CN1321990C - 环氧丙烷生产用单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应生产装置及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化工产品的生产装置和生产方法，具体涉及的是制取环氧丙烷过程中丙烯氯醇化反应生成氯丙醇的生产装置和生产方法。生产装置包括：原料水和氯气入口管线、管式氯气速溶次氯酸反应器、次氯酸出口管线、次氯酸和丙烯汇合管线、管式氯醇化反应器、氯丙醇出口管线，丙烯混合液出口管线，丙烯速溶混合管，丙烯与循环氯丙醇入口管线。并提出了丙烯氯醇化制取氯丙醇环氧丙烷生产用单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应的生产方法。采用本装置及生产方法可实现生产过程管道化，设备投资少、生产能力大，操作弹性大；使得氯醇化反应过程中，氯气与丙烯无气相接触，氯醇化反应器出口氯丙醇浓度高，副产物少。

Description

环氧丙烷生产用单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应生产装置及生产方法

技术领域

本发明涉及一种化工产品的生产装置和生产方法，具体涉及的是制取环氧丙烷过程中丙烯氯醇化反应生成氯丙醇的生产装置和生产方法。

背景技术

环氧丙烷是重要的基本有机化工原料，是丙烯的重要工业衍生物。我国目前环氧丙烷生产均采用氯醇法。

氯醇法生产环氧丙烷包括丙烯氯醇化生成氯丙醇，氯丙醇皂化生成粗环氧丙烷，粗环氧丙烷精制获取合格环氧丙烷。其中丙烯氯醇化反应生成氯丙醇是关键生产步骤。氯醇化反应过程所用设备大至可分为四种类型：单塔反应设备，多塔反应设备，管式反应设备和管塔结合反应设备。

单塔反应设备为一个单塔氯醇化反应器再加上一个次氯酸反应器的氯丙醇生产设备。其结构如图1所示。氯气预先在次氯酸反应器中溶解于水，并生成次氯酸，然后再进入氯醇化反应器与丙烯反应生成氯丙醇；丙烯从氯醇化反应器底部加入。由于反应不完全，塔式氯醇化反应器的上部装有卧式气液分离器，以回收过量的丙烯。

为解决单塔反应设备反应不完全，收率较低等问题人们提出了用多个单塔反应器串联作为氯醇化反应设备。图2是由三个氯醇化反应器串联使用的氯醇化反应设备。在三塔串联氯醇化反应设备内，每一塔式氯醇化反应器配有一台次氯酸反应器和一台塔顶气液分离器。图3也是三塔串联氯醇化反应设备，其结构为反应设备由三个塔式氯醇化反应器，三个次氯酸反应器及一台共用的卧式气液分离器构成，卧式气液分离器内设有隔板，使氯丙醇浓度逐步提高。

管式反应设备如图4所不。在管式氯醇化反应设备中，氯气与水经喷射泵预先混合生成次氯酸，然后使次氯酸与丙烯在管内混合发生氯醇化反应。管式氯醇化反应设备结构简单、设备材料用量少，采用此种设备进行氯醇化反应，追求的是气液接触好，无轴向返混，氯丙醇选择性好，转化率高，设备生产能力强。目前的管式氯醇化反应器为空管反应器，还未能实现上述目的。

管塔结合式氯醇化反应设备，是采用管式反应器与塔式反应器串联使用的氯醇化反应设备。其结构如图5所示。

塔式氯醇化反应设备或多塔串联氯醇化反应设备结构复杂，所需投资较高，操作控制较为复杂，反应器出口氯丙醇浓度低，设备单位生产能力低，且采用此种氯丙醇反应设备副产物偏高。管式反应设备结构简单，物料在反应器内轴向返混少。但目前的管式反应器为空管反应器，为实现高效的径向混合需提高物料在反应器内的流速，能耗较高；在低流速下操作时，仍无法实现平推流，物料在反应器内的停留时间仍不均匀。另外，现有的管式氯醇化反应器使用原料水经喷射器抽取氯气，使水与氯气混合生成次氯酸，再与丙烯进行反应，生产中不能保证氯气与丙烯无气相接触。氯气与丙烯出现气相接触是生成副产物的最主要原因。

发明内容

本发明提供一种投资少，结构简单，产量范围宽，可使氯气与丙烯无气相接触、副产物少、易于操作的环氧丙烷生产用管式丙烯氯醇化反应装置。

本发明的另一目的是提供一种新的丙烯氯醇化制取氯丙醇的生产方法，以推进环氧丙烷生产技术进步。

采用的技术方案是：

在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的装置包括：原料水和氯气入口管线、管式氯气速溶次氯酸反应器、次氯酸出口管线、次氯酸和丙烯汇合管线、管式氯醇化反应器、氯丙醇出口管线，丙烯混合液出口管线，丙烯速溶混合管，丙烯与循环氯丙醇入口管线。

