專利名稱：乙醇胺生產(chǎn)高壓管式反應(yīng)系統(tǒng)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乙醇胺的制造技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及乙醇胺生產(chǎn)中的反 應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今乙醇胺(包含一乙醇胺MEA、 二乙醇胺DEA、三乙醇胺TEA)的生產(chǎn)，均 采用氨(NH3)和環(huán)氧乙烷(E0)作起始原料進(jìn)行反應(yīng)的工藝制得。1、 較早的技術(shù)，如Sulzer和Dow Chem為代表的工藝，是用20% 40%的氯水為原料，和 E0進(jìn)行反應(yīng)，故稱為"氨水工藝"。由于大量水的存在，該反應(yīng)系統(tǒng)可以采用 較低的壓力，因此不需要采用高壓管式的反應(yīng)系統(tǒng)。但是為要得到無水的乙醇胺 類產(chǎn)品，需要耗費大量的能量去蒸脫反應(yīng)產(chǎn)物中多余的水分，特別是NH3/E0摩 爾比較高(NHs/E0二10 45)時，由于循環(huán)水量很大，蒸脫水能耗高得難以忍 受，因此這類"氨水工藝"無法在較高的NH3/E0摩爾比下運行。而較高的 NH3/E0摩爾比是為防止E0自聚等副反應(yīng)所必不可少的，因此除了能耗高以外， 這類"氨水工藝"的反應(yīng)產(chǎn)物中高沸點副產(chǎn)物雜質(zhì)必然較多。由于這些原因， "氨水工藝"正逐漸被淘汰。 、2、 較新的工藝是用液氨中只加入少量水的"氨液"(水也作反應(yīng)的催化劑)與E0進(jìn)行 反應(yīng)。這類"氨液工藝"與上述的"氨水工藝"相比，可以大量節(jié)省蒸脫水的能 量。例如用含氨90%的氨液(水是氨的11.1%)作原料和含氨40%的氨水(水是 氨的150%)相比，前者耗于蒸脫水的能量僅為后者的5 7%。"氨液工藝"中具 有代表性的是德國BASF的工藝，其流程示意圖見附圖l。該工藝采用90%以上濃 度的氨液作為反應(yīng)原料。由于該工藝采用的高壓管式反應(yīng)器接近于絕熱式，產(chǎn)生 的反應(yīng)熱積聚較快，因此必須在經(jīng)過一段時間反應(yīng)后插入一臺換熱器，以移走反應(yīng)熱。按BASF技術(shù)，管式反應(yīng)器被分成4段，每一段后安插一臺換熱器，使反 應(yīng)物料的溫度保持在《14(TC。為防止氣相氨的生成，使氨液始終保持為液態(tài)， 反應(yīng)須在較高壓力(》10MPa)下進(jìn)行。BASF及其類似工藝的反應(yīng)系統(tǒng)的能耗指 標(biāo)優(yōu)越，但由于幾臺耐高壓的換熱器投資較大，并且由于換熱器本身以及換熱器 和管式反應(yīng)器的聯(lián)接都必須采用厚重的高壓法蘭，這不但價格昂貴而且容易泄 漏。此外，管式反應(yīng)器在不同生產(chǎn)能力的條件下，最高溫度區(qū)(換熱器應(yīng)插在該 區(qū))必然會位移，因此該工藝按某一生產(chǎn)能力設(shè)計的反應(yīng)系統(tǒng)，調(diào)整生產(chǎn)能力的 彈性不大。3、以本人為主發(fā)明并曾申請(申請人為浙江大學(xué))了名為"乙醇胺生產(chǎn) 的液液管式反應(yīng)工藝"的中國發(fā)明專利，提出了一種與BASF等絕熱式反應(yīng)系統(tǒng) 的工藝不同，而是采用接近于等溫式反應(yīng)系統(tǒng)的工藝。1993年12月該工藝獲得 發(fā)明專利授權(quán)(授權(quán)公告號CN1023401C)。其特點是利用水夾套連續(xù)移去反應(yīng) 管中物料發(fā)生的反應(yīng)熱，使生成乙醇胺的反應(yīng)在較低的溫度(《100°C)和較低 的壓力(6 7MPa)下進(jìn)行，反應(yīng)較為緩和，避免了反應(yīng)熱的迅速積聚。因而反應(yīng) 管不需分段和插入換熱器，反應(yīng)系統(tǒng)是"一管到底"的。而且反應(yīng)管不采用高壓 法蘭，也是"一管到底"地全部采用焊接的結(jié)構(gòu)(注這一 "一管到底"的概念 和叫法及高壓管式反應(yīng)器的設(shè)計原則并未在專利CN1023401C中闡明過)。1995 年起，該專利在工業(yè)實踐中得以實施。