一种微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法技术

本发明专利技术提供了一种微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法，通过换热介质将微通道反应器模块加热到预定温度，将原料碳酸二甲酯和三甲胺与溶剂甲醇通过计量泵打入反应器进行连续反应。从微通道反应器出来的物料进入管式反应器继续反应至转化率达到要求。从管式反应器出来的物料经闪蒸后进入第一降膜蒸发器，通过第一降膜蒸发器回收部分溶剂以及未转化的原料。从第一降膜蒸发器底部出来的物料与纯水通过静态混合器混合发生水解反应并进入第二降膜蒸发器分离部分甲醇和水。从第二降膜蒸发器底部出来的物料进入精馏塔进一步分离甲醇，塔釜采出精制后的产品。本发明专利技术能够有效提高反应安全性、缩短反应时间、提高反应物转化率。反应物转化率。反应物转化率。

【技术实现步骤摘要】
一种微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法


[0001]本专利技术涉及一种四甲基碳酸氢铵的合成方法，具体的是一种利用微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法，属于精细化工领域。

技术介绍

[0002]四甲基氢氧化铵(TMAH)是一种碱性最强的有机碱，TMAH作为显影液和刻蚀剂，应用于液晶及半导体芯片行业。
[0003]四甲基氢氧化铵可由四甲基氯化铵电解制备，但氯离子对电解装置有腐蚀，并且电解产生有毒的氯气。以四甲基碳酸氢铵为原料电解制备四甲基氢氧化铵，阳极产生二氧化碳，避免了有毒气体的产生，同时降低了对设备的腐蚀性。
[0004]四甲基碳酸氢铵可经过两步反应合成。第一步以三甲胺和碳酸二甲酯为原
[0005]料在溶剂甲醇中反应制备甲基碳酸酯四甲基铵；第二步为甲基碳酸酯四甲基铵的水解反应，生成为四甲基碳酸氢铵(TMAB)。
[0006]其化学反应方程式如下：
[0007](CH3)3N+(CH3O)2CO
→
(CH3)4NOCOOCH3[0008](CH3)4NOCOOCH3+H2O
→
(CH3)4NOCOOH+CH3OH
[0009]专利CN10992055A公开了一种通过多釜串联反应器连续制备四甲基碳酸氢铵的方法。该方法解决了生产连续化的问题，但未解决放热反应本质安全问题。反应器容积较大、占地面积大。
[0010]专利CN101314572A公开了一种管式反应器缩合反应制备四甲基碳酸氢铵的方法。专利CN107417539A公开了一种釜式反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法。以上两种方法有相近之处。前者需要进行混合预热，具体如何预热专利中未涉及。碳酸二甲酯、三甲胺和溶剂常温混合即可发生放热反应，预热必然进一步提高反应程度。所以上述两个专利本质上都是釜式结构串联管式反应器。并且釜式结构在前端，导致物料累积度较大的反应段在釜式结构中，不利于提高反应安全性。更合理的方式是前端使用管式反应器，利用其更大的换热比表面、更高的换热效率、更低的物料累积度解决起始阶段反应物浓度高、反应迅速、放热量大的安全性问题；经管式反应器反应后反应物浓度降低，热累积度降低，安全性提高，可再串釜式反应器，解决剩余低浓度物料转化问题，避免因停留时间过长导致管式反应器长度过大。
[0011]专利CN107281994A公开了循环列管式反应器串联管式反应器制备四甲基碳酸氢铵的装置及方法。该方法本质上仍是管式反应器。该方法中后一级采用绝热管式反应器，不便于反应温度的控制，专利中给出了后一级绝热管式反应器的反应器温度，但未说明反应温度如何控制。
[0012]上述方法除了未完全解决安全性问题外，还存在停留时间较长的问题，较长的停留时间必然导致较大的反应器体积，提高了成本和占地面积。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法，该方法在解决连续生产问题的同时能极大的提高生产过程的安全性，缩短反应时间，提高生产效率，设备尺寸小占地面积小。具有较好的经济效益和应用价值。
[0014]实现本专利技术目的的技术方案为：
[0015]本专利技术的第一方面是提供了一种微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法，原料碳酸二甲酯、三甲胺和溶剂甲醇通过计量泵分别连续打入微通道反应器的预热模块，预热至70
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90℃，后进入微通道反应器的反应模块组，控制反应模块组的温度160
‑
190℃、压力2
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5MPa，物流在微通道反应器的停留时间为10sec
‑
2min，从微通道反应器反应模块组出来的物料进入管式反应器，管式反应器的反应温度控制在120
‑
200℃，反应压力为1.5
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5MPa，停留时间为1
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30min，从管式反应器出来的产物与微通道反应器的预热模块组的反应原料换热后进入第一降膜蒸发器，通过第一降膜蒸发器回收部分溶剂以及未转化的原料，从第一降膜蒸发器出来的物料与纯水通过静态混合器混合发生水解反应并进入第二降膜蒸发器分离部分甲醇和水，从第二降膜蒸发器底部出来的物料进入精馏塔进一步分离甲醇，精馏塔塔釜液为四甲基碳酸氢铵产品。
[0016]进一步地所述碳酸二甲酯与三甲胺摩尔比为0.7
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1.3:1。优选的摩尔比为0.9
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1.1：1。
[0017]进一步地所述微通道反应器的反应温度控制在160
