一种制备异氰酸酯的反应器及方法技术

本发明专利技术提供一种制备异氰酸酯的反应器以及采用该反应器通过气相光气化过程制备异氰酸酯的方法。该高效反应器在反应区域设置胺分配器及多组胺进料管，通过胺分配器加强光气与胺混合，减少反应副产物的产生，通过多组具备良好换热能力胺进料管充分利用反应放出的热量，减少胺气体中夹带的小液滴，保证胺气化效果，减少反应结焦物的产生，提高反应收率，实现能量集成利用及延长运转周期。

A reactor and method for the preparation of isocyanate

The present invention provides a reactor for the preparation of isocyanate and a method of preparing isocyanate by the gas phase light gasification process by the reactor. The high efficiency reactor set distributor and amine histamine feeding tube in the reaction region, strengthen the phosgene and mixed amine by the amine distributor, reduce reaction by-products, by many groups have good heat transfer capacity of amine feed pipe to make full use of heat, reduce small droplet entrainment of amine gas, guarantee amine the effect of gasification, reduce coke reaction, improve the reaction yield, realize the energy integrated utilization and prolong the running period.

【技术实现步骤摘要】
一种制备异氰酸酯的反应器及方法
本专利技术提供一种高效反应器以及采用该反应器通过气相光气化过程制备异氰酸酯的方法。该高效反应器在反应区域设置胺分配器及多组胺进料管，通过胺分配器加强光气与胺混合，减少反应副产物的产生，通过多组胺进料管充分利用反应放出的热量，减少气相胺中夹带的小液滴，保证胺气化效果，减少结焦物的产生，提高收率，实现能量集成利用并延长反应周期。
技术介绍
将气相的胺与光气在管式反应器中反应制备异氰酸酯的方法已为人们所熟知，气相光气化反应工艺是一快速反应过程，其具有反应速率快，光气滞留量低的特点，同时需要尽量避免高温结焦。气相光气反应自身会释放较多的反应热，在之前己知方法中通过溶剂淬灭气相光气化的反应混合物的方式来降低反应物的温度，该方法导致了反应产生的极宝贵的高温能量被浪费。在气相光化法中，胺需经过气化后进入气相光气化反应器中，与光气进行反应生成异氰酸酯，而胺的气化效果对于反应产物的影响非常显著。在实际工业生产操作中，胺的气化过程容易出现气化不完全的问题，气化后形成的胺气流中存在未气化的胺液滴。若没有对应的措施消除这些胺液滴，它们将随着胺气流进入气相光气化反应器中，产生不利后果。液滴表面的胺分子与光气反应生成异氰酸酯，而内部的胺分子在高温下则发生碳化反应生成积碳和氨气，而氨气则与氯化氢(胺与光气反应生成的产物之一)反应生成固体氯化铵，积碳和氯化铵均容易导致反应器及管线堵塞，需经常清理，从而缩短装置的运转周期；另一方面这些液滴内部的胺分子与液滴表面生成的异氰酸酯之间容易发生不希望的副反应，导致反应产物中重组分杂质增多，收率下降。气相光气化法来制备异氰酸酯反应过程需要加强混合，但若混合不当，如混合缓慢时，则生成较多的聚合副产物，这些副产物在反应器内挂壁结焦、结块，最终堵塞反应器，特别是物料在第一接触点处更易产生结焦物，进而导致混合流场的逐步恶化，缩短了反应器的运行周期。采用高混合效率的反应器，以避免在反应器内生成固体物质，延长反应器运行周期。目前消除胺气流中含有的胺液滴一般有两种方法，一是通过气液分离除去液滴，这种方法一般存在较大的压力损失；二是将通过加热的方式将胺液滴气化而获得不含胺液滴的胺气流，但现有的加热方法存在压力损失大，加热不均匀等问题。美国专利US7019164B2中描述了在气相中通过光气化反应制备异氰酸酯的方法，通过将胺加热成为气态，和光气在混合器中混合反应生成相应的异氰酸酯。通常需要将胺加热到200～600℃，即加热温度高于胺的沸点。为了更好的促进胺的汽化和混合效果，在胺的汽化过程中引入惰性气体或者惰性溶剂的蒸汽进行稀释。欧洲专利EP1935876A1中，在进入反应器前生成基本无液滴的胺气流，使反应器的连续运转时间明显增加。胺气流中胺液滴的消除主要通过在胺气化和过热系统之间设置液滴分离器，以及/或者气化装置本身也有液滴分离器的功能来实现，并提及产生较小压力损失的液滴分离器为优选。