专利名称：液相氟化反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液相氟化反应装置，适用于合成氢氟烃(HFCs)的两步液相氟化反应 过程。
背景技术：
在金属氯代物催化剂的作用下，HF和氯代烃液相氟化反应合成氢氟烃是工业上制 备氢氟烃的主要方法。液相氟化反应合成1，1，1，3，3_五氟丙烷、1，1，1，3，3_五氟丁烷等碳 原子大于3的氢氟烃是多步反应，传统的单级连续氟化反应器无法满足两步液相氟化反应 合成氢氟烃的需要。而且，金属氯代物和HF形成的反应体系具有很强的腐蚀性，并随着温 度的增加腐蚀性增强。由于反应系统的强腐蚀性，反应器上难于设置动密封搅拌装置，反应 温度也不能太高。在没有搅拌和反应温度较低的情况下传质和传热效果差，催化效应不明 显，反应速度慢。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中存在的不足，提供一种适用于两步液相氟化反 应过程、反应速度快的液相氟化反应装置。本发明的液相氟化反应装置，包括液相氟化反应器(分为低温反应区(1)和高温 反应区(2)两部分)、回流塔(3)、HF进料混合器(4)、HF预热器(5)、氯代烃进料混合器 (6)、HF进料管(7)、氯代烃进料管(8)和回流塔塔顶出料管(9)，低温反应区(1)上部和下 部均与高温反应区(2)相连通，顶部出口与回流塔(3)的下部气体进料口相连通；回流塔顶 部出料口与产物出料管(9)连接，底部出料口和HF进料混合器(4)、氯代烃进料混合器(6) 相连通；HF进料混合器(4)通过HF预热器(5)与高温反应区(2)的底部进料口相连通；HF 进料管(7)与HF进料混合器(4)的进料口相连，氯代烃进料管(8)通过氯代烃进料混合器 (6)与低温反应区⑴相连。上述液相氟化反应装置的工作流程如下所述新鲜HF通过HF进料管(7)进入HF 进料混合器(4)，与回流塔(3)的部分底部物料混合，然后经HF预热器(5)预热后从底部 进料口进入液相氟化反应器的高温反应区(2)，与中间产物发生高温氟化反应，反应产物从 高温反应区(2)的上部出口进入低温反应区(1)；氯代烃通过氯代烃进料管(8)进入氯代 烃进料混合器(6)与回流塔(3)的部分底部物料混合后进入液相氟化反应器的低温反应区 (2)；氯代烃和HF在低温反应区(1)中发生低温氟化反应，反应形成的中间产物从低温反应 区(1)的下部出料口进入高温反应区(2)进一步发生高温氟化反应；高温氟化反应和低温 反应形成的目标产物和副产物HCl通过低温反应区(1)的顶部出料口进入回流塔(3)，回流 塔(3)的顶部馏分主要为HCl和HFCs，通过回流塔塔顶出料管(9)进入后处理系统，底部 馏分主要为HF，一部分通过HF进料混合器(4)循环至高温反应区(2)，另一部分通过氯代 烃进料混合器(6)循环至低温反应区(1)。反应过程使用的催化剂提前加入液相氟化反应 器，并在低温反应区(1)和高温反应区(2)之间循环运动。
本发明的液相氟化反应装置中，液相氟化反应器的低温反应区(1)中的温度低， 物料密度大，高温反应区(2)中的温度高，物料密度小，通过低温反应区和高温反应区内反 应物料的密度差形成热虹吸式运动，不仅使反应物料在低温反应区(1)和高温反应区(2) 之间实现了循环运动，而且提高了反应体系的传质效果，增加了反应速度。新鲜HF和由回流塔(3)底部部分馏分循环的HF，经HF预热器(5)后进入高温反 应区(2)，通过控制HF预热器(5)的出口温度和HF的流量可控制高温反应区⑵中的反应 温度；高温反应区(2)的反应物料与低温的氯代烃和回流塔(3)底部部分馏分循环的HF在 氯代烃进料混合器(6)混合、换热后进入高温反应区(1)，通过控制氯代烃和回流塔(3)底 部部分馏分循环的HF的流量可控制低温反应区(1)中的反应温度。