CN105509507B - 一种环路喷射冷却器及采用其对异氰酸酯气体快速降温的方法 - Google Patents

一种环路喷射冷却器及采用其对异氰酸酯气体快速降温的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机化工领域，具体涉及一种环路喷射冷却器及利用其对异氰酸酯气体连续操作实现快速降温的方法。该冷却器使异氰酸酯气体通过异氰酸酯气体入口进入反应管内，淬灭剂通过淬灭剂入口进入雾化器内管后，通过雾化器喷嘴喷射孔及雾化器喷射槽喷入反应管内，与异氰酸酯气体混合物接触，对异氰酸酯气体进行淬灭。本发明提供的方法可以使相应的胺和光气在高温反应后通过淬灭剂对异氰酸酯气体进行快速冷却，并且可以通过不同位置的雾化器淬灭剂进料来调整异氰酸酯气体在反应管内的停留时间，有效降低副反应的发生，进一步提高异氰酸酯的收率。

Description

一种环路喷射冷却器及采用其对异氰酸酯气体快速降温的 方法
技术领域
本发明属于有机化工领域，具体涉及一种环路喷射冷却器及利用其对异氰酸酯气体连续操作实现快速降温的方法。
背景技术
气相光气化过程是光气和胺在300～500℃的高温下进行，首先生成中间产物氨基甲酰氯，而后进一步分解生成光气化产物异氰酸酯。光气化产物为气体，而该产物在反应器出口温度下是热不稳定的，因此需要将气体快速冷却至一定温度，使用液体淬灭剂使反应停止，以避免在骤冷区发生副反应。冷却温度需要满足两个条件：(1)高于氨基甲酰氯的分解温度，以使部分未反应完全的氨基甲酰氯分解生成产物异氰酸酯；(2)由于异氰酸酯是热敏性物料，温度不能太高，以避免产物异氰酸酯发生热敏反应，一般控制在80～190℃之间。因此，避免副反应的发生，提高异氰酸酯的收率等这些问题一直是困扰气相光气化法生产异氰酸酯的核心问题，光气化反应物料的快速降温技术一直是工业生产技术研究开发的重点。
专利CN201251375报道了一种两相流雾化喷射冷却装置，该喷射冷却装置设置外层冷却水夹套、内外层环形气体通道，在夹套口和气体通道口分别设置喷嘴，使液体和气体通过喷嘴喷射，在混合室内混合，实现高温气体的快速冷却。该装置优点在于结构紧凑、经济耐用、雾化冷却效率高。而缺点在于当高温反应气体通过喷嘴时，气体含有的固体杂质容易堵塞喷嘴，造成快速冷却的终止，不能使该装置连续运行。
专利US 2004/0068137 A1报道了带有喷嘴的骤冷设备，提出了在气体混合物从圆筒形反应区连续流出并进入下游圆筒形淬灭区时注入淬灭液体，其中淬灭液体至少两个喷嘴注入，喷嘴沿淬灭区周边等距离排列于淬灭区的入口处，将反应气体快速冷却到150℃，冷却过程的接触时间为0.2～3s，淬灭剂为惰性有机溶剂或有机溶剂的混合物。该专利实现了反应物在足够短的时间内终止反应，但是该装置淬灭区为固定区域，不能有效地调整高温反应气体在反应管内的停留时间，导致反应不完全或过完全，最终引起反应产物收率的降低。
专利CN 101372463 B报道了一种喷射吸收装置,设置液气喷射吸收器、循环泵、吸收槽对高温气体进行快速冷却，其中喷射吸收器设置在反应器尾部，均匀设置一定数量的喷射孔，淬灭剂从喷射孔喷出，且形成一定的真空。该装置通过喷射吸收，使从反应器排出的高温气体快速冷却至产品稳定的温度，且同时为体系反应过程提供负压，省去了庞大的真空***，但是当高温反应气体中含有固体杂质时，同样会引起喷射吸收器的堵塞，造成快速冷却的终止，不能使该装置连续运行。
从上述例子可以看出，可以使用淬灭剂和相对应的设备使高温气体实现快速降温，但是都存在不能有效地减少副反应的发生或者使快速降温工艺连续运行。因此，需要寻找一种能使异氰酸酯气体快速降温工艺连续运行，并且能够减少副反应发生的设备和方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种环路喷射冷却器，将带有一定压力的淬灭剂通过喷射孔喷出，促进淬灭剂与异氰酸酯气体的高效混合，并且能够防止冷却器被反应固体堵塞，实现对异氰酸酯气体的连续快速降温。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种环路喷射冷却器，该冷却器由反应管和雾化器及雾化器套管组成，雾化器与雾化器套管同轴连接，3-20个雾化器套管在反应管外表面圆周分层呈轴向相对分布焊接在反应管上；雾化器由雾化器内管、雾化器喷嘴及雾化器帽构成，雾化器内管分别与雾化器喷嘴及雾化器帽同轴连接；异氰酸酯气体通过异氰酸酯气体入口N1口进入反应管内，淬灭剂通过淬灭剂入口N2口进入雾化器内管后，通过雾化器喷嘴喷射孔及雾化器帽喷射槽喷入反应管内，与高温反应气体混合物接触，对异氰酸酯气体进行淬灭。
其中，所述环路喷射器中反应管外表面圆周分层呈轴向相对分布连接有3-20个雾化器；雾化器层面间距为5-20cm；每个雾化器前端连接控制阀门，控制淬灭剂进入反应管，以此来调整反应管骤冷区。
所述反应管直径为雾化器内管直径的6-15倍，雾化器喷嘴喷射孔个数为2-6个；其孔径0.3-0.8mm；喷射孔长度为喷嘴直径的0.1-0.5倍；其喷射孔与喷嘴平面形成倾斜角α，倾斜角为30°-75°，雾化器帽喷射槽径为对应的雾化器喷嘴喷射孔径的1-3倍。
本发明的另一目的在于，提供一种采用上述环路喷射冷却器对具有通式R(NCO)n的异氰酸酯气体进行快速的方法，并且通过不同位置的雾化器淬灭剂进料来调整反应物在反应管内的停留时间，有效降低副反应的发生，进一步提高异氰酸酯的收率。具体技术方案如下:
