氯醇化反应系统及其反应方法与流程

本发明涉及氯醇化反应设备，具体地涉及氯醇化反应系统及其反应方法。

背景技术：

氯醇化反应是环氧丙烷、环氧氯丙烷工业生产中所采用的一种比重较大的工艺方法，它是整个工业生产工艺过程中非常关键的一个环节。现有的氯醇化反应系统，通常由多组串联反应单元组成，并且采用的是多段进料，由于被串联起来的反应单元的数量有限，导致了氯醇的转化率偏低，同时还会产生大量的副产物和废水。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的氯醇转化率低、副产物和废水量大的问题，提供氯醇化反应系统及其反应方法，通过对不同的子反应器的连通状态的交替切换使用，在保证反应收率更高的情况下，整个系统可稳定连续生产。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种氯醇化反应系统，包括相互并联在循环主管上的多个子反应器，所述子反应器的输入端通过第一管路与所述循环主管相连通，所述子反应器的输出端通过第二管路的第一分支与所述循环主管相连通、所述子反应器的输出端通过第二管路的第二分支与外接皂化系统相连通；所述第一管路、第一分支和第二分支上分别设有多个控制阀门，所述控制阀门的开、闭使所述子反应器在与所述循环主管接通的第一连通状态或与所述外接皂化系统接通的第二连通状态间交替切换，且在多个所述子反应器中任意相邻的两个子反应器的连通状态彼此相反。

优选地，所述循环主管分别与多个反应原料入口管线相连，包括：水入口管线、氯气入口管线、丙烯或氯丙烯入口管线和碱液入口管线。

优选地，设有所述氯气入口管线和丙烯或氯丙烯入口管线的一段所述循环主管，沿水平方向设置。

优选地，设有所述氯气入口管线和丙烯或氯丙烯入口管线的一段所述循环主管，其设置方向与水平方向之间的夹角为5°-10°。

优选地，所述子反应器的设置数量为两个。

本发明第二方面提供一种如上所述的氯醇化反应系统的反应方法，包括如下步骤：

步骤100：向所述氯醇化反应系统中输入包括水、氯气、丙烯或氯丙烯和碱液在内的反应原料；

步骤200：所述氯醇化反应系统的多个所述子反应器中的任意相邻的两个子反应器分别为第一子反应器和第二子反应器，第一子反应器处于与循环主管接通的第一连通状态，第二子反应器处于与外接皂化系统接通的第二连通状态；

步骤300：满足氯醇化反应时间后，切换所述第一子反应器与第二子反应器的连通状态，使第一子反应器处于与外接皂化系统接通的第二连通状态；第二子反应器处于与循环主管接通的第一连通状态；

步骤400：满足切换时间后，从所述步骤300切换返回至所述步骤200，反复切换循环直至系统停机。

优选地，所述步骤100中所述氯气和所述丙烯或氯丙烯的加入量比例为氯气：丙烯或氯丙烯为1：0.8-1.5。

优选地，所述步骤100中的碱液包括：NaOH、Ca(OH)2、CaCO3或Na2CO3溶液。

优选地，在所述步骤200和步骤300中，在所述第一子反应器和第二子反应器中进行氯醇化反应的溶液pH<6。

优选地，所述步骤200和步骤300中的所述氯醇化反应的反应条件具体包括：反应压力为：0.05-2兆帕；反应温度为：10℃-40℃。

通过上述技术方案，本发明通过对子反应器之间连通状态的切换使用，在保证反应收率更高的情况下，整个系统可稳定连续生产；合理控制子反应器内溶液的酸碱度，降低副产物的生成；设备结构紧凑易于实现，投资小、易于控制。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的氯醇化反应系统整体结构示意图；

