專利名稱：環氧乙烷合成乙醇胺的生產方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及化工反應及設備，具體是環氧乙烷合成乙醇胺的生產方法及設備。
背景技術：
乙醇胺有三個同系物，即一乙醇胺(MEA) 、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)。乙醇胺分子中含有氨基(堿性)和羥基(親水性)，它們同時具有胺和醇的各種化學性質和用途。乙醇胺作為一種重要的化工產品，廣泛應用于紡織、有機合成、表面處理、氣體凈化吸收、冶金等各個方面。 當前，世界上生產乙醇胺的技術路線主要為環氧乙烷氨化法。即在一定的溫度和壓力下，將一定 摩爾比的環氧乙烷與氨水或液氨進行親核取代開環反應，制得一定濃度的乙醇胺混合溶液，再經脫氨、脫水、精餾等工藝過程制得產品。為了加速反應，一般采用水做催化劑。反應式如下 C2H40+NH3 — H0CH2CH2NH2C2H40+H0CH2CH2NH2— (H0CH2CH2) 2NH
C2H40+(H0CH2CH2)具 一(H0CH2CH2)3N 該反應是一系列串聯的競爭反應，所使用的設備以塔式或釜式居多，各種反應器
均是一邊混合一邊反應。由于環氧乙烷具有沸點低，爆炸范圍寬，且有一定毒性等特點，故
使用環氧乙烷作為原料時，必須選用合理的反應設備。此外，使用環氧乙烷合成乙醇胺反應
時，現有技術在操作方法使用或產品質量控制方面還存在以下幾個問題 (1)采用雙柱塞計量泵或蠕動泵法進料。如《廣東化工》1997年第五期報道的
《環氧乙烷和液氨合成乙醇胺新工藝的研究》中所述的采用計量泵法將環氧乙烷打入反應
釜中。由于雙柱塞計量泵或蠕動泵只有在運轉的時候才是密封的，當停止運行時，泵里存儲
的環氧乙烷會揮發到大氣中，容易在地面堆積，遇火爆炸，顯然，該進料方法增加了試驗的
危險性。 (2)采用氣液非均相反應。如《科學技術出版社》1991年發行的《精細有機化學品技術手冊》中所述的乙醇胺制備方法，該方法先將環氧乙烷氣化，然后通入氨水進行反應。此方法同樣不可取，因為氣液非均相反應容易在相界面上存在擴散現象，整個反應屬擴散或混合類型，并且存在嚴重的反混現象。此外，局部反應區內氨烷比通常會比宏觀配比小得多，導致真正參與反應的投料比與事先設計的不符。 (3)產品帶有顏色。如《化工設計》1995年第一期《乙醇胺生產的先進技術》中所述，國內生產的乙醇胺往往含有副產物甘醇類或聚醇醚類高沸點殘液等雜質而使產品呈現黃色，顏色是乙醇胺產品質量控制的一個重要指標，如在化妝品、藥物及表面活性劑等行業中，均要求純凈無色的乙醇胺作為原料。 總之，環氧乙烷具有一定的毒性，沸點低、爆炸范圍寬。在使用該試劑合成乙醇胺反應時，反應劇烈，極難控制。如何開發一條反應過程易于控制、操作簡單、且安全衛生的技術路線是許多科研工作者急需破解的難題。
本發明的目的是在環氧乙烷合成乙醇胺的過程中，針對環氧乙烷易揮發、易燃、易爆、有毒等高危險、難操作的特點，提供一種新的合成乙醇胺的方法，并由此設計一套反應過程易于控制、所得產品純度高且安全衛生的試驗設備。
本發明的技術方案如下 環氧乙烷合成乙醇胺的方法是將質量含量^ 99%環氧乙烷與質量含量為25%
的氨水或液氨在氮氣保護和-io 5t:的冷凍條件下按反應的摩爾數比進行反應，控制反
