丙酮低壓法合成異丙胺的節(jié)能改造

吳珍漢

（安徽昊源化工集團(tuán)生產(chǎn)副總辦公室，安徽阜陽(yáng) 236000）

合成氨與尿素

丙酮低壓法合成異丙胺的節(jié)能改造

吳珍漢

（安徽昊源化工集團(tuán)生產(chǎn)副總辦公室，安徽阜陽(yáng) 236000）

介紹了生產(chǎn)異丙胺裝置改進(jìn)的過(guò)程，通過(guò)采取改進(jìn)的生產(chǎn)工藝和催化劑成分，并采用等溫反應(yīng)，使丙酮法合成異丙胺新工藝的流程完善，提高了異丙胺的收率，增加了效益。

丙酮；異丙胺；催化劑；合成

0 引言

1）國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

全球異丙胺的生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、歐洲、日本、巴西和中國(guó)，總年產(chǎn)能力約15萬(wàn) t，供需基本平衡，主要采用異丙醇法和丙酮法；2000年以前我國(guó)異丙胺產(chǎn)能和規(guī)模小，每年有一定數(shù)量進(jìn)口來(lái)滿足需求，我國(guó)加入WTO后，國(guó)內(nèi)農(nóng)藥、醫(yī)藥和染料市場(chǎng)復(fù)蘇，刺激和推動(dòng)了我國(guó)異丙胺發(fā)展步伐，國(guó)內(nèi)數(shù)家企業(yè)紛紛新建和擴(kuò)建裝置，生產(chǎn)廠家有20余家，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，目前生產(chǎn)廠家4家，生產(chǎn)能力已達(dá)10萬(wàn) t。

美國(guó)亨斯曼及化學(xué)公司上世紀(jì)首次采用自己開(kāi)發(fā)的技術(shù)建成異丙醇法生產(chǎn)異丙胺，但該技術(shù)主要處于封鎖。北京化工研究院采用丙酮法合成異丙胺，經(jīng)過(guò)發(fā)展改進(jìn)，日漸成熟，但能耗依然偏高。安徽昊源化工集團(tuán)采用了丙酮法合成異丙胺，在現(xiàn)有異丙胺生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，優(yōu)化了工藝過(guò)程，合理的工業(yè)放大，使用鎳基催化劑，氧化鋁作為載體，大大提高了丙酮轉(zhuǎn)化為異丙胺的選擇性，避免了副產(chǎn)物的大量生產(chǎn)。

2）項(xiàng)目提出的背景

該異丙胺裝置是以丙酮、液氨和氫氣為原料生產(chǎn)異丙胺產(chǎn)品。1997年安徽昊源化工集團(tuán)與北京化工研究院合作開(kāi)發(fā)的異丙胺項(xiàng)目于1998年年初建成投產(chǎn)，項(xiàng)目采用異丙醇生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)規(guī)模小，此方法操作難度大且原材料消耗高，能耗大，產(chǎn)量低，不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

2005年，本公司與北京化工研究院再次合作開(kāi)發(fā)的異丙胺項(xiàng)目，對(duì)異丙胺裝置進(jìn)行了探索性的系統(tǒng)改造，并采用新型的丙酮生產(chǎn)工藝方法，不僅減少了消耗，降低了成本，并擴(kuò)大了產(chǎn)品的產(chǎn)量，簡(jiǎn)化了工藝，并在市場(chǎng)中處于優(yōu)勢(shì)地位，在生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)的異丙醇和二異丙胺依然偏高，循環(huán)物料來(lái)回循環(huán)，原料和能耗都依然偏高（詳見(jiàn)下表1）。

