CN115745839A

CN115745839A - 一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法

Info

Publication number: CN115745839A
Application number: CN202211597983.2A
Authority: CN
Inventors: 滕志君; 刘耀宗; 李晓明; 梁睿渊; 杨英朝; 马瑞进; 陶春霞; 王新志; 常有才; 杨玉宁; 马文礼; 魏文慧; 吴丹; 赵贵荣
Original assignee: Gansu Yinguang Juyin Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Gansu Yinguang Juyin Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明涉及一种光气化反应合成1，5‑戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：通过合成装置进行反应合成，所述合成装置包括喷射反应器、反应塔、再沸器和冷凝器;喷射反应器底部的出口连接反应塔，反应塔底部出口连接再沸器，反应塔顶部气相出口连接冷凝器，冷凝器的液相出口连接反应塔上部的回流液相进口，冷凝器的气相出口连接处理系统。提高了光气的利用率，缩短了反应时间，防止生成固体副产物而堵塞喷射器，延长了装置运行周期，可实现1，5‑戊二异氰酸酯的连续、高效、稳定生产。

Description

一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法。

背景技术

1，5-戊二异氰酸酯（PDI）是一种新型脂肪族异氰酸酯，具有耐黄变性，以缩二脲、三聚体形式用于制造耐黄变聚氨酯涂料、油墨和人造革领域，具有极为广阔的市场和应用前景。其生产方法主要分为光气化法和非光气化法，目前主流工艺是生物基1，5-戊二胺（PDA）经光气化合成PDI。

由于其产品及相关衍生物具有优异的性能，相对于HDI（六亚甲基二异氰酸酯）活性更高，在HDI及其衍生品中可替代HDI且性能更优。近年来，国内外各大异氰酸酯生产企业对PDI生产表现出极大地兴趣，但由于其技术门槛高，国内外对于PDI的生产及其厂家鲜有报道。分析其中原因，主要如下： PDA较芳香族二胺（如TDA）活性较高，连续化光气化生产PDI工艺中，反应器混合效果差更易被产生的副产物固体堵塞，导致运行装置周期短，装置生产效率低；另一方面，间歇釜式反应器虽不受固体堵塞限制，但其收率低、产能小引起生产成本上升，并不受工业生产的青睐。因此，迫切需要开发光气化反应合成PDI反应系统，实现连续、高效、稳定生产，满足工业生产需要。

发明内容

本发明的目的是将生物基1，5-戊二胺经冷、热光气化反应连续合成PDI，通过光气化反应系统，提高光气的实际利用率，缩短反应时间，防止生成固体副产物而堵塞喷射器，进一步提高1，5-戊二异氰酸酯的收率，同时可实现1，5-戊二异氰酸酯的连续、高效、稳定生产，延长装置运行周期，应用于工业化生产。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：通过合成装置进行反应合成，所述合成装置为：包括喷射反应器、反应塔、再沸器和冷凝器;所述喷射反应器底部的出口通过物料管连接反应塔，反应塔底部出口通过反应液管连接再沸器，反应塔顶部气相出口通过气相管连接冷凝器，冷凝器的液相出口通过液相管连接反应塔上部的回流液相进口，冷凝器的气相出口连接处理系统；

所述喷射反应器结构为：反应器本体中间设有光气雾化腔体，光气雾化腔体外依次同轴套设内惰性气体腔体、生物基1，5-戊二胺腔体和外惰性气体腔体；所述光气雾化腔体、内惰性气体腔体、生物基1，5-戊二胺腔体和外惰性气体腔体底部同轴连接喷嘴，喷嘴对应光气雾化腔体的空腔中设有旋流器，喷嘴下方对应设有混合反应腔体，混合反应腔体底部连接物料管；所述光气雾化腔体上部连接光气管，内惰性气体腔体上连接惰性气体管，生物基1，5-戊二胺腔体上连接生物基1，5-戊二胺管，外惰性气体腔体与惰性气体管相连通。

具体方法如下：

a.一定温度、压力条件下，液态光气通过光气管、惰性气体通过惰性气体管、生物基1，5-戊二胺溶液通过生物基1，5-戊二胺管分别进入喷射反应器内快速混合进行冷光气化反应，生成以氯化氢、1，5-戊二氨基甲酰氯为主的气液固三相混合物料；

b.混合物料经物料管进入反应塔，再经反应液管进入再沸器加热后，最后进入反应塔进行热光气化反应，生成1，5-戊二异氰酸酯光化液；

c.1，5-戊二异氰酸酯光化液从塔底连续排出分别进行溶剂和产品精制，反应塔气相通过气相管进入冷凝器，未冷凝气相氯化氢、过量的光气及惰性气体从冷凝器的气相出口连续排出进行后处理回用，冷凝的液相通过液相管回流进入反应塔参与热光气化反应。

