[发明专利]一种由有机胺光气化制备异氰酸酯的反应系统

说明书

本发明涉及一种由有机胺光气化制备异氰酸酯的反应系统，包括喷射反应器(100)，该喷射反应器(100)包括器体(110)和喷咀(120)，器体(110)上设有引射流体入口(111)和反应器出口(112)，液态的有机胺变成微小液滴与光气在射流卷吸作用下混合并发生光气化反应，生成相应的异氰酸酯产品，反应放出的热量原位补偿有机胺气化过程所需要的潜热，反应后的混合物由反应器出口(112)排出。与现有技术相比，本发明能实现反应体系温度的稳态自适应，避免或缓解因光气化反应放热导致的剧烈温升，获得稳定、适宜的反应温度，不仅能改善反应效果，如提高光气化反应效率，减少副反应，提高异氰酸酯收率等，还可实现光气化反应热的原位利用，避免能量浪费。

技术领域

本发明属于化工技术领域，尤其是涉及一种由有机胺光气化制备异氰酸酯的反应系统及方法。

背景技术

异氰酸酯是一种重要的化工中间体，广泛应用于聚氨酯涂料、染料、胶粘剂、合成革、保温材料及医药领域。到目前为止，异氰酸酯主要通过有机胺光气化法制备，非光气化法无论是在经济效益上还是技术成熟度上短期内都无法与光气化法竞争。

光气化法目前有液相冷热两步法和气相一步法两种。前者发展较早，光气通入高速搅拌的液相有机胺(含惰性溶剂)湍流区，经过冷、热两步光气化反应生成异氰酸酯。为减少脲类等副产物的生成，通常在光气化前加入HCl或CO₂将有机胺的氨基保护起来(造盐反应)，存在工序复杂、反应时间长、生产效率低等问题。气相一步法是近年来发展的新路线，将光气和有机胺气化并过热，然后在气体喷射器中一步光气化生成异氰酸酯，再将反应物料快速急冷至无明显副反应的温度，工艺复杂度及综合能耗有所降低。然而，因反应温度高，副反应增多，气相一步法的产品收率低于液相冷热两步法，副产物形成的焦渣还可能堵塞设备。此外，有机胺在进入反应器前要被气化，耗能巨大。同时，光气化过程为放热反应，反应区温度很高，造成副反应速率和HDI自聚量增加，产品收率降低。

专利CN103360282B和CN103357363B公布的均为液相搅拌釜反应路线生产异氰酸酯，存在工艺复杂，反应时间长，生产效率低等问题。专利CN105431410B公布一种采用包含反应区和布置在其下方的淬灭区的反应器来制造异氰酸酯的方法，其采用的原料胺和光气均为气相，因没有相变过程来吸收反应放热，反应系统温度会因反应放热而大幅升高，产生副反应加剧、产品收率降低等问题，且反应前的液态胺气化过程耗能巨大。专利CN1317262C和CN108290831A公布了一种使用多喷嘴的喷射反应器或管式反应器制备异氰酸酯的方法，其本质也是现将原料胺和光气气化后，在气相中进行光气化反应，因此也存在上述气相一步法面临的共性问题。专利CN107597028A公布一种带有良好换热能力的胺进料管的反应器制备异氰酸酯，这种借助外界冷却介质移除反应热的效率难以与相变热原位吸收反应热相媲美，并且也存在能量浪费。

专利申请CN107899531公开了一种喷射循环反应器以及采用该反应器合成异氰酸酯的方法。通过喷射循环反应器，有机胺与溶剂混合物、氯化氢或光气在喷射器内高效混合反应，然后通过喷射器喷嘴喷出，通过连续的喷射循环反应，实现有机胺类化合物完全反应为异氰酸酯产品。该方法可以使相应的胺和氯化氢或光气快速混合、反应，提高氯化氢或光气的实际利用率，降低光气过量比，缩短反应时间，有效减少副反应的发生，进一步提高有机胺类盐酸盐或异氰酸酯的收率，然而，由于原料在喷射器和反应釜之间进行连续的喷射循环反应，反应热通过反应釜夹套被移除，液相原料在进入喷射器时温度较低，无法被有效汽化，因此不能实现反应热的原位利用，同时反应釜夹套也需要额外的冷量消耗。

至今，工业上应用的无论是液相搅拌釜反应器还是气相喷射式反应器，均不涉及明显的相变过程，因此都不具有利用相变热消纳光气化反应放热的热补偿功能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可避免或缓解因反应放热导致的体系温升，实现反应热的原位利用的由有机胺光气化制备异氰酸酯的反应系统。