CN101148413A

CN101148413A - 乙醇胺生产高压管式反应系统的改进

Info

Publication number: CN101148413A
Application number: CNA2007100714868A
Authority: CN
Inventors: 吴兆立
Original assignee: 吴兆立
Current assignee: Wu Zhao Li
Priority date: 2007-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2008-03-26

Abstract

本发明涉及乙醇胺的制造技术，旨在提供一种乙醇胺生产中的反应系统。该系统的反应管一管到底，不分段、不插入换热器；其反应管具有水夹套，夹套内的水与管内物料逆向而流，连续移去反应热，使管内的物料可以维持在比较低的≤100℃的温度和6～7MPa的压力；该系统的反应管整体均为焊接，不用法兰，在反应管的后部，直径扩大，形成滞留区，滞留区为无夹套的管道，物料在反应管此部分停留的时间≥20分钟。本发明的系统具有以下优点：(1)节省能耗；(2)一管到底，简化和紧凑反应系统；(3)对反应管和机泵的温压要求较低，显著降低投资；(4)有调整生产能力的灵活性。

Description

乙醇胺生产高压管式反应系统的改进

技术领域

本发明涉及乙醇胺的制造技术，更具体地说，本发明涉及乙醇胺生产中的反应系统。

背景技术

现今乙醇胺(包含一乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、三乙醇胺TEA)的生产，均采用氨(NH₃)和环氧乙烷(EO)作起始原料进行反应的工艺制得。

1、较早的技术，

如Sulzer和Dow Chem为代表的工艺，是用20％～40％的氨水为原料，和EO进行反应，故称为“氨水工艺”。由于大量水的存在，该反应系统可以采用较低的压力，因此不需要采用高压管式的反应系统。但是为要得到无水的乙醇胺类产品，需要耗费大量的能量去蒸脱反应产物中多余的水分，特别是NH₃/EO摩尔比较高(NH₃/EO＝10～45)时，由于循环水量很大，蒸脱水能耗高得难以忍受，因此这类“氨水工艺”无法在较高的NH₃/EO摩尔比下运行。而较高的NH₃/EO摩尔比是为防止EO自聚等副反应所必不可少的，因此除了能耗高以外，这类“氨水工艺”的反应产物中高沸点副产物杂质必然较多。由于这些原因，“氨水工艺”正逐渐被淘汰。

2、较新的工艺

是用液氨中只加入少量水的“氨液”(水也作反应的催化剂)与EO进行反应。这类“氨液工艺”与上述的“氨水工艺”相比，可以大量节省蒸脱水的能量。例如用含氨90％的氨液(水是氨的11.1％)作原料和含氨40％的氨水(水是氨的150％)相比，前者耗于蒸脱水的能量仅为后者的5～7％。“氨液工艺”中具有代表性的是德国BASF的工艺，其流程示意图见附图1。该工艺采用90％以上浓度的氨液作为反应原料。由于该工艺采用的高压管式反应器接近于绝热式，产生的反应热积聚较快，因此必须在经过一段时间反应后插入一台换热器，以移走反应热。按BASF技术，管式反应器被分成4段，每一段后安插一台换热器，使反应物料的温度保持在≤140℃。为防止气相氨的生成，使氨液始终保持为液态，反应须在较高压力(≥10MPa)下进行。BASF及其类似工艺的反应系统的能耗指标优越，但由于几台耐高压的换热器投资较大，并且由于换热器本身以及换热器和管式反应器的联接都必须采用厚重的高压法兰，这不但价格昂贵而且容易泄漏。此外，管式反应器在不同生产能力的条件下，最高温度区(换热器应插在该区)必然会位移，因此该工艺按某一生产能力设计的反应系统，调整生产能力的弹性不大。

3、以本人为主发明并曾申请(申请人为浙江大学)了名为“乙醇胺生产的液液管式反应工艺”的中国发明专利，提出了一种与BASF等绝热式反应系统的工艺不同，而是采用接近于等温式反应系统的工艺。1993年12月该工艺获得发明专利授权(授权公告号CN1023401C)。其特点是利用水夹套连续移去反应管中物料发生的反应热，使生成乙醇胺的反应在较低的温度(≤100℃)和较低的压力(6～7MPa)下进行，反应较为缓和，避免了反应热的迅速积聚。因而反应管不需分段和插入换热器，反应系统是“一管到底”的。而且反应管不采用高压法兰，也是“一管到底”地全部采用焊接的结构(注：这一“一管到底”的概念和叫法及高压管式反应器的设计原则并未在专利CN1023401C中阐明过)。1995年起，该专利在工业实践中得以实施。使用(并未转让)该专利，在中国建立了两套万吨级规模的工业装置，并取得大幅度节省投资、节能和保证产品质量的实际效果。但由于该专利反应系统中物料的停留时间必须比BASF等工艺长，而且反应管较粗时导出反应热有困难，因此单套乙醇胺反应装置年生产能力仅适合于10000吨以下的规模。

