本发明专利技术涉及一种套筒分布式气相光气化反应器及用于合成异氰酸酯的方法。反应器由多层套筒式分布器和管式反应器主体构成。其中分布器至少有四层平行套筒同轴排列，平齐的下端与管式反应器主体相连，而上端为高度不同的非等径圆管构成的多股流体进料通道。最外层套筒的进气管距分布器下端至少保留两倍于管式反应器主体直径的高度。有机胺、惰性组分和光气可进入各自套筒；或惰性组分与有机胺的混合物和光气分别进入两层套筒通道，如此交替循环。最外层套筒供光气使用。前者利于控制混合；后者则易于满足相近的初始流速，以减少停留时间的差异。本发明专利技术设计的反应器及操作方法能有效地控制反应速度，并抑制副反应的发生，减少反应器内壁上的结焦现象。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于连续操作，满足适度混合需要的气相光气化反应器，特别是一种套筒 分布式光气化反应器及用于合成异氰酸酯的方法。
技术介绍
早在1948年以前，气相非催化合成异氰酸酯的方法就已经被发现(J. H. Saunders, R. J. Slocombe. Chemical Reviews, 1948, 43 (2): 203-218)，随后，出现了气相光气化反应器 的专利GB1165831A (ICI Ltd. 1969-10-01，)，公开了一种带有搅拌浆的管式反应器。但因 气相光气化反应的温度高于150°C，反应中生成的固体物质极易附着在器壁上，严重时甚至 堵塞通道，既降低了产物收率，又难以实现连续化生产，此项技术就此搁置了二十余年，取 而代之的是液相光气化法。直到1988年，德国拜尔公司改进了反应条件，进一步提升反应温 度，采用带中央喷嘴和周边环隙的管式反应器，在雷诺数大于4700的湍流条件下，300~500 'C反应，获得了高的产物收率(Bayer AG. 1988-11-09, EP0289840B1)。从此，气相光气化 技术受到高度重视。2006年，拜尔公司宣布，已研发出气相法TDI生产新技术(pioneering technology),与液相法相比，溶剂使用量减少近80%，节能近40%，投资成本降低约20%。气相光气化反应器是气相法异氰酸酯生产的核心装置，防止固相副产物在反应器内沉积， 近而提高异氰酸酯的收率，是反应器设计和操作所追求的目标。高温气相反应中，固体物质 的产生源于两种途径，分别是异氰酸酯进一步转化生成异氰酸酯的氮基盐酸盐和脲的低聚物， 以及生成碳二亚胺和异氰脲酰亚胺，这两种途径都与胺和异氰酸酯的深度转化有关。当短停 留时间，有返混存在时，主要发生第一种途径的副反应，停留时间延长，将导致第二类副反 应的发生。所以设计气相光气化反应器的关键是控制好流体的停留时间分布。US5449818A (Bayer AG. 1995-09-12)提出反应器应保持在活塞流条件下操作，在4倍管径距离内，原 料混合应达到10—3离析度，管内流体流动的雷诺数大于4000，反应时间0. 5-5秒。EP0593334Bl 给出了相似的技术要求(Rhone Poulenc Chimie. 1994-04-20)。除此之外，反应温度对气相光气化反应的影响亦十分显著，以TDI合成为例，主反应为 C7H10N2(g) + 2C0Cl2(g) = C9H6NA(g) + 4HC1 (g) 反应表现出较强的放热特征，其标准状态下，反应热与温度的关系绘于附图3。为了确保主反应的顺利进行，控制反应速度，并及时地移出反应热就显得十分重要，通常 采用的是加入稀释剂的方法。可选用的稀释剂有氮气、氩气、苯、甲苯、二甲苯、 一氯苯， 邻二氯苯等。专利公开的气相法异氰酸酯合成的光气化反应器分为两大类。一类是平行流喷嘴管式反应 器，另一类则是非平行流喷嘴式反应器。两者的差别在于，两股反应物料初始混合时的接触 方式。前者是为了减少返混，后者强化了混合。平行流喷嘴管式反应器有EP0699657B1 (Rhone Poulenc Chimie. 