CN116492703A - 一种用于甲胺生产的节能装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于甲胺生产的节能装置及工艺，所述装置包括低温换热器、汽化器、高温换热器、电加热器、压缩机、反应热回收换热器、脱氨塔、脱氨塔冷凝器、脱氨塔再沸器、液氨汽化器等。与传统工艺相比，系统增加了脱氨塔塔顶蒸汽压缩机，脱氨塔采用气相采出，采出后经过压缩机压缩后与其他反应原料气混合，并在反应产物经过高温换热器后设置了反应热回收换热器，将系统中的蒸汽冷凝水加热后闪蒸产生蒸汽。该流程避免了原有生产工艺中脱氨塔液相采出返回配料系统后再进行汽化，并将反应余热回收，充分利用了反应工段产生的高品位热量，同时降低脱氨塔塔顶冷却水用量，提高装置的运行经济性，有效减少甲胺装置的碳排放。

Description

一种用于甲胺生产的节能装置及工艺
技术领域
本发明属于甲胺合成和分离领域，具体涉及一种用于甲胺生产的节能装置及工艺。
背景技术
甲胺是胺分子中的氢被甲基置换而形成的，它有如下三种形式，即
甲胺是重要的化工原料，它广泛地应用于国民经济各个部门，是农药、医药、橡胶、制革、合成染料、合成树脂、化学纤维、溶剂、表面活性剂、燃料、照相材料等工艺的基本原料，尤其是对巩固国防、发展农业更具有重大的意义。
目前甲胺生产的主要方法为甲醇气相催化胺化法，它以甲醇和液氨为原料，在一定的温度、压力及催化剂存在的条件下，甲醇气相催化胺化反应，得到一、二、三甲胺。其主要反应式如下：
由以上反应式中可以看出，甲胺生成过程会产生大量的反应热，而在目前的生产工艺过程中，甲胺合成工段的反应产生的高品位热量尚无法得到有效利用。在中国专利(CN1291968C)一种改良的甲胺生产工艺中，原料经过低温换热器、汽化器、高温换热器、电炉后进入合成塔，在精馏工段中，I塔(脱氨塔)塔顶采用液相出料，反应热回用全部在合成工段完成，没有将高品位反应热转化为蒸汽用于精馏塔的加热。在中国专利CN1163468C中，脱氨塔也是采用液相出料，对反应热也未进行有效的热集成。脱氨塔采用液相出料，一方面增加脱氨塔塔顶冷凝水的用量，另外液相出料再返回合成工段后，需要再次汽化，额外增加了热量的消耗。
发明内容
针对上述问题情况，本发明提供一种用于甲胺生产的节能装置及工艺，可大大降低脱氨塔塔顶冷却水用量，充分利用了反应工段产生的高品位热量，避免重复加热，有效降低了装置能耗，提高装置的运行经济性，有效减少甲胺装置的碳排放。
甲胺反应进料温度一般要求在330～380℃，出口温度一般在410～450℃，根据原料和产物的比例不同而有所不同，反应放热可以使反应物料升温70～120℃，在传统的反应流程中，反应热量都用于原料的汽化，并在反应工段出口设有过冷器，将反应产物全部或大部分冷却至液体后再进入脱氨塔。而脱氨塔塔顶共沸物需要返回至合成工段，传统一般采用塔顶液相出料然后用泵加压输送至合成工段，然后再行汽化。在这个过程中脱氨塔塔顶物料经历了汽化、冷凝再汽化，造成了热量的浪费，反应产物在过冷器冷凝后又在脱氨塔中汽化，热量没有得到有效利用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于甲胺生产的节能装置，包括第一原料入口、第二原料入口、低温换热器、汽化器、高温换热器、电加热器、反应器以及液氨汽化器，所述第一原料入口与低温换热器的低温介质入口相连，低温换热器的低温介质出口与汽化器连接后再与高温换热器的低温介质入口相连，高温换热器的低温介质出口与电加热器连接后再与反应器的物料入口相连，第二原料入口与液氨汽化器连接后再与高温换热器的低温介质入口管路相连。
