CN112174860A - 一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，涉及精细化工技术领域，包括如下步骤：三氧化硫与氯化氰进入反应器进行初步反应；反应液连续进入第一反应精馏塔，塔底采出重组分，塔顶采出没有完全反应的三氧化硫与氯化氰，侧线液相采出初步浓缩后含有少量氯代焦硫酰异氰酸酯的氯磺酰异氰酸酯粗品液；粗品液连续进入第二反应精馏塔，塔顶采出少量由于氯代焦硫酰异氰酸酯分解产生的三氧化硫与氯化氰，塔底采出少量重组分，侧线气相采出合格的氯磺酰异氰酸酯产品。提高了氯磺酰异氰酸酯制备效率。

Description

一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，尤其涉及一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法。
背景技术
氯磺酰异氰酸酯是异氰酸酯中较活泼的一种，它具有异氰酸基，因此可与羟基、氨基、羧基等化合物发生加成反应，形成氨基甲酸酯、脲、酰胺等化合物。由于它还含有磺酰氯基团，无论自身或反应后的反应物只要带有此基团还可进行一系列反应，得到新的化合物。
生产氯磺酰异氰酸酯一般采用三氧化硫与氯化氰反应的方法，当二者的摩尔比例不同时，可以得到不同的反应产物。如三氧化硫与氯化氰的摩尔比为1:1时则得到氯磺酰异氰酸酯；当三氧化硫与氯化氰的摩尔比为2:1时，得到氯代焦硫酰异氰酸酯。而氯代焦硫酰异氰酸酯经进一步加热又可以分解生成氯磺酰异氰酸酯与三氧化硫。另外在实际生产过程中，氯磺酰异氰酸酯也可以与氯代焦硫酰异氰酸酯反应生成一些高沸点的副产物。
传统的氯磺酰异氰酸酯制备工艺是将三氧化硫与氯化氰在管式反应器混合后进行反应，反应液进入间歇精馏塔进行氯磺酰异氰酸酯产品的分离提纯。由于反应体系存在多个副反应，一方面存在生成氯磺酰异氰酸酯及三氧化硫的反应，一方面又存在消耗氯磺酰异氰酸酯的反应。这就对分离出质量分数较高的氯磺酰异氰酸酯造成很大困难，传统的生产工艺在塔顶采出氯磺酰异氰酸酯产品，采出产品的同时，副产物又会分解生成三氧化硫，三氧化硫的沸点要比氯磺酰异氰酸酯的沸点低得多，这样三氧化硫同时会从塔顶和氯磺酰异氰酸酯一同采出，导致产品氯磺酰异氰酸酯中的三氧化硫含量不能得到有效的降低。因此，传统的精馏方法很难实现对氯磺酰异氰酸酯的生产指标的有效控制。设计一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法来解决上述问题成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现：一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下步骤：
(1)三氧化硫和氯化氰按比例进入反应器，进行初步反应，形成反应液；
(2)反应液连续进入第一反应精馏塔，第一反应精馏塔的塔顶采出未完全反应的三氧化硫与氯化氰，塔釜采出由于副反应生成的高沸点组分，侧线液相采出由三氧化硫与氯化氢反应产生的氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物，由于将产品取走，反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行；
(3)第一反应精馏塔侧线采出得到的氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物连续进入第二反应精馏塔，由第二反应精馏塔塔顶采出氯代焦硫酰异氰酸酯分解产生的三氧化硫，塔底采出少量高沸点组分，侧线气相采出合格的氯磺酰异氰酸酯，由于三氧化硫连续由塔顶采出，氯代焦硫酰异氰酸酯的分解反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行。
(4)由侧线气相采出的合格的氯磺酰异氰酸酯经过冷凝冷却后形成氯磺酰异氰酸酯液相产品。
根据上述技术方案，优选地，三氧化硫与氯化氰的摩尔比例为1～2.5:1。
根据上述技术方案，优选地，步骤(2)、(3)中，由第一反应精馏塔及第二反应精馏塔塔顶采出的三氧化硫和氯化氰可进入反应器回用。
根据上述技术方案，优选地，步骤(2)中，第一反应精馏塔的回流比控制在10～30:1。
根据上述技术方案，优选地，步骤(3)中，第二反应精馏塔的回流比控制在10～100:1。
