CN101735077A

CN101735077A - 环氧乙烷合成乙醇胺的生产方法及设备

Info

Publication number: CN101735077A
Application number: CN200910114622A
Authority: CN
Inventors: 黄尚顺; 王俊; 李华锋; 黄科林; 方峰
Original assignee: Guangxi Research Institute of Chemical Industry
Current assignee: Guangxi Research Institute of Chemical Industry
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-06-16

Abstract

一种环氧乙烷合成乙醇胺的方法，其特征在于：将质量含量≥99％环氧乙烷与质量含量为25％的氨水或液氨在氮气保护和-10～5℃的冷冻条件下按反应的摩尔数比进行反应，制得一定浓度的乙醇胺混合溶液，然后将乙醇胺混合溶液脱水、脱氨、精馏，得到三种无色的馏分：单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尾气用水吸收。所述的环氧乙烷合成乙醇胺反应的装置由进料装置、反应装置和尾气吸收装置所组成。通过该工艺所得产品杂质含量少，产品不带有颜色，便于科研和生产中进行合成乙醇胺反应的应用推广。

Description

环氧乙烷合成乙醇胺的生产方法及设备

技术领域

本发明涉及化工反应及设备，具体是环氧乙烷合成乙醇胺的生产方法及设备。

背景技术

乙醇胺有三个同系物，即：一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)。乙醇胺分子中含有氨基(碱性)和羟基(亲水性)，它们同时具有胺和醇的各种化学性质和用途。乙醇胺作为一种重要的化工产品，广泛应用于纺织、有机合成、表面处理、气体净化吸收、冶金等各个方面。

当前，世界上生产乙醇胺的技术路线主要为环氧乙烷氨化法。即：在一定的温度和压力下，将一定摩尔比的环氧乙烷与氨水或液氨进行亲核取代开环反应，制得一定浓度的乙醇胺混合溶液，再经脱氨、脱水、精馏等工艺过程制得产品。为了加速反应，一般采用水做催化剂。反应式如下：

C₂H₄O+NH₃ →HOCH₂CH₂NH₂

C₂H₄O+HOCH₂CH₂NH₂ →(HOCH₂CH₂)₂NH

C₂H₄O+(HOCH₂CH₂)₂NH₂ →(HOCH₂CH₂)₃N

该反应是一系列串联的竞争反应，所使用的设备以塔式或釜式居多，各种反应器均是一边混合一边反应。由于环氧乙烷具有沸点低，爆炸范围宽，且有一定毒性等特点，故使用环氧乙烷作为原料时，必须选用合理的反应设备。此外，使用环氧乙烷合成乙醇胺反应时，现有技术在操作方法使用或产品质量控制方面还存在以下几个问题：

(1)采用双柱塞计量泵或蠕动泵法进料。如：《广东化工》1997年第五期报道的《环氧乙烷和液氨合成乙醇胺新工艺的研究》中所述的采用计量泵法将环氧乙烷打入反应釜中。由于双柱塞计量泵或蠕动泵只有在运转的时候才是密封的，当停止运行时，泵里存储的环氧乙烷会挥发到大气中，容易在地面堆积，遇火爆炸，显然，该进料方法增加了试验的危险性。

(2)采用气液非均相反应。如：《科学技术出版社》1991年发行的《精细有机化学品技术手册》中所述的乙醇胺制备方法，该方法先将环氧乙烷气化，然后通入氨水进行反应。此方法同样不可取，因为气液非均相反应容易在相界面上存在扩散现象，整个反应属扩散或混合类型，并且存在严重的反混现象。此外，局部反应区内氨烷比通常会比宏观配比小得多，导致真正参与反应的投料比与事先设计的不符。

(3)产品带有颜色。如《化工设计》1995年第一期《乙醇胺生产的先进技术》中所述，国内生产的乙醇胺往往含有副产物甘醇类或聚醇醚类高沸点残液等杂质而使产品呈现黄色，颜色是乙醇胺产品质量控制的一个重要指标，如在化妆品、药物及表面活性剂等行业中，均要求纯净无色的乙醇胺作为原料。

总之，环氧乙烷具有一定的毒性，沸点低、爆炸范围宽。在使用该试剂合成乙醇胺反应时，反应剧烈，极难控制。如何开发一条反应过程易于控制、操作简单、且安全卫生的技术路线是许多科研工作者急需破解的难题。

发明内容

本发明的目的是在环氧乙烷合成乙醇胺的过程中，针对环氧乙烷易挥发、易燃、易爆、有毒等高危险、难操作的特点，提供一种新的合成乙醇胺的方法，并由此设计一套反应过程易于控制、所得产品纯度高且安全卫生的试验设备。

