CN214436584U - 一种生产高纯度n-甲基甲酰胺装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种生产高纯度N‑甲基甲酰胺装置；包括分别与甲酸甲酯管道和一甲胺管道相连的NMF反应器，所述NMF反应器通过用于去除杂质的连续精馏浓缩单元和用于进一步提纯以及保证连续生产的降膜结晶单元与产品储罐相连；所述的降膜结晶单元包括至少两个串联设置的降膜结晶器；具有结构简单、工作效率高、产品纯度高、适用于企业大规模推广的特点。

Description

一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置

技术领域

本实用新型属于高纯度N-甲基甲酰胺生产技术领域，具体为一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置。

背景技术

以煤为原料的合成氨工艺产能已达上千万吨，其下游产品也得到了大量开发，其中就包含甲酰胺类化合物。近十年由于安环形势的严峻，千吨级别酰胺类企业纷纷关停，由于下游市场有限，目前酰胺类企业寥寥无几，尤其是产品质量的原因，酰胺类产品更无法得到规模化的生产。近年来运行企业经过多次优化改造，使N-甲基甲酰胺(NMF)得到工业发展，尤其是在电子行业得到广泛应用，随着电子行业的发展，NMF市场需求将稳步前行；但由于目前国内N-甲基甲酰胺的纯度较低，严重制约了国内电子行业的发展。专利CN101024620A公开了NMF生产方法，但精制过程除了分离甲醇和重组分外，其他杂质的分离均无说明，也只能得到浓度较低的且杂质含量较高的NMF产品；该专利中由于副产物的含量严重影响了产品质量，无法达到纯度≥99.99％的电子级NMF产品。

实用新型内容

针对现有技术的不足，而提供一种利用NMF特殊物性，将NMF传统生产及精馏工艺与降膜结晶纯化工艺相结合，通过甲酸甲酯与一甲胺气化反应得NMF，后经过精馏、浓缩、以及多次降膜结晶和熔融得到高纯度NMF产品、以及能够实现连续化生产的，提高产物生产效率的生产高纯度N-甲基甲酰胺装置。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，包括分别与甲酸甲酯管道和一甲胺管道相连的NMF反应器，所述NMF反应器通过用于去除杂质的连续精馏浓缩单元和用于进一步提纯以及保证连续生产的降膜结晶单元与产品储罐相连；所述的降膜结晶单元包括至少两个串联设置的降膜结晶器。

优选的，所述连续精馏浓缩单元包括脱轻塔、浓缩塔以及浓缩液缓冲槽罐；脱轻塔的原料进口与NMF反应器底部的液相出口相连，脱轻塔底部的液相出口与浓缩塔的进口相连，浓缩塔底部的液相出口与浓缩液缓冲槽罐的进口相连。

优选的，所述脱轻塔的顶部气相出口与第一冷凝罐的进口相连，第一冷凝罐的出液口分别与NMF反应器的回流口和脱轻塔的回流口相连。

优选的，所述浓缩塔的顶部气相出口通过第二冷凝罐与甲醇水溶液储罐相连。

优选的，所述降膜结晶单元至少包括第一降膜结晶器和第二降膜结晶器，第一降膜结晶器的原料液进口通过原料泵与浓缩液缓冲槽罐底部的出液口相连，第一降膜结晶器的粗产品液出口与第二降膜结晶器的原料液进口相连，第二降膜结晶器的产品液出口与产品储罐相连。

优选的，所述第一降膜结晶器和第二降膜结晶器的结构相同，降膜结晶器的结晶管底部设有产品液出口、残液出口以及发汗液出口，产品液出口上设有带第一阀门的出液管道，产品液出口和第一阀门之间的出液管道上设有未结晶溶液物料循环部；降膜结晶器的结晶管底部相对应壳体上的出口和结晶管上部相对应壳体上的进口之间设有冷冻水循环部。

优选的，所述未结晶溶液物料循环部包括第一循环泵，第一循环泵通过第二阀门与原料液进口相连。

优选的，所述冷冻水循环部包括结晶管底部相对应壳体上的出口与第二循环泵相连，第二循环泵通过制冷加热控制系统与结晶管上部相对应壳体上的进口相连。

优选的，所述第一降膜结晶器和第二降膜结晶器发汗液出口分别通过各自相对应的第三阀门与中间品储罐相连。

优选的，所述第一降膜结晶器和第二降膜结晶器的残液出口分别通过各自相对应的第四阀门与残液接收罐相连，残液接收罐底部的液相出口通过残液泵与脱轻塔的残液进口相连。

按照上述方案制成的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其利用NMF熔点、沸点和溶解性与粗品中杂质中的甲醇、水和甲酸甲酯等组分差距较大的特点，将传统精馏工艺与降膜结晶工艺相结合，解决传统生产工艺只能生产浓度≥95％的NMF产品，且进一步的将传统精馏工艺改为脱轻塔和浓缩塔相结合的方式不仅实现了提高NMF产品纯度，还能够实现对原料以及副产品的回收再利用，且通过将多个降膜结晶装置进行串联的形式不仅进一步提高了NMF产品纯度，还能够实现连续产出NMF的特点，具有结构简单、工作效率高、产品纯度高、适用于企业大规模推广的特点。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图。

