CN220771983U - 叔丁胺合成反应热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种叔丁胺合成反应热利用系统。上述的叔丁胺合成反应热利用系统包括热交换装置和热利用装置，热交换装置包括壳程换热管道，壳程换热管道布置在叔丁胺合成反应器中，叔丁胺合成反应器为列管式反应器，壳程换热管道为列管式反应器的壳程，壳程换热管道中具有热置换剂，用于对叔丁胺合成反应器的反应热进行热吸收；热利用装置连通热交换装置，热利用装置用于对热置换剂吸收的热量予以利用。上述的叔丁胺合成反应热利用系统能够减少能耗。

Description

叔丁胺合成反应热利用系统

技术领域

本实用新型属于化工技术领域，尤其涉及一种叔丁胺合成反应热利用系统。

背景技术

叔丁胺是一种有机合成中间体，又名“2-甲基-2-氨基丙烷”。化学式为(CH3)3CNH2。分子量为73.14。叔丁胺是无色易燃液体，有氨臭，对人体有刺激性和腐蚀性。能与乙醇、水、乙醚混溶，能与空气形成爆炸性混合物。主要用作橡胶添加剂、杀虫剂、杀菌剂、染料、医药等。

叔丁胺经历了多种制备方法并存的时代，叔丁醇-尿素法、叔丁醇-氢氰酸法、甲基叔丁基醚-氢氰酸法、Riter反应法等都曾作为生产丙烯酸及酯的主要方法，但这些方法皆因原料毒性大，危险性高，能耗高，收率低，成本高，已基本被淘汰，目前最为经济环保的叔丁胺生产方法为异丁烯直接胺化法。

目前异丁烯直接催化胺化制备叔丁胺专利方法中，普遍采用蒸汽对原料液氨与异丁烯进行加热汽化，反应器放热利用导热油进行移热，混合原料气与反应器出口产物进行热交换后，再用循环导热油加热至反应温度，通入反应器。反应器出口产物预热混合原料气后温度尚高，通过冷却器进一步降温，再经过气液分离后进入下游精馏系统。由于需要采用蒸汽对原料进行加热汽化，以及需要采用冷却器对反应器进行降温，使得反应器反应产生的热量的利用率较低，且蒸汽及冷却器产生的能耗较高。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提出了一种叔丁胺合成反应热利用系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种叔丁胺合成反应热利用系统，包括：

热交换装置，所述热交换装置包括壳程换热管道，所述壳程换热管道布置在叔丁胺合成反应器中，所述叔丁胺合成反应器为列管式反应器，所述壳程换热管道为所述列管式反应器的壳程，所述壳程换热管道中具有热置换剂，用于对叔丁胺合成反应器的反应热进行热吸收；

热利用装置，所述热利用装置连通所述热交换装置，所述热利用装置用于对所述热置换剂吸收的热量予以利用。

在其中一个实施例中，所述叔丁胺合成反应热利用系统还包括所述叔丁胺合成反应器及原料汽化机构，所述热利用装置包括原料汽化换热管，所述原料汽化换热管与所述热交换装置相连通，所述原料汽化换热管连接所述原料汽化机构，用于对所述原料汽化机构进行加热，其中，所述原料汽化机构开设有汽化原料出口，所述汽化原料出口与所述列管式反应器相连通。

在其中一个实施例中，所述热交换装置还包括反应气初冷器，所述反应气初冷器形成有换热通道，所述换热通道与所述汽化原料出口相连通；

所述列管式反应器开设有反应气出口，所述反应气出口设置有输送管道，所述输送管道用于与反应气初冷器进行热交换，所述输送管道用于与分离精馏系统连通。

在其中一个实施例中，所述换热通道为逆流换热通道。

在其中一个实施例中，所述反应气初冷器设置有进料管，所述进料管连通于所述列管式反应器，所述进料管设置有控温机构，所述控温机构电连接于所述进料管。

在其中一个实施例中，所述的叔丁胺合成反应热利用系统还包括原料预热机构，所述原料预热机构开设有原料入口和预热原料出口；所述原料汽化机构还开设有预热原料入口，所述预热原料入口与所述预热原料出口相连通；

所述列管式反应器开设有汽化原料入口，所述汽化原料入口与所述换热通道相连通；

所述输送管道还用于与原料预热机构进行热交换。

在其中一个实施例中，所述原料预热机构包括异丁烯预热器和液氨预热器，所述原料入口包括异丁烯入口和液氨入口，所述预热原料出口包括预热异丁烯出口和预热液氨出口，所述异丁烯入口和所述预热异丁烯出口均开设于所述异丁烯预热器，所述液氨入口和所述预热液氨出口均开设于所述液氨预热器；所述输送管道依次与所述异丁烯预热器和所述液氨预热器进行热交换。