所述喷嘴与生物基1，5-戊二胺腔体对应的空腔底端设有生物基1，5-戊二胺导流口，所述喷嘴与生物基1，5-戊二胺腔体对应的腔壁上开设惰性气体导流口。

所述光气雾化腔体直径为5-30mm；所述内惰性气体腔体直径为光气雾化腔体直径的2-4倍；所述生物基1，5-戊二胺直径为光气雾化腔体直径的4-6倍；所述外惰性气体腔体直径为光气雾化腔体直径的6-8倍。

所述旋流器中心设有中心孔，中心孔直径为4-9 mm；所述旋流器上均匀分布4-10个旋流孔，所述旋流孔宽度为1-4mm；所述旋流器的旋流角为15°-60°。

所述惰性气体导流口直径为3-20mm；所述生物基1，5-戊二胺导流口直径为惰性气体导流口直径的1-2倍。

生物基1，5-戊二胺溶液流量控制为100-3000Kg/h；液态光气流量为生物基1，5-戊二胺溶液流量的3-9倍；惰性气体流量为生物基1，5-戊二胺溶液流量的0.5-2倍。

所述生物基1，5-戊二胺溶液为生物基1，5-戊二胺与惰性溶剂按0.1-1的配比配制的混合物，惰性溶剂为甲苯、氯苯或二氯苯的任意一种；所述惰性气体为氮气。

所述冷光气化反应温度为20-100℃,压力为0.6-2.0MPa；所述热光气化反应温度为100-200℃,压力为0.6-2.0MPa。

本发明的原理是：利用冷、热光气化合成异氰酸酯反应原理，生物基1，5-戊二胺通过冷光气化反应生成1，5-戊二氨基甲酰氯，1，5-戊二氨基甲酰氯经热光气化反应生成1，5-戊二异氰酸酯。

在冷光气化喷射反应器中，通过最外层引入惰性气体，使生物基1，5-戊二胺溶液与惰性气体采用内混双流体雾化技术增强1，5-戊二胺雾化效果，为下游与光气反应增大了接触面积，减少了1，5-戊二基盐酸盐固体副产物的生成，降低该固体副产物堵塞喷射器的风险；同时可极大提高物料流动速度，防止生成的1，5-戊二氨基甲酰氯固体粘壁而发生喷射器堵塞。通过中间层引入惰性气体，隔绝生物基1，5-戊二胺与光气直接接触，延后反应时间，防止在喷嘴出口形成涡流使生成的1，5-戊二氨基甲酰氯固体滞留而堵塞喷射反应器，同时可对液态光气进行二次雾化，进一步提高生物基1，5-戊二胺与光气的混合反应效果。

在热光气化反应塔中，反应生成的氯化氢、1，5-戊二氨基甲酰氯等气液固三相混合物料通过塔中进料，1，5-戊二氨基甲酰氯通过塔内塔板/填料完成传热、传质，在一定的停留时间内分解为PDI，并通过后续产品精制得到合格的PDI产品。

本发明的有益效果是：利用冷、热光气化合成异氰酸酯反应原理，设计了喷射反应器和热光气化反应塔，形成的反应系统提高了光气的实际利用率，缩短了反应时间，防止生成固体副产物而堵塞喷射器，延长了装置运行周期，提高了1，5-戊二异氰酸酯的收率，可实现连续、高效、稳定生产。

附图说明

图1为本发明合成装置示意图；

图2为喷射反应器结构图；

图3为喷嘴结构图；

图4为旋流器主视图；

图5为旋流器俯视图；

图中：1-喷射反应器，2-反应塔，3-再沸器，4-冷凝器，5-光气雾化腔体，6-内惰性气体腔体，7-生物基1，5-戊二胺腔体，8-外惰性气体腔体，9-喷嘴，10-混合反应腔体，11-旋流器，12-惰性气体导流口，13-生物基1，5-戊二胺导流口，14-中心孔，15-旋流孔；

N1-光气管，N2-惰性气体管，N3-生物基1，5-戊二胺管，N4-物料管，N5-反应液管，N6-气相管，N7-液相管。

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。

工作过程：液态光气经光气管N1流入光气雾化腔体5，生物基1，5-戊二胺溶液经生物基1，5-戊二胺管N3流入生物基1，5-戊二胺腔体7，惰性气体通过惰性气体管N2分别进入内惰性气体腔体6和外惰性气体腔体8，惰性气体经惰性气体导流口12进入生物基1，5-戊二胺腔体7混合，混合后的物料经生物基1，5-戊二胺导流口13流出，与内惰性气体腔体6内的惰性气体、光气雾化腔体5雾化后的光气在混合反应腔体10发生冷光气化反应，反应后经物料管N4进入反应塔2，再经反应液管N5进入再沸器3加热后，进入反应塔2进行热光气化反应，生成1，5-戊二异氰酸酯光化液；1，5-戊二异氰酸酯光化液从塔底连续排出分别进行溶剂和产品精制，反应塔2气相通过气相管N6进入冷凝器4，未冷凝气相氯化氢、过量的光气及惰性气体从冷凝器气相出口连续排出进行后处理回用，冷凝的液相通过液相管N7回流进入反应塔2参与热光气化反应。

