一种醋酸和二甲胺连续吸收制备DMAC的方法和系统及其应用与流程

一种醋酸和二甲胺连续吸收制备dmac的方法和系统及其应用
技术领域
1.本技术涉及化工技术领域，具体涉及一种醋酸和二甲胺连续吸收制备dmac的方法和系统及其应用。


背景技术：

2.n,n-二甲基乙酰胺(简称dmac)是一种优良的高沸点、强极性、非质子化溶剂，其稳定性极好，不易分解和水解，同时腐蚀性低毒性小，dmac能与水、醚、酮、酯等完全互溶，同时对多种树脂都有良好的溶解能力，与“溶剂王”和“万能溶剂”之称的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)为同系物，具有与dmf相同的优异溶解性能。
3.dmac具有较大的潜在市场，其相对dmf而言，几乎具有dmf作为溶剂的所有优势，同时dmac毒性相较dmf小很多，从环保角度而言，dmac相对dmf具有绝对的优势，因此在溶剂使用领域dmac将逐步取代dmf是未来的趋势。
4.dmac的合成工业化技术主要有醋酐法、乙酰氯法和醋酸法三种，前两个方法因为生产成本高、工艺路线长、溶剂回收困难等系列问题，目前已基本被淘汰，目前较多采用的是醋酸法制dmac，即用醋酸和二甲胺反应制醋酸胺盐，再在催化剂的作用下反应分解成dmac和水。
5.关于醋酸二甲胺法反应制dmac，目前较多的技术主要研究醋酸胺盐分解反应制dmac，如专利cn100537521c中提供了一种合成n,n－二甲基乙酰胺的方法，该方案先将醋酸胺和二甲胺间歇反应合成醋酸胺盐，再通过反应精馏塔将盐分解生成dmac并实现分离；而专利cn112521301a同样通过间歇反应制成醋酸胺盐，再先后通过加热反应器反应生成dmac，引入了膜分离器来提高了产物的分离效率。这些方案都存在有一定的局限性：
6.1、常压下成盐为气液非均相接触混合反应，吸收反应效率不高，二甲胺过量引入体系，使得后续的反应分离更加繁琐；
7.2、成盐、分解和分离装置耦合，导致设备成本高，操作难度大，工业上落实放大难度较大。


技术实现要素：

8.鉴于上述问题，需要提供一种提高醋酸和二甲胺反应效率、降低设备成本的技术方案，用以解决现有技术存在的吸收反应效率低、操作难度大的问题。
9.为实现上述目的，在第一方面，本技术提供了一种醋酸和二甲胺连续吸收制备dmac的方法，步骤包括：
10.将液相二甲胺与醋酸溶液通入混合装置进行均相反应，并控制所述混合装置内的反应温度，得到反应液；
11.对所述反应液进行气液分离处理，得到分离液和分离尾气；
12.对所述分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac。
13.相比于采用气相二甲胺作为合成原料，用液相二甲胺可大大提高反应效率。液相
二甲胺与醋酸溶液均为液态，可进行均相接触混合反应，不仅无需催化剂，简化了后续提纯分离工艺，而且有效提高了反应转换率和反应成盐率。二甲胺与醋酸溶液反应时会产生大量热量，液相二甲胺容易变为气相，影响均相反应的进行。控制所述混合装置内的反应温度，使二甲胺维持在液相，可与醋酸持续发生均相混合反应。反应结束后的反应液中含有未反应完全的二甲胺，需要经过气液分离处理，将少量夹带在反应液中的二甲胺从反应液中分离，减少反应液中二甲胺的含量，简化后段分离提纯。经过气液分离处理后，得到分离液和分离尾气。分离液此时主要是乙酸二甲胺盐，经过脱水、提纯等后处理工艺得到dmac产品。
14.区别于现有技术，上述技术方案对醋酸二甲胺混合反应工艺进行了优化，通过改变二甲胺相态，将气液混合反应转化成液液混合反应，使非均相反应转化成均相反应，将间歇反应转化成连续反应，大大提高二甲胺吸收混合效率，也提高了二甲胺反应收率，有效解决了目前工艺技术吸收反应效率低、间歇生产效率低的问题。
15.进一步地，对气相二甲胺加压至0.3-0.5mpag，得到所述液相二甲胺。常温下，二甲胺为气相。将二甲胺加压至0.3mpag，使得二甲胺从气相变为液相。
16.进一步地，所述反应液在所述混合装置内的反应温度为30-50℃。由于二甲胺与醋酸溶液反应时会产生大量热量，导致反应液的温度升高。当反应液温度过高时，二甲胺容易变成气相，与醋酸发生非均相反应。而将反应温度控制在上述范围内，二甲胺可保持液相，与醋酸连续均相反应。
