CN112778174A - 一种制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置,该装置包括甲硫醇储罐、氢氧化钠储罐、以及填料塔反应器。本发明还提供了一种使用上述装置制备高浓度甲硫醇钠溶液的方法,该方法包括以下步骤:(1)打开甲硫醇进料管路和氢氧化钠进料管路上的计量泵,使储存在甲硫醇储罐中的甲硫醇和储存在氢氧化钠储罐中的氢氧化钠流入填料塔反应器进行反应,逐步建立循环至产品取样分析合格;(2)设定甲硫醇与氢氧化钠溶液流量至当量比例(摩尔比1:1),开始连续化反应,同时使步骤(1)中反应得到的液体流入成品缓冲罐,连续采出合格产品;以及(3)使步骤(2)的液体流入成品储罐,并进行尾气吸收。

Description

一种制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置及方法
技术领域
本发明涉及化工领域,具体涉及一种制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置及方法。
背景技术
甲硫醇钠是一种重要的化工原材料,可广泛应用于农药(例如西草净、灭多威、克线磷等)、化工中间体(例如甲基磺酰氯、甲基乙基硫醚、2-甲硫基乙醇等)、维生素以及蛋氨酸的合成。
目前,用于制备甲硫醇钠的方法主要包括以下两种:
一种方法首先采用硫氢化钠与硫酸二甲酯进行反应生成甲硫醇气体,然后用氢氧化钠溶液吸收甲硫醇气体,从而得到甲硫醇钠溶液。该方法采用的原料硫酸二甲酯为剧毒化合物,且具有挥发性,使得制备过程具有较大的安全隐患,另外,该方法还存在反应温度高、收率低(通常为70%-80%)、三废量大的弊端;
另一种方法则以硫化氢和甲醇为原料,经催化反应,连续化生产甲硫醇气体,随后再用氢氧化钠溶液吸收,从而得到甲硫醇钠溶液。相比而言,这种方法成本低且无三废产生,更加绿色高效。
针对氢氧化钠溶液吸收甲硫醇气体进而得到甲硫醇钠溶液的步骤,其属于酸碱中和反应,反应式如下:
Figure 277600DEST_PATH_IMAGE001
现有技术通常采用两级或多级吸收工艺,以确保反应完全,制得的甲硫醇钠溶液的浓度为大约20%。
为了进一步优化生产工艺,提高生产效率,本发明从反应装置、反应温度、停留时间、进出料流量等方面进行优化设计,提出了用于高浓度甲硫醇钠溶液制备的新型装置和方法。
发明内容
根据反应机理,甲硫醇钠制备工艺属于酸碱中和,反应迅速,转化率高,具备设计填料塔反应器的工艺设计可行性。
本发明根据文献资料及现有工艺经验,搭建连续化小试设备,主要考察反应温度(20-60℃),塔体循环量(1-18L/h),进料流量(氢氧化钠溶液300-1200g/h,甲硫醇50-200g/h),进而指导工业化生产设计。
反应装置:
氢氧化钠吸收甲硫醇制备甲硫醇钠为气/液两相酸碱中和反应,该过程为放热反应,绝热温升约15℃左右。同时甲硫醇在进入反应器前需加热气化,因此需要采用合理的反应加热和移热装置控制反应温度,拟从安装温控感应器、管间距与外管直径比例、增加换热器并安置合适位置设计等角度解决控制反应温度问题。
工艺描述:
甲硫醇经气化后,从填料塔底部进入,氢氧化钠溶液配制至合理浓度(13.7%-31.5wt%)后从填料塔顶部进入,反应开始初期为全循环,待采样口浓度合格后,开始稳定产出20%-40%浓度的甲硫醇钠溶液。
根据本发明,提供一种制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置,所述装置包括:
甲硫醇储罐;
氢氧化钠储罐;以及
填料塔反应器,其包括填料塔和塔釜,
其中,所述氢氧化钠储罐和甲硫醇储罐分别与所述填料塔反应器流体连通。
其中,在所述填料塔的上部侧壁开设有上进料口,在所述填料塔的下部侧壁开设有下进料口。
其中,所述填料塔反应器配备有甲硫醇储罐和氢氧化钠储罐,其中,所述甲硫醇储罐通过甲硫醇进料管路与所述填料塔的下进料口连接,所述氢氧化钠储罐通过氢氧化钠进料管路与所述填料塔的上进料口连接。
其中,所述装置还包括成品缓冲罐、以及与所述成品缓冲罐流体连通的成品储罐。
其中,所述装置还包括尾气吸收单元,所述尾气吸收单元包括一级尾气吸收罐和二级尾气吸收罐,所述一级和二级尾气吸收罐依次与所述成品缓冲罐流体连通。
其中,在所述甲硫醇进料管路上设置有气化单元和/或伴热单元。
