一种N-氧-N,N-二甲基环己胺的热分解装置的制作方法

一种n-氧-n,n-二甲基环己胺的热分解装置
技术领域
1.本发明属于乏燃料后处理技术领域，具体为一种n-氧-n,n-二甲基环己胺的热分解装置，该装置可安全生产核燃料后处理使用的无盐还原剂n,n-二甲基羟胺，该试剂可用于铀钚分离、钚纯化、铀纯化、相关分析等环节。


背景技术：

2.烃基取代羟胺是羟胺的一类衍生物，其结构相当于h2noh分子上的两个氢原子被烃基所取代的化合物。近年来,由于核电的迅速发展，对高效无盐还原剂进行了广泛研究，尤其是n,n-二甲基羟胺作为有机无盐还原剂在核电站乏燃料后处理流程应用过程中取得了良好效果，引起了人们的广泛关注。n,n-二甲基羟胺通常由n，n-二甲基环己胺和双氧水作为原料，在合成过程中n-氧-n，n-二甲基环己胺是合成过程中的一个中间产物，该产物经热分解即可制备出所需的n,n-二甲基羟胺。由于n-氧-n，n-二甲基环己胺需要加热至一定温度才能发生热分解，而热分解产生的二甲基羟胺和环己烯均属易燃易爆危化品，因此，热分解装置的设计对于n，n-二甲基羟胺的合成安全尤为重要。对于n,n-二甲基羟胺的合成方法，在专利“n，n-二甲基羟胺的合成方法”(zl200510135530.8)和“一种n，n-二甲基羟胺的合成工艺”(zl200910119505.9)中介绍了n,n-二甲基羟胺的合成方法，两个专利均未涉及适于放大生产n,n-二甲基羟胺的n-氧-n，n-二甲基环己胺的热分解装置。


技术实现要素：

3.为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种n-氧-n，n-二甲基环己胺的热分解装置，该装置安全性高，适于放大生产无盐还原剂n,n-二甲基羟胺。
4.为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：
5.一种n-氧-n,n-二甲基环己胺的热分解装置，包括：
6.环己胺高温反应单元，所述环己胺高温反应单元包括内筒，所述内筒外设有夹套，所述内筒和所述夹套之间留有空隙，所述内筒上开设有原料进口、氮气进口和产物出口，所述夹套上开设有高温蒸汽进口；
7.环己胺输送单元，所述环己胺输送单元通过输送管与所述原料进口连通，用于为所述内筒输送n-氧-n,n-二甲基环己胺；
8.氮气输送单元，所述氮气输送单元通过输送管与所述氮气进口连接，用于为所述内筒输送氮气；
9.高温蒸汽输送单元，所述高温蒸汽输送单元通过输送管与所述高温蒸汽进口连通，用于将高温蒸汽通入所述夹套内从而实现对所述内筒加热；
10.产品冷却单元，所述产品冷却单元包括冷凝器和冷冻机组，所述冷凝器具有冷凝器进口和冷凝器出口，所述冷凝器进口与所述产物出口连通；
11.产品收集单元，所述产品收集单元与所述冷凝器出口连通，用于收集经过所述冷凝器冷却后的热分解产物；
85kpa)，该设计可有效保持釜内压力相对恒定且气氛为氮气，有利于提高热分解过程的安全性；
28.4)热解釜内液位探测与蒸汽加热设置联锁，当釜内残留料液液位达到设计值时，自动关闭蒸汽加热，可防止釜内料液蒸发过度，出现安全问题；
29.5)热分解装置内搅拌设置为锚式搅拌桨，以确保釜内料液较多和较少时均能实现有效搅拌传热；另外，该设计可有效防止底部残液结垢，具有清洗反应釜等作用；
30.6)热解装置在上部设置泄压阀，可在热解装置异常，正压超过设定值时自动打开泄压，可有效降低装置安全风险。
附图说明
31.图1为本发明实施例中提供的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置的结构示意图；
32.图1中：1-环己胺输送单元、2-氮气输送单元、3-高温蒸汽输送单元、4-环己胺高温反应单元、5-产品冷却单元、51-冷凝器、52-冷冻机组、6-产品收集单元、7-搅拌单元、8-真空系统。