在其中一个实施例中，所述原料汽化机构包括相连通的异丁烯汽化器和液氨汽化器，所述预热原料入口包括预热异丁烯入口和预热液氨入口，所述预热异丁烯入口与所述预热异丁烯出口相连通，所述预热液氨入口与所述预热液氨出口相连通；

所述汽化原料出口包括氨气出口和汽化异丁烯出口，所述氨气出口开设于所述液氨汽化器，所述汽化异丁烯出口开设于所述异丁烯汽化器；

所述氨气出口与所述汽化异丁烯出口均与所述汽化原料入口相连通。

在其中一个实施例中，所述壳程换热管道设置有循环泵，所述循环泵用于使所述热置换剂在所述壳程换热管道内循环移动。

与现有技术相比，本实用新型提供的叔丁胺合成反应热利用系统技术具有如下优点或有益效果：

本实用新型的叔丁胺合成反应热利用系统，壳程换热管道中的热置换剂对叔丁胺合成反应器的反应热进行吸收，热利用装置对热置换剂吸收的热量予以利用，即通过热量耦合，提高了热量的高效率利用，减少了能量消耗。

附图说明

附图1是本实用新型实施例一的叔丁胺合成反应热利用系统的结构示意图；

附图2是本实用新型实施例二的叔丁胺合成反应热产汽系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的，技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细说明，借此对本实用新型如何应用技术手段解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

请参阅图1，一实施方式的叔丁胺合成反应热利用系统包括热交换装置和热利用装置。所述热交换装置包括壳程换热管道，所述壳程换热管道布置在叔丁胺合成反应器中，所述叔丁胺合成反应器为列管式反应器1，所述壳程换热管道为所述列管式反应器1的壳程，所述壳程换热管道中具有热置换剂，用于对叔丁胺合成反应器的反应热进行热吸收；所述热利用装置连通所述热交换装置，所述热利用装置用于对所述热置换剂吸收的热量予以利用。具体的，热利用装置可以直接用于加热热源，也可以用作热功转换，还可以用作热泵。

上述的叔丁胺合成反应热利用系统，壳程换热管道中的热置换剂对叔丁胺合成反应器的反应热进行吸收，热利用装置对热置换剂吸收的热量予以利用，即通过热量耦合，提高了热量的高效率利用，减少了能量消耗。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述叔丁胺合成反应热利用系统包括所述叔丁胺合成反应器及原料汽化机构，所述热利用装置包括原料汽化换热管，所述原料汽化换热管与所述热交换装置相连通，所述原料汽化换热管连接所述原料汽化机构，用于对所述原料汽化机构进行加热，其中，所述原料汽化机构开设有汽化原料出口，所述汽化原料出口与所述列管式反应器1相连通。可以理解，本申请的叔丁胺合成反应热利用系统，采用异丁烯直接胺化制备叔丁胺，叔丁胺合成反应大量放热，反应放出的热量通过热交换装置的热置换剂传递到原料汽化机构，不仅使原料异丁烯和液氨升温汽化，还使叔丁胺降温，通过能量耦合，提高了热量的高效率利用，不仅避免了传统的叔丁胺合成反应热利用系统需要采用蒸汽加热使原料液氨和异丁烯汽化，造成蒸汽消耗量较大的问题，还减少了叔丁胺在进入分离精馏系统之前需要采用额外的冷却设备进行处理，造成能量和冷却水消耗较大的问题，进而实现节能。换句话说，热利用装置用于对原料汽化机构的原料进行加热。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述热交换装置还包括反应气初冷器3，所述反应气初冷器3形成有换热通道，所述换热通道与所述汽化原料出口相连通；所述列管式反应器1开设有反应气出口，所述反应气出口设置有输送管道，所述输送管道用于与反应气初冷器3进行热交换，所述输送管道用于与分离精馏系统连通。可以理解，汽化原料异丁烯和氨气从汽化原料出口进入反应气初冷器3，列管式反应器1合成的携带大量热量的合成反应气从列管式反应器1的出口进入输送管道，输送管道与反应气初冷器3进行热交换，即将反应气的部分热量传递到反应气初冷器3的汽化原料上，不仅使原料异丁烯和液氨继续升温至接近合成反应温度条件，还使反应气降温，有利于后续反应气液化，通过能量耦合，提高了热量的高效率利用。在本实施例中，输送管道设置在反应气初冷器3的壳程。可以理解，输送管道内具有温度较高的叔丁胺，反应气初冷器3的管程内具有温度较低的汽化原料，因此将输送管道设置在反应气初冷器3的壳程。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述换热通道为逆流换热通道。可以理解，逆流换热通道是指换热通道的流动方向与输送管道被设置在反应气初冷器壳程部分内的反应气的流动方向不同，延长了反应气初冷器3的换热路程，延长了汽化原料与反应气的热交换时间，确保了热量的利用率。在本实施例中，输送管道被设置在反应气初冷器壳程的部分包括第一换热段和第二换热段，反应气从第一换热段流向第二换热段，换热通道的入口开设在靠近第二换热段远离第一换热段的一端，换热通道的出口开设在靠近第一换热段远离第二换热段的一端。反应气的部分热量传递给汽化原料，使得反应气在第一换热段到第二换热段的温度逐渐下降，即在输送管道被设置在反应气初冷器壳程的部分，第一换热段远离第二换热段的一端温度最高，第二换热段远离第一换热段的一端温度最低，同样地，换热通道内的汽化原料，在与反应气进行热交换前温度较低，即在换热通道中，换热通道的入口处温度最低，换热通道的出口处温度最高，使换热通道的入口开设在靠近第二换热段远离第一换热段的一端，使得反应气在反应气初冷器壳程内得到最大程度的冷却，即反应气的冷却效果很好，同样地，换热通道的出口开设在靠近第一换热段远离第二换热段的一端，使得汽化原料在反应气初冷器管程内得到最大程度的加热，即汽化原料的加热效果很好，即较好地实现能量耦合，提高了能量利用率。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述反应气初冷器3设置有进料管，所述进料管连通于所述列管式反应器1，所述进料管设置有控温机构，所述控温机构电连接于所述进料管。可以理解，反应气在反应气初冷器3的壳程，汽化原料在反应气初冷器3的管程，反应气的部分热量传递给汽化原料后，汽化原料升温，温度与反应温度较接近，控温机构对汽化原料进行温度检测及加热，达到精准控温的目的，以使汽化原料达到反应温度，提高反应效率及叔丁胺的转化率。在本实施例中，控温机构为控温电加热器2。

