CN113467550B - 用于mma生产装置中酰化反应的温控系统及温控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统，包括：酰胺冷却器(1)、与所述酰胺冷却器(1)通过第一管路(a)连接的冷媒冷却器(2)、分别与所述冷媒冷却器(2)和所述酰胺冷却器(1)通过第二管路(b)和第三管路(c)连接的冷媒循环泵(3)以及通过第四管路(d)并联在所述冷媒循环泵(3)和所述酰胺冷却器(1)之间的所述第三管路(c)上的蒸汽喷射器(4)。本发明提出的控温系统能够实现对MMA生产装置中酰化反应系统温度的有效控制，将酰化反应的物料温度始终维持在90～100℃的范围内，避免温度过高。

Description

用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统及温控方法
技术领域
本发明涉及一种用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统及利用该温控系统的温控方法。
背景技术
甲基丙烯酸甲酯(MMA)是一种重要的有机化工原料和化工产品，可自聚或与其他单体共聚生成甲基丙烯酸甲酯树脂和塑料，如有机玻璃(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯(MBS)树脂等，还可以用于腈纶生产的第二单体、树脂、胶黏剂、涂料、医药功能材料等，用途十分广泛。
目前，国内外所采用的甲基丙烯酸甲酯生产技术主要有丙酮氰醇(ACH)法、异丁烯氧化法及乙烯法，北美、西欧国家主要采用ACH法工艺，日本主要采用以异丁烯为原料的工艺，以乙烯为原料制备甲基丙烯酸甲酯的生产工艺中，已实现工业化主要有巴斯夫工艺和英国璐彩特(Lucite)公司Alpha工艺。
丙酮氰醇(ACH)法经过长期不断的改进和改善，技术先进、成熟可靠、产品质量好，已经成为MMA的主要生产方法，在全球范围内产能占比达到80％以上。该工艺可以有效利用丙烯腈装置副产品氢氰酸，并且MMA的收率较高，是其重要的技术优势。
丙酮氰醇(ACH)法中，在酰化反应阶段，ACH和硫酸按一定比例加入到反应中，生成酰胺盐中间体，然后再去往酯化等工段继续反应生成甲基丙烯酸甲酯(MMA)。酰化反应为放热反应，系统温度需控制在一定范围内，若温度过高，ACH会发生分解，生成的氰化氢(HCN)等会产生自聚反应，副反应越多，酰胺盐中间体收率越低，最终产品收率也越低，因此酰化反应是整个反应至关重要的一个步骤，该步骤的收率直接影响整个装置的MMA收率。
另一方面温度也不可以过低，这主要是指开工阶段，若此时温度过低，生成的酰胺盐中间体会结晶析出堵塞管路，因此需要在开工和正常运行两个阶段分别考虑不同的方案去控制酰化反应的系统温度。与此同时，多数设计以循环水作为酰化反应的冷却介质，一但发生泄漏，物料侧含有的ACH和HCN会污染循环水系统，对全厂的生产造成影响。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统及利用该系统的温控方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统，包括：酰胺冷却器、与所述酰胺冷却器通过第一管路连接的冷媒冷却器、分别与所述冷媒冷却器和所述酰胺冷却器通过第二管路和第三管路连接的冷媒循环泵以及通过第四管路并联在所述冷媒循环泵和所述酰胺冷却器之间的所述第三管路上的蒸汽喷射器。
根据本发明的一个方面，所述酰胺冷却器与所述冷媒冷却器之间的所述第一管路上连接用于补水的第五管路。
根据本发明的一个方面，包括2～5台串联的酰胺冷却器。
根据本发明的一个方面，所述第二管路上连接用于补水的第六管路。
根据本发明的一个方面，还包括分别连接所述第一管路和所述第二管路的第七管路，并且所述第六管路与所述酰胺冷却器并联，所述第七管路上设置有第一调节阀。