图中:

1-甲酸甲酯管道；2-一甲胺管道；3-NMF反应器；4-产品储罐；5-脱轻塔；6-浓缩塔；7-浓缩液缓冲槽罐；8-第一冷凝罐；9-第二冷凝罐；10-甲醇水溶液储罐；11-第一降膜结晶器；12-第二降膜结晶器；13-第一阀门；14-第一循环泵；15-第二循环泵；16-制冷加热控制系统；17-第二阀门；18-原料泵；19-第三阀门；20-中间品储罐；21-第四阀门；22-残液接收罐；23-残液泵。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参看图1：本实用新型为一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，包括分别与甲酸甲酯管道1和一甲胺管道2相连的NMF反应器3，所述NMF反应器3通过用于去除杂质的连续精馏浓缩单元和用于进一步提纯以及保证连续生产的降膜结晶单元与产品储罐4相连；所述的降膜结晶单元包括至少两个串联设置的降膜结晶器。通过上述设置能够实现对N-甲基甲酰胺实现多次提纯，最终实现NMF的纯度达到电子级；同时本实用新型通过将至少两个降膜结晶器串联设置，能够有效实现连续生产，即多个降膜结晶器能够实现同时工作，以达到提高生产效率的目的。

进一步地，所述连续精馏浓缩单元包括脱轻塔5、浓缩塔6以及浓缩液缓冲槽罐7；脱轻塔5的原料进口与NMF反应器3底部的液相出口相连，脱轻塔5底部的液相出口与浓缩塔6的进口相连，浓缩塔6底部的液相出口与浓缩液缓冲槽罐7的进口相连。所述脱轻塔5的顶部气相出口与第一冷凝罐8的进口相连，第一冷凝罐8的出液口分别与NMF反应器3的回流口和脱轻塔5的回流口相连。所述浓缩塔6的顶部气相出口通过第二冷凝罐9与甲醇水溶液储罐10相连。通过设置脱轻塔5能够对N-甲基甲酰胺装置进行提纯的同时实现对原料的回收，通过设置浓缩塔6能够实现对N-甲基甲酰胺装置的提纯以及对副产品的有效回收。

进一步地，所述降膜结晶单元至少包括第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12，第一降膜结晶器11的原料液进口通过原料泵18与浓缩液缓冲槽罐7底部的出液口相连，第一降膜结晶器11的粗产品液出口与第二降膜结晶器12的原料液进口相连，第二降膜结晶器12的产品液出口与产品储罐4相连。通过设置第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12能够实现上述两个降膜结晶器同时工作，不仅有效的提供工作效率还能够实现最终的产品为电子级的N-甲基甲酰胺；如：浓缩液缓冲槽罐7收集原料液，第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12同时工作，当第二降膜结晶器12工作完毕后将产品送至产品储罐4的同时浓缩液缓冲槽罐7向第一降膜结晶器11中供应原料，第一降膜结晶器11向第二降膜结晶器12内供应原料。

进一步地，所述第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12的结构相同，降膜结晶器的结晶管底部设有产品液出口、残液出口以及发汗液出口，原料液出口上设有带第一阀门13的出液管道，产品液出口和第一阀门13之间的出液管道上设有未结晶溶液物料循环部；降膜结晶器的结晶管底部相对应壳体上的出口和结晶管上部相对应壳体上的进口之间设有冷冻水循环部。通过设置未结晶溶液物料循环部能够实现对原料的有效利用，以提高产出率避免发生原料浪费的情况；通过设置残液出口能够实现对残液的回收再利用，通过设置冷却水循环部能够实现对降膜结晶器内部温度的控制。本实用新型中所述的降膜结晶器可以在市场上直接购置，其内部均设有用于结晶的列管或结晶管，其为本领域的常规技术手段且不是要求保护的重点，因此不再详细赘述。

进一步地，所述未结晶溶液物料循环部包括第一循环泵14，第一循环泵14通过第二阀门17与原料液进口相连。

进一步地，所述冷冻水循环部包括结晶管底部相对应壳体上的出口与第二循环泵15相连，第二循环泵15通过制冷加热控制系统16与结晶管上部相对应壳体上的进口相连。本实用新型中所述的制冷加热控制系统16可以在市场上直接购置，该控制系统可以采用电的形式实现温度的升降，也可以采用换热的方式实现温度的升降；本实用新型中冷冻水循环部内的介质是浓度为35％的乙二醇水溶液。

