[发明专利]用于产生碳酰氯的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在存在固定床催化剂的情况下通过氯和一氧化碳的反应来产生碳酰氯的装置，所述装置包括管束和用于冷却流体的冷却剂室，所述管束被布置在反应器壳体内并具有多个反应管，所述多个反应管彼此大体平行布置并从底管板延伸至顶管板，所述冷却剂室围绕所述反应管并且由所述底管板、所述顶管板和所述反应器壳体定界。本发明还涉及通过上述装置生产碳酰氯的方法。

背景技术

现有技术已知在管束反应器中的活性炭催化剂上由CO和氯大规模产生碳酰氯（例如Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. Vol. A 19p 413f., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1991）。在该情形中，化学当量过剩的一氧化碳与氯结合，并经过固定床催化剂，该催化剂具有范围为3 mm至5 mm的颗粒尺寸并位于内直径为50 mm至70 mm的管中。一氧化碳需要是过量的以保持碳酰氯中自由氯的含量尽可能低，因为在碳酰氯的后续使用中氯会导致不期望的反应。

为了冷却生成焓为-107.6 kJ/mol的剧烈放热反应，冷却介质被引导围绕催化剂管。CO和氯之间的反应在约40℃至50℃时在催化剂上开始，管中的温度上升至约600℃，并在反应器出口处又下降到40至240℃。由此得到的碳酰氯的品质满足例如异氰酸酯生产的要求。需要高纯度的起始材料，尤其是对于一氧化碳，因为在其与氯结合之后，随着氯化氢的生成，来源于产物的甲烷和氢的含量可导致剧烈的放热反应。该温度上升可导致氯和装置材料之间的危险反应，即所谓的氯/铁着火。

碳酰氯用在许多化学领域，作为辅助物质或者中间物质。就用量而言，最大的应用领域是聚氨酯化学的将碳酰氯作为起始材料的二异氰酸酯的生产。这里值得一提的是物质2,4-和2,6-甲代亚苯基二异氰酸酯（2,4- and 2,6-tolylene diisocyanate），即二苯基甲烷二异氰酸酯（diphenylmethane diisocyanate）和环已烷二异氰酸酯（hexamethylene diisocyanate）的同分异构体。由于离解平衡，碳酰氯在100℃时已经包含了约50 ppm的氯。对于许多应用领域，例如用于生产聚氨酯的异氰酸酯的生产，这样的氯含量已经代表了如EP0 134 506 B1中所公开的规格的上限。

结果，就生产品质和经济性而言，在过去已经进行了许多尝试来改进碳酰氯的生产。相应地，EP 2067742 A1描述了一种生产碳酰氯的方法，该方法通过主要结合、碳酰氯的后续冷凝以及随后剩余气体与氯的结合来减少CO排放或减少CO损失。正如EP 1135329 B1中所描述的，通过使用具有低甲烷含量的CO得到了具有低四氯化碳含量的碳酰氯。WO 2010/103029 A1提供了一种具有控制理念的方法，用于使CO过剩量最小。

在碳酰氯生产中一个重要的方面是反应热量的可靠且均匀的耗散。这是由冷却介质被围绕反应管引导通过强迫对流实现的或者围绕管部分地蒸发通过自然对流实现的。EP 0 134 506描述了一种方法，在该方法中，利用强迫和自然对流的冷却都能被用以产生蒸汽。在一个示例中，提到了一种具有415个平行布置的管的反应器。

EP 1 640 341描述了一种方法，在该方法中，采用自然对流来冷却。水被用作冷却介质。由于出于腐蚀的原因而禁止冷却介质进入反应室，冷却介质中的压强原则上必须低于反应室的压强，因为不能排除发生渗漏的可能性。EP 1 640 341还描述了一种装置，除其他部件以外，该装置包括了管束反应器和用于部分地蒸发的冷却介质的分离器。为了更好地冷却大型反应器，描述了流动致偏器（缓冲板）。然而在该装置中，实际上管的数量被限制为约3000个，这在一些情形中被认为是劣势。

WO 2010/076209 A1描述了一种反应器，其在内侧上配备有用于液态换热器介质的缓冲板。由此，据说在更大的反应器直径以及增加的产量的情形中实现了更均匀的热耗散，而没有增加循环中的换热器介质的量。该方法被认为特别对于具有1000至3500个接触管的反应器是合适的。

WO 2010/076208 A1涉及类似的方法，该方法被认为特别对于具有2000至6000个直接冷却接触管的反应器是合适的。