一种利用径向移热反应器生产N-甲基苯胺的环保工艺及设备的制作方法

本发明涉及n-甲基苯胺生产，尤其涉及一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的环保工艺及设备。

背景技术：

1、n-甲基苯胺是重要的化工原料,主要用于主要用途有两个方面：（1）除草剂、阳离子染料等中间体生产，（2）高清洁非金属汽油抗爆剂，增加辛烷值。目前，n-甲基苯胺的生产主要采用苯胺与甲醇气相反应工艺的生产方法，苯胺与甲醇在铜系催化剂的作用下，通过甲基取代-nh2中的h反应合成的，其反应式如下：

2、c6h5-nh2 + ch3oh → c6h5-nhch3 + h2o

3、生成的n-甲基苯胺还会与甲醇进一步进行二次取代nh基团中h的反应，生成n,n-二甲基苯胺。

4、c6h5-nhch3 + ch3oh → c6h5-n(ch3)2 + h2o

5、目前工业化装置最主要问题是反应效率低、高浓度的h2尾气因含苯胺燃烧nox超标两大主要问题。

6、反应效率低主要体现在，反应器压降较大，导热油移热不及时，出现反应器热点温度高超过250℃情况，而且不同反应管的温度分布不均匀，温差15℃以上。温度较高带来n-甲基苯胺与甲醇二次取代副反应、苯环的烷基化副反应、甲醇脱水副反应等对温度敏感性更高的反应大量增加，一方面导致产品收率降低，物耗增加；另一方面增加精馏分离难度及产品中杂质组分含量，导致产品按照设计工艺操作时无法达到优级品产品指标。

7、高浓度的h2尾气燃烧nox超标的问题主要因为含有0.2%左右的苯胺在高浓度h2尾气中，经过苯胺及水吸收处理后的尾气，经过循环水、冷冻水2级冷却后，由于苯胺在气相中的相平衡，导致尾气中仍然含有0.05%左右的苯胺。当此尾气作为燃料在加热炉燃烧后，nox超过国家排放标准的100ppm，需要设置单独的脱硝模块处理，影响装置投资及稳定运行。

8、随着n-甲基苯胺市场用量逐步增加，特别是在出口量大幅度提高的情况下，对n-甲基苯胺生产技术研究成为科研单位研究的重点，主要集中在催化剂的研究报道中，希望通过增加催化剂的耐温度波动及更高温度下反应选择性，试图改变目前工业化装置问题，对反应工艺及含苯胺的尾气处理研究很少报道。

9、为了解决上述问题，本发明提出一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的环保工艺及设备。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的环保工艺及设备，主要包含：

2、（1）新的径向移热反应工艺，反应器采用径向型式，催化剂床层厚度降低，相对传统的列管式反应器降低反应压力降，同时增加物料分布及反应时的均匀性，提高反应性能。径向催化剂床层中设置u型换热管与催化剂床层流出的物料换热，一方面降低物料温度，再次进入下级催化剂床层时，降低高温度的影响，提高反应选择性。另一方面，移出反应热，通过发生蒸汽的方式回收，降低装置的能耗，而且发生蒸汽气化移热速快，控制更加灵敏，反应物料温度更加均匀。

3、（2）采用甲苯、二甲苯或丙苯等芳烃物料作为吸收剂，吸收尾气中的苯胺，并在脱出甲醇后，油水分离得到的油相中精馏分离循环吸收剂。此工艺解决两个主要问题，一为通过芳烃物料低温吸收后苯胺后，h2尾气中不带n，这样作为加热炉的燃料，燃烧后可以解决nox超标问题。二为芳烃物料吸收后的油相与水相密度差增大，油相密度变为0.89kg/cm3左右，与水相1.0kg/cm3密度差增大。改变苯胺密度1.02kg/cm3与水相1.0kg/cm3密度差太小，很难油水分离及容易出现乳化的情况。