进一步的，所述装置还包括反应热回收换热器、脱氨塔、脱氨塔冷凝器以及压缩机，所述反应器的物料出口与高温换热器的高温介质入口相连，高温换热器的高温介质出口连接反应热回收换热器的高温介质入口，反应热回收换热器的高温介质出口与低温换热器的高温介质入口相连，低温换热器的高温介质出口与脱氨塔连通。
进一步的，所述脱氨塔设置有塔顶产物出口和塔底产物出口，所述塔顶产物出口的管路上设置有压缩机并与高温换热器的低温介质入口管路相连；在脱氨塔的顶部设置有脱氨塔冷凝器，在脱氨塔的底部还设置有脱氨塔再沸器，脱氨塔的塔底产物出口与精馏塔连通。
本发明还提出了上述用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，包括如下工艺步骤：
S1：来自配料工段的甲醇及返料产物(含甲醇、一甲胺、二甲胺、三甲胺、水等)通过第一原料入口进入，经过低温换热器换热至100～140℃后，部分液相物料汽化，汽化分率约为0.3～1，再进入汽化器用低压蒸汽加热至140～180℃，物料在汽化器内全部汽化；液氨来自配料工段的液氨储罐，通过第二原料入口进入，在液氨汽化器中汽化后并入第一原料主物流；
S2：汽化后的原料物料与来自压缩机的气相物料(由一甲胺、三甲胺、氨组成)混合后进入高温换热器加热至300～380℃，再由电加热器加热至反应热点温度后进入反应器进行反应；
S3：出反应器的反应混合产物(含甲醇、氨、一甲胺、二甲胺、三甲胺、水、甲胺等)温度约为390～450℃，与反应进料在高温换热器换热至160～200℃后，再进入反应热回收换热器中与蒸汽凝水换热，回收反应混合产物的潜热并产生二次低压蒸汽或者有压热水，使反应混合产物大部分冷凝至液态，反应混合产物在反应热回收换热器中的出口温度为120～160℃，然后反应物料再进入低温换热器换热至80～90℃后进入脱氨塔；
S4：反应混合物在进入脱氨塔后，塔底产物脱去混合物中的氨后进入后续精馏塔进行产物分离，塔顶物料采用气相从塔顶产物出口采出，采出后经过压缩机压缩至2.0～3.0Mpa后与其他反应原料气混合。
进一步的，所述脱氨塔的操作压力为1.5～2.0Mpa，反应器操作压力为1.9～3.0Mpa，压缩机出口压力为2.0～3.1Mpa，压缩机出口压力高于反应器操作压力。
进一步的，液氮和甲醇返料采用单独汽化工艺，液氨汽化温度低，液氨汽化器采用低品位热源进行。
进一步的，所述脱氨塔塔顶采用气相出料，并设置有脱氨塔冷凝器进行冷凝，所述脱氨塔冷凝器为一组或多组。
进一步的，在脱氨塔底部设置有脱氨塔再沸器，脱氨塔塔底的产物经过脱氨塔再沸器处理后，脱去液态反应混合物中的氨，从塔顶产物出口采出，其他反应混合物从塔底产物出口排出后进行精馏塔进行产物分离。
进一步的，从脱氨塔的塔顶产物出口采出的气相产物，通过压缩机增压后与其他反应原料气混合后再进入甲胺反应系统。
进一步的，从塔顶产物出口采出的气相产物包括一甲胺、三甲胺以及氨；出反应器的反应混合产物包括甲醇、氨、一甲胺、二甲胺、三甲胺、水。
与现有技术相比，本发明技术方案具有如下有益效果：
1)取消了反应工段的过冷器，减少了反应工段热量的浪费，相比传统工艺节能效果明显；
2)脱氨塔塔顶采用气相采出，并用压缩机压缩返回至合成工段，避免了物料的二次汽化，并将剩余反应热回收进行热交换以及加热冷凝水(最终转化为低压蒸汽)，热量得到有效利用；
3)脱氨塔顶采用部分气相采出，此部分气相采出的不再需要冷凝水冷凝，可有效降低脱氨塔塔顶循环水使用量，提供装置经济性；
4)液氨单独汽化，可利用工厂余热，如热水、蒸汽冷凝水等作为热源，节省了部分蒸汽。
