利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法与流程

本发明涉及伞形微通道混合器和列管式反应器进行加氢还原技术领域，具体为利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法。

背景技术：

哌啶是重要的有机合成中间体，广泛应用于医药、农药、染料等化工领域，有着广阔的市场前景。

现有技术中哌啶的工业生产依旧是采用传统的釜式机械搅拌反应器，反应器传热速率很慢，需要严格的控制反应温度，避免飞温爆炸，反应效率低下，而且普通的搅拌不可避免的物料混合不均匀，导致原料转化率低，副产物高，加氢还原温度高，压力高。

因此提出利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供利用伞形微通道混合器和列管式反应器进行连续的吡啶加氢还原合成哌啶的方法，该方法不使用常规机械搅拌式反应釜，利用流体本身的动能完成充分的混合和反应，反应效果好，能显著提高原料的转化率，而且反应过程高效安全，无放大风险。

为实现上述目的，本发明提供如下方案予以实现：

利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法，合成方法包括以下步骤：

(1)将预热后的吡啶和氢气按照一定的流速进料到第一个伞形微通道混合器进行混合，制得吡啶和氢气的乳浊液；

(2)将吡啶和氢气的乳浊液进料到用于预热的列管式反应器中，列管反应器中的压力为1-3.5mpa，列管反应器预热温度与反应温度相同，随着反应的进行，预热切换为冷却，冷却温度与预热温度相同，反应生成哌啶；

(3)从列管式反应器出来的哌啶和少量氢气进入气液分离器进行气液分离，氢气经过缓冲罐后被氢气压缩机压缩到指定压力，再经过缓冲罐后作为原料氢气使用；

(4)气液分离器底部出来哌啶进入吡啶预热器，吡啶预热后的温度为50-135℃，哌啶经冷却后进入成品罐。

优选的，步骤(1)中吡啶的预热温度50-135℃，吡啶与氢气的摩尔比为1:3.5-4.5，混合时间为10-15s。

优选的，步骤(1)中吡啶与氢气的摩尔比为1:4，混合时间为12s。

优选的，步骤(2)中的压力为2mpa，反应温度为100-350℃。

优选的，步骤(2)中反应温度为180℃。

优选的，步骤(3)中氢气压缩机压缩的指定压力为3-4mpa。

优选的，所述伞形微通道混合器设有多个，且多个伞形微通道混合器为串联设置。

优选的，所述列管式反应器为多根列管并联组成。

本发明的有益效果是：

1、伞形微通道混合器和列管式反应器有着独特的多层结构整体设计，使得其流体的混合效果比传统的釜式搅拌反应器高出很多倍，不仅能够大大的缩短反应周期，而且因为微通混合器和列管式反应器本身体积很小，每个反应模块和列管物料的持留量很小，所以是非常安全的，伞形微通道混合器和列管式反应器还能够通过设备的串联轻松的实现工艺的放大，没有放大效应，大大的提高生产的灵活性和安全性；利用伞形微通道混合器和列管式反应器来进行间吡啶的加氢还原合成哌啶还未见文献报道，本发明选用伞形微通道混合器和列管式反应器来进行吡啶的加氢还原反应合成哌啶，原料的平均转化率为99.7％，大于99％，平均选择性为99.56％。大于99％，而且安全性高。

2、伞形微通道混合器具有充分混合的作用，使得吡啶和氢气达到乳浊的效果。

3、列管反应器传热效率高，不会有热点形成，不仅能够大大的提高原料的转化率，提高产品的选择性，而且能够确保安全，易于进行工业化生产。

4、该列管式反应器为连续流反应器，能将该反应时间缩短到几秒到几十秒，能够大大提高生产效率，提高产能。

5、该列管式反应器由多根列管组成，和单管试验尺寸一致，无放大效应，对产能可以无限放大。

6、该列管式反应器出来进入气液分离器后多余的氢气完全可以回收再利用，总的平衡来看吡啶和氢气的摩尔比为1:3。

7、该列管式反应器出来进入气液分离器后哌啶产品的余热经过预热器达到热量回收再利用，节约了能源。

8、该列管式反应器大大降低了加氢还原反应的温度和压力，提高了运行的安全性。

9、本发明无任何气体排出，完全达到清洁生产的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶工艺流程图；

图2为本发明伞形微通道混合器的结构示意图；

图3为本发明列管式反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图2-3所示，伞形微通道混合器设有3个，且3个伞形微通道混合器为串联设置，伞形微通道混合器具有充分混合的作用，使得吡啶和氢气达到乳浊的效果，列管式反应器为多根列管并联组成，和单管试验尺寸一致，无放大效应，对产能可以无限放大，列管中填有催化剂，根据产能可以设计1-5000根；