應釜溫度為25 3(TC，反應釜內壓力為0. 1 10MPa，制得乙醇胺混合溶液，然后將乙醇胺混合溶液脫水、脫氨、精餾，得到三種無色的餾分單乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尾氣用水吸收。 上述環氧乙烷合成乙醇胺反應的設備包括進料裝置、反應裝置、和尾氣吸收裝置，進料裝置與儲氨器通過質量流量計安裝在反應裝置的上方或前方，尾氣吸收裝置安裝在反應裝置的后面。 以上所述的進料裝置是在該裝置中安裝一套氨水鋼瓶，鋼瓶外帶夾套，夾套內裝入冰塊，保證原料進入鋼瓶中不發生氣化；鋼瓶下帶液相口 ，與質量流量計連接，通過質量流量計控制進料速度和進料量，氨水鋼瓶底部有管子接到反應裝置； 鋼瓶上方安裝有三通閥，一端接到鋼瓶，另一通連到氮氣瓶，還有一通排空，鋼瓶上方還安裝不銹鋼漏斗、用于排空和加壓用的氣相口，進料漏斗設計成兩頭大中間小的結構，保證了原料盡量少的揮發； 所述的反應裝置可以采用耐高溫高壓反應釜，該設備具有優良的傳熱和密封性能。進料氨水管子外壁安裝有夾套，夾套用過冷水冷卻，使原料經過時不發生氣化。
尾氣吸收裝置是在高壓反應釜上部或旁邊安裝有尾氣凈化閥門，接出到吸收裝置，以免反應完成后打開高壓反應釜氣體漏出使得操作人員中毒。
以上所述的進料漏斗設計成兩頭大中間小的結構。 所述的進料漏斗、鋼瓶、質量流量計、管道、夾套及反應釜等設備均是由不銹鋼材質所構成的。 在進料裝置的底部安裝的質量流量計主要用來控制并計算原料的流量及流速，使環氧乙烷能緩慢的流進反應釜，促使反應條件溫和、反應充分以及有效防止副反應的發生。
本發明的所述的鋼瓶上方連有三通的作用進料時打開排空閥2，保證鋼瓶內外壓一致，使原料能快速的倒入鋼瓶中。反應時，關閉排空閥2，增大鋼瓶內壓，使物料能順利壓入反應釜。 本發明與現有技術相比，具有以下優點和突出性效果 儲存原料的鋼瓶和不銹鋼管道均有很好的冷凝效果，保證了環氧乙烷不揮發，并能與氨水進行均相反應；通過質量流量計控制并計算參與反應的原料量，使環氧乙烷反應充分，并且很好地抑制了副反應的發生，保證了所得產品高純度且無顏色；整個反應過程容易控制；采用中高壓進料，安全系數明顯提高。
圖1為本發明合成乙醇胺的工藝流程及設備結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明本發明的具體結構及操作方法。 本發明的工藝流程及設備結構如附圖1所示，主要包括進料裝置、反應裝置、和尾 氣吸收裝置。進料裝置由儲存原料的鋼瓶、用于進料的不銹鋼漏斗、用于排空和加壓用的氣 相口、用于冷凝降溫用的夾套等組成的。其中，進料漏斗設計成兩頭大中間小的結構，保證 了原料盡量少的揮發。鋼瓶外帶夾套，夾套內裝入冰塊，保證原料進入鋼瓶中不發生氣化。 鋼瓶下帶液相口 ，與質量流量計連接，通過質量流量計控制進料速度和進料量。鋼瓶上方連 有三通。將原料倒入鋼瓶時，打開排空閥門，使鋼瓶內外壓強一致，原料順利進入鋼瓶；進料 反應時，關閉排空閥門，增加鋼瓶的內壓，利用壓力差將原料壓入反應釜進行反應。液下管 道為帶夾套的雙層結構，外層用過冷水冷卻，使原料經過時不發生氣化。反應裝置采用能控 制溫度和壓力的高壓反應釜。反應完成后，打開尾氣吸收閥門5，降壓速度要慢，以防產物被 壓出反應釜。尾氣通過吸收設備吸收。 利用環氧乙烷合成乙醇胺的生產過程操作步驟如下 (1)按附圖1所示安裝好設備，在不銹鋼管道夾套內注入循環的過冷水，在鋼瓶的 夾套內裝入冰塊。