本发明的技术方案如下：

环氧乙烷合成乙醇胺的方法是：将质量含量≥99％环氧乙烷与质量含量为25％的氨水或液氨在氮气保护和-10～5℃的冷冻条件下按反应的摩尔数比进行反应，控制反应釜温度为25～30℃，反应釜内压力为0.1～10MPa，制得乙醇胺混合溶液，然后将乙醇胺混合溶液脱水、脱氨、精馏，得到三种无色的馏分：单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尾气用水吸收。

上述环氧乙烷合成乙醇胺反应的设备包括进料装置、反应装置、和尾气吸收装置，进料装置与储氨器通过质量流量计安装在反应装置的上方或前方，尾气吸收装置安装在反应装置的后面。

以上所述的进料装置是在该装置中安装一套氨水钢瓶，钢瓶外带夹套，夹套内装入冰块，保证原料进入钢瓶中不发生气化；钢瓶下带液相口，与质量流量计连接，通过质量流量计控制进料速度和进料量，氨水钢瓶底部有管子接到反应装置；

钢瓶上方安装有三通阀，一端接到钢瓶，另一通连到氮气瓶，还有一通排空，钢瓶上方还安装不锈钢漏斗、用于排空和加压用的气相口，进料漏斗设计成两头大中间小的结构，保证了原料尽量少的挥发；

所述的反应装置可以采用耐高温高压反应釜，该设备具有优良的传热和密封性能。进料氨水管子外壁安装有夹套，夹套用过冷水冷却，使原料经过时不发生气化。

尾气吸收装置是在高压反应釜上部或旁边安装有尾气净化阀门，接出到吸收装置，以免反应完成后打开高压反应釜气体漏出使得操作人员中毒。

以上所述的进料漏斗设计成两头大中间小的结构。

所述的进料漏斗、钢瓶、质量流量计、管道、夹套及反应釜等设备均是由不锈钢材质所构成的。

在进料装置的底部安装的质量流量计主要用来控制并计算原料的流量及流速，使环氧乙烷能缓慢的流进反应釜，促使反应条件温和、反应充分以及有效防止副反应的发生。

本发明的所述的钢瓶上方连有三通的作用：进料时打开排空阀2，保证钢瓶内外压一致，使原料能快速的倒入钢瓶中。反应时，关闭排空阀2，增大钢瓶内压，使物料能顺利压入反应釜。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

储存原料的钢瓶和不锈钢管道均有很好的冷凝效果，保证了环氧乙烷不挥发，并能与氨水进行均相反应；通过质量流量计控制并计算参与反应的原料量，使环氧乙烷反应充分，并且很好地抑制了副反应的发生，保证了所得产品高纯度且无颜色；整个反应过程容易控制；采用中高压进料，安全系数明显提高。

附图说明

图1为本发明合成乙醇胺的工艺流程及设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体结构及操作方法。

本发明的工艺流程及设备结构如附图1所示，主要包括进料装置、反应装置、和尾气吸收装置。进料装置由储存原料的钢瓶、用于进料的不锈钢漏斗、用于排空和加压用的气相口、用于冷凝降温用的夹套等组成的。其中，进料漏斗设计成两头大中间小的结构，保证了原料尽量少的挥发。钢瓶外带夹套，夹套内装入冰块，保证原料进入钢瓶中不发生气化。钢瓶下带液相口，与质量流量计连接，通过质量流量计控制进料速度和进料量。钢瓶上方连有三通。将原料倒入钢瓶时，打开排空阀门，使钢瓶内外压强一致，原料顺利进入钢瓶；进料反应时，关闭排空阀门，增加钢瓶的内压，利用压力差将原料压入反应釜进行反应。液下管道为带夹套的双层结构，外层用过冷水冷却，使原料经过时不发生气化。反应装置采用能控制温度和压力的高压反应釜。反应完成后，打开尾气吸收阀门5，降压速度要慢，以防产物被压出反应釜。尾气通过吸收设备吸收。

利用环氧乙烷合成乙醇胺的生产过程操作步骤如下：

(1)按附图1所示安装好设备，在不锈钢管道夹套内注入循环的过冷水，在钢瓶的夹套内装入冰块。

(2)将氨水快速倒于钢瓶中，通过氮气压将氨水压入反应釜中。

(3)开启排空阀2，将环氧乙烷快速倒入钢瓶中，关闭排空阀2和进料阀1。

(4)将氮气充入钢瓶中以增大其内压，调接钢瓶与反应釜之间的压力差，控制质量流量计流速，使环氧乙烷缓慢流进反应釜。

(5)在预定的温度和压力下进行乙醇胺合成反应。

(6)反应完毕后，缓慢卸压，尾气用水来吸收。

注意事项：将原料倒入钢瓶时，打开排空阀门，使钢瓶内外压强一致，原料顺利进入钢瓶；进料反应时，关闭排空阀门，增加钢瓶的内压，利用压力差将原料压入反应釜进行反应。液下管道为带夹套的双层结构，外层用过冷水冷却，使原料经过时不发生气化。反应装置采用能控制温度和压力的高压反应釜。反应完成后，打开尾气吸收阀门5，降压速度要慢，以防产物被压出反应釜。尾气通过吸收装置吸收。

