CN103638893A - 一种节流子反应器及利用其制备异氰酸酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节流子反应器，上部由同轴的被动流腔体和主动流腔体组成；下部由混合反应腔体和固定套管构成，混合反应腔体与被动流腔体同轴；节流子通过固定盘设于被动流腔体与混合反应腔体的结合部中心，固定盘上设有多个小孔，被动流腔体与混合反应腔体的结合间隙设有涡流翅片；被动流腔体与主动流腔体之间形成被动流截面A1，主动流腔体内形成主动流截面A2，主动流腔体下部与节流子的接触面形成主动流喷射截面A3，混合反应腔体上部与节流子的接触面形成被动流喷射截面A4，混合反应腔体内形成混合反应截面A5。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，相应提高了异氰酸酯的收率。

Description

一种节流子反应器及利用其制备异氰酸酯的方法
技术领域
本发明属于有机化工领域，具体涉及一种用于连续操作的节流子型气相反应器及利用其在气相制备异氰酸酯的方法。
背景技术
与液相光气化法相比，气相光气化法生产异氰酸酯具有溶剂使用量、能耗大大降低的优点，因此是众多异氰酸酯生产厂家开发的重点。其中，气相光气化反应器是气相光气化法生产异氰酸酯的核心装置，防止副反应生成固体物质在反应器中沉积和堵塞，提高异氰酸酯收率是气相光气化法开发所追求的目标。
专利CN 1636972A公开了一种带涡流发生器的管式反应器，该反应器通过增加产生涡流的部件，通过流体动力学措施，增加了中央喷射器内进料气流的涡流，显著改善反应物的混合，从而显著改善反应条件。结果，缩短了在反应器中必需的滞留时间，从而缩短了反应器的长度，避免了在反应器中结块的聚合副产物的生成和反应器操作周期的缩短。
专利CN 1651406A中公开了带有夹壁导管的管状反应器，该反应器具有在管状反应器旋转轴方向上沿着中心延伸的夹壁导管，在夹壁导管的内壁和外壁之间形成同心环状间隙，增强了混合效果，减少了器壁上聚合副产物的生成，延长了管状反应器的使用寿命。
专利CN 1530361A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，延长了反应器操作周期。
BASF专利US 7084297 B2中公开了多通道柱形反应器，该反应器中为光气流和二胺的物料都设计了多个喷射孔，增加了湍流强度，两种物料的混合效果增强，返混和副反应现象减少，提高了相对产率。
专利CN 101623615 B中公开了一种套筒分布式气相反应器。该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，或者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，有效控制反应速度，并抑制副反应的发生，减少反应器内壁上的结焦现象。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供一种节流子反应器及利用其制备异氰酸酯的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种节流子反应器，其特征在于：该反应器上部由同轴的被动流腔体（1）和主动流腔体（2）组成；下部由混合反应腔体（6）和固定套管（7）构成，混合反应腔体（6）与被动流腔体（1）同轴；节流子（5）通过固定盘（3）设于被动流腔体（1）与混合反应腔体（6）的结合部中心，固定盘（3）上设有多个小孔（8），被动流腔体（1）与混合反应腔体（6）的结合间隙设有涡流翅片（3）；被动流腔体（1）与主动流腔体（2）之间形成被动流截面A1，主动流腔体（2）内形成主动流截面A2，主动流腔体（2）下部与节流子（5）的接触面形成主动流喷射截面A3，混合反应腔体（6）上部与节流子（5）的接触面形成被动流喷射截面A4，混合反应腔体（6）内形成混合反应截面A5。
所述主动流腔体（2）的直径为被动流腔体（1）直径的0.1-0.9倍，优选0.2-0.7倍。
所述主动流喷射截面A3的面积为主动流截面A2面积的0.05-0.6倍，优选0.1-0.3倍；被动流喷射截面A4的面积为被动流截面A1面积的0.1-0.7倍，优选0.2-0.5倍。
一种节流子反应器制备异氰酸酯的方法，其特征在于：以通式为R(NH2)n的胺为原料，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；
具体方法如下：
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、主动流（光气或胺蒸汽或经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺蒸汽）由主动流入口N1经主动流腔体(2)进入主动流喷射截面A3，喷射进入混合反应腔体（6），被动流（光气或胺蒸汽或经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺蒸汽）由被动流入口N2经被动流腔体(1)和主动流腔体(2)之间的空间进入被动流喷射截面A4，喷射进入混合反应腔体(6)，与主动流混合反应生成相应的异氰酸酯产品。
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。
胺类化合物优选乙胺、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；
异氰酸酯优选乙基异氰酸酯、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。
所述步骤a或b中的胺或胺蒸汽为纯的或用惰性溶剂或惰性气体稀释的胺蒸汽；其中惰性溶剂为甲苯、氯苯或二氯苯，惰性气体为氮气。
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，相应提高了异氰酸酯的收率。通过节流子型反应器，一股物流由多个小孔构成的A3截面与另一股经由A4截面的物流在节流子与混合反应腔体限制的空间内实现了快速混合、反应。
附图说明
图1为节流子反应器主视装配图；
图2图1的I-I放大图；
图3为图1的II-II放大图；
图中：1-被动流腔体，2-主动流腔体，3-固定盘，4-涡流翅片，5-节流子，6-混合反应腔体，7-固定套管，8-小孔，A1-被动流截面，A2-主动流截面、A3-主动流喷射截面，A4-被动流喷射截面，A5-混合反应截面, N1-主动流入口, N2-被动流入口。
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，主动流腔体2的直径为被动流腔体1直径的0.3倍，主动流喷射截面A3的面积为主动流截面A2面积的0.1倍；被动流喷射截面A4的面积为被动流截面A1面积的0.3倍。
预热到320℃的光气、1,6-己二胺（HDA）、稀释用氮气以4:1:1的摩尔比进入反应器，光气作为主动流进入主动流腔体2，反应器前混合好的HDA和氮气作为被动流进入被动流腔体1中，主动流在A3截面的速度达到130m/s，HDA和氮气在A4截面的的速度达到38m/s，物料在A5截面中的速度约42m/s，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，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1,6-己二异氰酸酯（HDI）的氯苯溶液，反应器连续运行100小时以上，无固体残渣，收率约为96.1%。
实施例2，见图1-3，主动流腔体2的直径为被动流腔体1直径的0.5倍，主动流喷射截面A3的面积为主动流截面A2面积的0.1倍；被动流喷射截面A4的面积为被动流截面A1面积的0.3倍。
预热到350℃的光气、甲苯二胺（TDA）、稀释用氯苯以6:2:3的摩尔比进入反应器，反应器前混合好的TDA和氯苯作为主动流进入主动流腔体2， 光气作为被动流进入被动流腔体1中，主动流在A3截面的速度达到87m/s，光气在A4截面的的速度达到36m/s，物料在A5截面中的速度约28m/s，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70℃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，反应器连续运行100小时以上，无固体残渣，收率约为95.3%。
实施例3，见图1-3，主动流腔体2的直径为被动流腔体1直径的0.5倍，主动流喷射截面A3的面积为主动流截面A2面积的0.2倍；被动流喷射截面A4的面积为被动流截面A1面积的0.5倍。
预热到300℃的光气、异佛尔酮二胺（IPDA）、稀释用氮气以4:1:1的摩尔比进入反应器，光气作为主动流进入主动流腔体2，反应器前混合好的IPDA和氮气作为被动流进入被动流腔体1中，主动流在A3截面的速度达到107m/s，IPDA和氮气在A4截面的的速度达到29m/s，物料在A5截面中的速度约38m/s，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，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）的邻二氯苯溶液，反应器连续运行100小时以上，无固体残渣，收率约为96.7%。
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 (7)

