连续加氢合成3-氨基丙醇的生产设备及方法与流程

本发明涉及一种3-氨基丙醇的合成方法，特别涉及一种连续加氢合成3-氨基丙醇的生产设备及方法，属于化学有机合成技术领域。

背景技术：

3-氨基丙醇是常用的医药中间体，主要用于医药、农药及表面活性剂的生产，在医药领域用于合成环膦酰胺，心可定、泛酸、泛醇等。泛醇不仅可用于治疗皮肤病、烧伤和感染性溃疡，并且是一种在香波和其它化妆品中有价值的添加剂。

常见制备3-氨基丙醇的方法有丙烯腈水合制备3-羟基丙腈(us2579580，us3024267)；2-氯乙醇与氰化物反应(us2311636)制备3-羟基丙腈；丙烯腈与酮肟反应，最后加氢还原氰基(us5426231)得到3-氨基丙醇。三种方法均涉及到氢化还原氰基的反应，具体过程为3-羟基丙腈溶解于醇溶剂中，雷尼镍催化下使用氨气作为助催化剂，100～150℃温度下通氢气还原氰基(《精细石油化工》2004年7月第4期4～6)。反应中使用间歇式反应釜，在高温高压下氢化，带来了飞温、副反应多、溶剂回收、产能低下等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种连续加氢合成3-氨基丙醇的生产方法，在无溶剂下，使用负载型镍基催化剂，氨气作为助催剂，通氢气还原氰基，避免了釜式反应装置的飞温及产能低的缺陷，工艺路线经济环保、绿色安全。

本发明还提供一种连续加氢合成3-氨基丙醇的生产设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种连续加氢合成3-氨基丙醇的生产设备，该设备主要包括依次连接的膜扩散模块、填充床反应器、气液分离装置，气液分离装置顶端连接氨气吸收装置，气液分离装置底部出口连接液相收集装置，液相收集装置与精馏塔管路连接；膜扩散模块设有液相进口和气相进口，3-羟基丙腈储罐与液相进口相连，氢气钢瓶、氨气钢瓶分别经分支管路与气相进口相连。

所述膜扩散模块的核心是一种隔膜，材料主要是高分子复合材料，具有均匀分布的孔道结构。本发明中，隔膜的一侧是液相反应原料，另一侧是气相反应原料；3-羟基丙腈与氢气的加氢反应，是在催化剂表面活性位上进行的典型气-液-固三相反应，反应的主要影响因素是传质过程。

气体在液相中达到合适的气泡尺寸，并且均匀分布，可以有效的促进在催化剂表面上的传质，从而加速反应进行。这里关键的技术细节是合适气泡的气泡尺寸，且均匀分布，是保证加氢反应速率的最重要因素。这种隔膜的一侧的气体，压力高于液相一侧，由于隔膜有合适的孔道，气体经过隔膜后气泡的尺寸得到了控制；同时隔膜孔道均匀分布可以促成气泡在液相中能够均匀分布，进入催化剂床层，实现良好的反应。

作为优选，3-羟基丙腈储罐与液相进口的管路上设有第一计量泵，氢气钢瓶与气相进口的管路上设有氢气压力表，氨气钢瓶与气相进口的管路上设有氨气压力表。

作为优选，膜扩散模块与填充床反应器之间的管路上设有压力表，填充床反应器、气液分离装置之间的管路上设有压力表和背压阀，液相收集装置与精馏塔之间的管路上设有第二计量泵。

作为优选，膜扩散模块出口的管道连接填充床反应器的顶端，使物料流向由上至下；填充床反应器下端经管道连接气液分离器。

作为优选，膜扩散模块中使用0.1～1μm孔径的微滤膜作为气液分散体系。该孔径的可以微滤膜控制气泡口径在0.1～1μm，对于本发明的加氢合成反应而言是一种最合适的气泡口径。优选0.5μm孔径的微滤膜。

作为优选，填充床反应器外部设有换热夹套。

一种连续加氢合成3-氨基丙醇的方法，氢化反应在填充床反应器中进行，该方法包括以下步骤：

①向填充床反应器中装入负载型镍基催化剂，升温至反应温度80～110℃；

②3-羟基丙腈、氢气和氨气三股物料通入膜扩散模块充分混合；

③反应物料于在填充床反应器发生反应，持续保持3-羟基丙腈的泵入速度及氢气和氨基的输出压力；

④填充床反应器反应后得到的反应液经气液分离装置分离成气相和液相，气相导入氨气吸收装置，液相进入液相收集装置后泵入精馏塔，精馏后得到3-氨基丙醇成品和少量未反应完的3-羟基丙腈。