17.进一步地，所述混合装置为管道混合器，液相二甲胺与醋酸溶液在管道混合器内完成混合、反应和降温的过程。液相二甲胺和醋酸溶液在管道混合器内进行加压混合。管道混合器具有混合时间短、能耗低、扩散效果好、节省药剂的优点，而且结构简单，占地面积小。
18.进一步地，对所述分离尾气进行喷淋，得到吸收液；所述吸收液通入所述混合装置，与所述液相二甲胺、所述醋酸溶液一同反应。
19.更进一步地，采用醋酸对所述分离尾气进行喷淋。
20.反应液经过气液分离后，分离出少量二甲胺。在常压吸收塔中用醋酸对二甲胺气体进行喷淋，吸收净化少量未反应的二甲胺。二甲胺气体被醋酸溶液吸收，得到吸收液。吸收液在泵的作用下通过管道返回管道混合器内，与液相二甲胺一同反应。整个过程形成连续闭环，无需引入其他尾气吸收溶剂，简化反应体系的同时也解决了常规二甲胺吸收混合的尾气处理问题，使二甲胺尾气和吸收液都得到充分利用，且进一步提高了反应效率，简化了冗杂的操作。
21.进一步地，采用气液分离罐对所述反应液进行气液分离。气液分离罐可选择市面上常见的气液分离罐。气液分离罐的尺寸型号与处理量有关。液体在气液分离罐内的停留时间可设置为5-10min。
22.在第二方面，如图1所示，本技术提供了一种醋酸和二甲胺连续吸收制备dmac的系统，包括：
23.管道混合器，用于混合液相二甲胺和醋酸溶液；所述管道混合器设置第一入口和第一出口；
24.气液分离装置，与所述第一出口连接；所述气液分离装置设置第一气体出口和第
一液体出口，所述第一液体出口用于排出分离液；
25.吸收塔，与所述第一气体出口连接，用于对分离尾气进行喷淋吸收。
26.区别于现有技术，上述技术方案集混合反应、气液分离、尾气吸收为一体，将液相二甲胺通过泵输送至管道混合器与醋酸溶液混合、反应，并在管道混合器中实现混合-反应-降温的连续过程，将非均相反应转化成均相反应，将间歇反应转化成连续反应，大大提高了反应转换率的同时提高了反应成盐效率。反应完成后，通过管道输送至气液分离罐进行气液分离，将少量夹带在溶液中未反应完全的二甲胺从反应液中分离，减少二甲胺带入下一步反应，简化后段分离提纯。如此设置，有效降低了设备成本和操作难度，避免了因过度繁琐的设备耦合而导致的设备制作困难、成本高、操作难度大等系列问题。
27.进一步地，所述吸收塔设置第二气体出口和第二液体出口，所述第二液体出口通过管道与所述第一入口连接。二甲胺在吸收塔内被醋酸溶液充分吸收，得到吸收液。吸收液中主要成分为醋酸和二甲胺，送回管道混合器中继续反应，无需引入其他尾气吸收溶剂，简化反应体系的同时也解决了常规二甲胺吸收混合的尾气处理问题。
28.进一步地，还包括换热部件。所述换热部件设置于所述管道混合器的外部。由于二甲胺和醋酸反应时会产生大量热量，在管道混合器外设置换热部件可吸收反应产生的热量，使管道混合器的温度降低，既能控制反应温度，又能将反应产生的热量进行回收，提高了资源利用率。换热部件可以是夹套。将夹套套设在管道混合器外就可进行换热。
29.在第三方面，本技术提供了醋酸和二甲胺连续吸收制备dmac的方法在制备dmac领域的应用。
30.上述发明内容相关记载仅是本技术技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本技术的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本技术的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本技术的具体实施方式及附图进行说明。
附图说明
31.附图仅用于示出本技术具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本技术的限制。
32.在说明书附图中：
33.图1为本技术一实施例所述的醋酸和二甲胺连续吸收制备dmac系统的结构示意图。
具体实施方式
34.为详细说明本技术可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