原料水和氯气入口管线与管式氯气速溶次氯酸反应器入口相联，管式氯气速溶次氯酸反应器出口与次氯酸出口管线相联，丙烯和循环氯丙醇入口管线与丙烯速溶混合管入口相联，丙烯速溶混合管出口与丙烯混合液出口管线相联，次氯酸出口管线和丙烯混合液出口管线与次氯酸和丙烯汇合管线相联，次氯酸和丙烯汇合管线的另一端与管式氯醇化反应器入口相联，管式氯醇化反应器出口与氯丙醇出口管线相联。

上述管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器为直管、曲管或直管与曲管组合；原料水与氯气入口管线、次氯酸出口管线、次氯酸与丙烯汇合管线、氯丙醇出口管线、丙烯与循环氯丙醇入口管线、丙烯混合液出口管线为直管线、曲管线或直管线与曲管线组合。

上述管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器为整体式或分段组合式；分段组合式的段间组合方式为对接连接或通过连接管连接；连接采用焊接、法兰连接或螺纹连接；段与段间的直径相同或不同。

上述管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器内固设有对在其内流动的物料产生混合作用的螺旋片和芯轴，芯轴为实心轴或空心轴；管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器内同一横截面上布置一组数量为n≥1的螺旋片，螺旋片为左旋式或右旋式，螺旋片间的夹角为α＝0～180°；管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器内沿轴向可设置多组螺旋片，相邻两组螺旋片沿圆周方向错开β＝0～90°角度布置；相邻两组螺旋片沿轴线方向首尾相联，或保持一些距离布置。

上述管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器内的螺旋片全部或部分用化工填料或混合元件代替；用化工填料或混合元件代替螺旋片时不设置芯轴；或管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器为空管；管式氯气速溶次氯酸反应器、丙烯速溶混合管、管式氯醇化反应器管壁外侧设置夹套，或不设置夹套。

原料水与氯气汇合处、循环氯丙醇与丙烯、次氯酸与丙烯混合液或次氯酸与丙烯汇合处设置喷射器。

在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的方法的技术要点是：

①原料水和氯气进入管式氯气速溶次氯酸反应器，在内设螺旋片的作用下边流动、边混合、边反应，生成次氯酸经次氯酸出口管线流出；②丙烯和循环氯丙醇进入丙烯速溶混合管，在内设螺旋片的作用下边流动、边混合，形成丙烯混合液后，由丙烯混合液出口管线流出；③次氯酸与丙烯混合液(或丙烯)经次氯酸和丙烯汇合管线进入管式氯醇化反应器；④次氯酸与丙烯混合液(或丙烯)在管式氯醇化反应器内设螺旋片的作用下边流动、边混合、边反应，生成的氯丙醇由氯丙醇出口管线流出；⑤原料水与氯气进入管式氯气速溶次氯酸反应器的推动力由泵、位差或压强差提供；或由流动的原料水经喷射器抽吸氯气后进入氯气速溶次氯酸反应器；⑥循环氯丙醇与丙烯进入丙烯速溶混合管的推动力由泵、位差或压强差提供；或由流动的循环氯丙醇经喷射器抽引丙烯后进入丙烯速溶混合管；⑦原料水和氯气分别直接进入氯气速溶次氯酸反应器；⑧循环氯丙醇和丙烯分别进入丙烯速溶混合管；⑨次氯酸和丙烯混合液(或丙烯)分别直接进入管式氯醇化反应器；⑩在次氯酸和丙烯混合液汇合处设喷射器，由一股物料抽吸另一股物料。

本发明具有如下优点：

1.生产过程实现了管道化，设备投资少、生产能力大，操作弹性大；

2.氯醇化反应过程中，氯气与丙烯无气相接触，氯醇化反应器出口氯丙醇浓度高，副产物少；

3.参与反应的物料在反应器内只有径向混合，无轴向返混；

4.参与反应的物料在反应器内的停留时间均匀，实现了平推流反应；

5.丙烯与氯气的进料摩尔比可接近1，无需过量丙烯；

6.装置无运动构件，不易出现故障，可增加有效的生产时间。

附图说明

图1是带有次氯酸反应器的单塔丙烯氯醇化反应装置示意图；

图2是三塔串联丙烯氯醇化反应装置示意图；

图3是三塔串联共用一个卧式气液分离器的丙烯氯醇化反应装置示意图；

图4是带有喷射器的管式丙烯氯醇化反应设备示意图；

图5是管塔结合式丙烯氯醇化反应装置示意图；

图6是带有管式氯气速溶次氯酸反应器和丙烯速溶混合管的环氧丙烷生产用单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应装置示意图；