表1 技術(shù)應(yīng)用前異丙胺的各項(xiàng)消耗及產(chǎn)品質(zhì)量

3）項(xiàng)目建設(shè)情況

該項(xiàng)目 總投資 2 000 萬(wàn)元，自 2011 年 2 月進(jìn)行 項(xiàng)目的考 察和技術(shù)咨詢以及前期準(zhǔn)備工作，2011年10月進(jìn)行研究實(shí)施并逐步進(jìn)入設(shè)備訂購(gòu)、制作、安裝階段，其中運(yùn)用了許多高新技術(shù)，節(jié)能技改于2012年12月建成投入運(yùn)行，投運(yùn)10d 后即達(dá)到設(shè)計(jì)能力。投產(chǎn)運(yùn)行至今，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，消耗大幅度下降。

1 異丙胺生產(chǎn)工藝介紹

1.1 異丙醇法

異丙醇為原料的反應(yīng)需在氫氣氛下，理論上反應(yīng)不消耗氫，氫的存在僅是為了活化催化劑。

(CH3)2CHOH+NH3→ (CH3)2CHNH2+H2O

該方法以異丙醇為原料，臨氫及 Cu、Ni或 Co 催化劑存在下，異丙醇與氨反應(yīng)生成異丙胺，其反應(yīng)條件是180～250℃的溫度、1.0～2.5MPa 的壓力和催化劑的負(fù)荷為 0.2L 異丙醇 /L催化劑 /h。

本法要大量使用重要工業(yè)原料異丙醇，而且能耗相對(duì)偏高，副產(chǎn)物多，催化劑的使用壽命不長(zhǎng)，大規(guī)模生產(chǎn)難，所以不易推廣應(yīng)用。

1.2 丙酮法

丙酮與氨在催化劑作用下，發(fā)生反應(yīng)而生成胺。丙酮胺化反應(yīng)機(jī)理是丙酮首先胺化而生成亞胺，亞胺加氫再生成胺。丙酮生成亞胺的速率是整個(gè)反應(yīng)的控制步驟。其過(guò)程表示如下：

CH3COCH3＋ NH3→ CH3C=NHCH3＋ H2O

CH3C=NHCH3＋ H2→ CH3CNH2CH3

丙酮法綜合效益更好些。我國(guó)由于丙酮產(chǎn)量大，因此國(guó)內(nèi)異丙胺裝置多采用丙酮法。目前丙酮法已研制出使用專利催化劑的新技術(shù)，但副產(chǎn)物二異丙胺和異丙醇會(huì)大量生成，導(dǎo)致能耗增加，國(guó)內(nèi)外丙酮法制異丙胺的技術(shù)指標(biāo)比較（詳見(jiàn)下表2）。

表2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用后各項(xiàng)消耗比較

目前國(guó)內(nèi)異丙胺生產(chǎn)廠家普遍采用國(guó)內(nèi)新技術(shù)，丙酮?dú)浒被ㄉ僧惐?，但生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含有異丙醇、二異丙胺等物質(zhì)的循環(huán)液，增加原材料和動(dòng)力消耗。

2 項(xiàng)目具體內(nèi)容

目前我公司是異丙胺生產(chǎn)規(guī)模單套最大的生產(chǎn)裝置。

異丙胺單套生產(chǎn)裝置 3 萬(wàn) t/a，采用先進(jìn)的丙酮?dú)浒被ㄉa(chǎn)異丙胺，其原理：一定比例的丙酮、液氨和氫氣，經(jīng)過(guò)預(yù)熱、換熱、汽化和過(guò)熱后，進(jìn)入等溫反應(yīng)器，在較低壓力（0.8MPa）和溫度（100～150℃）下，經(jīng)觸媒進(jìn)行氣固相催化氨化反應(yīng)，離開(kāi)反應(yīng)器的氣體混合物經(jīng)換熱冷凝，冷卻后進(jìn)入氣液分離器，氣體物流大部分循環(huán)使用，液體物流進(jìn)入分離精制系統(tǒng)，通過(guò)氨塔脫除氨后，進(jìn)入異丙胺塔，塔頂采出異丙胺產(chǎn)品，塔釜液進(jìn)入脫水塔回收異丙醇及二異丙胺循環(huán)回到合成，脫水塔釜排出反應(yīng)生成的水送污水裝置處理（見(jiàn)下圖1）。

