一种液相法管道化连续分离生产氟化烷烃的装置的制作方法

本发明涉及一种液相法管道化连续分离生产氟化烷烃的装置。
背景技术：
：氟化烷烃作为一种氟利昂类制冷剂的替代品，具有零臭氧损耗潜势和良好的热力学性能。目前氟化烷的制备方法主要有液相氟化法和气相氟化法，液相氟化法由于生产能力大，能耗低而被广泛采用。然而液相氟化法对反应器的腐蚀问题一直未能得到有效解决。技术实现要素：为了满足工业上对不同氟化烷烃的需求，本发明提供一种液相法管道化连续分离生产氟化烷烃的装置，适用于原料包括氢氟酸的氟化反应，该装置具有使用通用设备、投资小、工艺简单、无污染、产品纯度较高等优点。本发明的目的是这样实现的：一种液相法管道化连续分离生产氟化烷烃的装置，所述氟化烷烃具有如下通式：cnh2n+2-x-yclxfy其中，n为1～3的整数，所使用的管道化反应生产装置包括催化剂储罐(1)、氯化烷烃储罐(2)、氟化氢储罐(3)、管式反应器、加热箱、稳压罐(14)、第一分离装置和第一产品储罐(21)；所述催化剂储罐(1)、所述氯化烷烃储罐(2)和所述氟化氢储罐(3)分别连接至管式反应器的入口，所述管式反应器至少包括第一反应段(8)、第二反应段(10)和冷却段(13)，所述第一反应段(8)设置在所述管式反应器的入口处，第二反应段(10)设置在所述第一反应段(8)与所述冷却段(13)之间，所述冷却段(13)设置在所述管式反应器的出口处；所述第一反应段(8)和所述第二反应段(10)分别置于具有加热介质的加热箱中，所述第一反应段(8)与所述第二反应段(10)之间连接有第一气液分离器(9)，所述冷却段(13)连接至所述稳压罐(14)，在所述稳压罐(14)的上部设置有气相出口，所述气相出口连接至所述第一分离装置，所述第一分离装置连接至所述第一产品储罐(21)，在所述稳压罐(14)的底部设置有液相出口，所述液相出口连接至所述管式反应器的入口。优选地，所述管道化反应生产装置还包括第一计量泵(5)、第二计量泵(6)和预混罐(4)，所述催化剂储罐(1)和所述氯化烷烃储罐(2)连接至所述预混罐(4)，所述预混罐(4)连接至所述第二计量泵(6)后再连接至所述管式反应器的入口，所述氟化氢储罐(3)连接至所述第一计量泵(5)后再连接至所述管式反应器的入口。进一步，在所述第二计量泵(6)后和所述管式反应器的入口间设置有第一预热装置，在所述第一计量泵(5)和所述管式反应器的入口间设置有第二预热装置。进一步，所述液相出口连接至所述预混罐(4)。进一步，所氟化氢储罐(3)还连接至所述预混罐(4)。进一步，所述第一气液分离器(9)连接至第二分离装置，所述第二分离装置连接至所述第一产品储罐(21)或第二产品储罐(22)。优选地，所述管式反应器还包括第三反应段(12)，所述第二反应段(10)与所述第三反应段(12)之间连接有第二气液分离器(11)。进一步，所述第二气液分离器(11)连接至第二分离装置。进一步，所述第一分离装置包括第一脱酸装置和第一精馏塔(19)，所述第二分离装置包括第二脱酸装置和第二精馏塔(20)。进一步，所述第一分离装置包括至少两组通过并联方式连接的所述第一脱酸装置，所述第二分离装置包括至少两组通过并联方式连接的所述第二脱酸装置。进一步，所述第一脱酸装置包括第一水洗塔(15)和第一碱洗塔(16)，所述第二脱酸装置包括包括第二水洗塔(17)和第二碱洗塔(18)，所述第一水洗塔(15)连接第一碱洗塔(16)后和第一精馏塔(19)相连，再连接至所述第一产品储罐(21)，所述第二水洗塔(15)连接第二碱洗塔(16)后和第二精馏塔(20)相连，再连接至所述第一产品储罐(21)或第二产品储罐(22)。进一步，所述第一精馏塔(19)或所述第二精馏塔(20)的底部设置有液相出口，所述液相出口连接至所述管式反应器的入口。进一步，所述管道化反应生产装置还包括预混罐(4)，所述第一精馏塔(19)或所述第二精馏塔(20)的底部设置有液相出口，所述液相出口连接至所述预混罐(4)。进一步，在所述第一碱洗塔(16)和第二碱洗塔(18)的上部设置有取样口。进一步，所述第一计量泵(5)先经过静态混合器(7)后，再与所述管式反应器的入口连接。