(2)將氨水快速倒于鋼瓶中，通過氮氣壓將氨水壓入反應釜中。
(3)開啟排空閥2，將環氧乙烷快速倒入鋼瓶中，關閉排空閥2和進料閥1。
(4)將氮氣充入鋼瓶中以增大其內壓，調接鋼瓶與反應釜之間的壓力差，控制質量
流量計流速，使環氧乙烷緩慢流進反應釜。
(5)在預定的溫度和壓力下進行乙醇胺合成反應。
(6)反應完畢后，緩慢卸壓，尾氣用水來吸收。 注意事項將原料倒入鋼瓶時，打開排空閥門，使鋼瓶內外壓強一致，原料順利進 入鋼瓶；進料反應時，關閉排空閥門，增加鋼瓶的內壓，利用壓力差將原料壓入反應釜進行 反應。液下管道為帶夾套的雙層結構，外層用過冷水冷卻，使原料經過時不發生氣化。反應 裝置采用能控制溫度和壓力的高壓反應釜。反應完成后，打開尾氣吸收閥門5，降壓速度要 慢，以防產物被壓出反應釜。尾氣通過吸收裝置吸收。
以下是本發明工藝操作實施例 實例l :量取質量含量^99X的環氧乙烷60ml及質量含量為25X的氨水100ml放 入-10 5t:冷凍室冷凍備用。按附圖1安裝好設備，加壓閥3、7及尾氣吸收閥5處于關閉 狀態，質量流量計與其它閥門均處于打開狀態。將備好的氨水從進料漏斗倒入鋼瓶中。關 閉進料閥1、2，打開加壓閥3、7，氨水完全進入反應釜后，反應釜內壓開始上升，直至反應釜 上方氮氣表上讀數為1. 5Mpa時，關上加壓閥3、7及進料閥4，打開進料閥1、2。將備好的環 氧乙烷快速從漏斗倒入鋼瓶中，關上進料閥1、2。 打開反應釜的傳熱裝置及攪拌裝置，控制反應釜溫度為25 30°C。打開加壓閥 3和7，將氮氣注入鋼瓶中，至氮氣瓶上方減壓器的讀數為2. OMPa時，慢慢打開進料閥4， 通過進料閥4和質量流量計計算并控制進入反應釜中環氧乙烷的量。環氧乙烷進料時間 為0.5h。進料完畢后關上進料閥6，恒溫0.5h。反應完畢后，緩慢打開尾氣吸收閥5，尾氣 用水吸收。將所得樣品脫水、脫氨、精餾得到三種無色的餾分，對三種無色餾分分別取樣分
5析，用氣相色譜分析產品的含量及環氧乙烷轉化率，產品中單乙醇胺質量為23.01g，含量 為98.09%。 二乙醇胺質量為44. 10g，含量為98. 28%。三乙醇胺質量為44. 18g，含量為 97.80%。環氧乙烷轉化率為92. 10% 實例2 :量取質量含量^99X的環氧乙烷80ml及質量含量為25X的氨水150ml放 入-10 5t:冷凍室冷凍備用。按附圖l安裝好設備。加壓閥3、7及尾氣吸收閥5處于關 閉狀態，質量流量計與其它閥門均處于打開狀態。將備好的氨水從漏斗倒入鋼瓶中。關閉 進料閥1、2，打開加壓閥3、7，氨水完全進入反應釜后，反應釜內壓開始上升，直至反應釜上 方氮氣表上的讀數為1.8MPa為止，關上加壓閥3、7及進料閥4，打開閥門1、2。將備好的環 氧乙烷快速的從進料漏斗倒入鋼瓶中，關上進料閥1、2。 打開反應釜的冷凝裝置及攪拌裝置，控制反應釜溫度為25 30°C。打開加壓閥 3和7，將氮氣注入鋼瓶中，至氮氣瓶上方減壓器的讀數為2. OMPa時，慢慢打開進料閥4， 通過進料閥4和質量流量計計算并控制進入反應釜中環氧乙烷的量。