35.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本技术
中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。
36.除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本技术所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本技术。
37.在本技术的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，表示：存在a，存在b，以及同时存在a和b这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。
38.在本技术中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。
39.在没有更多限制的情况下，在本技术中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。
40.与《审查指南》中的理解相同，在本技术中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本技术实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。
41.在本技术实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
42.除非另有明确的规定或限定，在本技术实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本技术所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本技术实施例中的具体含义。
43.为了让读者更直观地对本技术某些具体实施方式进行理解，本技术还提供了如下实施例，供读者参考。
44.实施例1：
45.常温下将二甲胺加压至0.4mpag后，二甲胺从气相变为液相。液相二甲胺以12mol/h的流速通过泵连续泵送进管道混合器。醋酸溶液以12mol/h的流速通入管道混合器内，二者在管道混合器内连续混合反应。管道混合器通过装有冷却水的外夹套降温冷却，使管道混合器内保持反应温度在30℃连续进料反应。控制管道混合器内的反应压力为0.4mpag。混
合反应后输送至常压气液分离罐，经过气液分离后，得到分离液和分离尾气。对分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac产品。分离尾气接醋酸吸收塔，在30℃、常压的环境下对未反应的二甲胺吸收再利用。
46.整个反应过程，醋酸二甲胺盐收率80％(以二甲胺计)，醋酸吸收塔吸收效率95％，过程损失二甲胺约1％。
47.实施例2：
48.常温下将二甲胺加压至0.3mpag后，二甲胺从气相变为液相。液相二甲胺以15mol/h的流速通过泵连续泵送进管道混合器。醋酸溶液以12mol/h的流速通入管道混合器内，二者在管道混合器内连续混合反应。管道混合器通过装有冷却水的外夹套降温冷却，使管道混合器内保持反应温度在40℃连续进料反应，控制管道混合器内的反应压力为0.3mpag，混合反应后输送至常压气液分离罐，经过气液分离后，得到分离液和分离尾气。对分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac产品。分离尾气接醋酸吸收塔，在30℃、常压的环境下对未反应的二甲胺吸收再利用。
49.整个反应过程，醋酸二甲胺盐收率65％(以二甲胺计)，醋酸吸收塔吸收效率94％，过程损失二甲胺约2％。
50.实施例3：
51.常温下将二甲胺加压至0.5mpag后，二甲胺从气相变为液相。液相二甲胺以12mol/h的流速通过泵连续泵送进管道混合器。醋酸溶液以15mol/h的流速通入管道混合器内，二者在管道混合器内连续混合反应。管道混合器通过装有冷却水的外夹套降温冷却，使管道混合器内保持反应温度在30℃连续进料反应，控制管道混合器内的反应压力为0.5mpag，混合反应后输送至常压气液分离罐，经过气液分离后，得到分离液和分离尾气。对分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac产品。分离尾气接醋酸吸收塔，在30℃、常压的环境下对未反应的二甲胺吸收再利用。