然而，在工业化进行气相光气化反应时，液滴分离器的压力损失会随着体积流量的增加而急剧上升，在同样的压力损失下，在高体积流量下液滴分离器的胺液滴分离率要低于低体积流量，胺液滴消除效果差。中国专利CN102471242A中提出气化后的含有少量液滴胺气流在导向反应器的进料管中过热，并要求过热过程的停留时间大于0.01秒，以促使其中的液滴气化，最终形成完全气化的流股。进料管的加热可通过管束换热器或加热的管道之类设备进行。但是在实际操作过程中，若使用液滴分离器，将存在较大的压力损失，导致上文所述的设备堵塞、缩短装置运转周期。专利CN101912751A公开了一种以惰性无机导电材料制作的胺气化器，其中惰性无机导电材料具有不规则的微孔通道，液态胺被雾化分散为液滴后进入该胺气化器进行气化。该气化器用于雾化后的胺液滴的气化，而非用于气化后胺气流中含有的胺液滴的消除；即使将该气化器用作消除胺气流中含有的胺液滴的加热器，由于该气化器的主体采用的是微孔通道结构，通道较长，孔隙率低，因而胺液滴气化过程产生的压力损失会比较大，易导致上文所述的设备堵塞，缩短装置运转周期。欧洲专利EP0289840采用了一种不带可动部件的圆筒形反应器，使反应物流在湍流状态下反应。由于脂肪族胺的气相光气化过程是一极快速反应过程，属于混合速度控制的反应过程。常常由于返混，造成异氰酸酯与胺反应，从而形成固体污染反应器，并导致气路堵塞。欧洲专利EP0699657A描述了一种在气相中制备芳香族异氰酸酯的方法，芳香族二胺与光气的反应在混合反应器中进行，该反应器分为两个区域，内区域为二胺和光气混合的混合区域，占总反应器体积的20～80％；外区域为接近活塞流形式的反应区域，占总反应体积的80～20％。然而，由于至少20％的反应体积不会出现理想的返混，因此导致不均匀的停留时间分布，形成不希望的固体产物。欧洲专利EP1362847A描述了一种在气相中制备异氰酸酯的方法，在该方法中，通过与流动相关的措施如在反应器中加入均化元件以及确定气相离析物的中心，提高管式反应器内的反应特性，从而避免反应器中沉积物和导致反应器寿命缩短的聚合的次级产物的形成。欧洲专利EP1555258A描述了一种在气相中制备异氰酸酯的混合器和方法，还提供了一种管式反应器，其具有在反应器旋转方向上沿着中心延伸的夹壁导管，在夹壁导管的内壁和外壁之间形成的同心环状间隙，通过此方法来改善管状反应器中原料的混合，降低副产物形成的可能性。美国专利US4847408采用湍流占主导地位的反应器来加强混合，使反应物流在强湍流状态下反应，其内径为2.5mm，长度为17.5mm，胺蒸气通过喷嘴高速的喷入到反应器内，在400℃的高温下制备得到了HDI。CN1396152将US4847408中简单的圆筒形反应器改善为类似文丘里型混合器，这种设计可以减少反应区与器壁的接触和返混。通过以上的比较可以看出，气相光气化制备异氰酸酯的过程是一快速反应过程，因而需要尽量降低胺气体中小液滴的夹带，保证胺的气化效果，极快的混合速率以减少副产物脲等高聚物的形成，从而避免堵塞延长反应周期。取得良好反应效果的关键是采用高混合效率的反应器，以减少固体副产物生成，并有效的除去不可避免的沉积物。因此，需要寻找一种能使反应物高效快速混合且可以有效除去反应沉积物的异氰酸酯的制备设备以及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种高效反应器，通过在反应区域设置胺分配器及多组胺进料管，通过胺分配器加强光气与胺混合，减少反应副产物的产生，通过多组胺进料管，充分利用反应放出的热量，减少胺气体中夹带的小液滴，保证胺气化效果，减少结焦物的产生，提高收率并实现能量集成利用，最终实现降低能耗并延长反应器运行周期的目的。由于该方法利用光气反应自身的反应热，在之前己知方法中通过淬灭气相光气化的反应混合物而破坏的极宝贵的高温能量被利用，其中产生高温能量以便起始原料到达气相光气化的操作温度。此外，还节省了相应的换热器，或者可以使其更小。本专利技术的制备异氰酸酯的反应器包括：反应管，从反应管顶部的中心区域进入反应管内的光气内进料管，连接反应管上部的一侧的光气外进料管，在反应管下段设置的多个胺进料管；其中，在反应管的上半部分设有混合反应区域，所述光气内进料管进入反应管内达到混合反应区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备异氰酸酯的反应器，其特征在于，该反应器包括：反应管，从反应管顶部的中心区域进入反应管内的光气内进料管，连接反应管上部的一侧的光气外进料管，在反应管下段设置的多个胺进料管；其中，在反应管的上半部分设有混合反应区域，所述光气内进料管进入反应管内达到混合反应区域的上方，在混合反应区域的上方围绕光气内进料管的外周设置用于加强胺与光气混合的胺分配器，多个胺进料管在反应管的下段内上升并连接于胺分配器，所述光气内进料管与反应管内壁之间构成环形空间，所述光气外进料管与该环形空间连通。

