CN211586542U - 一种连续化临氢胺化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续化临氢胺化反应装置，其包括液氨罐、聚醚罐、预混器、反应器、冷凝器、气液分离器、脱氨塔、脱轻塔、产品罐、第一压缩机和第二压缩机；液氨罐和聚醚罐均连通预混器，预混器的混合料出口连通反应器的进料口，反应器的出料口经冷凝器连通气液分离器的第一进口，气液分离器的液体出口经出液管连通脱氨塔的第二进口，在出液管上安装有背压阀，脱氨塔的液相出口连通脱轻塔的第三进口，该脱轻塔的底部的产品出口连通产品罐；该气液分离器的气体出口经第二压缩机连通预混器；该脱氨塔的气相出口经第一压缩机连通液氨罐。利用该装置可以有效地稳定反应转化率与选择性。

Description

一种连续化临氢胺化反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种连续化临氢胺化反应装置。

背景技术

聚醚胺又称为端氨基聚醚或聚醚多胺，是一类主链为聚醚结构，末端基团为胺基活性官能团的聚合物。一般为含有活泼氢的仲胺基、伯胺基或多胺基基团封端的化合物，结构变化包括聚氧乙烯二胺、聚氧丙烯二胺、聚氧乙烯/氧丙烯二胺、聚氧丙烯三胺、聚四甲撑醚二胺等变化；且多是以相应的聚醚多元醇为原料，通过对末端羟基进行化学处理而得到的。通常的合成方式为高压间歇法或连续法。

间歇釜式生产工艺是将聚醚多元醇与镍催化剂充分混合，然后加入到高压反应釜中，开启搅拌，达到反应温度时加入氢气和液氨，反应完成后，进行降温泄压、排料等工序，使得氢气和氨大量排放，不但造成浪费且反应不能连续进行，催化剂在高速搅拌过程中损失较大。造成间歇釜式生产工艺成本高、污染大，产品质量不够稳定。

连续化的生产工艺是采用气、液、固三相的固定床进行临氢氨化反应。由于固定床的结构特点该工艺能够实现连续进料及出料，催化剂低损耗的特点，是目前合成端氨基聚醚最为可行的方式，产品质量稳定而且较为环保的一种方法。

现有大多数临氢胺反应设备多为滴流床，反应物料在催化剂床层实际空速度不能精确控制，一部分液相物料进入反应器后主要靠重力由反应器顶端流至底端出口，反应转化率与选择性往往不稳定。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种临氢胺化反应装置，利用该装置可以有效地稳定反应转化率与选择性，具体的具体技术方案如下：

一种连续化临氢胺化反应装置，其包括液氨罐、聚醚罐、预混器、反应器、冷凝器、气液分离器、脱氨塔、脱轻塔、产品罐、第一压缩机和第二压缩机；

在该预混器上设置有氢气进口、氨进口、聚醚进口和混合料出口，该液氨罐连通该氨进口，该聚醚罐连通该聚醚进口，该混合料出口连通反应器的进料口，该反应器的出料口连通冷凝器的热媒通道的进口，该冷凝器的热媒通道的出口连通气液分离器的第一进口，该气液分离器的液体出口经出液管连通脱氨塔的第二进口，在该出液管上安装有一背压阀，该脱氨塔的底部的液相出口连通脱轻塔的第三进口，在该脱轻塔的顶部设置有低沸点物料出口，该脱轻塔的底部的产品出口连通产品罐；该脱轻塔为一精馏塔；

该气液分离器的顶部的气体出口经第二管道连通第二压缩机的第二进气口，该第二压缩机的第二排气口连通预混器的氢气进口；

该脱氨塔的顶部的气相出口经第一管道连通第一压缩机的第一进气口，该第一压缩机的第一排气口连通液氨罐。

本实用新型在工作时，聚醚多元醇、液氨和氢首先进入到混合器内，进行混合，然后再进入到反应器内进行反应，完成反应后的混合料由反应器的顶端流出，进入冷凝器进行冷凝，从冷凝器排出的物料进入到气液分离器内进行分离，其中的液相经背压阀进入到脱氨塔内。从气液分离器的顶部排出的气相主要成分为氢，在经过第二压缩机压缩后返回系统继续利用。从冷凝器排出的液相在经由背压阀进入到脱氨塔内后，由于压力降低，进入到脱氨塔内的液相中的氨成为氨气，氨气从脱氨塔的顶部排出，完成脱氨处理，从脱氨塔排出的氨气由第一压缩机压缩后返回系统继续利用。从脱氨塔的底部排出的液相以聚醚胺为主，并进入到脱轻塔内进行蒸馏以除去小分子或低沸点产物，最终产物由脱轻塔底部流出进入到产品罐内。脱轻塔在工作时，压力为-0.08～-0.095MPa，温度为50～80℃。

