CN103224457A

CN103224457A - 一种连续制备氨基甲酰氯的方法及其装置

Info

Publication number: CN103224457A
Application number: CN2013101293664A
Authority: CN
Inventors: 艾秋红; 罗和安; 王良芥; 游奎一; 刘平乐; 黄荣辉
Original assignee: Xiangtan University
Current assignee: Xiangtan University
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: CN103224457B

Abstract

本发明公开了一种连续制备氨基甲酰氯的方法及其装置，该方法是将氨基化合物经惰性气体稀释并预热后，连续进入到管式反应器内部一端的陶瓷膜微孔气体分布器内，从所述陶瓷膜微孔气体分布器的膜管壁的孔隙扩散进入管式反应器；经惰性气体稀释的光气预热后经过管式反应器内部所述一端的光气入口沿气体分布器的膜管壁切线方向连续进入的管式反应器与扩散出来的氨基化合物混合并发生反应，反应完成后经分离得到氨基甲酰氯；该装置主要包括管式反应器和膜分散器；该方法能有效提高异氰酸酯中间体氨基甲酰氯的产率，方法简单，反应快速，可以连续化工业生产，本发明装置能很好地分散反应原料并达到良好的混合效果，有利于反应收率与产品质量提高，减少反应过程的副反应。

Description

一种连续制备氨基甲酰氯的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种连续制备氨基甲酰氯的方法及其装置，属于化工领域。

背景技术

异氰酸酯是生产农药、聚氨酯的重要中间体。早期异氰酸酯的生产大多采用液相法生产。1988年，德国拜尔公司在专利EP0289840B1中采用带中央喷嘴和周边环隙的管式反应器气相法生产异氰酸酯，与液相法比较，溶剂减少近80%，节能40%，设备投资大幅降低。

异氰酸酯生产过程主要存在两类副产物，其中一类副产物是氨基化合物、氨基酰氯与氯化氢形成的盐酸盐。另一类副产物是氨基酰氯、二氨基化合物与异氰酸酯形成脲的低聚物。在混合过程中如果混合不均匀，极易造成氨基化合物的局部高浓度，从而导致副产物的生成。上述副产物通常难溶于溶剂，沸点较高，不仅降低了反应收率，同时由于常温下为固态，极易堵塞管道，因此，减少副反应的发生，一直是光气化反应器改进与创新的重点。EP0699657B1公开了一种同轴式喷嘴；CA2258194A1公开了一种微结构式喷嘴；EP1275639B1公开了一种文丘里喷嘴；WO03045900A1公开了一种内设多孔分布器的板式反应器；EP1319655B1公开了一种小孔喷射气体的分布方式；CN1310875C公开了一种在中等压力下操作的板式反应器；US2005113601A1公开了一种带中央喷嘴和涡流发生器的管式反应器。GB1165831A公开了一种带搅拌的管式反应器；CN101372463A公开了一种射流喷射反应器；WO2008055898A1公开了一种带喷嘴的管式反应器；CN101357316A公开了一种三管并流式反应器。已有反应器或者需要耗散大量能量，或者结构复杂，或者导致局部浓度不一致。CN101623615A公开了一种套筒式分布器，提出了在整个流通截面上的混合，但由于物料分成几股进入，增加了控制与操作难度。

发明内容

本发明针对现有技术中异氰酸酯中间体氨基甲酰氯的制备过程中，产率低，副反应产率高，设备利用率低，不能连续工业化生产等缺陷，目的旨在提供一种使反应原料高效混合，副反应少、产物收率高、设备利用率高，单套装置能连续制备氨基甲酰氯的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种用于连续制备氨基甲酰氯的膜分散光气化反应器，该反应器能很好地分散反应原料并达到良好的混合效果，能单套装置连续化生产。

本发明提供了一种连续制备氨基甲酰氯的方法，该方法是将氨基化合物经惰性气体稀释并预热后，连续进入到管式反应器内部一端的陶瓷膜微孔气体分布器内，从所述陶瓷膜微孔气体分布器的膜管壁上的孔隙中扩散进入管式反应器内；经惰性气体稀释的光气预热后经过管式反应器内部所述一端的光气入口沿气体分布器的膜管壁切线方向连续进入的管式反应器与扩散出来的氨基化合物混合并发生反应，反应完成后经分离得到氨基甲酰氯。

所述的氨基化合物为一甲氨、甲苯二氨、间苯二氨或1,5-二氨基萘。

所述管式反应器中光气与氨基化合物的摩尔比保持在1～3:1。

上述方法中氨基化合物和光气混合后在管式反应器中停留的时间为0.1～10s。

所述的反应温度为200～400℃。

上述方法中氨基化合物预热温度为190～210℃；光气预热温度为190～210℃。

所述的惰性气体优选为氮气。

本发明还提供了一种用于连续制备氨基甲酰氯的膜分散光气化反应装置，该装置包括管式反应器和陶瓷膜微孔气体分布器；管式反应器内部一端的氨基化合物入口处安装有陶瓷膜微孔气体分布器，陶瓷膜微孔气体分布器一端封闭；管式反应器所述的一端的陶瓷膜微孔气体分布器的膜管壁的切线方向上设有光气入口；所述的陶瓷膜微孔气体分布器由至少一个膜管通道构成；所述的膜管通道管壁上分布有微孔孔隙。

