CN108484351B - 一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法，具体是包含了生产氯代环己烷的高效合成成套设备及其配套操作工艺。相对于现有氯代环己烷生产方法，本发明的氯化反应工艺方法具有反应时间短、反应效率高及选择性高的特点，且克服了传统混合反应装置难以解决的浓度梯度及温度梯度问题，极大的提高了氯化反应的安全性及可放大性，可以同时达到显著提高工业产量并降低生产成本的目的。

Description

一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法

技术领域

本发明提供一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法，具体是包含了生产氯代环己烷的高效合成成套设备及其配套操作工艺，属于有机化工领域。

背景技术

氯代环己烷生产工艺按引发方式分类主要有三种：引发剂引发、热引发和光引发。按反应操作方式分，可以分为间歇式和连续式两种。

CN 1291957C中公开了一种采用复合催化剂、间歇式生产氯代环己烷的方法，其催化剂增加了成本、间歇反应效率较低且不易进行工程放大。

CN 1274651C中公开了一种采用光引发，结合塔釜精馏生产氯代环己烷的方法，其方法无法解决环己烷氯化容易爆炸的问题，仅适用于中试或小试规模。

CN 101367708B公开了一种采用光引发，固定反应量的连续生产氯代环己烷的方法，该方法用氮气稀释氯气来保证氯化反应的安全性，但无法提高反应效率，且环己烷必须过量，单次反应环己烷利用率较低，后续分离能耗较大。

本发明在原有定-转子反应器(ZL 200410042631.6)的基础上进行结构改进作为氯代环己烷生产的核心氯化反应器，结合优化后的配套工艺系统组合及工艺参数，提出一种在光引发及离心力场强化混合条件下进行环己烷氯化反应的高效工艺方法，目的是为提高原料利用效率、提高反应选择性，在实现可控地增大反应通量的同时，达到安全高效的目的。

发明内容

本发明提供一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法，具体内容包括生产氯代环己烷的高效合成成套设备及其配套操作工艺，其中涉及核心反应器的特定结构、成套设备的组合方式及配套工艺方法，详细如下：

成套设备及核心反应设备结构

本发明提供的成套设备主要包含高效氯化反应器、分离器、冷却器、精馏塔。

其中高效氯化反应器采用单个或多个改进型的定-转子反应器串联组成，分别称之为单级高效氯化反应器和多级高效氯化反应器。

单级高效氯化反应器的详细结构如下：

高效氯化反应器由端盖、壳体、定子、转子、传动系统及密封构成。

壳体的一端与端盖相连，定子由端盖与内侧成圆周均匀分布的柱销构成，转子由转子座与多层同心环或均布在多层同心圆上的柱销构成，转子座与传动系统的转轴相连，转轴与壳体间设有密封，同心环在圆周上设有流体通道。端盖、壳体外侧嵌有控温装置。

定子、转子及壳体间的空间称为腔体，通往腔体的进料口开在端盖上，进料口分两路，一路沿圆心旋转轴方向进入腔体，另一路呈圆周分布围绕在前者周围，其通道透过端盖在腔体内以喷头状指向转子。进料口及定子间沿程设有引发灯，壳体上设有出口，为高效氯化反应器的出料口。

采用多个反应器串联组成的多级高效氯化反应器，上一级出料口与次级进料口直接相连，此时，高效氯化反应器的进料口为第一级定-转子反应器的进料口，高效氯化反应器的出料口为最后一级定-转子反应器的出料口。

成套设备采用下述组合方式：

冷却器均设有物料入口及物料出口。

分离器中部设有进料口，此外其上部设有气相出口，下部设有液相出口。

精馏塔中部设有进料口、上部设有低沸点组分出口，塔釜设有产品采出口。

氯气与环己烷进料管道与高效氯化反应器进料口相连，高效氯化反应器出料口与冷却器I物料入口相连，冷却器I物料出口与分离器进料口相连，分离器上部气相出口排出氯化氢气体，下部液相出口与精馏塔进料口相连，精馏塔低沸点组分出口与冷却器II物料入口相连，冷却器II物料出口与高效氯化反应器进料口相连。

