ε-己内酰胺的生产方法 本发明涉及生产ε-己内酰胺的改进方法，该方法包括在气相反应条件下、在流化床反应系统中用固体催化剂，使环己酮肟进行贝克曼重排，其中，使用带有催化剂再生器的流化床反应系统。
ε-己内酰胺是作为尼龙或其类似物的原料的关键化学产品，在其生产方法中，工业生产上常规采用的方法是在液相条件下用发烟硫酸使环己酮肟进行贝克曼重排。
此外，已经提出了在气相反应条件下用固体酸为催化剂使环己酮肟进行贝克曼重排(气相贝克曼重排)的各种ε-己内酰胺的生产方法。例如，已知方法中使用了硼酸催化剂(JP-A-53-37686，JP-A-46-12125)，用二氧化硅-氧化铝催化剂(英国专利881,927)，用固体磷酸催化剂(英国专利881,956)，用Y-型沸石催化剂(催化剂杂志，6，247(1996))，用结晶硅铝酸盐催化剂(JP-A-57-139062)或其类似物。
此外，也提出了低级醇共存于反应系统中的方法(JP-A-2-275850)。
作为一种反应方法，还提出在气相条件下，在流化床中用负载于载体上的硼酸催化剂使环己酮肟进行贝克曼重排，同时含氧气体在流化床中被用于再生催化剂，以及在催化剂返回重排反应器之前将三氧化硼或硼酸加到流化态的催化剂中(JP-A-55-53267)。
另外，在流化床系统中用载于碳上的硼酸催化剂进行气相贝克曼重排中，当催化剂从流化床反应器中排出进行再生，并在再生后返回流化床时，反应器中催化剂的有机氮含量和再生器中催化剂的有机氮含量之间的差值维持在确定的范围内(JP-A-53-35691)。在该实例中，已知在再生步骤中，部分作为催化剂成分的硼酸被损失掉是不可避免的，并且，和硼酸一样，有差不多相同重量的催化剂载体碳通过燃烧而损失。
在工业中已被广泛采用的上述使用发烟硫酸的常规贝克曼重排方法不仅存在着需要大量发烟硫酸的问题，而且还存在着从贝克曼重排反应产物回收ε-己内酰胺时需要用氨中和硫酸的问题，在该步骤中，每吨ε-己内酰安产生多至约1.5吨的硫酸铵副产物。
另一方面，用固体催化剂的气相贝克曼重排具有在贝克曼重排步骤中不产生硫酸铵的优点。适于气相贝克曼重排地各种催化剂都可以使用。所有催化剂都具有在反应期间含碳物质沉积于催化剂上而导致含碳物质覆盖活性位点从而引起催化剂逐渐失活的问题。通过在适当时间中断反应，将含氧气体送入催化剂床并通过氧化除去含碳物质，可能使催化剂活性恢复。然而，这又产生了另一个问题，即，在固定床反应系统情况中，催化剂再生进行期间会中断ε-己内酰胺的生产，并且反应和再生之间的交替操作是困难的。在流化床系统中进气相贝克曼重排反应步骤和催化剂再生反应步骤以及通过使催化剂在反应器和再生器之中循环而连续进行重排反应和再生反应也是众所周知的。在该实例中，存在的问题是难以维持贝克曼重排的高转化率或高选择性，并难以维持长期稳定的生产，因此，需要有一个解决该问题的改进方法。
本发明人对上述情况进行了广泛的研究，以提供一种高转化率或高选择性连续进行气相贝克曼重排和再生催化剂的操作生产ε-己内酰胺的方法。
结果，本发明人发现了能够达到高转化率或高选择性生产ε-己内酰胺的方法，而不必间断在流化床系统中的气相贝克曼重排反应步骤和催化剂再生步骤进行的生产，使催化剂在贝克曼重排步骤和催化剂再生步骤之间循环，并可将由再生步骤回到贝克曼重排步骤的催化剂氮含量控制在特定范围内。基于上述发现完成了本发明。