其中,在所述甲硫醇进料管路和所述氢氧化钠进料管路上设置有计量泵。
根据本发明,还提供一种使用上述任一项所述的装置制备高浓度甲硫醇钠溶液的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)打开甲硫醇进料管路和氢氧化钠进料管路上的计量泵,使储存在甲硫醇储罐中的甲硫醇和储存在氢氧化钠储罐中的氢氧化钠流入填料塔反应器进行反应,逐步建立循环至产品取样分析合格;
(2)设定甲硫醇与氢氧化钠溶液流量至当量比例(摩尔比1:1),开始连续化反应,同时使步骤(1)中反应得到的液体流入成品缓冲罐,连续采出合格产品;以及
(3)使步骤(2)的液体流入成品储罐,并进行尾气吸收。
其中,所述方法还包括将气化单元和伴热单元设置到预定加热温度。
其中,所述方法包括建立步骤(1)至(3)的稳定循环。
相对于已有的甲硫醇钠制备工艺,本发明具有以下优势:
1. 简化设备,降低成本:现有工艺采用二级或多级反应装置,而本发明则简化为单级吸收装置,即仅包括单级填料塔反应器。
2. 实现甲硫醇钠制备过程的自动化控制,包括温度控制、进料量控制等。
附图说明
图1示出了根据本发明的一种实施方式的制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置;
图2示出了根据本发明的一种实施方式的填料塔;
图3示出了根据本发明的一中实施方式的制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置的管路和仪表流程图。
附图标记说明:
1:控制柜;
2:氢氧化钠计量泵;
3:循环泵;
4:塔釜;
5:氢氧化钠储罐;
6:成品储罐;
7:一级尾气吸收罐;
8:二级尾气吸收罐;
9:成品缓冲罐;
10:填料塔;
11:甲硫醇储罐;
12:质量流量计。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明,本发明的特点和优点将随着以下说明而变得更为清楚、明确。
(一)单级吸收反应系统
单级吸收属于较为新型的技术,其在连续制备工艺中的应用较间歇制备工艺要少得多。在连续制备工艺中应用单级吸收技术,需要基于反应机理和反应特点,设计单级连续填料塔,研究该反应的动力学模型,通过原料停留时间、进料及出料位置、进料及出料流量等多种因素的优化配置,确保稳定产出合格产品,并且无原料残留及超标杂质。
本发明提供一种制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置,其将单级吸收技术应用于甲硫醇钠溶液的连续制备工艺中,通过仅采用单级吸收反应装置而实现了高浓度甲硫醇钠溶液的连续、稳定产出。
根据本发明的一种实施方式,制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置配备有填料塔反应器。所述填料塔反应器包括填料塔和塔釜,其中填料塔设置在塔釜之上并且彼此流体连通。图2示出了根据本发明一种实施方式的填料塔的示意图,该填料塔采用6mm θ环,通过增加填料和塔高,延长氢氧化钠在填料塔中的停留时间,以确保吸收完全。如图所示,在填料塔的上部侧壁开设有上进料口,在填料塔的下部侧壁开设有下进料口。
所述填料塔反应器配备有用于供料的甲硫醇储罐和氢氧化钠储罐。甲硫醇储罐通过甲硫醇进料管路与填料塔的下进料口连接,氢氧化钠储罐通过氢氧化钠进料管路与填料塔的上进料口连接。
在甲硫醇进料管路上设置有气化器,用于将甲硫醇充分气化,而后输送至填料塔。气化器的温度设置为20-30℃。
在一些实施方式中,甲硫醇进料管路还与氮气储罐相连通。由于甲硫醇钠性质活泼,易与空气中的氧气反应生成二甲基二硫杂质,因此将氮气输入甲硫醇钠溶液的制备体系中,以排出反应和输送系统中的空气,防止杂质的产生。另外,氮气的充入还能够维持系统内部的压力,保证循环稳定。
在一些实施方式中,在甲硫醇进料管路上还设置有伴热器。
在氢氧化钠进料管路上设置有进料泵,用于控制氢氧化钠的进料量。基于所需要的最终产品,本发明中所采用的氢氧化钠选择为NaOH水溶液。
根据本发明的一种实施方式,在塔釜的侧壁上开设有排放口,该排放口连通至循环管路。排放口优选设置在塔釜的底部。在循环管路上设置有循环泵。
