用于生产光气的方法和反应器技术

本发明专利技术涉及一种在反应器中在催化剂存在下通过一氧化碳和氯气的气相反应生产光气的方法，该反应器包括多个彼此平行布置的接触管，所述接触管填充有催化剂并且至少一种流体换热介质在接触管周围流动，将氯气输入料流和一氧化碳输入料流的混合物的进料流导入接触管中并反应以形成含光气的产物气体混合物，其特征在于，将产物气体混合物在接触管的出口端从接触管中排出。本发明专利技术方法的特征在于，在反应器中进行气相反应，使得接触管中最高温度的位置(热点)以预定的迁移速度沿接触管的纵轴移动，热点在接触管纵向上的迁移速度为1至50mm/天。本发明专利技术还涉及用于实施所述方法的反应器。应器。应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产光气的方法和反应器
[0001]本专利技术涉及一种在催化剂存在下，特别是在活性炭催化剂存在下，通过一氧化碳和氯气的气相反应生产光气的方法和反应器。
[0002]在几乎所有化学分支中，光气都是生产中间体和最终产品的重要助剂。特别是，光气是广泛用于工业羰基化的试剂，例如在异氰酸酯或有机酰基氯的生产中。用量最大的应用领域是生产用于聚氨酯化学的二异氰酸酯，特别是甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷4,4
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二异氰酸酯。
[0003]根据以下反应方程式，在催化剂(例如活性炭催化剂)的存在下，在一氧化碳和氯气的催化气相反应中以工业规模生产光气：
[0004][0005]该反应强烈放热，反应焓为ΔH为
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107.6kJ/mol。该反应通常在管壳式反应器中通过Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry的“Phosgene”章节(第5版，第A19卷，第413页及其后文,VCH Verlagsgesellschaft mbH,Weinheim,1991)中记载的方法进行。在该方法中，将粒度为3至10mm，优选3.5至7mm的颗粒催化剂在常规内径最高达100mm，通常为35至70mm且优选39至45mm的催化剂管中使用。细长的催化剂管具有纵轴，其中在工业规模的光气生产中的催化剂管的长度在纵轴的方向上测量通常为1.5m至12m。除了管始端和末端的短部分之外，催化剂管通常填充有催化剂材料，使得催化剂材料的床高基本上对应于催化剂管的长度。该反应通常在反应物进入催化剂材料的入口区域中在40至120℃的温度下开始。在反应物的流动方向上，随着与进气口的距离增加，管中沿管纵轴的温度迅速升高，并且通常在管的前半部分(从气态反应物的入口看)达到最高温度，通常为400℃或更高，并且可能最高达600℃。沿催化剂管纵轴的最高温度的这个点也称为“热点”。此后，温度沿着催化剂管又进一步快速下降，其原因在于大部分使用的氯气已经在热点处被转化，并且沿着催化剂管进一步可用于形成光气的氯气越来越少。在反应中，通常使用过量的一氧化碳，以确保所有氯气都被转化并在催化剂管的长度上产生大部分不含氯气的光气，因为氯气会在随后的光气使用中产生不希望的副反应。
[0006]反应可在环境压力下进行，但通常在3至7巴的高压下进行。在该压力范围内，形成的光气可在反应器下游使用冷却水或其他(例如有机的)热载体进行冷凝，以使冷凝器可以以更经济可行的方式运行。
[0007]用于生产光气的常规工业级反应器记载于例如申请人的国际专利申请WO 03/072237 A1中。
[0008]光气反应器设计中的一个重要问题是除去所形成的反应热。为此，热载体在管壳式反应器的催化剂管周围流动，将反应器产生的反应热除去。已发现，在催化剂管周围交叉流动的情况下，热量的除去得到改善。因此，习惯上在反应器中安装挡板，借助热载体的曲折流态，使热载体能够在催化剂管周围交叉流动。热载体可以是在给定反应条件下沸腾或不沸腾的液体。在蒸发冷却的情况下，例如在欧洲专利申请EP 01 34 506 A2中所述，优选使用在给定压力条件下通常在150至320℃下沸腾的液体，该液体在回路中被引导通过典型的水冷式热交换器。也可以在一个反应器中结合液体冷却和蒸发冷却。
[0009]由于催化剂管的冷却以及上述沿催化剂管纵向的温度分布，在催化剂管的横截面中也出现温度分布。通常，在催化剂管的中心达到最高温度，温度朝着催化剂管的内壁下降。在床中，于是在横截面中形成与纵轴成直角的温度分布，其通常具有在中心具有最大值的倒抛物线的形式。反应热通过冷却介质的向外输送情况取决于以下：来自催化剂管内壁处的反应混合物和催化剂材料的壁传热、催化剂管的壳材料的热传导和朝着催化剂管外壁处的冷却介质的热传递。这里的关键因素是催化剂管材料的热导率，以及反应气体和冷却介质的温度、流速和雷诺数，还有催化剂管中存在的催化剂材料的热导率。
