CN103623767B - 一种多通道混合反应器及用其合成异氰酸酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多通道混合反应器，该反应器前端设有主动流前腔体，后端设有主动流后腔体，主动流后腔体与主动流前腔体同轴；主动流后腔体内设有与之同轴的被动流喷杆，被动流喷杆上设有喷嘴，主动流前腔体壁体上设有主动流前入口N1，主动流后腔体上设有主动流后入口N2；主动流前腔体前端设有气体出口N4；主动流后腔体的内部前端与喷嘴的空隙形成主动流后通道，主动流后腔体的前端设于主动流前腔体内，主动流后腔体的外部前端与主动流前腔体的空隙形成主动流前通道。该反应器和工艺可以实现胺和光气的快速混合、反应，有效减少副反应的发生和固体物质的生成，提高异氰酸酯的收率。

Description

一种多通道混合反应器及用其合成异氰酸酯的方法
技术领域
本发明属于有机化工领域，涉及一种用于连续操作的气相混合反应器及利用其在气相制备异氰酸酯的方法。
背景技术
气相光气法是一些可汽化的胺类化合物在200～600℃的高温下进行气相反应一步制得异氰酸酯的方法，具有低溶剂使用量、低能耗、低投资成本、开停车更加迅速、工艺更加安全等优点。气相光气化法生产异氰酸酯技术核心主要包括：（1）胺的高温快速汽化技术；（2）光气和胺的高效混合反应技术与返混控制技术；（3）光气化反应物料的快速降温技术。光气与胺的反应是一个极为复杂的快速网络反应，其反应由传质控制，副反应多。对于这样一类的反应，工业上一般采用过量的光气和溶剂，以抑制副反应的发生，而回收光气和溶剂使生产的能耗增加，设备的生产能力降低，过量的光气造成生产过程中的安全隐患。自发现胺与光气反应合成异氰酸酯以来，这些问题一直是困扰光气法生产异氰酸酯的核心问题，其混合反应技术一直是工业生产技术研究开发的重点。
专利CN1396152A中报道了一种文丘里结构的反应器，预热的光气高速通过喷嘴，与预热后的二胺或二胺/惰性气体混合物在带有壁收缩的反应室混合、反应，反应后的混合气体通过扩散腔进入后端反应管。反应物在混合后，沿流动方向反应室的横截面突然增大，这种设计可以减少反应区与器壁的返混，达到较高的时空收率，提高产品质量。
专利CN1530361A中公开了多喷嘴管式反应器，该反应器中设置多个平行于管式反应器轴的喷嘴，通过所述多个喷嘴将包含二胺的气流通入所述反应器中，同时将光气流通过剩余的自由空间通入所述管式反应器中。增加了多个喷嘴，在相同横截面区域中的混合时间缩短，形成的副产物减少，产物热负载减少，由此提高了相对产率，并避免或减少所述反应器壁上的固体沉积物，延长工艺的使用寿命。
专利CN101372463B中报道了一种导流管型射流反应器，该反应器通过在内进料管内设置导流管，以形成旋流，强化涡流，从而使胺蒸汽与光气快速混合并反应，减少反应副产物的生成。另外，该专利中采用喷射吸收装置，使从反应器排出的高温气体快速冷却至产品稳定的温度，且同时为体系反应过程提供负压，省去了庞大的真空系统。
发明内容
本发明的目的是在于避免现有技术的不足，提供一种多通道混合反应器及用其合成异氰酸酯的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种多通道混合反应器，其特征在于：该反应器前端设有主动流前腔体（4），后端设有主动流后腔体（1），主动流后腔体（1）与主动流前腔体（4）同轴；主动流后腔体（1）内设有与之同轴的被动流喷杆（2），被动流喷杆（2）上设有喷嘴（3），主动流前腔体（4）壁体上设有主动流前入口N1，主动流后腔体（1）上设有主动流后入口N2；主动流前腔体（4）前端设有气体出口N4；主动流后腔体（1）的内部前端与喷嘴（3）的空隙形成主动流后通道（7），主动流后腔体（1）的前端设于主动流前腔体（4）内，主动流后腔体（1）的外部前端与主动流前腔体（4）的空隙形成主动流前通道（6）。
所述主动流前通道（6）为带一定角度的斜侧圆环，斜侧角度为5°-75°，优选15°-60°；主动流前通道（6）直径为10-50mm，优选15-30mm。
所述主动流后腔体（1）的前端为锥形。
主动流后腔体（1）的直径为被动流喷杆（2）直径的3-9倍，优选5-8倍。
一种多通道混合反应器合成异氰酸酯的方法，其特征在于：以通式为R(NH2)n的胺为原料进行气相光气化反应，制备通式为R(NCO)n的异氰酸酯，其中，R为最多15个碳原子的芳香族或脂肪族或脂环族烃基，n=1-3；