图2为本发明另一个实施例中的氯醇化反应系统整体结构示意图。

附图标记说明

100循环主管 210第一子反应器 220第二子反应器

300第一管路 410第一分支 420第二分支

610水入口管线 620氯气入口管线 630丙烯或氯丙烯入口管线

640碱液入口管线 8第一泵 7第二泵

11第一阀门 12第二阀门 13第一顶部阀门

9第三阀门 10第四阀门 14第二顶部阀门

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”通常是指相对于各部件本身的轮廓的内外；“远、近”通常是指相对于各部件本身的轮廓的远近。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，一方面提供一种氯醇化反应系统，包括相互并联在循环主管100上的多个子反应器，其中的循环主管100应当具有一定的长度，子反应器则需要依据生产规模具有一定的尺寸，本领域技术人员可以根据实际的需要对此进行选择。在图1所示的实施例中，只有两个子反应器，分别是第一子反应器210和第二子反应器220。从理论上说，如果不考虑反应系统的成本造价和设置场地的因素，子反应器的设置数量可以是多个。所述第一子反应器210和第二子反应器220的输入端通过第一管路300与所述循环主管100相连通，输出端通过第二管路400的第一分支410与所述循环主管100相连通、通过第二管路400的第二分支420与外接皂化系统(图中未示出)相连通。所述第一管路300、第一分支410和第二分支420上分别设有多个控制阀门，所述控制阀门的开、闭使所述第一子反应器210和第二子反应器220在与所述循环主管100接通的第一连通状态或与所述外接皂化系统接通的第二连通状态间交替切换，且在同一时段内，第一子反应器210和第二子反应器220的连通状态彼此相反。也就是说，当第一子反应器210与循环主管100接通时，反应原料在第一子反应器210中进行氯醇化反应，处于第一连通状态；此时，第二子反应器220与外接皂化系统接通，第二子反应器220中已经在之前的第一连通状态下完成氯醇化反应的溶液，输出到外接皂化系统，处于第二连通状态。当达到氯醇化反应时间后，通过设置在反应系统中的不同位置的阀门的开、闭，使第一子反应器210和第二子反应器220的连通状态进行交换，第一子反应器210进入第二连通状态，而第二子反应器220则进入第一连通状态，如此循环往复。需要说明的是，设置在整个反应系统中的各个位置处的多个阀门属于常规技术，其结构和工作原理在此不再赘述。而对于第一子反应器210和第二子反应器220所处的连通状态，是通过设置在反应系统中的控制中心的程序进行自动控制或者通过人为手动控制来实现切换，该部分内容在此也不再赘述。另外，在整个反应系统中，除了上述提到的主要部件之外，还有构成整体反应系统的其他辅助设备，比如包括但不局限于：连接管、换热器、泵、罐、压缩机、控制系统等等，若有需要，本领域技术人员可根据需要来设置。

如图1所示，所述循环主管100分别与多个反应原料入口管线相连，包括：水入口管线610、氯气入口管线620、丙烯或氯丙烯入口管线630和碱液入口管线640。其中的碱液入口管线640在图1所示的实施例中是设置在循环主管100上的，在实际应用中，更优选地，也可以直接设置在第一子反应器210上，或者设置在第二子反应器220之前的循环主管100上。循环主管100可以包括水平或者垂直的管道，为了方便各种反应原料的输送，在图1所示的实施例中，设有所述氯气入口管线620和丙烯或氯丙烯入口管线630的一段循环主管100，是沿着水平方向设置的。

本发明另一方面还提供一种如上所述的氯醇化反应系统的反应方法，包括如下步骤：

步骤100：向所述氯醇化反应系统中输入包括水、氯气、丙烯或氯丙烯和碱液在内的反应原料；

步骤200：所述氯醇化反应系统的多个所述子反应器中的任意相邻的两个子反应器分别为第一子反应器和第二子反应器，第一子反应器处于与循环主管100接通的第一连通状态，第二子反应器处于与外接皂化系统接通的第二连通状态；

步骤300：满足氯醇化反应时间后，切换所述第一子反应器与第二子反应器的连通状态，使第一子反应器处于与外接皂化系统接通的第二连通状态；第二子反应器处于与循环主管100接通的第一连通状态；

步骤400：满足切换时间后，从所述步骤300切换返回至所述步骤200，反复切换循环直至系统停机。

为了达到更好的反应效果，反应原料需要按照一定的比例关系输入反应系统，通常情况下，所述步骤100中所述氯气和所述丙烯或氯丙烯的加入量比例为氯气：丙烯或氯丙烯为1：0.8-1.5。而所述步骤100中的碱液包括：NaOH、Ca(OH)2、CaCO3或Na2CO3溶液。需要说明的是，在通常情况下，碱液的加入方式是非连续加入的，要根据反应系统中的PH值大小进行添加。另外，对在所述步骤200和步骤300中，第一子反应器210和第二子反应器220中进行氯醇化反应的溶液的pH值也有一定的要求，通常情况下pH<6，优选pH<3。如前所述，第一子反应器210和第二子反应器220中的碱液非连续加入，而是与第一子反应器210和第二子反应器220中进行氯醇化反应的溶液的pH值有关，碱液的加入量根据第一子反应器210和第二子反应器220中进行氯醇化反应的溶液的pH值大小进行，保持氯醇化反应在pH<6，优选pH<3的酸碱度条件下进行。而氯气、丙烯或氯丙烯和水的加入方式为连续加入，在整个氯醇化反应过程中都需要平稳、持续地输入。需要说明的是，在步骤200和步骤300中，所述氯醇化反应的反应条件具体包括：氯醇化反应压力为：0.05-2兆帕；反应温度为：10℃-40℃。

