CN106478430B - 一种三乙醇胺连续生产装置及工艺 - Google Patents

一种三乙醇胺连续生产装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三乙醇胺连续生产装置及工艺，具体地说是一种高纯三乙醇胺的微流体连续生产装置及工艺，属于乙醇胺合成领域。本发明提供一种三乙醇胺连续生产装置及工艺。本发明使用微流体生产装置，其中的微混合器能够使环氧乙烷在高温高压下与氨水快速反应完毕，没有多余的环氧乙烷与EA继续反应生成副产物，得到不含副产物的乙醇胺混合液；再利用微混合器的高效传质特性，使环氧乙烷与MEA、DEA的反应选择性提高，从而得到高纯度的三乙醇胺。

Description

一种三乙醇胺连续生产装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种三乙醇胺连续生产装置及工艺，具体地说是一种高纯三乙醇胺的微流体连续生产装置及工艺，属于乙醇胺合成领域。
背景技术
乙醇胺(EA)是化合物一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)的统称，是由氨水与环氧乙烷开环反应制得。主反应式如下：
同时还有环氧乙烷与水、EA发生水合反应，生成多元醇、聚醇醚等副产物。
目前市场对三乙醇胺的需求量很大，特别是高纯度的三乙醇胺。生成三乙醇胺的理论摩尔比为环氧乙烷：氨＝3：1，但实际中按此摩尔比实验得到的三乙醇胺纯度很低，不到50％，这是因为生成了大量的聚醇醚副产物，并且产品颜色外观很差。目前生产三乙醇胺的工艺方法，一般都采用釜式间歇生产，氨与环氧乙烷的摩尔比为0.8～1.2，该生产方法耗时长(5～6小时)，生产效率低；生产过程中环氧乙烷不稳定，易发生泄漏燃爆，危险性极大；得到的产品纯度只有65～75％，再通过高温精馏除去低沸点的产物，得到纯度约80～85％的三乙醇胺。
发明内容
为解决上述方法制备三乙醇胺纯度低、且间歇反应的问题，本发明提供一种三乙醇胺连续生产装置及工艺。本发明使用微流体生产装置，其中的微混合器能够使环氧乙烷在高温高压下与氨水快速反应完毕，没有多余的环氧乙烷与EA继续反应生成副产物，得到不含副产物的乙醇胺混合液；再利用微混合器的高效传质特性，使环氧乙烷与MEA、DEA的反应选择性提高，从而得到高纯度的三乙醇胺。
一种三乙醇胺连续生产装置，包括乙醇胺生产系统和三乙醇胺生产系统，其中，
所述乙醇胺生产系统包括下述设备单元：
至少一个用于存储环氧乙烷的环氧乙烷储罐；
至少一个用于存储氨水的氨水储罐；
至少一个接收来自氨水储罐的氨水的换热装置；
至少一个接收来自环氧乙烷储罐的环氧乙烷和来自换热装置的氨水的混合装置；
至少一个接收来自混合装置的流体的反应装置；
至少一个接收来自反应装置的流体的接料储罐；
所述三乙醇胺生产系统包括下述设备单元：
至少一个用于存储环氧乙烷的环氧乙烷储罐；
至少一个接收来自乙醇胺生产系统中的接料储罐的流体和来自环氧乙烷储罐的环氧乙烷的混合装置；
至少一个接收来自混合装置的流体的反应装置；
至少一个接收来自反应装置的流体的蒸馏装置。
进一步地，本发明所述三乙醇胺连续生产装置中，所述乙醇胺生产系统和三乙醇胺生产系统分别包括至少一个恒温装置用于控制反应装置和混合装置的工作温度。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置进一步包括用于连接设备单元的管道及管道连接装置。所述管道为本领域熟练技术人员所知的连接用管道，如玻璃钢管、改性尼龙管、ABS管等；所述管道连接装置指机械紧固零件，如法兰、螺栓等。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置进一步包括流体输送装置和流量显示装置，所述流体输送装置指本领域熟练技术人员所知的用于流体的泵；流量显示装置指用于显示通过管道流体流量的装置，如计量器、流量指示器等。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置进一步包括压力检测及显示装置，所述压力检测及显示指本领域熟练技术人员所知的用于检测流体或气体压力的压力表等。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置进一步包括温度检测及显示装置，所述温度检测及显示指本领域熟练技术人员所知的用于检测流体或气体温度的温度计等。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置进一步包括流量调节装置，用于控制管道中的流量，如阀门等。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置优选所述反应装置为列管式反应器。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置优选所述恒温装置为外接循环导热油。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置优选所述蒸馏装置为减压蒸馏塔。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置优选所述换热装置为微通道换热器。
本发明所述三乙醇胺连续生产装置优选所述混合装置为微混合器，其可为公开号为中国专利CN104876833B中公开的CPMM型微混合器。
本发明优选所述微混合器由上下两块具有相同微结构通道的平板扣合而成，所述微结构通道由两个进料通道和一个混合通道连接而成，所述混合通道具有纵向坡状结构。流体为混合器的混合通道中在流动过程中不断上升分离、下降混合，经过多次分离重组，完成混合反应过程；流体的分割以及重组之间无需附加流体连接通道。
本发明一个示例性实施方案为：所述装置包括乙醇胺生产系统和三乙醇胺生产系统，其中，
所述乙醇胺生产系统包括一个环氧乙烷储罐和一个氨水储罐，微通道换热器入口通过管道连接所述氨水储罐，所述环氧乙烷储罐和微通道换热器出口通过管道连接微混合器入口；所述微混合器下游连接列管式反应器，列管式反应器下游连接接料储罐；
所述三乙醇胺生产系统包括一个环氧乙烷储罐，所述环氧乙烷储罐和所述接料储罐出口通过管道连接微混合器入口；所述微混合器下游连接列管式反应器，列管式反应器下游连接减压蒸馏塔；