附图说明
图1为本发明用于甲胺生产的节能装置及工艺流程示意图；
图中：1、第一原料入口；2、第二原料入口；3、低温换热器；4、汽化器；5、高温换热器；6、电加热器；7、反应器；8、液氨汽化器；9、反应热回收换热器；10、脱氨塔；101、塔顶产物出口；102、塔底产物出口；11、脱氨塔冷凝器；12、压缩机；13、脱氨塔再沸器。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种甲胺生产的节能装置，所述装置由第一原料入口1、第二原料入口2、低温换热器3、汽化器4、高温换热器5、电加热器6、反应器7、液氨汽化器8、反应热回收换热器9、脱氨塔10、脱氨塔冷凝器11、压缩机12、脱氨塔再沸器13等组成。脱氨塔10塔顶物料采用气相采出，采出后经过压缩机12压缩与其他反应原料气混合，并在反应产物经过高温换热器5后设置了反应热回收换热器9，将系统中的蒸汽冷凝水加热后闪蒸产生蒸汽。
所述装置具体结构为：所述第一原料入口1与低温换热器3的低温介质入口相连，低温换热器3的低温介质出口与汽化器4连接后再与高温换热器5的低温介质入口相连，高温换热器5的低温介质出口与电加热器6连接后再与反应器7的物料入口相连，第二原料入口2与液氨汽化器8连接后再与高温换热器5的低温介质入口管路相连。所述反应器7的物料出口与高温换热器5的高温介质入口相连，高温换热器5的高温介质出口连接反应热回收换热器9的高温介质入口，反应热回收换热器9的高温介质出口与低温换热器3的高温介质入口相连，低温换热器3的高温介质出口与脱氨塔10连通。所述脱氨塔10设置有塔顶产物出口101和塔底产物出口102，所述塔顶产物出口101的管路上设置有压缩机12并与高温换热器5的低温介质入口管路相连；在脱氨塔10的顶部设置有脱氨塔冷凝器11，在脱氨塔10的底部还设置有脱氨塔再沸器13，脱氨塔10的塔底产物出口与精馏塔连通。
生产时，来自配料工段的反应原料经低温换热器3、汽化器4加热后，与经压缩机12压缩后的脱氨塔10塔顶气相一起混合后加热至反应热点温度，进入反应器7反应后，再与原料系统换热冷却进入脱氨塔10进行分离。脱氨塔10塔顶物料采用气相采出，采出后经过压缩机12压缩与其他反应原料气混合，并在反应产物经过高温换热器5后设置了反应热回收换热器9，将系统中的蒸汽冷凝水加热后闪蒸产生蒸汽。
上述甲胺生产的节能装置的生产工艺，具体包括以下步骤：
步骤1：来自配料工段的液体物料(含甲醇、一甲胺、二甲胺、三甲胺、水等)经过低温换热器3换热至100～140℃后，部分液相物料汽化，汽化分率约为0.3～1，再进入汽化器4用低压蒸汽加热至140～180℃，物料在汽化器内全部汽化；液氨来自配料工段的液氨储罐，在液氨汽化器8中汽化后并入主物流；
步骤2：汽化后的物料与来自压缩机12的气相物料(由一甲胺、三甲胺、氨组成)混合后进入高温换热器5加热至300～380℃，再由电加热器6加热至反应热点温度后进入反应器7；
步骤3：反应混合产物(含甲醇、氨、一甲胺、二甲胺、三甲胺、水、甲醇等)出反应器7温度约为390～450℃，与反应进料在高温换热器5换热至160℃至200℃后，再进入反应热回收换热器9中与蒸汽凝水换热，回收反应混合产物的潜热，使反应混合产物大部分冷凝至液态，反应混合产物在反应热回收换热器9中的出口温度为120～160℃。然后，反应物料在进入低温换热器3换热至80～100℃；
步骤4：冷却至液态的反应混合物再进入脱氨塔10(或者I塔)，塔底产物脱去混合物中的氨后进入后续精馏塔进行产物分离。塔顶物料采用气相采出，采出后经过压缩机12压缩至2.0～3.0Mpa后与其他反应原料气混合。
