CN103357357A - 连续催化加氢制备甲基苯胺的喷射式膜反应器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了连续催化加氢制备甲基苯胺的喷射式膜反应器及方法，该喷射式膜反应器包括反应器本体（1）、喷射混合器（2）和膜组件（3），反应器本体（1）内的顶部安装喷射混合器（2），反应器本体（1）内的底部位于喷射混合器（2）的出料口下方安装膜组件（3），喷射混合器（2）设液相加料口、气相加料口和循环加料口，反应器本体（1）贯通膜组件（3）处设产品出料口。本发明结构紧凑，占地面积小，工艺路线简单，降低能耗，符合可持续发展的要求。
Description
技术领域
本发明涉及反应器及方法，具体涉及一种连续催化加氢制备甲基苯胺的喷射式膜反应器及方法。
背景技术
甲苯胺通常用作染料、医药、农药的中间体，还可用于彩色显影剂，在分析化学中除作溶剂外也用作矿物折射指数的浸渍液。甲苯胺在染料、医药、农药、食品、保健、影像等行业有着非常广泛的应用。近年来，国内市场甲苯胺的需求量呈现持续增长的趋势，2009年、2010年和2011年分别比上年增长8.26%、28.47%和1.17%，年需求量超过了8万吨。中国市场成为全球甲苯胺最大的消费市场，年消费量甚至达到全球需求量的50%左右。
目前甲基苯胺主要由单硝基甲苯加氢还原制备。加氢的工艺主要有液相带溶剂间歇催化加氢、气相连续催化加氢等方式。液相带溶剂间歇催化加氢采用带搅拌的反应釜式间歇操作方式，由于装置占地面积大，能耗高，生产效率低以及溶剂难以回收等缺点逐渐被淘汰。气相连续催化加氢由于生产效率高，原料消耗少等优势被广泛应用，但仍存在以下缺点：
① 反应控制的温度比较高，正常反应温度在250～270℃，需要将反应的原料加热汽化后进流化床反应，因此需要增加一次蒸汽及电能的消耗；另外，由于反应的温度比较高，反应的副产物也比较多，既影响产品的质量，也增加产品的消耗。
② 为提高反应的转化率、避免催化剂失活，通常采用较大的氢油体积比，在加氢反应完成后，会富余大量的氢气，这些富余的氢气需要经过循环氢压机增压后，与原料氢气混合作为反应的氢气进料，需要增加大量的电能消耗。
③由于反应温度较高，催化剂在生产过程中容易失活，所以每生产一段时间后要停车对催化剂进行再生；在再生及投料的转换过程中，尤其是投料初期及催化剂单程后期，产品中的副产物都比较高，产品质量的波动比较大。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种连续催化加氢制备甲基苯胺的喷射式膜反应器及方法，喷射式膜反应器自混合效果好、传质充分、结构紧凑，工艺简单，能耗低，催化剂易回收，生产效率高。
本发明的技术解决方案是：该喷射式膜反应器包括反应器本体、喷射混合器和膜组件，反应器本体内的顶部安装喷射混合器，反应器本体内的底部位于喷射混合器的出料口下方安装膜组件，喷射混合器设液相加料口、气相加料口和循环加料口，反应器本体贯通膜组件处设产品出料口。
本发明的制备方法包括以下步骤：首先原料单硝基甲苯预热后泵入喷射混合器中，氢气与原料单硝基甲苯在喷射混合器中充分混合；其次混合料进入反应器本体，在催化剂的作用下进行还原反应；然后反应后的物料流经膜组件，催化剂被截留在反应器本体中循环利用，渗透液部分作为粗产品采出经分相、精馏分离得到甲基苯胺，部分渗透液经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器。
其中，单硝基甲苯预热温度为100-130℃。
其中，催化剂为过渡金属元素的金属催化剂，包括铂、钯、镍载体催化剂及骨架镍。
其中，膜组件包括管式、平板式，膜材料包括陶瓷、莫来石或中空纤维。
安装时，液相加料口、气相加料口分别连接液相料罐和气相料罐，产品出料口的旁路经循环泵、换热器连通循环加料口。
本发明具有以下优点：
1、反应物料经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器，经喷射混合器产生高速流束喷出，在混合器的出口形成低压区，与进入低压区的氢气接触，此时液相的含气率急剧升高并形成极大的气液接触面积，传质充分，硝基甲苯与氢气的反应充分，转化率高。
2、本发明用喷射式膜反应器代替传统工艺中的带搅拌釜式反应器，实现连续操作。
3、该喷射式膜反应器将喷射混合器和膜分离耦合在一个反应器中，在反应的同时实现了催化剂的回收，既利用了喷射混合器混合效率高大幅提高气液传质效果的优势，又利用膜分离紧凑、分离效率高及节能的优势。