请参阅图1，导热油仅能转移叔丁胺合成过程中的反应放热，对于反应器出口的高温流体，还需要使用冷却设备进行进一步冷却。为了提高反应热的利用率，在其中一个实施例中，所述的叔丁胺合成反应热利用系统还包括原料预热机构和原料汽化机构，所述原料预热机构开设有原料入口和预热原料出口；所述原料汽化机构还开设有预热原料入口，所述预热原料入口与所述预热原料出口相连通；所述列管式反应器1开设有汽化原料入口，所述汽化原料入口与所述换热通道相连通；所述输送管道还用于与原料预热机构进行热交换。可以理解，原料从原料入口进入原料预热机构，与输送管道进行热交换，使原料得到预热，且使反应气进一步降温液化，无需气液分离设备，减少了设备投资和占地面积，然后预热原料进入原料汽化机构，壳程换热管道内的热置换剂将叔丁胺合成的反应热传递到原料汽化机构，使原料汽化，且使反应气降温，有效降低蒸汽与冷却水用量，即减少能耗。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述原料预热机构包括异丁烯预热器4和液氨预热器5，所述原料入口包括异丁烯入口和液氨入口，所述预热原料出口包括预热异丁烯出口和预热液氨出口，所述异丁烯入口和所述预热异丁烯出口均开设于所述异丁烯预热器4，所述液氨入口和所述预热液氨出口均开设于所述液氨预热器5；所述输送管道依次与所述异丁烯预热器4和所述液氨预热器5进行热交换。可以理解，相较于液氨，异丁烯较难汽化，因此输送管道内的反应气在温度较高时先对异丁烯进行加热，且在异丁烯预热器4内容易使反应气液化，以便后续进行分离精馏，然后在反应气温度较低时对液氨进行加热，使异丁烯和液氨均能较好地升温。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述原料汽化机构包括相连通的异丁烯汽化器8和液氨汽化器7，所述预热原料入口包括预热异丁烯入口和预热液氨入口，所述预热异丁烯入口与所述预热异丁烯出口相连通，所述预热液氨入口与所述预热液氨出口相连通；所述汽化原料出口包括氨气出口和汽化异丁烯出口，所述氨气出口开设于所述液氨汽化器7，所述汽化异丁烯出口开设于所述异丁烯汽化器8；所述氨气出口与所述汽化异丁烯出口均与所述汽化原料入口相连通。