【技术特征摘要】
1.一种制备异氰酸酯的反应器，其特征在于，该反应器包括：反应管，从反应管顶部的中心区域进入反应管内的光气内进料管，连接反应管上部的一侧的光气外进料管，在反应管下段设置的多个胺进料管；其中，在反应管的上半部分设有混合反应区域，所述光气内进料管进入反应管内达到混合反应区域的上方，在混合反应区域的上方围绕光气内进料管的外周设置用于加强胺与光气混合的胺分配器，多个胺进料管在反应管的下段内上升并连接于胺分配器，所述光气内进料管与反应管内壁之间构成环形空间，所述光气外进料管与该环形空间连通。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，光气内进料管的半径r1为(0.1-0.4)r，其中，r为反应管的半径。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述胺分配器是包括内壁和外壁的环形槽状结构，该环形槽状结构的出口向下，在环形槽状结构内具有倾斜设置的多个旋片，所述多个胺进料管的入口沿着环形槽状结构的外壁的周围设置，优选沿着环形槽状结构的外壁的周围均匀设置，例如每隔一定角度如每隔10～60度角度设置一个。4.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，多个胺进料管的入口的开口方向垂直于反应管的轴线方向。5.根据权利要求1-4中任一项所述的反应器，其特征在于，所述多个胺进料管在反应管的下段内的配置为平行分布或螺旋上升的形式；和/或，胺进料管为4个以上，优选8-36个，更优选12-24个。6.根据权利要求1-5中任一项所述的反应器，其特征在于，单根胺进料管的总长度L1为反应管总长度L2的0.3-2.0倍，优选0.4-1.2倍。7.根据权利要求1-6中任一项所述的反应器，其特征在于，在环形空间中，多个胺进料管出口与胺分配器相接，胺分配器的出口与光气内进料管出口处于同一平面，优选地，胺进料管在混合反应区域内紧贴反应管的内壁。8.根据权利要求1-7中任一项所述的反应器，其特征在于，胺分配器具有4组以上的旋片，优选8-36组，更优选12-24组旋片。9.根据权利要求1-8中任一项所述的反应器，其特征在于，胺分配器出口的总截面积为光气内进料管通道截面积的0.1-0.8倍，优选0.2-0.5倍。10.根据权利要求1-9中任一项所述的反应器，其特征在于，倾斜的胺分配器旋片与反应器轴线之间的夹角α的角度在15-75°之间，优选30-60°之间。11.一种采用如权利要求1-10中任一项所述的反应器通过气相光气法制备具有通式R(NCO)n的脂肪族、脂环族或芳香族异氰酸酯的方法，其中R为具有1-15个碳原子的脂肪族、脂环族或芳香族烃基，且n为1-10中的整数，该方法包括:a)将具有通式R(NH2)n胺加热至80-550℃，光气加热至120-600℃，使之气化，其中R和n的定义如前；b)使加热的光气从反应管顶部的内进料管引...

【专利技术属性】
技术研发人员：李同和，俞勇，尚永华，李建峰，孙中平，黎源，华卫琦，
申请(专利权)人：万华化学宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33