根据本发明的一个方面，所述蒸汽喷射器通入蒸汽的第八管路上设置有第二调节阀。
根据本发明的一个方面，所述酰胺冷却器为工艺物料换热的管路上设置有用于调节所述第一调节阀和所述第二调节阀开度以控制工艺物料在所述酰胺冷却器经换热后的温度的温度计。
根据本发明的一个方面，所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路、所述第四管路和所述第七管路均设有用于通断股管路的开关阀。
为实现上述目的，本发明还提供一种利用上述的温控系统的温控方法，包括以下步骤：
1)采用脱盐水作为冷媒，经过冷媒循环泵升压后输送至酰胺冷却器；
2)升压后的冷媒在酰胺冷却器处与工艺物料换热后输送至冷媒冷却器；
3)换热后的冷媒在冷媒冷却器处被循环水冷却后输送至冷媒循环泵；
4)重复上述步骤1)～3)完成循环控制系统温度。
根据本发明的一个方面，所述冷媒在所述酰胺冷却器完成换热后，温度为40～65℃；由所述冷媒冷却器冷却后，温度为30～55℃。
根据本发明的一个方面，所述冷媒为热流体，所述工艺物料为冷流体，通过蒸汽喷射器向系统中注入蒸汽加热所述冷媒，此时，断开所述冷媒冷却器，连通所述蒸汽喷射器，所述冷媒与所述工艺物料换热后，所述工艺物料的温度≥50℃。
为实现上述目的，本发明还提供一种利用上述的温控系统的温控方法，包括以下步骤：
a)采用蒸汽凝液作为冷媒，经过冷媒循环泵升压后输送至酰胺冷却器；
b)升压后的第一冷媒在酰胺冷却器处与工艺物料换热后输送至冷媒冷却器；
c)换热后的第一冷媒在冷媒冷却器处被循环水冷却后输送至冷媒循环泵；
d)重复上述步骤a)～c)完成循环控制系统温度。
根据本发明的一个方面，当所述冷媒温度为60～70℃时，将所述冷媒直接作为热流体提高工艺物料的温度，此时断开所述冷媒冷却器，通过温度计调节第一调节阀的开度，控制工艺物料在所述酰胺冷却器处换热后的温度为50℃。
根据本发明的一个方面，当所述冷媒温度低于60℃时，向系统中注入蒸汽提高冷媒温度，此时断开所述冷媒冷却器，连通蒸汽喷射器，当冷媒温度升高至60～70℃时，输送至所述酰胺冷却器加热所述工艺物料，同时，通过温度计调节第二调节阀的开度，控制工艺物料在所述酰胺冷却器处换热后的温度为50℃。
根据本发明的一个方案，本发明提出的控温系统能够实现对MMA生产装置中酰化反应系统温度的有效控制，将酰化反应的物料温度始终维持在90～100℃的范围内，避免温度过高，ACH会因此产生分解、聚合，从而提高了中间产品的收率乃至最终的产品收率，同时避免了开车初期，因温度过低，物料会有结晶析出堵塞管路的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统的结构图；
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的温控方法的流程图；
图3示意性表示根据本发明的另一种实施方式的温控方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统的结构图。如图1所示，根据本发明的用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统包括：酰胺冷却器1、与酰胺冷却器1通过第一管路a连接的冷媒冷却器2、分别与冷媒冷却器2和酰胺冷却器1通过第二管路b和第三管路c连接的冷媒循环泵3以及通过第四管路d并联在冷媒循环泵3和酰胺冷却器1之间的第三管路c上的蒸汽喷射器4。
在本实施方式中，酰胺冷却器1与冷媒冷却器2之间的第一管路a上连接用于补水的第五管路e。该第五管路e向系统中补充的是脱盐水，而且温控过程中，补水为间歇操作，不定期向系统中补入少量脱盐水。在本实施方式中，采用2台串联的酰胺冷却器1。在本发明中，可以采用2～5台酰胺冷却器1串联在一起使用。