因此，低温反应区(1) 和高温反应区(2)不需要外部进行加热，可采用绝热反应器。本发明采用绝热反应器，反应器无需外部加热，可采用内衬聚四氟乙烯的反应器， 不仅解决了传统液相氟化装置普遍存在的设备腐蚀问题，而且可进一步提高反应温度，加 快反应速度，减小反应器体积。本发明的液相氟化反应装置的另一方案是包括液相氟化反应器(分为低温反应 区(1)和高温反应区⑵两部分)、回流塔(3)、HF进料混合器(4)、HF预热器(5)、氯代烃 进料混合器(6)、HF进料管(7)、氯代烃进料管(8)、回流塔塔顶出料管(9)、冷却器(10)、相 分离器(11)和HFCs出料管(12)；其中低温反应区⑴上部和下部均与高温反应区(2)相 连通，顶部出口与回流塔(3)的下部气体进料口相连通；回流塔顶部出料口与产物出料管连接，底部出料口通过冷却器(10)与相分离器(11)的进料口相连通；相分离器(11)的 上部出料口和HF进料混合器(4)、氯代烃进料混合器(6)相连通，底部出料口和HFCs出料 管(12)相连；HF进料混合器(4)通过HF预热器(5)与高温反应区⑵的底部进料口相连 通；HF进料管(7)与HF进料混合器(4)的进料口相连，氯代烃进料管(8)通过氯代烃进料 混合器(6)与低温反应区(1)相连。上述另一方案液相氟化反应装置的工作流程如下所述新鲜HF通过HF进料管 (7)进入HF进料混合器(4)，与相分器(11)的部分上部物料混合，然后经HF预热器(5)预 热后从底部进料口进入液相氟化反应器的高温反应区(2)，与中间产物发生高温氟化反应， 反应产物从高温反应区(2)的上部出口进入低温反应区(1)；氯代烃通过氯代烃进料管(8) 进入氯代烃进料混合器(6)与相分器(11)的部分上部物料混合后进入液相氟化反应器的 低温反应区(1)；氯代烃和HF在低温反应区(1)中发生低温氟化反应，反应形成的中间产 物从低温反应区(1)的下部出料口进入高温反应区(2)进一步发生高温氟化反应；高温氟 化反应和低温反应形成的目标产物和副产物HCl通过低温反应区(1)的顶部出料口进入回 流塔(3)，回流塔(3)的顶部馏分主要为HC1，通过回流塔塔顶出料管(9)进入后处理系统， 底部馏分主要为HF和HFCs，经冷却器(10)冷却后进入相分离器(11)；相分离器(11)上部 物料为HF，一部分通过HF进料混合器(4)循环至高温反应区(2)，另一部分通过氯代烃进 料混合器(6)循环至低温反应区(1)，底部物料为HFCs，通过HFCs出料管(12)进入后处理 系统。反应过程使用的催化剂提前加入低温反应区(1)和高温反应区(2)，并在低温反应区 ⑴和高温反应区⑵之间循环运动。反应原料HF与目标产物HFCs常常形成共沸物，简单蒸馏技术难于实现有效分离， 本发明通过相分离器和回流塔的结合实现了 HC1、HF和HFCs三种物料之间的有效分离，实现了 HF的循环。同时通过控制相分离的温度可控制低温反应区(1)的反应温度。本发明的低温反应区(1)和高温反应区(2)为绝热反应器。本发明的低温反应区(1)和高温反应区(2)为内衬聚四氟乙烯的反应器。本发明的液相氟化反应装置主要用于HFCs的两步液相氟化反应过程，如1，1，1， 3，3-五氟丙烷、1,1,1,3,3-五氟丁烷、1，1，1，2-四氟-2-氯丙烷的液相氟化合成。本发明的液相氟化反应装置，与现有技术相比，其有益的效果在于(1)液相氟化 反应器设有高温反应区和低温反应区，满足了两步氟化反应的需要；(2)高温反应区和低 温反应区之间，通过反应物料的密度差形成的热虹吸式运动实现了循环运动，起到了搅拌 的作用，提高了液相氟化反应器的反应体系的传质效果，增加了反应速度；(3)高温反应区 和低温反应区采用绝热反应器，无需外部加热，使反应器可以内衬聚四氟乙烯，解决了传统 液相氟化装置普遍存在的设备腐蚀问题，使液相氟化反应可在较高温度下进行，提高了反 应速度，在达到相同产能情况下反应器的体积减小；(4)采用相分离器和回流塔的有效配 合，解决了反应原料HF与目标产物HFCs共沸物的分离问题，实现了 HF的有效循环。