进一步，所述第二计量泵(6)与所述静态混合器(7)后，再与所述管式反应器的入口连接。进一步，所述所述稳压罐(14)或所述预混罐(4)还设置有加压气体入口，便于通入加压气体。优选地，所述管式反应器为直管式反应器、盘管式反应器、多管式反应器、u型管式反应器和环形管式反应器中的一种或数种的组合。优选地，所述管式反应器的材质为碳钢、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金中的一种或数种。进一步，所述管式反应器的具有内衬，所述内衬的材质为聚全氟烯烃类或碳纤维。本发明有以下有益效果：1、本发明提供了一种液相法管道化连续分离生产氟化烷烃的装置，适用于原料包括氟化氢和氯化烷烃的氟化反应，在该发明的装置中，氟化反应过程优良，环保节能，并使用通用设备，具备投资小、工艺先进、无污染、产品纯度较高等优点。2、本发明的装置的单位体积产能优于现有技术的釜式反应器，使得生产氟化烷烃的效率得到提高，本发明的装置工艺安全性好，反应条件容易控制，产品质量稳定等特点，更有利于工业化生产；由于本发明的装置采用耐腐蚀材料，腐蚀原料氟化氢在氟化反应中不汇聚在设备的特定部位，从而降低对设备的腐蚀，也使得催化剂有更好的活性，寿命更长。3、本发明的装置中将反应部分与催化剂活化部分进行了分离，减少了活化对反应器的腐蚀，同时避免了失活催化剂在反应器内的堆积；由于本装置采取窜级反应并将原料循环利用，既能有效的提高原料的利用率，又大大提高了反应器单位体积产能，同时还能实现同一系列产物的多联产。附图说明为了更清楚地说明本发明中实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一种液相法管道化连续分离生产氟化烷烃的装置连接示意图；其中，1-催化剂储罐、2-氯化烷烃储罐、3-氟化氢储罐、4-预混罐、5-第一计量泵、6-第二计量泵、7-静态混合器、8-第一反应段、9-第一气液分离器、10-第二反应段、11-第二气液分离器、12-第三反应段、13-冷却段、14-稳压罐、15-第一水洗塔、16-第一碱洗塔、17-第二水洗塔、18-第二碱洗塔、19-第一精馏塔、20-第二精馏塔、21-第一产品储罐、22-第二产品储罐。具体实施方式下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。本发明中术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。一种液相法管道化连续分离生产氟化烷烃的装置，所述氟化烷烃具有如下通式：cnh2n+2-x-yclxfy其中，n为1～3的整数，所使用的管道化反应生产装置包括催化剂储罐1、氯化烷烃储罐2、氟化氢储罐3、管式反应器、加热箱、稳压罐14、第一分离装置和第一产品储罐21；所述催化剂储罐1、所述氯化烷烃储罐2和所述氟化氢储罐3分别连接至管式反应器的入口，所述管式反应器至少包括第一反应段8、第二反应段10和冷却段13，所述第一反应段(8)设置在所述管式反应器的入口处，第二反应段(10)设置在所述第一反应段(8)与所述冷却段(13)之间，所述冷却段(13)设置在所述管式反应器的出口处；所述第一反应段(8)和所述第二反应段(10)分别置于具有加热介质的加热箱中，所述第一反应段(8)与所述第二反应段(10)之间连接有第一气液分离器(9)，所述冷却段(13)连接至所述稳压罐(14)，在所述稳压罐(14)的上部设置有气相出口，所述气相出口连接至所述第一分离装置，所述第一分离装置连接至所述第一产品储罐(21)，在所述稳压罐(14)的底部设置有液相出口，所述液相出口连接至所述管式反应器的入口。