1996-03-06)的同轴式喷嘴；CA2258194A1 (Bayer AG. 1999-07-09)的微结构式喷嘴；EP1275639B1 (Bayer AG. 2003-01-15)的文丘里式喷嘴；WO03045900A1 (BASF AG. 2003-06-05)的宽高比大于2: 1 的板式反应器，内设多孔分布器；EP1362847A2 (Bayer AG. 2003-11-19)的带有中央喷嘴和 环形通道的管式反应器；EP1319655B1 (Bayer AG. 2003-06-18)的中央小孔喷射气体分布方 式；CN1310875C (BASF AG. 2005-09-28)的中等压力下操作的板式反应器；US2005113601A1(Bayer Material Science. 2005-5-26)的带中央喷嘴和涡流发生器的管式反应器； US2005137417A1 (Bayer Material science AG. 2005-06-23)的带有导流夹套的管式反应器 非平行流喷嘴式反应器包括，带有搅拌的管式反应器GB1165831A(ICI Ltd. 1969-10-01)， 搅拌器转速高达800rpm，反应过程混合充分；导流管型射流反应器CN101372463A (宁波万华 聚氨酯有限公司.2009-02-25):多重狭缝式喷嘴的管式反应器W02008055898A1 (BASF SE. 2008-05-15);三膜并流式反应器CN101357316A (宁波万华聚氨酯有限公司.2009-02-04)。 上述反应器的共同特点在于，气体的初始分布是一股流体从分散的点输入，并与点周围的 另一股流体平行流或成一定角度的错流，从而实现两种以上流体的流动及混合。这种分布方 式中，分布点的个数以及在截面上的排布方式决定了流体进入反应器的流动及混合效果，由 于点分布在反应器的流通截面上呈现较强的非均匀性，未参与流体分布的截面，混合效果欠 佳，且易形成返混。
技术实现思路
鉴于气相光气化反应对活塞流流动方式的要求，本专利技术提出了在整个流通截面上，实现 分层环状流体输入的套筒分布式反应器。它与上述专利反应器相比，具有如下的技术特点1、 流体的初始分布发生在整个流通截面上，流体成环状输入；2、 依靠各层流体流速上的差异，以层间对流及扩散的方式，实现各股流体的混合；3、 增大了各股流体间的接触面，促进混合及反应的顺利进行；4、 可选择各股流体进入不同的层，达到控制混合的目的；5、 由于流体的分层输入，更利于实现接近活塞流的流型。本专利技术设计了一种套筒分布式光气化反应器，用于异氰酸酯的气相光气化合成，尤其是 以光气和甲苯二胺(TDA)为原料生产甲苯二异氰酸酯(TDI)的光气化反应。 反应器结构如图1和2所示。本专利技术的套筒分布式光气化反应器，是由多层套筒式分布器和管式反应器主体两部分构成。本专利技术的分布器采用至少为四层的多层平行套筒；套筒式分布器具有同轴的排列方式， 平齐的下端与管式反应器主体相连，而上端为高度不同的非等径圆管构成了多股流体进料通 道。中心套管7从管口进气，其余套筒的进气管10中心线与各层套筒的轴线垂直，且沿套筒 切线方向进入多层套筒式分布器；其余套筒上设置有盖板9，各层套筒的顶端用盖板封闭， 盖板9成圆环状，外沿与套筒连接，中间的圆孔与等径的另一层套筒连接。最外层套筒的进气管距分布器下端，至少保留两倍于管式反应器主体直径的高度。4分布器的外筒与管式反应器主体直径相等，反应器主体的直径与反应器长度之比为1: 20~画，优选在1: 25-50。采用套筒分布式光气化反应器用于合成异氰酸酯的方法，将有机胺、惰性组分和光气各 自进入一层套筒，或有机胺与惰性组分混合进入一层套筒，光气进入另一层套筒，如此交替 的循环排列方式；最外层套筒为光气使用。本专利技术设计的反应器具有如下特点.1、 在多层平行套筒的导流作用下，气体分层进入管式反应器；2、 套筒至少为四层，最外层套筒供光气使用；3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种套筒分布式光气化反应器，其特征是反应器由多层套筒式分布器和管式反应器主体两部分构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：辛峰，闫少伟，张金利，陆宏玮，蔡旺锋，张旭斌，
申请(专利权)人：赛鼎工程有限公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]
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