如图2并对照图1所示可知，图2所示的实施例与图1所示的实施例的反应系统结构基本相同，两者唯一的差别在于，在图2所示的实施例中，为了使各种反应原料能够更好的溶解，在输入反应系统的过程中缓慢上升，在循环主管100的局部达到一种管式反应器的效果，在氯气入口管线620和丙烯或氯丙烯入口管线630之前以及前后一段距离的所述循环主管100的设置方向相对于水平方向稍稍上倾。优选设置方向相与水平方向之间的夹角为5°-10°，该范围为最佳的角度范围。换句话说，在设有氯气入口管线620和丙烯或氯丙烯入口管线630的那一段循环主管100，其设置方向相与水平方向之间的夹角为5°-10°，比如：8°。

以下结合图1和图2，对本发明所提供的氯醇化反应系统的工作过程进行详细地说明。

实施例1

在本实施例所提供的氯醇化反应系统中，氯气入口管线与丙烯入口管线之间的循环主管100与水平线之间的夹角呈5°。反应原料包括持续加入反应系统中的水、氯气和丙烯；非持续加入的碱液为氢氧化钠溶液，控制第一子反应器210中溶液的pH<6；所述氯醇化反应的反应条件具体包括：反应压力为：0.05-2兆帕；反应温度为：10℃-40℃，比如：在本实施例中，反应压力为：0.1兆帕；反应温度为：25℃。

首先，第一子反应器210处于第一连通状态，进行氯醇化反应，其中第一泵8出口管线的第一分支410上的第一阀门11打开，第二分支上的第二阀门12关闭，第一子反应器210的第一顶部阀门13打开。第二子反应器220处于第二连通状态，其中的溶液去后续皂化系统，其中第二泵7出口管线的第一分支410上的第三阀门9关闭，第二分支420上的第四阀门10打开，第二子反应器220的第二顶部阀门14关闭。其次，持续反应和输出达到预定的氯醇化反应时间后，第一子反应器210转换为第二连通状态，其中的溶液去后续皂化系统，其中第一泵8出口管线的第一分支410上的第一阀门11关闭，第二分支上的第二阀门12打开，第一子反应器210的第一顶部阀门13关闭。第二子反应器220转换为第一连通状态，进行氯醇化反应，其中第二泵7出口管线的第一分支410上的第三阀门9开打，第二分支420上的第四阀门10关闭，第二子反应器220的第二顶部阀门14打开。最后，再过一定时间后，两个子反应器的连通状态再进行切换，一个进行氯醇化反应，一个去皂化，如此反复循环，直至系统停机。

实施例2

在本实施例所提供的氯醇化反应系统中，氯气入口管线与丙烯入口管线之间的循环主管100与水平线之间的夹角呈8°。反应原料包括持续加入反应系统中的水、氯气和丙烯；非持续加入的碱液为氢氧化钠溶液，控制第一子反应器210中溶液的pH<3；所述氯醇化反应的反应条件具体包括：反应压力为：0.05-2兆帕；反应温度为：10℃-40℃，比如：在本实施例中，反应压力为：0.8兆帕；反应温度为：32℃。

首先，第一子反应器210处于第一连通状态，进行氯醇化反应，其中第一泵8出口管线的第一分支410上的第一阀门11打开，第二分支上的第二阀门12关闭，第一子反应器210的第一顶部阀门13打开。第二子反应器220处于第二连通状态，其中的溶液去后续皂化系统，其中第二泵7出口管线的第一分支410上的第三阀门9关闭，第二分支420上的第四阀门10打开，第二子反应器220的第二顶部阀门14关闭。其次，持续反应和输出达到预定的氯醇化反应时间后，第一子反应器210转换为第二连通状态，其中的溶液去后续皂化系统，其中第一泵8出口管线的第一分支410上的第一阀门11关闭，第二分支上的第二阀门12打开，第一子反应器210的第一顶部阀门13关闭。第二子反应器220转换为第一连通状态，进行氯醇化反应，其中第二泵7出口管线的第一分支410上的第三阀门9开打，第二分支420上的第四阀门10关闭，第二子反应器220的第二顶部阀门14打开。最后，再过一定时间后，两个子反应器的连通状态再进行切换，一个进行氯醇化反应，一个去皂化，如此反复循环，直至系统停机。

由上述内容可知，本发明不仅反应收率高，还由于在整个反应系统中，氯气入口管线、丙烯或氯丙烯入口管线仅各需一个，与现有技术反应设备中的多段进料相比，可以节省比较多的进料计量、换热等辅助设备，从而节省了设备投资。本发明通过在反应系统中设置多个子反应器，尤其是在上述两个实施例中的两个子反应器且切换使用，在保证反应收率更高的情况下，整个系统可稳定连续生产。通过合理控制子反应器内溶液的酸碱度，降低副产物的生成。本发明结构紧凑易于实现，可适于氯水法合成氯醇的所有新建装置，也适于在已有装置的基础上进行改造。综上所述，本发明在有效提高氯醇收率的同时，减少副产物的产生，反应收率高、投资小、易于控制、操作弹性大。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，例如，可以将碱液入口管线直接设置在第一子反应器上。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。