CN217431708U

CN217431708U - 三乙胺除水装置

Info

Publication number: CN217431708U
Application number: CN202221064411.3U
Authority: CN
Inventors: 王喜鹏; 谭江南
Original assignee: Hubei Taisheng Chemical Co Ltd
Current assignee: Hubei Taisheng Chemical Co Ltd
Priority date: 2022-05-06
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2032-05-06

Abstract

本实用新型提供一种三乙胺除水装置，结晶液管道与液碱管道分别与混合器连接，混合器与一级重力层析器连接，一级重力层析器与一级静态分布器连接，一级静态分布器与二级重力层析器连接，二级重力层析器与二级静态分布器连接，二级静态分布器与脱水釜连接，脱水釜连接至静置槽。分碱槽与Y型过滤器连接，Y型过滤器经输料泵分别经管道与液碱管道及高位槽连接；高位槽经管道分别与一级静态分布器、二级静态分布器连接。解决草甘膦生产中回收三乙胺静置时间较长，水分偏高，影响草甘膦产品收率，彻底解决了脱水釜分碱浓碱的再利用，降低了原材料液碱的，减少了回收三乙胺作为原料带入的水分，提高了催化反应的速率，从而降低企业草甘膦生产成本。

Description

三乙胺除水装置

技术领域

本实用新型针对草甘膦生产中回收三乙胺水分装置进行设计改造，三乙胺在草甘膦生成过程中作为催化剂，在酸性条件下水解生产三乙胺盐酸盐，通过与氢氧化钠溶液进行中和将三乙胺置换出来，再回用至草甘膦生产，循环使用。在中和环节两级分层槽出口分别增加静态混合器，将置换出是三乙胺与氢氧化钠溶液再混合，进一步去除三乙胺中游离的水分，实现快速降低草甘膦生产中回收三乙胺水分的目的。

背景技术

草甘膦是目前世界范围内使用最广泛的除草剂品种。目前我国主要采用烷基酯法生产，以甲醇为反应溶剂，在催化剂三乙胺作用下，甘氨酸首先和多聚甲醛反应声场N,N-二羟甲基甘氨酸，再与亚磷酸二甲酯反应后加盐酸水解生成草甘膦。生产过程中需要大量的三乙胺作为催化剂，每生产1t草甘膦原药需三乙胺约0.9t，三乙胺产品质量好坏对草甘膦收率影响较大，特别是三乙胺水分指标的控制，通过一种方法降低三乙胺水分就显得尤为重要。

三乙胺连续回收工艺是将过滤出的结晶液和已知质量分数的氢氧化钠溶液按一定流量比（结晶液流量恒定，根据pH值控制氢氧化钠流量）连续进入混合器进行中和反应，并放出反应热。三乙胺在结晶液中的溶解度与温度有关，且易挥发，为控制混合液的温度，出混合器的中和液直接进入换热器，在进入重力层析器分层，上层油相进三乙胺脱水釜，用固体NaOH脱水后得到精三乙胺，经小静置槽、大静置槽充分静置后的得到合格的三乙胺去循环套用，静置时间需8-12h，三乙胺水分只能由0.8%下降至0.3%。下层水相经过滤后进回收精馏塔。

草甘膦合成为无水反应，随着原材料水分增加草甘膦收率明显降低，三乙胺在合成反应中为催化剂，本实用新型降低回收三乙胺水分后回用至合成工序，循环使用，对稳定控制并提高草甘膦收率至关重要。

该工艺方法虽实现了三乙胺连续回收，但三乙胺作为催化剂回用静置时间长、水分偏高，生产装置多且占地面积大，对草甘膦合成反应正方向进行不利。同时脱水釜中加入固体NaOH吸水后残留在釜底成高浓度液碱，不便于回用。综上，需通过改进回收工艺快速降低回收三乙胺水分迫在眉睫。

发明内容

三乙胺作为催化剂，为提高合成反应转化速率，降低三乙胺中水分，同时提高回收三乙胺的周转速率，从而提高产品收率。通过在一级重力层析器和二级层析器出口增加静态分布器，上层油相与高浓度液碱混合，使上层油相中游离的水被高浓度液碱吸附，经两级吸附后，再进脱水釜投加固体NaOH能够将回收三乙胺水分降低至0.1%以内，为草甘膦产品收率提高提供坚实基础。

