[发明专利]一种气相光气化反应器及其在有机异氰酸酯合成中的应用

说明书

技术领域

本发明属于反应器领域，具体涉及一种气相光气化反应器及其在有机异氰酸酯合成中的应用。

背景技术

在有机异氰酸酯合成领域，气相光气化反应工艺正在逐步趋于成熟，并且已经在甲苯二异氰酸酯(TDI)以及脂肪族异氰酸酯(ADI)领域实现规模化生产。但气相光气化工艺作为新兴工业技术仍然存在诸多需要改进的技术细节。反应器的设计作为气相光气化工艺的技术核心部分尚存以下几个较为显著的问题：

1.在气相光气化反应工艺中，反应器的核心部分是其顶部安装的混合器。在采用气相光气化化反应工艺合成有机异氰酸酯的过程中，通常会因为混合器出口位置累积黑色泡沫状碳化物质而被迫中止反应，然后需要全线停车，用氮气补充系统压力，降温，打开反应器顶部进行清理。这样即会降低装置的运行效率和产能，增加能耗和维护成本，同时影响产品质量的稳定性；2.通过工业化实验证明，气相光气化反应工艺可以广泛的应用于甲苯二异氰酸酯(TDI)以及脂肪族异氰酸酯(ADI)的生产。但不同异氰酸酯产品的合成条件对混合器的结构要求不同，因此每次切换目标产品都需要更换混合器。在当前技术水平下，混合器在较小的尺寸空间内集成了光气和有机胺的管口，导致设备加工复杂、安装空间狭小、伴热保温困难、设备笨重、拆装难度较大、设备调整不灵活。常常因为一个小小的损伤或改动就会废弃整个混合器；3.由于反应器本体是垂直安装的夹套管，夹套内是大流量的导热熔盐流体，而液态导热熔盐的密度较大，高密度大流量的冲刷造成了设备不停的抖动，导致反应区域流场扰动和设备疲劳，同时也对生产稳定性造成了不良影响；4.由于反应器本体是垂直安装的夹套管，夹套内是大流量的导热熔盐流体，而导热熔盐通常都含有一定量的游离氯(对不锈钢有一定的腐蚀作用)，再加上高温流体冲刷，设备局部减薄的问题较为明显，而夹套内的壁厚检测难度也比较大，这在生产装置长周期运转中形成了较大的隐患；5.反应器本体尺寸较大，开车前的预热通常需要使用笨重而昂贵的大功率铠装电加热，存在投资大、故障率高、运行和维护成本高的问题。

发明内容

本发明为解决现存问题提供了一种气相光气化反应器及其在有机异氰酸酯合成中的应用，本发明将混合器分解为多个独立的组装件，工作更加安全、简单方便，在混合器外壁和反应器本体内壁之间预留了环隙，提高了装置运转效率和产能。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种气相光气化反应器，包括：反应器本体和混合器本体，其中：所述反应器本体顶端设有盖板，所述反应器本体由内层管、中间层管和反应器外层管将反应器本体由内到外分为中心腔体、中间夹层和外层夹套三层通道，所述中心腔体为反应混合气体通道，所述中间夹层为导热熔盐通道，所述外层夹套为中压蒸汽通道，所述内层管顶部水平连接高温光气入口，所述内层管底端设有反应器分段出口，所述高温光气入口被包裹在中间夹层的顶端，所述高温光气入口处的中间层管上设有导热熔盐夹套出口，所述中间层管的底端设有导热熔盐入口，所述外层夹套的顶部连接中压蒸汽入口，所述外层夹套的底部设有中压蒸汽出口；所述混合器本体穿过反应器盖板位于反应器本体内层管的中心腔体，所述混合器本体外壁和反应器内层管的内壁之间预留了环隙，所述环隙厚度为反应器内层管直径的0.5％-12％，所述混合器本体外壁与高温光气入口相通，所述混合器本体包括有机胺和惰性气体的混合气体通道管和混合器衬套，所述有机胺和惰性气体的混合气体通道管上端设有有机胺和惰性气体的混合气体入口，所述有机胺和惰性气体的混合气体通道管位于混合器内部并穿过反应器顶部盖板，所述有机胺和惰性气体的混合气体通道管和混合器内壁之间为气相光气通道，所述混合器本体外壁套有混合器衬套，所述混合器衬套内部水平设置两个限位支撑件，所述有机胺和惰性气体的混合气体通道管位于混合器内部并穿过混合器衬套内置的限位支撑件。

所述反应器顶部盖板上下分别设有混合器密封垫片和反应器密封垫片。

所述反应器本体的内层管和中间层管的材质为相同的耐腐蚀金属，从而保证相同的热膨胀系数，消除内层和中间层的热应力。为了降低设备投资，反应器的外壁蒸汽夹套层可采用高温碳钢材质，但需要在中间部位设置至少一个膨胀节。此处应该强调，即使蒸汽夹套层采用和内层相同的材质，其中间部位也必须设置至少一个膨胀节，因为生产过程中蒸汽层为空，其温度要低于另外两层，热膨胀距离不同。

所述内层管外壁底端设有堆焊防护层，所述堆焊防护层位于导热熔盐入口处，所述堆焊防护层的高度和曲线方向应引导导热熔盐快速切入平滑曲线流向。