[发明专利]一种聚磷酸制备工艺及其生产控制方法

说明书

技术领域

本发明属于磷化工技术领域，涉及聚磷酸制备方法及设备，特别涉及一种用磷酐溶解法制取聚磷酸的制备工艺及其生产控制方法。

背景技术

聚磷酸应用于很多工业领域，有机合成催化剂、脱水剂、环化剂、沥青化学改性剂、燃料电池的电解质、合成纤维聚合溶剂和反应媒介，也用于有机颜料、磷酸酯、润滑油添加剂、表面活性剂、阻燃剂等制备。

聚磷酸有四类制备方法：

(一)正磷酸脱水法

英国专利GB1059787、GB1325936、GB1601474、法国专利FR2570286和美国专利US3440010、US4551319、US6616906等一系列文献均涉及采用正磷酸为原料，直接或间接的方式加热脱除正磷酸游离水，直至正磷酸分子间脱水而产生聚磷酸，由于正磷酸随着浓度升高沸点、粘度剧急上升，使得该方法需较高能源费用。另外，高温磷酸强腐蚀性，要求较高材质的结构材料。

美国专利US2839408中提出，采用100％浓度的正磷酸为电解液电解，产生如下反应：4H₃PO₄→2H₄P₂O₇+2H₂+O₂，通过正磷酸分子间脱水产生氢和氧，虽然该方法能在室温条件下进行，但电解仍消耗较高电能，而且会由于氢还原作用使产品中含有低价态磷酸(如亚磷酸)。

(二)离子交换法

美国专利US6268494中涉及一种采用碱金属聚磷酸为原料，用其水溶液通过强酸型离子交换树脂层，产生聚磷酸，饱和离子交换树脂采用强酸再生并用去离子水洗涤，该工艺产生聚磷酸浓度较低，聚磷酸稀溶易产生水解反应成正磷酸，此法生产费用较高。

(三)元素磷燃烧水合法

美国专利US4309394和文献″M.M.striplin，Jr.，“polyphosphoricAcid，Production Furnace Methods，”phosphoric Acid，vol.I，part II，MarcelDekker，Inc.，NewYork，1968，pp.1010-1011.”(炉法生产聚磷酸.《磷酸》)中描述

采用元素磷在过量空气流中雾化燃烧，产生含五氧化二磷气体用循环磷酸吸收，在控制水加入量条件下产生聚磷酸，该方法吸收温度较高，要求较高腐蚀防护，适用于聚磷酸单品种大规模生产。

(四)磷酐溶解法

在“R.F.Jameson，J.chen.soc.，No.2，1959 PP.752-759”和“V.A.Platonov.“Properties of polyphosphoric acid，”FibreChemistry，Vol.32，No.5，2000 PP.22-25”(聚磷酸的性质.《纤维化学》)等文献中描述采用磷酐为原料，使其溶解于正磷酸、低浓度聚磷酸、水等液相中，磷酐产生一系列水解反应产生聚磷酸，该方法简单方便，适用于聚磷酸多品种多规格商业化生产。

中国专利CN101269805A中提出一种首先采用正磷酸减压浓缩，再在浓缩酸中溶解磷酐的联合方法，该该方法虽然能减少磷酐的使用量，但是由于需加热正磷酸和减压操作，仍需消耗能量，且由于两个过程分别进行，以致整个制备的时间大为延长。

聚磷酸在磷酸酯、化妆品原料、有机颜料等制造应用领域，要求极低的重金属含量和较高透光率。在磷酐溶解法中，由于磷酐水合放出大量热量，使料液温度不断上升，虽然可采用间接方式冷却料液，但是另一方面随着料液浓提高，物料粘度急剧上升，又影响传质和传热。若在较低温度下操作，使磷酐溶解变得极其困难，特别是超过105％(H₃PO₄，重量比)以后聚磷酸尤为突出，希望提高温度来降低粘度，提高生产效率，一般情况下磷酐溶解在130℃-230℃之间操作，因为易于腐蚀使该生产设备接触物料材质变得尤为重要。