作为优选，步骤②中，控制3-羟基丙腈的加料速度为3.0～5.5l/min，控制氢气压力0.8～1.5mpa，氨气压力0.05～0.15mpa。

作为优选，步骤③中，反应物料在填充床反应器中停留30～45分钟。

作为优选，步骤④的精馏塔中，收集94～100℃/1.8kpa馏分为3-氨基丙醇，106～107/1.8kpa馏分为3-羟基丙腈。

本发明的方法及装置成本低、总收率高、安全性好、环境友好。本发明的有益效果是：

1、3-羟基丙腈在负载型镍基催化剂催化下被氢气还原为3-氨基丙醇，反应温度、压力较低、设备造价低；

2、反应使用膜扩散模块对反应物气液进行充分混合；

3、不使用溶剂，减少了溶剂的回收成本，降低了溶剂使用安全性风险等；

4、根据反应物停留时间及反应速度，可实时调整进料速度，设备操作弹性大；

5、反应连续化进料，系统单位时间内物料总量较少，避免了间歇釜式系统中物料总量大的缺点，不需要在生产过程做进行多次氢气置换，从根本上做到安全生产。

附图说明

图1是本发明的生产设备结构示意图；

图2是本发明的膜扩散模块结构示意图；

标号说明：3-羟基丙腈储罐1、氢气钢瓶2、氨气钢瓶3、第一计量泵4、氢气压力表5、氨气压力表6、膜扩散模块7、液相进口7-1、气相进口7-2、压力表8、填充床反应器9、气液分离装置10、氨气吸收装置11、背压阀13、液相收集装置14、第二计量泵15、精馏塔16。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

负载型镍基催化剂，型号nicat-4500t，购自上海迅凯新材料科技有限公司。本产品也可由市售的其他同类型催化剂代替。

本发明的核心是提供一种连续加氢合成3-氨基丙醇的生产设备，其一种具体实施方式的结构示意图见图1，称其为具体实施方式一，该设备包括依次连接的膜扩散模块7、填充床反应器9、气液分离装置10，气液分离装置顶端连接氨气吸收装置11，气液分离装置底部出口连接液相收集装置14，液相收集装置14与精馏塔16管路连接；膜扩散模块设有液相进口7-1和气相进口7-2，3-羟基丙腈储罐1与液相进口7-1相连，氢气钢瓶2、氨气钢瓶3分别经分支管路与气相进口7-2相连。3-羟基丙腈储罐1与液相进口7-1的管路上设有第一计量泵4，氢气钢瓶2与气相进口7-2的管路上设有氢气压力表5，氨气钢瓶3与气相进口7-2的管路上设有氨气压力表6。膜扩散模块与填充床反应器9之间的管路上设有压力表，填充床反应器9、气液分离装置10之间的管路上设有压力表和背压阀13，液相收集装置14与精馏塔16之间的管路上设有第二计量泵15。

如图1所示，气液分离装置10左侧进口位置设置外接管道，进口处管路上设置前述的背压阀13及压力表。填充床反应器9外部设有换热夹套。膜扩散模块(如图2所示)中使用0.5μm孔径的微滤膜作为气液分散体系。

本发明的另一个核心是提供一种连续加氢合成3-氨基丙醇的方法，称其为具体实施方式二，该方法包括以下步骤：

①向填充床反应器中装入负载型镍基催化剂，升温至反应温度80～110℃；

②当膜扩散后压力表8达到一定压力、填充床达到一定温度后，将3-羟基丙腈、氢气和氨气三股物料通入膜扩散模块充分混合；

③反应物料在填充床反应器内发生加氢合成反应，持续保持3-羟基丙腈的泵入速度及氢气和氨基的输出压力；

④填充床反应器反应后得到的反应液经气液分离装置分离成气相(氨气)和液相，气相导入氨气吸收装置，液相进入液相收集装置后泵入精馏塔，精馏后得到3-氨基丙醇成品和少量未反应完的3-羟基丙腈，收集得到的3-羟基丙腈回用到3-羟基丙腈储罐。

更进一步地，向膜扩散模块中连续通入的3-羟基丙腈、氢气及氨气的过程中，3-羟基丙腈流速3.0～5.5l/min，氢气压力0.8～1.5mpa，氨气压力0.05～0.15mpa，物料在填充床反应器中停留30～45分钟，填充床温度80～110℃。

更进一步地，物料流入气液分离装置后，气体导入氨气吸收装置，液体进入液相收集装置，最后进行精馏，94～100℃/1.8kpa为3-氨基丙醇，106～107/1.8kpa为3-羟基丙腈。

