專利名稱：亞硝酸甲酯的生產裝置及生產方法
技術領域：
本發明涉及亞硝酸甲酯的生產裝置及生產方法，具體涉及一種連續一步法生產亞硝酸甲酯的生產裝置及生產方法。
背景技術：
亞硝酸甲酯的傳統生產方法采用兩步法和一步法兩種。
兩步法為第一步通過氨氧化得到NO，第二步一氧化氮、甲醇、氧氣反應生成亞硝酸甲酯，反應式如下
4NH3+502—4N0+6H20+907. 28KJ
2N0+l/202+2CH30H — 2CH30N0+H20
此方法系連續生產，操作較為簡單，但工藝流程較長，氨氧化產生的副產物氮氧化物含量高，對大氣污染嚴重，需要設置氮氣處理系統，確保氮氧化物排放指標合格，從而造成投資和運行成本的上升，且其中一部分氮氧化物溶于水中容易產生含酸污水，處理難度較大。
第二種方法為一步間歇法制取亞硝酸甲酯，以甲醇、硝酸和亞硝酸鈉為原料，采用多釜(一般采用三個反應釜)間歇操作，反應式如下
NaN02+HN03+CH30H — NaN03+CH30N0+H20
首先在亞硝酸甲酯反應釜中加入新鮮甲醇，然后加入40%濃度的亞硝酸鈉水溶液，攪拌充分混合均勻后，緩慢開啟硝酸泵，通入滴加68%的濃硝酸發生反應，硝酸流量通過硝酸泵進行控制。一般間歇操作在反應釜中一次加入亞硝酸甲酯的甲醇量和亞硝酸鈉量按可用2-3天設計，反應釜頂部的亞硝酸甲酯(50°C，0. 4MPa)送入亞硝酸甲酯水洗塔，進行亞硝酸甲酯與水的分離得到亞硝酸甲酯供后續單元使用。反應釜底部硝酸鈉甲醇溶液(含微量亞硝酸甲酯)送甲醇回收塔，塔底硝酸鈉水溶液送后續硝酸鈉干燥結晶單元，塔頂的甲醇溶液綜合其他裝置合理回用。工藝流程簡圖見說明書附圖I。
此法工藝成熟，技術可靠，但因需間歇操作，無法保證系統的連續穩定運行，間歇操作易引起產品質量的不穩定，因此對操作人員的綜合素質和技術水平要求都較高。
鑒于上述兩種方法存在的弊端，尋找一種可以連續生產，而且工藝較為簡單的工藝路線是值得我們研究的課題。發明內容
本發明提供了一種亞硝酸甲酯生產裝置，是以亞硝酸鈉、硝酸和甲醇為原料，采用連續生產工藝制取亞硝酸甲酯的方法。此方法是在間歇一步法制取亞硝酸甲酯的基礎上， 對原有間歇一步法工藝流程的優化完善得到，突破常規多反應釜間歇切換操作的理念，實現連續不間斷生產，不僅具有工藝路線簡短、操作安全、設計合理的特點，而且具有較好的經濟效益、社會效益和環保效益。
本發明通過如下技術方案實現上述目的。
本發明提供了一種亞硝酸甲酯生產裝置，其中包括
皮帶輸送裝置；
溶解攪拌槽，其與皮帶輸送裝置相連接；
用于儲存亞硝酸鈉的第一儲槽，其與溶解攪拌槽的下方相連；
反應器，其通過第一輸送泵連接于第一儲槽；
用于儲存甲醇的第二儲槽和用于儲存硝酸的第三儲槽，其分別經第二輸送泵和第三輸送泵與反應器相連，以及
精餾塔，其通過第四輸送泵連接于反應器。
本發明的亞硝酸甲酯生產裝置還可包括
循環水冷卻器，其分別與第四輸送泵和反應器相連。
所述的反應器中設置有折流板，達到不集中反應，混合均勻的目的。
所述的反應器與氮氣輸送裝置相連，利用氮氣鼓泡攪拌促進反應。
所述的精餾塔設有矩鞍環填料，為三段填料，填料每層高度不大于5m，優選不大于 3m;其底部設有再沸器，用于甲醇、亞硝酸甲酯與硝酸鈉水溶液的分離，再沸器蒸汽通常采用O. 6MPa或O. SMPa低壓蒸汽。或根據工藝需要可以在流程上設置水洗塔和吸收塔，分兩步進行回收其中的亞硝酸甲酯和甲醇。
本發明還提供了一種使用上述生產裝置生產亞硝酸甲酯的方法，包括
a)將亞硝酸溶液、甲醇和硝酸溶液置于第一儲槽、第二儲槽和第三儲槽中，各儲槽液位不低于60% ；
