己内酰胺生产中硫酸铵蒸发结晶和中和结晶对比

摘 要： 本文主要介绍己内酰胺行业中贝克曼重排反应后硫酸铵蒸发结晶和中和结晶的工艺特点、能耗对比以及优缺点介绍

关键词：硫酸铵 结晶器 真空 浆料 循环泵

一、概述

己内酰胺是化纤和工程塑料的重要原料，产品与国民经济的发展和人民生活息息相关，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，对己内酰胺产品的需求日益增长。

目前，世界工业化生产己内酰胺的主要生产工艺是以环己酮肟贝克曼重排为基础的环己酮-羟胺路线。液相贝克曼重排是在发烟硫酸的催化作用下，发生贝克曼重排反应，再进一步与氨中和得到己内酰胺和硫酸铵。

贝克曼重排反应后为了中和重排液中的发烟硫酸有两种处理方法：一种工艺为硫酸铵蒸发结晶，即往重排液中加入20%的氨水，两者在中和反应器内进行中和反应，反应后进行分层，上层己内酰胺相进行萃取、精制得到成品己内酰胺，底层为41%的硫酸铵溶液，由硫酸铵泵打到硫酸铵储罐然后由泵送至蒸发结晶器进行蒸发结晶，后经过离心干燥得到成品硫酸铵；另一种工艺为中和结晶，即往重排液中加入气氨，重排液和气氨分别通过喷头加入到中和结晶器内，另外还需要往结晶器内加适量的水，通过中和反应热把加入的水分蒸发，中和产物硫酸铵在结晶器内形成晶浆，再经过稠厚、离心、干燥得到成品硫酸铵，己内酰胺在结晶器折流区积聚，然后由泵抽出再进行萃取、精制得到成品己内酰胺。

二、硫酸铵蒸发结晶的流程简介

41%的硫酸铵溶液由硫铵泵打到硫酸铵母液罐中，与从离心机出来的硫酸铵母液混合，然后由母液泵打到结晶器内。

结晶器内的压力由真空泵保持在15KpA，以使硫酸铵结晶温度控制在65℃。结晶器内的浆料由两台循环泵进行内循环，循环泵的流量为7000m3/h（单台），在循环过程中由两台换热器分别对硫酸铵浆料进行加热，以提供水分蒸发所需要的热量，其中一台换热器用重排反应的热水对硫酸铵浆料进行加热；另一台换热器是利用副产低压蒸汽对硫酸铵浆料进行加热。

结晶器出来的二次蒸汽经由表面冷凝器冷凝后进入冷凝液罐，不凝气则由真空泵抽出，冷凝液由凝液泵抽出用来洗涤结晶器、离心机、流化床干燥器以及泵的轴封，多余的部分则送至污水处理。

结晶器底部出来的硫酸铵浆料由结晶泵送到旋液分离器进行增稠，增稠后的浆料进入离心机。出离心机硫酸铵颗粒中水分含量约为2%，出离心机的离心母液则返回到母液槽进行再结晶，含2%的硫酸铵颗粒之后送到流化床干燥器进行干燥，干燥后硫酸铵由斗提机送至硫铵料仓，然后进行包装、码垛。

三、硫酸铵中和结晶的流程简介

1.进料

中和反应原料重排液和气氨通过比值调节分别由结晶器环状分布器上的喷嘴进入导流筒。

2.中和结晶

中和结晶器为导流筒折流板型DTB结晶器。结晶器通过导流筒内一个大的、低转速转动的搅拌器，把成长晶粒从下部循环至沸腾表面，在沸腾表面水分被蒸发，浆液从沸腾表面沿导流筒外侧向下流动，并由导流筒下部重新循环至导流筒内，部分浆液进入折流区，在此区域浆液的湍流减少，晶体与酰胺油发生沉降分离。

3.沉降区

循环泵从折流区中部抽出部分含硫铵晶粒的浆液，为溶解这些晶粒，在循环泵入口管线上，循环浆液与一部分工艺冷凝液混合。在循环泵出口管线上，循环液也与来自母液罐的不饱和硫酸铵溶液混合，然后返回到螺旋桨上部的导流筒内。沉降区也用于分离酰胺油。滗析器进料泵用于从结晶器中抽出含有硫铵溶液的酰胺油，并送往滗析器进行分层。