具体实施方式
33.下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。
34.针对背景技术中提到的问题，本发明提供一种n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，该装置可安全、放大生产无盐还原剂n,n-二甲基羟胺，该试剂可用于铀钚分离、钚纯化、铀纯化、相关分析等环节。
35.图1示出了本发明实施例中提供的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置的结构示意图，该装置主要由环己胺输送单元1、氮气输送单元2、高温蒸汽输送单元3、环己胺高温反应单元4、产品冷却单元5、产品收集单元6、搅拌单元7、监测单元、控制单元及真空系统8组成，其中：
36.环己胺高温反应单元4用于为n-氧-n,n-二甲基环己胺的热分解提供反应环境。环己胺高温反应单元4包括内筒，内筒外设有夹套，内筒和夹套之间留有空隙，内筒上开设有原料进口、氮气进口和产物出口，它们分别与环己胺输送单元1、氮气输送单元2和产品冷却单元5连通；夹套上开设有高温蒸汽进口，与高温蒸汽输送单元3连通。内筒内的n-氧-n,n-二甲基环己胺可在100—130℃温度下分解为n,n-二甲基羟胺和环己烯。在一具体实施例中，环己胺高温反应单元4为环己胺热分解釜，其直径700mm，高800mm，料液进口和出口用法兰连接。
37.环己胺输送单元1包括环己胺储罐，通过输送管与环己胺高温反应单元4的原料进口连接。环己胺储罐内存储n-氧-n,n-二甲基环己胺，环己胺储罐的出口设置有进料阀门，开启进料阀门，将n-氧-n,n-二甲基环己胺转入环己胺高温反应单元4的内筒内。
38.氮气输送单元2通过输送管与环己胺输送单元1、环己胺高温反应单元4的内筒以及产品收集单元6均连通，用于向该装置内各个单元充入氮气。它与环己胺高温反应单元4的内筒连接的输送管上设置有氮气阀门。
39.高温蒸汽输送单元3包括高温蒸汽产生系统，通过输送管与环己胺高温反应单元4的高温蒸汽进口连接，从而将高温蒸汽通入夹套内对环己胺高温反应单元4的内筒进行加
热。输送管上设置有蒸汽阀门，加热功率可通过蒸汽阀门开度进行调节，以满足n-氧-n,n-二甲基环己胺的热分解反应所需要的温度条件。
40.搅拌单元7设置在环己胺高温反应单元4的内筒内部，采用锚式搅拌桨进行搅拌，搅拌速度可调，主要用于促进料液的混合传热，保证反应料液的温度均匀。锚式搅拌桨能够确保内筒内料液较多和较少时均能实现有效搅拌传热；另外，锚式搅拌桨可有效防止底部残液结垢，具有清洗反应釜等作用。
41.产品冷却单元5包括冷凝器51和冷冻机组52，冷凝器51具有冷凝器进口和冷凝器出口，冷凝器进口与环己胺高温反应单元4的产物出口连通，n-氧-n,n-二甲基环己胺的热分解产物通过冷凝器进口进入冷凝器51冷却。冷凝器51还具有冷媒介质入口和出口，冷冻机组52两端通过冷媒介质入口和出口与冷凝器51连接，为冷凝器51输入冷媒介质，冷媒介质入口温度为-5℃～-15℃。
42.产品收集单元6与冷凝器51出口连通，用于收集经过冷凝器51冷却后的热分解产物。一次热分解反应结束后可将产品收集单元6内的馏分转至后续处理设备。在一具体实施例中，产品收集单元6可包括多个馏分储罐。
43.监测单元用于监测热分解过程中的关键参数，从而判断热分解反应的运行情况。监测单元包括设置在冷凝器出口的温度传感器，该温度传感器用于监测冷凝器出口的馏分温度。在热分解操作过程中，冷凝器出口的馏分监测温度与蒸汽阀门开度联锁，当馏分监测温度高于设计值时，通过控制单元自动减小蒸汽阀门开度；当此温度低于设计值时，可自动增大蒸汽阀门开度，使得环己胺热解釜的处理能力处于较高且安全稳定的状态。
