一种生产碳酰氯的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用固定床催化剂通过氯和一氧化碳反应来生产碳酰氯的设备和方法，属于碳酰氯制备技术领域。
【背景技术】
[0002]聚碳酸酯树脂由于其具有强度高、透光性好、成形收缩率低、耐疲劳性佳、耐候性佳、电气特性优、无味无臭对人体无害等各种优异特性被广泛应用于建材行业、汽车制造业和医疗器械等。众所周知，聚碳酸酯树脂通常是以碳酰氯为原料进行工业化制备，但碳酰氯中所含未反应的原料及带出的催化剂会影响聚碳酸酯树脂的品质。
[0003]虽然现有的工业生产碳酰氯的方法已经非常成熟，但是，鉴于原料氯气为具有强烈刺激性气味的有毒气体，并且如果与冷却用水接触就会生成对反应器具有强烈腐蚀性的盐酸；另外一种原料一氧化碳能致人血液缺氧窒息中毒；产物碳酰氯为剧烈窒息性毒气，所以碳酰氯的生产安全一直是碳酰氯生产的核心问题。
[0004]中国专利(公开号CN102089242A，公开日期2011年6月8日)中，公开了在碳酰氯生成反应中，提供催化剂劣化得到抑制而能够长期连续运行的碳酰氯的制造方法，是由于因催化剂的寿命而需要更换催化剂时，碳酰氯泄漏会导致灾害的风险，而尽可能地延长催化剂寿命、尽可能减少更换频率会提高安全生产系数。
[0005]中国专利(公开号CN102092713A，公开日期2011年6月15日)中，公开了在碳酰氯生成反应中，为保证反应完全，在碳酰氯反应器后串接了一台碳酰氯保护反应器，使反应产物中游离的氯气极少。
[0006]但是，要实施这些方法，存在设备复杂、实施工艺规模大且繁琐，气体压力的损失变大、成本高等问题。
[0007]现有技术方案尚未公开长期连续工业性生产高品质的碳酰氯的方法。对于工业生产碳酰氯，关键是碳酰氯的高品质和低生产成本，但同时由于碳酰氯是特别有毒的物质这一特性，因此在安全方面也需要十分注意。
【发明内容】
[0008]本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种生产碳酰氯的设备和方法，以实现反应完全、成品中催化剂含量更低、成本更低、安全系数更高等目的。
[0009]为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案如下:
[0010]一种生产碳酰氯的设备，包括反应器壳体，所述反应器壳体中设有一级反应器与二级反应器。所述一级反应器的上端通过封头与原料入口相连，下端通过连接段与二级反应器相连，所述二级反应器的另一端连接有碳酰氯成品出口。所述一级反应器内垂直布置列管式反应管束，所述反应管束由多根反应管组成。所述二级反应器壳体内设反应区主体，所述反应管与二级反应器的反应区主体部分填充固定床催化剂。所述反应器壳体内设有防护检测室，内部设置碳酰氯、氯气和一氧化碳检测器，用于检测气体泄漏；所述反应器壳体外设置气体检测报警仪。
[0011]该种生产碳酰氯的设备，用于在催化剂的作用下通过氯气和一氧化碳反应来产生碳酰氯，氯气和过量的一氧化碳先进入一级反应器，在固定床催化剂的作用下反应生成碳酰氯。未反应完全的氯气和一氧化碳在二级反应器进行反应，二级反应器的设置可以用来保证氯气和一氧化碳反应充分进行，以减少碳酰氯成品中自由氯的含量。防护检测室是用于检测气体泄漏的气体收集腔，在其内部设置碳酰氯、氯气和一氧化碳检测器，可以随时监测易出故障部位的气体信息，降低了事故风险。气体检测报警仪的设置可以保证不管任何地方有气体泄漏点导致有害气体超标都将触发报警连锁，从而采取应急措施，切断原料气进料并将反应器中的气体送至处理装置。防护检测室与气体检测报警仪的联合使用，对碳酰氯的生产安全性提供了双重保护的保证。
