[发明专利]一种加热器、该加热器的用途和应用该加热器制备异氰酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热器，该加热器用于将气流中含有的液滴加热气化的用途，还涉及应用该加热器制备异氰酸酯的方法。

背景技术

伯胺与光气在气相中反应制备异氰酸酯的方法已为人们所熟知。在该方法中，伯胺需经过气化后进入气相光气化反应器中，与光气进行反应生成异氰酸酯，而伯胺的气化效果对于反应产物的影响非常显著。

在实际工业生产操作中，伯胺的气化过程容易出现气化不完全的问题，气化后形成的胺气流中存在未气化的胺液滴。若没有对应的措施消除这些胺液滴，它们将随着胺气流进入气相光气化反应器中，产生不利后果。一方面由于胺液滴粒径较大，受热不均，液滴表面的胺分子与光气反应生成异氰酸酯，而内部的胺分子在高温下则发生碳化反应生成积碳和氨气，而氨气则与氯化氢(胺与光气反应生成的产物之一)反应生成固体氯化铵，积碳和氯化铵均容易导致反应器及管线堵塞，需经常清理，从而缩短装置的运转周期；另一方面这些液滴内部的胺分子与液滴表面生成的异氰酸酯之间容易发生不希望的副反应，导致反应产物中重组分杂质增多，收率下降。

目前消除胺气流中含有的胺液滴一般有两种方法，一是通过气液分离除去液滴，这种方法一般存在较大的压力损失；二是将通过加热的方式将胺液滴气化而获得不含胺液滴的胺气流，但现有的加热方法存在压力损失大，加热不均匀等问题。消除胺气流中含有的胺液滴的过程中，若压力损失较大，会导致胺气化过程压力升高，所需的气化温度升高，而气化温度的升高易导致胺裂解生成氨气；生成的氨气进入光气化反应器后，与氯化氢(胺与光气反应生成的产物之一)发生反应，生成固体氯化铵，容易导致反应器内壁及后续管线堵塞，缩短装置运转周期。而采用加热方式通常存在加热温度不均匀问题，容易出现局部加热温度过高或过低的情况，还可能出现某些局部加热温度过高而另外某些局部加热温度过低同时存在的情况。局部加热温度过高会导致胺液滴消除过程中胺液滴内部的胺分子发生碳化反应，生成积碳和氨气，堵塞设备；而局部加热温度过低则易导致胺气流进入光气化反应器后，部分胺分子由于达不到气相光气化反应所需的温度而与已反应得到的异氰酸酯反应形成重组分。

专利文献EP1935876A1中，在进入反应器前生成基本无液滴的胺气流，使反应器的连续运转时间明显增加。该专利文献指出，胺气流中胺液滴的消除可以通过在胺气化和过热系统之间设置液滴分离器，以及/或者气化装置本身也有液滴分离器的功能来实现，并提及产生较小压力损失的液滴分离器为优选。然而，该方法对于大规模工业化进行气相光气化反应是不利的，因为液滴分离器的压力损失会随着体积流量的增加而急剧上升，在同样的压力损失下，在高体积流量下液滴分离器的胺液滴分离率要低于低体积流量，胺液滴消除效果差；而如果采用增加压力损失的方式增大液滴分离器的胺液滴分离率，又会导致胺气化过程压力升高，导致上文所述的设备堵塞，缩短装置运转周期。

专利文献CN102471242A中提出一种消除胺气化后存在的未气化的液滴的方法，该方法使气化后的胺气流经过或不经过液滴分离器除去大部分液滴后得到的含有少量液滴的胺在导向反应器的进料管中过热，并要求过热过程的停留时间大于0.01秒，以促使其中的液滴气化，最终形成完全气化的流股。进料管的加热可通过管束换热器或加热的管道之类设备进行。但是在实际操作过程中，若使用液滴分离器，将存在较大的压力损失，导致上文所述的设备堵塞、缩短装置运转周期；若不采用液滴分离器而直接在进料管内过热，由于贴近进料管管壁的物料比管道中心的温度高得多，加热不均匀，贴近管壁的胺气流中胺液滴内部的胺分子在高温下发生碳化反应，生成积碳和氨气，而管道中心的胺气流温度若较低，进入光气化反应器后会生成重组分；另外，为了将胺气流中的胺液滴充分气化，用于过热的进料管势必较长，因而延长了胺气流在高温下的停留时间，容易引起胺的裂解生成氨气，进而导致反应器中生成更多的氯化铵而加速下游设备的堵塞，缩短装置运转周期。

专利文献CN101912751A公开了一种以惰性无机导电材料制作的胺气化器，其中惰性无机导电材料具有不规则的微孔通道，液态胺被雾化分散为液滴后进入该胺气化器进行气化。该气化器用于雾化后的胺液滴的气化，而非用于气化后胺气流中含有的胺液滴的消除；即使将该气化器用作消除胺气流中含有的胺液滴的加热器，由于该气化器的主体采用的是微孔通道结构，通道较长，孔隙率低，因而胺液滴气化过程产生的压力损失会比较大，易导致上文所述的设备堵塞，缩短装置运转周期。