[发明专利]循环列管式反应器串联管式反应器制备四甲基碳酸氢铵的装置及方法

说明书

本发明公开了一种循环列管式反应器串联管式反应器连续制备四甲基碳酸氢铵的装置及方法；原料碳酸二甲酯、三甲胺和溶剂甲醇通过进料泵连续进入循环罐，混合后物料再通过循环泵与从循环列管式反应器溢流出的物料共同打入列管式反应器，在反应器的管程，碳酸二甲酯和三甲胺在溶剂甲醇中进行反应，反应过程放出的反应热经壳程中冷却介质被带走，大部分物料进行循环，小部分物料通过反应系统自身产生的压力进入管式反应器继续反应，完成反应后的物料进入降膜式蒸发器进行甲醇溶剂的回收和碳酸氢四甲铵产品的采出。本发明反应系统操作压力低，大部分转化反应在循环列管反应器中进行，反应热可以用来产生低压蒸汽；整套设备可连续化生产，产品质量稳定。

技术领域

循环列管式反应器串联管式反应器连续合成TMAH电解原料四甲基碳酸氢铵的方法，属于有机合成领域。

背景技术

氢氧化四甲胺又称四甲基氢氧化胺(TMAH)，分子式为(CH₃)₄NOH，是一种最强的有机碱，TMAH主要用于集成电路(IC)行业、液晶显示器行业(FT-LCD)、光电子行业的显影液和刻蚀剂，集成电路化学机械抛光(CMP)过程超纯清洗剂，因此它通常被称为电子化学品。它在一般的工业领域也有着非常广泛的用途，例如：其可作为有机硅系列产品合成中的催化剂，可用于聚脂类聚合、纺织、塑料制品、皮革等行业。

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；第三步电化学反应，以碳酸氢四甲铵原料在电解槽中通过离子膜电解制得氢氧化四甲基铵。

具体的反应为：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，反应获得碳酸氢四甲基铵，其化学反应方程式如下：

然后以碳酸氢四甲铵为原料在电解槽中通过离子膜电解制得TMAH。阳极室和阴极室分别进行如下反应：

阳极室：OH_e→1/4O₂+1/2H₂O

阴极室：

H⁺+e→1/2H₂

总反应方程式：

专利CN101314572A公开了一种管式反应器连续制备四甲基碳酸氢铵的方法，将原料碳酸二甲酯、三甲胺和溶剂混合预热后，然后通过管式反应器进行反应制得四甲基碳酸氢铵，该专利仅提到了溶剂通过回收循环利用，具体如何回收溶剂专利没有涉及。单独通过管式反应器来制备TMAB，有许多缺点，如反应系统的压力高，设备投资高；原料预热需要消耗蒸汽；反应热的及时移出困难，反应系统不能平稳操作。

我们前面授权专利CN10992055 B公开了一种通过多釜串联连续釜式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反应混合物中的加料方式，降低了反应混合物中三甲胺的浓度，同时降低了反应系统的压力；原料与处于一定反应温度的物料直接混合，不需要进行预热，因而节省了蒸汽消耗；反应系统中原料浓度变化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。但是它还存在诸多缺点，例如所需反应器容积较大，需要多釜串联，设备数量多，设备投资成本高，反应器占地面积大，反应最终转化率低。

发明内容