[发明专利]生产甲苯二异氰酸酯的列管式撞击流反应器及操作系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产有机异氰酸酯的设备及方法，尤其是涉及一种生产甲苯二异氰酸酯 的列管式撞击流反应器及操作系统。

背景技术

有机异氰酸酯是一种重要的有机中间体，广泛应用于聚氨酯、涂料、染料等工业中。异 氰酸酯主要有：甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚甲基聚苯异氰酸 酯(PAPI)和苯异氰酸酯(PI)等。有机异氰酸酯的生产可分为光气法和非光气法两种路线，其 中工业生产以光气化法为主，即以相应的胺与光气反应制备异氰酸酯。

光气化法生产异氰酸酯的方法可分为气相光气化法和液相光气化法两种。目前已公开的 气相光气化法专利很多，如WO2007014936，CN1458150A，CN101372463A，CN1425647A， US20050113601A1，US20080146834A1，US2003216597A1，CA2258194A等。气相法的特点是 反应物在反应器内的停留时间短，但需要将反应物加热到反应物沸点以上的温度，根据压力 和所采用的胺的不同，反应温度选择200℃～600℃。

液相光气化法是目前工业应用最为广泛的制备TDI的方法，其中包含的主要反应有：

(1)冷光气化

(2)热光气化

(3)副反应有生成物TDI之间的聚合及其与甲苯二胺的反应，反应式为

冷光气化反应(1)具有很快的反应速率，且在较低的反应温度下即可以进行。而生成的中间 产物胺基盐酸盐与光气的进一步反应(2)以及二胺基甲酰氯分解生成异氰酸酯和氯化氢的反 应(3)较慢，因而需要在较高的反应温度下进行。副反应(4)生成的副产物为固体粘稠性 物质，生成量多时会造成反应器的堵塞，使生产无法进行。为此，已公开的专利中多采用两 步法进行异氰酸酯的制备，如CN1194962C，CA813928A，CN101100447A、US20070299279A1、 US2007012577A1等，两步法的优势在于可在第一步中将胺尽可能的消耗完全，减少第二步中 异氰酸酯与胺反应生成脲等副产物的机会。

在有机异氰酸酯的制备过程中，第一步气化反应速率大，因此两种反应原料在第一步光 气化反应器中的混合速率和效果至关重要，它直接关系到异氰酸酯的选择性和操作的稳定性。 第一步光气化反应的反应器即为两股反应物料的混合器。主要包括：动态混合器(如搅拌釜 反应器，定子-转子反应器等)和静态混合器(如喷射反应器、撞击流反应器等)。进行第二 步光化反应的反应器主要有塔式反应器、管式反应器等。

中国专利CN1304927A公开了一种制备一种甲苯二异氰酸酯(TDI)的方法和反应器：采 用喷射反应器完成物料的快速混合及第一步光化反应，其中第一股物料液态光气或溶于溶剂 的甲苯二胺溶液经旋转雾化器雾化成液滴后进入混合器，而另一股物料溶于溶剂的甲苯二胺 溶液或光气由反应器的环隙喷射进入并与第一股物料高速混合，该喷射反应器具有特殊的撞 针结构，该专利认为采用喷嘴不存在堵塞的问题，但该结构较为复杂。从喷射反应器出来完 成第一步光化反应的反应物料进入塔式反应器中进行第二步光化学反应并回收过量的光气。

中国专利CN1830540A公开了一种液膜撞击式喷射反应器，该喷射反应器包括两个反应混 合区，其中在第一混合区内两股或两股以上的流体通过厚度为几个毫米的缝隙形成的液膜后 进行撞击与快速混合与反应，而在第一混合区内未混合完全的物料进行第二混合区内进一步 混合与反应。该专利未对该反应器用于异氰酸酯生产的效果进行描述。

世界专利WO2009002900-A3公开了一种制备甲苯二异氰酸酯(TDI)的方法，该方法采 用高剪切设备将气态光气高度分散于液态甲苯二胺中，所形成的光气气泡直径可达微米或亚 微米级，分散液随后进一步发生反应制备甲苯二异氰酸酯(TDI)，所公开的高剪切装置为一 种一级或多级转子-定子系统。采用这种方法，由于混合过程中不可避免的存在着局部高温， 可能难以避免副产物如脲等的生成。