[发明专利]套筒分布式气相光气化反应器及用于合成异氰酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连续操作，满足适度混合需要的气相光气化反应器，特别是一种套筒 分布式光气化反应器及用于合成异氰酸酯的方法。

背景技术

早在1948年以前，气相非催化合成异氰酸酯的方法就已经被发现(J.H.Saunders，R.J. Slocombe.Chemical Reviews，1948，43(2)：203-218)，随后，出现了气相光气化反应器 的专利GB1165831A(ICI Ltd.1969-10-01，)，公开了一种带有搅拌浆的管式反应器。但因 气相光气化反应的温度高于150℃，反应中生成的固体物质极易附着在器壁上，严重时甚至 堵塞通道，既降低了产物收率，又难以实现连续化生产，此项技术就此搁置了二十余年，取 而代之的是液相光气化法。直到1988年，德国拜尔公司改进了反应条件，进一步提升反应温 度，采用带中央喷嘴和周边环隙的管式反应器，在雷诺数大于4700的湍流条件下，300～500 ℃反应，获得了高的产物收率(Bayer AG.1988-11-09，EP0289840B1)。从此，气相光气化 技术受到高度重视。2006年，拜尔公司宣布，已研发出气相法TDI生产新技术(pioneering technology)，与液相法相比，溶剂使用量减少近80％，节能近40％，投资成本降低约20％。

气相光气化反应器是气相法异氰酸酯生产的核心装置，防止固相副产物在反应器内沉积， 近而提高异氰酸酯的收率，是反应器设计和操作所追求的目标。高温气相反应中，固体物质 的产生源于两种途径，分别是异氰酸酯进一步转化生成异氰酸酯的氨基盐酸盐和脲的低聚物， 以及生成碳二亚胺和异氰脲酰亚胺，这两种途径都与胺和异氰酸酯的深度转化有关。当短停 留时间，有返混存在时，主要发生第一种途径的副反应，停留时间延长，将导致第二类副反 应的发生。所以设计气相光气化反应器的关键是控制好流体的停留时间分布。US5449818A (Bayer AG.1995-09-12)提出反应器应保持在活塞流条件下操作，在4倍管径距离内，原 料混合应达到10^-3离析度，管内流体流动的雷诺数大于4000，反应时间0.5～5秒。EP0593334B1 给出了相似的技术要求(Rhone Poulenc Chimie.1994-04-20)。

除此之外，反应温度对气相光气化反应的影响亦十分显著，以TDI合成为例，主反应为：

C₇H₁₀N₂(g)+2COCl₂(g)＝C₉H₆N₂O₂(g)+4HCl(g)

反应表现出较强的放热特征，其标准状态下，反应热与温度的关系绘于附图3。

为了确保主反应的顺利进行，控制反应速度，并及时地移出反应热就显得十分重要，通常 采用的是加入稀释剂的方法。可选用的稀释剂有：氮气、氩气、苯、甲苯、二甲苯、一氯苯， 邻二氯苯等。

专利公开的气相法异氰酸酯合成的光气化反应器分为两大类。一类是平行流喷嘴管式反应 器，另一类则是非平行流喷嘴式反应器。两者的差别在于，两股反应物料初始混合时的接触 方式。前者是为了减少返混，后者强化了混合。

平行流喷嘴管式反应器有：EP0699657B1(Rhone Poulenc Chimie.1996-03-06)的同轴 式喷嘴；CA2258194A1(Bayer AG.1999-07-09)的微结构式喷嘴；EP1275639B1(Bayer AG. 2003-01-15)的文丘里式喷嘴；WO03045900A1(BASF AG.2003-06-05)的宽高比大于2∶1 的板式反应器，内设多孔分布器；EP1362847A2(Bayer AG.2003-11-19)的带有中央喷嘴和 环形通道的管式反应器；EP1319655B1(Bayer AG.2003-06-18)的中央小孔喷射气体分布方 式；CN1310875C(BASF AG.2005-09-28)的中等压力下操作的板式反应器；US2005113601A1 (Bayer Material Science.2005-5-26)的带中央喷嘴和涡流发生器的管式反应器； US2005137417A1(Bayer Material science AG.2005-06-23)的带有导流夹套的管式反应器