[发明专利]一种制备二异氰酸酯的方法及其装置

说明书

本发明公开了一种低温气相法制备二异氰酸酯的反应器及方法，管式反应器包括管式壳体、外部夹套及位于壳体顶部的布气设备，壳体上设置有至少一组均匀分布的进料喷嘴，一组进料喷嘴包括至少一个光气进料喷嘴和至少一个二胺进料喷嘴，反应物料通过喷嘴喷出后在中部撞击区相互撞击，增强反应效果，布气设备位于壳体顶部、进料喷嘴上部，惰性介质通过布气设备均匀分布后在壳体顶部折射至撞击反应区，降低反应区温度及浓度，通过反应器，可以强化光气及胺类混合，惰性介质连续稀释，及时移走反应放出热量，减少高温下副产的生成，控制管式壳体各区域壁面温度减少壁面结焦物，提高反应收率，延长反应设备的运作周期。

技术领域

本发明属于有机化工领域，涉及异氰酸酯的制备方法及其装置，具体涉及一种低温气相高效反应器以及采用该反应器通过气相光气化过程制备异氰酸酯的方法。

背景技术

异氰酸酯是一类含有-N＝C＝O官能团的有机化合物，二异氰酸酯是指含有两个该官能团的化合物，二异氰酸酯一般都具有很高的反应活性，极易与含有活泼氢的化合物发生反应，是一种重要的有机合成中间体。自1849年Wurtz首次制备出烷基异氰酸酯以来，人类一直在探索各种具有特殊结构和性能的异氰酸酯产品以及开发各种制备异氰酸酯的方法。

目前二异氰酸酯产品主要包括芳香族类、脂肪族类和脂环族类，脂肪族类和脂环族类异氰酸酯统称为ADI类异氰酸酯，近年来ADI类异氰酸酯产品的需求加大，该类产品发展较快。ADI类异氰酸酯品种主要有异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、苯二甲基二异氰酸酯(XDI)、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)等。

气相光气化法来制备二异氰酸酯在20世纪40年代就有报道，气相反应过程常常在管式反应器内进行，其具有反应速率快，光气滞留量低的特点。传统气相反应，为了加快反应速率，均采用高温下反应，不仅造成高温下光气分解，含氯副产物增加，而且会发生二胺裂解，变成单胺类化合物，最终生成单官能团异氰酸酯杂质。同时，若混合不当，如混合缓慢时，则生成较多聚合副产物。这些副产物由于反应器内壁壁面温度控制不佳，会进一步聚合，形成高粘度焦油物质，造成器壁内部挂壁结焦、结块，最终堵塞反应器，特别是物料在第一接触点处更易产生结焦物，进而导致混合流场的逐步恶化，缩短了反应器的运行周期。因此，一方面需要低温下反应，减少含氯副产物和单官能团异氰酸酯生成。另一方面，采用高混合效率的反应器，有效提高反应收率，减少副反应发生的几率，第三方面，控制温度的惰性气体在反应撞击区稀释及管式壳体各个区域壁面温度控制，以避免在反应器内固体结焦物的生成，有效减少不可避免的反应沉积物，延长反应器运行周期。

专利CN105032307A公开了一种动态自清理反应器，光气及二胺加热至250～500℃，先将在混合器中上部通过喷射进行混合反应。在反应喷嘴下部增加刮片、支撑轴、混合器等部件，可以保证反应气相形成旋流，并给刮片提供旋转动力，清理反应器的沉积物，延长运行周期。还有现有技术采用湍流占主导地位的反应器来加强混合，使反应物在强湍流状态下反应，其内径为2.5mm，长度为17.5mm，胺蒸汽通过喷嘴高速的喷入到反应器内，在300～500℃高温下制备HDI。后续的改进将简单的圆筒形反应器改善为类似文丘里混合器，这种设计可以减少反应区与器壁的接触和返混。现有技术有在气相中制备异氰酸酯，方法中通过与流动相关的措施如在反应器中加入均化元件以及确定气相离析物的中心，提高管式反应器内的反应特性，以此形式使加热到300～600℃的胺和光气快速反应，从而避免反应器壁面中沉积物和导致反应器缩短的聚合次级产物的形成。