一种节能环保型生产双疏含氟原料的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生活用品制备及化工工艺流程领域，具体涉及一种节能环保型生产双疏含氟原料的装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着人们对生活质量要求越来越高，防水防油衣物已经逐渐普遍，且工业生产过程中很多管路或材料也逐渐要求防水防油，导致疏水疏油性材料的需求量越来越大，早在2007年国内双疏材料的需求量就已经超过8000吨，这几年更是呈现较大的增长趋势。
[0003]但目前由于国内做双疏材料的技术不是很成熟，做双疏材料的公司较少，我国的双疏材料主要是来自于进口。但这些双疏材料大多为长链全氟烷烃氟碳化合物(CnFZn+1，n>8)因其突出的低表面自由能被广泛应用于制备拒水拒油整理剂。然而，越来越多的事实表明，长氟碳链化合物存在环境和生物积累或毒性。这说明双疏材料在国内还有极大的发展空间。所以我国的双疏材料的制作近年来备受关注。
[0004]氟碳化合物家族中另一重要成员，全氟聚醚化合物(PFPE，其中具有双疏性的主要物质HFP0 二聚体、三聚体及四聚体)因其出色的物理化学性能，如，耐化学腐蚀性，优良的润滑性，低表面自由能及低毒性，有望在拒水拒油整理剂方面取代长链全氟烷烃氟碳化合物。
[0005]目前，生产全氟聚醚化合物主要是双二烷氨基二氟甲烷催化法，即通过HFP0(全氟环氧丙烷)在双二烷氨基二氟甲烷的催化作用下的齐聚反应获得。此法的缺点是:反应时间很长，温度低至-20°C到-30°C，催化剂生产费用高，反应流程长，原料利用率低，生产废气废料污染环境以及需要使用六氟丙烯/HFP0混合物。另外，也有一种碱金属催化法，即通过HFP0在KF、己二腈、四甘醇二甲醚的催化作用下的齐聚反应获得。此法原料利用率大大提升，HFP0 (全氟环氧丙烷)全部反应，催化剂也能分离出来回收利用，生产过程几乎无废气产生，既环保，成本又低。但目前碱金属催化法并没有具体的工艺流程，主要还是停留在实验室阶段。本发明就是针对目前碱金属催化法而提出的工艺流程，从而降低国内对双疏含氟原料进口的依赖性及降低其成本，使国内双疏材料得到发展。
【发明内容】
[0006]本发明一种节能环保型生产双疏含氟原料的装置，解决的技术问题是目前用双二烷氨基二氟甲烷催化法生产PFPE反应时间很长，反应温度过低，催化剂生产费用高，反应流程长，原料利用率低，生产废气废料污染环境等问题。
[0007]—种节能环保型生产双疏含氟原料的装置，包括催化剂混合器、反应器、催化剂与含氟聚合体分离系统、二聚体精馏提纯系统、三聚体精馏提纯系统、四聚体精馏提纯系统和产物收集装置；
所述催化剂与含氟聚合体分离系统包括反应产物缓冲罐和分离器；所述二聚体精馏提纯系统包括二聚体精馏塔、二聚体精馏塔塔底冷凝器和第一多聚体缓冲罐；所述三聚体精馏提纯系统包括三聚体精馏塔、三聚体精馏塔塔底冷凝器和第二多聚体缓冲罐；所述四聚体精馏提纯系统包括四聚体精馏塔和四聚体精馏塔塔底冷凝器；所述产物收集装置包括二聚体缓冲罐、三聚体缓冲罐和四聚体缓冲罐。
[0008]所述催化剂混合器的出口与反应器、反应产物缓冲罐、分离器、二聚体精馏塔的第一进料口通过管道顺次连接，二聚体精馏塔的塔顶出料口与二聚体缓冲罐入口连接，二聚体缓冲罐底部液相出料口管道分两段，一段与二聚体精馏塔的第二进料口连接，另一段与HFP0 二聚体储罐的入口连接；
所述二聚体精馏塔底部出料口与第一多聚体缓冲罐入口连接，第一多聚体缓冲罐底部出料口与三聚体精馏塔第一进料入口连接，三聚体精馏塔的塔顶出料口与三聚体缓冲罐入口连接，三聚体缓冲罐底部液相出料口管道分两段，一段与三聚体精馏塔第二进料口连接，另一段与HFP0三聚体储罐入口连接；
所述三聚体精馏塔底部出料口与第二多聚体缓冲罐入口连接，第二多聚体缓冲罐底部出料口与四聚体精馏塔第一进料入口连接，四聚体精馏塔的塔顶出料口与四聚体缓冲罐入口连接，四聚体缓冲罐底部液相出料口管道分两段，一段与四聚体精馏塔第二进料口连接，另一段与HFP0四聚体储罐入口连接；
所述四聚体精馏塔底部出料口与副产物储罐的入口连接；