a)在温度为320-450℃的反应器内，光气与具有通式R(NH2)n的胺反应生成相对应的异氰酸酯R(NCO)n，该异氰酸酯在320-450℃成气态，异氰酸酯气体与溶剂氯苯气体从反应器出口流出，经过异氰酸酯气体N1口进入反应管；
b)每个雾化器前端连接控制阀门，控制温度为40-100℃的淬灭剂进入反应管，淬灭剂经过淬灭剂入口N2后，再通过反应管上部2-10个雾化器喷入反应管内，淬灭剂与异氰酸酯气体、光气、溶剂充分混合，快速降温至120-210℃，在快速降温前，异氰酸酯气体与过量光气在反应管内停留时间为0.1-0.5s,得到一定收率的异氰酸酯；
c)淬灭剂经过淬灭剂入口N2后，关闭环路喷射器上端2-10个雾化器前端阀门，调整使淬灭剂进入环路喷射器下端的1-10个雾化器喷入反应管内，淬灭剂与异氰酸酯反应气体、光气、溶剂充分混合，快速降温至120-210℃，在快速降温前，异氰酸酯反应气体与过量光气在反应管内停留时间为0.2-0.8s,得到一定收率的异氰酸酯；
其中所述淬灭剂选用与高温反应气体不发生反应的惰性有机液体，优选苯、甲苯、乙苯、二甲苯、正丙苯、氯苯、邻二氯苯。
在320-450℃呈气态的异氰酸酯优选甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、己二异氰酸酯(HDI)、4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、对苯基异氰酸酯(PPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)、1,4-环己基二异氰酸酯(CHDI)、三甲基己二异氰酸酯(TMDI)。
本发明的有益效果是：通过环路喷射冷却器，异氰酸酯气体以一定流量从异氰酸酯气体入口N1口进入，淬灭剂通过淬灭剂入口N2口由分层轴向相对分布连接的雾化器喷入反应管内实现淬灭剂与异氰酸酯气体的高效混合，达到异氰酸酯气体的快速降温。该工艺方法可以使相应的胺和光气在高温反应后通过淬灭剂对异氰酸酯气体进行快速冷却，并且可以通过不同位置的雾化器淬灭剂进料来调整异氰酸酯气体在反应管内的停留时间，有效降低副反应的发生，进一步提高异氰酸酯的收率。
附图说明
本发明共有3幅附图
图1为环路喷射冷却器主视装配图
图2为雾化器主视组装图
图3为I-I局部放大图
图中1-反应管 2-雾化器 3-雾化器套管 4-雾化器内管 5-雾化器喷嘴 6-雾化器帽 7-喷嘴喷射孔 8-雾化器帽喷射槽 N1-异氰酸酯气体入口 N2-淬灭剂入口
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供的是一种环路喷射冷却器，该冷却器由反应管1和雾化器2及雾化器套管3组成,雾化器2与雾化器套管3同轴连接，3-20个雾化器套管3在反应管外表面圆周分层呈轴向相对分布焊接在反应管1上；雾化器由雾化器内管4、雾化器喷嘴5及雾化器帽6构成，雾化器内管4分别与雾化器喷嘴5及雾化器帽6同轴连接；异氰酸酯气体通过异氰酸酯气体N1入口进入反应管内，淬灭剂通过淬灭剂入口N2口进入雾化器内管4后，通过雾化器喷嘴喷射孔7及雾化器帽喷射槽8喷入反应管1内，与异氰酸酯气体混合物接触，对异氰酸酯气体进行淬灭。其中，所述环路喷射器中反应管外表面圆周分层呈轴向相对分布连接有3-20个雾化器；雾化器层面间距为5-20cm；每个雾化器前端连接控制阀门，控制淬灭剂进入反应管，以此来调整反应管骤冷区。
所述反应管直径为雾化器内管直径的6-15倍，雾化器喷嘴喷射孔个数为2-6个；其孔径0.3-0.8mm；喷射孔长度为喷嘴直径的0.1-0.5倍；其喷射孔与喷嘴平面形成倾斜角α，倾斜角为30°-75°，雾化器帽喷射槽径为对应的雾化器喷嘴喷射孔径的1-3倍。
异氰酸酯气体快速冷却是在上述环路喷射冷却器中进行的，具体按以下步骤操作：
a)在温度为320-450℃的反应器内，光气与具有通式R(NH2)n的胺反应生成相对应的异氰酸酯R(NCO)n，该异氰酸酯在320-450℃成气态，异氰酸酯气体与溶剂氯苯气体从反应器出口流出，经过异氰酸酯气体N1口进入反应管；
b)每个雾化器前端连接控制阀门，控制温度为40-100℃的淬灭剂进入反应管，淬灭剂经过淬灭剂入口N2后，再通过反应管上部2-10个雾化器喷入反应管1内，淬灭剂与异氰酸酯气体、光气、溶剂充分混合，快速降温至120-210℃，在快速降温前，异氰酸酯气体与过量光气在反应管内停留时间为0.1-0.5s,得到一定收率的异氰酸酯；
c)淬灭剂经过淬灭剂入口N2后，关闭环路喷射器上端2-10个雾化器前端阀门，调整使淬灭剂进入环路喷射器下端的1-10个雾化器喷入反应管1内，淬灭剂与异氰酸酯气体、光气、溶剂充分混合，快速降温至120-210℃，在快速降温前，异氰酸酯气体与过量光气在反应管内停留时间为0.2-0.8s,得到一定收率的异氰酸酯；
其中所述淬灭剂选用与高温反应气体不发生反应的惰性有机液体，优选苯、甲苯、乙苯、二甲苯、正丙苯、氯苯、邻二氯苯。
在320-450℃呈气态的异氰酸酯优选甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、己二异氰酸酯(HDI)、4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、对苯基异氰酸酯(PPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)、1,4-环己基二异氰酸酯(CHDI)、三甲基己二异氰酸酯(TMDI)。
各实施例中冷却器部件及处理方法的工艺参数及要求如下表：