进一步地，所述第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12的发汗液出口分别通过各自相对应的第三阀门19与中间品储罐20相连。

进一步地，所述第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12的残液出口分别通过各自相对应的第四阀门21与残液接收罐22相连，残液接收罐22底部的液相出口通过残液泵23与脱轻塔5的残液进口相连。

在使用本实用新型的过程中，所述甲酸甲酯管道1内的甲酸甲酯和一甲胺管道2内的一甲胺分别以液相的形式进入NMF反应器3内进行反应，其得到的反应产物通过管道从NMF反应器3底部进入脱轻塔5内，并在脱轻塔5中脱除未反应完全的、沸点较低的甲酸甲酯与一甲胺，粗产品中的产品含量达70％～85％；所述轻组分由脱轻塔5塔顶的气相出口出来进入第一冷凝罐8进行冷凝，部分冷凝液回流至脱轻塔5中，另一部分部分冷凝液经管道输送至NMF反应器3内实现回收再利用；所述脱轻塔5塔底部液体经管道输送至浓缩塔6内，浓缩塔6内塔底粗产品浓度达80～95％，其余组分主要为甲醇、水和少量甲酸甲酯；经过浓缩塔6浓缩后的塔顶气相进入第二冷凝罐9中回收甲醇水溶液，所述浓缩塔6塔底浓缩液经管道输送至浓缩液缓冲槽罐7内至此完成产品连续精馏工序；所述浓缩液缓冲槽罐7内的浓缩液经原料泵18输送至第一降膜结晶器11中；第一降膜结晶器11中NMF晶体熔融后产品纯度达99.0％～99.9％，经管道输送至第二降膜结晶器12内，经一级降膜结晶后结晶残液进入残液接收罐22内，发汗液进入中间品储罐20中；然后第二降膜结晶器12对晶体熔融后的NMF进一步结晶提纯，使产品的纯度达99.99％以上，金属离子在20ppb以下后进入产品储罐4内；经第二降膜结晶器12进行二级降膜结晶后，结晶残液去残液接收罐22，收集后残液后通过残液泵23送至脱轻塔5内继续精馏提纯，经第二降膜结晶器12进行二级降膜结晶后的发汗液去中间品储罐20中。所述第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12为列管式结晶器，所述制冷加热控制系统16分别可以控制第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12的结晶和熔融温度。

实验例

使用一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置的生产工艺包括如下步骤：

步骤一：甲酸甲酯管道1内的甲酸甲酯和一甲胺管道2内的一甲胺分别以液相的形式进入NMF反应器3内进行反应，其得到的反应产物通过管道从NMF反应器3底部进入脱轻塔5内；所述NMF反应器3的反应温度为：35～60℃，压力为：0.1～0.3MPa，反应产物含目标产物NMF和杂质甲醇、水、甲酸甲酯、一甲胺等组分；

步骤二：所述脱轻塔5内的塔釜温度为85～125℃，塔顶温度为50～65℃，压力为：-0.1～-0.01MPa，沸点较低的产品从塔顶脱出，脱轻后塔底粗NMF产品浓度达70％-85％，粗NMF产品通过脱轻塔5的底部进入浓缩塔6中；该脱轻塔5的目的主要用于脱除未反应的甲酸甲酯和一甲胺；

步骤三：所述浓缩塔6的塔釜温度为95～145℃，压力为：-0.15～-0.05MPa，进一步脱除沸点介于脱轻塔塔顶物质与NMF沸点的杂质甲醇和水，浓缩后塔底NMF产品浓度达80～95％，产品中仍含有甲醇、水、甲酸甲酯等组分，至此完成产品的精馏操作；精馏操作完毕后的NMF产品进入浓缩液缓冲槽罐7内即可；

步骤四：(1)一次结晶：浓缩液经原料泵18输送至第一降膜结晶器11中，在第一降膜结晶器11内，制冷加热控制系统16将冷冻水的温度控制至-12～0℃，浓缩液从料液分布器沿结晶管内壁流下，冷却水和未结晶溶液物料分别通过第一循环泵14和第二循环泵15保持循环，以3～6℃/h的速度降温至-18～-12℃，低温保持30min，使NMF充分结晶，未结晶残液经管道输送至残液接收罐22内；(2)部分熔融：以3～6℃/h的速度将冷冻水温度升至至-12～-6℃，保温30min，使一次结晶步骤中所得NMF结晶部分熔融发汗，将发汗液体收集至中间品储罐20内，并在第一降膜结晶器11中得到NMF晶层；(3)融化：将冷冻水温度升高至3℃以上，至部分熔融阶段得到的NMF晶层全部熔融，作为第二降膜结晶器12的进料；上述(1)、(2)和(3)的过程分别通过控制第一阀门13、第二阀门17、第三阀门19和第四阀门21开关来完成产品的分离；当上述进入一次结晶时，第二阀门17和2第三阀门19开启，第一阀门13和第四阀门21关闭；部分熔融时第一阀门13、第二阀门17、第三阀门19和第四阀门21均处于关闭状态，处于融化阶段时第一阀门13开启，第二阀门17、第三阀门19和第四阀门21处于关闭状态。

