CN116617951A - 非均相氨肟化反应分离装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术领域，公开了一种非均相氨肟化反应分离装置及方法，非均相氨肟化反应分离装置包括反应釜、分离塔和输送管线，输送管线上设有第一预混合器以用于向反应液中混入萃取剂，分离塔内设有自上而下依次设置的第一过滤器、旋流装置和第二过滤器，旋流装置连接于输送管线并能够将反应液与萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开；位于第一过滤器以上的分离塔上设有第一排液口以用于排出轻相通过第一过滤器过滤出的氨肟化反应物，位于第二过滤器以下的分离塔上设有第二排液口以用于排出重相通过第二过滤器过滤出的不含催化剂的水溶液。相比于现有技术，本发明大大减小了非均相氨肟化反应的设备投资和操作难度。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体地涉及一种非均相氨肟化反应分离装置及方法。
背景技术
在相关技术中，环己酮肟是合成己内酰胺的关键中间体，经贝克曼重排后制备己内酰胺，是制备纤维锦纶6和工程塑料的重要原料。目前，环己酮肟普遍利用环己酮氨肟化反应来制备，其反应过程如下所示：
目前工业上环己酮肟的生产大多采用的是在叔丁醇等惰性溶剂存在下进行的均相反应，从目前国内生产装置来看，这种均相反应工艺在后续的分离过程中存在着流程长、路线复杂、消耗高等缺陷；如在肟化反应产物与催化剂的分离过程中以及肟化产物自身的提纯过程中需要进行萃取、水洗、精馏精制等工序，因此需要消耗大量的蒸汽和萃取剂，并产生大量的生产废水。
又如反应体系中加入了大量沸点低、易燃、易爆的叔丁醇作为溶剂(叔丁醇占体系的比例为40％-50％)，其与水互溶形成了均相体系，这样会使反应中温度不宜控制太高，从而不仅会影响环己酮的转化率及环己酮肟的选择性，而且溶剂叔丁醇循环回收设备投资大、能源消耗高，不利于工业化生产。
如果采用非均相的氨肟化法生产环己酮肟，即在无叔丁醇等惰性溶剂存在下，氨、双氧水、环己酮直接在催化剂作用下进行非均相反应生成环己酮肟，可以避免有机溶剂的使用，降低溶剂回收时的能耗，减少副反应的发生，副产物降低，反应产物杂质含量少，进而后续精制的压力相对较小。为了适应非均相的氨肟化法生产环己酮肟，减少氨肟化全流程的设备投资，节能降耗，有必要对非均相氨肟化反应装置进一步改造，让其化繁为简。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有非均相氨肟化反应设备投资成本高的问题，提供一种非均相氨肟化反应分离装置及方法，该反应分离装置能够减少非均相氨肟化反应的设备投资，实现节能降耗。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种非均相氨肟化反应分离装置，包括反应釜、分离塔以及设置在所述反应釜和所述分离塔之间的用于输送反应液的输送管线，所述输送管线上设有第一预混合器以用于向所述反应液中混入萃取剂；所述分离塔内设有自上而下依次设置的第一过滤器、旋流装置和第二过滤器，所述旋流装置连接于所述输送管线并设置为能够将所述反应液与所述萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开；位于所述第一过滤器以上的所述分离塔上设有第一排液口以用于排出所述轻相通过所述第一过滤器过滤出的氨肟化反应物，位于所述第二过滤器以下的所述分离塔上设有第二排液口以用于排出所述重相通过所述第二过滤器过滤出的不含催化剂的水溶液。
可选地，所述第一排液口通过第一管线连通至重排反应系统。
可选地，所述第二排液口通过第二管线连通至水萃取塔。
可选地，位于所述第一过滤器与所述第二过滤器之间的所述分离塔上设有第三排液口以用于排出富含催化剂的水溶液。