在本实施方式中，第二管路b上连接用于补水的第六管路f，第六管路f向系统中补充的是蒸汽凝液。还包括分别连接第一管路a和第二管路b的第七管路g，并且第六管路f与酰胺冷却器1并联，第七管路g上设置有第一调节阀A。蒸汽喷射器4通入蒸汽的第八管路h上设置有第二调节阀B。
进一步地，在本实施方式中，酰胺冷却器1为工艺物料换热的管路i上设置有用于调节第一调节阀A和第二调节阀B开度以控制工艺物料在酰胺冷却器1经换热后的温度的温度计C。
如图1所示，在本实施方式中，第一管路a、第二管路b、第三管路c、第四管路d和第七管路g的特定位置处均设有用于通断股管路的开关阀5。这样一来能够通过以开闭开关阀的方式实现通断冷媒冷却器2和蒸汽喷射器4，从而控制本发明的温控系统中的温度。具体温控方法如下所述：
由上可知，本发明的酰胺冷却器1的冷侧采用闭式循环系统，以脱盐水等为冷媒。在本发明中，系统开工阶段，在脱盐水系统中引入蒸汽，用于加热工艺物料(酰胺盐中间体)，以维持在一定温度防止酰胺盐中间体结晶析出。下面结合以上发明内容进行详细说明。
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的温控方法的流程图。如图2所示，根据本发明的一种实施方式的温控方法包括以下步骤：
1)采用脱盐水作为冷媒，经过冷媒循环泵3升压后输送至酰胺冷却器1；
2)升压后的冷媒在酰胺冷却器1处与工艺物料换热后输送至冷媒冷却器2；
3)换热后的冷媒在冷媒冷却器2处被循环水冷却后输送至冷媒循环泵3；
4)重复上述步骤1)～3)完成循环控制系统温度。
在本实施方式中，冷媒在酰胺冷却器1完成换热后，温度为40～65℃，由冷媒冷却器2冷却后，温度为30～55℃。
冷媒为热流体，工艺物料为冷流体，通过蒸汽喷射器4向系统中注入蒸汽加热冷媒，此时，断开冷媒冷却器2，连通蒸汽喷射器4，冷媒与工艺物料换热后，工艺物料的温度≥50℃。
图3示意性表示根据本发明的另一种实施方式的温控方法的流程图。如图3所示，根据本发明的另一种实施方式的温控方法包括以下步骤：
a)采用蒸汽凝液作为冷媒，经过冷媒循环泵3升压后输送至酰胺冷却器1；
b)升压后的第一冷媒在酰胺冷却器1处与工艺物料换热后输送至冷媒冷却器2；
c)换热后的第一冷媒在冷媒冷却器2处被循环水冷却后输送至冷媒循环泵3；
d)重复上述步骤a)～c)完成循环控制系统温度。
在本实施方式中，当冷媒温度为60～70℃时，将冷媒直接作为热流体提高工艺物料的温度，此时断开冷媒冷却器2，通过温度计C调节第一调节阀A的开度，控制工艺物料在酰胺冷却器1处换热后的温度为50℃。
当冷媒温度低于60℃时，向系统中注入蒸汽提高冷媒温度，此时断开冷媒冷却器2，连通蒸汽喷射器4，当冷媒温度升高至60～70℃时，输送至酰胺冷却器1加热工艺物料，同时，通过温度计C调节第二调节阀B的开度，控制工艺物料在酰胺冷却器1处换热后的温度为50℃。
根据本发明的上述实施方式，本发明结合图1对上述实施方式进一步详细描述：
以某甲基丙烯酸甲酯生产装置酰化单元为例，其为闭式循环系统，以脱盐水为冷媒，如图1所示，该系统包括酰胺冷却器1，冷媒冷却器2、冷媒循环泵3、蒸汽喷射器4。脱盐水在酰胺冷却器1给系统撤热后，温度会达到65℃左右，然后进入冷媒冷却器2，由循环水冷却到大概50℃，再由冷媒循环泵3升压，经过第三管路c送回到酰胺冷却器1，由此完成一个循环。系统设有脱盐水补水管道第五管路e进行补水。
酰胺冷却器1设置为2台串联，整个换热量由2台换热器平均承担，每台热流体侧温降为5℃，平缓的降低系统的系统温度，最终进入下一工段的温度大概在93℃，此时未参与反应的少量ACH，其分解率几乎可以忽略。