请参阅图1，在其中一个实施例中，壳程换热管道为导热油炉6，热置换剂为导热油。可以理解，导热油的传热效率较高、散热快，且热稳定性很好，能够循环利用，当导热油将反应器的热量传递到原料汽化机构后，导热油的温度较低，导热油重新流动至反应器壳程，并进行下一轮的热量传递。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述壳程换热管道设置有循环泵，所述循环泵用于使所述热置换剂在所述壳程换热管道内循环移动，循环泵提高了导热油的流动性和导热效率。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述列管式反应器1的温度为150℃～300℃。可以理解，150℃～300℃为叔丁胺合成反应的合适温度，有利于合成叔丁胺。

请参阅图1，在其中一个实施例中，所述列管式反应器1形成有合成反应腔，所述合成反应腔的压力为1.0MPaG～15MPaG。可以理解，1.0MPaG～15MPaG为叔丁胺合成反应的合适的压力，有利于合成叔丁胺。

请参阅图1，在原料预热机构中，反应气依次通过异丁烯预热器4和液氨预热器5，将温度为25℃～80℃且压力为5MPaG～15MPaG的原料液相异丁烯预热至140℃～180℃，将温度为25℃～80℃且压力为5MPaG～15MPaG的液氨预热至100℃～140℃。在原料汽化机构中，预热后的异丁烯和液氨分别在异丁烯汽化器8和液氨汽化器7中，导热油炉6传递的热量使异丁烯和液氨完全汽化。原料控温段包括反应气初冷器3和控温电加热器2，汽化后混合原料气的温度为150℃～200℃，与列管式反应器1出口的温度为240℃～260℃反应气在反应器初冷器内换热后，温度接近反应进料温度，通过设置控温电加热器2，使混合原料气温度控制在240℃～260℃后进入列管式反应器1。通过导热油对列管式反应器1内的放热进行移热，出列管式反应器1后导热油温度为235℃～255℃，导热油炉6的出炉温度设定为250～270℃，经液氨汽化器7与异丁烯汽化器8换热后温度降为220℃～240℃，返回至列管式反应器1用于反应移热，完成导热油系统循环过程。列管式反应器1出口反应气温度为240℃～260℃，在反应器初冷器内对混合原料气加热后温度降为160℃～200℃，在原料预热机构中的异丁烯预热器4和液氨预热器5内对原料预热后，温度降为90℃～110℃并液化，随后通入下游分离精馏系统。

请参阅图1，优选地，反应气初冷器3内的换热通道为逆流换热通道，列管式反应器1出口反应气温度为250℃，反应气在反应气初冷器3内对混合原料气加热后温度降为183℃，混合原料气在反应气初冷器3内加热前温度为172℃，加热后温度为240℃。

请参阅图1，在其中一个实施例中，采用异丁烯和液氨为原料，原料依次经过预热、汽化、在反应气初冷器3的换热通道内再次加热，然后控温电加热器2对汽化原料进行温度检测及加热，达到精准控温的目的，以使汽化原料达到反应温度，然后进入反应器内并生成叔丁胺反应气并大量放热，同时导热油将反应放出的热量传递到原料汽化机构，使原料加热汽化，然后温度降低的导热油通过循环泵回到列管式反应器1的壳程，且列管式反应器1内的反应气通过输送管道先与反应气初冷器3内的汽化原料发生热交换，使汽化原料进一步升温，然后反应气通过输送管道与原料预热机构产生热交换，使反应气冷却液化后进入分离精馏系统。

进一步地，在列管式反应器1内发生叔丁胺合成反应产生反应热后，原料的预热和汽化均由反应热提供热量，较好地减少了热量的消耗。

请参阅图2，本申请还提供一种叔丁胺合成反应热产汽系统。上述的产汽系统，包括原料汽化机构、混合器9、压缩机系统10、反应气初冷器3、列管式反应器1、导热循环机构和汽包11，原料汽化机构和混合器9相连通，混合器9和列管式反应器1均与反应气初冷器3连通，压缩机系统10用于对反应气初冷器3进行加压，导热循环机构包括导热油炉6和循环泵，循环泵用于使导热油炉6内的导热油进行循环流动，导热油炉6用于将列管式反应器1的热量传递到汽包11，汽包11用于对原料汽化机构进行加热汽化。上述的产汽系统还包括控温电热器，控温电热器用于对列管式反应器1进气入口的汽化原料进行控温。