具体地，该预混器包括一竖直方向延伸的圆筒，在该圆筒的上端和下端分别设置有顶板和底板，在该圆筒的底部沿周向均匀设置有三个喷射器，该三个喷射器的进口分别形成为氢气进口、氨进口和聚醚进口；该三个喷射器的出口伸入到该圆筒的内腔中，在该圆筒的顶板上设置有所述混合料出口，在圆筒的外侧设置有调温夹套。优选地，该三个喷嘴均水平设置，且位于同一高度。在喷射器的作用下，进入到预混器内的各原料能够顺利地完成混合，可有效地降低混合时间，提高混合效率和均匀度，为后续的均匀反应提高基础。

具体地，该反应器包括一沿竖直方向延伸的外壳，在该外壳的内腔中沿上下方向设置有至少两个催化剂装填区，在相邻的催化剂装填区之间设置有填料区，该催化剂装填区用于装填催化剂，该填料区用于装填填料；对应于每个催化剂装填区，在外壳的外侧均设置有一加热夹套；进料口设置在外壳的底部，出料口设置在外壳的顶部。优选地，该外壳的长径比为2～100。

该反应器中，设置至少两个催化剂装填区，并设置填料区进行间隔，以对反应器内的物料进行较为精准的控制，利用各加热夹套，能够分别对不同的催化剂装填区域进行温度调节，以使反应能够顺利进行。

为使物料在反应器内流动时能够均匀布置，在该外壳的内腔中设置有再分布器。

为对从气液分离器以及脱氨塔排出的气体进行干燥，在该第二管道上串联有一第二干燥器，该第二干燥器用于对从气液分离器排出的气体进行干燥。在该第一管道上串联有一第一干燥器，该第一干燥器用于对从脱氨塔排出的气体进行干燥。

为便于将脱轻塔所生产的物料用于其它生产系统，用于生产其它产品，在脱轻塔的底部设置有外排支管。利用该外排支管可以直接将脱轻塔内的物料连接到其它生产系统的原料管线上。

为便于对装置内各物料的质量进行检测，在出液管、第二管道和第一管道上均并联有一检测管，在每一检测管上均安装有一检测仪。

本实用新型中，反应器前设置预混器，能够有效的将反应原料、液氨、氢气按设定比例混合，并预热至所需反应温度。该混合方式较传统固定床反应器单一汇流，不同原料充分混合，分散均匀，反应物之间有效接触面积增大。同时在进入催化剂区域前能够预热至反应所需温度，尤其对较高粘度聚醚原料，能有效提高原料流动性并充分发挥催化剂活性，提高反应效率。

反应器采用底端进料方式，气、液相物料能够按设定流量匀速进料，物料与催化剂床层接触时间均一，与催化剂充分接触，能有效提高反应转化率并保证反应稳定性。采用本实用新型所述的连续化临氢胺化反应装置，经过临氢胺化反应后产品反应转化率≥99.8％，伯胺选择性≥99.85％。

反应过量的氢气、氨能够通过气液分离器进行分离，分离出的氢气经过干燥净化处理后，重新压缩并返回至进料管线，实现反应过量原料的循环套用，有效地减少浪费，降低工艺生产成本，并减少尾气排放带来的安全隐患及处理成本。

气、液产物管路上设置循环支路，可对反应物料进行截流，循环流体经色谱分析仪，对产物进行在线监测分析，实现对反应状态的实时监控。

临氢氨化反应产物经过脱轻塔脱除低沸点产物及小分子后，最终生成物为聚醚胺产品，可由脱轻塔底端，根据生产需求进入产品罐，或连接其他反应设备进行下一工艺单元的反应。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图。

图2是预混器的结构简图。

图3是图2中A-A向的截面图。

图4是反应器的结构简图。

具体实施方式

请参阅图1，一种连续化临氢胺化反应装置，其包括液氨罐12、聚醚罐14、预混器20、反应器30、冷凝器42、气液分离器46、脱氨塔51、脱轻塔55、产品罐59、第一压缩机66和第二压缩机68。该第一压缩机66用于对氨气进行压缩，第二压缩机用于对氢气进行压缩

请参阅图2和图3，该预混器20包括一竖直方向延伸的圆筒21，在该圆筒的上端和下端分别设置有顶板22和底板23，在该圆筒21的底部沿周向均匀设置有三个喷射器，该三个喷射器的进口分别形成为氢气进口27、氨进口25和聚醚进口26；该三个喷射器的出口伸入到该圆筒的内腔中，在该圆筒的顶板22上设置有混合料出口24。该三个喷嘴均水平设置，且位于同一高度。在圆筒的外侧设置有调温夹套28。