本发明的有益效果是：在第一反应精馏塔塔顶采出了未完全反应的三氧化硫与氯化氰，阻止了三氧化硫与氯磺酰异氰酸酯进一步发生副反应，同时侧线采出了氯磺酰异氰酸酯产品，使得反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行，提高了原料的转化率及氯磺酰异氰酸酯的收率。在第二反应精馏塔，塔顶采出三氧化硫，促进了副产物氯代焦硫酰异氰酸酯的分解反应，使得分解反应向着生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行，进一步提高了产品氯磺酰异氰酸酯的收率，侧线采出氯磺酰异氰酸酯，使得产品氯磺酰异氰酸酯质量分数可以稳定地提高到99.2％以上。
附图说明
图1示出了采用连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺流程示意图。
图中：1、反应器；2、第一反应精馏塔；3、第二反应精馏塔。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，本发明提供了一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下步骤：
(1)三氧化硫和氯化氰按比例进入反应器，进行初步反应，形成反应液；
(2)反应液连续进入第一反应精馏塔，第一反应精馏塔的塔顶采出未完全反应的三氧化硫与氯化氰，塔釜采出由于副反应生成的高沸点组分，侧线液相采出由三氧化硫与氯化氢反应产生的氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物，由于将产品取走，反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行；
(3)第一反应精馏塔侧线采出得到的氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物连续进入第二反应精馏塔，由第二反应精馏塔塔顶采出氯代焦硫酰异氰酸酯分解产生的三氧化硫，塔底采出少量高沸点组分，侧线气相采出合格的氯磺酰异氰酸酯，由于三氧化硫连续由塔顶采出，氯代焦硫酰异氰酸酯的分解反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行。
(4)由侧线气相采出的合格的氯磺酰异氰酸酯经过冷凝冷却后形成氯磺酰异氰酸酯液相产品。
步骤(2)中，第一反应精馏塔塔顶采出的物料中氯化氰残留极低，氯化氰的一次转化率在99.5％以上，第一反应精馏塔侧线采出的物料中只含有微量的三氧化硫和氯化氰。
步骤(3)中，第二反应精馏塔侧线采出的物料中只含有微量的三氧化硫及氯代焦硫酰异氰酸酯，其中的氯磺酰异氰酸酯质量分数达到99.2％以上。
根据上述实施例，优选地，三氧化硫与氯化氰的摩尔比例为1～2.5:1。
根据上述实施例，优选地，步骤(2)、(3)中，由第一反应精馏塔及第二反应精馏塔塔顶采出的三氧化硫和氯化氰可进入反应器回用。
根据上述实施例，优选地，步骤(2)中，第一反应精馏塔的回流比控制在10～30:1。
根据上述实施例，优选地，步骤(3)中，第二反应精馏塔的回流比控制在10～100:1。
实施例1：将氧化硫和氯化氰按摩尔比1.2:1配料，在反应器中经初步反应后，反应液连续进入第一反应精馏塔，塔顶采出未完全反应的三氧化硫与氯化氰，塔釜采出由于副反应生成的高沸点组分，侧线液相采出氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物。该混合物连续进入第二反应精馏塔，第二反应精馏塔塔顶采出氯代焦硫酰异氰酸酯分解产生的三氧化硫，塔底采出少量高沸点组分，侧线气相采出合格的氯磺酰异氰酸酯产品。由两台反应精馏塔塔顶得到的三氧化硫和氯化氰可以当做反应原料回用。具体参数如下：
(1)第一反应精馏塔的顶部温度为96～99℃，塔底温度为124～128℃
(2)第一反应精馏塔的回流比控制为15:1
(3)第二反应精馏塔的顶部温度为93～97℃，塔底温度为107～110℃
(4)第二反应精馏塔的回流比控制为25:1
(5)稳定阶段：第一反应精馏塔侧线采出物中氯磺酰异氰酸酯的质量分数≥99.18％，氯化氰的一次转化率≥99.67％，第二反应精馏塔侧线采出物中氯磺酰异氰酸酯的质量分数≥99.26％。
实施例2：将氧化硫和氯化氰按摩尔比1.5:1配料，在反应器中经初步反应后，反应液连续进入第一反应精馏塔，塔顶采出未完全反应的三氧化硫与氯化氰，塔釜采出由于副反应生成的高沸点组分，侧线液相采出氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物。该混合物连续进入第二反应精馏塔，第二反应精馏塔塔顶采出氯代焦硫酰异氰酸酯分解产生的三氧化硫，塔底采出少量高沸点组分，侧线气相采出合格的氯磺酰异氰酸酯产品。由两台反应精馏塔塔顶得到的三氧化硫和氯化氰可以当做反应原料回用。具体参数如下：