圖1 丙酮?dú)浒被ㄉa(chǎn)異丙胺的工藝流程框圖

本公司技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：1）對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)改造

丙酮?dú)浒被磻?yīng)生產(chǎn)異丙胺是一個(gè)放熱過(guò)程，如果熱量不及時(shí)移走，將會(huì)造成局部反應(yīng)溫度高，副反應(yīng)增多，生成的二異丙胺的量增多，任何異丙胺催化劑都避免不了生產(chǎn)副產(chǎn)物二異丙胺和異丙醇。在研究實(shí)驗(yàn)論證后由原來(lái)固定床反應(yīng)器改為列管式固定床反應(yīng)器，在列管內(nèi)裝催化劑，列管之間走熱水，控制熱水槽的壓力來(lái)控制熱水溫度，利用熱水及時(shí)移走反應(yīng)放出的熱量，使其反應(yīng)床層溫度一致，避免了大量副產(chǎn)物的生成，特別避免了二異丙胺和異丙醇的生成。

2）對(duì)工藝線路改造

將粗異丙胺液經(jīng)脫氨塔入料泵進(jìn)入脫氨塔，壓力控制0.9～1.2MPa，塔頂?shù)玫綒獍敝苯舆M(jìn)入循環(huán)氣預(yù)熱器與循環(huán)氫氣混合，外界補(bǔ)充新鮮液氨作為脫氨塔回流，本方法中不需要水冷、氨冷和回流泵，簡(jiǎn)化了流程節(jié)約了能耗；將脫氨塔塔釜液依據(jù)壓差連續(xù)進(jìn)入異丙胺塔，異丙胺塔釜液依據(jù)壓差進(jìn)入脫水塔，節(jié)省了能耗。

3）改變催化劑的成分

在丙酮法生產(chǎn)異丙胺采用鎳基催化劑，一異丙胺的選擇性不理想，在原有的鎳基催化劑中加入鉬和鋅可以顯著地提高催化劑的丙酮轉(zhuǎn)化為異丙胺的選擇性，減少二異丙胺和異丙醇副產(chǎn)物的生成。

3 技術(shù)應(yīng)用前后情況對(duì)比

對(duì)異丙胺生產(chǎn)裝置經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，使合成反應(yīng)液中異丙胺含量有了大幅提高，消耗大幅下降。具體有如下表3。

表3 技術(shù)應(yīng)用前后各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)照表

4 效益分析及推廣前景

異丙胺生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)與提高后，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益分析均大幅度提高：

按 3 萬(wàn) t/a 異丙胺生產(chǎn)裝置計(jì)算，每年節(jié)約資金 1 555 萬(wàn)元，成本大幅下降，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

由于延長(zhǎng)了催化劑使用壽命，優(yōu)化了工藝過(guò)程，合理的工業(yè)放大，使丙酮、氫氣和氨在較低壓力和等溫反應(yīng)條件下得到較高的轉(zhuǎn)化率和異丙胺收率，避免其他副產(chǎn)物的大量生成，產(chǎn)品純度高，達(dá)到99.85% 以上，合成反應(yīng)液中粗異丙胺含量有了大幅提高，消耗大幅下降。節(jié)約了一次能源，對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)做出了重大貢獻(xiàn)。同時(shí)也為我公司異丙胺搶占國(guó)際市場(chǎng)打下了基礎(chǔ)，推廣前景良好。

本技術(shù)經(jīng)安徽省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所查新檢索，國(guó)內(nèi)尚無(wú)該技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)道，故可填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。

Energy - saving Modification of Isopropylamine Synthesized by Low Pressure

Wu Zhen-han

This paper introduces the process of improving the production of isopropylamine，and improves the yield of isopropylamine by improving the production process and adding the catalyst components and the isothermal reaction to improve the process of the new process of isopropylamine by acetone.benefit.

acetone；isopropylamine；catalyst；synthesis

TE357

B

1003-6490（2017）06-0001-02

2017-05-12

吳珍漢（1971—），男，安徽阜陽(yáng)人，工程師，副總工程師，主要從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。