本实用新型利用三乙胺理化性质，微溶于水，相对密度0.73g/cm³（水=1），在一级重力层析器和二级重力层析器出口增加静态分布器，将重力层析器上层油相三乙胺与高浓度液碱经静态分布器进一步去除三乙胺中游离水分。高浓度液碱来源为脱水釜投加片碱后吸水溶解的液碱，脱水釜上部三乙胺出料完毕后不排底，下一批次进料时开启回流泵将高浓度液碱与进料物料混合，在投加片碱前静置15min，将高浓度液碱排底并转料至楼顶高位槽，用于静态分布器中与三乙胺混合，依次循环。具体技术方案如下：

一种三乙胺除水装置，具体是草甘膦生产中回收三乙胺水分的生产装置，结晶液管道与液碱管道分别与混合器连接，混合器与一级重力层析器连接，一级重力层析器与一级静态分布器连接，一级静态分布器与二级重力层析器连接，二级重力层析器与二级静态分布器连接，二级静态分布器与脱水釜连接，脱水釜连接至静置槽。

脱水釜还与分碱槽连接；脱水釜至分碱槽的管道上设置有在线监测比重计及阀门一；脱水釜至静置槽的管道上设置有阀门二。

分碱槽与Y型过滤器连接，Y型过滤器经输料泵分别经管道与液碱管道及高位槽连接；Y型过滤器分别至液碱管道及高位槽的管道上分别设置有阀门三、阀门四。

高位槽经管道分别与一级静态分布器、二级静态分布器连接；

高位槽至一级静态分布器、二级静态分布器的管道上分别设置有阀门五、阀门六。

一级重力层析器、二级重力层析器底部经管道连接至精馏系统。

一级重力层析器、二级重力层析器为同等装置，重力层析器储罐底部为圆锥形，经管道与U型弯管连接，U型弯管顶部经气相平衡管与重力层析器顶部连接。

重力层析器储罐储罐的中部设置有十字形分布器，上部设置有溢流管；十字形分布器与U型弯管在除水过程中通过控制高度差实现除水的效果；十字形分布器与溢流管的高度差为三乙胺的高度。

十字形分布器上设置有筛孔，筛孔孔径为φ8-φ12。

重力层析器的结构设计重点是根据结晶液和液碱中和流量、结晶液中三乙胺含量设计U型弯高度，控制反应生成的三乙胺在重力层析器中的停留时间，停留时间越长则水分越低。内部通过十字分布器提高混合效果，使轻组分三乙胺和重组分碱结晶液有效分离，反应生产的轻组分三乙胺从分布器下层向上层移动，从而分离三乙胺中游离的水分子，进一步降低三乙胺含水量。

针对上述装置还进行三乙胺水分控制工艺，包括如下步骤：

（1）将结晶液与液碱加入混合器中进行中和反应，反应后的产物经换热后依次经重力层析器、静态分布器进行分层，分离得到的上层油相进入脱水釜；

（2）脱水釜内开启搅拌，投加片碱，持续搅拌至片碱全部融化，停止搅拌后静置，开启阀门一，将物料送至分碱槽；当在线监测脱水釜至分碱槽的物料的比重计数值小于1时，阀门一自动关闭，开启阀门二将三乙胺送至静置槽回用。

（3）分碱回用：分碱槽内液碱含量升高至60%-70%时，分碱槽的出口增加Y型过滤器，转运泵出口增加止回阀，经阀门三转至高位槽，再经静态分布器分布均匀后进入脱水釜，再次进行步骤（2）的工艺步骤，持续得到三乙胺。持续得到三乙胺的循环过程中，转至高位槽的液碱含量降低至40%-45%时，关闭阀门三，开启阀门四，将低浓度液碱转至混合器与结晶液进行中和使用。