上述技术方案中所用所有列管式反应器通过外接循环导热油进行加热。
本发明的另一目的是提供利用上述装置连续生产三乙醇胺的工艺。
一种三乙醇胺连续生产工艺，所述工艺在上述三乙醇胺连续生产装置进行：首先使氨水与环氧乙烷反应，得到含有一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺的乙醇胺混合液；将上述混合液直接再与环氧乙烷反应，最终得到高纯三乙醇胺。
具体地，所述工艺包括下述工艺步骤：
在氨水储罐中加压配制60～95％浓度的氨水，充压1.2MPa，与环氧乙烷以摩尔比1～4的比例进入微混合器和列管式反应器，混合反应，反应温度为90～120度，装置体系背压4～6MPa；得到的乙醇胺混合液在接料储罐中加热至50～60度并进入三乙醇胺生产系统，其中，过量氨气在受热条件下逸出被回收。
由乙醇胺生产系统得到的乙醇胺混合液，与环氧乙烷以摩尔比为0.9～1的比例进入微混合器和列管式反应器，混合反应，反应温度为40～80度，装置体系背压1～2.5MPa；得到的三乙醇胺反应液进入减压蒸馏塔中，减压蒸除水分，最终得到三乙醇胺。
本发明的有益效果为：
1)本发明所采用的微反应器装置，其耐高温高压的特性使反应速率大大提高，反应时间缩短到30min以内，生产效率提高；
2)本发明所采用的微反应器装置，其高效传质、传热特性，使环氧乙烷与MEA、DEA的反应选择性提高，副反应减少，得到的三乙醇胺纯度高达90％以上，并且无需高温精馏操作，比釜式间歇生产的三乙醇胺提高了近20个百分点，既降低生产成本，又提高产品品质。
3)环氧乙烷反应完全无蓄积，安全性提高。
4)反应无放大效应，微反应器装置占地面积小，操作便捷，实现连续化生产。
附图说明
图1为三乙醇胺连续生产装置的示意图，附图标记如下：
V01环氧乙烷储罐，V02氨水储罐，V03环氧乙烷储罐I，V04接料储罐，F01过滤阀I，F02过滤阀II，F03过滤阀III，P01进料泵I，P02进料泵II，P03进料泵III，P04进料泵IV，PSV01安全阀I，PSV02安全阀II，PSV03安全阀III，PSV04安全阀IV，CV01单向阀I，CV02单向阀II，CV03单向阀III，CV04单向阀IV，E01微通道换热器，MCR-1微混合器，MCR-2微混合器I，ST-1列管式反应器，ST-2列管式反应器I，BPV01背压阀I，BPV02背压阀II，D01减压蒸馏塔，PT01压力传感器I，PT02压力传感器II，PT03压力传感器III，PT04压力传感器IV，TE01温度传感器I，TE02温度传感器II，TE03温度传感器III，TE04温度传感器IV，TE05温度传感器V，101导热油去，102氨气回收，103水，104产品三乙醇胺，105导热油进。
图2为微混合器的其中平板的内部微结构图，附图标记如下：
1进料通道I，2进料通道II，3混合通道，4为出口管道。
图3为微混合器混合通道的立体示意图，附图标记如下：301坡面。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中述及三乙醇胺连续生产装置包括乙醇胺生产系统和三乙醇胺生产系统，其中，
所述乙醇胺生产系统包括一个环氧乙烷储罐V01和一个氨水储罐V02，微通道换热器E01入口通过管道连接所述氨水储罐V02，所述环氧乙烷储罐V01和微通道换热器E01出口通过管道连接微混合器MCR-1入口；所述微混合器MCR-1下游连接列管式反应器ST-1，列管式反应器ST-1下游连接接料储罐V04；所述列管式反应器ST-1通过连接外接循环导热油进行加热。
所述三乙醇胺生产系统包括一个环氧乙烷储罐I V03，所述环氧乙烷储罐I V03和所述接料储罐V04出口通过管道连接微混合器I MCR-2入口；所述微混合器I MCR-2下游连接列管式反应器I ST-2，列管式反应器I ST-2下游连接减压蒸馏塔D01；所述列管式反应器I ST-2通过连接外接循环导热油进行加热。
所述微混合器MCR-1和微混合器MCR-2，如图2所示，所述微混合器由上下两块具有相同微结构通道的平板扣合而成，所述微结构通道由进料通道I 1、进料通道II 2和一个混合通道3连接而成，所述混合通道3均有纵向坡状结构；混合管道3连接出口管道4，其中，所述混合通道3具有图3所示的结构，其具有多个坡面301。
实施例1
如图1所示，环氧乙烷气体液化加入到环氧乙烷储罐V01和环氧乙烷储罐IV03中，通氮气加压至0.8MPa；定量的水投入氨水储罐V02中，将液氨通过压力打入氨水储罐V02中，与水反应配制成浓度为60％的氨水溶液，通氮气加压至1.2MPa，控制氨/烷(指NH3与环氧乙烷)摩尔比为3，分别由进料泵I P01、进料泵II P02进料，进料总流速为2.0L/h，微通道换热器E01、微混合器MCR-1和列管式反应器ST-1的温度设为90℃，背压阀I BPV01背压4.0MPa，两股料液进入微混合器MCR-1混合并于列管式反应器ST-1中进一步反应10min，反应液流经背压阀I BPV01进入到接料储罐V04中预热至60度，过量氨气通过上端出气口逸出被回收，乙醇胺混合液通过下端出料口进入进料泵IV P04；控制乙醇胺/烷摩尔比为1.0，环氧乙烷储罐I V03中的环氧乙烷通过进料泵III P03与乙醇胺混合液同时进入微混合器I MCR-2中混合，进料总流速为2.0L/h，微混合器I MCR-2和列管式反应器I ST-2的温度设为65℃，背压阀II BPV02背压1.5MPa，并于列管式反应器I ST-2中进一步反应15～20min，反应液流经背压阀II BPV02进入到减压蒸馏塔D01，水分被蒸除，得到三乙醇胺，纯度90％。
实施例2
装置及工艺过程同实施例1，不同的是：配制80％氨水，氨/烷摩尔烷比为2，乙醇胺生产的反应中微通道换热器E01、微混合器MCR-1和列管式反应器ST-1的温度设为100度，背压阀I BPV01背压5.0MPa；得到的三乙醇胺纯度91％。
实施例3
装置及工艺过程同实施例1，不同的是：配制95％氨水，氨/烷摩尔比为1，乙醇胺生产的反应中微通道换热器E01、微混合器MCR-1和列管式反应器ST-1的温度设为120度，背压阀I BPV01背压6MPa；三乙醇胺生产中微混合器I MCR-2和列管式反应器I ST-2的温度设为50度，得到的三乙醇胺纯度90.3％。