可选地，所述第三排液口通过第三管线连通至所述反应釜的循环泵入口。
可选地，与所述第二排液口相连接的第二管线上设有传感控制阀门，所述分离塔上设有界位计，所述界位计与所述传感控制阀门电连接以用于控制所述分离塔内所述轻相和所述重相的分界面。
可选地，所述分界面的最低位与所述第一过滤器的距离为8m-10m，所述分界面的最高位与所述第一过滤器的距离为2m-5m。
可选地，所述第一过滤器和所述第二过滤器为盲端过滤膜管。
可选地，所述第一过滤器的过滤孔径为18μm-22μm，更优选为20μm。
可选地，所述第二过滤器的过滤孔径为0.2μm-0.5μm，更优选为0.5μm。
可选地，位于所述旋流装置下方的所述分离塔内设有分布器以用于向所述分离塔内的液相中混入所述萃取剂。
可选地，所述输送管线上还设有第二预混合器，所述第二预混合器用于向进入所述第一预混合器的所述反应液中混入双氧水。
可选地，所述分离塔的上端连接有排气管线以用于将尾气排放至尾气吸收塔。
可选地，用于向所述第一预混合器中输入所述萃取剂的进料管线上设有流量控制阀门，所述流量控制阀门和所述分离塔的温度检测装置均与DCS控制装置电连接以形成联锁控制，所述DCS控制装置设置为能够根据所述温度检测装置监测的温度信号控制所述流量控制阀门的开度，以使得所述分离塔内的操作温度控制在75℃-85℃。
本发明第二方面提供了一种非均相氨肟化反应分离方法，所述方法包括向非均相氨肟化反应的反应液中混入萃取剂，然后将所述反应液与所述萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开，再将所述轻相中的氨肟化反应物和所述重相中不含催化剂的水溶液分别过滤出来。
可选地，所述方法还包括在所述反应液中混入所述萃取剂之前，向所述反应液中混入双氧水。
可选地，所述双氧水的浓度为27.5wt％-50wt％。
可选地，所述萃取剂为正己烷、正戊烷或环己烷中的一种或一种以上的混合物。
可选地，所述反应液中的肟与所述萃取剂的质量比为1：(2-10)。
可选地，将所述轻相与所述重相分离开的操作温度控制在75℃-85℃，操作压力控制在绝压0.5MPa-0.6MPa。
可选地，所述方法在前述的非均相氨肟化反应分离装置中进行。
通过上述技术方案，将非均相氨肟化反应、萃取和分离在一组设备中实现，特别是在本发明提供的分离塔内，利用旋流装置将反应液与萃取剂形成的混合液中的轻相与重相分离开，并进一步利用分离塔内间隔设置的第一过滤器和第二过滤器同时将氨肟化反应物、不含催化剂的水溶液和富含催化剂的水溶液分离开来，从而大大减小了非均相氨肟化反应的设备投资和操作难度，相比于现有的非均相氨肟化反应装置，本发明直接节约了一台肟化旋流预分离罐、两台保安过滤器和三台错流膜过滤器。
附图说明
图1是本发明提供的一种非均相氨肟化反应分离装置的结构示意图。
附图标记说明
100、反应釜；110、输送管线；111、第一预混合器；1111、进料管线；112、第二预混合器；120、流量控制阀门；200、分离塔；201、第一排液口；2011、第一管线；202、第二排液口；2021、第二管线；2022、传感控制阀门；203、第三排液口；2031、第三管线；204、排气管线；210、第一过滤器；220、旋流装置；230、第二过滤器；240、界位计；250、温度检测装置；260、分布器；300、重排反应系统；400、水萃取塔；500、尾气吸收塔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如前所述，本发明提供了一种非均相氨肟化反应分离装置，包括反应釜100、分离塔200以及设置在所述反应釜100和所述分离塔200之间的用于输送反应液的输送管线110，所述输送管线110上设有第一预混合器111以用于向所述反应液中混入萃取剂；所述分离塔200内设有自上而下依次设置的第