请参阅图4，该反应器30包括一沿竖直方向延伸的外壳31，在该外壳的内腔中沿上下方向设置有两个催化剂装填区，该两个催化剂装填区从下向上分别为第一催化剂装填区341和第二催化剂装填区342，在第一催化剂装填区341和第二催化剂装填区342之间设置有第二填料区332，在第一催化剂装填区341的下侧设置有第一填料区331，在第二催化剂装填区342的上侧设置有第三填料区333。

其中的第一催化剂装填区341和第二催化剂装填区342均用于装填催化剂，第一填料区331、第二填料区332和第三填料区333均用于装填填料。

对应于两个催化剂装填区，在外壳的外侧均设置有一加热夹套。具体为对应于第一催化剂装填区341，设置有第一加热夹套321，在该第一加热夹套上设置有第一热源进口3211和第一热源出口3212。

对应于第二催化剂装填区342，设置有第二加热夹套322，在该第二加热夹套上设置有第二热源进口3221和第一热源出口3222。

在外壳的顶部设置有出料口302，在外壳的底部设置有进料口301。

为使物料在向上流动时，能够均匀分布，在外壳的内腔中设置有再分布器38，该再分布器38一小头朝上的锥形管。

本实施例中，该外壳的长径比为3，在其它实施例中，该外壳的长径比还可以为2、5、10、20或100。

请继续参阅图1，该液氨罐经第一原料泵13连通该氨进口25，该聚醚罐经第二原料泵15连通该聚醚进口26，外接氢气源200经氢气计量计201连通氢气进口27。第一原料泵13用于将液氨罐内的液氨泵入到预混器20内，第二原料泵15将用于将聚醚罐内聚醚原料泵入到预混器20内。

预混器20的该混合料出口24连通反应器的进料口301，该反应器的出料口302连通冷凝器42的热媒通道的进口，该冷凝器的热媒通道的出口连通气液分离器46的第一进口461，该气液分离器46的底部的液体出口462经出液管468连通脱氨塔51的第二进口511，在该出液管468上安装有一背压阀49。

该脱氨塔51的底部的液相出口512连通脱轻塔55的第三进口551，在该脱轻塔55的顶部设置有低沸点物料出口553，该脱轻塔的底部的产品出口552连通产品罐59。该脱轻塔用于脱除小分子及低沸点副产物。该脱轻塔为一精馏塔。

该气液分离器46的顶部的气体出口463经第二管道802连通第二压缩机68的第二进气口，该第二压缩机的第二排气口经氢气计量计201后连通预混器的氢气进口。

从气液分离器46的顶部排出的气体以氢气为主，这些气体经第二压缩机压缩为高压气体返回到系统中循环使用，

该脱氨塔的顶部的气相出口513经第一管道经801连通第一压缩机66的第一进气口，该第一压缩机的第一排气口连通液氨罐12。

由于背压阀49使脱氨塔内的压力低于气液分离器内的压力，进入到脱氨塔51内的液体中的氨被脱出，形成氨气，这些氨气第一压缩机压缩为液氨，并返回到液氨罐12中，循环使用。

在本实施例中，为对从气液分离器和脱氨塔排出的气体进行干燥，在第二管道802上串联有一第二干燥器64，第二干燥器用于对从气液分离器排出的气体进行干燥。在该第一管道801上串联有一第一干燥器62，该第一干燥器用于对从脱氨塔排出的气体进行干燥。

在本实施例中，在脱轻塔的底部设置有外排支管556，经过该外排支管556，可以临氢胺化产物通入其他工艺单元直接使用，生产其它产品。为便于控制，在外排支管556上安装有切换三通阀557，该切换三通阀557为一进二出的电磁阀，该切换三通的进口连通脱轻塔，该切换三通的一个出口连通产品罐59。

为便于对各物料进行在线检测，在本实施例中，在出液管468、第二管道802和第一管道801上均设置有一检测装置，具体为在出液管468上设置有第一检测装置82，在第二管道802上设置有第二检测装置84，在第一管道801上设置有第三检测装置86。

以下仅以第三检测装置86为例，来说明各检测装置的结构，该第三检测装置86包括电磁阀A861和电磁阀B862两个三通电磁阀，其中电磁阀A861为一进二出的三通电磁阀，电磁阀B862为二进一出的三通电磁阀，且电磁阀A861更靠近脱氨塔51。检测仪86的进口连通电磁阀A861的一个出口，检测仪865的出口连通电磁阀B862的一个进口，利用两个三通电磁阀的流道切换，可以使第一管道801中的流体经过检测仪865进行检测。即在出液管、第二管道和第一管道上均并联有一检测管，在每一检测管上均安装有一检测仪。