以下是本发明工艺操作实施例：

实例1：量取质量含量≥99％的环氧乙烷60ml及质量含量为25％的氨水100ml放入-10～5℃冷冻室冷冻备用。按附图1安装好设备，加压阀3、7及尾气吸收阀5处于关闭状态，质量流量计与其它阀门均处于打开状态。将备好的氨水从进料漏斗倒入钢瓶中。关闭进料阀1、2，打开加压阀3、7，氨水完全进入反应釜后，反应釜内压开始上升，直至反应釜上方氮气表上读数为1.5Mpa时，关上加压阀3、7及进料阀4，打开进料阀1、2。将备好的环氧乙烷快速从漏斗倒入钢瓶中，关上进料阀1、2。

打开反应釜的传热装置及搅拌装置，控制反应釜温度为25～30℃。打开加压阀3和7，将氮气注入钢瓶中，至氮气瓶上方减压器的读数为2.0MPa时，慢慢打开进料阀4，通过进料阀4和质量流量计计算并控制进入反应釜中环氧乙烷的量。环氧乙烷进料时间为0.5h。进料完毕后关上进料阀6，恒温0.5h。反应完毕后，缓慢打开尾气吸收阀5，尾气用水吸收。将所得样品脱水、脱氨、精馏得到三种无色的馏分，对三种无色馏分分别取样分析，用气相色谱分析产品的含量及环氧乙烷转化率，产品中单乙醇胺质量为23.01g，含量为98.09％。二乙醇胺质量为44.10g，含量为98.28％。三乙醇胺质量为44.18g，含量为97.80％。环氧乙烷转化率为92.10％

实例2：量取质量含量≥99％的环氧乙烷80ml及质量含量为25％的氨水150ml放入-10～5℃冷冻室冷冻备用。按附图1安装好设备。加压阀3、7及尾气吸收阀5处于关闭状态，质量流量计与其它阀门均处于打开状态。将备好的氨水从漏斗倒入钢瓶中。关闭进料阀1、2，打开加压阀3、7，氨水完全进入反应釜后，反应釜内压开始上升，直至反应釜上方氮气表上的读数为1.8MPa为止，关上加压阀3、7及进料阀4，打开阀门1、2。将备好的环氧乙烷快速的从进料漏斗倒入钢瓶中，关上进料阀1、2。

打开反应釜的冷凝装置及搅拌装置，控制反应釜温度为25～30℃。打开加压阀3和7，将氮气注入钢瓶中，至氮气瓶上方减压器的读数为2.0MPa时，慢慢打开进料阀4，通过进料阀4和质量流量计计算并控制进入反应釜中环氧乙烷的量。环氧乙烷进料时间为0.5h。进料完毕后关上进料阀6，恒温0.5h。反应完毕后，缓慢打开尾气吸收阀5，尾气用水吸收。将所得样品脱水、脱氨、精馏得到三种无色的馏分，对三种无色馏分分别取样分析，用气相色谱分析产品的含量及环氧乙烷转化率，产品中单乙醇胺质量为26.04g，含量为96.04％。二乙醇胺质量为70.12g，含量为98.83％。三乙醇胺质量为52.13g，含量为94.32％。环氧乙烷转化率为94.23％。

实例3：量取质量含量≥99％的环氧乙烷110ml及质量含量为25％的氨水200ml放入-10～5℃冷冻室冷冻备用。按附图1安装好设备。加压阀3、7及尾气吸收阀5处于关闭状态，质量流量计与其它阀门均处于打开状态。将备好的氨水从进料漏斗倒入钢瓶中。关闭进料阀1、2，打开加压阀3、7，氨水完全进入反应釜后，反应釜内压开始上升，直至反应釜上方氮气表上的读数为1.8MPa为止，关上加压阀3、7及进料阀4，打开阀门1、2。将备好的环氧乙烷快速的从漏斗倒入钢瓶中，关上进料阀1、2。