一过滤器210、旋流装置220和第二过滤器230，所述旋流装置220连接于所述输送管线110并设置为能够将所述反应液与所述萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开；位于所述第一过滤器210以上的所述分离塔200上设有第一排液口201以用于排出所述轻相通过所述第一过滤器210过滤出的氨肟化反应物，位于所述第二过滤器230以下的所述分离塔200上设有第二排液口202以用于排出所述重相通过所述第二过滤器230过滤出的不含催化剂的水溶液。
本发明中，非均相氨肟化反应是在反应釜100中进行的，具体是双氧水与氨气在催化剂的作用下先生成羟胺，羟胺再与环己酮发生无催化反应生成环己酮肟，得到含有氨肟化反应物和催化剂的反应液。
在现有的非均相氨肟化反应装置中，从反应釜100出来的反应液分为两股，一股去肟化旋流预分离罐和后面的保安过滤器，进肟化旋流预分离罐前有一个预混合器，侧面通入环己烷，与正面进入的反应液在预混合器内充分混合后进入肟化旋流预分离罐，上层烷肟去保安过滤器进一步进行烷肟与水的分离，下层含有催化剂的水溶液回反应釜100；上层的烷肟去水洗塔脱除铵根离子。另一股去错流膜，经过滤后，被拦截下来的浊液(含催化剂)回反应釜，清液(96％水、3％肟、1％盐类无机杂质)去水萃取塔，经环己烷萃取(脱除无机杂质)后再去水洗塔。
通过本发明提供的非均相氨肟化反应分离装置，将非均相氨肟化反应、萃取和分离在一组设备中实现，特别是在本发明提供的分离塔200内，利用旋流装置220将反应液与萃取剂形成的混合液中的轻相与重相分离开，并进一步利用分离塔200内间隔设置的第一过滤器210和第二过滤器230同时将氨肟化反应物、不含催化剂的水溶液和富含催化剂的水溶液分离开来，从而大大减小了非均相氨肟化反应的设备投资和操作难度，相比于现有的非均相氨肟化反应装置，本发明直接节约了一台肟化旋流预分离罐、两台保安过滤器和三台错流膜过滤器。
本发明中，所述旋流装置220是通过旋流离心力，利用密度差原理，将反应液与萃取剂形成的混合液中的轻相与重相分离开，其中上层轻相为含氨肟化反应物的萃取剂，下层重相为含催化剂的水溶液。所述旋流装置220具体可选择公告号为“CN204815922U”的中国实用新型专利申请中公开的旋流过滤装置。
可以理解的是，本发明中的氨肟化反应物是贝克曼重排反应的重要原料，为此，在一些实施例中，所述第一排液口201通过第一管线2011连通至重排反应系统300，即通过第一管线2011将第一过滤器210过滤出来的氨肟化反应物输送到重排反应系统300。
在一些实施例中，所述第二排液口202通过第二管线2021连通至水萃取塔400中，即通过第二管线2021将第二过滤器230过滤出来的不含催化剂的水溶液输送至水萃取塔400。
在一些实施例中，位于所述第一过滤器210与所述第二过滤器230之间的所述分离塔200上设有第三排液口203以用于排出富含催化剂的水溶液；进一步的，所述第三排液口203通过第三管线2031连通至所述反应釜100的循环泵入口；即通过第三管线2031将富含催化剂的水溶液输送回反应釜100以重新利用。
需要说明的是，本发明中，所述分离塔200内混合液的液位应保持在一定高度，以确保旋流装置220的可靠运行。在一些实施例中，与所述第二排液口202相连接的第二管线2021上设有传感控制阀门2022，所述分离塔200上设有界位计240，所述界位计240与所述传感控制阀门2022电连接以用于控制所述分离塔200内所述轻相和所述重相的分界面。
具体的，结合图1所示，所述界位计240通过与传感控制阀门2022的配合，将分离塔200内轻相与重相的分界面控制在L1a-L1b之间，其中，L1a是分界面的最低位，L1b是分界面的最高位。