環氧乙烷進料時間 為0.5h。進料完畢后關上進料閥6，恒溫0.5h。反應完畢后，緩慢打開尾氣吸收閥5，尾氣 用水吸收。將所得樣品脫水、脫氨、精餾得到三種無色的餾分，對三種無色餾分分別取樣分 析，用氣相色譜分析產品的含量及環氧乙烷轉化率，產品中單乙醇胺質量為26. 04g，含量 為96.04%。 二乙醇胺質量為70. 12g，含量為98.83%。三乙醇胺質量為52. 13g，含量為 94. 32 % 。環氧乙烷轉化率為94. 23 % 。 實例3 :量取質量含量^ 99%的環氧乙烷110ml及質量含量為25%的氨水200ml 放入-10 5t:冷凍室冷凍備用。按附圖l安裝好設備。加壓閥3、7及尾氣吸收閥5處于 關閉狀態，質量流量計與其它閥門均處于打開狀態。將備好的氨水從進料漏斗倒入鋼瓶中。 關閉進料閥1、2，打開加壓閥3、7，氨水完全進入反應釜后，反應釜內壓開始上升，直至反應 釜上方氮氣表上的讀數為1.8MPa為止，關上加壓閥3、7及進料閥4，打開閥門1、2。將備好 的環氧乙烷快速的從漏斗倒入鋼瓶中，關上進料閥1、2。 打開反應釜的冷凝裝置及攪拌裝置，控制反應釜溫度為25 30°C。打開加壓閥3 和7，至氮氣瓶上方減壓器的讀數為2. lMPa時，慢慢打開進料閥4，通過進料閥4和質量流 量計計算并控制進入反應釜中環氧乙烷的量。環氧乙烷進料時間為O. 5h。進料完畢后關上 進料閥6，恒溫0.5h。反應完畢后，緩慢打開尾氣吸收閥5，尾氣用水吸收。將所得樣品脫 水、脫氨、精餾得到三種無色的餾分，對三種無色餾分分別取樣分析，用氣相色譜分析產品 的含量及環氧乙烷轉化率，產品中單乙醇胺質量為38. 04g，含量為97. 03%。 二乙醇胺質量 為80. 12g，含量為98.49X。三乙醇胺質量為70. 12g，含量為96. 32% 。環氧乙烷轉化率為 96. 09%。 實例4 :量取質量含量^ 99%的環氧乙烷110ml及質量含量為50g液氨，10g蒸餾 水放入-10 5t:冷凍室冷凍備用。按附圖1安裝好設備。加壓閥3、7及尾氣吸收閥5處 于關閉狀態，質量流量計與其它閥門均處于打開狀態。將備好的氨水從進料漏斗倒入鋼瓶 中。關閉進料閥1、2，打開加壓閥3、7，氨水完全進入反應釜后，反應釜內壓開始上升，直至 反應釜上方氮氣表上的讀數為1.8MPa為止，關上加壓閥3、7及進料閥4，打開閥門1、2。將 備好的環氧乙烷快速的從漏斗倒入鋼瓶中，關上進料閥1、2。 打開反應釜的冷凝裝置及攪拌裝置，控制反應釜溫度為25 30°C。打開加壓閥3 和7，至氮氣瓶上方減壓器的讀數為2. lMPa時，慢慢打開進料閥4，通過進料閥4和質量流
6量計計算并控制進入反應釜中環氧乙烷的量。環氧乙烷進料時間為O. 5h。進料完畢后關上 進料閥6，恒溫0.5h。反應完畢后，緩慢打開尾氣吸收閥5，尾氣用水吸收。將所得樣品脫 水、脫氨、精餾得到三種無色的餾分，對三種無色餾分分別取樣分析，用氣相色譜分析產品 的含量及環氧乙烷轉化率，產品中單乙醇胺質量為38. 94g，含量為97. 14%。 二乙醇胺質量 為80. 25g，含量為98.40X。三乙醇胺質量為70. 25g，含量為96. 41 % 。環氧乙烷轉化率為 96. 39%。
權利要求
