[发明专利]一种用于制备戊二异氰酸酯的喷射回路反应器及其使用方法

说明书

本发明具体公开了一种用于制备戊二异氰酸酯的喷射回路反应器及其使用方法。该喷射回路反应器包括喷射混合器、液相进料管、气相进料管、循环泵、气液分离器、列管式换热器、接收器、取样管。本发明设计的喷射回路反应器，特别是喷射混合器的设计，喷射混合器使得气液固三相高效强混，喷射混合器内的气泡粒径平均小于0.4mm，气液混合冲击管道内的气泡粒径平均小于0.1mm，气液在整个回路中混合传质，喷射回路反应器中的流体负载反应液体含气量体积比达不低于30%，显著提高了反应效率，提高了生产能力，降低生产成本，原料采用1,5‑戊二胺碳酸盐代替1,5‑戊二胺，有效解决1,5‑戊二胺与氯化氢不规则成盐易结块堵塞的问题。

技术领域

本发明属于有机化工领域，具体涉及一种用于制备戊二异氰酸酯的喷射回路反应器及其使用方法。

背景技术

DESMODUR® eco N7300是德国科思创公司最新开发的新型生物基固化剂，适用于聚氨酯涂料。这种固化剂70%的碳含量由可再生原料生成，是第一种具有较高可再生生物基含量的固化剂。它的基础原料是1,5-戊二异氰酸酯，英文简称PDI。1,5-戊二异氰酸酯是近三十年来第一种获得充分开发并实现生产的生物基脂肪族二异氰酸酯，是聚氨酯化学的革命性创新。

目前报道的1,5-戊二异氰酸酯制备方法主要有光气法和非光气法，其中光气法有冷热两步光气化法和一步高温高压法两种。例如，2011年日本三井化学株式会社（WO2011108473）报道了采用冷热两步光气化法和非光气的氨基甲酸酯法制备PDI。其中冷热两步光气化法是在60℃以下，1,5-戊二胺与光气反应生成1,5-戊二氨基甲酰氯及1,5-戊二胺盐酸盐，然后在120～180℃下，1,5-戊二氨基甲酰氯脱氯化氢得到PDI。冷热两步光气化法是工业上经常采用的方法，但在这种体系中光气的气泡粒径较大，一般达到3mm以上，传质系数低，易发生副反应生成脲，增加了产品纯化难度，收率较低；非光气的氨基甲酸酯法是在金属盐催化剂的作用下，1,5-戊二胺与N-无取代氨基甲酸酯反应生成1,5-戊二氨基甲酸酯，然后在100～350℃下分解生成PDI，这种方法副反应产生氨，且后处理萃取分离操作较繁杂，生产成本较高。

2015年德国科思创（CN106715384A）报道了一步高温高压气相法制备PDI。分别将光气与1,5-戊二胺加热至230～320℃，然后这两个物料流与惰性气体流进入气相反应器混合制备PDI。这种方法优点是可以有效减少副产物的产生，可实现连续化生产。缺点是这种方法必须保证光气过量很多倍，回收大量光气的整套设施造价十分高昂，1,5-戊二胺气化装置高温下易积聚大量焦炭，清理气化装置难度大。

近年来，高效能反应受到了广泛关注，1935年Mertes A T等人（US2128311）首先发现了射流现象可应用于气液混合反应，开拓了喷射式反应器在化工领域的应用。例如，2010年潘国平等人（CN200910228980.X）报道了利用喷射环流反应器制备异氰酸酯的方法，这种喷射环流反应器包括外筒，与外筒同轴心安装的导流筒。将有机伯胺溶解于溶剂中配成混合液，直接通入喷射反应器的上液相喷嘴，光气通入上气相喷嘴和下气相喷嘴，溶剂通入下液相喷嘴，反应后的物料进入气液分离器。这种方法尽管改善了原料间的混合效率，但反应产生的氯化氢极易与原料伯胺成盐，易导致上液相喷嘴堵塞，内环流受阻。

2011年丁建生等人（CN102070491A）报道了基于成盐光气化反应制备苯二亚甲基二异氰酸酯的方法，在成盐反应釜中设有喷射反应器，将苯二亚甲基二胺溶解在溶剂中配成混合液，通入液相喷嘴，氯化氢气体通入气相进料管，二者快速混合得到粒径较窄的胺盐酸盐。这种用喷射反应器成盐的方法，原料苯二亚甲基二胺也易在液相喷嘴处成盐，颗粒不规则的胺盐在喷嘴处积聚易导致液相喷嘴堵塞，且所得盐酸盐颗粒容易结块，需采用离心设备将低浓度的盐酸盐溶液浓缩，然后再进行光气化反应，增加了操作难度。