步骤（1）中结晶液的pH值为1.0-1.5，含草甘膦1.2-2.0wt%，三乙胺22-28 wt %，三乙胺是以盐酸盐的形式存在；

液碱的质量浓度为38-42%，其中液碱与结晶液流量比为0.3-0.4；

中和反应后换热至40-50℃。

所述的重力层析器为两级重力层析器，即一级重力层析器、二级重力层析器；所述的静态分布器为两级静态分布器，即一级静态分布器、二级静态分布器。

本实用新型的重力层析器：主要控制分层面，分层面偏上则上层油相水分偏高，分层面偏下则下层水相中三乙胺含量增加，造成浪费。

重力层析器为圆锥形，结构设计重点是根据结晶液和液碱中和流量、结晶液中三乙胺含量设计U型弯高度，控制反应生成的三乙胺在重力层析器中的停留时间，停留时间越长则水分越低。内部通过十字分布器提高混合效果，使轻组分三乙胺和重组分碱结晶液有效分离，反应生产的轻组分三乙胺从分布器下层向上层移动，从而分离三乙胺中游离的水分子，进一步降低三乙胺含水量。

本实用新型的静态分布器：主要控制反应温度，不超55℃。静态分布器为槽式分布器，分为上槽和下槽两级，目的是使分层槽上层油相与高浓度液碱充分混合，三乙胺中游离水被高浓度液碱结合带走，从而进一步降低三乙胺水分。

步骤（2）中上层油相与片碱的投加质量比为0.005-0.02；停止搅拌后静置时间为20-30分钟。

步骤（3）中高位槽内的液碱分两支，分别与一级静态分布器、二级静态分布器连通进料；

先开启阀门五，经一级重力层析器出口分出的上层油相与液碱流量按照1：（4-8）进料至一级静态分布器；

经混合分布均匀后进入二级重力层析器，开启阀门六，经二级重力层析器出口分出的上层油相与中和液碱流量按照1：（8-13）进料至二级静态分布器；经混合分布均匀后进脱水釜，再次进行步骤（2）的工艺步骤，得到低水分含量的三乙胺。

本申请的十字分布器位置确定，在确定内径情况下，根据实际进料料确定上层三乙胺量，溢流口至分布器位置H减去U型弯高差即为上层三乙胺量，该上层三乙胺量能够满足反应生产三乙胺在分层槽停留时间不少于0.5h即可。

经混合分布均匀后进脱水釜，再次进行步骤（2）的工艺步骤，得到低水分含量的三乙胺。

采用本实用新型的装置进行的工艺过程中，一级重力层析器及二级重力层析器中控制十字形分布器22与U型弯管21的高度差为H4，

H4的公示为H2*ρ1/ρ2；

H2为三乙胺高度，H2=H1*V3/(V1+V2)；

H2-H4即为上层三乙胺的量，需控制三乙胺停留时间为20-30分钟。

H1为重力层析器内物料总高度，H1=(V1+V2)/S；

V1为中和母液量（m³），V1=V_母液；

V2为中和液碱量（m³），V2=K*V1；

V3为上层三乙胺（m³），V3=V1*ρ3* m/ρ1；

V4为下层母液（m³），V4=V1+V2-V3；

D为内径（m）；

S为内截面积（㎡），S=πD²/4；

ρ1为上层三乙胺比重（g/ml）；

ρ2为下层母液比重（g/ml）；

ρ3为中和母液比重（g/ml）；

K为液碱和母液流量比；

M为母液中含三乙胺质量分数。

本申请的U型弯高度位置即为分层槽中分层面处，在确定十字分布器位置后，增加高差即为U型弯高度。

本申请的内径D可根据现场实际情况设定。

本实用新型的技术方案，在投加片碱前脱水釜排底时，为避免将三乙胺排入高浓度液碱中，脱水釜停搅拌使物料用充分静置，增设比重感应仪，当比重降低时，自动关闭排底阀门。当浓碱含量降低至40%-45%时，将该部分液碱回用于三乙胺中和回收，节约液碱消耗。

经过两级静态分布器后上层油相进脱水釜，通过片碱进一步脱水后，回收三乙胺水分可降低至0.12%以下，后期通过静置槽静置4h，回收三乙胺水分可降低至0.10%以下。

本实用新型的技术方案快速降低草甘膦生产中回收三乙胺水分的工艺主要是在各级分层槽后增加两级静态分布器，并将脱水釜底部高浓度液碱进行回用，通过大比重差及离子亲和将分层槽中游离的水分子充分吸附，随着持续循环液碱浓度会逐渐降低，当低于一定值后转至前端三乙胺中和工序回用。结晶液与液碱中和重点控制pH值，通过在线监测pH计实时调整，使三乙胺充分析出，脱水釜底部增加在线监测比重计，因液碱与三乙胺比重相差较大，当比重发生变化时排底气动阀门立即关闭，避免将三乙胺排入分碱槽。