4、采用液相连续加氢代替传统的气相加氢，操作温度低，原料不需汽化，不需氢气压缩机，催化剂不需定期再生，在节能降耗的同时，节省了设备投资。
附图说明
图1为喷射式膜反应器结构示意图。
图中：1反应器本体；2喷射混合器；3膜组件；4循环泵；5换热器。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。
如图1所示，该喷射式膜反应器包括反应器本体1、喷射混合器2和膜组件3，反应器本体1内的顶部安装喷射混合器2，反应器本体1内的底部位于喷射混合器2的出料口下方安装膜组件3，喷射混合器2设液相加料口、气相加料口和循环加料口，反应器本体1贯通膜组件3处设产品出料口。
实施例1：单硝基甲苯预热至100℃后泵入喷射混合器中，氢气与单硝基甲苯在喷射混合器中充分混合后进入反应器本体，在催化剂-雷尼镍的作用下进行还原反应，反应后的物料流经膜组件，膜组件中的膜为平板式陶瓷膜，催化剂被截留在反应器本体中循环利用，渗透液部分作为粗产品采出，部分渗透液经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器。经分析测试，反应的转化率为95%。
实施例2：单硝基甲苯预热至110℃后泵入喷射混合器中，氢气与单硝基甲苯在喷射混合器中充分混合后进入反应器本体，在催化剂-钯碳的作用下进行还原反应，反应后的物料流经膜组件，膜组件中的膜为管式莫来石膜，催化剂被截留在反应器本体中循环利用，渗透液部分作为粗产品采出，部分渗透液经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器。经分析测试，反应的转化率为96%。
实施例3：单硝基甲苯预热至120℃后泵入喷射混合器中，氢气与单硝基甲苯在喷射混合器中充分混合后进入反应器本体，在催化剂-铂（氧化铝为载体）的作用下进行还原反应，反应后的物料流经膜组件，膜组件中的膜为管式中空纤维膜，催化剂被截留在反应器本体中循环利用，渗透液部分作为粗产品采出，部分渗透液经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器。经分析测试，反应的转化率为98%。
实施例4：单硝基甲苯预热至130℃后泵入喷射混合器中，氢气与单硝基甲苯在喷射混合器中充分混合后进入反应器本体，在催化剂-雷尼镍的作用下进行还原反应，反应后的物料流经膜组件，膜组件中的膜为平板式莫来石膜，催化剂被截留在反应器本体中循环利用，渗透液部分作为粗产品采出，部分渗透液经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器。经分析测试，反应的转化率为97%。
实施例5：单硝基甲苯预热至130℃后泵入喷射混合器中，氢气与单硝基甲苯在喷射混合器中充分混合后进入反应器本体，在催化剂-钯碳的作用下进行还原反应，反应后的物料流经膜组件，膜组件中的膜为平板式陶瓷膜，催化剂被截留在反应器本体中循环利用，渗透液部分作为粗产品采出，部分渗透液经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器。经分析测试，反应的转化率为99%。
Claims (2)
1.连续催化加氢制备甲基苯胺的喷射式膜反应器，其特征是：该喷射式膜反应器包括反应器本体（1）、喷射混合器（2）和膜组件（3），反应器本体（1）内的顶部安装喷射混合器（2），反应器本体（1）内的底部位于喷射混合器（2）的出料口下方安装膜组件（3），喷射混合器（2）设液相加料口、气相加料口和循环加料口，反应器本体（1）贯通膜组件（3）处设产品出料口。
2. 连续催化加氢制备甲基苯胺的方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：首先原料单硝基甲苯预热后泵入喷射混合器中，氢气与原料单硝基甲苯在喷射混合器中充分混合；其次混合料进入反应器本体，在催化剂的作用下进行还原反应；然后反应后的物料流经膜组件，催化剂被截留在反应器本体中循环利用，渗透液部分作为粗产品采出经分相、精馏分离得到甲基苯胺，部分渗透液经换热器换热并由循环泵循环至喷射混合器；所述单硝基甲苯预热温度为100-130℃；所述催化剂为过渡金属元素的金属催化剂，包括铂、钯、镍载体催化剂及骨架镍；所述膜组件包括管式、平板式，膜材料包括陶瓷、莫来石或中空纤维。
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