上述技术方案中，脱氨塔10的压力控制在1.5～2.0MpaG，反应器7的反应压力控制在1.9～3.0MpaG，脱氨塔10塔顶气相经过压缩后的压力略高于反应器7的操作压力，压缩机12的压缩比在1.5以下。脱氨塔10气相采出部分主要组分为氨、三甲胺和少量一甲胺，其经过高温换热器5换热后反应物料加热至反应进料所需温度，电加热器6一般只在开工过程中使用。反应热回收换热器9中反应产物将精馏工段收集的蒸汽凝水加热至160～180℃，然后在进入闪蒸罐进行闪蒸产生0.4～0.6MpaG的低压蒸汽，并入装置低压蒸汽管网或者单独作为各精馏塔的热媒进行加热用。也可在反应热回收换热器9直接加热产生蒸汽。
本工艺中液氨和甲醇返料单独汽化，由于液氨汽化温度要求低(65～75℃)，可采用低品位热源如蒸汽冷凝水、热水等等；
脱氨塔10塔顶采用气相出料，气相出料出口可以位于脱氨塔冷凝器11前，也可以位于脱氨塔冷凝器11后，也可以直接从脱氨塔冷凝器11上部直接抽出。脱氨塔冷凝器11可以由一组或者多组组成；出脱氨塔10气相由压缩机12增压后与其他反应原料气混合后再进入反应系统。
以10万吨混胺装置为例，目前传统工艺蒸汽能耗为6t蒸汽/t混胺产品，以年运行时间8000小时为基准，每小时需要的蒸汽量为75吨，其中脱氨塔为装置能耗大户，塔顶需要循环水2500～3000t/h(5℃温差)，若采用气相出料，可减少循环水1500t/h，同时该部分热量不再需要再行汽化，反应器出口热物料可副产15t/h低压蒸汽，混胺单耗可降低1.2吨，达到4.8t蒸汽/t混胺产品，年节省蒸汽12万吨，循环水减少1200万吨。
可见，本发明甲胺生产的节能工艺可大大降低脱氨塔塔顶冷却水用量，充分利用了反应工段产生的高品位热量，提高装置的运行经济性，有效降低了装置能耗，并有效减少甲胺装置的碳排放。

Claims (10)

1.一种用于甲胺生产的节能装置，其特征在于，包括第一原料入口（1）、第二原料入口（2）、低温换热器（3）、汽化器（4）、高温换热器（5）、电加热器（6）、反应器（7）以及液氨汽化器（8），所述第一原料入口（1）与低温换热器（3）的低温介质入口相连，低温换热器（3）的低温介质出口与汽化器（4）连接后再与高温换热器（5）的低温介质入口相连，高温换热器（5）的低温介质出口与电加热器（6）连接后再与反应器（7）的物料入口相连，第二原料入口（2）与液氨汽化器（8）连接后再与高温换热器（5）的低温介质入口管路相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于甲胺生产的节能装置，其特征在于，所述装置还包括反应热回收换热器（9）、脱氨塔（10）、脱氨塔冷凝器（11）以及压缩机（12），所述反应器（7）的物料出口与高温换热器（5）的高温介质入口相连，高温换热器（5）的高温介质出口连接反应热回收换热器（9）的高温介质入口，反应热回收换热器（9）的高温介质出口与低温换热器（3）的高温介质入口相连，低温换热器（3）的高温介质出口与脱氨塔（10）连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于甲胺生产的节能装置，其特征在于，所述脱氨塔（10）设置有塔顶产物出口（101）和塔底产物出口（102），所述塔顶产物出口（101）的管路上设置有压缩机（12）并与高温换热器（5）的低温介质入口管路相连；在脱氨塔（10）的顶部设置有脱氨塔冷凝器（11），在脱氨塔（10）的底部还设置有脱氨塔再沸器（13），脱氨塔（10）的塔底产物出口（102）与精馏塔连通。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
