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常采用MDEA作為脫硫劑。在應用中N-甲基二乙醇胺由于還具有顯著的節能效果、腐蝕輕微、溶劑不易降解變質等一系列優點，成為近年來發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大致分為兩類，傳統的釜式反應與新型的管式反應。MDEA傳統生產工藝為間歇工藝，物耗能耗高，產品質量不穩定，且操作難度和強度均較高。

采用靜態混合器加管式反應器實現一甲胺與環氧乙烷原料的連續反應，反應完畢后，通過精餾塔進行產品連續分離提純的N-甲基二乙醇胺連續化生產技術，N-甲基二乙醇胺產品純度可達到99.8%。相較于傳統反應器，微通道管式反應器中的壓力、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，幾乎無副產品，且相比傳統釜式反應，耗能較少[1-2]。

1 反應方程式

主反應方程式如式(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氧乙烷按物質的量比1.5∶1進入一級混合器混合。

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

3) 將混合后的物料由反應器進料口進入反應器反應，反應器是由多段直管組成的管式反應器，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、熱水等介質分段控制溫度。本實施例中反應溫度控制在90 ℃左右，壓力為5.5 MPa，反應時間為7.5 min，環氧丙烷完全反應，一甲胺轉化率為66.7%，N-甲基二乙醇胺選擇性99.1%，反應后物料由反應器出料口采出。

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

圖2 蒸胺塔塔內液相分布圖

5) 蒸胺塔中采出的重組分送入脫水塔內，脫水塔采用孔板波紋填料，工作壓力為0.025 MPa(A)，經減壓精餾后，副反應產生的水、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劑罐后返回二級混合器繼續參與反應，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液相組分分布如圖3所示。

圖3 脫水塔塔內液相分布圖

6) 將脫水塔采出的重組分送入仲胺塔內，仲胺塔采用孔板波紋填料，操作壓力為0.001 MPa(A)，經減壓精餾后，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，冷凝后送入引發劑罐后返回二級混合器繼續參與反應，大量N-甲基乙醇胺由仲胺塔側線采出口采出，大部分送入引發劑罐后返回二級混合器繼續參與反應，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液相組分分布如圖4所示。

圖4 仲胺塔塔內液相分布圖

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

圖5 產品精制塔塔內液相分布圖

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

3 結語

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