44.监测单元还包括设置在环己胺热解釜内的液位传感器、温度传感器和压力传感器，用于监测釜内残留料液液位、热分解过程中的温度和系统压力，以此判断热分解反应的运行情况。
45.在热分解操作过程中，环己胺热解釜内液位、温度探测与蒸汽加热设置联锁，当釜内残留料液液位或温度达到设计值时，自动关闭蒸汽加热，可防止釜内料液蒸发过度，出现安全问题。
46.在热分解操作过程中，热分解装置的系统压力与氮气阀门联锁，当系统压力低于设计值(如-85kpa)时，自动补充氮气使压力达到设计值，当系统压力高于设计值(如-80kpa)时，自动关闭氮气阀门，使热分解装置的系统压力始终维持在设计范围内(如-80～-85kpa)，该设计可有效保持釜内压力相对恒定且气氛为氮气，有利于提高热分解过程的安全性。
47.控制单元用于根据监测单元监测到的关键参数控制对应部件执行相应的动作，实现该装置的自动联锁控制。在一具体实施例中，控制单元采用plc控制系统，可根据装置内部的反应温度和压力，自动联锁控制夹套蒸气阀门开度、氮气阀门等。
48.真空系统8用于将装置各单元(环己胺热分解釜内筒、冷凝器、馏分储罐及管路等)内部抽至设定的真空度，例如-80kpa。
49.环己胺高温反应单元4的上部设置有泄压阀，可在热解装置异常，正压超过设定值时自动打开泄压，可有效降低装置的安全风险。
50.上述n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置的具体工艺流程如下：
51.(1)将热分解装置的系统(热解釜本体、冷凝器、馏分储罐及管路等)压力抽至设计
值，然后关闭真空系统，向系统内充入氮气至系统为常压；
52.(2)重复步骤(1)操作2次后，打开进料阀门，将n-氧-n,n-二甲基环己胺转入热解釜内，开启搅拌、蒸汽加热和冷凝器制冷循环(冷媒介质入口温度-5～-15℃)；
53.(3)冷凝器出口馏分监测温度与蒸汽阀门开度联锁，当冷凝器出口馏分监测温度高于设计值时，减小蒸汽阀门开度，直至馏分监测温度达到设计值；当温度低于设计值，逐渐增大蒸汽阀门开度，通过自动反馈控制使得冷凝器出口馏分监测温度维持在设计值；
54.(4)热解釜内液位、温度探测与蒸汽加热设置联锁，当釜内残留料液液位或温度达到设计值时，自动关闭蒸汽加热；
55.(5)当系统无馏分流出时，通过夹套将釜内温度降低至设定值范围内，关闭真空，缓慢向釜内充入氮气平衡釜内压力，打开釜底部阀门将釜内残液排出至废液接收装置。
56.(6)关闭釜底部阀门，向釜内注入去离子水并开启搅拌，洗涤热解釜，最终洗涤液从釜底部阀门将釜内残液排出至废液接收装置。
57.(7)将馏分接收罐内的馏分转至后续处理设备，然后可重复(1)至(7)步骤进行下一次热分解操作。
58.实施例1
59.热分解釜处理量为100l环己胺/批；系统压力-80kpa；冷凝器冷却水入口温度设置为-5℃。具体工艺过程如下：
60.(1)将热分解装置系统(热解釜本体、冷凝器、馏分储罐及管路等)压力抽至-80kpa，关闭真空，打开氮气阀门向系统内充入氮气至系统为常压；
61.(2)重复(1)操作2次后，打开n-氧-n,n-二甲基环己胺进料阀门，转100l料液热至热解釜内，开启搅拌、蒸汽加热和冷凝器制冷循环，冷媒介质入口温度-5℃；
62.(3)开启远程联锁控制，当冷凝器出口馏分监测温度高于10℃时，减小蒸汽阀门开度，直至馏分监测温度达到10℃；
63.(4)当釜内残留料液温度达到130℃时，自动关闭蒸汽加热；
64.(5)当无馏分流出时，通过夹套将釜内温度降低至68℃，关闭真空，缓慢向釜内充入氮气平衡釜内压力，打开釜底部阀门将釜内残液排出至废液接收装置，残渣共20.1kg；
