CN103804119A

CN103804119A - 裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置及方法

Info

Publication number: CN103804119A
Application number: CN201410015501.7A
Authority: CN
Inventors: 应盛荣; 姜战; 应悦
Original assignee: Dingsheng Chemical & Technology Co Ltd
Current assignee: Dingsheng Chemical & Technology Co Ltd
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: CN103804119B

Abstract

本发明提出了一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置及方法。该装置包括：进气腔，该进气腔位于装置的上端；反应腔，该反应腔与所述进气腔的下部连通；冷却腔，该冷却腔与所述反应腔的下部连通；以及出气腔，该出气腔与所述冷却腔的下部连通；所述进气腔的宽度大于所述反应腔的宽度；所述出气腔的宽度大于所述反应腔的宽度；所述反应腔的宽度为F、高度为A1、长度为W1；所述反应腔的外部设有供热体。方法包括：裂解二氟一氯甲烷气体，得到四氟乙烯气体，四氟乙烯气体进一步裂解得到六氟丙烯；冷却、输出。本发明的投资成本大大降低；安全性得到提高；节能；副反应产生的气体可以重复利用，即节约成本，又环保。

Description

裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置及方法

技术领域

本发明涉及四氟乙烯和六氟丙烯制备领域，特别是指一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置及方法。

背景技术

二氟一氯甲烷，分子式CHClF2，别名氟利昂-22，简写为R22。无色，近乎无臭气体；不可燃；微溶于水。用作致冷剂、聚四氟乙烯树脂原料和灭火剂等。

四氟乙烯，化学品英文名称：tetrafluoroethylene；中文名称2：全氟乙烯；英文名称2：TFE；分子式：C2F4；结构简式：CF2=CF2；分子量：100.01；CAS号：116-14-3。性质：无色无臭气体。熔点-142.5℃，沸点-76.3℃，不溶于水。比空气重。相对密度1.519，临界温度33.3℃，临界压力3.92MPa，燃点620℃。溶于丙酮、乙醇。自燃极限为11%-60%（体积），引燃温度只有180℃。有氧存在时，易形成不稳定易爆炸的过氧化物。用途：制造聚四氟乙烯及其他氟塑料、氟橡胶和全氟丙烯的单体。可用作制造新型的热塑料、工程塑料、耐油耐低温橡胶、新型灭火剂和抑雾剂的原料。

现有技术中制备方法：由二氟一氯甲烷（R22）经热裂解，脱去氯化氢即得四氟乙烯。热裂解时，二氟一氯甲烷预热到400℃后，与950℃～1000℃的过热蒸汽以1.5～10的摩尔比混合，进入用抗腐蚀材料（如镀铂的镍管）制成的绝热反应器，温度700℃～900℃，压力0.01～0.2MPa，停留时间0.05～1s，转化率为75%～80%，四氟乙烯选择性可达90%～95%。副产物是六氟丙烯及链状或环状烃类全氟化物。裂化气经水洗、碱洗、压缩、冷冻脱水、干燥，分馏等工序，最后精馏得四氟乙烯成品。

六氟丙烯，化学品英文名称：hexafluoropropylene；英文名称缩写：HFP；中文名称2：全氟丙烯；英文名称2：perfluoropropylene；分子式：C₃F₆；分子量：150.02；用途：可制备多种含氟精细化工产品、药物中间体、灭火剂等，还可制得含氟高分子材料。也可作为制备氟磺酸离子交换膜、氟碳油和全氟环氧丙烷等的原料。

现有技术中的制备方法：由四氟乙烯热裂解而得。将四氟乙烯通入高温裂解炉在650℃～820℃裂化，裂化气经除酸、干燥、压缩后进行粗馏，馏出物经过冷冻、脱气，最后精馏得到六氟丙烯成品。