[0010]在工业规模反应器的情况下，在催化剂管和热载体之间的界面处，传热系数在反应器横截面上存在显著差异，这是由例如热载体从横向流偏转到纵向流引起的，而且还取决于在壳体空间内流动的热载体的压降。在反应器的反应截面内传热良好的区域和传热差的区域的传热系数很可能相差2倍。因此，在传热不良的区域中催化剂管的冷却效率较低。导致催化剂管壁材料上的热应力增加的另一个因素是使用的催化剂材料具有高热导率，例如，作为催化剂材料的活性炭就是这种情况。特别是在热点区域中，如上所述，在催化剂管的中心可能具有最高达600℃的温度，尽管进行冷却，催化剂管的壁温仍可能出现明显升高。在部分负荷操作中，催化剂管上的热应力也可能升高，因为由于散热效率较低，会形成较大的热点。因此，结合含氯的气氛，在高温对催化剂管壁长时间作用的情况下，可能会出现腐蚀现象。效果主要取决于所使用的壁材料。对于由镍基合金制成的催化剂管，对这种腐蚀损害的敏感性最低，而由如不锈钢和双相钢的材料到黑钢，敏感性上升。对于不同的材料，在氯气氛中的腐蚀速率取决于温度，这是众所周知的(例如，参见"Materials Selector for Hazardous Chemical,第3卷,Hydrochloric Acid,Hydrogen Chloride and Chlorine”,MIT Publication MS
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3,Elsevier Science)。
[0011]这种腐蚀损害会导致产品一方和冷却剂一方之间的泄漏，从而导致反应器中安全攸关的状态。当水用作冷却介质时，与光气接触会产生含水HCl，这反过来又会导致对其他设备组件的腐蚀损坏。特别是在发生腐蚀损坏或泄漏的情况下，需要关闭生产装置并修理甚至更换反应器，这关乎停产导致的高成本和资金成本。
[0012]因此，在设计反应器时，通常认为催化剂管(取决于所使用的材料)必须具有热应力极限。对于经常用于催化剂管的双相钢，热应力极限通常在约170至200℃的范围内，而对于不锈钢，则热应力极限为约250℃。然而，反应器的操作条件的设计旨在符合催化剂管壁的上述范围内的热应力极限，这将反应器的生产量和容量限制在所选择的设计值。
[0013]反应器的生产量在这里可以通过所谓的反应器的面积负荷或光气负荷来指定，所述面积负荷或光气负荷定义为单位时间内产生的光气量(通常以kg/s为单位)，基于催化剂的横截面积计，即填充有催化剂的催化剂管的内部横截面的总和(通常以平方米为单位)。因此，为了控制反应热，在现有技术中通常运行的面积负荷为0.5至2kg光气/m2s。因此，光气面积负荷基本上是在假设欠缺的组分在运行时完全转化的情况下确定的，即，例如在一氧化碳过量的情况下基本上由氯进料来确定。
[0014]本申请中的术语“反应器”包括其中发生一氧化碳和氯气化学转化成光气的设备的所有组件。通常，本文中的反应器是由反应器容器定义的单个组件。然而，例如，本申请上下文中的反应器还可以包括具有连续(串联)布置的单独反应器容器的两个或更多个组件。在这种情况下，面积负荷是基于总转化率计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在反应器中在催化剂存在下通过一氧化碳和氯气的气相反应生产光气的方法，该反应器包括多个彼此平行布置的催化剂管，所述催化剂管填充有催化剂并且至少一种流体热载体在催化剂管周围流动，其中氯气进料流和一氧化碳进料流的混合物的进料流在催化剂管的入口端被引导至催化剂管中并且允许在催化剂管中反应以产生包含光气的产物气体混合物，并将产物气体混合物在催化剂管的出口端从催化剂管中除去，所述方法包括以这样的方式在反应器中进行气相反应，即，使得催化剂管中最高温度的位置(热点)以规定的迁移速度沿催化剂管的纵轴移动，其中热点在催化剂管的纵向上的迁移速度为1至50mm/天。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热点的位置在催化剂管的出口端的方向上连续移动。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过操作条件的受控变化来获得热点的连续移动。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述操作条件通过将产物气体混合物部分再循环至进料流来获得。5.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，其中通过催化剂在催化剂管中的受控失活来获得热点的连续移动。6.根据权利要求5所述的方法，其中使用在操作条件下进行受控失活的催化剂。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述催化剂是连续地化学失活的，特别是通过将氧加入进料流中。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述进料流的一氧化碳相对于氯的化学计量过量0.1至50mol％。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：