Claims (4)

1.一种三乙醇胺连续生产工艺，其特征在于：所述工艺在三乙醇胺连续生产装置中进行：首先使氨水与环氧乙烷反应，得到含有一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺的乙醇胺混合液；将上述混合液直接再与环氧乙烷反应，最终得到高纯三乙醇胺，具体为：
在氨水储罐中加压配制60～95％浓度的氨水，充压1.2MPa，与环氧乙烷以摩尔比1～4的比例进入微混合器和列管式反应器，混合反应，反应温度为90～120度，装置体系背压4～6MPa；得到的乙醇胺混合液在接料储罐中加热至50～60度并进入三乙醇胺生产系统，其中，过量氨气在受热条件下逸出被回收；由乙醇胺生产系统得到的乙醇胺混合液，与环氧乙烷以摩尔比为0.9～1的比例进入微混合器和列管式反应器，混合反应，反应温度为40～80度，装置体系背压1～2.5MPa；得到的三乙醇胺反应液进入减压蒸馏塔中，减压蒸除水分，最终得到三乙醇胺；
所述装置包括乙醇胺生产系统和三乙醇胺生产系统，其中，
所述乙醇胺生产系统包括一个环氧乙烷储罐和一个氨水储罐，微通道换热器入口通过管道连接所述氨水储罐，所述环氧乙烷储罐和微通道换热器出口通过管道连接微混合器入口；所述微混合器下游连接列管式反应器，列管式反应器下游连接接料储罐；
所述三乙醇胺生产系统包括一个环氧乙烷储罐，所述环氧乙烷储罐和所述接料储罐出口通过管道连接微混合器入口；所述微混合器下游连接列管式反应器，列管式反应器下游连接减压蒸馏塔。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述乙醇胺生产系统和三乙醇胺生产系统分别包括至少一个恒温装置用于控制反应装置和混合装置的工作温度。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述微混合器由上下两块具有相同微结构通道的平板扣合而成，所述微结构通道由两个进料通道和一个混合通道连接而成，所述混合通道具有纵向坡状结构。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述列管式反应器通过外接循环导热油进行加热。
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