CN218306213U - 一种由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种由己内酰胺制备6‑氨基己腈的系统，该系统包括反应器、预处理装置、气化装置、冷凝装置和精馏装置，其中所述预处理装置与气化装置连接，包括设于进气管上的第一换热器和设于进液管上的第二换热器，用于向所述气化装置输入预热后的反应原料；所述气化装置与所述反应器连接，用于气化混合反应原料并向所述反应器输入气化混合后的反应原料；所述冷凝装置与所述反应器连接，对反应产物进行气液分离；所述精馏装置与所述冷凝装置连接，对所述冷凝装置分离出的液相反应产物进行精馏提纯。本实用新型的工艺流程简单，易于放大，能大幅提高原料转化率并节约产能，从而减少原料消耗、降低成本，可实现连续工业化生产。

Description

一种由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统

技术领域

本实用新型涉及有机化工技术领域，具体涉及一种由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统。

背景技术

1，6-己二胺(以下简称己二胺)是一种重要的化工原料，其主要用于与己二酸缩聚制备尼龙66，与癸二酸缩聚制备尼龙610，以及与十二碳二酸缩聚制备尼龙612，这些已实现工业化的聚酰胺产品在有机合成、航天航空、纺织造纸、金属材料等领域发挥重要作用。此外，己二胺还是聚亚胺羧酸酯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料的主要原料，还可用作环氧树脂的固化剂、有机交联剂、铁矿和铜矿的浮选剂等。

目前，己二胺主要通过己二腈或6-氨基己腈加氢而制得。其中，己二腈的工业制备方法包括丁二烯氢氰化法、丙烯腈电解二聚法和己二酸氨化脱水法，而6-氨基己腈主要通过己内酰胺氨解脱水制备。上述制备己二腈的方法中，丁二烯法原料成本较低，但需要使用剧毒的氢氰酸，而且国内自主开发工艺选择性较低，主要副产物为甲基戊二腈的用途非常有限，间接抬高了终端产品的生产成本；丙烯腈电解法则需要消耗大量的电能，且丙烯腈价格较高，导致该方法的成本优势低；而己二酸法成本也较高，且反应原料在高温条件下下对反应器的腐蚀较严重。而作为重要的化工中间体，6-氨基己腈可用于加氢反应制备己二胺。相比之下，制备6-氨基己腈法的原料己内酰胺来源广泛、反应条件简单、设备投资省，原料无腐蚀性，适用于工业化生产；尤其是近年来，随着己内酰胺产能不断扩大，以己内酰胺为原料制备6-氨基己腈、进而生产己二胺的工艺受到广泛关注。

以己内酰胺为原料制备6-氨基己腈的方法包括液相法和气相法，其反应式如下：

相对来说，液相法的操作过程较为复杂、原料转化率低，且易产生废水，并不适合工业化生产；而气相法的操作相对简单，但需注意的是，在气相法中己内酰胺的高温变性结焦是导致催化剂结焦失活、反应选择性降低、原料收率下降的主要原因，此外，以己内酰胺为原料制备6-氨基己腈的反应为强吸热反应，易造成极大的能源消耗和浪费。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，该方法用于制备6-氨基己腈，该系统的工艺流程简单，易于放大，能大幅提高原料转化率并节约能源，从而减少原料消耗、降低成本，可实现连续工业化生产。

具体地，本实用新型技术方案包括反应器、预处理装置、气化装置、冷凝装置和精馏装置，其中所述预处理装置与气化装置连接，包括设于进气管上的第一换热器和设于进液管上的第二换热器，用于向所述气化装置输入预热后的反应原料；所述气化装置与所述反应器连接，用于气化混合反应原料并向所述反应器输入气化混合后的反应原料；所述冷凝装置与所述反应器连接，对反应产物进行冷凝及气液分离；所述精馏装置与所述冷凝装置连接，对所述冷凝装置分离出的液相反应产物进行精馏提纯。

可选地，所述预处理装置包括设于进气管上的第一换热器和设于进液管上的第二换热器。输入进气管的氨气经第一换热器预热至预定的温度；可选地，氨气预热过程中除了经第一换热器换热外，还可再使用加热器对氨气进行加热使之达到预定的温度，预热后的热氨气输入气化装置。输入进液管的己内酰胺溶液经第二换热器预热至预定温度，输入气化装置。