一種環氧乙烷合成乙醇胺的方法，其特征在于將質量含量≥99％環氧乙烷與質量含量為25％的氨水或液氨在氮氣保護和-10～5℃的冷凍條件下按反應的摩爾數比進行反應，控制反應釜溫度為25～30℃，反應釜內壓力為0.1～10MPa，制得乙醇胺混合溶液，然后將乙醇胺混合溶液脫水、脫氨、精餾，得到三種無色的餾分單乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尾氣用水吸收。
2. 如權利要求1所述的環氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的設備，其特征在于它包括進料裝置、反應裝置和尾氣吸收裝置，進料裝置與儲氨器通過質量流量計安裝在反應裝置的上方或前方，尾氣吸收裝置安裝在反應裝置的后面。
3. 根據權利要求2所述的環氧乙烷合成乙醇胺的的設備，其特征在于進料裝置中安裝一套氨水鋼瓶，氨水鋼瓶外帶夾套，夾套內裝入冰塊，氨水鋼瓶下帶液相口 ，與質量流量計連接，通過質量流量計控制進料速度和進料量，氨水鋼瓶底部有管子接到反應裝置；氨水鋼瓶上方安裝有三通閥， 一端接到氨水鋼瓶，另一通連到氮氣瓶，還有一通排空閥，氨水鋼瓶上方還安裝進料漏斗、用于排空和加壓用的氣相口。
4. 根據權利要求2所述的環氧乙烷合成乙醇胺的的設備，其特征在于所述的進料裝置反應裝置采用耐高溫高壓反應釜，進料氨水管子外壁安裝有夾套，夾套用過冷水冷卻。
5. 根據權利要求2所述的環氧乙烷合成乙醇胺的的設備，其特征在于尾氣吸收裝置是在高壓反應釜上部安裝尾氣凈化閥門，接出到吸收器。
6. 根據權利要求3所述的環氧乙烷合成乙醇胺的的設備，其特征在于進料漏斗設計成兩頭大中間小的結構。
7. 根據權利要求2所述的環氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的裝置，其特征在于進料漏斗、鋼瓶、質量流量計、夾套及反應釜，均由不銹鋼材質制成。
8. 根據權利要求2所述的環氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的裝置，其特征在于所述的管道有雙層結構，外面夾套充入循環的冷凍試劑。
9. 根據權利要求2所述的環氧乙烷合成乙醇胺的方法所采用的裝置，其特征在于夾套內裝入冷凍試劑，該冷凍試劑采用冰塊，或者能使鋼瓶溫度低于l(TC的其他冷凍試劑。
全文摘要
一種環氧乙烷合成乙醇胺的方法，其特征在于將質量含量≥99％環氧乙烷與質量含量為25％的氨水或液氨在氮氣保護和-10～5℃的冷凍條件下按反應的摩爾數比進行反應，制得一定濃度的乙醇胺混合溶液，然后將乙醇胺混合溶液脫水、脫氨、精餾，得到三種無色的餾分單乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，尾氣用水吸收。所述的環氧乙烷合成乙醇胺反應的裝置由進料裝置、反應裝置和尾氣吸收裝置所組成。通過該工藝所得產品雜質含量少，產品不帶有顏色，便于科研和生產中進行合成乙醇胺反應的應用推廣。
文檔編號B01J3/04GK101735077SQ20091011462
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者方峰, 李華鋒, 王俊, 黃尚順, 黃科林 申請人:廣西壯族自治區化工研究院