在具体实施方式二的基础上，进一步对上述一种连续加氢合成3-氨基丙醇的方法进行改进，得到具体实施方式三，该方法采用具体实施方式一所述的设备进行，该方法的具体步骤是：

(1)在填充床反应器9中装填6.9kg负载型镍基催化剂，密封后，升温至80℃，开启填充床反应器换热夹套的盘管冷却水；

(2)在保温状态下，向膜扩散模块7中连续通入2.50l/min的3-羟基丙腈，同时通入氢气，根据氢气压力表5调节氢气压力至0.90mpa，开始通入氨气，氨气压力0.09mpa；

(3)合成反应要在稳定的压力下进行，通入氢气、氨气达到所需压力后，按照进料比例连续通入三股原料：一股是3-羟基丙腈，一股是氢气，另一股是氨气，三股料通入膜扩散模块7；

当膜扩散模块后压达0.90mpa(压力表8)时，稳定在该压力下时连续通入三股物料；

(4)物料在填充床反应器9中的停留时间为35min；

(5)在实施(1)(2)(3)(4)的同时，填充床反应器出来的反应液经管路进入气液分离装置10，冷却后分出气体和液体；

(6)气体进入氨气吸收装置，液体进入液相回收装置；体系连续平稳运行1h后，在氨气吸收装置收集到氨气1.25kg，在液相回收装置收集到液相163.10kg；

(7)液相泵入精馏塔进行精馏，收集94～100℃/1.8kpa馏分154.95kg为3-氨基丙醇，106～107/1.8kpa馏分7.52kg为3-羟基丙腈，

(8)经检测3-氨基丙醇含量99.95％，以1小时内3-羟基丙腈的加入量计算，收率为95.00％。

在具体实施方式二的基础上，进一步对上述一种连续加氢合成3-氨基丙醇的方法进行改进，得到具体实施方式四，该方法采用具体实施方式一所述的设备进行，该方法的具体步骤是：

(1)在填充床反应器中装填6.9kg负载型镍基催化剂，密封后，升温至80℃，开启填充床反应器换热夹套的盘管冷却水；

(2)在保温状态下，向膜扩散模块中连续通入3.00l/min的3-羟基丙腈，同时通入氢气，调节氢气压力至0.95mpa，开始通入氨气，氨气压力0.10mpa；

(3)当膜扩散模块后压达0.95mpa(压力表8)时，稳定在该压力下时连续通入三股物料；

(4)物料在填充床反应器中的停留时间为35min；

(5)在实施(1)(2)(3)(4)的同时，填充床反应器出来的反应液经管路进入气液分离装置10，冷却后分出气体和液体；

(6)气体进入氨气吸收装置，液体进入液相回收装置；连续平稳运行1h后，收集到氨气1.39kg；液相163.10kg；

(7)液相泵入精馏塔进行精馏，收集94～100℃/1.8kpa馏分189.24kg为3-氨基丙醇，106～107/1.8kpa馏分7.79kg为3-羟基丙腈，

(8)经检测3-氨基丙醇含量99.94％，以1小时内3-羟基丙腈的加入量计算，收率为95.67％。

在具体实施方式二的基础上，进一步对上述一种连续加氢合成3-氨基丙醇的方法进行改进，得到具体实施方式五，该方法采用具体实施方式一所述的设备进行，该方法的具体步骤是：

(1)在填充床反应器中装填6.9kg负载型镍基催化剂，密封后，升温至80℃，开启填充床反应器换热夹套的盘管冷却水；

(2)在保温状态下，向膜扩散模块中连续通入4.50l/min的3-羟基丙腈，同时通入氢气，调节氢气压力至1.10mpa，开始通入氨气，氨气压力0.14mpa；

(3)当膜扩散模块后压达1.10mpa时，稳定在该压力下时连续通入三股物料；

(4)物料在填充床反应器中的停留时间为35min；

(5)在实施(1)(2)(3)(4)的同时，填充床反应器出来的反应液经管路进入气液分离装置10，冷却后分出气体和液体；

(6)气体进入氨气吸收装置，液体进入液相回收装置；连续平稳运行1h后，收集到氨气1.89kg；液相163.10kg；

(7)液相泵入精馏塔进行精馏，收集94～100℃/1.8kpa馏分281.47kg为3-氨基丙醇，106～107/1.8kpa馏分12.88kg为3-羟基丙腈，

(8)经检测3-氨基丙醇含量99.96％，以1小时内3-羟基丙腈的加入量计算，收率为94.86％。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。