元, 对肟化生产效率的高低起着决定性的作用。
国内己内酰胺生产企业概况 
生产企业
装置地点
当前产能
( 万吨/年)
原料
改扩建情况
巴陵石化
岳阳
7．0
环己酮
正在扩建, 计划 竣工投产, 届时总产能将达到14万吨/年
南京帝斯曼
东方化工
南京
6．0
环己酮
计划 扩建, 竣工后总产能将达到14万吨/年
石家庄化纤
石家庄
6．0
甲苯
正在扩建, 计划 底竣工, 届时总产能将达到16万吨/年
巨化集团
衢洲
0．5
环己酮
暂无扩建计划
合计
19．5

己内酰胺生产技术发展动向
全球己内酰胺消费量约为4 Mt, 预计今后平均增长率将低于全球GDP增长率。 全球己内酰胺需求量可达到约5 Mt, 其中中国需求量将占全球总量的20％。
当前己内酰胺生产从环己酮合成开始, 原料为苯酚或环己烷。环己烷是优选原料, 可生产KA油。氧化过程一般采用硼酸或钴催化剂。KA油中环己醇组分需进一步脱氢成环己酮。采用贵金属催化剂, 将苯酚一步催化加氢生成环己酮, 环己酮再与羟胺反应转化成环己酮肟。
上述工艺中包括一系列复杂的反应过程。传统已内酰胺工艺的肟化和Beckmann重排工序一般会产生大量的硫铵。己内酰胺工业生产还采用其它几种肟化工艺, 最老的方法是20世纪40年代和50年代开发的Raschig工艺, 产生的硫铵量最大。该工艺以氨、 二氧化碳和二氧化硫为原料, 经过几个反应步骤后生成羟胺, 再将高纯度的环己酮与氨和水解羟胺反应生成环己酮肟。
几种新工艺有助于减少工艺过程中硫铵的产生。一些工业化工艺依然采用羟胺作肟化剂, 但在羟胺生产过程中尽可能减少硫铵生成量。这些工艺包括由DSM运行和转让的NO还原和HPO／改良HPO工艺。
日本住友公司的一种新工艺在其爱媛县装置上实现工业化, 完全避免该工序中硫铵的生成。以环己烷为原料, 采用钛硅酸盐催化剂, 在约90℃下与氨和过氧化氢进行肟化反应。该工艺原由意大利埃尼化学公司(现为Syndial)开发。由于不需要羟胺装置, 从而降低了投资费用, 但过氧化氢费用昂贵, 须大规模生产才能显示出规模经济和价格优势。
日本东丽公司以环己烷为原料, 在亚硝酰氯和氯化氢存在下使其转化成环己酮肟。该工业化的光化学工艺避开了环己酮或肟化步骤。由于省去了环己酮、 羟胺和肟化装置, 该工艺投资费用大大降低。然而该工艺需要利用低成本电能才具有真正的成本效应。大型的光化学反应器难以设计, 还需要不断清洗以除去类似焦油的反应残渣。
传统己内酰胺合成的最终步骤称为Beckmann重排, 该反应一般在发烟硫酸存在下进行。该反应在工程设计方面存在一些问题。重排工艺中的肟与发烟硫酸反应, 再用氨中和多余的发烟硫酸而生成硫铵。该反应强放热, 使硫铵进行较大循环, 并需大尺寸的设备。即使将移除的热量用于下游己内酰胺的提纯, 冷却反应所需的费用也相当大。
住友公司将不含发烟硫酸和硫铵的Beckmann重排工艺成功实现了工业化。该工艺采用甲醇助催化剂, 在约350 ℃和较低压力下于流化床反应器中反应。就环己烷转化成己内酰胺的整个反应过程而言, 该工艺具有明显的优点, 投资费用有所下降, 然而流化床工艺的反应器投资往往较高。将氨肟化和流化床Beckmann结合起来可避免硫铵联产物的生成。虽然一般趋势是开发尽可能减少硫铵的己内酰胺工艺, 但一些地区对化肥的需求量较大, 有意义。
各种己内酰胺生产路线的工艺指标
公司
肟化工艺
Beckman重排工艺
1t己内酰胺联产硫胺/t
Capropol
Rashig
发烟硫酸
4.2
英威达
NO
发烟硫酸
2.8
东丽
光化学
发烟硫酸
1.5
DSM
HPO
发烟硫酸
4.3
DSM
改良HPO
发烟硫酸
1.4