在本具体实施例中，所使用的管道化反应生产装置包括催化剂储罐1、氯化烷烃储罐2、氟化氢储罐3、预混罐4、第一计量泵5、第二计量泵6、静态混合器7第一反应段8、第一气液分离器9、第二反应段10、第二气液分离器11、第三反应段12、冷却段13、稳压罐14、第一水洗塔15、第一碱洗塔16、第二水洗塔17、第二碱洗塔18、第一精馏塔19、第二精馏塔20、第一产品储罐21，第二产品储罐22；所述催化剂储罐1、所述氯化烷烃储罐2和所述氟化氢储罐3连接至所述预混罐4，所述预混罐4还设置有加压气体入口，所述预混罐4连接所述第二计量泵6后连接至管式反应器的入口，所述氟化氢储罐3和所述第一计量泵5连接后，连接至所述管式反应器的入口，所述管式反应器包括至少两段反应段8，10，所述反应段8，10置于具有加热介质的加热箱中，所述管式反应器的反应段8，10之间连接有气液分离器9，11，所述管式反应器的出口通过冷却段13连接至所述稳压罐14，在所述稳压罐14的上部设置有气相出口，所述气相出口连接至所述分离装置，所述分离装置连接至所述产品储罐21，22，在所述稳压罐14的底部设置有液相出口，所述液相出口连接至所述预混罐4。液相法合成氟化烷烃的原料包括氟化氢、氯化烷烃和催化剂，催化剂一般选用五氯化锑，也可选用氯氟化锑、三氯化锑、四氯化锡、四氟化硫和四氯化钛中的一种或数种作为辅助催化剂；原料储罐至少包括三个，分别为存放催化剂的催化剂储罐1，存放氯化烷烃的氯化烷烃储罐2，存放氟化氢的氟化氢储罐3；优选地，所述原料储罐还包括助催化剂储罐、活化剂储罐，所述助催化剂储罐存放四氯化锡、四氟化硫和四氯化钛中的一种或数种，所述活化剂储罐存放氯磺酸、氯气和高氯酸中的一种或数种；在本发明的装置中，选用的合成氟化烷烃的原料，包括氟化氢、氯化烷烃和催化剂，氟化氢从氟化氢储罐3流出，通过第一计量泵计量，控制通入管道反应器的氟化氢的质量和速度；氯化烷烃和催化剂按照一定比例在预混罐4混合后，通过第二计量泵计量，控制通入管道反应器的氯化烷烃和催化剂的质量和速度；优选地，所述催化剂储罐1连接至所述预混罐4，控制通入预混罐4的催化剂的质量和速度；优选地，所述氯化烷烃储罐2连接至所述预混罐4，控制通入预混罐4的氯化烷烃的质量和速度；同时往管式反应器中通入加压气体，加压至氟化反应压力，氟化反应压力一般为为0.6-3mpa，加压气体一般为惰性气体，所述惰性气体是氮气、氦气或氩气中的一种，常用的加压气体一般为氮气；管式反应器包括至少两段反应段8、10，管式反应器8、10置于装有加热介质的油浴中，加热所述管式反应器第一反应段至氟化反应温度，一般为60-130℃，原料物流中的氟化氢和氯化烷烃在催化剂的催化下，在管式反应器中进行氟化反应，生成的反应液中包括有氟化反应的产物氟化烷烃，生成的反应液中还包括未反应完的原料和催化剂，所述管式反应器的反应段之间连接有气液分离器；优选地，所述第一计量泵5与预加热装置连接后，再与所述管式反应器的入口连接；进一步，所述第二计量泵6与预加热装置连接后，再与所述管式反应器的入口连接；对通过所述第一计量泵5的原料进行预热，目的在于，一是准确控制反应时间，充分利用反应富裕热量，二是提高反应起始温度，减少高温反应管路长度及腐蚀，另外避免温度较低后产生产物对反应平衡产生制约作用；预热温度范围：常温<预热温度<反应温度；对通过所述第二计量泵6的原料行预热，预热温度范围：常温<预热温度；进一步，对通过所述第二计量泵6的原料预热温度低于通过所述第一计量泵5的原料，由于通过所述第二计量泵6的原料内存在热分解物质，预热温度不宜过高；通过所述第一计量泵5的原料的预热温度高，可在之前为反应提供更多热量，减少后续供热压力，且与通过所述第二计量泵6的原料的温差大，增加传热效果；优选地，所氟化氢储罐3还连接至所述预混罐4或中间管路；氟化氢储罐3连接至所述预混罐4的技术目的在于活化催化剂，氟化氢储罐3连接至中间管路的技术目的在于往反应液中补充入在上一段的管式反应器的加热段中进行氟化反应消耗掉的氟化氢，从而保持反应液中氟化氢的浓度，使反应液在下一段的反应器的加热段中进行氟化反应，也能有较好的反应速度和效率，同时降低副反应的发生；反应液中还未反应完的原料，在催化剂的作用下，在所述管式反应器中的第一段反应段8中进行氟化反应，反应液流出至与第一反应段8相连中间管路，所述中间管路连接至所述第一气液分离器9；如此数次重复，直至最后一段第一第二反应段，反应液流出最后一段第一第二反应段，流入至稳压