通过上述介绍可知：四氟乙烯是由R22裂解产生的；六氟丙烯是由四氟乙烯裂解产生的。它们在不同的装置内生产。四氟乙烯生产时也产生少量六氟丙烯，但都当作杂气去除。其缺点：a.能耗大，R22裂解为四氟乙烯是吸热，四氟乙烯裂解为六氟丙烯是放热，而二者的裂解都需要在高温时才能进行。现有技术需要对二者加热。b.生产六氟丙烯时，四氟乙烯常常会在裂解管内自聚，影响生产顺利进行。c.需要投资二套装置才能产出二种产品，投资大。d.四氟乙烯比较危险，现有技术在二套装置中均存在危险性；特别是在六氟丙烯装置中，危险性更大。

发明内容

本发明提出一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置及方法，解决了现有技术中制备四氟乙烯和六氟丙烯需要2套设备以及能耗大、操作难度大的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，包括：

进气腔，该进气腔位于装置的上端；

反应腔，该反应腔与所述进气腔的下部连通；

冷却腔，该冷却腔与所述反应腔的下部连通；以及

出气腔，该出气腔与所述冷却腔的下部连通；

所述进气腔的宽度大于所述反应腔的宽度；所述出气腔的宽度大于所述反应腔的宽度；

所述反应腔的宽度为F为0.2mm-10mm；所述反应腔的外部设有供热体；所述供热体用于给所述反应腔升温并使温度保持恒温。

作为优选的技术方案，所述进气腔、反应腔、冷却腔以及出气腔为一体成型；具体为两块侧板形成的反应空腔，一块所述侧板的上端和下端分别向外折弯形成所述进气腔和所述出气腔。另一种方案，进气腔、反应腔、冷却腔以及出气腔分别是独立的空腔，它们之间互相连通。由于裂解反应时会产生少量固体物，主要成分是碳，碳比较容易在非光面的内壁上沉积，达到一定条件时，会被引燃并产生3000℃以上的高温，把设备烧坏。因此，为了不积碳，内壁越光滑越好。

作为优选的技术方案，一块所述侧板是一个内径为D1的外圆管，两端扩大至D，形成进气腔和出气腔；另一块所述侧板是一个外径为d1的内圆管；外圆管与内圆管之间形成缝隙F，其中缝隙F=D1-d1。

作为优选的技术方案，所述冷却腔的外部设有冷却装置，所述冷却装置包括挡水板以及设置在所述挡水板两端与所述冷却腔密封的封水件，在所述挡水板上设有进水口和出水口。

作为优选的技术方案，所述冷却装置可滑移地设置在所述冷却腔外部，以调节所述反应腔的温度，进而改变反应腔中四氟乙烯和六氟丙烯的成分比例。

作为优选的技术方案，在所述封水件上设有密封圈，以达到密封的作用。

作为优选的技术方案，所述进气腔的宽度为（2-100）F。

作为优选的技术方案，所述进气腔的外部依次设有供热体和保温体。

作为优选的技术方案，所述反应腔的供热体的外部设有保温体。

一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的方法，包括：

二氟一氯甲烷气体从进气腔进入装置，在反应腔裂解二氟一氯甲烷气体，得到四氟乙烯气体，部分四氟乙烯气体进一步裂解得到六氟丙烯气体；

上述四氟乙烯和六氟丙烯通过冷却腔时反应停止，并且物料温度降低；

通过冷却腔的所述四氟乙烯和六氟丙烯从出气腔输出，进行清洗、分离、精馏，分别得到四氟乙烯成品和六氟丙烯产品。

作为优选的技术方案，在分离和精馏过程分离出来的副反应产生的气体，重新作为原料，与二氟一氯甲烷混合后，重新裂解为四氟乙烯或六氟丙烯。

作为优选的技术方案，所述二氟一氯甲烷气体先经过预热，预热温度为300℃～450℃。

作为优选的技术方案，所述二氟一氯甲烷气体的裂解温度为620℃～950℃。

有益效果

（1）本发明的裂解装置可以同时制备四氟乙烯和六氟丙烯，不需要投资两套设备，投资成本大大降低。

（2）该装置的安全性能大大提升，其生产过程的危险性只相当于现有技术的四氟乙烯装置。

（3）节能，四氟乙烯的裂解是在原有高温下的一个继续的过程，而且放热对R22裂解提供一部分热能。

（4）温度控制更加可靠；选择性更好，生产效率更高。

（5）由于本发明可使用“原料气流量控制、裂解温度控制、冷却水部位控制”等手段，使得产品中四氟乙烯和六氟丙烯的比例可按照需要进行控制和调节，灵活性高。

（6）制备的后续工艺中产品分离和提纯处理时分离出来的副反应气体重新回到本装置，不需要焚烧，既节约成本，也减少污染物的排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置的结构示意图；