需注意，己内酰胺是高沸点热敏性物质，常压沸点为270℃，在高温下长时间受热会出现变性结焦、聚合等问题。预处理装置中设置了差异化的氨气和己内酰胺溶液预热温度，具体地，氨气的预热温度为300℃-450℃，己内酰胺溶液的预热温度为70℃-120℃；这样的差异化温度设置不仅能防止出现己内酰胺因高温停留时间长而导致变性的问题，还能在随后的气化装置中促进两者快速换热，高效地气化己内酰胺。

可选地，所述气化装置包括壳体、与壳体顶部进液管连接的雾化喷头、与壳体上部进气管连接的环形管，所述环形管上沿环形管管体的环绕方向至少设有1排位于环形管正下方的通气孔。所述气化装置的侧线采出口经管路连接反应器的上部进料口。

其中，氨气经加热后经进气管输入所述气化装置的环形管，并最终从环形管的通气孔喷出；己内酰胺溶液预热后经进液管输入气化装置，再经雾化喷头化成小滴后成雾状喷射出去。本实用新型中气化装置特殊的结构设计，可使得热氨气和雾化后的己内酰胺分别向不同的方向高速喷射，使氨气和己内酰胺之间发生剧烈碰撞，促进原料氨气和己内酰胺在气化装置壳体内分散混合以增加原料间的换热，从而减少己内酰胺在高温下气化的停留时间，高效气化己内酰胺，降低己内酰胺出现高温结焦变性的几率。

可选地，热氨气从环形管正下方的通气孔输出，由此形成密集的热氨气气幕，该气幕可有效避免雾化喷头将己内酰胺液滴喷洒到气化装置的内壳内壁上，有效减少高温条件下己内酰胺在内壁上滞留导致结焦的情况。

进一步，所述环形管上靠近轴线一侧还设有多排与环形管轴线的夹角θ满足0°＜θ≤90°的通气孔，即除热氨气气幕外，环形管上内侧还设有多排通气孔喷出热氨气，与喷洒于氨气气幕作用范围的己内酰胺液滴强烈碰撞，进一步促进原料分散混合、加强原料间的换热，促进己内酰胺快速高效气化。

可选地，经气化装置气化后的混合原料在反应器内发生己内酰胺高温氨化反应，所述反应器为固定床、移动床、流化床反应器中的一种，优选为固定床反应器。

其中，反应产物从反应器的下部出料口连接的管路输出，依次经过预处理装置中的第一换热器与氨气换热、第二换热器与己内酰胺溶液换热后输入冷凝装置的进料口，在冷凝装置中进行冷凝及气液分离。

需注意，在进入冷凝装置和精馏装置前，从反应器输出的反应产物仍维持较高的温度。为了提高能量利用效率、节约热量消耗，在反应产物在进入冷凝装置前设置反应产物与原料进行换热，以充分利用反应产物从生成到冷凝精馏前的这部分热量，这样的操作在连续化的工业化生产中可有效降低生产成本。

可选地，所述精馏装置包括第一精馏塔、第二精馏塔和第三精馏塔；所述冷凝装置的出料口经管路连接第一精馏塔的中部进料口，所述第一精馏塔的塔釜出料口经管路连接第二精馏塔的中部进料口；所述第二精馏塔的塔顶出料口经管路连接第三精馏塔的中部进料口；从第三精馏塔的塔顶采出氨基己腈产品。

进一步，所述冷凝装置和第一精馏塔的顶部出料口汇合后经管路连接进气管。

更进一步，所述冷凝装置和第一精馏塔的顶部出料口汇合后的管路上设有外排管路。

从冷凝装置和第一精馏塔顶部采出的气相主要为未反应的氨气。其中，未反应氨气中的大部分经循环压缩机压缩后返回预处理装置与新鲜氨气汇合后循环使用，形成循环氨；还有少部分未反应的氨气以废气的形式排出系统外，形成外排氨。因为己内酰胺高温氨化反应过程中会产生极少量的不凝气，该不凝气包括氢气、甲烷、一氧化碳等，如果反应系统不及时外排不凝气会造成因不凝气积累而引起催化剂中毒，设置外排氨有利于延长催化剂使用寿命，促进反应连续进行。