罐14中；优选地，所述管式反应器还包括至少一段冷却段13，设置在所述所述管式反应器的尾端部，所述管式反应器的冷却段13的置于装有冷却介质的冷却槽中，目的在于，一方面，使反应液快速降温，从而准确控制反应时间，避免产生不必要的副产物，另一方面，将流出最后一段加热段12的反应液，流入至稳压罐14前，冷却至合理温度，一般为40-80℃，便于分离；在稳压罐14中，将来自中间装置的氟化烷烃物流或流出自最后一段加热段12的反应液，分离成含有氟化烷烃的气相料和含有未反应完的原料及催化剂的液相料，所述气相料通过在稳压罐14上部设置的气相出口，流至分离装置，分离除去相关杂质后，得到的氟化烷烃流入产品储罐21中，所述液相料从稳压罐14的液相出口流至所述预混罐4及所述氟化氢储罐3，从而实现循环利用合成氟化烷烃的原料，实现连续合成氟化烷烃的技术目的；优选地，在所述稳压罐14的底部设置有液相出口，所述排液口和所述管式反应器的入口、所述预混罐4或所述氟化氢储罐3连接；进一步，所述稳压罐14上部还设置有加压气体入口，便于通入所述加压气体，目的在于，调节所述稳压罐及管路中的气压，使得分离成气相料和液相料效果更好；优选地，所述分离装置包括脱酸装置、干燥装置和精馏装置19，所述脱酸装置包括水洗装置15和碱洗装置16；进一步，所述分离装置包括至少两组通过并联方式连接的所述脱酸装置；目的在于，分离除去含氟化烷烃的气相料中杂质，主要为氟化氢和氯化氢，从而得到本发明装置制备得到的产品氟化烷烃；进一步，在所述碱洗装置16的上部设置有第一取样口，在所述碱洗装置18的上部设置有第二取样口；目的在于，检测得到的产品氟化烷烃中的杂质的含量，便于生产人员及时调整相关的反应条件，来达到更好的反应效果；进一步，在所述精馏装置20的底部设置有精馏装置液相出口，所述精馏装置液相出口连接至所述管式反应器的入口或所述预混罐4；目的在于，通过精馏分离出的中间产物流至所述管式反应器的入口或者所述预混罐4，实现将中间产物再进行氟化反应合成最终的氟化烷烃，从而合成氟化烷烃的原料的合成利用率，实现合成氟化烷烃的环保节能、无污染、降低了生产成本的技术目的；优选地，所述分离装置与压缩装置连接后，再与产品储罐连接，目的在于提高生成的氟化烷烃放置入产品储罐中的效率；优选地，所述管式反应器为直管式反应器、盘管式反应器、多管式反应器、u型管式反应器和环形管式反应器中的一种或数种的组合；目的在于，使合成氟化烷烃的原料在管式反应器能充分的进行氟化反应，流速和管式反应器的组成、结构和长度决定反应停留时间，在管式反应器确定的条件下，通过调节流速来改变反应停留时间；在流速确定的条件下，通过改变管式反应器的组成、结构和长度来改变反应停留时间；流速一般为0.1-3.0m/s；优选地，所述管式反应器的材质为碳钢、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金中的一种或数种；目的在于，使合成合成氟化烷烃的原料在管式反应器中进行氟化反应时，管式反应器能耐腐蚀；进一步，所述管式反应器的具有内衬，所述内衬的材质为聚全氟烯烃类或碳纤维；管式反应器由于其本身体系较小，内部结构简单，故更方便内衬其他材质，易于加工；不同材质在氟化反应中耐腐蚀程度相差较大，同等设备成本下，耐腐蚀材质的选择性更多；有利于解决液相氟化中所存在的腐蚀问题。以下通过合成具体的氟化烷烃，比较本发明的装置和现有技术的装置。二氟一氯甲烷的制备：在本发明的装置中，将三氯甲烷与五氯化锑按照质量比5:1比例混合后，以1m/s流速预热至50℃，氟化氢以0.5m/s流速预热至70℃，经由静态混合器混合后，进入体积0.2l的管式反应器中。