在一些实施例中，为了确保旋流装置220能够更好地将混合液中的轻相和重相分离开并高效地通过第一过滤器210过滤出氨肟化反应物，所述分界面的最低位与所述第一过滤器210的距离为8m-10m，所述分界面的最高位与所述第一过滤器210的距离为2m-5m。
在本发明中，第一过滤器210的作用是过滤出轻相中的氨肟化反应物，第二过滤器230的作用是过滤出重相中不含催化剂的水溶液，也即，通过第一过滤器210和第二过滤器230将催化剂拦截在二者之间的分离塔200内。在一些实施例中，所述第一过滤器210和所述第二过滤器230为盲端过滤膜管；为了更好地拦截催化剂，以分别过滤出氨肟化反应物和不含催化剂的水溶液，所述第一过滤器210的过滤孔径为18μm-22μm，更优选为20μm；所述第二过滤器230的过滤孔径为0.2μm-0.5μm，更优选为0.5μm。
可以理解的是，所述盲端过滤膜管均匀分布在筛板孔内，实现氨肟化反应物和不含催化剂的水溶液的过滤，在一些实施例中，所述盲端过滤膜管的数量设置为800根。
在一些实施例中，位于所述旋流装置220下方的所述分离塔200内设有分布器260以用于向所述分离塔200内的液相中混入所述萃取剂。通过向分离塔200内的液相中混入萃取剂，对液相中的肟实现进一步的萃取。
本申请的发明人发现，从化学计量关系上看，环己酮氨肟化反应为等摩尔反应，双氧水、氨气和环己酮在理论上的摩尔配比为1：1：1。从反应动力学角度来说，适当提高氨酮比和水(双氧水)酮比将有利于反应向目的产物转化，提高环己酮的转化率。
由于氨气、双氧水是过量的，理想状态下的环己酮应该无剩余，但由于反应温度、操作压力以及混合度的关系，加上环己酮氨肟化反应过程中存在复杂的串级和平行竞争反应，比如羟胺还未与环己酮完全接触就在高温下分解成氮气、氨气和水，导致羟胺量不足，环己酮过剩，所以反应液中会有PPM级的环己酮存在。
为此，在本发明的一些实施例中，所述输送管线110上还设有第二预混合器112，所述第二预混合器112用于向进入所述第一预混合器111的所述反应液中混入双氧水。也就是说，从反应釜100出来的反应液，先混入双氧水，然后再混入萃取剂，再进入到位于分离塔200内的旋流装置220中。通过向反应液中通入双氧水，相当于实现了二次非均相氨肟化反应，避免了现有技术中客观存在的氨肟化反应不够充分的问题，将反应釜100中未反应完的铵根离子和环己酮反应完全，显著提升了环己酮的转化率。
本申请的发明人发现，基于本发明提供的非均相氨肟化反应分离装置，在仅有第一预混合器111的方案中，环己酮的转化率为98.5％，而设置第一预混合器111和第二预混合器112的方案中，环己酮的转化率高达99.9％，由此可见，通过二次加入双氧水的方式能够显著提升反应体系中环己酮的转化率，使现有非均相氨肟化反应体系中的铵根离子和环己酮能够反应完全。
在一些实施例中，所述分离塔200的上端连接有排气管线204以用于将尾气排放至尾气吸收塔500。需要说明的是，在该实施方式中，由于向反应液中加入的双氧水引发了二次非均相氨肟化反应，该二次非均相氨肟化反应生成了一些尾气，例如一氧化二氮等，通过设置排气管线204可以将尾气及时排放到尾气吸收塔500中加以处理，以免对周边环境造成污染。
可以理解的是，在本发明中，由于向反应液中加入的双氧水引发了二次非均相氨肟化反应，使得反应液的温度升高，而温度升高后并不利于分离塔200中的物质分离。基于此，在本发明的一些实施例中，用于向所述第一预混合器111中输入所述萃取剂的进料管线1111上设有流量控制阀门120，所述流量控制阀门120和所述分离塔200的温度检测装置250均与DCS控制装置电连接以形成联锁控制，所述DCS控制装置设置为能够根据所述温度检测装置250监测的温度信号控制所述流量控制阀门120的开度，以使得所述分离塔200内的操作温度控制在75℃-85℃。
由于萃取剂的温度相对较低，通过控制萃取剂的加入量来控制分离塔200内的温度，使塔内温度维持在75℃-85℃之间，以便更好地分离氨肟化反应物和含催化剂的水溶液。