b)皮帶輸送亞硝酸鈉固體到溶解攪拌槽頂部進入，混合攪拌配制亞硝酸鈉溶液， 進入第一儲槽，亞硝酸鈉溶液經第一輸送泵輸送至反應器，同時，第二儲槽中甲醇經第二輸送泵輸送至反應器，第三儲槽中的硝酸經第三輸送泵輸送至反應器，亞硝酸鈉、甲醇和硝酸三種溶液匯集到反應器；
c)攪拌下充分均勻混合發生反應，從反應器流出的物料通過第四輸送泵分成兩股，第一股是經循環水冷卻器10冷卻至38°C -42°c返回至反應器，使得未反應原料深度反應，從而提高轉化率；另一部分通過調節閥控制進精餾塔，精餾塔操作溫度為 1280C _135°C，壓力控制在O. 15-0. 25MPa ;塔底再沸器蒸汽源采用O. 6MPa或O. 8MPa低壓蒸汽；經精餾塔氣液兩相分離后，氣體和液體分別從氣體出口和硝酸鈉溶液出口送出，從精餾塔底部出來的硝酸鈉溶液送硝酸鈉干燥結晶裝置作為副產品。
上述方法中在步驟a)反應器引入原料前，優選首先建立循環水系統，即在循環水冷卻器中引入循環冷卻水。
上述方法的步驟c)中的反應器的攪拌方式采用氮氣入口輸送的氮氣鼓泡進行攪拌。減少電機驅動攪拌因停電或攪拌器斷裂帶來亞硝酸甲酯積聚帶來的介質分解爆炸風險。
所述方法中精餾塔填料采用矩鞍環填料，設計為三段填料，填料每層高度不大于 5m,優選不大于3m。
所述步驟c)中的精餾塔的操作溫度為128°C -135°C。
所述步驟c)中的精餾塔的操作壓力為O. 15-0. 25MPa。
上述方法的步驟c)中返回量為輸送泵出口總量的30-50% ;返回量的多少取決于出口亞硝酸甲酯的比例，可在反應器出口設置在線分析儀，或通過人工取樣分析，檢測出口溶液中亞硝酸甲酯的濃度和反應器的實時反應情況，正常工況下返回量為出口總量的35%。
通過上述方法制取亞硝酸甲酯與傳統法相比有以下特點
I、傳統間歇一步法采用多反應釜切換操作，勞動強度大，危險系數高，采用該方法在保證原料的連續供應即可實現單釜連續操作，操作自動化程度高，流程簡單；
2、傳統間歇一步法反應釜采用電機驅動攪拌器，在停電或晃電的情況下容易造成亞硝酸甲酯在溶液內部的積累，達到一定濃度引起爆炸的風險系數較高，該方法采用氮氣鼓泡方式進行溶液的攪拌可以避開此類風險；
3、氨氧化兩步法制取亞硝酸甲酯雖然是連續生產，操作簡單，但工藝流程較長，氨氧化產生的副產物氮氧化物含量高，對大氣污染嚴重，需要設置尾氣處理系統，其氮氧化物和含酸污水對環境的影響較大，采用該法完全避免副產物稀硝酸和氮氧化物的生成。
本發明的有益效果
本發明提供了一種亞硝酸甲酯生產裝置，是以亞硝酸鈉、硝酸和甲醇為原料，采用連續生產工藝制取亞硝酸甲酯的方法。此方法是在間歇一步法制取亞硝酸甲酯的基礎上， 對原有間歇一步法工藝流程的優化完善得到，突破常規多反應釜間歇切換操作的理念，實現連續不間斷生產，不僅具有工藝路線簡短、操作安全、設計合理的特點，而且具有較好的經濟效益、社會效益和環保效益。
附圖I為現有的一步間歇法制取亞硝酸甲酯的裝置及流程示意圖。
附圖2為本方法發明的總體結構示意圖。
附圖標記說明
I.皮帶輸送裝置、2.溶解攪拌槽、3.第一儲槽、4.第二儲槽、5.第三儲槽、6.第一輸送泵、7.第二輸送泵、8.第三輸送泵、9.氮氣輸送管、10.循環水冷卻器、11.亞硝酸甲酯、12.反應器、13.折流板、14.第四輸送泵、15.折流板(俯視圖，同折流板13)、16.氣體出口、17.精餾塔、18.低壓蒸汽入口、19.再沸器、20.硝酸鈉溶液出口具體實施方式
以下結合附圖2對本發明進行詳細說明。
實施例I