65.(6)关闭釜底部阀门，向釜内注入去离子水并开启搅拌，洗涤热解釜，洗涤液从釜底部阀门将釜内残液排出至废液接收装置；
66.(7)将馏分接收罐内的馏分转至后续处理设备。
67.实施例2
68.建立如图1所示的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其中n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解釜300l，设置蒸汽加热和搅拌装置，料液进口和出口用法兰连接。
69.基于建立的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置进行了制备实验，运行工艺条件：热分解釜处理量为150l环己胺/批；系统压力-85kpa；冷凝器冷却水入口温度设置为-15℃。具体工艺过程如下：
70.(1)将热分解装置系统(热解釜本体、冷凝器、馏分储罐及管路等)压力抽至-85kpa，关闭真空，打开氮气阀门向系统内充入氮气至系统为常压；
71.(2)重复(1)操作2次后，打开n-氧-n,n-二甲基环己胺进料阀门，转150l料液热至热解釜内，开启搅拌、蒸汽加热和冷凝器制冷循环，冷媒介质入口温度-15℃；
72.(3)开启远程联锁控制，当冷凝器出口馏分监测温度高于10℃时，减小蒸汽阀门开度，直至馏分监测温度达到10℃；
73.(4)当釜内残留料液液位达到30l时，自动关闭蒸汽加热；
74.(5)当无馏分流出时，通过夹套将釜内温度降低至70℃，关闭真空，缓慢向釜内充入氮气平衡釜内压力，打开釜底部阀门将釜内残液排出至废液接收装置，残渣共30kg；
75.(6)关闭釜底部阀门，向釜内注入去离子水并开启搅拌，洗涤热解釜，洗涤液从釜底部阀门将釜内残液排出至废液接收装置；
76.(7)将馏分接收罐内的馏分转至后续处理设备。
77.本发明提供的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，采用氮气保护，生产规模较大(150kg/批)，负压、加热、热解料液液位、氮气保护等可与装置温度等参数实现联锁控制，有利于n,n-二甲基羟胺的放大安全生产。
78.上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

技术特征：
1.一种n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述装置包括：环己胺高温反应单元(4)，所述环己胺高温反应单元(4)包括内筒，所述内筒外设有夹套，所述内筒和所述夹套之间留有空隙，所述内筒上开设有原料进口、氮气进口和产物出口，所述夹套上开设有高温蒸汽进口；环己胺输送单元(1)，所述环己胺输送单元(1)通过输送管与所述原料进口连通，用于为所述内筒输送n-氧-n,n-二甲基环己胺；氮气输送单元(2)，所述氮气输送单元(2)通过输送管与所述氮气进口连接，用于为所述内筒输送氮气；高温蒸汽输送单元(3)，所述高温蒸汽输送单元(3)通过输送管与所述高温蒸汽进口连通，用于将高温蒸汽通入所述夹套内从而实现对所述内筒加热；产品冷却单元(5)，所述产品冷却单元(5)包括冷凝器(51)和冷冻机组(52)，所述冷凝器(51)具有冷凝器进口和冷凝器出口，所述冷凝器进口与所述产物出口连通；产品收集单元(6)，所述产品收集单元(6)与所述冷凝器(51)出口连通，用于收集经过所述冷凝器(51)冷却后的热分解产物；搅拌单元(7)，所述搅拌单元(7)设置在所述内筒内部，用于促进料液的混合传热；真空系统(8)，用于将所述装置的系统压力抽至设定的真空度；监测单元，用于监测热分解过程中的关键参数，从而判断热分解反应的运行情况。2.权利要求1所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述氮气输送单元(2)的输送管上设置有氮气阀门。