图7是带有管式氯气速溶次氯酸反应器的环氧丙烷生产用单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应装置示意图；

图8是单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应装置中管式氯气速溶次氯酸反应器、管式氯醇化反应器、丙烯速溶混合管轴向剖面图；

图9是单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应装置中管式氯气速溶次氯酸反应器、管式氯醇化反应器、丙烯速溶混合管横向剖面图；

图10是左旋螺旋片示意图；

图11是右旋螺旋片示意图。

具体实施方式

实施例一

环氧丙烷生产用单管多旋静态混合管式氯醇化反应生产装置，包括原料水和氯气入口管线1、管式氯气速溶次氯酸反应器2、次氯酸出口管线3、次氯酸和丙烯汇合管线4、管式氯醇化反应器5、氯丙醇出口管线6、丙烯混合液出口管线7、丙烯速溶混合管8、丙烯和循环氯丙醇入口管线9。上述管式氯气速溶次氯酸反应器2、管式氯醇化反应器5、丙烯速溶混合管8内设置空心芯轴和螺旋片，沿横截面设置每组三片螺旋片，螺旋片间的夹角α＝120°，轴向相邻的两组旋向不同的螺旋片首尾相接，沿圆周方向错开β＝60°角布置。如图8、9所示左旋的螺旋片10与右旋的螺旋片11首尾相接，以芯轴12为轴心呈径向分布状。

具体安装方式：原料水和氯气入口管线1与管式氯气速溶次氯酸反应器2入口相联，管式氯气速溶次氯酸反应器2出口与次氯酸出口管线3相联，丙烯和循环氯丙醇入口管线9与丙烯速溶混合管8入口相联，丙烯速溶混合管8出口与丙烯混合液出口管线7相联，次氯酸出口管线3和丙烯混合液出口管线7与次氯酸和丙烯汇合管线4相联，次氯酸和丙烯汇合管线4与管式氯醇化反应器5的入口相联，管式氯醇化反应器5的出口与氯丙醇出口管线6相联。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于管式氯气速溶次氯酸反应器2、管式氯醇化反应器5、丙烯速溶混合管8内设置的混合构件为化工填料鲍尔环。

实施例三

实施例三与实施例一基本相同，不同之处在于管式氯气速溶次氯酸反应器2、管式氯醇化反应器5、丙烯速溶混合管内设的混合构件为化工填料板波纹。

实施例四

实施例四与实施例一基本相同，不同之处在于次氯酸出口管线3和混合丙烯出口管线直接与管式氯醇化反应器5相联，无需次氯酸和丙烯汇合管4。

实施例五

实施例五与实施例一基本相同，不同之处在于装置中无丙烯和循环氯丙醇入口管线9及氯气速溶混合管8。

实施例六

环氧丙烷生产用单管多旋静态混合管式丙烯氯醇化反应生产方法，包括原料水与氯气经原料水和氯气入口管线1进入管式氯气速溶次氯酸反应器2，反应生成次氯酸；丙烯与循环氯丙醇经丙烯和循环氯丙醇入口管线9进入丙烯速溶混合管8形成丙烯混合液；由次氯酸出口管线3流出的次氯酸和由丙烯混合液出口管线7流出的丙烯混合液在次氯酸和丙烯汇合管线4汇合后进入管式氯醇化反应器5，反应生成的氯丙醇由氯丙醇出口管线6流出。

实施例七

实施例七与实施例六基本相同，不同之处在于操作中无循环氯丙醇，无丙烯速溶操作，丙烯可直接经管线7与次氯酸汇合后进入管式氯醇化反应器5。

实施例八

实施例八与实施例六基本相同，不同之处在于原料水与氯气不经过原料水和氯气入口管线1而分别直接进入管式氯气速溶次氯酸反应器2；丙烯与循环氯丙醇不经丙烯和循环氯丙醇入口管线9而分别进入丙烯速溶混合管8；次氯酸与丙烯混合液不经次氯酸和丙烯汇合管4而分别直接进入管式氯醇化反应器5。

Claims (10)