本发明第二方面提供了一种非均相氨肟化反应分离方法，所述方法包括向非均相氨肟化反应的反应液中混入萃取剂，然后将所述反应液与所述萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开，再将所述轻相中的氨肟化反应物和所述重相中不含催化剂的水溶液分别过滤出来。
在本发明提供的方法中，通过将非均相氨肟化反应的反应液与萃取剂混合，通过萃取剂将氨肟化反应物萃取出来，再将反应液与萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开来，含有氨肟化反应物的萃取剂大量存在于所述轻相中，含有催化剂的水溶液大量存在于所述重相中，再对轻相进行过滤，得到氨肟化反应物，以及对重相进行过滤，得到不含催化剂的水溶液。基于本发明提供的方法，显著的减小了非均相氨肟化反应的设备投资和操作难度。
进一步的，所述方法还包括在所述反应液中混入所述萃取剂之前，向所述反应液中混入双氧水；通过向反应液中混入双氧水，相当于实现了二次非均相氨肟化反应，避免了现有技术中客观存在的氨肟化反应不够充分的问题，将未反应完的铵根离子和环己酮反应完全，显著提升了环己酮的转化率。
本发明中，所述双氧水的加入是为了将反应液中未反应完的铵根离子和环己酮反应完全，在一些实施例中，所述双氧水的浓度为27.5wt％-50wt％。
本发明中，萃取剂的作用是萃取出反应液中的氨肟化反应物，本发明对所述萃取剂的种类不做特殊限定，只要能够萃取出氨肟化反应物即可，所述萃取剂可以为本领域人员所熟知的，例如所述萃取剂为正己烷、正戊烷或环己烷中的一种或一种以上的混合物。
进一步的，在本发明中，所述反应液中的肟与所述萃取剂的质量比为1：(2-10)。
根据本发明提供的方法，为了更好地分离氨肟化反应物和含催化剂的水溶液，将所述轻相与所述重相分离开的操作温度控制在75℃-85℃，操作压力控制在绝压0.5MPa-0.6MPa。
在本发明的一种实施方式中，所述方法在前述的非均相氨肟化反应分离装置中进行。在该实施方式中，通过将非均相氨肟化反应、萃取和分离在一组设备中实现，特别是利用旋流装置220将反应液与萃取剂形成的混合液中的轻相与重相分离开，并进一步利用第一过滤器210和第二过滤器230分别将氨肟化反应物、不含催化剂的水溶液和富含催化剂的水溶液分离开来，从而大大减小了非均相氨肟化反应的设备投资和操作难度。
在一些实施例中，所述的方法还包括将所述过滤器过滤得到的氨肟化反应物输送至重排反应系统300；如此，可直接将氨肟化反应物用于贝克曼重排反应中。
在一些实施例中，所述的方法还包括将所述过滤器过滤得到的不含催化剂的水溶液输送至水萃取塔400。
在一些实施例中，所述的方法还包括将所述过滤器分离得到的富含催化剂的水溶液输送至所述反应釜100的循环泵入口，如此，可直接将富含催化剂的水溶液直接回用到反应釜100中。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种非均相氨肟化反应分离装置，其特征在于，包括反应釜(100)、分离塔(200)以及设置在所述反应釜(100)和所述分离塔(200)之间的用于输送反应液的输送管线(110)，所述输送管线(110)上设有第一预混合器(111)以用于向所述反应液中混入萃取剂；
所述分离塔(200)内设有自上而下依次设置的第一过滤器(210)、旋流装置(220)和第二过滤器(230)，所述旋流装置(220)连接于所述输送管线(110)并设置为能够将所述反应液与所述萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开；
位于所述第一过滤器(210)以上的所述分离塔(200)上设有第一排液口(201)以用于排出所述轻相通过所述第一过滤器(210)过滤出的氨肟化反应物，位于所述第二过滤器(230)以下的所述分离塔(200)上设有第二排液口(202)以用于排出所述重相通过所述第二过滤器(230)过滤出的不含催化剂的水溶液。