图2为本发明的第二种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种装置，通过该装置可以同时生产四氟乙烯和六氟丙烯，解决了现有技术中制备这两种产品时需要两套设备的问题，这样以来，投资成本大大降低；安全性得到提高，其生产过程的危险性只相当于现有技术的四氟乙烯装置；节能，四氟乙烯的裂解是在原有高温下的一个继续的过程，而且放热对R22裂解提供一部分热能。本发明的装置冷却部位可移动控制，能够灵活调整制备出的四氟乙烯和六氟丙烯的比例。更重要的一点是副反应产生的气体可以重复利用，即节约成本，又环保。下面具体介绍。

参见图1所示，裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置1。具体包括：进气腔11，该进气腔位于装置1的上端；进去腔上设有进气口111，气体通过该进气口111进入装置1。反应腔12，该反应腔12与进气腔11的下部连通；R22即在该段进行裂解反应。冷却腔13，该冷却腔13与反应腔12的下部连通；冷却腔中通入冷却水迅速冷却反应后通过的气体以及固体，如R22、四氟乙烯、六氟丙烯、八氟环丁烷、碳，物料在此处温度可以降低至350℃-常温。以及出气腔14，该出气腔14与冷却腔13的下部连通；该出气腔14设有出气口141，产品四氟乙烯和六氟丙烯通过出气口141输出，进入下一工序。其中进气腔11的宽度大于反应腔12的宽度，具体可以参照此参数设置：进气腔的宽度为（2-100）F。出气腔14的宽度大于反应腔12的宽度。反应腔12的宽度为F为0.2mm-10mm；高度为A1、长度为W1，由于产能、气体原始温度、气体流速、反应器材质等因素都影响到A1和W1，所以很难限制它们的数值；一般选定A1=5米～20米，W1=0.3米～6米；反应腔12的外部设有供热体21；供热体21用于给反应腔12升温并使温度保持恒温。冷却腔13的外部设有冷却装置131，冷却装置131包括挡水板1311以及设置在挡水板1311两端与冷却腔13密封的封水件1312，在挡水板1311上设有进水口和出水口（图中未标出）。

其中一种方案，进气腔11、反应腔12、冷却腔13以及出气腔14可以一体成型。具体为两块侧板形成的反应空腔，一块侧板s1的上端和下端分别向外折弯形成进气腔11和出气腔14。另一种方案，进气腔、反应腔、冷却腔以及出气腔分别是独立的空腔，它们之间互相连通。本实施例中采用的是第一种方案。

为了减少热量的损失，在反应腔12的供热体的外部设有保温体22。

为了在对气体进行预热，在进气腔11的外部依次设有供热体21和保温体22。

为了能够调整裂解反应气中四氟乙烯和六氟丙烯的比例，上述冷却装置131设置为可滑动的部件，即在冷却腔13的外部能够滑动，调整反应温度，进而改变反应腔中四氟乙烯和六氟丙烯的成分比例。

为了使得冷却装置131能够更好的密封，还可以采用本领域技术人员惯用的技术手段进行密封，比如增加密封圈等。

参见图2所示，裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置2。该装置2中的一块侧板是一个内径为D1的外圆管，两端扩大至D，形成进气腔11和出气腔14；另一块侧板是一个外径为d1的内圆管；外圆管与内圆管之间形成缝隙F，其中缝隙F=D1-d1。冷却装置131可以在外圆管的外径以及内圆管的内径上移动。