1999年8月该专利因费用问题中止，此后国内外未发表、报导或采用过类似、近似的专利或技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有其他工艺尤其是作为乙醇胺生产主流工艺——BASF工艺的不足，还包括对曾被授权的专利“乙醇胺生产的液液管式反应工艺”(CN1023401C)中未披露的设计原则加以阐明，并对其工艺更进一步的改进，使其适合于更大的产业规模。

本发明是在授权专利CN1023401C的高压管式反应系统的基础上改进的，该专利的特征和优点为：

(1)原料氨液(含90％NH₃和10％H₂O)和EO进入反应管进行反应。反应管设有水夹套，夹套中注入85±5℃的循环热水，水与反应物料逆向流动导出反应热，使反应速度和反应热的积聚保持在相对缓和的水平，反应温度可保持在100℃以下，压力在6～7MPa，均显著低于BASF等其他主流的工艺，因此对反应系统包括反应管和机泵的要求较低，投资较少；

(2)反应管“一管到底”，连续而不分段，不插入列管式换热器，设备紧凑、投资较少而且能够灵活地调整生产能力；反应管道用焊接法联成整体，不用厚重昂贵的高压法兰联接，因此造价大幅度降低而且不易泄漏，安全可靠。

本发明是在肯定上述特征的基础上作了下面两点改进：

(1)反应管的最后部分直径扩大数倍，形成一个具有较大容积的“滞留区”，扩大反应系统的容积，以适应反应速度较低的特点，保证生成乙醇胺的化学反应充分完成(见附图2)。由于“滞留区”内未反应原料的浓度已相当低，反应热的发生已相当缓和，因此该部分结构十分简单，仅为无夹套的保温管道，增添的投资很少。经充分的研究后确定，反应系统中前一部分(温度≤100℃以下的高压反应管内)，物料停留时间须≥30分钟，而反应管最后部分(滞留区)内，物料停留时间≥20分钟。反应管的前一部分(有水夹套)和最后部分(无水夹套)也焊接相联，一管到底地不用法兰。

(2)高压反应管(除“滞留区”外)内设扰流器件，以提高传热传质的效率，并藉此提高单套反应系统的生产能力。扰流器件可以是常用的任何形式，附图3举出了一种简单而高效的设计方案。按本发明改进后，单套的高压管式反应系统，其生产乙醇胺的设计能力可以≥40000吨/年。与现有技术相比，本发明的有益效果

保留了中国发明专利CN1023401C提出的反应系统的全部优点：

(1)节省能耗；

(2)一管到底，简化和紧凑反应系统；

(3)对反应管和机泵的温压要求较低，显著降低投资；

(4)有调整生产能力的灵活性。

在此前提下，可以使单套装置生产乙醇胺的能力≥40000吨/年。

附图说明

图1现有BASF工艺反应系统示意图

图2本发明对高压管式反应系统的改进示意图

图3扰流器轴向剖面示意图和扰流片K向视图

图3中：扰流片2片1组，两片相位差90°，按图伸展后焊在固定杆上，各组间距1m。

D 反应管内径； D1扰流片外径＝D-5mm；

d 固定杆外径≈16mm；d1扰流片中心孔径＝18mm

具体实施方式

本发明在“一管到底”的高压反应管的最后部分设较粗的无夹套的滞留区。反应管本身和夹套的各部分之间均以焊接方式联成整体，不以法兰方式互联，见附图2。

本发明反应系统的反应管中除“滞留区”外的全部长度设置“扰流器”，扰流器包括一个沿管式反应器纵长方向插入的“固定杆”，固定杆上每隔1米焊接1组(2片)相位相差90°角的扰流片，见附图3。

以上列举的仅是本发明的一个实施方案，本发明不限于上述实施方案，还可以有许多变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种乙醇胺生产高压管式反应系统的改进，该系统的反应产物含有一乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、三乙醇胺TEA的乙醇胺；该系统的反应的起始原料为含有≤10％水的氨液和环氧乙烷，并在反应过程中均始终保持为液态；该系统的反应管一管到底，不分段，不插入换热器；其反应管具有水夹套，夹套内的水与管内物料逆向而流，连续移去反应热，使管内的物料维持在≤100℃的温度和6～7MPa的压力；该系统的反应管整体均为焊接，不用法兰；

改进的特征在于：在反应管的后部，直径扩大，形成滞留区，滞留区为无夹套的管道，物料在反应管此部分停留的时间≥20分钟。

2.根据权利要求1所述的乙醇胺生产高压管式反应系统的改进，其特征还在于，在不包括滞留区的反应管前部全部长度设扰流器件；物料在反应管此部分停留的时间≥30分钟。