CN108530316B - 一种固定床热回收式氨肟化反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定床热回收式氨肟化反应系统，包括反应清液缓冲罐、反应循环泵、肟化预反应器和肟化反应器，反应清液缓冲罐的出料口通过管线连接至反应循环泵的进料口，反应循环泵的出料口通过反应循环液管线连接至肟化预反应器的进料口，肟化预反应器的出料口通过反应液进料管线连接至肟化反应器的进料口，肟化反应器的出料口通过反应液出料管线连接至反应清液缓冲罐的进料口。本发明通过肟化预反应器、肟化反应器后直接进入反应清液缓冲罐即可，精简了氨肟化反应系统的催化剂补加、卸料、肟化反应釜、膜管等设备，降低了运行费用，通过管道式固定床层解决了反应热回收，减少了膜管过滤和大型肟化反应釜等配置。

Description

一种固定床热回收式氨肟化反应系统

技术领域

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种固定床热回收式氨肟化反应系统。

背景技术

环己酮肟是制备己内酰胺的重要中间体。目前世界上制备环己酮肟的方法主要有硫酸羟胺法(HSO法)、一氧化氮还原法(NO法)、磷酸羟胺法(HPO法)及氨肟化法(HAO法)。其中HSO法和NO法工艺复杂且副产低价值的硫铵；HPO法虽然不副产硫铵，但工艺过程要求精细，操作难度大，且有NO_x产生，存在环保难题。目前，HSO法、NO法已经逐步被淘汰，我国己内酰胺生产的主流方法是HAO法，这一工艺的主要方法是环己酮在淤浆床（钛硅分子筛）催化条件下与双氧水、氨发生氨肟化反应，得到环己酮肟。氨肟化法制备环己酮肟方法简单、不副产硫铵、无环保难题，因此近年来颇受己内酰胺行业的青睐，但是从近十年的生产中发现淤浆床氨肟化反应也存在以下问题。

首先，反应热不能循环使用。氨肟化反应具有放热量大（301KJ/mol）、反应迅速（3s内可完成）等特点，为了控制反应温度，目前普遍采用的方法是在肟化反应器外部加循环管线，配置冷却器来控制温度，这造成了反应热的浪费。

其次，肟化反应器设备成本较高。我国环己酮氨肟化反应器10万吨/年生产线一般配置2~3台80-100m³容积的反应釜，如果内置不锈钢膜管，单个反应釜需配置500根以上，如果外置陶瓷膜管，单个反应釜需配置2000根以上，单个肟化反应釜如果采用陶瓷膜管总投入3000万以上，如果采用不锈钢膜管总投入则高达6000-8000万。

最后，不能同时兼顾肟化反应器检修方便和快速提高产能两方面。外置陶瓷膜管能够方面的提高产能，但是生产过程中需要频繁对膜管碱洗、酸洗，产生了大量废水，而且陶瓷膜因其固有的弱点（强度较低）会有较大比例的损耗。不锈钢膜管在反应釜内放置，一旦出现膜管堵塞情况，必须停止运行，进行碱洗或者更换膜管，影响正常的生产。

以上所述三点中，第二、第三点其实可以归结为一点，即催化剂过滤方式的改进。所以目前氨肟化反应系统主要面临的问题是反应热的回收和过滤方式的改进两个方面。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种固定床式能够进行反应热回收的氨肟化反应系统。该系统检修方便，节约了肟化反应阶段的固定资产投入，并能实现快速的扩能改造。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种固定床热回收式氨肟化反应系统，包括反应清液缓冲罐、反应循环泵、肟化预反应器和肟化反应器，反应清液缓冲罐的出料口通过管线连接至反应循环泵的进料口，反应循环泵的出料口通过反应循环液管线连接至肟化预反应器的进料口，肟化预反应器的出料口通过反应液进料管线连接至肟化反应器的进料口，肟化反应器的出料口通过反应液出料管线连接至反应清液缓冲罐的进料口。

作为优选，肟化预反应器设有双氧水进料线路、气氨进料线路、环己酮进料线路、叔丁醇进料线路、冷媒进料口和冷媒出料口。

作为优选，肟化反应器设有冷媒进料管线和冷媒出料管线。

作为优选，肟化预反应器的内部设有管式固定床，管式固定床的下端设有管式固定床底部进料口，管式固定床的上端设有管式固定床顶部出料口，管式固定床设有钛硅分子筛附着层，钛硅分子筛附着层的外侧设有钛硅分子筛固定床层。