具体的检测仪，可以根据具体的需要进行设置，利用可以为气相色谱仪、液相色谱仪或气相-质谱联用色谱仪中的一种。

本实施例在工作时，液氨通过第一原料泵的计量、聚醚多元醇经过第二原料泵的计量，氢气通过氢气计量计分别连续输入预混器内。预混器内被加热到设定温度，各物料在经过相应的喷嘴后高速进入到预混器内进行混合，完成混合的物料进入到反应器内，进行反应。完成反应的物料由反应器的顶部排出，进入到冷凝器内，物料被冷凝到设定温度后进入到气液分离器内。

以氢气为主的气相产物由气液分离器顶端输出，液相产物由气液分离器底端输出至脱氨塔。物料在脱氨塔进行脱氨，以氨气为主的气相产物由脱氨塔顶端输出，液相产物由脱氨塔底端输出至脱轻塔。脱轻塔在工作时，压力为-0.08～-0.095MPa，温度为50～80℃，具体的参数可根据需要进行选择。

以氢气为主的气相产物经过第二干燥器吸附水分及其他小分子后，输入第二压缩机，形成一定压力后汇入氢气气源管路；以氨为主的产物经过第一干燥器吸附水分及其他小分子后，输入第一压缩机液化后，输入原料液氨管路，完成氢气及液氨的回收套用。液相产物经背压阀进入脱轻塔，在一定压力、温度下，脱除小分子或低沸点产物，最终产物由脱轻塔底部流出，并可根据生产需要，由切换三通阀控制输入至产品罐收集，或连续输出至其他工艺单元进行下一步反应。

Claims (10)

1.一种连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，包括液氨罐、聚醚罐、预混器、反应器、冷凝器、气液分离器、脱氨塔、脱轻塔、产品罐、第一压缩机和第二压缩机；

在该预混器上设置有氢气进口、氨进口、聚醚进口和混合料出口，该液氨罐连通该氨进口，该聚醚罐连通该聚醚进口，该混合料出口连通反应器的进料口，该反应器的出料口连通冷凝器的热媒通道的进口，该冷凝器的热媒通道的出口连通气液分离器的第一进口，该气液分离器的液体出口经出液管连通脱氨塔的第二进口，在该出液管上安装有一背压阀，该脱氨塔的底部的液相出口连通脱轻塔的第三进口，在该脱轻塔的顶部设置有低沸点物料出口，该脱轻塔的底部的产品出口连通产品罐；该脱轻塔为一精馏塔；

该气液分离器的顶部的气体出口经第二管道连通第二压缩机的第二进气口，该第二压缩机的第二排气口连通预混器的氢气进口；

该脱氨塔的顶部的气相出口经第一管道连通第一压缩机的第一进气口，该第一压缩机的第一排气口连通液氨罐。

2.根据权利要求1所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

该预混器包括一竖直方向延伸的圆筒，在该圆筒的上端和下端分别设置有顶板和底板，在该圆筒的底部沿周向均匀设置有三个喷射器，该三个喷射器的进口分别形成为氢气进口、氨进口和聚醚进口；该三个喷射器的出口伸入到该圆筒的内腔中，在该圆筒的顶板上设置有所述混合料出口；在圆筒的外侧设置有调温夹套。

3.根据权利要求2所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

该三个喷嘴均水平设置，且位于同一高度。

4.根据权利要求1所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

该反应器包括一沿竖直方向延伸的外壳，在该外壳的内腔中沿上下方向设置有至少两个催化剂装填区，在相邻的催化剂装填区之间设置有填料区，该催化剂装填区用于装填催化剂，该填料区用于装填填料；对应于每个催化剂装填区，在外壳的外侧均设置有一加热夹套；进料口设置在外壳的底部，出料口设置在外壳的顶部。

5.根据权利要求4所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

在该外壳的内腔中设置有再分布器。

6.根据权利要求4所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

该外壳的长径比为2～100。

7.根据权利要求1所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

在该第二管道上串联有一第二干燥器，该第二干燥器用于对从气液分离器排出的气体进行干燥。

8.根据权利要求1所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

在该第一管道上串联有一第一干燥器，该第一干燥器用于对从脱氨塔排出的气体进行干燥。

9.根据权利要求1所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

在脱轻塔的底部设置有外排支管。

10.根据权利要求1所述的连续化临氢胺化反应装置，其特征在于，

在出液管、第二管道和第一管道上均并联有一检测管，在每一检测管上均安装有一检测仪。

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