图1表示本发明的液相氟化反应装置的结构示意图。图2表示本发明的液相氟化反应装置的另一结构示意3、4表示图1、2所示液相氟化反应装置的工作流程示意图。图中1、液相氟化反应器的低温反应区；2、液相氟化反应器的高温反应区；3、回 流塔；4、HF进料混合器；5、HF预热器；6、氯代烃进料混合器；7、HF进料管；8、氯代烃进料 管；9、回流塔塔顶出料管，10、冷却器，11、相分离器，12、HFCs出料管。
具体实施例方式以液相氟化1，1，1，3，3_五氯丙烷(HCC_240fa)合成1，1，1，3，3_五氟丙烷 (HFC-245fa)为例，对本发明进一步详细说明，但并不限制本发明。实施例1参照附图1、3对本发明进一步详细说明。首先将SbCl5液相氟化催化剂加入液相氟化反应器；新鲜HF通过HF进料管(7) 经HF进料混合器(4)、HF预热器(5)预热后从底部进料口进入高温反应区(2)，并从高温 反应区(2)的上部出料口进入低温反应区(1)，HF通过低温反应区(1)的顶部出料口进入 回流塔(3)，作为回流塔(3)的底部馏分，一部分通过HF进料混合器(4)循环至高温反应 区(2)，另一部分通过氯代烃进料混合器(6)循环至低温反应区(1)。通过控制HF预热器 (5)的出口温度和HF的流量使低温反应区(1)、高温反应区(2)的温度稳定在反应温度范 围内，利用低温反应区和高温反应区的温差形成的热虹吸式运动使HF和SbCl5催化剂在低 温反应区(1)和高温反应区(2)之间实现了循环运动。然后，通过氯代烃进料管(8)向低温反应区(1)通入HCC_240fa，在低温反应区 (1)与HF反应形成中间产物1，1，1_三氟-2，2-二氯丙烷(HCFC-243)，低温反应产物从下 部出料口进入高温反应区(2)进一步发生高温氟化反应生成HFC-245fa。HFC_245fa和反 应体系中的HF、SbCl5—起循环进入低温反应区(1)，通过低温反应区(1)的顶部出料口进
5入回流塔(3)；回流塔(3)的底部馏分为HF，循环至低温反应区(1)和高温反应区(2)，回 流塔(3)的顶部馏分主要为HCl、HFC-245fa以及部分HF，进入后处理系统，经水碱洗、精馏 处理后得到目标产物HFC-245fa。根据反应的情况，向该氟化反应装置补加新鲜的HF和HCC_240fa，维持液相氟化 反应的连续平稳运行。实施例2参照附图2、4对本发明进一步详细说明。首先将SbCljf相氟化催化剂加入液相氟化反应器；新鲜HF通过HF进料管(7)经 HF进料混合器(4)、HF预热器(5)预热后从底部进料口进入高温反应区(2)，并从高温反应 区(2)的上部出料口进入低温反应区(1)，HF通过低温反应区(1)的顶部出料口进入回流 塔(3)，作为回流塔(3)的底部馏分经冷却器(10)冷却后进入相分器(11)，一部分通过HF 进料混合器(4)循环至高温反应区(2)，另一部分通过氯代烃进料混合器(6)循环至低温 反应区(1)。通过控制HF预热器(5)的出口温度和HF的流量使低温反应区(1)、高温反应 区(2)的温度稳定在反应温度范围内，利用低温反应区和高温反应区的温差形成的热虹吸 式运动使HF和SbCl5催化剂在低温反应区(1)和高温反应区(2)之间实现了循环运动。然后，通过氯代烃进料管(8)向低温反应区(1)通入HCC_240fa，在低温反应区 (1)与HF反应形成中间产物1，1，1_三氟-2，2-二氯丙烷(HCFC-243)，低温反应产物从下 部出料口进入高温反应区(2)进一步发生高温氟化反应生成HFC-245fa。