如图1-3所示，利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法，合成方法包括以下步骤：

(1)将预热温度为90℃的吡啶与氢气按照摩尔比为1:4以一定的流速进料到伞形微通道混合器进行混合，混合时间为10s，制得吡啶和氢气的乳浊液；

(2)将吡啶和氢气的乳浊液进料到用于预热的列管式反应器中，列管反应器中的压力为1.5mpa，列管式反应器预热温度为100℃，该列管式反应器大大降低了加氢还原反应的温度和压力，提高了运行的安全性，预热温度与反应温度相同，反应放热，随着反应的进行，预热切换为冷却，冷却温度与预热温度相同，反应生成哌啶；

(3)从列管式反应器出来的哌啶和少量氢气进入气液分离器进行气液分离，氢气经过缓冲罐后被氢气压缩机压缩到压力为3mpa，再经过缓冲罐后作为原料氢气使用，实现了多余的氢气的回收再利用，总的平衡来看吡啶和氢气的摩尔比为1:3；

(4)气液分离器底部出来哌啶进入吡啶预热器，吡啶预热后的温度为90℃，实现了热量回收再利用，节约了能源，哌啶经冷却后进入成品罐。

本实施例中，吡啶的转化率达到100％，选择性达到99.9％。

实施例二

如图2-3所示，伞形微通道混合器设有4个，且4个伞形微通道混合器为串联设置，伞形微通道混合器具有充分混合的作用，使得吡啶和氢气达到乳浊的效果，列管式反应器为多根列管并联组成，和单管试验尺寸一致，无放大效应，对产能可以无限放大，列管中填有催化剂，根据产能可以设计1-5000根；

如图1-3所示，利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法，合成方法包括以下步骤：

(1)将预热温度为70℃的吡啶与氢气按照摩尔比为1:4以一定的流速进料到伞形微通道混合器进行混合，混合时间为12s，制得吡啶和氢气的乳浊液；

(2)将吡啶和氢气的乳浊液进料到用于预热的列管式反应器中，列管反应器中的压力为2.3mpa，列管式反应器预热温度为130℃，该列管式反应器大大降低了加氢还原反应的温度和压力，提高了运行的安全性，预热温度与反应温度相同，反应放热，随着反应的进行，预热切换为冷却，冷却温度与预热温度相同，反应生成哌啶；

(3)从列管式反应器出来的哌啶和少量氢气进入气液分离器进行气液分离，氢气经过缓冲罐后被氢气压缩机压缩到压力为3mpa，再经过缓冲罐后作为原料氢气使用，实现了多余的氢气的回收再利用，总的平衡来看吡啶和氢气的摩尔比为1:3；

(4)气液分离器底部出来哌啶进入吡啶预热器，吡啶预热后的温度为70℃，实现了热量回收再利用，节约了能源，哌啶经冷却后进入成品罐。

本实施例中，吡啶的转化率达到100％，选择性达到99.8％。

实施例三

如图2-3所示，伞形微通道混合器设有2个，且2个伞形微通道混合器为串联设置，伞形微通道混合器具有充分混合的作用，使得吡啶和氢气达到乳浊的效果，列管式反应器为多根列管并联组成，和单管试验尺寸一致，无放大效应，对产能可以无限放大，列管中填有催化剂，根据产能可以设计1-5000根；

如图1-3所示，利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法，合成方法包括以下步骤：

(1)将预热温度为120℃的吡啶与氢气按照摩尔比为1:3.6以一定的流速进料到伞形微通道混合器进行混合，混合时间为11s，制得吡啶和氢气的乳浊液；

(2)将吡啶和氢气的乳浊液进料到用于预热的列管式反应器中，列管反应器中的压力为2.3mpa，列管式反应器预热温度为280℃，该列管式反应器大大降低了加氢还原反应的温度和压力，提高了运行的安全性，预热温度与反应温度相同，反应放热，随着反应的进行，预热切换为冷却，冷却温度与预热温度相同，反应生成哌啶；

(3)从列管式反应器出来的哌啶和少量氢气进入气液分离器进行气液分离，氢气经过缓冲罐后被氢气压缩机压缩到压力为4mpa，再经过缓冲罐后作为原料氢气使用，实现了多余的氢气的回收再利用，总的平衡来看吡啶和氢气的摩尔比为1:3；