步骤五：当第二降膜结晶器12进料后，制冷加热控制系统16将冷冻水温度控制至-12～0℃，一级降膜结晶器底部来的一次结晶后熔融的NMF一次品从料液分布器沿结晶管内壁流下，冷冻水和未结晶溶液物料分别通过第一循环泵14和第二循环泵15保持循环；详细步骤可参考步骤四，本步骤融化阶段NMF熔液直接进入产品储罐4即可；

上述步骤四和本步骤中的发汗液均进入中间品储罐20内，残液均进入残液接收罐22中，其阀门的控制可参考步骤四。

步骤六：所述第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12各自对应设置有制冷加热控制系统16，制冷加热控制系统16用于提供第一降膜结晶器11和第二降膜结晶器12内的冷量，使上述步骤四和步骤五形成连续结晶与熔融过程，以提高系统操作效率，加快装置产能。

本实用新型通过上述步骤得到的NMF纯度为99.998％，上述装置以及工艺具有保温良好，且通过密闭系统中进行操作，残液循环利用，安全环保；本实用新型能够将精馏与降膜结晶技术相结合，打破传统NMF合成、精馏工艺只能得到浓度≥95％的NMF产品，且通过浓缩液缓冲槽罐7实现对浓缩液的收集并实现缓冲，由多级串联的降膜结晶器实现连续生产，以实现提高系统操作效率和降低系统运行成本的特点。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，包括分别与甲酸甲酯管道（1）和一甲胺管道（2）相连的NMF反应器（3），其特征在于：所述NMF反应器（3）通过用于去除杂质的连续精馏浓缩单元和用于进一步提纯以及保证连续生产的降膜结晶单元与产品储罐（4）相连；

所述的降膜结晶单元包括至少两个串联设置的降膜结晶器。

2.根据权利要求1所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述连续精馏浓缩单元包括脱轻塔（5）、浓缩塔（6）以及浓缩液缓冲槽罐（7）；

脱轻塔（5）的原料进口与NMF反应器（3）底部的液相出口相连，脱轻塔（5）底部的液相出口与浓缩塔（6）的进口相连，浓缩塔（6）底部的液相出口与浓缩液缓冲槽罐（7）的进口相连。

3.根据权利要求2所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述脱轻塔（5）的顶部气相出口与第一冷凝罐（8）的进口相连，第一冷凝罐（8）的出液口分别与NMF反应器（3）的回流口和脱轻塔（5）的回流口相连。

4.根据权利要求2所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述浓缩塔（6）的顶部气相出口通过第二冷凝罐（9）与甲醇水溶液储罐（10）相连。

5.根据权利要求1所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述降膜结晶单元至少包括第一降膜结晶器（11）和第二降膜结晶器（12），第一降膜结晶器（11）的原料液进口通过原料泵（18）与浓缩液缓冲槽罐（7）底部的出液口相连，第一降膜结晶器（11）的粗产品液出口与第二降膜结晶器（12）的原料液进口相连，第二降膜结晶器（12）的产品液出口与产品储罐（4）相连。

6.根据权利要求5所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述第一降膜结晶器（11）和第二降膜结晶器（12）的结构相同，降膜结晶器的结晶管底部设有原料液出口、残液出口以及发汗液出口，产品液出口上设有带第一阀门（13）的出液管道，产品液出口和第一阀门（13）之间的出液管道上设有未结晶溶液物料循环部；降膜结晶器的结晶管底部相对应壳体上的出口和结晶管顶部相对应壳体上的进口之间设有冷冻水循环部。

7.根据权利要求6所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述未结晶溶液物料循环部包括第一循环泵（14），第一循环泵（14）通过第二阀门（17）与原料液进口相连。

8.根据权利要求6所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述冷冻水循环部包括结晶管底部相对应壳体上的出口与第二循环泵（15）相连，第二循环泵（15）通过制冷加热控制系统（16）与结晶管上部相对应壳体上的进口相连。

9.根据权利要求6所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述第一降膜结晶器（11）和第二降膜结晶器（12）的发汗液出口分别通过各自相对应的第三阀门（19）与中间品储罐（20）相连。

10.根据权利要求6所述的一种生产高纯度N-甲基甲酰胺装置，其特征在于：所述第一降膜结晶器（11）和第二降膜结晶器（12）的残液出口分别通过各自相对应的第四阀门（21）与残液接收罐（22）相连，残液接收罐（22）底部的液相出口通过残液泵（23）与脱轻塔（5）的残液进口相连。

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