上述的产汽装置，低压原料液氨和低压原料异丁烯分别在液氨汽化器7和异丁烯汽化器8中与反应气换热并完全汽化，反应气冷却后去下游分离精馏系统。汽化后原料在混合器9内混合，经压缩机系统10加压至反应目标压力，加压后原料气与出口反应气在反应气初冷器3内换热，为保证反应器进口原料气温度，使用控温电热器控制原料气温度满足反应要求。叔丁胺合成反应器使用导热油移热，减少了额外对叔丁胺反应气进行冷却液化消耗的能量和冷却水。导热油经导热油循环泵后循环使用，利用锅炉水在导热油冷却器内吸收导热油热量并产生蒸汽，蒸汽可用于对原料的汽化进行供能。

所述的列管式反应器1是以氨气，气相异丁烯为原料，高压反应获得产物叔丁胺。出口反应气含叔丁胺与未反应氨气、异丁烯。

所述的压缩机系统10是采用多级压缩，将低压原料气加压至反应目标压力的系统。

所述的导热油冷却器利用锅炉水对导热油进行冷却，撤出反应热，同时副产蒸汽。

所述的列管式反应器1操作条件包括但不限于150℃～300℃，5.0MPaG～15MPaG。

所述的压缩机系统10原料入口压力包括但不限于0.1MPaG～5MPaG，出口压力包括但不限于1MPaG～15MPaG。

还需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (9)

1.一种叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，包括：

热交换装置，所述热交换装置包括壳程换热管道，所述壳程换热管道布置在叔丁胺合成反应器中，所述叔丁胺合成反应器为列管式反应器，所述壳程换热管道为所述列管式反应器的壳程，所述壳程换热管道中具有热置换剂，用于对叔丁胺合成反应器的反应热进行热吸收；

热利用装置，所述热利用装置连通所述热交换装置，所述热利用装置用于对所述热置换剂吸收的热量予以利用。

2.根据权利要求1所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述叔丁胺合成反应热利用系统还包括所述叔丁胺合成反应器及原料汽化机构，所述热利用装置包括原料汽化换热管，所述原料汽化换热管与所述热交换装置相连通，所述原料汽化换热管连接所述原料汽化机构，用于对所述原料汽化机构进行加热，其中，所述原料汽化机构开设有汽化原料出口，所述汽化原料出口与所述列管式反应器相连通。

3.根据权利要求2所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述热交换装置还包括反应气初冷器，所述反应气初冷器形成有换热通道，所述换热通道与所述汽化原料出口相连通；

所述列管式反应器开设有反应气出口，所述反应气出口设置有输送管道，所述输送管道用于与反应气初冷器进行热交换，所述输送管道用于与分离精馏系统连通。

4.根据权利要求3所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述换热通道为逆流换热通道。

5.根据权利要求3所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述反应气初冷器设置有进料管，所述进料管连通于所述列管式反应器，所述进料管设置有控温机构，所述控温机构电连接于所述进料管。

6.根据权利要求3所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述的叔丁胺合成反应热利用系统还包括原料预热机构，所述原料预热机构开设有原料入口和预热原料出口；所述原料汽化机构还开设有预热原料入口，所述预热原料入口与所述预热原料出口相连通；

所述列管式反应器开设有汽化原料入口，所述汽化原料入口与所述换热通道相连通；

所述输送管道还用于与原料预热机构进行热交换。

7.根据权利要求6所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述原料预热机构包括异丁烯预热器和液氨预热器，所述原料入口包括异丁烯入口和液氨入口，所述预热原料出口包括预热异丁烯出口和预热液氨出口，所述异丁烯入口和所述预热异丁烯出口均开设于所述异丁烯预热器，所述液氨入口和所述预热液氨出口均开设于所述液氨预热器；所述输送管道依次与所述异丁烯预热器和所述液氨预热器进行热交换。

8.根据权利要求7所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述原料汽化机构包括相连通的异丁烯汽化器和液氨汽化器，所述预热原料入口包括预热异丁烯入口和预热液氨入口，所述预热异丁烯入口与所述预热异丁烯出口相连通，所述预热液氨入口与所述预热液氨出口相连通；

所述汽化原料出口包括氨气出口和汽化异丁烯出口，所述氨气出口开设于所述液氨汽化器，所述汽化异丁烯出口开设于所述异丁烯汽化器；

所述氨气出口与所述汽化异丁烯出口均与所述汽化原料入口相连通。

9.根据权利要求1所述的叔丁胺合成反应热利用系统，其特征在于，所述壳程换热管道设置有循环泵，所述循环泵用于使所述热置换剂在所述壳程换热管道内循环移动。