一種濃鹽酸水解工藝及裝置的製作方法
2023-06-15 20:49:16 1
本發明涉及一種高效濃酸水解工藝，屬於有機矽水解物生產技術領域。
背景技術：
二甲基二氯矽烷的水解可以採用質量分數為21％-22％的恆沸酸作為原料。水解反應後混合物經水分離器分離，上層為產物水解物，經過水煮、中和之後進入裂解工段，下層為副產物濃鹽酸，進入氯化氫解析塔解析出氯化氫氣體用於合成氯甲烷。恆沸酸水解的缺點在於：水解反應生成的氯化氫分子在稀酸中有很高的溶解熱，為了防止水解溫度過高，需要大量的冷量進行冷卻；而在濃鹽酸解析過程中，解析塔再沸器又需要消耗大量的熱量；濃酸中夾帶的水解物也會在解析塔塔釜內自聚、沉降，形成膠狀物，影響設備的正常運行。
針對恆沸酸水解的上述缺點，人們提出了使用濃酸作為水解原料的二甲環路水解工藝。目前普遍應用的二甲的濃酸水解工藝選用氯化氫質量分數達到工況條件下飽和濃度的濃鹽酸作為原料，在一定配比下與二甲在靜態混合器進行水解反應，得到的氣液混合物在氣液分離罐中分離。氣液分離罐頂部採出的氣體為帶有一定壓力的氯化氫氣體，經過一級、二級冷凝再經過氯化氫氣體緩衝罐後輸送往氯甲烷合成工段；氣液分離罐底部採出的液體為水油兩相混合物，在酸性水解物儲罐中分層，上層為水解物油層，通過溢流採出，下層為飽和濃鹽酸，再次返回靜態混合器與二甲發生水解反應。這種二甲濃酸水解工藝能直接產生帶一定壓力的氯化氫氣體，既避免了氯化氫氣體溶解產生的大量溶解熱，又能省去氯化氫解析裝置所需要的設備投資和熱量消耗。但該濃酸水解工藝仍存在以下不足：(1)目前工藝流程中主要以靜態混合器作為水解反應器，但在靜態混合器中物料無法進行分子尺度上的深度混合，導致反應體系中物料局部過量，導致水解產物中環體收率下降，產生更多的鏈端帶親水羥基的短鏈線體，線體同時具有一定親水性和疏水性，所以容易在水分離器中發生乳化，不利於油水分離，還易被氯化氫氣體攜帶，易自聚，在氯甲烷合成工段形成膠狀物；(2)在現有的工藝條件下，從氣液分離罐頂部採出的氯化氫氣體在經過冷凝後凝液液滴直徑仍小於除沫器有效處理直徑(3～5μm)，除沫器無法將氯化氫氣體中攜帶的水解物完全除去。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提供一種高效濃酸水解工藝。
為了達到上述目的，本發明是通過以下技術手段實現的：
一種高效濃酸水解工藝，水解原料二甲基二氯矽烷(簡稱「二甲」)與飽和濃鹽酸在靜態混合器中反應之後的氣液混合物進入氣液分離罐A，氣液分離罐A頂部採出的氣體和夾帶的極少部分二甲、水解物液滴由側面進入文丘裡混合器，在濃鹽酸主流體中經過深度混合的氣液混合物進入氣液分離罐B，氣液分離罐B底部採出的濃鹽酸通過物料泵返回文丘裡混合器，頂部採出的氣體依次進入一級冷凝器、二級冷凝器，經由一級冷凝器、二級冷凝器(5)冷凝的氣液混合物進入聚集器凝聚液滴，通過除沫器除去液滴後經緩衝罐後輸送往氯甲烷合成工段。
所述的氣液分離罐A頂部採出的氣體為氯化氫氣體，水解物液滴由環狀矽氧烷((CH3)2SiO)n，(n＝3～7且n為整數)，線性矽氧烷HO((CH3)2SiO)nH，(n＝3～10且n為整數)，及未反應的甲基氯矽烷單體、水組成。
所述的文丘裡混合器中混合的濃鹽酸和氣液混合物質量比為1:3～6，所述的濃鹽酸來自生產系統副產的濃鹽酸，其質量濃度為30-45％，在濃鹽酸中水分與氣液混合物中夾帶的未完全水解的甲基氯矽烷單體在文丘裡混合器內發生水解反應，方程式為：(CH3)2SiCl2+2H2O→2HCl↑+HOSi(CH3)2OH，HOSi(CH3)2OH再發生分子間縮聚即可形成環狀或線狀矽氧烷，反應溫度控制在25～40℃，壓力控制在0.1～0.3MPa。
經過二級冷凝器冷凝後的氯化氫氣體其溫度控制在-20～20℃，壓力為0.15～0.3MPa。
一種濃鹽酸水解裝置，氣液分離罐A頂部經管線與文丘裡混合器側壁連接，文丘裡混合器底部經管線與氣液分離罐B側壁連接，氣液分離罐B頂部經管線依次與一級冷凝器、二級冷凝器串聯連接，二級冷凝器與聚集器連接，聚集器與除沫器連接，除沫器與氣體緩衝罐連接，氣體緩衝罐頂部去往氯甲烷合成工段。所述的氣液分離罐B底部經管線與文丘裡混合器頂部連接。一級冷凝器、二級冷凝器、除沫器底部經管線匯合後輸送往酸性水解物儲槽，氣液分離罐底部採出的液體進入酸性水解物儲槽中分層，上層油相為酸性水解物通過溢流採出，下層水相為飽和濃鹽酸，通過物料泵輸送至靜態混合器重新參與水解反應。
本發明提供的一種高效濃酸水解工藝，具有以下優點：