使用(并未轉(zhuǎn)讓)該專利，在中國建立了 兩套萬噸級規(guī)模的工業(yè)裝置，并取得大幅度節(jié)省投資、節(jié)能和保證產(chǎn)品質(zhì)量的實 際效果。但由于該專利反應(yīng)系統(tǒng)中物料的停留時間必須比BASF等工藝長，而且 反應(yīng)管較粗時導(dǎo)出反應(yīng)熱有困難，因此單套乙醇胺反應(yīng)裝置年生產(chǎn)能力僅適合于 10000噸以下的規(guī)模。1999年8月該專利因費用問題中止，此后國內(nèi)外未發(fā)表、報導(dǎo)或采用過類 似、近似的專利或技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有其他工藝尤其是作為乙醇胺生產(chǎn)主流工藝一一BASF工藝的不足，還包括對曾被授權(quán)的專利"乙醇胺生產(chǎn)的液液管式反應(yīng)工 藝"(CN1023401C)中未披露的設(shè)計原則加以闡明，并對其工藝更進(jìn)一步的改 進(jìn)，使其適合于更大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。本發(fā)明是在授權(quán)專利CN1023401C的高壓管式反應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，該 專利的特征和優(yōu)點為(1) 原料氨液(含90XNH3和10XH20)和E0進(jìn)入反應(yīng)管進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)管 設(shè)有水夾套，夾套中注入85土5i:的循環(huán)熱水，水與反應(yīng)物料逆向流動導(dǎo)出反應(yīng) 熱，使反應(yīng)速度和反應(yīng)熱的積聚保持在相對緩和的水平，反應(yīng)溫度可保持在100 。C以下，壓力在6 7MPa，均顯著低于BASF等其他主流的工藝，因此對反應(yīng)系 統(tǒng)包括反應(yīng)管和機(jī)泵的要求較低，投資較少；(2) 反應(yīng)管"一管到底"，連續(xù)而不分段，不插入列管式換熱器，設(shè)備緊 湊、投資較少而且能夠靈活地調(diào)整生產(chǎn)能力；反應(yīng)管道用焊接法聯(lián)成整體，不用 厚重昂貴的高壓法蘭聯(lián)接，因此造價大幅度降低而且不易泄漏，安全可靠。本發(fā)明是在肯定上述特征的基礎(chǔ)上作了下面兩點改進(jìn)(O反應(yīng)管的最后部分直徑擴(kuò)大數(shù)倍，形成一個具有較大容積的"滯留 區(qū)"，擴(kuò)大反應(yīng)系統(tǒng)的容積，以適應(yīng)反應(yīng)速度較低的特點，保證生成乙醇胺的化 學(xué)反應(yīng)充分完成(見附圖2)。由于"滯留區(qū)"內(nèi)未反應(yīng)原料的濃度已相當(dāng)?shù)停?反應(yīng)熱的發(fā)生已相當(dāng)緩和，因此該部分結(jié)構(gòu)十分簡單，僅為無夾套的保溫管道， 增添的投資很少。經(jīng)充分的研究后確定，反應(yīng)系統(tǒng)中前一部分(溫度《10(TC以 下的高壓反應(yīng)管內(nèi))，物料停留時間須^30分鐘，而反應(yīng)管最后部分(滯留 區(qū))內(nèi)，物料停留時間》20分鐘。反應(yīng)管的前一部分(有水夾套)和最后部分 (無水夾套)也焊接相聯(lián)， 一管到底地不用法蘭。(2)高壓反應(yīng)管(除"滯留區(qū)"夕卜)內(nèi)設(shè)擾流器件，以提高傳熱傳質(zhì)的效 率，并藉此提高單套反應(yīng)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。擾流器件可以是常用的任何形式，附 圖3舉出了一種簡單而高效的設(shè)計方案。按本發(fā)明改進(jìn)后，單套的高壓管式反應(yīng) 系統(tǒng)，其生產(chǎn)乙醇胺的設(shè)計能力可以^40000噸/年。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果保留了中國發(fā)明專利CM023401C提出的反應(yīng)系統(tǒng)的全部優(yōu)點(1) 節(jié)省能耗；(2) —管到底，簡化和緊湊反應(yīng)系統(tǒng)；(3) 對反應(yīng)管和機(jī)泵的溫壓要求較低，顯著降低投資；(4) 有調(diào)整生產(chǎn)能力的靈活性。在此前提下，可以使單套裝置生產(chǎn)乙醇胺的能力^40000噸/年。