本方法發明的裝置由I.皮帶輸送裝置、2.溶解攪拌槽、3.第一儲槽、4.第二儲槽、5.第三儲槽、6.第一輸送泵、7.第二輸送泵、8.第三輸送泵、9.氮氣輸送管、10.循環水冷卻器、11.亞硝酸甲酯、12.反應器、13.折流板、14.第四輸送泵、15.折流板(同折流板13， 為俯視圖)、16.氣體出口、17.精餾塔、18.低壓蒸汽入口、19.再沸器、20.硝酸鈉溶液出口等管道和設備組成。
皮帶輸送裝置I與溶解攪拌槽2連接，溶解攪拌槽2下方與第一儲槽3相連，第一儲槽3經第一輸送泵6與反應器12連接，第二儲槽4和第三儲槽5分別經第二輸送泵7和第三輸送泵8與反應器12相連，反應器12經第四輸送泵14與循環水冷卻器10和精餾塔 17分別相連，循環水冷卻器10的另一端與反應器12的另一端相連。
其中，所述的反應器12中設置有折流板13。
所述的精餾塔設有矩鞍環填料，為三段填料，填料每層高為以不大于5m ;其底部設有再沸器，用于甲醇、亞硝酸甲酯與硝酸鈉水溶液的分離。根據工藝需要可以在流程上設置水洗塔和吸收塔，分兩步進行回收其中的亞硝酸甲酯和甲醇。
實施例2
利用本發明的裝置生產亞硝酸甲酯的方法是
a)反應器12在引入原料前，循環水冷卻器10引入32°C的循環上水，建立循環水系統；再沸器19的壓力設置為O. 6MPa低壓蒸汽具備投用狀態、機泵啟動前檢查油位、電源和備機的良好性等，亞硝酸鈉溶液、甲醇和硝酸溶液均已配置就緒，各儲槽液位不低于60%。
實施過程
b)皮帶輸送裝置I輸送亞硝酸鈉固體到溶解攪拌槽2頂部進入，經電機驅動的攪拌器混合攪拌配制40%濃度的亞硝酸鈉溶液，然后進入第一儲槽3，亞硝酸鈉溶液經第一輸送泵6輸送至反應器12，同時，第二儲槽4中新鮮甲醇經第二輸送泵7輸送至反應器12，第三儲槽5中40%-60%的硝酸經第三輸送泵8輸送至反應器12，亞硝酸鈉、甲醇、硝酸三種溶液匯集到反應器I)中；
c)在氮氣入口 9輸送的氮氣鼓泡攪拌下充分均勻混合發生反應，通過第四輸送泵 14分成兩股，第一股是經循環水冷卻器10冷卻至40°C返回至反應器12，使得未反應原料繼續反應，從而提高轉化率。返回量為出口總量的30-50%;另一部分通過調節閥控制進精餾塔17，精餾塔填料通常采用矩鞍環填料，設計為三段填料，每層高為以不大于3m為宜，操作溫度為128-135°C，壓力控制在O. 15-0. 25MPa。塔底再沸器19蒸汽源采用O. 6MPa低壓蒸汽。經精餾塔17氣液兩相分離后，氣體和液體分別從氣體出口 16和硝酸鈉溶液出口 20送出，從精餾塔底部出來的硝酸鈉溶液送硝酸鈉干燥結晶裝置作為副產品。
在反應器中發生的化學反應的化學反應方程式為
NaN02+HN03+CH30H — NaN03+CH30N0+H20
該反應為放熱反應，反應速度快，生成的亞硝酸甲酯又極具危險性，在溫度大于 157°C時，如果達到一定濃度會引起亞硝酸甲酯的分解爆炸，因此控制反應速度和反應的溫度是關鍵，在該技術中，通過流量計、調節閥控制進料速度和量的配比；其二通過鼓泡型式的攪拌減少電機驅動攪拌因停電或攪拌器斷裂帶來亞硝酸甲酯積聚帶來的介質分解爆炸風險；其三通過在反應釜內增設折流板使反應速度得到有效控制。
權利要求
1.一種亞硝酸甲酯生產裝置，包括皮帶輸送裝置；溶解攪拌槽，其與皮帶輸送裝置相連；用于儲存亞硝酸鈉的第一儲槽，其與溶解攪拌槽的下方相連；反應器，其經第一輸送泵連接于第一儲槽；用于儲存甲醇的第二儲槽和用于儲存硝酸的第三儲槽，其分別經第二輸送泵和第三輸送泵連接于反應器；以及精餾塔，其通過第四輸送泵連接于反應器。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括循環水冷卻器，其分別與第四輸送泵和反應器相連。
