[發明專利]一種安全的光氣制備方法與裝置

在審

• 申請號: 201310516134.4
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103570018A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 胡萬鵬;周興貴
• 申請（專利權）人: 嘉興學院;華東理工大學
• 主分類號: C01B31/28
• 分類號: C01B31/28
• 代理公司: 嘉興君度知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 沈志良

技術領域

????本發明屬化學工程領域，涉及一種危險化學品的安全制備方法，具體地說涉及實驗室條件下光氣的安全制備方法。

背景技術

光氣，又名碳酰氯，CAS?No：75-44-5，具有活潑的化學性質，由于其分子可以提供羰基官能團，廣泛用于有機合成反應之中，在農藥、醫藥、高分子材料和生化制品等的合成中是重要的基礎工業原料。但是，光氣吸入人體會造成肺水腫死亡，因此是一種劇毒性氣體。其沸點低、揮發性大，危險性也較大。

現有的光氣合成工藝是使用劇毒的氯氣（Cl₂）和一氧化碳（CO）在活性炭的作用下氣相催化反應產生的，采用列管式或集束管式反應器，反應溫度高達200～300?oC。由于碳層的導熱能力不高，導致反應器的絕熱溫升較大。反應裝置和管道的任何泄露，都可能使之成為不定時的“毒氣炸彈”。

已經報道的微反應器制備光氣的技術是將現有的工業技術微型化，在微反應器的內壁涂布活性炭顆粒涂層，通入微反應器的氯氣（Cl₂）和一氧化碳（CO）在活性炭涂層的催化作用下合成光氣。該技術仍然回避不了原料毒氣的泄漏隱患。

俄羅斯科學家采用向CCl₄滴加雙氧水的方法制取光氣，采用的催化劑為無水FeCl₃粉末，該方法采用冷阱收集反應產生的光氣。該方法產氣量小，但是仍然不能完全解決光氣泄漏的難題，給光氣的使用帶來困難。

四氯化碳（CCl₄，CTC）是甲烷氯化生產氯甲烷時反應的副產物。由于四氯化碳（CTC）是一種破壞臭氧層的物質（ODS），根據《消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》的有關規定和中國ODS淘汰的國家方案，我國將通過行業淘汰的方式削減CCl₄的消費量，開發利用CCl₄的技術是一個緊迫的課題。

發明內容

本發明的目的是以四氯化碳為原料，開發清潔、安全的光氣制備技術，使四氯化碳轉變成為具有更高附加值的工業原料；按需生產，無須貯存，消除光氣儲存帶來的危險性，避免因儲存失效造成的浪費。

本發明要解決的是傳統的光氣制備方法中存在的貯存、運輸和使用不便，不能完全解決光氣泄漏的缺陷。

微通道反應器制備危險化學品的安全優勢在于反應器內持液量小，微通道承壓性能好，不易泄漏。本發明采用微反應器技術制備光氣，使用的另外一種原料是過氧化氫水溶液，也是一種清潔環保的化工原料。微混合器使兩者反應物料混合過程得到強化，光氣在微通道內產生并且實現在線原位轉化，光氣的產生和流動均在耐壓不銹鋼微通道內進行，不會發生泄漏。因此，本發明是制備光氣的一種安全環保的工藝技術。

本發明涉及的反應原理為：

2CCl₄?＋?2H₂O₂?2COCl₂?＋?4HCl?＋?O₂??????????????????（1）

CCl₄?＋?H₂O??COCl₂?＋?2HCl????????????????????????????（2）

COCl₂?＋?4NH₃?→?CO(NH₂)₂?＋?2NH₄Cl?????????????????????????（3）

本發明提供的工藝至少包括以下步驟：將含有四氯化碳、催化劑的低碳醇溶液與一定濃度的過氧化氫溶液，分別通過兩臺恒流泵注入到微混合器中，由于微混合器內存在著微米級的流道，料液被“剖切”為微米級的液滴，有利于物料通過分子擴散形式進行質量傳遞；進入微混合器內的四氯化碳、催化劑的低碳醇溶液與過氧化氫溶液在微混合器內撞擊混合，料液獲得很高的Reynolds數，混合效果大大強化；然后混合溶液流入微通道反應器內進行催化氧化反應，生成光氣；在第二微通道反應器的末端收集反應產物；所述光氣制備工藝采用原位轉化的方法消耗光氣；所述光氣制備工藝采用浸沒吸收的方式防止光氣泄露；所述微混合器和第一、第二微通道反應器均置于恒溫浴中。

所述四氯化碳的濃度為5～100?g/L；所述低碳醇為乙醇。

所述催化劑為無水氯化鐵；所述催化劑的濃度為5～50?g/L。?

所述反應過程中恒溫浴的溫度范圍控制在20～80?oC之間。

所述原位轉化方法中采用的物質為氨水。