实施例1

使用上述裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置2裂解R22制备四氟乙烯和六氟丙烯，包括：

冷却装置处于如图2所示的位置。

供热体把内外圆管的反应腔加热至650℃；已预热到450℃的R22气体从气体进口进入本装置，被迅速加热并产生裂解反应，生成四氟乙烯和六氟丙烯。

装置内气体经过冷却腔的水间接冷却后，在产品气出口得到混合物。

经化学分析，组分如表1所示。

实施例2

冷却装置下部处于图2所示的B1位置。

供热体把内外圆管的反应腔加热至850℃；已预热到450℃的R22气体从气体进口进入本装置，被迅速加热并产生裂解反应，生成四氟乙烯和六氟丙烯。

经化学分析，组分如表2所示。

实施例3

冷却装置上部处于图2中所示的B2位置。

经化学分析，组分如表3所示。

实施例4

冷却装置处于如图2所示的位置。

供热体把内外圆管的反应腔加热至950℃；已预热到300℃的R22气体从气体进口进入本装置，被迅速加热并产生裂解反应，生成四氟乙烯和六氟丙烯。

经化学分析，组分如表4所示。

实施例5

冷却装置处于如图2所示的位置。

供热体把内外圆管的反应腔加热至760℃；已预热到370℃的R22气体从气体进口进入本装置，被迅速加热并产生裂解反应，生成四氟乙烯和六氟丙烯。

经化学分析，组分如表5所示。

实施例6

使用上述裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置1裂解R22制备四氟乙烯和六氟丙烯，包括：

冷却装置处于如图1所示的位置。

将实施例1-5产生的混合气经过洗涤、分离、精馏后得到了四氟乙烯和六氟丙烯，脱除出来的杂气与R22按照“杂气︰R22=1︰2”的重量比混合，并加热至400℃。供热体把反应腔加热至850℃；已预热到400℃的R22和杂气的混合气体从气体进口进入本装置，被迅速加热并产生裂解反应，生成四氟乙烯和六氟丙烯。

经化学分析，组分如表6所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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

1.一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，包括：

进气腔，该进气腔位于装置的上端；

反应腔，该反应腔与所述进气腔的下部连通；

冷却腔，该冷却腔与所述反应腔的下部连通；以及

出气腔，该出气腔与所述冷却腔的下部连通；

所述反应腔的宽度为F为0.2mm-10mm；所述反应腔的外部设有供热体。

2.根据权利要求1所述的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，其特征在于，所述进气腔、反应腔、冷却腔以及出气腔为一体成型；具体为两块侧板形成的反应空腔，一块所述侧板的上端和下端分别向外折弯形成所述进气腔和所述出气腔。

3.根据权利要求2所述的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，其特征在于，一块所述侧板是一个内径为D1的外圆管，两端扩大至D，形成进气腔和出气腔；另一块所述侧板是一个外径为d1的内圆管；外圆管与内圆管之间形成缝隙F，其中缝隙F=D1-d1。

4.根据权利要求1所述的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，其特征在于，所述冷却腔的外部设有冷却装置，所述冷却装置包括挡水板以及设置在所述挡水板两端与所述冷却腔密封的封水件，在所述挡水板上设有进水口和出水口。

5.根据权利要求4所述的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，其特征在于，所述冷却装置可滑移地设置在所述冷却腔外部。

6.根据权利要求1所述的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，其特征在于，所述进气腔的宽度为（2-100）F。

7.根据权利要求1所述的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，其特征在于，所述进气腔的外部依次设有供热体和保温体。

8.根据权利要求1所述的一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的装置，其特征在于，所述反应腔的供热体的外部设有保温体。

9.一种裂解二氟一氯甲烷制备四氟乙烯和六氟丙烯的方法，其特征在于，包括：

裂解二氟一氯甲烷气体，得到四氟乙烯气体，部分四氟乙烯气体进一步裂解得到六氟丙烯气体；

上述四氟乙烯和六氟丙烯经过冷却时反应停止，并且物料温度降低；

通过冷却后的所述四氟乙烯和六氟丙烯输出，进行清洗、分离、精馏，分别得到四氟乙烯成品和六氟丙烯产品。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在分离和精馏过程分离出来的副反应产生的气体，重新作为原料，与二氟一氯甲烷混合后，重新裂解为四氟乙烯或六氟丙烯。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述二氟一氯甲烷气体先经过预热，预热温度为300℃～450℃；所述二氟一氯甲烷气体的裂解温度为620℃～950℃。