4.浆液的输送

硫酸铵浆料泵从结晶器底部抽出硫酸铵浆液，并送往稠厚器内。

5.工艺蒸汽与真空系统

中和结晶器的操作压力控制在15KpA。出中和结晶器的二次蒸汽进入表面冷凝器，在表面冷凝器二次蒸汽得到冷凝，冷凝水自流至凝液收集罐，不凝气则由真空泵抽出，冷凝液通过冷凝液泵送至以下位置：a、循环至中和结晶器，以保持水量的平衡，并溶解微晶；b、间歇清洗结晶器除雾器；c、冲洗离心机；d、冲洗浆液管线；e、冲洗仪表管线；f、冲洗泵密封。

6.滗析工序

滗析器进料泵将悬浮在中和结晶器沉降区上部的酰胺油抽走，送至滗析器内以分离酰胺油中夹带的硫酸铵母液。滗析器也用于收集来自稠厚器的溢流浆液。含酰胺油的轻相通过挡板溢流至滗析器的轻相区，酰胺油靠重力自流至己内酰胺储罐，酰胺油的液位通过出料调节阀调节。滗析器重相区的母液靠重力自流至硫酸铵母液罐，稠厚器的界面是通过母液出口调节阀调节。

7.稠厚及离心分离工序

浆液抽出泵从中和结晶器中抽出浆液后，分两路送至稠厚器上部。从硫酸铵母液罐抽出的母液送至稠厚器的底部，该物流在稠厚器中运动，通过沉降得以稠厚。稠厚器底部接有两条浆料线，分别通往两台离心机。

8.离心干燥

从稠厚器出来的含固量约为50%的浆料进入离心机，出离心机含水量约2%再进入流化床进行干燥，出离心机的硫铵母液则自流入硫酸铵母液罐，出流化床硫酸铵进行包装、码垛。

四、硫酸铵蒸发结晶和中和结晶的对比

硫酸铵蒸发结晶的原料为分离好的41%的硫酸铵溶液，里面不含己内酰胺，所以硫酸铵产品品质更好，不发黄。但是，采用硫酸铵蒸发结晶，硫酸铵溶液中含有大量的水，水分蒸发需要外来热源，另外蒸发出来的水分还需要循环水给冷却，所以比较耗能。

硫酸铵中和结晶的原料是重排液和气氨，在中和结晶器内发生中和反应得到硫酸铵和己内酰胺的混合相，所以硫酸铵中势必会含有少量的己内酰胺，所以硫酸铵的品质有可能不是很好，会有点发黄。但是采用中和结晶，因为重排液中没有水分，反应过程还需要往结晶器内补充水分，中和反应热再把这部分水分蒸发，所以不需要外加热源，因此比较节能。

从上面表格不难看出，采用中和结晶更加节能，它不需要外加热源，循环水量用量更少，而且没有外排废水，在这方面具有很大的优势，但是采用中和结晶，因为己内酰胺主产品在里面，前面又没有缓冲罐，所以一旦操作有问题，会影响整个液相重排反应工段的停车。鉴于产品有可能发黄可以在离心机内设置冲洗来缓解。

硫酸铵蒸发结晶硫酸铵的产品品质好，在罐区还可以设置41%的硫酸铵储罐，蒸发结晶停车时缓冲罐可以缓冲一定的时间，但是硫酸铵并不是项目的主产品，价格又比较低廉，所以近期厂家都愿意使用更加节能的中和结晶。

五、小结

在国内己内酰胺行业中，硫酸铵蒸发结晶和硫酸铵中和结晶都有厂家采用，但从响应国家节能减排的号召，以及提高企业的市场竞争力来看，中和结晶更有其优势。

随着己内酰胺行业的发展，副产物硫酸铵必将过剩，所以就有待于科研人员开发新工艺，希望气相重排能够在国内早日实现工业化。