工艺方法

本发明提供的高效氯化反应工艺方法，是在采用上述反应系统进行环己烷氯化反应的同时，采用下述工艺流程及工艺参数：

在进行氯化反应生产氯代环己烷的过程中，氯气经高效氯化反应器内沿程光照引发后、与环己烷液体分别通过高效氯化反应器的进料口喷入高效氯化反应器腔体内，在高速旋转的转子剪切作用下高效混合，并在离心力作用下向壳体运动。在此过程中，混合物料受到离心力场的影响并被逐层的定子及转子高速剪切扰动，发生多次高效混合及再分布并发生取代反应。反应体系温度由端盖及壳体的控温装置控制，氯化反应得到的混合物由高效氯化反应器的出料口排出。

高效氯化反应器排出的混合物中包含烃、氯代烃及氯化氢的气液混合物，通过冷却器I冷却后，经分离器进料口进入到分离器中，分离器上部气相出口通过负压抽提排出氯化氢气体，分离器下部液相出口输出液体混合物至精馏塔中，通过精馏在塔顶得到的低沸点组分环己烷，环己烷经过冷却器II冷却后返回到高效氯化反应器中，塔釜采出氯代环己烷产品。

采用本发明的工艺方法时，采用以下工艺参数：

c)氯气与环己烷反应摩尔比范围为：0.1～1.0；

d)反应控温温度范围为：25℃～65℃。

本发明的有益效果

采用本发明生产氯代环己烷时，可达到以下有益效果：

由于氯化反应中涉及自由基反应，氯气经引发后的链增长、链传递反应不易控制，且反应伴有较强热效应，在混合不均匀时，即同时存在较大浓度及温度梯度的情况下，极易发生副反应及失控爆炸。

对此，常规制备方法通常采用小反应量，较大反应比来保证安全或提高产品选择性，但其原料利用率，尤其是环己烷利用率较低，且无法放大，其本质是不能避免浓度梯度造成的副反应，及反应过程中热梯度带来的危险性。

本发明提供的高效氯化反应基于超重力过程强化原理，在强离心力场下气液两相分子混合极为均匀，接近或达到分子尺度，同时通过反应器内置的控温换热，显著降低了反应混合时的浓度梯度及温度梯度，结合沿程光引发可以实现更高的反应效率和产品选择性，且由于浓度梯度的消除，极大地提高了反应工艺的安全性及工程可放大性。

同时，高反应选择性及较高的反应利用效率得到较高纯度的产物，可以显著降低后续精馏分离的能耗和分离产物所需的精馏塔板数，达到同时降低设备成本和运营成本的效果。

附图说明

图1为一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法流程示意图

图2为单级高效氯化反应器正视切面示意图

a为氯气进料口，b为环己烷进料口，c为腔体，d为高效氯化反应器出料口，e为引发灯，f为定子，g为转子，h为外壳内嵌的控温装置，m为密封

具体实施例

下面采用具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例：

实施例1

采用单级反应器进行氯化反应生产氯代环己烷的过程中，氯气与环己烷液体分别通过高效氯化反应器的进料口喷入高效氯化反应器的腔体内，在沿程光照引发及高速旋转的转子剪切作用下高效混合，并在离心力作用下向壳体运动。在此过程中，混合物料受到离心力场的影响并被逐层的定子及转子高速剪切扰动，发生多次高效混合及再分布并发生取代反应，反应体系温度由端盖和壳体的控温装置来控制，初始开车时反应体系温度为25℃，氯气量为15kg/h，环己烷进料量为180kg/h，随着反应进行，缓慢增加氯气量至150kg/h，最后反应温度稳定控制在65℃，氯化反应得到的混合物由高效氯化反应器的出料口排出。

高效氯化反应器出料口排出的混合物通过冷却器I冷却后，经分离器进料口进入到分离器中，分离器上部气相出口通过负压抽提排出氯化氢气体，分离器下部液相出口输出液体混合物至精馏塔中。在精馏塔顶可得到低沸点组分环己烷，通过冷却器II冷却后返回到高效氯化反应器中，精馏塔塔釜采出氯代环己烷产品。

在分离器中取样得到的粗产品经过色谱分析，其主要成分及含量如下：

可知反应物利用效率达到99.47％，反应选择性达到99.7％，经精馏塔精馏分离可获得纯度不低于99.5％的氯代环己烷产品。

实施例2

采用双级串联反应器进行氯化反应生产氯代环己烷的过程中，氯气与环己烷液体分别通过高效氯化反应器的进料口喷入高效氯化反应器的腔体内，在沿程光照引发及高速旋转的转子剪切作用下高效混合，并在离心力作用下向壳体运动。在此过程中，混合物料受到离心力场的影响并被逐层的定子及转子高速剪切扰动，发生多次高效混合及再分布并发生取代反应，反应体系温度由端盖和壳体的控温装置来控制，初始开车时反应体系温度为25℃，氯气量为37.5kg/h，环己烷进料量为450kg/h，随着反应进行，缓慢增加氯气量至375kg/h，最后反应温度稳定控制在65℃，氯化反应得到的混合物由高效氯化反应器的出料口排出。

