[发明专利]制备光气的反应器和方法

说明书

本发明涉及一种通过一氧化碳和氯在固态催化剂存在下的气相反应来制备光气的反应器和方法。

在工业中，光气是通过一氧化碳和氯在固态催化剂(优选活性炭)存在下的催化气相反应来制备的。所述反应剧烈放热；生成焓为-107.6kJ/mol。所述反应一般是在管壳式反应器中使用Ullmanns der technischen Chemie，A 19卷，第413-414页中所描述的方法进行。根据该参考文献，粒径为3至5mm的颗粒催化剂被用于内径为50至70mm的管中。所述反应从40至50℃开始，管中的温度增加至约580℃并随后下降。一氧化碳是以小量过量使用，以便确保所有的氯均反应并获得不含氯的光气。所述反应可在大气压或超大气压下进行，经常在2至5bar下进行，以便能够用冷却水来冷凝光气。

在几乎所有的化学分支中，光气是制备中间体和最终产物的重要助剂。就数量而言，使用的最大领域是聚氨酯化学的二异氰酸酯的制备，特别是甲苯二异氰酸酯和4，4-二异氰酰基二苯基甲烷。

为了经由催化剂管之间的传热介质的循环来更好地移除反应热量，在催化剂管之间安装有偏转板，以便引导传热介质横向地流动至催化剂管上。

用于光气制备的已知的管壳式反应器具有全套的管，以实现反应器内部空间的最大利用。在催化剂管之间，它们具有被保持为相对短的偏转板，即，它们并不伸展至反应器偏转区域中反应器的内壁，而是留下约25至30％的总的反应器横截面的空间，以便限制传热介质的压降，并因此限制用于传热介质的循环泵的操作成本。在偏转区域中，传热介质在催化剂管周围的流动形式从在管上的横向流动改变为沿着管的纵向流动。催化剂管的冷却并不有效，由此导致在偏转区域中的催化剂管上出现腐蚀问题。

WO 03/072237描述了一种制备光气的改进的反应器，其通过避免在偏转区域中的催化剂管上出现腐蚀问题而使得比横截面负载增加并因此可能具有更高的容量。为此，WO 03/072237提出了一种反应器，其具有一束催化剂管和多个偏转板，所述一束催化剂管被布置为在反应器的纵向上彼此平行并且它们的末端通过位于反应器的两个端部的每一个处的帽被固定在管板中，所述多个偏转板被布置为垂直于反应器的纵向方向并处于催化剂管之间的中间空间内，且在反应器内壁的交替相对侧面上具有开口，其中催化剂管被填充有固态催化剂，气态反应混合物从反应器的一个端部经由帽穿过催化剂管并且从反应器的相对端部经由第二帽离开，液体传热介质穿过催化剂管周围的中间空间，并且反应器在开口区域中不具有管。

然而，已发现，对于具有较大直径的反应器，特别是反应器直径为约3m以上，随着反应器直径的增加，在反应器横截面上从位于反应器内壁处的一个开口至位于反应器内壁处的相对开口流过壳内空间的传热介质所经受的压降变得太大。此外，传热介质的损失和因此在由于制造原因而存在的催化剂管的外壁和偏转板之间的间隙上方的压降也变得太大。因此，用于传热介质的泵的费用变得太大。

此外，在反应器的内壁上的两个相对开口之间的反应器横截面上的大的压降导致在催化剂管和传热介质之间的界面上的传热系数的较大差异，这可使得在反应器横截面内具有良好热传递的区域和具有较差热传递的区域之间出现1∶2的因数。结果，在具有较差热传递的区域中的催化剂管冷却较差。然而，由于催化剂管具有——取决于所使用的材料(特别是双炼钢(duplex steel))——最大操作温度，该最大操作温度通常在约160至200℃的范围内，特别是170至180℃，且不准被超过，否则材料的腐蚀会极大地增加，所以具有较差热传递的区域限制通过量并因而限制反应器的容量。

鉴于现有技术，本发明的目标是提供一种技术上简单且巧妙的方案，其允许用于光气制备的具有超过2m或甚至超过3.5m的大反应器直径的工业反应器在比已知反应器大的生产量下操作，而不必增加传热介质的循环量，同时通过使催化剂管和反应器横截面上的传热介质之间的界面处的传热系数一致而减少腐蚀问题。