2.根据权利要求1所述的非均相氨肟化反应分离装置，其特征在于，所述第一排液口(201)通过第一管线(2011)连通至重排反应系统(300)；
优选地，所述第二排液口(202)通过第二管线(2021)连通至水萃取塔(400)；
优选地，位于所述第一过滤器(210)与所述第二过滤器(230)之间的所述分离塔(200)上设有第三排液口(203)以用于排出富含催化剂的水溶液；
优选地，所述第三排液口(203)通过第三管线(2031)连通至所述反应釜(100)的循环泵入口。
3.根据权利要求1所述的非均相氨肟化反应分离装置，其特征在于，与所述第二排液口(202)相连接的第二管线(2021)上设有传感控制阀门(2022)，所述分离塔(200)上设有界位计(240)，所述界位计(240)与所述传感控制阀门(2022)电连接以用于控制所述分离塔(200)内所述轻相和所述重相的分界面；
优选地，所述分界面的最低位与所述第一过滤器(210)的距离为8m-10m，所述分界面的最高位与所述第一过滤器(210)的距离为2m-5m。
4.根据权利要求1所述的非均相氨肟化反应分离装置，其特征在于，所述第一过滤器(210)和所述第二过滤器(230)为盲端过滤膜管；
优选地，所述第一过滤器(210)的过滤孔径为18μm-22μm，更优选为20μm；
优选地，所述第二过滤器(230)的过滤孔径为0.2μm-0.5μm，更优选为0.5μm。
5.根据权利要求1所述的非均相氨肟化反应分离装置，其特征在于，位于所述旋流装置(220)下方的所述分离塔(200)内设有分布器(260)以用于向所述分离塔(200)内的液相中混入所述萃取剂。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的非均相氨肟化反应分离装置，其特征在于，所述输送管线(110)上还设有第二预混合器(112)，所述第二预混合器(112)用于向进入所述第一预混合器(111)的所述反应液中混入双氧水；
优选地，所述分离塔(200)的上端连接有排气管线(204)以用于将尾气排放至尾气吸收塔(500)。
7.根据权利要求6所述的非均相氨肟化反应分离装置，其特征在于，用于向所述第一预混合器(111)中输入所述萃取剂的进料管线(1111)上设有流量控制阀门(120)，所述流量控制阀门(120)和所述分离塔(200)的温度检测装置(250)均与DCS控制装置电连接以形成联锁控制，所述DCS控制装置设置为能够根据所述温度检测装置(250)监测的温度信号控制所述流量控制阀门(120)的开度，以使得所述分离塔(200)内的操作温度控制在75℃-85℃。
8.一种非均相氨肟化反应分离方法，其特征在于，所述方法包括向非均相氨肟化反应的反应液中混入萃取剂，然后将所述反应液与所述萃取剂形成的混合液中的轻相和重相分离开，再将所述轻相中的氨肟化反应物和所述重相中不含催化剂的水溶液分别过滤出来。
9.根据权利要求8所述的非均相氨肟化反应分离方法，其特征在于，所述方法还包括在所述反应液中混入所述萃取剂之前，向所述反应液中混入双氧水；
优选地，所述双氧水的浓度为27.5wt％-50wt％；
优选地，所述萃取剂为正己烷、正戊烷或环己烷中的一种或一种以上的混合物；
优选地，所述反应液中的肟与所述萃取剂的质量比为1：(2-10)；
优选地，将所述轻相与所述重相分离开的操作温度控制在75℃-85℃，操作压力控制在绝压0.5MPa-0.6MPa。
10.根据权利要求8或9所述的非均相氨肟化反应分离方法，其特征在于，所述方法在权利要求1-7中任意一项所述的非均相氨肟化反应分离装置中进行。
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