[發明專利]一種制備異氰酸酯的反應器及方法

有效

• 申請號: 201710861344.5
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107597028B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李同和;俞勇;尚永華;李建峰;孫中平;黎源;華衛琦
• 申請（專利權）人: 萬華化學（寧波）有限公司
• 主分類號: B01J12/00
• 分類號: B01J12/00;C07C265/14;C07C263/10
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 唐曙暉

本發明提供一種制備異氰酸酯的反應器以及采用該反應器通過氣相光氣化過程制備異氰酸酯的方法。該高效反應器在反應區域設置胺分配器及多組胺進料管，通過胺分配器加強光氣與胺混合，減少反應副產物的產生，通過多組具備良好換熱能力胺進料管充分利用反應放出的熱量，減少胺氣體中夾帶的小液滴，保證胺氣化效果，減少反應結焦物的產生，提高反應收率，實現能量集成利用及延長運轉周期。

技術領域

本發明提供一種高效反應器以及采用該反應器通過氣相光氣化過程制備異氰酸酯的方法。該高效反應器在反應區域設置胺分配器及多組胺進料管，通過胺分配器加強光氣與胺混合，減少反應副產物的產生，通過多組胺進料管充分利用反應放出的熱量，減少氣相胺中夾帶的小液滴，保證胺氣化效果，減少結焦物的產生，提高收率，實現能量集成利用并延長反應周期。

背景技術

將氣相的胺與光氣在管式反應器中反應制備異氰酸酯的方法已為人們所熟知，氣相光氣化反應工藝是一快速反應過程，其具有反應速率快，光氣滯留量低的特點，同時需要盡量避免高溫結焦。

氣相光氣反應自身會釋放較多的反應熱，在之前己知方法中通過溶劑淬滅氣相光氣化的反應混合物的方式來降低反應物的溫度，該方法導致了反應產生的極寶貴的高溫能量被浪費。

在氣相光化法中，胺需經過氣化后進入氣相光氣化反應器中，與光氣進行反應生成異氰酸酯，而胺的氣化效果對于反應產物的影響非常顯著。在實際工業生產操作中，胺的氣化過程容易出現氣化不完全的問題，氣化后形成的胺氣流中存在未氣化的胺液滴。若沒有對應的措施消除這些胺液滴，它們將隨著胺氣流進入氣相光氣化反應器中，產生不利后果。液滴表面的胺分子與光氣反應生成異氰酸酯，而內部的胺分子在高溫下則發生碳化反應生成積碳和氨氣，而氨氣則與氯化氫(胺與光氣反應生成的產物之一)反應生成固體氯化銨，積碳和氯化銨均容易導致反應器及管線堵塞，需經常清理，從而縮短裝置的運轉周期；另一方面這些液滴內部的胺分子與液滴表面生成的異氰酸酯之間容易發生不希望的副反應，導致反應產物中重組分雜質增多，收率下降。

氣相光氣化法來制備異氰酸酯反應過程需要加強混合，但若混合不當，如混合緩慢時，則生成較多的聚合副產物，這些副產物在反應器內掛壁結焦、結塊，最終堵塞反應器，特別是物料在第一接觸點處更易產生結焦物，進而導致混合流場的逐步惡化，縮短了反應器的運行周期。采用高混合效率的反應器，以避免在反應器內生成固體物質，延長反應器運行周期。

目前消除胺氣流中含有的胺液滴一般有兩種方法，一是通過氣液分離除去液滴，這種方法一般存在較大的壓力損失；二是將通過加熱的方式將胺液滴氣化而獲得不含胺液滴的胺氣流，但現有的加熱方法存在壓力損失大，加熱不均勻等問題。

美國專利US7019164B2中描述了在氣相中通過光氣化反應制備異氰酸酯的方法，通過將胺加熱成為氣態，和光氣在混合器中混合反應生成相應的異氰酸酯。通常需要將胺加熱到200～600℃，即加熱溫度高于胺的沸點。為了更好的促進胺的汽化和混合效果，在胺的汽化過程中引入惰性氣體或者惰性溶劑的蒸汽進行稀釋。

歐洲專利EP1935876A1中，在進入反應器前生成基本無液滴的胺氣流，使反應器的連續運轉時間明顯增加。胺氣流中胺液滴的消除主要通過在胺氣化和過熱系統之間設置液滴分離器，以及/或者氣化裝置本身也有液滴分離器的功能來實現，并提及產生較小壓力損失的液滴分離器為優選。然而，在工業化進行氣相光氣化反應時，液滴分離器的壓力損失會隨著體積流量的增加而急劇上升，在同樣的壓力損失下，在高體積流量下液滴分離器的胺液滴分離率要低于低體積流量，胺液滴消除效果差。

中國專利CN102471242A中提出氣化后的含有少量液滴胺氣流在導向反應器的進料管中過熱，并要求過熱過程的停留時間大于0.01秒，以促使其中的液滴氣化，最終形成完全氣化的流股。進料管的加熱可通過管束換熱器或加熱的管道之類設備進行。但是在實際操作過程中，若使用液滴分離器，將存在較大的壓力損失，導致上文所述的設備堵塞、縮短裝置運轉周期。