因此，本发明提供了生产ε-己内酰胺的生产方法，该方法包括：步骤(i)在流化床反应系统中用固体催化剂(硼酸催化剂除外)，使环己酮肟进行气相贝克曼重排；和(ii)使催化剂再生以用于步骤(i)，其中，再生所述催化剂的步骤包括下述二级步骤：(a)从贝克曼重排反应步骤(i)中连续或间歇排出固体催化剂，(b)在高温下，用含氧气体处理催化剂，使所述催化剂在从再生步骤到反应步骤的过程中氮含量达到10ppm-2,500ppm的范围内，和(c)使经过所述处理的催化剂返回贝克曼重排反应步骤(i)。
附图1用于说明本发明贝克曼重排步骤和催化剂再生步骤的装置示意图，其中1是指反应器，2是指再生器，3是指螺旋进料装置，4是旨控制阀，和5-9各自为管道。
本发明生产ε-己内酰胺的方法包括在流化床反应系统中用固体催化剂和再生催化剂使环己酮肟进行气相贝克曼重排反应的多个步骤。
本发明所用的固体催化剂包括沸石催化剂，硼酸除外。优选使用五硅(pentasil)-型沸石，在五硅-型沸石中，特别优选MFI结构的沸石。构成沸石骨架的元素成分可以含有作为其主要元素的硅和另一种元素成分M，其中M是一种或多种选自Al、B、Ga、In、Ge、Fe、Ti和Zr的成分，Si/M的原子比是50或更多，优选500或更多。可以使用基本由硅和氧组成的具有SiO4四面体骨架的A沸石。
在本发明中，贝克曼重排步骤和再生步骤在流化床系统中进行，附图1说明了本发明的一个实施方案。在附图1中，将环己酮肟蒸气通过管道9充入填有沸石催化剂的贝克曼重排反应器1，将ε-己内酰胺为主要成分的反应产物以气态的形式通过管道6排出系统，一部分催化剂被连续或间歇地通过控制阀4从反应器中排出并被送往流化床系统中的催化剂再生器2，在再生器2中，用从管道7导入的含氧气体处理催化剂。其结果是，例如通过与氧反应或通过高温蒸发除去了沉积于催化剂上的含碳物质。含碳物质的去除程度取决于催化剂在再生器中的停留时间、氧的浓度和处理的温度。使经过处理的、浓度减少的含碳催化剂通过螺旋进料装置3返回到反应器1中。
在贝克曼重排步骤中，由于环己酮肟或ε-己内酰胺的缩聚作用使碳和氮成分沉积在催化剂上。通过再生步骤中用含氧气体处理，不仅除去了沉积的碳，还除去了沉积的氮成分。
在本发明人的研究中，揭示了存在于残存催化剂上的氮成分含量与催化剂性能，特别是与ε-己内酰胺的选择性之间的重要关系。因此，发明人发现了当用含氧气体使由于使用时间长而具有低活性的催化剂再生时，具有适量残留于催化剂上的氮成分的催化剂比通过例如燃烧完全除去催化剂中的碳、氮成分的催化剂对ε-己内酰胺具有更高的选择性。
特别地，将再生催化剂中的氮含量控制在10ppm-2,500ppm的范围时，选择性保持在较高水平，可以进行连续长期的反应。
在由再生步骤至反应步骤的过程中，当再生催化剂返回到反应步骤时，可以测定再生催化剂的氮含量。当催化剂中的氮含量低于10ppm时，对于ε-己内酰胺的选择性是低下的，当其高于2,500ppm时，环己酮肟的转化率降低。
催化剂中的氮含量可以用气相层析仪或红外光谱仪测定，用测定氧气氧化催化剂产生的氮氧化物的方法得到。
贝克曼重排反应在流化床系统中进行，所用催化剂可以是直径为0.3mm或更小的微球状颗粒，它们可以通过包括喷雾干燥等方法使其成形。在贝克曼重排反应中，可以按比例充入环己酮肟(cyclohexane oxime)，其中充入环己酮肟的量相对于置于反应器中催化剂的量(空速，WHSV)是大约0.5-大约20h-1，优选大约1-大约10h-1。
反应温度可以在大约250℃-大约500℃的范围内，并优选大约300℃-大约450℃。反应压力可以在大约0.01MP-大约0.5MP的范围内，优选大约0.02MP-大约0.2MP。