所述管式反应器另一端连接有反应产物出料管。

所述管式反应器外部装有光气预热器和氨基化合物预热器；所述的光气预热器和氨基化合物预热器分别通过光气入料管和氨基化合物入料管分别与光气入口和氨基化合物入口连接。

所述的陶瓷膜微孔气体分布器优选为由1～10个膜管通道组成；更优选为3～8个。

所述膜管的管径为1nm～1.5μm。

本发明具有如下的有益效果：

1、该方法副反应少、产物收率高、设备利用率高，反应时间短，能连续生产；

2、本发明通过改进反应器，不但能很好地分散反应原料，并达到良好的混合效果，使副产物减少；单套装置结构简单，生产能力极易放大，更适合于规模化生产。

附图说明

【图1】为膜分散光气化反应器连续制备异氰酸酯中间体的流程图：1为光气预热器；2为氨基化合物预热器；3为氨基化合物入口；4为光气入口；5为陶瓷膜微孔气体分布器；6为膜管通道；7为反应产物出料管；8为光气入料管；9为氨基化合物入料管；10为管式反应器。

【图2】为5个膜管通道的陶瓷膜微孔气体分布器正视放大图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，本发明不限于实施例。

实施例1

光气与氮气的混合物经预热器1预热到210℃，经光气入口4由切线方向进入管式反应器。一甲氨和氮气的混合物经预热器2预热到190℃，经氨基化合物入口3进入陶瓷膜微孔气体分布器的3个膜管通道6分散后进入管式反应器与氨基化合物混合。光气与一甲氨的配比为1.3：1。控制管式反应器温度为200～400℃反应。停留时间为3s，反应产物经管式反应器的反应产物出料管7流出。制得的中间体经现有工业方法转化成甲基异氰酸酯，甲基异氰酸酯的收率为98.1%。

实施例2

光气与氮气的混合物经预热器1预热到190℃，经光气入口4由切线方向进入管式反应器。一甲氨和氮气的混合物经预热器2预热到210℃，经氨基化合物入口3进入陶瓷膜微孔气体分布器的5个膜管通道6分散后进入管式反应器与氨基化合物混合。光气与一甲氨的配比为1.15：1。控制管式反应器温度为200～400℃反应。停留时间为8s，反应产物经管式反应器的反应产物出料管7流出。制得的中间体经现有工业方法转化成甲基异氰酸酯，甲基异氰酸酯的收率为97.5%。

实施例3

光气与氮气的混合物经预热器1预热到190℃，经光气入口4由切线方向进入管式反应器。一甲氨和氮气的混合物经预热器2预热到210℃，经氨基化合物入口3进入陶瓷膜微孔气体分布器的5个膜管通道6分散后进入管式反应器与氨基化合物混合。光气与一甲氨的配比为1.2：1。控制管式反应器温度为200～350℃反应。停留时间为2.6s，反应产物经管式反应器的反应产物出料管7流出。制得的中间体经现有工业方法转化成甲基异氰酸酯，甲基异氰酸酯的收率为99.1%。

实施例4

光气与氮气的混合物经预热器1预热到210℃，经光气入口4由切线方向进入管式反应器。一甲氨和氮气的混合物经预热器2预热到190℃，经氨基化合物入口3进入陶瓷膜微孔气体分布器的8个膜管通道6分散后进入管式反应器与氨基化合物混合。光气与一甲氨的配比为1.3：1。控制管式反应器温度为200～400℃反应。停留时间为1.3s，反应产物经管式反应器的反应产物出料管7流出。制得的中间体经现有工业方法转化成甲基异氰酸酯，甲基异氰酸酯的收率为98.1%。

Claims

1.一种连续制备氨基甲酰氯的方法，其特征在于，将氨基化合物经惰性气体稀释并预热后，连续进入到管式反应器内部一端的陶瓷膜微孔气体分布器内，从所述陶瓷膜微孔气体分布器的膜管壁上的孔隙中扩散进入管式反应器内；经惰性气体稀释的光气预热后经过管式反应器内部所述一端的光气入口沿气体分布器的膜管壁切线方向连续进入的管式反应器与扩散出来的氨基化合物混合并发生反应，反应完成后经分离得到氨基甲酰氯。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氨基化合物为一甲氨、甲苯二氨、间苯二氨或1,5-二氨基萘。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管式反应器中光气与氨基化合物的摩尔比保持在1～3:1。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，氨基化合物和光气混合后在管式反应器中停留的时间为0.1～10s。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的反应温度为200～400℃。

6.根据权利要求1～5任一项所述方法，其特征在于，氨基化合物预热温度为190～210℃；光气预热温度为190～210℃。

7.一种用于连续制备氨基甲酰氯的膜分散光气化反应装置，其特征在于，管式反应器内部一端的氨基化合物入口处安装有陶瓷膜微孔气体分布器，陶瓷膜微孔气体分布器一端封闭；管式反应器所述的一端的陶瓷膜微孔气体分布器的膜管壁的切线方向上设有光气入口；所述的陶瓷膜微孔气体分布器由至少一个膜管通道构成；所述的膜管通道管壁上分布有微孔孔隙。

8.根据权利要求7所述的反应装置，其特征在于，所述管式反应器另一端连接有反应产物出料管。

9.根据权利要求7所述的反应装置，其特征在于，所述管式反应器外部装有光气预热器和氨基化合物预热器；所述的光气预热器和氨基化合物预热器分别通过光气入料管和氨基化合物入料管分别与光气入口和氨基化合物入口连接。

10.根据权利要求7～9任一项所述的反应装置，其特征在于，所述陶瓷膜微孔气体分布器由1～10个膜管通道组成。