圖1現(xiàn)有BASF工藝反應(yīng)系統(tǒng)示意2本發(fā)明對高壓管式反應(yīng)系統(tǒng)的改進(jìn)示意3擾流器軸向剖面示意圖和擾流片K向視3中擾流片2片1組，兩片相位差90° ，按圖伸展后焊在固定桿上， 各組間距l(xiāng)m。D 反應(yīng)管內(nèi)徑； Dl擾流片外徑-D-5mm;d 固定桿外徑"16mm; dl 擾流片中心孔徑二18mm具體實施方式
本發(fā)明在"一管到底"的高壓反應(yīng)管的最后部分設(shè)較粗的無夾套的滯留 區(qū)。反應(yīng)管本身和夾套的各部分之間均以焊接方式聯(lián)成整體，不以法蘭方式互 聯(lián)，見附圖2。本發(fā)明反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)管中除"滯留區(qū)"外的全部長度設(shè)置"擾流器"，擾 流器包括一個沿管式反應(yīng)器縱長方向插入的"固定桿"，固定桿上每隔l米焊接 l組(2片)相位相差90。角的擾流片，見附圖3。以上列舉的僅是本發(fā)明的一個實施方案，本發(fā)明不限于上述實施方案，還可 以有許多變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種乙醇胺生產(chǎn)高壓管式反應(yīng)系統(tǒng)的改進(jìn)，該系統(tǒng)的反應(yīng)產(chǎn)物含有一乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、三乙醇胺TEA的乙醇胺；該系統(tǒng)的反應(yīng)的起始原料為含有≤10％水的氨液和環(huán)氧乙烷，并在反應(yīng)過程中均始終保持為液態(tài)；該系統(tǒng)的反應(yīng)管一管到底，不分段，不插入換熱器；其反應(yīng)管具有水夾套，夾套內(nèi)的水與管內(nèi)物料逆向而流，連續(xù)移去反應(yīng)熱，使管內(nèi)的物料維持在≤100℃的溫度和6～7MPa的壓力；該系統(tǒng)的反應(yīng)管整體均為焊接，不用法蘭；改進(jìn)的特征在于在反應(yīng)管的后部，直徑擴(kuò)大，形成滯留區(qū)，滯留區(qū)為無夾套的管道，物料在反應(yīng)管此部分停留的時間≥20分鐘。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇胺生產(chǎn)高壓管式反應(yīng)系統(tǒng)的改進(jìn)，其特征 還在于，在不包括滯留區(qū)的反應(yīng)管前部全部長度設(shè)擾流器件；物料在反應(yīng)管此 部分停留的時間^30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及乙醇胺的制造技術(shù)，旨在提供一種乙醇胺生產(chǎn)中的反應(yīng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的反應(yīng)管一管到底，不分段、不插入換熱器；其反應(yīng)管具有水夾套，夾套內(nèi)的水與管內(nèi)物料逆向而流，連續(xù)移去反應(yīng)熱，使管內(nèi)的物料可以維持在比較低的≤100℃的溫度和6～7MPa的壓力；該系統(tǒng)的反應(yīng)管整體均為焊接，不用法蘭，在反應(yīng)管的后部，直徑擴(kuò)大，形成滯留區(qū)，滯留區(qū)為無夾套的管道，物料在反應(yīng)管此部分停留的時間≥20分鐘。本發(fā)明的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(1)節(jié)省能耗；(2)一管到底，簡化和緊湊反應(yīng)系統(tǒng)；(3)對反應(yīng)管和機(jī)泵的溫壓要求較低，顯著降低投資；(4)有調(diào)整生產(chǎn)能力的靈活性。
文檔編號C07C215/12GK101148413SQ20071007148
公開日2008年3月26日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者吳兆立 申請人:吳兆立