开工初期，系统温度大约为30℃，随着反应逐步进行，大概需要经过二三十分钟的时间，系统温度才能达到50℃以上，在这段时间内，酰胺盐中间体是极易结晶析出堵塞管路的，所以在这一阶段需要给物料升温，此时脱盐水是作为热媒。方法为：关闭第一管路a(即断开图1中第一管路a上的开关阀)，打开第七管路g(即开启图1中第七管路g上的开关阀)，冷媒水冷却器2不投入使用，关闭第三管路c(即断开图1中第三管路c上的开关阀)，打开第四关路d(即开启图1中第四管路上的开关阀)，用蒸汽喷射器4向脱盐水系统中注入少量蒸汽，通过蒸汽管路上的调节阀第二调节阀B控制蒸汽流量，保证脱盐水温度在70℃左右，然后送至酰胺冷却器1，经加热后的物料温度基本维持在55℃以上，此时酰胺盐中间体结晶析出的概率基本为零。
随着放热反应的进行，物料温度会逐渐上升，当达到70℃左右时，关闭第四管路d，打开第三管路c，不再给工艺物料加热，同时关闭第七管路g，打开第一管路a，脱盐水开始作为冷媒给反应撤热。
由上结合图1可知，系统设有蒸汽凝液线，即第六管路f，可以用来代替脱盐水做为冷物流介质，当凝液量不足时，通过脱盐水管道第五管路e补加一部分脱盐水。在开工阶段，当蒸汽凝液温度能达到70℃以上时，直接给物料加热，方法为：第三管路c和第七管路g开启，第四管路d和第一管路a关闭，用物料出口温度T1(即温度计C测得的温度)与第一调节阀A连锁，控制蒸汽凝液的加入量。若蒸汽凝液温度较低，与采用脱盐水时的方法类似，通过补加蒸汽后做为热媒给系统加热。
以上各项措施在该装置经过一个运行周期后，其效果均得到了有效验证，去往下游的物料温度始终稳定在93℃左右，酰胺盐中间体的质量含量较之前增加了1.3个百分点；另一方面，在开工阶段，整个系统未发生管路堵塞现象，并且在检修时发现管路中管内壁附着物量几乎为零，有效提高了装置的运行周期。
由以上说明可明确，酰化冷却器1冷侧以脱盐水为冷媒，进口温度一般控制在30～55℃范围内。依照装置负荷、换热器占地空间等进行适当调整。
本发明系统设置为闭式循环系统，设有补水管道、循环泵和脱盐水冷却器(即冷媒冷却器2)，脱盐水由酰胺冷却器1出来后，进入到脱盐水冷却器降温至30～55℃左右，然后经循环泵(即冷媒循环泵3)增压送回至酰胺冷却器1，完成一个循环。补水为间歇操作，不定期向系统中补入少量脱盐水。
在开工阶段，装置中按比例进入ACH和硫酸，系统温度大约在30℃左右，随着反应的逐步进行，系统中温度才会逐渐升高，在这期间，可能会有较长一段时间系统处在低温状态，此时生成的酰胺盐中间体会结晶析出，堵塞管路，因此系统设有蒸汽喷射器4，在这段时间内，向脱盐水系统中注入蒸汽，将脱盐水温度升至60～90℃左右，用其作为热媒，将工艺物料加热到50℃以上，防止酰胺盐中间体结晶析出。
在整个发明中，闭式循环系统的冷媒介质也可以采用蒸汽凝液代替脱盐水，其优点在于开工状态下，若温度足够高，则不必采取升温措施，蒸汽凝液可以直接将工艺物料加热到50℃左右，但其缺点在于整个闭式循环系统要有一定蒸汽凝液量才能开始运转，这在开工阶段可能会较难获得。此外，当闭式循环系统开始循环后，若蒸汽凝液的温度已经较低，此时可注入少量蒸汽以达到温度要求。
酰胺冷却器1设置多台串联，可以由各台换热器平均承担热负荷总量，也可以按不同比例承担；每台换热器热流体侧通常设置3～8℃的温降，逐步、平缓的降低系统的系统温度，最终保证其进入下一工段的温度在90～100℃左右。
根据本发明的上述方案，本发明提出的控温系统能够实现对MMA生产装置中酰化反应系统温度的有效控制，将酰化反应的物料温度始终维持在90～100℃的范围内，避免温度过高，ACH会因此产生分解、聚合，从而提高了中间产品的收率乃至最终的产品收率，同时避免了开车初期，因温度过低，物料会有结晶析出堵塞管路的风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统，其特征在于，包括：酰胺冷却器(1)、与所述酰胺冷却器(1)通过第一管路(a)连接的冷媒冷却器(2)、分别与所述冷媒冷却器(2)和所述酰胺冷却器(1)通过第二管路(b)和第三管路(c)连接的冷媒循环泵(3)以及通过第四管路(d)并联在所述冷媒循环泵(3)和所述酰胺冷却器(1)之间的所述第三管路(c)上的蒸汽喷射器(4)；
