[发明专利]一种制备异氰酸酯的反应器及方法

说明书

本发明提供一种制备异氰酸酯的反应器以及采用该反应器通过气相光气化过程制备异氰酸酯的方法。该高效反应器在反应区域设置胺分配器及多组胺进料管，通过胺分配器加强光气与胺混合，减少反应副产物的产生，通过多组具备良好换热能力胺进料管充分利用反应放出的热量，减少胺气体中夹带的小液滴，保证胺气化效果，减少反应结焦物的产生，提高反应收率，实现能量集成利用及延长运转周期。

技术领域

本发明提供一种高效反应器以及采用该反应器通过气相光气化过程制备异氰酸酯的方法。该高效反应器在反应区域设置胺分配器及多组胺进料管，通过胺分配器加强光气与胺混合，减少反应副产物的产生，通过多组胺进料管充分利用反应放出的热量，减少气相胺中夹带的小液滴，保证胺气化效果，减少结焦物的产生，提高收率，实现能量集成利用并延长反应周期。

背景技术

将气相的胺与光气在管式反应器中反应制备异氰酸酯的方法已为人们所熟知，气相光气化反应工艺是一快速反应过程，其具有反应速率快，光气滞留量低的特点，同时需要尽量避免高温结焦。

气相光气反应自身会释放较多的反应热，在之前己知方法中通过溶剂淬灭气相光气化的反应混合物的方式来降低反应物的温度，该方法导致了反应产生的极宝贵的高温能量被浪费。

在气相光化法中，胺需经过气化后进入气相光气化反应器中，与光气进行反应生成异氰酸酯，而胺的气化效果对于反应产物的影响非常显著。在实际工业生产操作中，胺的气化过程容易出现气化不完全的问题，气化后形成的胺气流中存在未气化的胺液滴。若没有对应的措施消除这些胺液滴，它们将随着胺气流进入气相光气化反应器中，产生不利后果。液滴表面的胺分子与光气反应生成异氰酸酯，而内部的胺分子在高温下则发生碳化反应生成积碳和氨气，而氨气则与氯化氢(胺与光气反应生成的产物之一)反应生成固体氯化铵，积碳和氯化铵均容易导致反应器及管线堵塞，需经常清理，从而缩短装置的运转周期；另一方面这些液滴内部的胺分子与液滴表面生成的异氰酸酯之间容易发生不希望的副反应，导致反应产物中重组分杂质增多，收率下降。

气相光气化法来制备异氰酸酯反应过程需要加强混合，但若混合不当，如混合缓慢时，则生成较多的聚合副产物，这些副产物在反应器内挂壁结焦、结块，最终堵塞反应器，特别是物料在第一接触点处更易产生结焦物，进而导致混合流场的逐步恶化，缩短了反应器的运行周期。采用高混合效率的反应器，以避免在反应器内生成固体物质，延长反应器运行周期。

目前消除胺气流中含有的胺液滴一般有两种方法，一是通过气液分离除去液滴，这种方法一般存在较大的压力损失；二是将通过加热的方式将胺液滴气化而获得不含胺液滴的胺气流，但现有的加热方法存在压力损失大，加热不均匀等问题。

美国专利US7019164B2中描述了在气相中通过光气化反应制备异氰酸酯的方法，通过将胺加热成为气态，和光气在混合器中混合反应生成相应的异氰酸酯。通常需要将胺加热到200～600℃，即加热温度高于胺的沸点。为了更好的促进胺的汽化和混合效果，在胺的汽化过程中引入惰性气体或者惰性溶剂的蒸汽进行稀释。

欧洲专利EP1935876A1中，在进入反应器前生成基本无液滴的胺气流，使反应器的连续运转时间明显增加。胺气流中胺液滴的消除主要通过在胺气化和过热系统之间设置液滴分离器，以及/或者气化装置本身也有液滴分离器的功能来实现，并提及产生较小压力损失的液滴分离器为优选。然而，在工业化进行气相光气化反应时，液滴分离器的压力损失会随着体积流量的增加而急剧上升，在同样的压力损失下，在高体积流量下液滴分离器的胺液滴分离率要低于低体积流量，胺液滴消除效果差。

中国专利CN102471242A中提出气化后的含有少量液滴胺气流在导向反应器的进料管中过热，并要求过热过程的停留时间大于0.01秒，以促使其中的液滴气化，最终形成完全气化的流股。进料管的加热可通过管束换热器或加热的管道之类设备进行。但是在实际操作过程中，若使用液滴分离器，将存在较大的压力损失，导致上文所述的设备堵塞、缩短装置运转周期。