3.权利要求2所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述高温蒸汽输送单元(3)的输送管上设置有蒸汽阀门，通过调节所述蒸汽阀门的开度控制加热功率。4.权利要求3所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述冷凝器(51)还具有冷媒介质入口和出口，所述冷冻机组(52)两端通过所述冷媒介质入口和出口与所述冷凝器(51)连通，为所述冷凝器(51)提供冷媒介质，所述冷媒介质的入口温度为-5℃～-15℃。5.权利要求1-4任一项所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述搅拌单元(7)采用锚式搅拌桨进行搅拌，搅拌速度可调。6.权利要求5所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述装置还包括控制单元，所述控制单元采用plc控制系统，用于根据所述监测单元监测到的关键参数控制对应部件执行相应的动作，实现所述装置的自动联锁控制。7.权利要求6所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述监测单元包括设置在所述冷凝器出口的温度传感器，用于监测冷凝器出口处的馏分温度，所述冷凝器出口的馏分监测温度与所述蒸汽阀门开度联锁，当所述馏分监测温度高于或低于设计值时，通过所述控制单元自动减小或增大所述蒸汽阀门开度。8.权利要求6所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述监测单元包括设置在所述环己胺高温反应单元(4)内筒内的液位传感器和温度传感器，用于监测所述内筒内的残留料液液位和温度，所述内筒内的残留料液液位、温度与所述蒸汽阀门设置联锁，当内筒内的残留料液液位或温度达到设计值时，通过所述控制单元自动关闭所述蒸汽阀门。
9.权利要求6-8任一项所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述监测单元包括设置在所述环己胺高温反应单元(4)内筒内的压力传感器，用于监测所述内筒内的系统压力，所述系统压力与所述氮气阀门联锁，当系统压力低于设计值时，自动补充氮气使压力达到设计值，当系统压力高于设计值时，自动关闭氮气阀门，使所述装置的系统压力始终维持在设计范围内。10.权利要求1所述的n-氧-n,n-二甲基环己胺热分解装置，其特征在于，所述环己胺高温反应单元(4)的上部设置有泄压阀，用于在所述装置发生异常，正压超过设定值时自动打开泄压。

技术总结
本发明涉及一种N-氧-N,N-二甲基环己胺(简称环己胺)热分解装置，属于乏燃料后处理技术领域，该装置包括环己胺高温反应单元，包括内筒和夹套，内筒上有原料进口、氮气进口和产物出口，夹套上有蒸汽进口；环己胺输送单元与原料进口连通，氮气输送单元与氮气进口连接；高温蒸汽输送单元与蒸汽进口连通，用于将高温蒸汽通入夹套内实现对内筒加热；产品冷却单元与产物出口连通；产品收集单元与冷凝器出口连通，用于收集冷却后的热分解产物；搅拌单元设在内筒内，用于促进料液的混合传热；真空系统用于将系统压力抽至设定的真空度；监测单元用于监测热分解过程中的关键参数。本发明提供的装置安全性高，适于放大生产无盐还原剂N,N-二甲基羟胺。甲基羟胺。甲基羟胺。


技术研发人员：于泽华 李高亮 唐洪彬 常尚文 何辉 叶国安 苏醒 陈彪 谷喜春 佟小宇 林师峰 张磊 陈志华 高强 张胜南
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/19