3.根據權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述的反應器中設置有折流板。
4.根據權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述的反應器還與氮氣輸送裝置相連。
5.根據權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述的精餾塔設有矩鞍環填料，為三段填料，填料每層高度不大于5m，優選不大于3m，且在其底部設有再沸器。
6.一種使用根據權利要求1-5任一項所述的裝置生產亞硝酸甲酯的方法，包括a)將亞硝酸溶液、甲醇和硝酸溶液置于第一儲槽、第二儲槽和第三儲槽中，各儲槽液位不低于60% ；b)皮帶輸送亞硝酸鈉固體到溶解攪拌槽頂部進入,混合攪拌配制亞硝酸鈉溶液,進入第一儲槽，亞硝酸鈉溶液經第一輸送泵輸送至反應器，同時，第二儲槽中甲醇經 第二輸送泵輸送至反應器，第三儲槽中的硝酸經第三輸送泵輸送至反應器，亞硝酸鈉、甲醇和硝酸三種溶液匯集到反應器；c)攪拌下充分均勻混合發生反應，從反應器流出的物料通過第四輸送泵分成兩股，第一股是經循環水冷卻器10冷卻至38°C _42°C返回至反應器，使得未反應原料深度反應，從而提高轉化率；另一部分通過調節閥控制進精餾塔，精餾塔操作溫度為128°C _135°C，壓力控制在O. 15-0. 25MPa ;塔底再沸器蒸汽源采用O. 6MPa或O. 8MPa低壓蒸汽；經精餾塔氣液兩相分離后，氣體和液體分別從氣體出口和硝酸鈉溶液出口送出，從精餾塔底部出來的硝酸鈉溶液送硝酸鈉干燥結晶裝置作為副產品。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述精餾塔填料采用矩鞍環填料，設計為三段填料，填料每層高度不大于5m，優選不大于3m。
8.根據權利要求6或7的方法，其特征在于，所述步驟c)中的精餾塔的操作溫度為 1280C -135°C。
9.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述步驟c)中的精餾塔的操作壓力為 O.15-0. 25MPa。
10.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述的步驟c)中的經第四輸送泵后返回反應器的物料量為第四輸送泵出口總質量的30%-50%。
全文摘要
本發明提供了一種亞硝酸甲酯的生產裝置及生產方法，該裝置包括皮帶輸送裝置、溶解攪拌槽、用于儲存亞硝酸鈉的第一儲槽、反應器、用于儲存甲醇的第二儲槽和用于儲存硝酸的第三儲槽以及精餾塔。所述生產方法包括將亞硝酸鈉、甲醇和硝酸三種溶液匯集到反應器，攪拌下充分均勻混合發生反應，從反應器流出的物料通過調節閥控制進精餾塔，經精餾塔氣液兩相分離后，氣體和液體分別從氣體出口和硝酸鈉溶液出口送出，從精餾塔底部出來的硝酸鈉溶液送硝酸鈉干燥結晶裝置作為副產品。本發明突破常規多反應釜間歇切換操作的理念，實現連續不間斷生產，不僅具有工藝路線簡短、操作安全、設計合理的特點，而且具有較好的經濟效益、社會效益和環保效益。
文檔編號C07C203/00GK102936201SQ201210391579
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者吳天平, 劉飛, 曾曉軍, 張紅才 申請人:中國石油化工股份有限公司湖北化肥分公司