[发明专利]一种用于制备环状膦酸酯的连续管式反应设备

说明书

本发明涉及膦酸酯合成技术领域，公开了一种可用于制备环状膦酸酯的连续管式反应设备以及环状膦酸酯的制备方法。该连续管式反应设备包括前反应段和后反应段；前反应段包括若干管式反应器和至少一个设于管式反应器下游的蒸馏或分馏装置；后反应段包括设于前反应段下游的催化型管式反应器，催化型管式反应器的内壁具有通过原子层沉积工艺负载的催化剂。所述连续管式反应设备装配有可阶梯升温的若干管式反应器以及可催化酯交换的催化型管式反应器，可用于连续制备环状膦酸酯，整个制备工艺能耗低且生产效率高。

技术领域

本发明涉及膦酸酯合成技术领域，具体的说是一种用于制备环状膦酸酯的连续管式反应设备。

背景技术

环状膦酸酯主要作为添加成分应用于添加型的聚合物体系阻燃，亦可应用于反应型聚合物阻燃。由于环状膦酸酯在生产制造过程第一步化学反应在反应过程中有大量的氯化氢气体不断释放，反应时间长，整个反应体系需要在制冷的情况下减少副产物的堆积，因此易于产生副产物导致生产工艺控制要求较高；在第二步化学反应过程中需要添加缩合反应催化剂，由于反应温度高，反应物遇到氧气容易发黄，需要在高纯惰性气体保护下进行。在第一步反应过程中需要低温进行；第二步需要高温且惰性气体保护下反应16小时后真空脱溶剂。在这种间歇式反应中升温和降温时间较长，能源消耗较多，同时生产效率较低。

针对第一步化学反应中的问题，公开号为CN 109593103 A的专利采用三羟甲基丙烷和三氯化磷为原料制备得到乙基双环亚磷酸酯，使用负压移除氯化氢气体，并且将原料制成悬混液，以滴加的方式进行加料操作。该方法虽然原料成本更低，产率有所提高，但是反应前期需要对原料进行零下预冷，反应进行中，整个体系需要进行负压处理，装置最后要加装两级吸收装置，耗能量显著增大，负压条件下物料损失增多，装置成本升高。

针对第二步化学反应中的问题，公开号为CN 111377967 A的专利中采用三羟甲基丙烷和亚磷酸三甲酯为原料，依次经酯交换、重排反应制备得到环状膦酸酯，并使用苯磺酸甲酯系列催化剂进行催化，相较于传统工艺，反应更迅速，但是该方法制备得到的产品中含有25％的甲基膦酸二甲酯，且催化剂为均相催化剂，混入产品中不易分离，会影响产物的纯度。

同时，现有技术多采用的是间歇式反应工艺制备环状膦酸酯，升温和降温时间较长，能源消耗较多，且相较于连续反应工艺，生产效率较低。

发明内容

针对现有技术中间歇式环状膦酸酯制备工艺存在能耗高生产效率较低的技术问题，本发明的目的在于提供一种可用于连续制备环状膦酸酯的连续管式反应设备、催化型管式反应器的催化剂负载方法以及环状膦酸酯的制备方法。所述连续管式反应设备装配有催化型管式反应器，可用于连续制备环状膦酸酯，整个制备工艺能耗低且生产效率高。

本发明的目的之一在于提供一种可用于制备环状膦酸酯的连续管式反应设备。

所述连续管式反应设备包括前反应段和后反应段；

所述前反应段包括若干管式反应器和至少一个设于所述管式反应器下游的蒸馏或分馏装置；

所述后反应段包括催化型管式反应器，所述催化型管式反应器的内壁具有通过原子层沉积工艺负载的催化剂。

较佳的，所述催化剂为钽酸盐、铝酸盐和钛酸盐中的一种或多种。优选钽酸钠、铝酸钠、钛酸钠、钽酸钾、铝酸钾或钛酸钾。

较佳的，所述连续管式反应设备还包括混合单元和分离单元；所述混合单元位于所述前反应段和/或所述后反应段的入口段或入口段之前，所述分离单元位于所述前反应段和/或所述后反应段的出口段之后。

所述前反应段包括一个管式反应器或者多个管式反应器，优选两个及以上管式反应器，以此可进行分段升温反应。