打开反应釜的冷凝装置及搅拌装置，控制反应釜温度为25～30℃。打开加压阀3和7，至氮气瓶上方减压器的读数为2.1MPa时，慢慢打开进料阀4，通过进料阀4和质量流量计计算并控制进入反应釜中环氧乙烷的量。环氧乙烷进料时间为0.5h。进料完毕后关上进料阀6，恒温0.5h。反应完毕后，缓慢打开尾气吸收阀5，尾气用水吸收。将所得样品脱水、脱氨、精馏得到三种无色的馏分，对三种无色馏分分别取样分析，用气相色谱分析产品的含量及环氧乙烷转化率，产品中单乙醇胺质量为38.04g，含量为97.03％。二乙醇胺质量为80.12g，含量为98.49％。三乙醇胺质量为70.12g，含量为96.32％。环氧乙烷转化率为96.09％。

实例4：量取质量含量≥99％的环氧乙烷110ml及质量含量为50g液氨，10g蒸馏水放入-10～5℃冷冻室冷冻备用。按附图1安装好设备。加压阀3、7及尾气吸收阀5处于关闭状态，质量流量计与其它阀门均处于打开状态。将备好的氨水从进料漏斗倒入钢瓶中。关闭进料阀1、2，打开加压阀3、7，氨水完全进入反应釜后，反应釜内压开始上升，直至反应釜上方氮气表上的读数为1.8MPa为止，关上加压阀3、7及进料阀4，打开阀门1、2。将备好的环氧乙烷快速的从漏斗倒入钢瓶中，关上进料阀1、2。

打开反应釜的冷凝装置及搅拌装置，控制反应釜温度为25～30℃。打开加压阀3和7，至氮气瓶上方减压器的读数为2.1MPa时，慢慢打开进料阀4，通过进料阀4和质量流量计计算并控制进入反应釜中环氧乙烷的量。环氧乙烷进料时间为0.5h。进料完毕后关上进料阀6，恒温0.5h。反应完毕后，缓慢打开尾气吸收阀5，尾气用水吸收。将所得样品脱水、脱氨、精馏得到三种无色的馏分，对三种无色馏分分别取样分析，用气相色谱分析产品的含量及环氧乙烷转化率，产品中单乙醇胺质量为38.94g，含量为97.14％。二乙醇胺质量为80.25g，含量为98.40％。三乙醇胺质量为70.25g，含量为96.41％。环氧乙烷转化率为96.39％。

Claims

1.一种环氧乙烷合成乙醇胺的方法，其特征在于：将质量含量≥99％环氧乙烷与质量含量为25％的氨水或液氨在氮气保护和-10～5℃的冷冻条件下按反应的摩尔数比进行反应，控制反应釜温度为25～30℃，反应釜内压力为0.1～10MPa，制得乙醇胺混合溶液，然后将乙醇胺混合溶液脱水、脱氨、精馏，得到三种无色的馏分：单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尾气用水吸收。

2.如权利要求1所述的环氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的设备，其特征在于：它包括进料装置、反应装置和尾气吸收装置，进料装置与储氨器通过质量流量计安装在反应装置的上方或前方，尾气吸收装置安装在反应装置的后面。

3.根据权利要求2所述的环氧乙烷合成乙醇胺的的设备，其特征在于：进料装置中安装一套氨水钢瓶，氨水钢瓶外带夹套，夹套内装入冰块，氨水钢瓶下带液相口，与质量流量计连接，通过质量流量计控制进料速度和进料量，氨水钢瓶底部有管子接到反应装置；氨水钢瓶上方安装有三通阀，一端接到氨水钢瓶，另一通连到氮气瓶，还有一通排空阀，氨水钢瓶上方还安装进料漏斗、用于排空和加压用的气相口。

4.根据权利要求2所述的环氧乙烷合成乙醇胺的的设备，其特征在于：所述的进料装置反应装置采用耐高温高压反应釜，进料氨水管子外壁安装有夹套，夹套用过冷水冷却。

5.根据权利要求2所述的环氧乙烷合成乙醇胺的的设备，其特征在于：尾气吸收装置是在高压反应釜上部安装尾气净化阀门，接出到吸收器。

6.根据权利要求3所述的环氧乙烷合成乙醇胺的的设备，其特征在于：进料漏斗设计成两头大中间小的结构。

7.根据权利要求2所述的环氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的装置，其特征在于：进料漏斗、钢瓶、质量流量计、夹套及反应釜，均由不锈钢材质制成。

8.根据权利要求2所述的环氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的装置，其特征在于：所述的管道有双层结构，外面夹套充入循环的冷冻试剂。

9.根据权利要求2所述的环氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的装置，其特征在于：夹套内装入冷冻试剂，该冷冻试剂采用冰块，或者能使钢瓶温度低于10℃的其他冷冻试剂。