具体步骤如下：
a、将通式为R(NH2)n的胺、光气、稀释用的惰性气体或惰性溶剂加热至250-550℃；
b、被动流（光气或者经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺气体）经被动流喷杆（2）、喷嘴（3）喷出，与经过主动流后入口N2的主动流（光气或者经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺气）先进行混合反应，然后经过主动流前入口N1的主动流（光气或者经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺气）与未混合反应完全的混合气体反应，使胺反应完全，最后通过出口接管（5）喷出，通过后续反应管生成相应的异氰酸酯产品。
主动流后入口N2流量为主动流前入口N1流量的3-10倍，优选3-7倍。
通式为R(NH2)n的胺和通式为R(NCO)n的异氰酸酯，R为最多15个碳原子的芳香族或脂肪族或脂环族烃基，n=1-3，优选R为3-15，且至少有两个碳原子排列在两个NH2或NCO基团之间。
通式为R(NH2)n的胺为乙胺、丙胺、苯胺、环己胺、2,4或2,6-甲苯二胺、1,6-己二胺，异佛尔酮二胺、1,4-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷；
通式为R(NCO)n的异氰酸酯为乙基异氰酸酯、丙基异氰酸酯、苯基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、2,4或2,6-甲苯二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯。
所述惰性溶剂优选为甲苯、氯苯或二氯苯，惰性气体优选为氮气。
本发明的有益效果是：该反应器和工艺可以实现胺和光气的快速混合、反应，有效减少副反应的发生和固体物质的生成，提高异氰酸酯的收率。通过多通道混合反应器，一股物流以一定流量从主动流前入口N1和主动流后入口N2分别进入，另一股物流经由被动流入口N3通过喷嘴喷出与N2管线内的物流混合反应后，再经N1管线内的物流充分混合反应，达到两个反应物流的充分混合反应，最终实现反应的快速混合反应。
附图说明
图1：多通道混合反应器主视装配图；
图2：主动流前通道放大图；
图3：多通道混合反应器腔体放大图；
图中：1-主动流后腔体，2-被动流喷杆，3-喷嘴，4-主动流前腔体，5-出口接管，6-主动流前通道，7-主动流后通道，N1-主动流前入口,N2-主动流后入口，N3-被动流入口，N4-气体出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
见图1-3，主动流后腔体1的直径为被动流喷杆2直径的5倍，主动流前通道6的直径为15mm，斜侧角度为15°，主动流后入口N2流量为主动流前入口N1流量的6倍。
预热到320℃的光气、1,6-己二胺（HDA）、稀释用氯苯以6:1:3的摩尔比进入反应器，光气作为主动流进入主动流后腔体1及主动流前腔体4，反应前混合好的HDA和氯苯作为被动流进入被动流喷杆2中，再经过喷嘴3喷出，喷嘴处速度达到216m/s，光气经过N2，N1入口先后与己二胺氯苯气体相混合，反应器下游设有反应物料的冷却装置和尾气处理系统，反应混合气体用80℃的氯苯冷却吸收后，反应生成的氯化氢和过量的光气进入到后续的尾气处理系统，吸收得到1,6-己二异氰酸酯（HDI）的氯苯溶液，收率约为93.2%。
实施例2：
见图1-3，主动流后腔体1的直径为被动流喷杆2直径的7倍，主动流前通道6的直径为30mm，斜侧角度为15°，主动流后入口N2流量为主动流前入口N1流量的3倍。
预热到340℃的光气、异佛尔酮二胺（IPDA）、稀释用氮气以8:1:2的摩尔比进入反应器，光气作为主动流进入主动流后腔体1及主动流前腔体4，反应前混合好的IPDA和氮气作为被动流进入被动流喷杆2中，再经过喷嘴3喷出，喷嘴处速度达到185m/s，光气经过N2，N1入口先后与己二胺氯苯气体相混合，反应器下游设有反应物料的冷却装置和尾气处理系统，反应混合气体用120℃的氯苯冷却吸收后，氮气、反应生成的氯化氢和过量的光气进入到后续的尾气处理系统，吸收得到异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）的氯苯溶液，收率约为98.1%。
实施例3：