作为优选，反应清液缓冲罐和反应循环泵之间的管路上串联有外过滤装置。

作为优选，反应清液缓冲罐的上端设有压力控制线路。

作为优选，循环液线路的一侧连接有外送反应液管线。

本发明具有的优点是：

本发明的固定床热回收式氨肟化反应系统通过肟化预反应器、肟化反应器后直接进入反应清液缓冲罐即可，精简了氨肟化反应系统的催化剂补加、卸料、肟化反应釜、膜管等设备，既降低了运行费用，也能快速的进行扩能，通过管道式固定床层解决了反应热回收，减少了膜管过滤和大型肟化反应釜等配置，在不影响设备正常运行的情况下，能够实现催化剂的再生使用。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明中肟化预反应器的纵截面示意图。

图3是本发明中肟化反应器的横截面示意图。

图4 是本发明中管式固定床的纵截面示意图。

图中：1为反应清液缓冲罐，2为反应循环泵，3为第一肟化预反应器，4为第二肟化预反应器，5为第一肟化反应器，6为第二肟化反应器，7为压力控制线路，8为双氧水进料线路，9为气氨进料线路，10为环己酮进料线路，11为叔丁醇进料线路，12为第一肟化预反应器冷媒进料口，13为第二肟化预反应器冷媒进料口，14为第一肟化预反应器冷媒出料口，15为第二肟化预反应器冷媒出料口，16为第一肟化反应器冷媒进料管线，17为第二肟化反应器冷媒进料管线，18为第一肟化反应器冷媒出料管线，19为第二肟化反应器冷媒出料管线，20为反应液进料管线，21为反应液出料管线，22为外过滤装置，23为反应循环液管线，24为外送反应液管线，25为钛硅分子筛固定床层，26为钛硅分子筛附着层，27为管式固定床顶部出料口，28为管式固定床底部进料口，29为环管进料，30为环管进料口，31为管式固定床。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种固定床热回收式氨肟化反应系统，包括反应清液缓冲罐1、反应循环泵2、肟化预反应器和肟化反应器，反应清液缓冲罐1的出料口通过管线连接至反应循环泵2的进料口，反应循环泵2的出料口通过反应循环液管线23连接至肟化预反应器的进料口，肟化预反应器的出料口通过反应液进料管线20连接至肟化反应器的进料口，肟化反应器的出料口通过反应液出料管线21连接至反应清液缓冲罐1的进料口。反应清液缓冲罐1和反应循环泵2之间的管路上串联有外过滤装置22，过滤精度可以设置为1~10μm,防止固定床层破损将催化剂颗粒带入工序，外过滤装置22设置为一开一备，定期清理，不会影响正常生产。反应清液缓冲罐1的上端设有压力控制线路7。反应清液缓冲罐1的主要作用有三个，第一是反应清液缓冲，保证后工序稳定运行，第二是肟化副反应会有气体生成，防止反应器内部憋压，第三，为反应循环泵2提供进料。

肟化预反应器包括第一肟化预反应器3和第二肟化预反应器4。第一肟化预反应器3设有双氧水进料线路8、气氨进料线路9、环己酮进料线路10、叔丁醇进料线路11、第一肟化预反应器冷媒进料口12和第一肟化预反应器冷媒出料口14。第二肟化预反应器4设有双氧水进料线路8、气氨进料线路9、环己酮进料线路10、叔丁醇进料线路11、第二肟化预反应器冷媒进料口13和第二肟化预反应器冷媒出料口15。

肟化反应器包括第一肟化反应器5和第二肟化反应器6。第一肟化反应器5设有第一肟化反应器冷媒进料管线16和第一肟化反应器冷媒出料管线18。第二肟化反应器6设有第二肟化反应器冷媒进料管线17和第二肟化反应器冷媒出料管线19。循环液线路23的一侧连接有外送反应液管线24。

如图1所示，第一肟化预反应器3和第二肟化预反应器4进出料管线采用环管形式，保证物料混合均匀，冷媒进料管线与反应液流向相同，因为肟化反应是瞬时反应，物料接触后迅速发生反应，冷媒尽早与反应液接触，移出反应热。

如图2所示，在肟化反应系统中，肟化预反应器和肟化反应器结构类似。选取第一肟化预反应器3作为示意，循环液线路23、双氧水进料线路8、气氨进料线路9、环己酮进料线路10、叔丁醇进料线路11均采用环管形式进料，每根进料环管上有四个进料口，方便快速混合进料。