所述第二管路(b)上连接用于补水的第六管路(f)；
还包括分别连接所述第一管路(a)和所述第二管路(b)的第七管路(g)，并且所述第六管路(f)与所述酰胺冷却器(1)并联，所述第七管路(g)上设置有第一调节阀(A)；
所述蒸汽喷射器(4)通入蒸汽的第八管路(h)上设置有第二调节阀(B)；
所述酰胺冷却器(1)为工艺物料换热的管路(i)上设置有用于调节所述第一调节阀(A)和所述第二调节阀(B)开度以控制工艺物料在所述酰胺冷却器(1)经换热后的温度的温度计(C)。
2.根据权利要求1所述的用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统，其特征在于，所述酰胺冷却器(1)与所述冷媒冷却器(2)之间的所述第一管路(a)上连接用于补水的第五管路(e)。
3.根据权利要求2所述的用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统，其特征在于，包括2～5台串联的酰胺冷却器(1)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于MMA生产装置中酰化反应的温控系统，其特征在于，所述第一管路(a)、所述第二管路(b)、所述第三管路(c)、所述第四管路(d)和所述第七管路(g)均设有用于通断股管路的开关阀(5)。
5.一种利用权利要求1至4中任一项所述的温控系统的温控方法，包括以下步骤：
1)采用脱盐水作为冷媒，经过冷媒循环泵(3)升压后输送至酰胺冷却器(1)；
2)升压后的冷媒在酰胺冷却器(1)处与工艺物料换热后输送至冷媒冷却器(2)；
3)换热后的冷媒在冷媒冷却器(2)处被循环水冷却后输送至冷媒循环泵(3)；
4)重复上述步骤1)～3)完成循环控制系统温度。
6.根据权利要求5所述的温控方法，其特征在于，所述冷媒在所述酰胺冷却器(1)完成换热后，温度为40～65℃；由所述冷媒冷却器(2)冷却后，温度为30～55℃。
7.根据权利要求5所述的温控方法，其特征在于，所述冷媒为热流体，所述工艺物料为冷流体，通过蒸汽喷射器(4)向系统中注入蒸汽加热所述冷媒，此时，断开所述冷媒冷却器(2)，连通所述蒸汽喷射器(4)，所述冷媒与所述工艺物料换热后，所述工艺物料的温度≥50℃。
8.一种利用权利要求1至4中任一项所述的温控系统的温控方法，包括以下步骤：
a)采用蒸汽凝液作为冷媒，经过冷媒循环泵(3)升压后输送至酰胺冷却器(1)；
b)升压后的第一冷媒在酰胺冷却器(1)处与工艺物料换热后输送至冷媒冷却器(2)；
c)换热后的第一冷媒在冷媒冷却器(2)处被循环水冷却后输送至冷媒循环泵(3)；
d)重复上述步骤a)～c)完成循环控制系统温度。
9.根据权利要求8所述的温控方法，其特征在于，当所述冷媒温度为60～70℃时，将所述冷媒直接作为热流体提高工艺物料的温度，此时断开所述冷媒冷却器(2)，通过温度计(C)调节第一调节阀(A)的开度，控制工艺物料在所述酰胺冷却器(1)处换热后的温度为50℃。
10.根据权利要求8所述的温控方法，其特征在于，当所述冷媒温度低于60℃时，向系统中注入蒸汽提高冷媒温度，此时断开所述冷媒冷却器(2)，连通蒸汽喷射器(4)，当冷媒温度升高至60～70℃时，输送至所述酰胺冷却器(1)加热所述工艺物料，同时，通过温度计(C)调节第二调节阀(B)的开度，控制工艺物料在所述酰胺冷却器(1)处换热后的温度为50℃。
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