(4)气液分离器底部出来哌啶进入吡啶预热器，吡啶预热后的温度为120℃，实现了热量回收再利用，节约了能源，哌啶经冷却后进入成品罐。

本实施例中，吡啶的转化率达到100％，选择性达到99.1％。

实施例四

如图2-3所示，伞形微通道混合器设有2个，且2个伞形微通道混合器为串联设置，伞形微通道混合器具有充分混合的作用，使得吡啶和氢气达到乳浊的效果，列管式反应器为多根列管并联组成，和单管试验尺寸一致，无放大效应，对产能可以无限放大，列管中填有催化剂，根据产能可以设计1-5000根；

如图1-3所示，利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法，合成方法包括以下步骤：

(1)将预热温度为60℃的吡啶与氢气按照摩尔比为1:4.2以一定的流速进料到伞形微通道混合器进行混合，混合时间为13s，制得吡啶和氢气的乳浊液；

(2)将吡啶和氢气的乳浊液进料到用于预热的列管式反应器中，列管反应器中的压力为1.1mpa，列管式反应器预热温度为150℃，该列管式反应器大大降低了加氢还原反应的温度和压力，提高了运行的安全性，预热温度与反应温度相同，反应放热，随着反应的进行，预热切换为冷却，冷却温度与预热温度相同，反应生成哌啶；

(3)从列管式反应器出来的哌啶和少量氢气进入气液分离器进行气液分离，氢气经过缓冲罐后被氢气压缩机压缩到压力为4mpa，再经过缓冲罐后作为原料氢气使用，实现了多余的氢气的回收再利用，总的平衡来看吡啶和氢气的摩尔比为1:3；

(4)气液分离器底部出来哌啶进入吡啶预热器，吡啶预热后的温度为60℃，实现了热量回收再利用，节约了能源，哌啶经冷却后进入成品罐。

本实施例中，吡啶的转化率达到98.5％，选择性达到100％。

实施例五

如图2-3所示，伞形微通道混合器设有3个，且3个伞形微通道混合器为串联设置，伞形微通道混合器具有充分混合的作用，使得吡啶和氢气达到乳浊的效果，列管式反应器为多根列管并联组成，和单管试验尺寸一致，无放大效应，对产能可以无限放大，列管中填有催化剂，根据产能可以设计1-5000根；

如图1-3所示，利用伞形微通道混合器和列管式反应器合成哌啶的方法，合成方法包括以下步骤：

(1)将预热温度为80℃的吡啶与氢气按照摩尔比为1:4以一定的流速进料到伞形微通道混合器进行混合，混合时间为15s，制得吡啶和氢气的乳浊液；

(2)将吡啶和氢气的乳浊液进料到用于预热的列管式反应器中，列管反应器中的压力为2.6mpa，列管式反应器预热温度为180℃，该列管式反应器大大降低了加氢还原反应的温度和压力，提高了运行的安全性，预热温度与反应温度相同，反应放热，随着反应的进行，预热切换为冷却，冷却温度与预热温度相同，反应生成哌啶；

(3)从列管式反应器出来的哌啶和少量氢气进入气液分离器进行气液分离，氢气经过缓冲罐后被氢气压缩机压缩到压力为4mpa，再经过缓冲罐后作为原料氢气使用，实现了多余的氢气的回收再利用，总的平衡来看吡啶和氢气的摩尔比为1:3；

(4)气液分离器底部出来哌啶进入吡啶预热器，吡啶预热后的温度为80℃，实现了热量回收再利用，节约了能源，哌啶经冷却后进入成品罐。

本实施例中，吡啶的转化率达到100％，选择性达到99.3％。

结果

表1吡啶转化率及选择性

综上所述，伞形微通道混合器和列管式反应器有着独特的多层结构整体设计，使得其流体的混合效果比传统的釜式搅拌反应器高出很多倍，不仅能够大大的缩短反应周期，而且因为微通混合器和列管式反应器本身体积很小，每个反应模块和列管物料的持留量很小，所以是非常安全的，伞形微通道混合器和列管式反应器还能够通过设备的串联轻松的实现工艺的放大，没有放大效应，大大的提高生产的灵活性和安全性；

利用伞形微通道混合器和列管式反应器来进行间吡啶的加氢还原合成哌啶还未见文献报道，本发明选用伞形微通道混合器和列管式反应器来进行吡啶的加氢还原反应合成哌啶，原料的平均转化率为99.7％，大于99％，平均选择性为99.56％。大于99％，而且安全性高。

本发明中的列管式反应器列管反应器传热效率高，不会有热点形成，不仅能够大大的提高原料的转化率，提高产品的选择性，而且能够确保安全，易于进行工业化生产；该列管式反应器为连续流反应器，能将该反应时间缩短到几秒到几十秒，能够大大提高生产效率，提高产能；此外，本发明无任何气体排出，完全达到清洁生产的要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。