在一些实施方式中,在循环管路上还设置有冷却器,冷却器优选设置在循环泵的下游。甲硫醇与氢氧化钠的反应为放热反应,因此需要冷却器来将反应体系内产生的热量及时排出。
循环管路连通至氢氧化钠进料管路,进而连接至填料塔的上进料口,从而使得塔釜内的液体能够通过循环管路重新输送至填料塔中,以再次吸收气体。
在循环管路上设置有采出管路分支,该采出管路在循环泵和/或冷却器的下游处连通至循环管路。成品缓冲罐通过设置在其顶部的成品开口与所述采出管路连通。在所述成品缓冲罐的底部还设置有另一开口,通过该开口与成品储罐相连通。成品缓冲罐优选为搅拌釜。
在一些实施方式中,在成品缓冲罐上设置有尾气氢氧化钠开口和/或氢氧化钠开口。成品缓冲罐通过氢氧化钠开口连通至氢氧化钠进料管路。
在填料塔的上部还开设有尾气排放口,尾气吸收罐通过尾气管路与填料塔的尾气排放口连接。尾气吸收罐可以设置成单级或多级,例如设置成双级形式,即包括一级尾气吸收罐和二级尾气吸收罐。在一些实施方式中,尾气吸收罐中存放有与氢氧化钠储罐中相同的氢氧化钠。
在所述尾气吸收罐上开设有尾气氢氧化钠排放口,通过该尾气氢氧化钠排放口与成品缓冲罐的尾气氢氧化钠开口流体连通。
根据本发明,在甲硫醇钠溶液制备装置中的一个或多个管路上设置有流量阀,以控制流经该管路的液体和/或气体的量。在一些实施方式中,在甲硫醇进料管路、氢氧化钠进料管路、循环管路、采出管路、尾气管路中的一个或多个上设置有流量阀。在一些实施方式中,流量阀为电磁阀。
(二)DCS控制系统
根据本发明的一种实施方式,制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置还配备有基于DCS的集散控制系统。
在一些实施方式中,该控制系统包括氢氧化钠进料控制模块,该模块根据塔釜内的液位来控制氢氧化钠进料量。在塔釜内液位低于预定值时,氢氧化钠进料管路上的流量阀的开度自动调至最大,以使塔釜内的液位迅速恢复到预定值。
在一些实施方式中,该控制系统包括产品采出控制模块,该模块根据塔釜内液体的密度来控制甲硫醇钠溶液产品的出料。在塔釜内液体密度达到预定值时,采出管路上的流量阀自动打开,以将甲硫醇钠溶液产品输送至成品缓冲罐。塔釜内液体密度的预定值为1-1.2 g/cm3
在一些实施方式中,该控制系统包括温度控制模块,该模块根据通过控制循环管路上冷却器的电磁阀开度来调节冷却液流量,进而将反应系统内的温度控制在预定值。反应温度的预定数值为20-60℃。
(三)参数控制
本发明通过以下各项参数来控制甲硫醇钠溶液产品的制备,通过大量研究和实验,得到表1所示各项参数的合适范围。
表1. 甲硫醇钠溶液制备参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1所示各项参数及其数值范围适用于本发明所提供的甲硫醇钠溶液制备装置,参数在上述数值范围内的变化并不影响甲硫醇钠溶液的制备。即,利用本申请所提供的甲硫醇钠溶液制备装置,采用上述数值范围内的各项参数,能够制备得到所需浓度(20-40wt%)的甲硫醇钠溶液。
实施例1
1. 投料
1.1 首先将配置好的氢氧化钠溶液由氢氧化钠储罐顶部大加料口加入氢氧化钠储罐,加入量约为8-9L,再将一部分氢氧化钠溶液(约2-3L)由填料塔底部的大加料口加入塔釜。
1.2 由一级尾气吸收罐和二级尾气吸收罐顶部的大加料口分别加入浓氢氧化钠溶液和次氯酸钠溶液,加入量约为4-5L。
2. 建立循环
2.1 开启填料塔外循环管道上的阀门,开启循环泵(P-003)逐步将循环泵流量上升至额定流量(18L/h)。
2.2 打开冷却器冷冻水进出水管路上的阀门,检查进出冷冻水温度,检查调节阀(SV002)动作情况,动作正常后将控制阀切换的自动状态。
3. 甲硫醇进料
3.1 打开甲硫醇气体进料管路上的所有手阀,缓慢打开甲硫醇钢瓶瓶头阀,将甲硫醇质量流量计流量设定到50-200g/h,开启甲硫醇进料流量计,观察塔内温度变化以及塔顶流量计示数变化。
3.2 进料开始后将气化器加热温度(甲硫醇气体温度)设置到20-60℃,将进料管路的伴热器打开。
3.3 进料反应稳定后(采出口甲硫醇钠含量合格,20-40wt%),开始正常采出20-40%甲硫醇钠溶液,同时将氢氧化钠进料泵调整到自动状态,自动控制补充氢氧化钠溶液。
3.4 将搅拌釜的搅拌电机打开。
将控制出料的调节阀(SV001)调整到自动状态,观察系统自动运行状态是否正常。
实施例2