Claims (5)

1.一种环路喷射冷却器对具有通式R(NCO)n的异氰酸酯气体进行快速降温的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)在温度为320-450℃的反应器内，光气与具有通式R(NH2)n的胺反应生成相对应的异氰酸酯R(NCO)n，该异氰酸酯在320-450℃成气态，异氰酸酯气体与溶剂氯苯气体从反应器出口流出，经过异氰酸酯气体入口进入反应管；
b)每个雾化器前端连接控制阀门，控制温度为40-100℃的淬灭剂进入反应管，淬灭剂经过淬灭剂入口后，再通过反应管上部2-10个雾化器喷入反应管内，淬灭剂与异氰酸酯气体、光气、溶剂充分混合，快速降温至120-210℃，在快速降温前，异氰酸酯气体与过量光气在反应管内停留时间为0.1-0.5s，得到一定收率的异氰酸酯；
c)淬灭剂经过淬灭剂入口后，关闭环路喷射器上端2-10个雾化器前端阀门，调整使淬灭剂进入环路喷射器下端的1-10个雾化器喷入反应管(1)内，淬灭剂与异氰酸酯反应气体、光气、溶剂充分混合，快速降温至120-210℃，在快速降温前，异氰酸酯反应气体与过量光气在反应管内停留时间为0.2-0.8s，得到异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)、c)使用的淬灭剂选用与高温反应气体不发生反应的惰性有机液体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤a)、b)、c)中的异氰酸酯气体为在320-450℃呈气态的异氰酸酯。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述惰性有机液体为苯、甲苯、乙苯、二甲苯、正丙苯、氯苯或邻二氯苯中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述异氰酸酯为TDI、MDI、IPDI、HDI、HMDI、PPDI、NDI、HTDI、CHDI、TMDI中的任意一种。
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