[0012]所述固定床催化剂两端装填多个惰性圆球，外侧圆球通过连接弹簧对催化剂进行固定压实。所述惰性圆球直径不同，分层装填；装填原则为:靠近催化剂一侧圆球直径最小，依次装填的圆球直径逐渐增大，靠近弹簧一侧圆球直径最大。所述弹簧的另一端连接在金属丝网上，所述金属丝网通过筛板固定支撑。惰性圆球根据直径大小通过分层装填，可以降低催化剂在生产碳酰氯过程中的损耗。并且弹簧的一端连在最大直径的圆球上，能够充分保证催化剂的压实状态。所述弹簧的另一端连接在金属丝网上，所述金属丝网通过筛板固定支撑。
[0013]由于原料气中的部分杂质，例如甲烷、二氧化碳等，会消耗掉催化剂，使催化剂的量减少，而圆球的设置能降低催化剂在生产碳酰氯过程中的损耗。惰性圆球具有高强度、高化学稳定性和热稳定性的特性，惰性圆球可以耐高温、高压和酸、碱、盐及各种有机溶剂的腐蚀，惰性圆球作为反应器内催化剂的支撑和覆盖材料，可缓冲进入反应区内气体对催化剂的冲击，保护催化剂，并改善反应区内气体的分布。压缩状态的弹簧保证催化剂在生产过程中处于压实状态，进而维持反应管的压降稳定。因此惰性圆球和弹簧的设计能很好地保证催化剂一直处于压实状态。
[0014]所述一级反应器内反应管上下两端分别通过上管板与下管板固定，且彼此平行布置。所述反应器壳体内上管板与下管板的内侧分别设有上隔离板与下隔离板。所述上下管板外侧设置所述筛板，所述筛板对所述金属丝网起支撑作用。
[0015]所述防护检测室，包括上防护检测室与下防护检测室。所述上防护检测室是围绕所述反应管并且由所述反应器壳体、所述上管板和所述上隔离板之间的空腔室。所述下防护检测室是围绕所述反应管并且由所述反应器壳体、所述下管板和所述下隔离板之间的空腔室。防护检测室是用于检测气体泄漏的气体收集腔，在其内部设置碳酰氯、氯气和一氧化碳检测器，可以随时监测易出故障部位的气体信息，降低了事故风险。另外，在一级反应器的上下两端设有两个防护检测室，用来提高反应区的不同位置的气体泄漏被检测到的概率，进一步保证了安全。
[0016]所述一级反应器内还设有冷却室，所述冷却室，是围绕所述反应管并且由所述反应器壳体、所述上隔离板和所述下隔离板之间的空腔室。所述冷却室的下端壳体上设有冷却介质入口 I，所述冷却室的上端壳体上设有冷却介质出口 I。所述冷却室内设置折流挡板，形成冷却介质的流通回路，所述折流挡板通过定距器进行定距和支撑。冷却介质围绕反应管进行流通，部分通过沸腾而蒸发，从而实现冷却作用，使碳酰氯生产过程中的反应热量均匀耗散。
[0017]所述冷却室通过冷却介质的流动用于冷却反应物料。冷却介质由冷却介质入口 I进入冷却室，折流板的设置增强了冷却介质的湍流程度，实现间壁换热，具有较强的换热效果，冷却介质由冷却介质出口 I排出。
[0018]反应管束被冷却介质包围的设计可使得事故风险明显降低，冷却介质可以通过冷却介质出口上的取样口进行取样，并经分析推断是否发生泄漏，就安全性而言这是相当大的优势，特别是涉及到剧毒的碳酰氯。
[0019]所述二级反应器壳体外设置夹套，所述夹套下端设有冷却介质入口 II，所述夹套上端设有冷却介质出口 II，夹套内通冷却介质用以带走反应热。
[0020]本发明的装置原则上可以具有任何外形，例如圆筒形。