见图1-3，主动流后腔体1的直径为被动流喷杆2直径的6倍，主动流前通道6的直径为20mm，斜侧角度为60°，主动流后入口N2流量为主动流前入口N1流量的5倍。
预热到280℃的光气、甲苯二胺（TDA）、稀释用邻二氯苯以5:1:4的摩尔比进入反应器，光气作为主动流进入主动流后腔体1及主动流前腔体4，反应前混合好的TDA和邻二氯苯作为被动流进入被动流喷杆2中，再经过喷嘴3喷出，喷嘴处速度达到达到132m/s，光气经过N2，N1入口先后与甲苯二胺邻二氯苯气体相混合，反应器下游设有反应物料的冷却装置和尾气处理系统，反应混合气体用120℃的邻二氯苯冷却吸收后，反应生成的氯化氢和过量的光气进入到后续的尾气处理系统，吸收得到甲苯二异氰酸酯（TDI）的邻二氯苯溶液，收率约为91.5%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多通道混合反应器，其特征在于：该反应器前端设有主动流前腔体（4），后端设有主动流后腔体（1），主动流后腔体（1）与主动流前腔体（4）同轴；主动流后腔体（1）内设有与之同轴的被动流喷杆（2），被动流喷杆（2）上设有喷嘴（3），主动流前腔体（4）壁体上设有主动流前入口N1，主动流后腔体（1）上设有主动流后入口N2；主动流前腔体（4）前端设有气体出口N4；主动流后腔体（1）的内部前端与喷嘴（3）的空隙形成主动流后通道（7），主动流后腔体（1）的前端设于主动流前腔体（4）内，主动流后腔体（1）的外部前端与主动流前腔体（4）的空隙形成主动流前通道（6）。
2.根据权利要求1所述一种多通道混合反应器，其特征在于：所述主动流前通道（6）为带一定角度的斜侧圆环，斜侧角度为5°-75°；主动流前通道（6）直径为10-50mm。
3.根据权利要求1所述一种多通道混合反应器，其特征在于：所述主动流后腔体（1）的前端为锥形。
4.根据权利要求1所述一种多通道混合反应器，其特征在于主动流后腔体（1）的直径为被动流喷杆（2）直径的3-9倍。
5.根据权利要求1、2、3和4任一权利要求所述的一种多通道混合反应器合成异氰酸酯的方法，其特征在于：以通式为R(NH2)n的胺为原料进行气相光气化反应，制备通式为R(NCO)n的异氰酸酯，其中，R为最多15个碳原子的芳香族或脂肪族或脂环族烃基，n=1-3；
具体步骤如下：
a、将通式为R(NH2)n的胺、光气、稀释用的惰性气体或惰性溶剂加热至250-550℃；
b、被动流经被动流喷杆（2）、喷嘴（3）喷出，与经过主动流后入口N2的主动流先进行混合反应，然后经过主动流前入口N1的主动流与未混合反应完全的混合气体反应，使胺反应完全，最后通过出口接管（5）喷出，通过后续反应管生成相应的异氰酸酯产品；
所述主动流为光气，被动流为经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺气体。
6.根据权利要求5所述一种多通道混合反应器合成异氰酸酯的方法，其特征在于：主动流后入口N2流量为主动流前入口N1流量的3-10倍。
7.根据权利要求5所述一种多通道混合反应器合成异氰酸酯的方法，其特征在于：通式为R(NH2)n的胺和通式为R(NCO)n的异氰酸酯，R为最多15个碳原子的芳香族或脂肪族或脂环族烃基，n=1-3，且至少有两个碳原子排列在两个NH2或NCO基团之间。
8.根据权利要求5所述一种多通道混合反应器合成异氰酸酯的方法，其特征在于：所述通式为R(NH2)n的胺为乙胺、丙胺、苯胺、环己胺、2,4或2,6-甲苯二胺、1,6-己二胺，异佛尔酮二胺、1,4-二氨基环己烷、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷；
通式为R(NCO)n的异氰酸酯为乙基异氰酸酯、丙基异氰酸酯、苯基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、2,4或2,6-甲苯二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己基二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯。
9.根据权利要求5所述一种多通道混合反应器合成异氰酸酯的方法，其特征在于所述惰性溶剂为甲苯、氯苯或二氯苯，惰性气体为氮气。
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