[发明专利]乙醇胺生产高压管式反应系统的改进

说明书

技术领域

本发明涉及乙醇胺的制造技术，更具体地说，本发明涉及乙醇胺生产中的反应系统。

背景技术

现今乙醇胺(包含一乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA、三乙醇胺TEA)的生产，均采用氨(NH₃)和环氧乙烷(EO)作起始原料进行反应的工艺制得。

1、较早的技术，

如Sulzer和Dow Chem为代表的工艺，是用20％～40％的氨水为原料，和EO进行反应，故称为“氨水工艺”。由于大量水的存在，该反应系统可以采用较低的压力，因此不需要采用高压管式的反应系统。但是为要得到无水的乙醇胺类产品，需要耗费大量的能量去蒸脱反应产物中多余的水分，特别是NH₃/EO摩尔比较高(NH₃/EO＝10～45)时，由于循环水量很大，蒸脱水能耗高得难以忍受，因此这类“氨水工艺”无法在较高的NH₃/EO摩尔比下运行。而较高的NH₃/EO摩尔比是为防止EO自聚等副反应所必不可少的，因此除了能耗高以外，这类“氨水工艺”的反应产物中高沸点副产物杂质必然较多。由于这些原因，“氨水工艺”正逐渐被淘汰。

2、较新的工艺

是用液氨中只加入少量水的“氨液”(水也作反应的催化剂)与EO进行反应。这类“氨液工艺”与上述的“氨水工艺”相比，可以大量节省蒸脱水的能量。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，前者耗于蒸脱水的能量仅为后者的5～7％。“氨液工艺”中具有代表性的是德国BASF的工艺，其流程示意图见附图1。该工艺采用90％以上浓度的氨液作为反应原料。由于该工艺采用的高压管式反应器接近于绝热式，产生的反应热积聚较快，因此必须在经过一段时间反应后插入一台换热器，以移走反应热。按BASF技术，管式反应器被分成4段，每一段后安插一台换热器，使反应物料的温度保持在≤140℃。为防止气相氨的生成，使氨液始终保持为液态，反应须在较高压力(≥10MPa)下进行。BASF及其类似工艺的反应系统的能耗指标优越，但由于几台耐高压的换热器投资较大，并且由于换热器本身以及换热器和管式反应器的联接都必须采用厚重的高压法兰，这不但价格昂贵而且容易泄漏。此外，管式反应器在不同生产能力的条件下，最高温度区(换热器应插在该区)必然会位移，因此该工艺按某一生产能力设计的反应系统，调整生产能力的弹性不大。

3、以本人为主发明并曾申请(申请人为浙江大学)了名为“乙醇胺生产的液液管式反应工艺”的中国发明专利，提出了一种与BASF等绝热式反应系统的工艺不同，而是采用接近于等温式反应系统的工艺。1993年12月该工艺获得发明专利授权(授权公告号CN1023401C)。其特点是利用水夹套连续移去反应管中物料发生的反应热，使生成乙醇胺的反应在较低的温度(≤100℃)和较低的压力(6～7MPa)下进行，反应较为缓和，避免了反应热的迅速积聚。因而反应管不需分段和插入换热器，反应系统是“一管到底”的。而且反应管不采用高压法兰，也是“一管到底”地全部采用焊接的结构(注：这一“一管到底”的概念和叫法及高压管式反应器的设计原则并未在专利CN1023401C中阐明过)。1995年起，该专利在工业实践中得以实施。使用(并未转让)该专利，在中国建立了两套万吨级规模的工业装置，并取得大幅度节省投资、节能和保证产品质量的实际效果。但由于该专利反应系统中物料的停留时间必须比BASF等工艺长，而且反应管较粗时导出反应热有困难，因此单套乙醇胺反应装置年生产能力仅适合于10000吨以下的规模。

1999年8月该专利因费用问题中止，此后国内外未发表、报导或采用过类似、近似的专利或技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有其他工艺尤其是作为乙醇胺生产主流工艺——BASF工艺的不足，还包括对曾被授权的专利“乙醇胺生产的液液管式反应工艺”(CN1023401C)中未披露的设计原则加以阐明，并对其工艺更进一步的改进，使其适合于更大的产业规模。

本发明是在授权专利CN1023401C的高压管式反应系统的基础上改进的，该专利的特征和优点为：