查阅文献资料水分对草甘膦收率具有显著的影响，参考文献见《水分含量、脱熔温度和盐酸量对草甘膦合成收率的影响》，李俊生，高云鹏，农药，2009.vol.48，No.8。见结果与讨论部分。

每批合成投加三乙胺量约2000kg，含水量下降0.2%，对应减少原材料中水分2000*0.2%=4kg，对草甘膦总收率影响约7%。

1%收率对应草甘膦实际产量12.06kg，按月产量1万吨计算，则可提高草甘膦产量0.01206*7*10000吨=882吨。

目前草甘膦市场价60000万/吨，则可增收5292万元。

采用本实用新型的技术方案，具有如下有益效果：通过在两级重力层析器之后加装两级静态分布器，同时对操作工艺优化，将高浓度液碱循环使用，不仅降低了液碱消耗，更重要的是通过高浓度液碱将三乙胺中游离的水分子吸附，降低了三乙胺水分，提高合成反应催化效率，从而提高草甘膦收率，有效降低了企业生产成本。同时，也解决了回收三乙胺静置时间长，生产装置占地面积大等情况，提高三乙胺周转速率，降低生产现场存储量及安全风险等级，使企业安全风险得到有效保障。

附图说明

图1为快速降低草甘膦生产中回收三乙胺水分的生产装置。1.混合器，2.一级重力层析器，3.一级静态分布器，4.二级重力层析器，5.二级静态分布器，6.脱水釜，7.分碱槽，8.Y型过滤器，9.高位槽，10.结晶液管道，11.液碱管道，12.在线监测比重计，13.阀门一，14.阀门二，15.阀门三，16.阀门四，17.阀门五，18.阀门六。

图2为重力层析器装置，其中，19.中和后结晶液管道，20.放空管，21.U型管，22.十字形分布器，23.溢流管，24.气相平衡管。

图3为十字形分布器，25. 筛孔。

具体实施方式

实施例1

一种快速降低草甘膦生产中回收三乙胺水分的生产装置，结晶液管道10与液碱管道11分别与混合器1连接，混合器1与一级重力层析器2连接，一级重力层析器2与一级静态分布器3连接，一级静态分布器3与二级重力层析器4连接，二级重力层析器4与二级静态分布器5连接，二级静态分布器5与脱水釜6连接，脱水釜6连接至静置槽。脱水釜6与分碱槽7连接；脱水釜6至分碱槽7的管道上设置有在线监测比重计12及阀门一13；脱水釜6至静置槽的管道上设置有阀门二14。

分碱槽7与Y型过滤器8连接，Y型过滤器8经输料泵分别经管道与液碱管道11及高位槽9连接；Y型过滤器8分别至液碱管道11及高位槽9的管道上分别设置有阀门三15、阀门四16。高位槽9经管道分别与一级静态分布器3、二级静态分布器5连接；高位槽9至一级静态分布器3、二级静态分布器5的管道上分别设置有阀门五17、阀门六18。一级重力层析器2、二级重力层析器4底部经管道连接至精馏系统。

一级重力层析器2、二级重力层析器4为同等装置，重力层析器储罐底部经管道与U型弯管21连接，U型弯管21顶部经气相平衡管24与重力层析器顶部连接。

重力层析器储罐储罐的中部设置有十字形分布器22，上部设置有溢流管23。十字形分布器22上设置有筛孔25，筛孔25孔径为φ8。

实施例2

结晶液理化性质：酸性，pH值1.0-1.5，含草甘膦约1.5%，含三乙胺约25%，水分含量为1.2%（为质量比，该部分三乙胺以盐酸盐的形势存在），为高盐、高总磷、高氨氮的物质。

采用实施例1的装置对草甘膦生产过程中回收三乙胺水分的工艺，包括如下步骤：

（1）液碱含量为40%，液碱与结晶液流量比为0.35加入混合器中进行中和反应，中和反应过程中通过控制液碱的量，使pH控制为10-10.8，反应后的产物经换热至50℃后依次经一级重力层析器、一级静态分布器、二级重力层析器、二级静态分布器进行分层，静态分布器控制反应温度，不超55℃，分离得到的上层油相进入脱水釜；