按照实施例1所述步骤进行甲硫醇钠溶液的制备,其中,通过调控填料塔内的反应温度来调节产出的甲硫醇钠溶液浓度。将填料塔温度设置为20-60℃,能够采出合格的20wt%浓度的甲硫醇钠溶液。
实施例3
按照实施例1所述步骤进行甲硫醇钠溶液的制备,其中,通过调控填料塔内的反应温度来调节产出的甲硫醇钠溶液浓度。将填料塔温度设置为35-60℃,能够采出合格的30wt%浓度的甲硫醇钠溶液。
实施例4
按照实施例1所述步骤进行甲硫醇钠溶液的制备,其中,通过调控填料塔内的反应温度来调节产出的甲硫醇钠溶液浓度。将填料塔温度设置为45-60℃,能够采出合格的40wt%浓度的甲硫醇钠溶液。
实施例5
按照实施例1所述步骤进行甲硫醇钠溶液的制备,其中,通过控制循环流量来调节反应物在填料塔中的停留时间,循环流量越低则表示停留时间越短。将循环泵流量设置为2-7L/h,能够采出合格的20wt%浓度的甲硫醇钠溶液。
实施例6
按照实施例1所述步骤进行甲硫醇钠溶液的制备,其中,通过控制循环流量来调节反应物在填料塔中的停留时间,循环流量越低则表示停留时间越短。将循环泵流量设置为7-12L/h,能够采出合格的30wt%浓度的甲硫醇钠溶液。
实施例7
按照实施例1所述步骤进行甲硫醇钠溶液的制备,其中,通过控制循环流量来调节反应物在填料塔中的停留时间,循环流量越低则表示停留时间越短。将循环泵流量设置为12-18L/h,能够采出合格的40wt%浓度的甲硫醇钠溶液。

Claims (10)

1.一种制备高浓度甲硫醇钠溶液的装置,所述装置包括:
甲硫醇储罐;
氢氧化钠储罐;
DCS控制系统;以及
填料塔反应器,其包括填料塔和塔釜,
其中,所述氢氧化钠储罐和甲硫醇储罐分别与所述填料塔反应器流体连通。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,在所述填料塔的上部侧壁开设有上进料口,在所述填料塔的下部侧壁开设有下进料口。
3.根据权利要求2所述的装置,其中,所述填料塔反应器配备有甲硫醇储罐和氢氧化钠储罐,其中,所述甲硫醇储罐通过甲硫醇进料管路与所述填料塔的下进料口连接,所述氢氧化钠储罐通过氢氧化钠进料管路与所述填料塔的上进料口连接。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置还包括成品缓冲罐、以及与所述成品缓冲罐流体连通的成品储罐。
5.根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置还包括尾气吸收单元,所述尾气吸收单元包括一级尾气吸收罐和二级尾气吸收罐,所述一级和二级尾气吸收罐依次与所述成品缓冲罐流体连通。
6.根据权利要求1所述的装置,其中,在所述甲硫醇进料管路上设置有气化单元和/或伴热单元。
7.根据权利要求6所述的装置,其中,在所述甲硫醇进料管路和所述氢氧化钠进料管路上设置有计量泵。
8.一种使用权利要求1-7中任一项所述的装置制备高浓度甲硫醇钠溶液的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)打开甲硫醇进料管路和氢氧化钠进料管路上的计量泵,使储存在甲硫醇储罐中的甲硫醇和储存在氢氧化钠储罐中的氢氧化钠流入填料塔反应器进行反应,逐步建立循环至产品取样分析合格;
(2)设定甲硫醇与氢氧化钠溶液流量至当量比例,开始连续化反应,同时使步骤(1)中反应得到的液体流入成品缓冲罐,连续采出合格产品,其中所述当量比例为摩尔比1:1;以及
(3)使步骤(2)的液体流入成品储罐,并进行尾气吸收。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述方法还包括将气化单元和伴热单元设置到预定加热温度。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,所述方法包括建立步骤(1)至(3)的稳定循环。
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CN114558533A (zh) * 2022-04-06 2022-05-31 河南君合新材料科技有限公司 甲硫醇钠与二甲基二硫醚联合生产系统及工艺

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