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

1.一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：通过合成装置进行反应合成，所述合成装置为：包括喷射反应器（1）、反应塔（2）、再沸器（3）和冷凝器（4）;所述喷射反应器（1）底部的出口通过物料管（N4）连接反应塔（2），反应塔（2）底部出口通过反应液管（N5）连接再沸器（3），反应塔（2）顶部气相出口通过气相管（N6）连接冷凝器（4），冷凝器（4）的液相出口通过液相管（N7）连接反应塔（2）上部的回流液相进口，冷凝器（4）的气相出口连接处理系统；

所述喷射反应器（1）结构为：反应器本体中间设有光气雾化腔体（5），光气雾化腔体（5）外依次同轴套设内惰性气体腔体（6）、生物基1，5-戊二胺腔体（7）和外惰性气体腔体（8）；所述光气雾化腔体（5）、内惰性气体腔体（6）、生物基1，5-戊二胺腔体（7）和外惰性气体腔体（8）底部同轴连接喷嘴（9），喷嘴（9）对应光气雾化腔体（5）的空腔中设有旋流器（11），喷嘴（9）下方对应设有混合反应腔体（10），混合反应腔体（10）底部连接物料管（N4）；所述光气雾化腔体（5）上部连接光气管（N1），内惰性气体腔体（6）上连接惰性气体管（N2），生物基1，5-戊二胺腔体（7）上连接生物基1，5-戊二胺管（N3），外惰性气体腔体（8）与惰性气体管（N2）相连通；

具体方法如下：

a.一定温度、压力条件下，液态光气通过光气管（N1）、惰性气体通过惰性气体管（N2）、生物基1，5-戊二胺溶液通过生物基1，5-戊二胺管（N3）分别进入喷射反应器（1）内快速混合进行冷光气化反应，生成以氯化氢、1，5-戊二氨基甲酰氯为主的气液固三相混合物料；

b.混合物料经物料管（N4）进入反应塔（2），再经反应液管（N5）进入再沸器（3）加热后，最后进入反应塔（2）进行热光气化反应，生成1，5-戊二异氰酸酯光化液；

c.1，5-戊二异氰酸酯光化液从塔底连续排出分别进行溶剂和产品精制，反应塔（2）气相通过气相管（N6）进入冷凝器（4），未冷凝气相氯化氢、过量的光气及惰性气体从冷凝器（4）的气相出口连续排出进行后处理回用，冷凝的液相通过液相管（N7）回流进入反应塔（2）参与热光气化反应。

2.如权利要求1所述的一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：所述喷嘴（9）与生物基1，5-戊二胺腔体（7）对应的空腔底端设有生物基1，5-戊二胺导流口（13），所述喷嘴（9）与生物基1，5-戊二胺腔体（7）对应的腔壁上开设惰性气体导流口（12）。

3.如权利要求1所述的一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：所述光气雾化腔体（5）直径为5-30mm；所述内惰性气体腔体（6）直径为光气雾化腔体（5）直径的2-4倍；所述生物基1，5-戊二胺（7）直径为光气雾化腔体（5）直径的4-6倍；所述外惰性气体腔体（8）直径为光气雾化腔体（5）直径的6-8倍。

4.如权利要求1所述的一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：所述旋流器（11）中心设有中心孔（14），中心孔（14）直径为4-9 mm；所述旋流器（11）上均匀分布4-10个旋流孔（15），所述旋流孔（15）宽度为1-4mm；所述旋流器（11）的旋流角为15°-60°。

5.如权利要求2所述的一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：所述惰性气体导流口（12）直径为3-20mm；所述生物基1，5-戊二胺导流口（13）直径为惰性气体导流口（12）直径的1-2倍。

6.如权利要求1所述的一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：生物基1，5-戊二胺溶液流量控制为100-3000Kg/h;液态光气流量为生物基1，5-戊二胺溶液流量的3-9倍；惰性气体流量为生物基1，5-戊二胺溶液流量的0.5-2倍。

7.如权利要求1或6所述的一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：所述生物基1，5-戊二胺溶液为生物基1，5-戊二胺与惰性溶剂按0.1-1的配比配制的混合物，惰性溶剂为甲苯、氯苯或二氯苯的任意一种；所述惰性气体为氮气。

8.如权利要求1所述的一种光气化反应合成1，5-戊二异氰酸酯的方法，其特征在于：所述冷光气化反应温度为20-100℃，压力为0.6-2.0MPa；所述热光气化反应温度为100-200℃，压力为0.6-2.0MPa。