住友化学
氨肟化
流化床
0

己内酰胺的生产工艺状况如下:
1、 拉西法: 德国I.G.FANBEN公司最早实现以苯酚为原料的己内酰胺工业化生产, 不足之处在于副产经济价值较低的硫酸铵, 世界主要己内酰胺生产厂商都把减少甚至消除副产硫酸铵作为改进工艺的主要目标, 当前工业上拉西法的改进内工艺有DSM-HPO工艺、 BASF-NO还原工艺、 ALLIED异丙苯/苯酚工艺、 波兰CAPROPOL工艺等, 这些工艺副产硫酸铵的量都比拉西法有所降低, 在己内酰胺生产中占绝对地位。
2、 过氧化氢氧化法-氨肟化法工艺: 意大利的埃利化工公司开发的”氨肟化法”己内酰胺生产新工艺是在硅酸钛沸石催化剂存在下使环己酮与氨和过氧化氢直接反应生成环己酮肟, 再经过重排而制得己内酰胺, 当前在意大利建有一套12千吨/年的中试装置。
3、 丁二烯/甲烷工艺: 巴斯夫公司和杜邦公司联合开发了一条从丁二烯出发制取己内酰胺的新工艺路线, 并在德国建成了1千吨/年的工业实验装置。该工艺的主要优点是原料丁二烯、 甲烷和氨价格低廉, 物耗和能耗较低, 而且没有副产品硫酸铵。新工艺是经过己二腈加氢、 水解生成己内酰胺、 流程短, 在生产己内酰胺的同时开能够生产尼龙66的中间体己二胺。
4、 氨肟化/气相重排工艺: 巴斯夫、 住友等公司都开展了在高温气相中用固体酸催化剂进行贝克曼重排的研究。新工艺采取流化床反应器, 环己酮肟/甲醇/氮气在高温下经过分子筛, 转化率为99.3%, 己内酰胺的产率为95.3%, 该工艺在50000千吨/年的装置上得到验证, 由于反应后回收和循环甲醇, 能够避免硫酸铵生产。
当前, 住友化学工业公司正在利用气相重排工艺和意大利埃利化学公司许可的氨肟化工艺结合起来, 增加其设在日本爱媛县的工厂的己内酰胺产能, 该公司计划使爱媛厂的产能由60千吨/年增加到155千吨/年。
DSM和壳牌开发Altam工艺
DSM正与壳牌公司合作, 将共同改进DSM从事多年的以C4馏分为原料的”Altam”己内酰胺生产技术。壳牌将负责催化剂方面的研究开发, 当前正在其设在阿姆斯特丹研究开发中心进行这方面的试验。DSM称, 1~2年后将实现工业化生产。
DSM公司是全球最大的己内酰胺生产销售商, 采用传统的环己酮肟化工艺的改进技术”HPO  Plus”进行生产。该技术的主要缺点是会联产大量的硫铵副产物。而以丁二烯和一氧化碳为原料的Altam工艺不会联产硫铵。与传统工艺相比, 该新工艺成本费用可节省30%。DSM已与中国南京东方化学公司合资, 将在南京建一套14万t/a的己内酰胺生产装置, 该装置将采用HPO  Plus技术。该装置的建成可使DSM的己内酰胺总产能达到50万t/a。
住友和EniChem的两步法工艺
日本住友化学公司将在日本的一套己内酰胺新装置上应用两种新技术。该装置将采用由住友和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经过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工艺是当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。 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 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还正研究其它选项在亚洲采用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。巴陵分公司能否经过自身的技术扩