1.一种节流子反应器，其特征在于：该反应器上部由同轴的被动流腔体（1）和主动流腔体（2）组成；下部由混合反应腔体（6）和固定套管（7）构成，混合反应腔体（6）与被动流腔体（1）同轴；节流子（5）通过固定盘（3）设于被动流腔体（1）与混合反应腔体（6）的结合部中心，固定盘（3）上设有多个小孔（8），被动流腔体（1）与混合反应腔体（6）的结合间隙设有涡流翅片（3）；被动流腔体（1）与主动流腔体（2）之间形成被动流截面A1，主动流腔体（2）内形成主动流截面A2，主动流腔体（2）下部与节流子（5）的接触面形成主动流喷射截面A3，混合反应腔体（6）上部与节流子（5）的接触面形成被动流喷射截面A4，混合反应腔体（6）内形成混合反应截面A5。
2. 根据权利要求1所述的一种节流子反应器，其特征在于所述主动流腔体（2）的直径为被动流腔体（1）直径的0.1-0.9倍，优选0.2-0.7倍。
3.根据权利要求1所述的一种节流子反应器，其特征在于所述主动流喷射截面A3的面积为主动流截面A2面积的0.05-0.6倍，优选0.1-0.3倍；被动流喷射截面A4的面积为被动流截面A1面积的0.1-0.7倍，优选0.2-0.5倍。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种节流子反应器制备异氰酸酯的方法，其特征在于：以通式为R(NH2)n的胺为原料，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；
具体方法如下：
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、主动流（光气或胺蒸汽或经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺蒸汽）由主动流入口N1经主动流腔体(2)进入主动流喷射截面A3，喷射进入混合反应腔体（6），被动流（光气或胺蒸汽或经惰性气体或惰性溶剂的蒸汽稀释的胺蒸汽）由被动流入口N2经被动流腔体(1)和主动流腔体(2)之间的空间进入被动流喷射截面A4，喷射进入混合反应腔体(6)，与主动流混合反应生成相应的异氰酸酯产品。
5.根据权利要求4所述的一种节流子反应器制备异氰酸酯的方法，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，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。
6.根据权利要求5所述一种节流子反应器制备异氰酸酯的方法，其特征在于胺类化合物优选乙胺、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；
异氰酸酯优选乙基异氰酸酯、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。
7.根据权利要求4所述的一种节流子反应器制备异氰酸酯的方法，其特征在于所述步骤a或b中的胺或胺蒸汽为纯的或用惰性溶剂或惰性气体稀释的胺蒸汽；其中惰性溶剂为甲苯、氯苯或二氯苯，惰性气体为氮气。
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