N-甲基二乙醇胺合成工藝

羅文聆， 蔡 靜， 朱益洋

(中建安裝集團有限公司，江蘇 南京 210049)

引 言

N-甲基二乙醇胺是一種廣泛應(yīng)用于天然氣、煤氣化以及煉廠脫硫的脫硫劑。由于N-甲基二乙醇胺對H2S選擇性高、能耗低，因此，克勞斯原料氣提濃、斯科特法尾氣處理、低熱值氣體脫硫等經(jīng)常采用MDEA作為脫硫劑。在應(yīng)用中N-甲基二乙醇胺由于還具有顯著的節(jié)能效果、腐蝕輕微、溶劑不易降解變質(zhì)等一系列優(yōu)點，成為近年來發(fā)展最快的一種脫酸試劑。

N-甲基二乙醇胺不僅用于煉油廠干氣、液化氣用天然氣的脫硫脫碳，也可用于化肥工業(yè)中對變換氣、合成氣、煤氣中的脫碳。

N-甲基二乙醇胺合成技術(shù)大致分為兩類，傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)與新型的管式反應(yīng)。MDEA傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為間歇工藝，物耗能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，且操作難度和強度均較高。

采用靜態(tài)混合器加管式反應(yīng)器實現(xiàn)一甲胺與環(huán)氧乙烷原料的連續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)完畢后，通過精餾塔進行產(chǎn)品連續(xù)分離提純的N-甲基二乙醇胺連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)，N-甲基二乙醇胺產(chǎn)品純度可達到99.8%。相較于傳統(tǒng)反應(yīng)器，微通道管式反應(yīng)器中的壓力、溫度、停留時間和流速都更容易進行精確控制，在低溫高壓條件下進行，幾乎無副產(chǎn)品，且相比傳統(tǒng)釜式反應(yīng)，耗能較少[1-2]。

1 反應(yīng)方程式

主反應(yīng)方程式如式(1)、式(2)。

2 工藝流程

主要工藝流程如圖1所示。

圖1 N-甲基二乙醇胺工藝流程圖

1) 將液化的一甲胺和環(huán)氧乙烷按物質(zhì)的量比1.5∶1進入一級混合器混合。

2) 來自引發(fā)劑罐的N-甲基乙醇胺作為反應(yīng)催化劑與反應(yīng)原料一同進入二級混合器混合。

3) 將混合后的物料由反應(yīng)器進料口進入反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)器是由多段直管組成的管式反應(yīng)器，管長確保物料停留時間在7 min～10 min，每段直管均帶有夾套，可通入蒸汽、熱水等介質(zhì)分段控制溫度。本實施例中反應(yīng)溫度控制在90 ℃左右，壓力為5.5 MPa，反應(yīng)時間為7.5 min，環(huán)氧丙烷完全反應(yīng)，一甲胺轉(zhuǎn)化率為66.7%，N-甲基二乙醇胺選擇性99.1%，反應(yīng)后物料由反應(yīng)器出料口采出。

4) 將反應(yīng)后的物料送入蒸胺塔內(nèi)，蒸胺塔為散堆鮑爾環(huán)的填料塔，操作壓力為0.5 MPa，經(jīng)減壓精餾后，未反應(yīng)的一甲胺由蒸胺塔塔頂出料口采出，經(jīng)冷凝后返回一級混合器進料口再次參與反應(yīng)，不凝氣送吸收工段吸收其中微量的一甲胺和環(huán)氧乙烷，重組分由蒸胺塔塔底出料口采出。ASPEN模擬計算中蒸胺塔塔內(nèi)液相組分分布如圖2所示。

圖2 蒸胺塔塔內(nèi)液相分布圖

5) 蒸胺塔中采出的重組分送入脫水塔內(nèi)，脫水塔采用孔板波紋填料，工作壓力為0.025 MPa(A)，經(jīng)減壓精餾后，副反應(yīng)產(chǎn)生的水、作為催化劑的水和少量未脫盡的一甲胺由脫水塔塔頂采出，冷凝后大部分送入引發(fā)劑罐后返回二級混合器繼續(xù)參與反應(yīng)，小部分作為吸收液進入吸收工段，重組分由脫水塔塔底出料口采出。ASPEN模擬計算中脫水塔塔內(nèi)液相組分分布如圖3所示。

圖3 脫水塔塔內(nèi)液相分布圖

6) 將脫水塔采出的重組分送入仲胺塔內(nèi)，仲胺塔采用孔板波紋填料，操作壓力為0.001 MPa(A)，經(jīng)減壓精餾后，少量N-甲基乙醇胺和脫水塔中未脫盡的水由仲胺塔塔頂出料口采出，冷凝后送入引發(fā)劑罐后返回二級混合器繼續(xù)參與反應(yīng)，大量N-甲基乙醇胺由仲胺塔側(cè)線采出口采出，大部分送入引發(fā)劑罐后返回二級混合器繼續(xù)參與反應(yīng)，小部分作為吸收液進入吸收工段，重組分由仲胺塔塔底出料口采出。ASPEN模擬計算中仲胺塔塔內(nèi)液相組分分布如圖4所示。

圖4 仲胺塔塔內(nèi)液相分布圖

7) 將從仲胺塔采出的重組分送入產(chǎn)品精制塔內(nèi)，產(chǎn)品精制塔采用絲網(wǎng)波紋填料，操作壓力為0.001 MPa，經(jīng)減壓精餾后，少量N-甲基二乙醇胺和仲胺塔中未脫盡的N-甲基乙醇胺由產(chǎn)品精制塔塔頂出料口采出，返回仲胺塔繼續(xù)分離，大量N-甲基二乙醇胺由產(chǎn)品精制塔側(cè)線采出口采出，純度可達到99.8%，大部分送產(chǎn)品罐儲存，小部分返回仲胺塔用于調(diào)節(jié)仲胺塔進料組成，反應(yīng)中產(chǎn)生的少量高沸點醚類副產(chǎn)物由產(chǎn)品精制塔塔底采出送副產(chǎn)物罐。ASPEN模擬計算中產(chǎn)品精制塔塔內(nèi)液相組分分布如圖5所示。

圖5 產(chǎn)品精制塔塔內(nèi)液相分布圖

采用N-甲基二乙醇胺管式反應(yīng)器合成工藝進行N-甲基二乙醇胺生產(chǎn)，環(huán)氧乙烷單耗為0.75，一甲胺單耗為0.26，環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率接近100%，N-甲基二乙醇胺選擇性99.1%，產(chǎn)品純度可達99.8%，過程中除少量副產(chǎn)物外，未反應(yīng)完全的一甲胺和N-甲基乙醇胺均回收后循環(huán)使用，不凝氣中可能存在的微量一甲胺和環(huán)氧乙烷經(jīng)吸收工段充分吸收后也可循環(huán)使用，不產(chǎn)生廢氣。

3 結(jié)語

綜上所述，采用管式反應(yīng)器連續(xù)化生產(chǎn)N-甲基二乙醇胺，有利于原料的充分利用，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時可達到節(jié)能降耗并減少“三廢”排放量，是一種值得推廣的優(yōu)良合成工藝。