1.本發明採用文丘裡混合器對環路循環中的氣液兩相進行分子尺度上的深度混合，有效抑制了反應過程中產生的物料局部過量，大大提高了水解產物中環體收率，改善了水分離器中的油水兩相分離效果，也降低了氯化氫氣體中水解物的夾帶量。
2.本發明採用聚集器和除沫器的串聯工藝，將經過兩級冷凝的氯化氫氣體中含有的水解物凝液聚集後通過除沫器除去，得到較純淨的氯化氫氣體，解決了濃酸水解產物氯化氫氣體中攜帶的大量水解物因粒徑小無法通過除沫器有效除去的弊病，從而減少了進入氯甲烷合成工段因夾帶水解物造成的凝結、自聚、沉積形成膠狀物堵塞管道和設備的問題，此外除沫器得到的水解物重新返回水解裝置，有效提高了原料的利用率。
3.本發明不僅大大提高的反應效率和產物質量，還減少了人員操作，大大提高了操作安全性，同時大大降低了清理檢修設備的頻次，延長了生產周期。
附圖說明
圖1為一種高效濃酸水解工藝的結構示意圖，其中：
(1)氣液分離罐A；(2)文丘裡混合器；(3)氣液分離罐B；(4)一級冷凝器；(5)二級冷凝器；(6)聚集器；(7)除沫器；(8)氣體緩衝罐；(9)靜態混合器；(10)酸性水解物儲槽。
具體實施方式
實施例1：
控制二甲基二氯矽烷與濃鹽酸在35℃與0.2MPa下在靜態混合器中發生水解反應，產生的氣液混合物進入氣液分離罐A(1)中分離，氣液分離罐A(1)頂部採出的氣體進入文丘裡混合器(2)中與濃鹽酸主流體進行充分混合，濃鹽酸的質量濃度為38％，其中濃酸與氣體混合物的質量比為1:3，再進過氣液分離罐B(3)分離，氣液分離罐B(3)底部採出的液體通過物料泵返回文丘裡混合器，頂部採出的氣體經過一級冷凝器(4)和二級冷凝器(5)後溫度為-10℃，壓力為0.15MPa。氣液分離罐(1)底部採出的液體以及一級冷凝器(4)、二級冷凝器(5)、除沫器(7)底部凝液進入酸性水解物儲槽(10)，水解物收率由未採用該工藝前的95％提高至99％以上，氯甲烷合成工段生產周期由未採用該工藝前的30天提高至60天，清理管道、設備時未發現膠狀物。
實施例2：
控制二甲基二氯矽烷與濃鹽酸在35℃與0.2MPa下在靜態混合器中發生水解反應，產生的氣液混合物進入氣液分離罐A(1)中分離，氣液分離罐A(1)頂部採出的氣體進入文丘裡混合器(2)中與濃鹽酸主流體進行充分混合，濃鹽酸的質量濃度為38％，其中濃酸與氣體混合物的質量比為1:4，再進過氣液分離罐B(3)分離，氣液分離罐B(3)底部採出的液體通過物料泵返回文丘裡混合器，頂部採出的氣體經過一級冷凝器(4)和二級冷凝器(5)後溫度為0℃，壓力為0.20MPa。氣液分離罐(1)底部採出的液體以及一級冷凝器(4)、二級冷凝器(5)、除沫器(7)底部凝液進入酸性水解物儲槽(10)，水解物收率由未採用該工藝前的95％提高至99％以上，氯甲烷合成工段生產周期由未採用該工藝前的30天提高至60天，清理管道、設備時未發現膠狀物。
實施例3：
控制二甲基二氯矽烷與濃鹽酸在35℃與0.2MPa下在靜態混合器中發生水解反應，產生的氣液混合物進入氣液分離罐A(1)中分離，氣液分離罐A(1)頂部採出的氣體進入文丘裡混合器(2)中與濃鹽酸主流體進行充分混合，濃鹽酸的質量濃度為38％，其中濃酸與氣體混合物的質量比為1:5，再進過氣液分離罐B(3)分離，氣液分離罐B(3)底部採出的液體通過物料泵返回文丘裡混合器，頂部採出的氣體經過一級冷凝器(4)和二級冷凝器(5)後溫度為10℃，壓力為0.25MPa。氣液分離罐(1)底部採出的液體以及一級冷凝器(4)、二級冷凝器(5)、除沫器(7)底部凝液進入酸性水解物儲槽(10)，水解物收率由未採用該工藝前的95％提高至99％左右，氯甲烷合成工段生產周期由未採用該工藝前的30天提高至60天，清理管道、設備時發現少量膠狀物。
實施例4：
控制二甲基二氯矽烷與濃鹽酸在35℃與0.2MPa下在靜態混合器中發生水解反應，產生的氣液混合物進入氣液分離罐A(1)中分離，氣液分離罐A(1)頂部採出的氣體進入文丘裡混合器(2)中與濃鹽酸主流體進行充分混合，濃鹽酸的質量濃度為38％，其中濃酸與氣體混合物的質量比為1:6，再進過氣液分離罐B(3)分離，氣液分離罐B(3)底部採出的液體通過物料泵返回文丘裡混合器，頂部採出的氣體經過一級冷凝器(4)和二級冷凝器(5)後溫度為20℃，壓力為0.3MPa。氣液分離罐(1)底部採出的液體以及一級冷凝器(4)、二級冷凝器(5)、除沫器(7)底部凝液進入酸性水解物儲槽(10)，水解物收率由未採用該工藝前的95％提高至98％左右，氯甲烷合成工段生產周期由未採用該工藝前的30天提高至50天，清理管道、設備時發現少量膠狀物。