如图2所示，循环液进料23、外送反应液管线20尽可能布置在第一肟化预反应器3的两端，延长反应物流停留时间，增加传热距离。

如图2所示，反应在肟化预反应器的管程内发生，这样可以避免反应出现异常情况时，大量气体产生，肟化预反应器憋压。

如图3所示，四股反应进料（双氧水、气氨、环己酮、叔丁醇），循环液进料、外送反应液，共六股进出料，环管进料29（进料位置重叠），环管进料口30，管式固定床31，每根进出料环管上设置有4个进料口（外送反应液为出料口），共16个进出料口。为了使各种物料混合均与，避免双氧水与氨直接接触，24个进料口设置偏离角度为15^o。

如图4所示，肟化预反应器的内部设有管式固定床31，管式固定床31为钛硅分子筛管式固定床，整体结构类似换热器形式。管式固定床31的下端设有管式固定床底部进料口28，管式固定床31的上端设有管式固定床顶部出料口27，管式固定床31设有钛硅分子筛附着层26，钛硅分子筛附着层26的外侧设有钛硅分子筛固定床层25。

金属膜管采用一端螺纹连接，完全可承受1Mpa压力，金属膜管式的管式固定床采用一端螺纹连接即可，便于拆装。

管式固定床31具有较大的接触面积，假如单台反应器内置475根管式固定床31，每根直径3cm，高2m，接触面积可达到90m²，预反应器3与反应器5串联接触面积可达到180m²，大于金属膜管接触面积。管式固定床31与反应物流接触面积较大，传热系数较好，便于热量回收。

工作过程

启动固定床热回收式氨肟化反应系统，反应清液储罐1内加入一定液位叔丁醇后投用外置过滤器22，启动循环泵2，建立整体循环，第一肟化预反应器3和第二肟化预反应器4，第一肟化反应器5和第二肟化反应器6依次通过第一肟化预反应器冷媒进料口12、第二肟化预反应器冷媒进料口13、第一肟化预反应器冷媒出料口14、第二肟化预反应器冷媒出料口15投入冷媒后，反应物料双氧水通过双氧水进料线路8、气氨通过气氨进料线路9、环己酮通过环己酮进料线路10、叔丁醇通过叔丁醇进料线路11再通过环管进料口进入第一肟化预反应器3和第二肟化预反应器4，在第一肟化预反应器3和第二肟化预反应器4内混合、预反应后经反应液进料管线20进入第一肟化反应器5和第二肟化反应器6，进一步反应后经反应液出料管线21外送至反应液缓冲罐1，反应清液缓冲罐1内压力由压力调节线路7控制，保证缓冲罐1内压力（优选0.2Mpa~0.3Mpa），通过调节四股冷媒的进料温度或者流量来控制肟化反应温度（优选80~90℃），反应液缓冲罐1内液位由外送反应液管线24来控制（优选30%~50%）。

对于冷媒的选用，可以直接使用循环水，但这样不能吸收反应热，优选对后工序萃取液预热、废水预热等。

整个肟化反应系统通过第一肟化预反应器3和第二肟化预反应器4、第一肟化反应器5和第二肟化反应器6后直接进入反应液缓冲罐1即可，精简了氨肟化反应系统的催化剂补加、卸料、肟化反应釜、膜管等设备，即降低了运行费用，也能快速的进行扩能。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种固定床热回收式氨肟化反应系统，其特征在于：包括反应清液缓冲罐、反应循环泵、肟化预反应器和肟化反应器，反应清液缓冲罐的出料口通过管线连接至反应循环泵的进料口，反应循环泵的出料口通过反应循环液管线连接至肟化预反应器的进料口，肟化预反应器的出料口通过反应液进料管线连接至肟化反应器的进料口，肟化反应器的出料口通过反应液出料管线连接至反应清液缓冲罐的进料口；肟化预反应器的内部设有管式固定床，管式固定床的下端设有管式固定床底部进料口，管式固定床的上端设有管式固定床顶部出料口，管式固定床设有钛硅分子筛附着层，钛硅分子筛附着层的外侧设有钛硅分子筛固定床层；反应清液缓冲罐和反应循环泵之间的管路上串联有外过滤装置。

2.如权利要求1所述的固定床热回收式氨肟化反应系统，其特征在于：肟化预反应器设有双氧水进料线路、气氨进料线路、环己酮进料线路、叔丁醇进料线路、冷媒进料口和冷媒出料口。

3.如权利要求2所述的固定床热回收式氨肟化反应系统，其特征在于：肟化反应器设有冷媒进料管线和冷媒出料管线。

4.如权利要求3所述的固定床热回收式氨肟化反应系统，其特征在于：反应清液缓冲罐的上端设有压力控制线路。

5.如权利要求4所述的固定床热回收式氨肟化反应系统，其特征在于：循环液线路的一侧连接有外送反应液管线。

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