(1)第一反应精馏塔的顶部温度为92～96℃，塔底温度为126～131℃
(2)第一反应精馏塔的回流比控制为20:1
(3)第二反应精馏塔的顶部温度为95～98℃，塔底温度为106～109℃
(4)第二反应精馏塔的回流比控制为30:1
(5)稳定阶段：第一反应精馏塔侧线采出物中氯磺酰异氰酸酯的质量分数≥99.12％，氯化氰的一次转化率≥99.74％，第二反应精馏塔侧线采出物中氯磺酰异氰酸酯的质量分数≥99.32％。
实施例3：将氧化硫和氯化氰按摩尔比1.8:1配料，在反应器中经初步反应后，反应液连续进入第一反应精馏塔，塔顶采出未完全反应的三氧化硫与氯化氰，塔釜采出由于副反应生成的高沸点组分，侧线液相采出氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物。该混合物连续进入第二反应精馏塔，第二反应精馏塔塔顶采出氯代焦硫酰异氰酸酯分解产生的三氧化硫，塔底采出少量高沸点组分，侧线气相采出合格的氯磺酰异氰酸酯产品。由两台反应精馏塔塔顶得到的三氧化硫和氯化氰可以当做反应原料回用。具体参数如下：
(1)第一反应精馏塔的顶部温度为89～92℃，塔底温度为127～132℃
(2)第一反应精馏塔的回流比控制为25:1
(3)第二反应精馏塔的顶部温度为96～99℃，塔底温度为107～109℃
(4)第二反应精馏塔的回流比控制为40:1
(5)稳定阶段：第一反应精馏塔侧线采出物中氯磺酰异氰酸酯的质量分数≥99.06％，氯化氰的一次转化率≥99.86％，第二反应精馏塔侧线采出物中氯磺酰异氰酸酯的质量分数≥99.27％。
本发明的有益效果是：在第一反应精馏塔塔顶采出了未完全反应的三氧化硫与氯化氰，阻止了三氧化硫与氯磺酰异氰酸酯进一步发生副反应，同时侧线采出了氯磺酰异氰酸酯产品，使得反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行，提高了原料的转化率及氯磺酰异氰酸酯的收率。在第二反应精馏塔，塔顶采出三氧化硫，促进了副产物氯代焦硫酰异氰酸酯的分解反应，使得分解反应向着生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行，进一步提高了产品氯磺酰异氰酸酯的收率，侧线采出氯磺酰异氰酸酯，使得产品氯磺酰异氰酸酯质量分数可以稳定地提高到99.2％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下步骤：
(1)三氧化硫和氯化氰按比例进入反应器，进行初步反应，形成反应液；
(2)反应液连续进入第一反应精馏塔，第一反应精馏塔的塔顶采出未完全反应的三氧化硫与氯化氰，塔釜采出由于副反应生成的高沸点组分，侧线液相采出由三氧化硫与氯化氢反应产生的氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物，由于将产品取走，反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行；
(3)第一反应精馏塔侧线采出得到的氯代焦硫酰异氰酸酯与氯磺酰异氰酸酯的混合物连续进入第二反应精馏塔，由第二反应精馏塔塔顶采出氯代焦硫酰异氰酸酯分解产生的三氧化硫，塔底采出少量高沸点组分，侧线气相采出合格的氯磺酰异氰酸酯，由于三氧化硫连续由塔顶采出，氯代焦硫酰异氰酸酯的分解反应向生成氯磺酰异氰酸酯的方向进行。
(4)由侧线气相采出的合格的氯磺酰异氰酸酯经过冷凝冷却后形成氯磺酰异氰酸酯液相产品。
2.根据权利要求1所述的一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，其特征在于，三氧化硫与氯化氰的摩尔比例为1～2.5:1。
3.根据权利要求1所述的一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，其特征在于，步骤(2)、(3)中，由第一反应精馏塔及第二反应精馏塔塔顶采出的三氧化硫和氯化氰可进入反应器回用。
4.根据权利要求1所述的一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，第一反应精馏塔的回流比控制在10～30:1。
5.根据权利要求1所述的一种连续反应精馏制备氯磺酰异氰酸酯的工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，第二反应精馏塔的回流比控制在10～100:1。
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