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190℃，优选165
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185℃，进一步优选170
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180℃。反应压力为2
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5MPa，优选2.5
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4.5MPa，进一步优选3
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4MPa。
[0018]进一步地所述物料在微通道反应器停留时间为10sec
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2min。优选10sec
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1.5min，进一步优选10sec
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1min。
[0019]进一步地所述管式反应器的反应温度控制在120
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200℃，优选140
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180℃，进一步优选150
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165℃。反应压力为1.5
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5MPa，优选2
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4MPa，进一步优选3
‑
4MPa。
[0020]进一步地所述物料在管式反应器停留时间为1
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30min。优选3
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20min，进一步优选5
‑
15min。
[0021]进一步地，所述第一降膜蒸发器压力控制在0.11
‑
0.25MPa，温度为100
‑
125℃。
[0022]进一步地，所述第二降膜蒸发器的压力为常压，温度为100
‑
130℃。
[0023]进一步地，所述精馏塔压力为0.08
‑
0.15MPa，温度为100
‑
130℃。
[0024]本专利技术的第二方面是提供了一种微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的装置，包括依次连接的微通道反应器、管式反应器、第一降膜蒸发器、第二降膜蒸发器、精馏塔，在所述第一降膜蒸发器与第二降膜蒸发器之间连接静态混合器，所述静态混合器与纯水罐连接。
[0025]进一步地，所述微通道反应器的预热模块组由两个以上预热模块并联组成，反应模块组由一个以上反应模块串联组成。
[0026]进一步地，所述预热模块组包括两个预热模块，最后一级反应模块的出口连接管式反应器的进口，所述管式反应器的出口连接第二预热模块的换热层入口，第二预热模块的换热层出口连接第一预热模块的换热层入口，第一预热模块的换热层出口连接第一降膜蒸发器的进口。
[0027]微通道反应器是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微通道反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法，其特征在于：原料碳酸二甲酯、三甲胺和溶剂甲醇通过计量泵分别连续打入微通道反应器的预热模块，预热至70
‑
90℃，后进入微通道反应器的反应模块组，控制反应模块组的温度160
‑
190℃、压力2
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5MPa，物流在微通道反应器的停留时间为10sec
‑
2min，从微通道反应器反应模块组出来的物料进入管式反应器，管式反应器的反应温度控制在120
‑
200℃，反应压力为1.5
‑
5MPa，停留时间为1
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30min，从管式反应器出来的产物与微通道反应器的预热模块组的反应原料换热后进入第一降膜蒸发器，通过第一降膜蒸发器回收部分溶剂以及未转化的原料，从第一降膜蒸发器出来的物料与纯水通过静态混合器混合发生水解反应并进入第二降膜蒸发器分离部分甲醇和水，从第二降膜蒸发器底部出来的物料进入精馏塔进一步分离甲醇，精馏塔塔釜液为四甲基碳酸氢铵产品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳酸二甲酯与三甲胺的摩尔比为0.7
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1.3:1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微通道反应器的反应温度控制在165
‑
185℃，反应压力为2.5
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4.5MPa，物料在微通道反应器停留时间为10sec
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1.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颂军，孙炜，贾成林，王亮，高猛，热甫开提江，
申请(专利权)人：南开沧州渤海新区绿色化工研究有限公司，
类型：发明
国别省市：