[0021]本发明还涉及一种方法，所述方法用于使用一种设备生产碳酰氯，所述设备包括反应器壳体，所述反应器壳体中设有一级反应器与二级反应器。所述一级反应器的上端通过封头与原料入口相连，下端通过连接段与二级反应器相连，所述二级反应器另一端连接有碳酰氯成品出口。所述一级反应器内垂直布置列管式反应管束，所述反应管束由多根反应管组成。所述二级反应器壳体内设反应区主体，所述反应管与二级反应器的反应区主体部分填充固定床催化剂。所述反应器壳体内设有防护检测室，内部设置碳酰氯、氯气和一氧化碳检测器，用于检测气体泄漏；所述反应器壳体上设置气体检测报警仪。该种生产碳酰氯的设备，用于在催化剂的作用下通过氯气和一氧化碳反应来产生碳酰氯。
[0022]在根据本发明的方法中，所用的原料CO和氯气的摩尔比为1.03?1.15，优选地为
1.03?1.10，以便使氯气的转化率趋向于100%，残留氯低于lOOppm。混合气体的绝对压强为 0.4Mpa ?0.8Mpa。
[0023]在使用一些易于与氯气、一氧化碳和碳酰氯发生反应的介质作为冷却介质的情形中，例如水，必须避免冷却介质进入反应管内与物料接触。因此，反应管内物料的压强应保持高于冷却介质压强，使得倘若出现泄漏，反应管内物料能进入冷却介质中，但冷却介质不会进入产物室。这样在保证反应物料不被污染的同时可以通过监测及时发现泄漏，以采取措施。
[0024]通过恰当地选择冷却剂压强、冷却剂温度，出口产物温度被可靠地维持在85°C之下。一级反应器借助冷却室以及回路的冷却，碳酰氯以低于120°C的温度离开一级反应器。由于一氧化碳和氯气在活性碳催化剂的反应属于强烈放热反应，只有保证反应设备出口的温度降低，才能显著减少碳酰氯分解产生氯气与一氧化碳的逆向反应，从而有效降低碳酰氯成品中的残留氯含量。
[0025]本发明的有益效果是:通过简单可行的生产设备，同时保证了碳酰氯的生产品质与生产安全性。具体如下:
[0026](I)本发明中生产碳酰氯的设备，结构简单，实施工艺简单易行，生产成本低。
[0027](2)本发明中生产碳酰氯的设备，通过设置二级反应器可以用来保证氯气和一氧化碳反应充分进行，以减少碳酰氯成品中自由氯的含量，提高了碳酰氯生产品质。
[0028](3)本发明中固定床催化剂采用惰性圆球与弹簧的设计，有利于保证催化剂一直处于压实状态，降低催化剂在生产过程中的损耗，从而减少了碳酰氯中所含带出的催化剂，提高了碳酰氯生产品质。
[0029](4)本发明中通过冷却室内设置折流挡板，增强了冷却介质的湍流程度，实现间壁换热，具有较强的换热效果，采用反应管束被冷却介质包围的设计，明显降低安全事故风险。
[0030](5)本发明通过在防护检测室内部设置碳酰氯、氯气和一氧化碳检测器，可以随时监测易出故障部位的气体信息，降低了事故风险。并且可及时检测氯气的泄露，并及时控制以防与冷却用水接触产生具有强烈腐蚀性的盐酸，减少了对反应设备的损坏，降低维修成本，提高了设备的使用寿命。
[0031](6)本发明保证反应管内物料的压强高于冷却介质压强，既保证反应物料不被污染，又可通过监测及时发现泄漏。
[0032](7)本发明通过在反应器安全壳上设置气体检测报警仪，不管任何地方有漏点导致有害气体超标都将触发报警连锁，保证了碳酰氯生产过程中的安全系数。
[0033](8)本发明通过采用摩尔过剩量的CO，使氯气的转化率接近100%，降低了碳酰氯中的残留氯含量。
【附图说明】
[0034]图1为本发明设备结构示意图；