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的环保工艺，包括如下步骤：

5、s1：将苯胺与甲醇按照一定比例加入混液管内，经过增压后进入原料汽化器内进行汽化，汽化后的物料在经过进出料换热加热至200℃左右，在进入径向移热反应器内，首先经过第一层催化剂床层反应，反应后物料温度升高3℃左右，第一层催化剂床层反应出料进入u型换热管的第一级，通过管内液体水汽化为水蒸汽吸收物料热量，物料降温至200℃左右后，进入第二级催化剂床层反应，依次类推经过后续的多级催化剂床层及对应多级u型换热管移出热量后，反应物料在外筒流通通道汇合，通过物料出口流出反应器，反应器的生成热量通过催化剂床层间的u型管换热器管侧水产生蒸汽回收；

6、s2：在催化剂床层完成反应后，反应出料换热降温至160℃左右，降温后的物料进入脱轻塔处理，进入脱轻塔的反应物料在其中进行气液分离，塔顶气相进入油洗塔及水洗塔回收其中的物料苯胺及甲醇，尾气从水洗塔顶部排出作为导热油炉的燃料，油洗塔及水洗塔回收塔釜物料进入甲醇回收塔处理，甲醇回收塔塔顶回收甲醇作为反应原料循环使用，甲醇回收塔塔底含水及苯胺、吸收剂等有机物的物料送入油水分离罐进行油水分离；

7、s3：油水分离罐的油相进入解吸塔，油水分离罐塔底得到苯胺及少量n,n二甲基苯胺、n甲基苯胺进入精馏部分，油水分离罐塔顶得到解吸的吸收剂，循环回油洗塔使用,油水分离罐的水相进入汽提塔回收水中溶解的少量油相返回油水分离罐，汽提塔塔底废水去污水处理；

8、s4：反应出料在脱轻塔脱出轻组分后，塔釜有机物进入产品粗分塔进一步处理，产品粗分塔塔顶馏出苯胺及二甲基苯胺送入苯胺回收塔中处理，其塔底则采出富含n-甲基苯胺的物料进入产品塔中；

9、s5：在产品塔中，塔顶馏出物作为本单元的精制n-甲基苯胺产品，塔底采出高沸物残油送至界外，在苯胺回收塔中，塔顶馏出物料循环苯胺，以液相形式返回到反应工段作为反应的原料，塔底馏出的n,n-二甲基苯胺可作为本装置的副产品。

10、本发明还提出一种苯胺与甲醇生产n-甲基苯胺的设备，包括混料罐与多根管道，所述混料管的出液端通过管道安装有原料汽化器，所述原料汽化器的输出端通过管道安装有进出料换热器，所述进出料换热器的一个输出端通过管道安装有径向移热反应器，所述进出料换热器的另一个输出端通过管道安装有脱轻塔，所述脱轻塔的塔底液相输出端通过管道安装有产品粗分塔，所述脱轻塔的塔顶气相输出端通过管道安装有油洗塔，所述油洗塔的塔顶输出端通过管道安装有水洗塔，所述油洗塔与水洗塔的塔底输出端通过管道共同安装有甲醇回收塔，所述甲醇回收塔的塔底输出端通过管道安装有油水分离罐，所述油水分离管的油相输出端通过管道安装有解吸塔。

11、作为本发明的优选技术方案，所述径向移热反应器的出料端通过管道与进出料换热器的输入端相连通。

12、作为本发明的优选技术方案，所述产品粗分塔的塔底液相输出端通过管道安装有产品塔，所述产品粗分塔的塔顶气相输出端通过管道安装有苯胺回收塔。

13、作为本发明的优选技术方案，所述油水分离罐的水相输出端通过管道安装有汽提塔，所述汽提塔的塔顶输出端与甲醇回收塔的塔底输出端通过管道与油水分离罐内相连通。

14、作为本发明的优选技术方案，所述解吸塔的塔底输出端通过管道与脱轻塔内相连通，所述解吸塔的塔顶输出端通过管道与油洗塔内相连通。

15、本发明提供了一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的环保工艺及设备，具备以下有益效果：