进一步，所述第二精馏塔的塔釜出料口经管路连接进液管，可以将从第二精馏塔精馏采出的未反应己内酰胺返回预处理装置，与新鲜己内酰胺溶液混合后循环使用，提高原料转化率。

可选地，本实用新型的技术方案中还包括从所述第一精馏塔的上部采出轻组分杂质送出界，从第三精馏塔的塔釜采出重组分杂质送出界。

综上所述，本实用新型的有益为：1.在反应器前设置预处理装置和气化装置，强化了氨气和己内酰胺传质传热过程，促进己内酰胺快速高效气化，从而降低己内酰胺高温结焦损失率，促进由己内酰胺气相法制备6-氨基己腈反应连续高效地进行；2.设置反应产物和反应原料换热的操作，有效降低生产成本；3.循环回收未反应的氨气和己内酰胺，提高原料转化率；4.设置不凝气的排出管路以延长催化剂的使用寿命，促进反应连续进行；5.本实用新型的工艺流程简单，易于放大，适合于连续工业化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一种由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中气化器的另一种连接方式示意图；

图3为实施例2中本实用新型所用气化装置结构示意图；

图4为实施例2中气化装置A部分结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-壳体、2-雾化喷头、3-环形管、4-进液管、5-进气管、6-填料层、7-夹套、8-侧线采出口、9-排凝口；10-加热器、11-气化装置、12-反应器、13-循环压缩机，14-第一精馏塔、15-第二精馏塔、16-第三精馏塔，17-第一换热器、18-第二换热器，19-冷凝装置，20-第一物料混合器、21-第二物料混合器、22-第三物料混合器、23-第四物料混合器；241-第一氨气流、251-第一己内酰胺溶液、242-第二氨气流、252-第二己内酰胺溶液、243-第三氨气流、261-第一混合原料流、262-第二混合原料流、271-第一反应产物流、272-第二反应产物流、273-第三反应产物流、274-第四反应产物流、244-第四氨气流、245-第五氨气流、246-第六氨气流、28-轻组分流、275-第五反应产物流、276-第六反应产物流、277-第七反应产物流、247-第七氨气流、248-第八氨气流、249-第九氨气流、253-第三己内酰胺溶液、254-第四己内酰胺溶液、29-重组分流；通气孔30。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

需说明的是，本实施例中诸如“第一”“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。限定有“第一”“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”“设有”“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，可以是两个部件内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，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。

本实用新型提出了一种由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，如该系统包括反应器12、预处理装置、气化装置11、冷凝装置19和精馏装置，其中所述预处理装置与气化装置11连接，包括设于进气管5上的第一换热器17和设于进液管4上的第二换热器18，用于向所述气化装置11输入预热后的反应原料；所述气化装置11与所述反应器12连接，用于气化混合反应原料并向所述反应器12输入气化混合后的反应原料；所述冷凝装置19与所述反应器12连接，对反应产物进行冷凝及气液分离；所述精馏装置与所述冷凝装置19连接，对所述冷凝装置19分离出的液相反应产物进行精馏提纯。

本实用新型的实施例工艺流程简单，能大幅提高原料转化率并节约能源，从而减少原料消耗、降低成本，可实现连续工业化生产。

以上为本实用新型技术方案的基础实施方式，在实施例1和实施例2中将本实用新型技术特征的进一步优化作详细阐述，实施例3中展示一种工况下采用本实用新型技术方案的工艺流程。

实施例1

结合图1所示，所述预处理装置包括设于进气管5上的第一换热器17和设于进液管4上的第二换热器18。从进气管5输入的氨气经第一换热器17预热至预定的温度；可选地，除了第一换热器17，氨气还可再经过加热器10加热以达到预定的温度；从进液管4输入的己内酰胺溶液经第二换热器18预热至预定温度。可选地，预热后的氨气和己内酰胺溶液经第三物料混合器22混合后输入气化装置11进行气化，气化后的混合原料输入反应器12进行己内酰胺氨化反应。需注意，本实施例仅为本实用新型技术方案的一个较优展示，如图2所示，预热后的氨气和己内酰胺溶液也可直接进入气化装置11，在气化装置11中进行混合及气化。

所述气化装置11的下部出料口经管路连接反应器12的上部进料口；所述反应器12的下部出料口连接的管路依次经第一换热器17、第二换热器18后连接冷凝装置19的进料口。在进入冷凝装置19和精馏装置前，从反应器12输出的反应产物仍维持较高的温度，经第一换热器17、第二换热器18换热后，可将这部分热量用于预热反应原料，可在工业化生产中节约大量的能源，降低生产成本。

所述精馏装置包括经管路依次连接的第一精馏塔14、第二精馏15和第三精馏塔16；所述冷凝装置19的出料口经管路连接第一精馏塔14的中部进料口，所述第一精馏塔14的塔釜出料口经管路连接第二精馏塔15的中部进料口；所述第二精馏塔15的塔顶出料口经管路连接第三精馏塔16的中部进料口；从第三精馏塔16的塔顶采出氨基己腈产品。