（2）脱水釜内进料至2/3的液位时，开启搅拌，投加片碱（0.025*2=0.05t），持续搅拌至片碱全部融化，停止搅拌静置30分钟，开启阀门一，将物料送至分碱槽；

（3）分碱回用：分碱槽内液碱含量升高至70%时，分碱槽的出口经Y型过滤器过滤，转运泵出口增加止回阀，经阀门三转至高位槽，用于静态分布器。

（4）静态分布器控制三乙胺水分：步骤（3）中高位槽内的液碱分两支与一级静态分布器、二级静态分布器连通进料，分别增加气动调节阀和流量计；经一级重力层析器的分层槽出口上层油相三乙胺水分约0.8%，开启阀门五，经一级重力层析器出口分出的上层油相与液碱流量按照1：5进料至一级静态分布器；经混合分布均匀后进入二级重力层析器，开启阀门六，经二级重力层析器出口分出的上层油相与中和液碱流量按照1：8进料至二级静态分布器；经混合分布均匀后进脱水釜，再次进行步骤（2）的工艺步骤，当在线监测脱水釜至分碱槽的物料的比重计数值小于1时，阀门一自动关闭，开启阀门二将三乙胺送至静置槽回用，得到低水分含量的三乙胺，实现循环，随着持续循环，当步骤（3）中分碱槽内液碱含量降低至40%时，关闭阀门三，开启阀门四，将低浓度液碱转至混合器与结晶液进行中和使用。

该工艺过程中选取内径为1.8m，内截面积为2.543m²，结晶液为4m³，含量为40%的液碱1.6 m³，在步骤（4）中二级重力层析器中，实现了上层三乙胺为1.21 m³，下层母液为4.39m³，总高度为2.2m，计算并控制三乙胺高度为0.48m，母液高度为1.73m，十字分布器与U型弯管高度差为0.29m。当在线监测脱水釜至分碱槽的物料的比重计数值小于1时，阀门一自动关闭，开启阀门二将三乙胺送至静置槽回用，检测三乙胺水分含量为0.01%。

Claims

1.一种三乙胺除水装置，其特征在于，结晶液管道（10）与液碱管道（11）分别与混合器（1）连接，混合器（1）与一级重力层析器（2）连接，一级重力层析器（2）与一级静态分布器（3）连接，一级静态分布器（3）与二级重力层析器（4）连接，二级重力层析器（4）与二级静态分布器（5）连接，二级静态分布器（5）与脱水釜（6）连接，脱水釜（6）连接至静置槽。

2.根据权利要求1所述的三乙胺除水装置，其特征在于，脱水釜（6）还与分碱槽（7）连接；

脱水釜（6）至分碱槽（7）的管道上设置有在线监测比重计（12）及阀门一（13）；脱水釜（6）至静置槽的管道上设置有阀门二（14）。

3.根据权利要求2所述的三乙胺除水装置，其特征在于，分碱槽（7）与Y型过滤器（8）连接，Y型过滤器（8）经输料泵分别经管道与液碱管道（11）及高位槽（9）连接；Y型过滤器（8）分别至液碱管道（11）及高位槽（9）的管道上分别设置有阀门三（15）、阀门四（16）。

4.根据权利要求3所述的三乙胺除水装置，其特征在于，高位槽（9）经管道分别与一级静态分布器（3）、二级静态分布器（5）连接；

高位槽（9）至一级静态分布器（3）、二级静态分布器（5）的管道上分别设置有阀门五（17）、阀门六（18）。

5.根据权利要求1所述的三乙胺除水装置，其特征在于，一级重力层析器（2）、二级重力层析器（4）底部经管道连接至精馏系统。

6.根据权利要求5所述的三乙胺除水装置，其特征在于，一级重力层析器（2）、二级重力层析器（4）为同等装置，重力层析器储罐底部经管道与U型弯管（21）连接，U型弯管（21）顶部经气相平衡管（24）与重力层析器顶部连接。

7.根据权利要求6所述的三乙胺除水装置，其特征在于，重力层析器储罐储罐的中部设置有十字形分布器（22），上部设置有溢流管（23）。

8.根据权利要求6所述的三乙胺除水装置，其特征在于，十字形分布器（22）上设置有筛孔（25），筛孔（25）孔径为φ8-φ12。