16、1、通过芳烃物料低温吸收后苯胺后，h2尾气中不带n，这样作为加热炉的燃料，燃烧后可以解决nox超标问题；

17、2、芳烃物料吸收后的油相与水相密度差增大，油相密度变为0.89kg/cm3左右，与水相1.0kg/cm3密度差增大。改变苯胺密度1.02kg/cm3与水相1.0kg/cm3密度差太小，很难油水分离及容易出现乳化的情况。

技术特征：

1.一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的环保工艺，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的设备，包括混料罐（1）与多根管道，其特征在于，所述混料管的出液端通过管道安装有原料汽化器（2），所述原料汽化器（2）的输出端通过管道安装有进出料换热器（3），所述进出料换热器（3）的一个输出端通过管道安装有径向移热反应器（4），所述进出料换热器（3）的另一个输出端通过管道安装有脱轻塔（5），所述脱轻塔（5）的塔底液相输出端通过管道安装有产品粗分塔（7），所述脱轻塔（5）的塔顶气相输出端通过管道安装有油洗塔（9），所述油洗塔（9）的塔顶输出端通过管道安装有水洗塔（10），所述油洗塔（9）与水洗塔（10）的塔底输出端通过管道共同安装有甲醇回收塔（11），所述甲醇回收塔（11）的塔底输出端通过管道安装有油水分离罐（12），所述油水分离管的油相输出端通过管道安装有解吸塔（13）。

3.根据权利要求2所述的一种利用径向移热反应器生产n-甲基苯胺的设备，其特征在于，所述径向移热反应器为专门设置的多层径向移热反应器，反应器的结构见图2，反应物料由底部物料进口1进入反应器内筒流通通道，然后经过第一层催化剂床层反应，反应后物料温度升高，第一层催化剂床层反应出料进入u型换热管的第一级，通过管内液体水汽化为水蒸汽吸收物料热量，物料降温至200℃左右后，进入第二级催化剂床层反应，依次类推经过后续的多级催化剂床层及对应多级u型换热管移出热量后，反应物料在外筒流通通道汇合，通过物料出口2流出反应器，反应器环形催化剂床层顶部及底部分别设置装料口8及卸料口6，卸出的催化剂由人孔7排出，物料出口2设置偶数个对称布置，优选2或4个，减小反应物料在外筒流通通道时的环形流动阻力，本工艺设置径向催化剂床层及多级u型换热管的级数为2-16级，优选3-5级，每一级催化剂床层的厚度由反应转化放出热量导致的物料温升情况决定，设计每一级物料温升2-10℃，优选3-6℃，降低热点温度，增加反应选择性。

4.本反应器的通过饱和水发生蒸汽的方式移除反应热，处理过的脱盐水由脱盐水进口9进入反应器的上管箱，并在管板上保持500mm左右的液位，使得u型管换热管保持充满液体水，反应时通过汽化移热，生成的水蒸汽在上管箱顶部汇集，由水蒸汽出口3流出，u型管换热管的底部设置环形挡板11，阻止反应物料由u型的底部流过，防止径向流动的物料部分短路，环形挡板11的高度比u型换热管的u型区域长度高50-1000mm，优选100-150mm，与环形挡板11对应底部区域为流动死区，装填惰性磁球，磁球装填区10的高度，比环形挡板11低50-800mm，优选100-200mm。

技术总结
本发明公开了一种利用径向移热反应器生产N‑甲基苯胺的高效、环保工艺，包括如下步骤：（1）采用新的径向反应器、饱和水汽化移热反应工艺，相对传统的列管式反应器降低反应压力降、发生蒸汽汽化移热速快，控制更加灵敏，反应物料温度更加均匀，提高反应性能。（2）通过甲苯等芳烃物料低温吸收尾气中的苯胺后，反应尾气中不带N，燃烧后可以解决加热炉排放NOX超标问题；而且芳烃吸收剂吸收苯胺后的油相与水相密度差增大，很容易分离，解决苯胺与水密度差小，容易乳化的问题。

技术研发人员：陈娟,杨小英,陈亚飞,闻以露
受保护的技术使用者：常州辰硕科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5