[發明專利]一種氣相熱解制備異氰酸酯的反應器及制備方法

有效

• 申請號: 201010174443.4
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101844064A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 李會泉;包煒軍;李新濤;張琴花;柳海濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18;C07C263/04;C07C265/14
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于熱解制備異氰酸酯技術領域，特別是涉及一種氣相熱解制備異氰酸酯的反應器及制備方法，以氣相形式熱解芳香族或脂肪族氨基甲酸甲酯制備異氰酸酯。

背景技術

異氰酸酯是合成聚氨酯的重要原料之一，被廣泛應用在生產汽車零部件、鞋底、隔熱材料、合成農藥、染料、皮革等，已經成為世界上發展迅速的高分子合成材料之一。隨著我國國民經濟持續高速的發展，尤其是建筑業等行業的不斷發展，使得異氰酸酯的需求增長迅速，每年需從國外大量進口以滿足國內市場需要。

異氰酸酯包括芳香族和脂肪族異氰酸酯，主要品種有MDI、TDI和HDI等。目前，國內外異氰酸酯的生產主要采用光氣法，該方法存在工藝路線長、能耗大、成本高、有毒氣泄露危險、副產品鹽酸腐蝕設備、產品余氯難以去除、環境污染嚴重等缺點，面臨被淘汰的危險。20世紀70年代以來，非光氣法特別是碳酸二甲酯法、尿素法已成為合成異氰酸酯的重要方法。這兩種路線都可分為氨基甲酸酯的合成和氨基甲酸酯的熱分解這兩個步驟，而氨基甲酸酯的熱解是其中的控制步驟。

該過程是一個強吸熱反應，且伴隨著很多副反應發生，可分為氣相熱解和液相熱解兩種方法，其中液相熱解一般采用釜式或管式反應器。CN1721060公開了一種通過釜式反應器熱分解氨基甲酸酯的方法，該法將氨基甲酸酯、溶劑和超細氧化物顆粒催化劑一并加入到四頸燒瓶中，在氮氣保護下加熱分解。US4307029中Koichi等采用氯化鋅作催化劑，常壓下進行氨基甲酸酯分解反應，異氰酸酯收率為46.1％。US4294774中Thomas等用N，N-二甲基苯胺作溶劑和催化劑時，異氰酸酯收率為46％。采用釜式反應器，反應產物異氰酸酯不能及時從反應器中分離，副反應發生嚴重，導致收率偏低。US4547322、US5043471公開了通過管式反應器熱解氨基甲酸酯制備異氰酸酯的方法。該方法中，氨基甲酸酯溶解在適當的溶劑中從反應器的頂部加入，與從反應器下部通入的氣體逆流接觸。最終，在反應器的下端收集到異氰酸酯溶液，整個過程收率可以達到90％。該方法雖然可以達到較高的收率，但需要引入大量的溶劑，增加了整個過程的成本和能耗。現有的液相熱解氨基甲酸酯方法，傳熱效率不高，產物難以及時從反應器中移出，副反應的發生較為嚴重，尚無有前途的易于工業放大的反應器出現。

氣相熱解是一個高溫過程，溫度一般在400-600℃之間，所采用的反應器主要有固定床、管式反應器等。US3734941公布了一種氨基甲酸酯的氣相熱解方法。氨基甲酸酯在260-360℃之間之間氣化，然后氣體通過一個熱解反應器，在400-470℃之間反應，得到異氰酸酯。然而，該法并沒有給出熱解過程使用的反應器的具體形式及異氰酸酯的收率。JP05186415中利用燒結氧化物為催化劑并裝載到固定床上，氨基甲酸酯和氮氣在370℃通過催化劑，異氰酸酯最高收率為82％。US4613466公布了一種先用薄膜蒸發器使氨基甲酸酯氣化，再在管式反應器中使其充分熱解的過程。該過程使用路易斯酸作催化劑，在400-600℃的高溫下，催化劑易失活。US3870739公布了一種通過固定床反應器氣相熱解氨基甲酸酯的方法，該方法采用非催化活性的石英砂或不銹鋼填料，反應溫度350-550℃之間，收率可達95％。由于該反應過程是強吸熱反應，反應器溫度波動較大，反應溫度不易控制，易結焦。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氣相熱解制備異氰酸酯的反應器及制備方法，克服了上述釜式反應器、管式反應器、固定床反應器等熱分解反應器制備異氰酸酯時需要消耗大量溶劑、傳熱效率低、副反應嚴重、產率低等缺點。其中，床層在氣流的攪拌下不停發生攪動，經過長時間連續反應，床層未發現明顯的結焦固體生成。

本發明的技術方案如下：

本發明的氣相法制備異氰酸酯反應器為氣流攪拌床反應器(1)，在氣流攪拌床反應器(1)的中間設有中心噴射器(3)，氣流攪拌床反應器(1)內部填充惰性固體床料(2)。

在氣流攪拌床反應器(1)的中上部設有惰性氣體和物料入口(4)，氣流攪拌床反應器(1)的頂端設置有變徑(5)，變徑(5)的上部設有氣體產物出口(6)，在氣流攪拌床反應器(1)的上部設有一測壓口(9)，氣流攪拌床反應器(1)的底部設置有床料出口(7)，床料出口(7)通過蝶閥(8)控制開關。