[发明专利]一种釜式反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法

说明书

本发明涉及一种釜式反应器串联管式反应器合成四甲基碳酸氢铵的方法；通过釜式反应器串联管式反应器合成四甲基氢氧化胺的电解原料四甲基碳酸氢铵。将原料碳酸二甲酯、三甲胺和溶剂甲醇通过泵打入反应釜，利用反应热把物料加热到反应温度进行反应，多余的反应热通过冷却器移出，通过反应系统自身产生的压力，把物料压入后续的管式反应器继续反应，从管式反应器出来的物料进入两级降膜蒸发器，在第一级降膜蒸发器回收反应系统的溶剂以及未转化的原料，在第二级降膜蒸发器进行甲基碳酸酯四甲基铵水解反应，并同时进行蒸发回收反应生成的甲醇。本发明操作压力低，合成方法、设备简单，占地面积小，动力消耗低，节约投资，可连续化生产，产品质量稳定。

技术领域

本技术涉及一种通过釜式反应器串联管式反应器合成碳酸氢四甲铵的方法，属于有机合成领域。

背景技术

四甲基氢氧化胺又称氢氧化四甲基胺(TMAH)，是一种碱性最强的有机碱，TMAH作为显影液和刻蚀剂，以及集成电路化学机械抛光(CMP)过程超纯清洗剂，主要用于集成电路(IC)行业、液晶显示器行业(FT-LCD)、光电子行业。

四甲基氢氧化铵经过三步合成。第一步季铵化反应，以三甲胺和碳酸二甲酯为原料在溶剂甲醇中通过季铵化反应制备甲基碳酸酯四甲基铵；第二步水解反应，甲基碳酸酯四甲基铵遇水发生水解反应生成为碳酸氢四甲铵(TMAB)；第三步电化学反应，以碳酸氢四甲铵为原料在电解槽中通过离子膜电解制得氢氧化四甲基铵。

碳酸氢四甲铵合成的具体反应步骤为：首先三甲胺与碳酸二甲酯季铵化反应生成甲基碳酸酯四甲基铵，然后在水的存在条件下进行水解，反应获得四甲基碳酸氢铵，其化学反应方程式如下：

专利CN101314572A公开了一种管式反应器连续制备碳酸氢四甲铵的方法，将原料碳酸二甲酯、三甲胺和溶剂混合预热后，通过管式反应器进行反应制得碳酸氢四甲铵，该专利仅提到了溶剂通过回收循环利用，具体如何回收专利没有涉及。单独通过管式反应器来制备TMAB，其缺点主要有(1)合成反应是一个放热反应，进反应器的原料需要预热到一定温度才能反应，物料预热需要消耗蒸汽；(2)反应热平稳移出困难，管式反应器最大的特点是反应物料在流动方向上不发生返混，管式反应器进口段，反应的浓度高，反应速度快，反应放出的热大，管式反应器末端，大部分反应物已经转化，反应物料浓度变小，反应热放出的很少，这导致反应器热交换装置设计复杂，反应热的平稳移出困难。(3)反应系统的压力高，设备造价高。反应系统的压力主要受到反应系统中沸点低的组分三甲胺分压决定，管式反应器进口，原料的转化率为零，三甲胺分压高，从而导致整个反应系统的压力高，设备造价高。

专利CN10992055B公开了一种通过多釜串联反应器连续制备四甲基碳酸氢铵的方法。多釜串联连续釜式反应器反应器虽然克服了单独使用管式反应器的一些缺点，通过把原料加入到已经达到一定转化率的反应混合物中加料方式，降低了反应混合物中三甲胺的浓度，降低了反应系统的压力；原料与处于一定反应温度的直接混合，原料不需要预热，节省了蒸汽消耗；反应系统中原料浓度变随原料加入量的变化变化缓慢，反应过程平稳，便于连续化运转。但是它也存在缺点，如得到相同转化率时，所需反应器的容积大，需要多个釜串联，设备投资大，反应器占地面积多。

针对现有技术的不足和局限性，本发明通过对实际工业生产制备方法的研究，发明了一种釜式反应器串联管式反应器合成碳酸氢四甲铵的方法，该方法投资成本低，占地面积少，节省蒸汽，具有较好的经济效益。

发明内容