进一步，所述冷凝装置19和第一精馏塔14的顶部出料口汇合后经管路连接进气管5，且在汇合后的管路上设有外排管路。从冷凝装置19和第一精馏塔14顶部采出的气相主要为未反应的氨气，此部分采出的氨气大部分返回进气管5与新鲜氨气汇合后循环使用，形成循环氨，能有效提升原料转化率。可选地，从冷凝装置19和第一精馏塔14的顶部采出的未反应氨气经第四物料混合器23进行混合。可选地，从冷凝装置19和第一精馏塔14的顶部采出的未反应氨气中的大部分经循环压缩机13压缩后返回进气管5；未反应氨气中的少部分从外排管路排出界，以及时排出反应产生的不凝气，防止催化剂中毒。可选地，循环氨和新鲜氨气经第一物料混合器20混合后输入进气管5。

进一步，所述第二精馏塔15的塔釜出料口经管路连接进液管4，可以将从第二精馏塔15精馏采出的未反应己内酰胺与新鲜己内酰胺溶液混合后循环使用，提升原料转化率，可选地，从第二精馏塔15精馏采出的己内酰胺与新鲜己内酰胺溶液经第二物料混合器21混合后输入进液管4。

此外，所述第一精馏塔14的上部采出轻组分杂质送出界，从第三精馏塔16的塔釜采出重组分杂质送出界。

实施例2

本实施例所用系统的结构与实施例1所示系统的结构一致，但采用了如图3所示气化装置11。具体地，所述气化装置11包括壳体1；雾化喷头2，与壳体1顶部进液管4连接；环形管3，与壳体1上部进气管5连接，其所在平面垂直于壳体1的中轴线。结合图3和如图4所示，所述环形管3上沿环形管3管体的环绕方向至少设有1排位于环形管3正下方的通气孔30；所述雾化喷头2设于所述环形管3的轴线上；可选地，所述环形管3上靠近轴线一侧还设有多排与环形管3轴线的夹角θ满足0°＜θ≤90°的通气孔30。

经预热后的氨气经进气管5输入气化装置11，并从所述环形管3的通气孔30喷出，在环形管3的正下方形成热氨气气幕，并在靠近环形管3轴线的一侧形成热氨气气流；经预热后己内酰胺溶液经进液管4输入气化装置11，经雾化喷头2化成小滴成雾状喷射出去；热氨气气幕和环形管3上其他通气孔30喷出的热氨气气流与雾化后的己内酰胺剧烈碰撞进行换热，快速高效地气化己内酰胺。

进入气化装置11壳体1的热氨气和己内酰胺经快速换热气化后，进入壳体1下部的填料层6继续进行分散混合，进一步气化己内酰胺。充分混合后的气化原料从壳体1的侧线采出口8采出，经管路输入反应器12进行己内酰胺氨化反应。所述壳体1的外侧壁设有用于控温的夹套7，未气化的己内酰胺间歇地从壳体1底部的排凝口9排出。

实施例3

本实施例展示一种工况下的由己内酰胺制备6-氨基己腈的工艺流程，该工艺流程仅是一种较优流程的展示，并不限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，进气管5输入的第一氨气流241为待预热的氨气，经第一换热器17换热后得到第二氨气流242，随后第二氨气流242经加热器10继续加热至预定温度得到第三氨气流243；需注意，本实施例仅为本实用新型技术方案的一个较优展示，第二氨气流242也可不通过加热器10加热，直接进入后续反应；进液管4输入的第一己内酰胺溶液251为待预热的己内酰胺溶液，经第二换热器18预热至预定温度后得到第二己内酰胺溶液252。

第三氨气流243和第二己内酰胺溶液252经混合后输入气化装置11，可选地，第三氨气流243和第二己内酰胺溶液252第三物料混合器22混合后得到第一混合原料流261；所述第一混合原料流261输入气化装置11进行快速高效气化得到气化混合后的第二混合原料流262。

所述第二混合原料流262输入反应器12进行己内酰胺氨化反应，得到第一反应产物流271。

需注意，从反应器12中输出的所述第一反应产物流271在进入冷凝装置19和精馏装置前，仍具有较高的温度，因此，所述第一反应产物流271经第一换热器17与第一氨气流241进行换热后得到第二反应产物流272，所述第二反应产物流272经第二换热器18与第一己内酰胺溶液251换热后得到第三反应产物流273，以充分利用这部分热量