52.整个反应过程，醋酸二甲胺盐收率86％(以二甲胺计)，醋酸吸收塔吸收效率98％，过程损失二甲胺约0.3％。
53.实施例4：
54.常温下将二甲胺加压至0.3mpag后，二甲胺从气相变为液相。液相二甲胺以12mol/h的流速通过泵连续泵送进管道混合器。醋酸溶液以20mol/h的流速通入管道混合器内，二者在管道混合器内连续混合反应。管道混合器通过装有冷却水的外夹套降温冷却，使管道混合器内保持反应温度在50℃连续进料反应，控制管道混合器内的反应压力为0.3mpag，混合反应后输送至常压气液分离罐，经过气液分离后，得到分离液和分离尾气。对分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac产品。分离尾气接醋酸吸收塔，在30℃、常压的环境下对未反应的二甲胺吸收再利用。
55.整个反应过程，醋酸二甲胺盐收率90％(以二甲胺计)，醋酸吸收塔吸收效率88％，过程损失二甲胺约1.2％。
56.实施例5：
57.常温下将二甲胺加压至0.4mpag后，二甲胺从气相变为液相。液相二甲胺以20mol/h的流速通过泵连续泵送进管道混合器。醋酸溶液以12mol/h的流速通入管道混合器内，二者在管道混合器内连续混合反应。管道混合器通过装有冷却水的外夹套降温冷却，使管道
混合器内保持反应温度在30℃连续进料反应，控制管道混合器内的反应压力为0.4mpag，混合反应后输送至常压气液分离罐，经过气液分离后，得到分离液和分离尾气。对分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac产品。分离尾气接醋酸吸收塔，在30℃、常压的环境下对未反应的二甲胺吸收再利用。
58.整个反应过程，醋酸二甲胺盐收率50％(以二甲胺计)，醋酸吸收塔吸收效率95％，过程损失二甲胺约2.5％。
59.实施例6：
60.常温下将二甲胺加压至0.3mpag后，二甲胺从气相变为液相。液相二甲胺以12mol/h的流速通过泵连续泵送进管道混合器。醋酸溶液以15mol/h的流速通入管道混合器内，二者在管道混合器内连续混合反应。管道混合器通过装有冷却水的外夹套降温冷却，使管道混合器内保持反应温度在40℃连续进料反应，控制管道混合器内的反应压力为0.3mpag，混合反应后输送至常压气液分离罐，经过气液分离后，得到分离液和分离尾气。对分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac产品。分离尾气接醋酸吸收塔，在20℃、常压的环境下对未反应的二甲胺吸收再利用。
61.整个反应过程，醋酸二甲胺盐收率83％(以二甲胺计)，醋酸吸收塔吸收效率99％，过程损失二甲胺约0.2％。
62.实施例7：
63.常温下将二甲胺加压至0.3mpag后，二甲胺从气相变为液相。液相二甲胺以12mol/h的流速通过泵连续泵送进管道混合器。醋酸溶液以12mol/h的流速通入管道混合器内，二者在管道混合器内连续混合反应。管道混合器通过装有冷却水的外夹套降温冷却，使管道混合器内保持反应温度在40℃连续进料反应，控制管道混合器内的反应压力为0.3mpag，混合反应后输送至常压气液分离罐，经过气液分离后，得到分离液和分离尾气。对分离液进行脱水、提纯处理，得到dmac产品。分离尾气接醋酸吸收塔，在40℃、常压的环境下对未反应的二甲胺吸收再利用。
64.整个反应过程，醋酸二甲胺盐收率78％(以二甲胺计)，醋酸吸收塔吸收效率85％，过程损失二甲胺约3％。
65.最后需要说明的是，尽管在本技术的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本技术的专利保护范围。凡是基于本技术的实质理念，利用本技术说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本技术的专利保护范围之内。