所述二聚体精馏塔与第一多聚体缓冲罐之间还连接有二聚体精馏塔塔底冷凝器；所述三聚体精馏塔与第二多聚体缓冲罐之间还连接有三聚体精馏塔塔底冷凝器；所述四聚体精馏塔与副产物储罐之间还连接有四聚体精馏塔塔底冷凝器；
所述分离器出口还与反应器连接；所述二聚体精馏塔、三聚体精馏塔和四聚体精馏塔的第二进料口高于各精馏塔的第一进料口。
[0009]进一步地，还包括预热装置；所述预热装置包括催化剂预热器和HFP0预热器；所述催化剂预热器设置于催化剂混合器与反应器之间的管道上；所述HFP0预热器设置于反应器与HFP0储存罐的连接管道上。
[0010]进一步地，还包括反应产物冷凝器、二聚体冷凝器、三聚体冷凝器和四聚体冷凝器；所述反应产物冷凝器连接于反应器和反应产物缓冲罐之间的管道上；所述二聚体冷凝器连接于二聚体精馏塔的塔顶出料口与二聚体缓冲罐之间的管道上；所述三聚体冷凝器连接于三聚体精馏塔的塔顶出料口与三聚体缓冲罐之间的连接管道上；所述四聚体冷凝器连接于四聚体精馏塔的塔顶出料口与四聚体缓冲罐之间的连接管道上。
[0011]进一步地，还包括再沸器装置；所述再沸器装置包括二聚体精馏塔再沸器、三聚体精馏塔再沸器和四聚体精馏塔再沸器；所述二聚体精馏塔再沸器的一端连接于二聚体精馏塔的塔底液相出口，另一端连接于二聚体精馏塔的第三进料口 ；所述三聚体精馏塔再沸器的一端连接于三聚体精馏塔的塔的塔底液相出口，另一端连接于三聚体精馏塔的塔的第三进料口；所述四聚体精馏塔再沸器的一端连接于四聚体精馏塔的塔底液相出口，另一端连接于四聚体精馏塔的第三进料口。
[0012]进一步地，所述二聚体精馏塔、三聚体精馏塔和四聚体精馏塔的第三进料口高于第一进料口低于第二进料口。
[0013]一种节能环保型生产双疏含氟原料的方法，包括如下步骤:
将己二腈、四甘醇二甲醚在催化剂混合器中混合后，与HFP0预热后同KF于反应器中反应，反应后的物料没有进行静置分层直接进入反应产物缓冲罐后再进入分离器，分离器下层液体流进二聚体精馏塔精馏、上层液体为催化剂回流至反应器，二聚体精馏塔顶的气相物质经过二聚体冷凝器凝结成液态进入二聚体缓冲罐够进入HFPO 二聚体储罐；
二聚体精馏塔底物料经二聚体精馏塔塔底冷凝器冷凝后进入第一多聚体缓冲罐后再进入三聚体精馏塔；三聚体精馏塔顶的气相物质经过三聚体冷凝器凝结成液态进入三聚体缓冲罐后进入HFPO三聚体储罐；
三聚体精馏塔底物料经三聚体精馏塔塔底冷凝器冷凝后进入第二多聚体缓冲罐后再进入四聚体精馏塔；四聚体精馏塔顶的气相物质经过四聚体冷凝器凝结成液态进入四聚体缓冲罐后进入HFPO四聚体储罐；四聚体精馏塔底物料经四聚体精馏塔塔底冷凝器冷凝进入副储触;
上述方法中，所述己二腈、四甘醇和KF为催化剂；所述催化剂与HFPO的物质的量用量比满足:四甘醇二甲醚:KF:己二腈:HFPO = 1:1~2:8~12:60~70 ;优选比例为:四甘醇二甲醚:KF:己二腈:HFPO = 1:1.147:9.864:66.927。
[0014]上述方法中，二聚体精馏塔顶的气相物质经过二聚体冷凝器凝结成液态流入二聚体缓冲罐后部分流回二聚体精馏塔，其余部分流入二聚体储罐；三聚体精馏塔顶的气相物质经过三聚体冷凝器凝结成液态流入三聚体缓冲罐后部分流回三聚体精馏塔，其余部分流入三聚体储罐；四聚体精馏塔顶的气相物质经过四聚体冷凝器凝结成液态流入四聚体缓冲罐后部分流回四聚体精馏塔，其余部分流入四聚体储罐。
[0015]上述方法中，二聚体精馏塔底物料大部分经二聚体精馏塔再沸器重新进入二聚体精馏塔，其余部分经冷凝进入第一多聚体缓冲罐后再进入三聚体精馏塔；三聚体精馏塔底物料大部分经三聚体精馏塔再沸器重新进入三聚体精馏塔，其余部分经冷凝进入第二多聚体缓冲罐后再进入四聚体精馏塔；四聚体精馏塔底物料大部分经四聚体精馏塔再沸器重新进入四聚体精馏塔，其余部分经冷凝进入副产品罐。
[0016]上述方法中，精馏塔塔板数在4~13块之间；所述精馏塔塔板数不包括冷凝器和再沸器，塔顶摩尔回流比在0.5~2.0之间，塔顶压力在50kPa到150kPa之间；所述精馏塔为二聚体精馏塔、三聚体精馏塔和四聚体精馏塔。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点为:
1、本