管式反应器具有三段反应段，控制第一段反应段温度为80℃，充入加压气体氮气至氟化反应压力控制1.0mpa，原料物流中的氟化氢和三氯甲烷在催化剂的催化下，在管式反应器中进行氟化反应，生成的反应液中包括有氟化反应的产物二氟一氯甲烷，反应液中还包括未反应完的原料和催化剂，所述管式反应器的反应段之间连接有气液分离器，气相产物分离后进入脱酸装置；分离所得液相产物进入下一段反应段，并以0.25m/s流速向下一反应段补加氟化氢，控制后面反应段温度为80℃，反应液中未反应完的原料在催化剂的作用下，在所述管式反应器的中进行氟化反应，反应结束，生成的反应液流至稳压罐，在稳压罐物料分离成含有二氟一氯甲烷的气相料和含有未反应的原料的液相料，将所述液相料循环后分离至预混罐及氟化氢储罐，气相料经由分离装置，所述分离装置包括水洗装置、碱洗装置、干燥装置和精馏装置进行相关水洗、碱洗、干燥和精馏后，得到产品二氟一氯甲烷，将产品二氟一氯甲烷充入二氟一氯甲烷产品储罐中储存。表1本发明的装置制备得到的产品二氟一氯甲烷的成分分析组分名含量(％)r230.0023r2299.9934r210.0025ch2cl20.0018h2o0.0008二氟甲烷的制备：在本发明的装置中，将二氯甲烷与五氯化锑按照质量比5:1比例混合后，以1m/s流速预热至60℃，氟化氢以0.5m/s流速预热至80℃，经由静态混合器混合后，进入体积0.2l的管式反应器中。管式反应器具有三段反应段，控制第一反应段温度为80℃，充入加压气体氮气至氟化反应压力控制2.5mpa，原料物流中的氟化氢和二氯甲烷在催化剂的催化下，在管式反应器中进行氟化反应，生成的反应液中包括有氟化反应的产物二氟甲烷、中间产物、氯化氢、未反应完的原料和催化剂；经由气液分离器分离，气相产物进入脱酸装置，液相产物进入第二反应段；并以0.5m/s流速向第二反应段补加氟化氢，控制第二反应段温度为90℃，反应液中未反应完的原料在催化剂的作用下，在所述管式反应器的中进行氟化反应。反应产物经由气液分离器分离，气相产物分离后进入脱酸装置，分离所得液相产物进入第三反应段；并以0.25m/s流速向第三反应段补加氟化氢，控制第三反应段温度为110℃；反应结束生成的反应液流至稳压罐，在稳压罐物料分离成含有二氟甲烷的气相料和含有未反应的原料的液相料，将所述液相料循环后分离至预混罐及氟化氢储罐，气相料经由分离装置，所述分离装置包括水洗装置、碱洗装置、干燥装置和精馏装置进行相关水洗、碱洗、干燥和精馏后，得到产品二氟甲烷，将产品二氟甲烷充入二氟甲烷产品储罐中储存。表2本发明的装置制备得到的产品二氟甲烷的成分分析1，1，1，3，3-五氟丙烷的制备：在本发明的装置中，将1，1，1，3，3-五氯丙烷与五氯化锑按照质量比5:1比例混合后，以1m/s流速预热至60℃，氟化氢以0.5m/s流速预热至80℃，经由静态混合器混合后，进入体积0.2l的管式反应器中。管式反应器具有三段反应段，控制第一反应段温度为80℃，充入加压气体氮气至氟化反应压力控制1.3mpa，原料物流中的氟化氢和1，1，1，3，3-五氯丙烷在催化剂的催化下，在管式反应器中进行氟化反应，生成的反应液中包括有氟化反应的产物1，1，1，3，3-五氟丙烷、中间产物、氯化氢、未反应完的原料和催化剂；经由气液分离器预分离后，气相产物进入脱酸装置，液相产物进入下一段反应段；并以0.5m/s流速向第二反应段补加氟化氢，控制后面第二反应段温度为100℃，反应液中未反应完的原料在催化剂的作用下，在所述管式反应器的中进行氟化反应；反应产物经由气液分离器预分离后，气相产物进入脱酸装置，液相产物进入第三反应段；控制第三反应段温度为120℃，并以0.25m/s流速向第三反应段补加氟化氢；反应结束，生成的反应液流至稳压罐，在稳压罐物料分离成含有1，1，1，3，3-五氟丙烷的气相产物和含有未反应的原料的液相料，将所述液相料循环后分离至预混罐及氟化氢储罐，气相产物经由分离装置，所述分离装置包括水洗装置、碱洗装置、干燥装置和精馏装置进行相关水洗、碱洗、干燥和精馏后，得到产品1，1，1，3，3-五氟丙烷，将产品1，1，1，3，3-五氟丙烷充入1，1，1，3，3-五氟丙烷产品储罐中储存。表3本发明的装置制备得到的产品1，1，1，3，3-五氟丙烷的成分分析组分名含量(％)r2350.0005r24599.9875r2440.0078r2430.0035r2420.0007h2o0.0007以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3