所述第三反应产物流273输入冷凝装置19进行气液相分离，分离得到液相第四反应产物流274和气相第五氨气流245，所述第五氨气流245主要为未反应的氨气。

第四反应产物流274输入第一精馏塔14，由塔顶采出第六氨气流246，主要为未反应的氨气；此外，还从所述第一精馏塔14的上部采出轻组分流28送出界。

其中，所述第六氨气流246与第五氨气流245经管路汇合，可选地，所述第六氨气流246与第五氨气流245经第四物料混合器23混合后得到第七氨气流247；所述第七氨气流247返回进气管5，可选地，所述第七氨气流247经循环压缩机13加压后得到第九氨气流249，所述第九氨气流249输入预处理装置的进气管5循环利用，可选地，所述第九氨气流249输入第一物料混合器20与新鲜氨气流流股第四氨气流244混合后得到待预热的第一氨气流241。所述第六氨气流246与第五氨气流245混合后的管路上还设有第八氨气流248，所述第八氨气流248排出界。

所述第一精馏塔14的塔釜采出的第五反应产物流275输入第二精馏塔15，所述第二精馏塔15的塔釜采出第四己内酰胺溶液254，主要为未反应的己内酰胺；所述第四己内酰胺溶液254返回预处理装置的进液管4循环利用；可选地，所述第四己内酰胺溶液254与新鲜的己内酰胺溶液第三己内酰胺溶液253经第二物料混合器21混合后，得到待预热的第一己内酰胺溶液251。所述第二精馏塔15的塔顶采出第六反应产物流276输入第三精馏塔16，从所述第三精馏塔16的塔顶采出第七反应产物流277，为目标产物6-氨基己腈，产品的纯度≥99.9％；从所述第三精馏塔16的塔釜采出重组分流29送出界。

需注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明；对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单改进和润饰，都应当视为属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，包括反应器(12)、预处理装置、气化装置(11)、冷凝装置(19)和精馏装置，其中

所述预处理装置与气化装置(11)连接，包括设于进气管(5)上的第一换热器(17)和设于进液管(4)上的第二换热器(18)，用于向所述气化装置(11)输入预热后的反应原料；

所述气化装置(11)与所述反应器(12)连接，用于气化混合反应原料并向所述反应器(12)输入气化混合后的反应原料；

所述冷凝装置(19)与所述反应器(12)连接，对反应产物进行冷凝及气液分离；

所述精馏装置与所述冷凝装置(19)连接，对所述冷凝装置(19)分离出的液相反应产物进行精馏提纯。

2.根据权利要求1所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述进气管(5)上还设有加热器(10)。

3.根据权利要求1所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述气化装置(11)包括壳体(1)、与壳体(1)顶部进液管(4)连接的雾化喷头(2)、与壳体(1)上部进气管(5)连接的环形管(3)，所述环形管(3)上沿环形管(3)管体的环绕方向至少设有1排位于环形管(3)正下方的通气孔(30)；所述气化装置(11)的侧线采出口经管路连接反应器(12)的上部进料口。

4.根据权利要求3所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述环形管(3)上靠近轴线一侧还设有多排与环形管(3)轴线的夹角θ满足0°＜θ≤90°的通气孔(30)。

5.根据权利要求1所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述反应器(12)的下部出料口连接的管路依次经第一换热器(17)、第二换热器(18)后连接冷凝装置(19)的进料口。

6.根据权利要求1所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述精馏装置包括第一精馏塔(14)、第二精馏塔(15)和第三精馏塔(16)；所述冷凝装置(19)的出料口经管路连接第一精馏塔(14)的中部进料口，所述第一精馏塔(14)的塔釜出料口经管路连接第二精馏塔(15)的中部进料口；所述第二精馏塔(15)的塔顶出料口经管路连接第三精馏塔(16)的中部进料口；从第三精馏塔(16)的塔顶采出氨基己腈产品。

7.根据权利要求6所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述冷凝装置(19)和第一精馏塔(14)的顶部出料口汇合后经管路连接进气管(5)。

8.根据权利要求7所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述冷凝装置(19)和第一精馏塔(14)的顶部出料口汇合后的管路上设有外排管路。

9.根据权利要求6所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述第二精馏塔(15)的塔釜出料口经管路连接进液管(4)。

10.根据权利要求1所述的由己内酰胺制备6-氨基己腈的系统，其特征在于，所述反应器(12)为固定床、移动床、流化床反应器中的一种。

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