高效氯化反应器出料口排出的混合物通过冷却器I冷却后，经分离器进料口进入到分离器中，分离器上部气相出口通过负压抽提排出氯化氢气体，分离器下部液相出口输出液体混合物至精馏塔中。在精馏塔顶可得到低沸点组分环己烷，通过冷却器II冷却后返回到高效氯化反应器中，精馏塔塔釜采出氯代环己烷产品。

在分离器中取样得到的粗产品经过色谱分析，其主要成分及含量如下：

可知反应反应效率达到99.52％，反应选择性达到99.52％，经精馏塔精馏分离可获得纯度不低于99.5％的氯代环己烷产品。

Claims (2)

1.一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法，其特征在于在生产氯代环己烷时，采用以下成套设备及核心设备结构：

成套设备主要包含高效氯化反应器、分离器、冷却器、精馏塔；

其中高效氯化反应器采用单个或多个改进型的定-转子反应器串联组成，分别称之为单级高效氯化反应器和多级高效氯化反应器；

单级高效氯化反应器的详细结构如下：

高效氯化反应器由端盖、壳体、定子、转子、传动系统及密封构成；

壳体的一端与端盖相连，定子由端盖与内侧成圆周均匀分布的柱销构成，转子由转子座与多层同心环或均布在多层同心圆上的柱销构成，转子座与传动系统的转轴相连，转轴与壳体间设有密封，同心环在圆周上设有流体通道；端盖、壳体外侧嵌有控温装置；

定子、转子及壳体间的空间称为腔体，通往腔体的进料口开在端盖上，进料口分两路，一路沿圆心旋转轴方向进入腔体，另一路呈圆周分布围绕在前者周围，其通道透过端盖在腔体内以喷头状指向转子；进料口及定子间沿程设有引发灯，壳体上设有出口，为高效氯化反应器的出料口；

采用多个反应器串联组成的多级高效氯化反应器，上一级出料口与次级进料口直接相连，此时，高效氯化反应器的进料口为第一级定-转子反应器的进料口，高效氯化反应器的出料口为最后一级定-转子反应器的出料口；

成套设备采用下述组合方式：

冷却器均设有物料入口及物料出口；

分离器中部设有进料口，此外其上部设有气相出口，下部设有液相出口；

精馏塔中部设有进料口、上部设有低沸点组分出口，塔釜设有产品采出口；

氯气与环己烷进料管道与高效氯化反应器进料口相连，高效氯化反应器出料口与冷却器I物料入口相连，冷却器I物料出口与分离器进料口相连，分离器上部气相出口排出氯化氢气体，下部液相出口与精馏塔进料口相连，精馏塔低沸点组分出口与冷却器II物料入口相连，冷却器II物料出口与高效氯化反应器进料口相连。

2.一种生产氯代环己烷的高效氯化反应工艺方法，其特征在于在生产氯代环己烷时，采用权利要求1所述的成套设备及核心设备结构，同时采用以下工艺流程及工艺参数：

在进行氯化反应生产氯代环己烷的过程中，氯气经高效氯化反应器内沿程光照引发后、与环己烷液体分别通过高效氯化反应器的进料口喷入高效氯化反应器腔体内，在高速旋转的转子剪切作用下高效混合，并在离心力作用下向壳体运动；在此过程中，混合物料受到离心力场的影响并被逐层的定子及转子高速剪切扰动，发生多次高效混合及再分布并发生取代反应；反应体系温度由端盖及壳体的控温装置控制，氯化反应得到的混合物由高效氯化反应器的出料口排出；

高效氯化反应器排出的混合物中包含烃、氯代烃及氯化氢的气液混合物，通过冷却器I冷却后，经分离器进料口进入到分离器中，分离器上部气相出口通过负压抽提排出氯化氢气体，分离器下部液相出口输出液体混合物至精馏塔中，通过精馏在塔顶得到的低沸点组分环己烷，环己烷经过冷却器II冷却后返回到高效氯化反应器中，塔釜采出氯代环己烷产品；

采用上述工艺方法时，采用以下工艺参数：

a)氯气与环己烷反应摩尔比范围为：0.1～1.0；

b)反应控温温度范围为：25℃～65℃。

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