在贝克曼重排反应中，使具有1-6个碳原子的低级醇与环己酮肟共存是有益的。甲醇和乙醇是特别优选的醇。允许共存的醇量优选在大约0.1-大约5倍于环己酮肟重量的范围内。
使水与环己酮肟共存也是有益的。共存的水量优选在大约2.5倍于环己酮肟摩尔数或在更低的范围内。
比外，可以将惰性气体导入反应系统中，惰性气体的实例包括氮、氩、二氧化碳等。
催化剂的再生步骤在流化床系统中进行。将从贝克曼重排反应器中排出的催化剂导入再生器中，并用含氧气体处理。作为含氧气体，优选使用空气，如果需要可以使用与惰性气体如氮等混合的空气，氧浓度为20％或更低。处理的温度可以在大约350℃-大约700℃的范围内，优选大约400℃-大约550℃。当温度低于大约350℃时，沉积于催化剂上的含碳物质不能完全除去，残留于催化剂上的氮量往往过大，因此，催化剂的活性往往不理想地降低。当温度高于大约700℃时，催化剂如沸石易遭破坏，以及催化剂的活性往往逐渐降低。
再生处理的压力可以在大约与贝克曼重排中的相同压力的范围内。再生步骤中催化剂的停留时间可以平均为大约0.5小时-大约500小时。
从贝克曼重排反应器送到再生器中的催化剂量按重量计可以为每单位时间存在于贝克曼重排反应器中数量的大约0.1％-大约75％，优选大约0.5％-大约50％。
ε-己内酰胺能够用上述方法便利地生产。根据本发明，ε-己内酰胺能够长期以高产率稳定地进行生产。此外，可以高转化率或高选择性连续长期地操作。
下面将借助实施例更详细地描述本发明，但它们不应当限制本发明的范围。
实施例
实施例1
反应器1由具有直径80mm和长度1,000mm的不锈钢直管构成配备有直径200mm和长度1,000mm的净空部分，不锈钢再生器2的直径为65mm和长度为2,000mm，将250g和400g直径0.3mm或更小的，主要成分为MFI结构的沸石组成的细粉状催化剂分别填入反应器1和再生器2中(反应器1和再生器2如附图1中的图解安装)。
以0.4m3/小时的速率将氮气由管道9导入反应器以流化反应器中催化剂颗粒，反应器中的温度提高到350℃。另一方面，以0.2m3/小时的速率将空气通过管道7导入再生器2中以流化催化剂，流化期间，将其加热至500℃。当两者的温度稳定时，以1,260g/小时的速率将气态环己酮肟通过管道9充入反应器，并以2,240g/小时的速率充入气态甲醇。此外，以1.0m3/小时的速率从管道5导入氮气。
通过控制控制阀4和螺旋进料装置3的开启口，使催化剂以20g/小时的速率从反应器1循环到再生器2，从再生器2循环到反应器1，反应得到的产物通过管道6排到系统外并进行分析。200小时后，环己酮肟的转化率为99.6％，ε-己内酰胺的选择性为95.7％。从再生器2到反应器1的催化剂氮含量经分析为110ppm。
值得注意的是，环己酮肟的转化率和ε-己内酰胺的选择性是按照下式计算的：
环己酮肟的转化率(％)＝[1-(未反应的环己酮肟的摩尔量)/(反应中加入环己酮肟的摩尔量)]×100
ε-己内酰胺的选择性(％)＝[(生成的ε-己内酰胺的摩尔量)/(反应中累积的ε-己内酰胺的摩尔量)]×100
对比实施例1
反应和再生在与实施例1相同的条件下进行，但催化剂的循环速率变为200g/小时。200小时后，环己酮肟的转化率为97.8％，ε-己内酰胺的选择性为94.7％。从再生器2到反应器1的催化剂氮含量经分析为3,100ppm。