1.在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的装置，包括原料水和氯气入口管线、管式氯气速溶次氯酸反应器、次氯酸出口管线、次氯酸和丙烯汇合管线、管式氯醇化反应器、氯丙醇出口管线、丙烯混合液出口管线、丙烯速溶混合管、丙烯和循环氯丙醇入口管线，其特征在于：原料水和氯气入口管线(1)与管式氯气速溶次氯酸反应器(2)入口相联，管式氯气速溶次氯酸反应器(2)出口与次氯酸出口管线(3)相联，丙烯和循环氯丙醇入口管线(9)与丙烯速溶混合管(8)入口相联，丙烯速溶混合管(8)出口与丙烯混合液出口管线(7)相联，次氯酸出口管线(3)和丙烯混合液出口管线(7)与次氯酸和丙烯汇合管线(4)相联，次氯酸和丙烯汇合管线(4)的另一端与管式氯醇化反应器(5)入口相联，管式氯醇化反应器(5)出口与氯丙醇出口管线(6)相联。

2.根据权利要求1所述的在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的装置，其特征在于：管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管(8)为直管、曲管或直管与曲管组合；原料水和氯气入口管线(1)、次氯酸出口管线(3)、次氯酸和丙烯汇合管线(4)、氯丙醇出口管线(6)、丙烯混合液出口管线(7)、丙烯和循环氯丙醇入口管线(9)为直管线或曲管线，或为直管线和曲管线组合。

3.根据权利要求1所述的在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的装置，其特征在于：管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管(8)为整体式或分段组合式；分段组合式的段间组合方式为对接连接或通过连接管连接，连接采用焊接、法兰连接或螺纹连接；段与段间的直径相同或不同。

4.根据权利要求1所述的在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的装置，其特征在于：管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管(8)内固设有对在其内流动的物料产生混合作用的螺旋片(10)、(11)和芯轴(12)；芯轴(12)为空心轴或实心轴；沿管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管(8)内同一横截面上设置一组数量为n≥1的螺旋片(10)或(11)，螺旋片(10)或(11)间的夹角为α＝0～180°；沿管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管(8)内轴线方向设置多组螺旋片(10)或(11)，相邻两组螺旋片(10)或(11)沿圆周方向错开β＝0～90°角布置；相邻两组螺旋片(10)或(11)沿轴线方向首尾相联，或有距离布置。

5.根据权利要求4所述的在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的装置，其特征在于：管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管(8)内的螺旋片(10)或(11)全部或部分用化工填料或混合元件代替；用化工填料或混合元件代替螺旋片时不设置芯轴(12)；或管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管(8)为空管；管式氯气速溶次氯酸反应器(2)、管式氯醇化反应器(5)、丙烯速溶混合管管壁外侧设置夹套或不设置夹套。

6.在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的方法，其特征在于：原料水与氯气经原料水和氯气入口管线(1)进入管式氯气速溶次氯酸反应器(2)后边流动、边混合、边反应，生成的次氯酸经次氯酸出口管线(3)流出；丙烯与循环氯丙醇经丙烯和循环氯丙醇入口管线(9)进入丙烯速溶混合管(8)后边流动、边混合，形成的丙烯混合液由丙烯混合液出口管线(7)流出；次氯酸与丙烯混合液经次氯酸和丙烯汇合管线(4)进入管式氯醇化反应器边流动、边混合、边反应，生成的氯丙醇由氯丙醇出口管线(6)流出。

7.在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的方法，其特征在于：原料水与氯气经原料水和氯气入口管线(1)进入管式氯气速溶次氯酸反应器(2)后边流动、边混合、边反应，生成的次氯酸经次氯酸出口管线(3)流出；丙烯直接与次氯酸汇合经次氯酸和丙烯汇合管线(4)进入管式氯醇化反应器(5)，边流动、边混合、边反应，生成的氯丙醇由氯丙醇出口管线(6)流出。

8.根据权利要求6或7所述的在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的方法，其特征在于：原料水与氯气汇合处、循环氯丙醇与丙烯汇合处、次氯酸与丙烯混合物或丙烯汇合处采用喷射器由一股物料抽吸另一股物料。

9.根据权利要求6或7所述的在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的方法，其特征在于：原料水与氯气进入管式氯气速溶次氯酸反应器(5)、循环氯丙醇与丙烯进入丙烯速溶混合管(8)、次氯酸与丙烯混合液或丙烯进入管式氯醇化反应器的推动力由泵、位差或压强差提供。

10.根据权利要求6或7所述的在环氧丙烷生产中使用单管多旋静态混合管进行丙烯氯醇化反应的方法，其特征在于：原料水与氯气不经过原料水和氯气入口管线(1)而直接进入管式氯气速溶次氯酸反应器(2)；丙烯与循环氯丙醇不经丙烯和循环氯丙醇入口管线(9)而直接进入丙烯速溶混合管(8)；次氯酸与丙烯混合液或丙烯不经过次氯酸和丙烯汇合管线(4)而直接进入管式氯醇化反应器(5)。

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