HFC_245fa和反 应体系中的HF、SbCl5—起循环进入低温反应区(1)，通过低温反应区(1)的顶部出料口 进入回流塔(3)；回流塔(3)的顶部馏分主要为HC1，进入后处理系统，底部馏分为HF和 HFC-245fa，经冷却器(10)冷却后进入相分离器(11)；相分离器(11)上部物料为HF，循环 至低温反应区(1)和高温反应区(2)，下部物料为HFC-245fa，进入后处理系统，经水碱洗、 精馏处理后得到目标产物HFC-245fa。根据反应的情况，向该氟化反应装置补加新鲜的HF和HCC_240fa，维持液相氟化 反应的连续平稳运行。
权利要求
一种液相氟化反应装置，包括液相氟化反应器(分为低温反应区(1)和高温反应区(2)两部分)、回流塔(3)、HF进料混合器(4)、HF预热器(5)、氯代烃进料混合器(6)、HF进料管(7)、氯代烃进料管(8)和回流塔塔顶出料管(9)，其中低温反应区(1)上部和下部均与高温反应区(2)相连通，顶部出口与回流塔(3)的下部气体进料口相连通；回流塔顶部出料口与产物出料管(9)连接，底部出料口和HF进料混合器(4)、氯代烃进料混合器(6)相连通；HF进料混合器(4)通过HF预热器(5)与高温反应区(2)的底部进料口相连通；HF进料管(7)与HF进料混合器(4)的进料口相连，氯代烃进料管(8)通过氯代烃进料混合器(6)与低温反应区(1)相连。
2.一种液相氟化反应装置，包括液相氟化反应器(分为低温反应区(1)和高温反应区 ⑵两部分)、回流塔⑶、HF进料混合器⑷、HF预热器(5)、氯代烃进料混合器(6)、HF进 料管(7)、氯代烃进料管(8)、回流塔塔顶出料管(9)、冷却器(10)、相分离器(11)和HFCs 出料管(12)；其中低温反应区(1)上部和下部均与高温反应区(2)相连通，顶部出口与回 流塔⑶的下部气体进料口相连通；回流塔顶部出料口与产物出料管(9)连接，底部出料口 通过冷却器(10)与相分离器(11)的进料口相连通；相分离器(11)的上部出料口和HF进 料混合器(4)、氯代烃进料混合器(6)相连通，底部出料口和HFCs出料管(12)相连；HF进 料混合器(4)通过HF预热器(5)与高温反应区(2)的底部进料口相连通；HF进料管(7)与 HF进料混合器(4)的进料口相连，氯代烃进料管(8)通过氯代烃进料混合器(6)与低温反 应区⑴相连。
3.根据权利要求1、2任一所述的液相氟化反应装置，其特征在于所述低温反应区(1) 和高温反应区(2)为绝热反应器。
4.根据权利要求1、2任一所述的液相氟化反应装置，其特征在于所述的低温反应区 ⑴和高温反应区⑵为内衬聚四氟乙烯的反应器。
全文摘要
本发明提供一种液相氟化反应装置，包括低温反应区(1)、高温反应区(2)、回流塔(3)、HF进料混合器(4)、HF预热器(5)、氯代烃进料混合器(6)、HF进料管(7)、氯代烃进料管(8)和回流塔塔顶出料管(9)；其中低温反应区(1)上部和下部均与高温反应区(2)相连通，顶部出口与回流塔(3)的下部气体进料口相连通；回流塔顶部出料口与产物出料管(9)连接，底部出料口和HF进料混合器(4)、氯代烃进料混合器(6)相连通；HF进料混合器(4)通过HF预热器(5)与高温反应区(2)的底部进料口相连通；HF进料管(7)与HF进料混合器(4)的进料口相连，氯代烃进料管(8)通过氯代烃进料混合器(6)与低温反应区(1)相连。本发明主要适用于合成氢氟烃的两步液相氟化反应过程。
文档编号C07C17/20GK101941884SQ20101027389
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者吕剑, 寇联岗, 张伟, 曾纪珺, 李凤仙, 杜咏梅, 袁俊, 马洋博 申请人:西安近代化学研究所