S1：来自配料工段的甲醇及返料产物通过第一原料入口（1）进入，经过低温换热器（3）换热至100~140℃后，部分液相物料汽化，汽化分率约为0.3~1，再进入汽化器（4）用低压蒸汽加热至140~180℃，物料在汽化器（4）内全部汽化；液氨来自配料工段的液氨储罐，通过第二原料入口（2）进入，在液氨汽化器（8）中汽化后并入第一原料主物流；
S2：汽化后的原料物料与来自压缩机（12）的气相物料混合后进入高温换热器（5）加热至300~380℃，再由电加热器（6）加热至反应热点温度后进入反应器（7）进行反应；
S3：出反应器（7）的反应混合产物温度约为390~450℃，与反应进料在高温换热器（5）换热至160~200℃后，再进入反应热回收换热器（9）中与蒸汽凝水换热，回收反应混合产物的潜热并产生二次低压蒸汽或者有压热水，使反应混合产物大部分冷凝至液态，反应混合产物在反应热回收换热器（9）中的出口温度为120~160℃，然后反应物料再进入低温换热器（3）换热至80~90℃后进入脱氨塔（10）；
S4：反应混合物在进入脱氨塔（10）后，塔底产物脱去混合物中的氨后进入后续精馏塔进行产物分离，塔顶物料采用气相从塔顶产物出口（101）采出，采出后经过压缩机（12）压缩至2.0~3.0Mpa后与其他反应原料气混合。
5.根据权利要求4所述的一种用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，其特征在于，所述脱氨塔（10）的操作压力为1.5~2.0Mpa，反应器（7）操作压力为1.9~3.0Mpa，压缩机（12）出口压力为2.0~3.1Mpa，压缩机（12）出口压力高于反应器（7）操作压力。
6.根据权利要求4所述的一种用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，其特征在于，液氮和甲醇返料采用单独汽化工艺，液氨汽化温度低，液氨汽化器（8）采用低品位热源。
7.根据权利要求4所述的一种用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，其特征在于，所述脱氨塔塔顶采用气相出料，并设置有脱氨塔冷凝器（11）进行冷凝，所述脱氨塔冷凝器（11）为一组或多组。
8.根据权利要求4所述的一种用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，其特征在于，在脱氨塔（10）底部设置有脱氨塔再沸器（13），脱氨塔（10）塔底的产物经过脱氨塔再沸器（13）处理后，脱去液态反应混合物中的氨，从塔顶产物出口（101）采出，其他反应混合物从塔底产物出口（102）排出后进行精馏塔进行产物分离。
9.根据权利要求4所述的一种用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，其特征在于，从脱氨塔（10）的塔顶产物出口（101）采出的气相产物，通过压缩机（12）增压后与其他反应原料气混合后再进入甲胺反应系统。
10.根据权利要求4所述的一种用于甲胺生产的节能装置的生产工艺，其特征在于，从塔顶产物出口（101）采出的气相产物包括一甲胺、三甲胺以及氨；出反应器（7）的反应混合产物包括甲醇、氨、一甲胺、二甲胺、三甲胺、水。
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