堰式骤冷器和并入所述堰式骤冷器的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高效并且有效的堰式骤冷器，以及包含反应器和所述堰式骤冷器 的设备。还提供并入所述堰式骤冷器的工艺。
【背景技术】
[0002] 氢氟碳化合物（hydrofluorocarbon ;HFC)产品广泛用于许多应用中，包括冷藏、 空气调节、发泡体膨胀，并且用作气溶胶产品（包括医学气溶胶装置）的推进剂。尽管已经 证明HFC比其所替换的氯氟碳化合物和氢氯氟碳化合物产品更具有气候友好性，但现在已 经发现其展现可观的全球暖化潜能（global warming potential ;GWP)。
[0003] 寻找目前氟碳化合物产品的更可接受替代方案导致出现氢氟烯烃 (hydrofluoroolefin ;HF0)产品。相对于其前身，预期HFO对大气施加较小影响，其表现形 式为与HFC相比，对臭氧层的有害影响较小或无有害影响以及其GWP低得多。有利地，HFO 还展现低可燃性和低毒性。
[0004] 随着HFO的环境、并且因此经济重要性已经出现，也同样出现了对在其生产中所 利用的前驱体的需求。许多所需HFO化合物（例如2, 3, 3, 3-四氟丙-1-烯或1，3, 3, 3-四 氟丙-1-烯）可以典型地利用氯碳化合物或氯氟碳化合物的原料，并且确切地说，氯化丙烯 来产生。
[0005] 不幸的是，许多氯化丙烯可能具有有限的商业可获得性，和/或可能仅在潜在地 过分高成本的情况下可获得，这至少部分地归因于在其制造中典型地利用的常规工艺导致 产生大量废弃物和/或副产物的倾向。举例来说，用于产生氯化丙烯的许多常规工艺仅需 要限制性试剂的部分转化，以使得所述限制性试剂的过度转化导致产生大量副产物。在试 图通过用水或其它含水溶剂使反应骤冷以将转化率限制为所需水准中可能产生过量废弃 物，因为在氯化过程中使用同一工艺可能导致产生价值比无水HCl低的大量含水HC1。用非 水性溶剂使此类反应骤冷也可能是次优的，因为未经转化的限制性试剂的任何量的反向混 合或滞留时间增加不管在何种溶剂中均可能导致非所需转化率水准和反应选择性降低。
[0006] 所产生的任何此类废弃物和/或副产物不仅必须从最终产物中分离并弃置，并且 也可能在进行此操作之前导致系统结垢。这些结果两者均可能引入实质性费用，进一步限 制其中不减少或消除此类废弃物和/或副产物产生的工艺的商业潜能。此外，这些问题在 工艺规模放大中加剧，以使得大规模工艺可能快速变得成本过高。
[0007] 已经提出利用非水性溶剂的骤冷机制，但已经提出所述骤冷机制与不适用于生产 氯化丙烯的许多工艺中的骤冷设计结合使用。也就是说，常规堰式或喷淋骤冷设计可以典 型地导致一定量的反向混合发生，所述反向混合在使用这些骤冷设计的情形内是可接受 的，但在高转化率可能导致形成不可接受量的副产物的工艺中是不可接受的。另外，为了提 供所需的冷却量，能够利用有机冷却流体的常规骤冷机制典型地被设计成用于容纳极高流 动速率的工艺和/或骤冷流体。
[0008] 因此，将需要提供产生适用于HFO合成的氯碳化合物前驱体的改良工艺。更确切 地说，在不使转化率非所需增加或反应选择性降低的情况下使所产生废弃物和/或副产物 的量减少或以具有成本效益的方式管理所产生任何副产物和/或废产物的改良方法将提 供明显的商业优势。
【发明内容】
[0009] 本文提供提供此类优势的堰式骤冷器。更具体地说，堰式骤冷器利用非水性工艺 流体作为骤冷流，以使得如在使用水或含水溶剂作为骤冷液体的情况下可见的含水酸性废 产物产生可以减少或消除。此外，堰式骤冷器并入有至少一或多种可以增强其操作的设计 特征，例如通过提供减少的反应流出物反向混合、将堰式骤冷器内的堵塞减到最少或排除、 降低与骤冷设备相关联的任何泵的负载等。因此，可以实质上维持所需转化率，可以将副产 物形成减到最少和/或可以减少或消除结垢。除通过相较于较昂贵骤冷形式（例如喷淋骤 冷）而利用堰式骤冷器来提供成本节约以外，通过将与废弃物和/或副产物的分离和弃置 相关联的成本和/或从系统中清除阻塞物的工艺停工时间减到最少或完全避免来进一步 提供节约。在一些实施例中，可以产生无水氯化氢，而非含水氯化氢。无水HCl可以改作他 用，或甚至以比含水氯化氢可获得的价格高的价格出售。
[0010] 在本发明的一个方面中，提供一种堰式骤冷器。堰式骤冷器包含具有一定内径的 入口和具有一定内径的上部腔室，其中入口内径是上部腔室内径的至少90%。堰式骤冷器 进一步包含至少一个具有一定长度和一定内径的降液管，其中入口内径与降液管内径之比 大于或等于2或3,或大于或等于4。合意地，入口内径与降液管内径之比小于6,并且可以 小于5。至少一个降液管的内径可以是0. 5英寸或0. 5英寸以上，并且在一些实施例中，可 以是1英寸到16英寸。降液管长度与降液管内径之比宜可以大于1. 5,或大于2,或大于3， 或大于4。降液管长度与降液管内径之比宜可以小于20,或小于12,或小于8,或小于5。降 液管的出口可以以非固定方式与下部腔室相关安置。在一些实施例中，下部腔室可以包含 挡板，例如顶部挡板。
[0011] 当与反应器结合利用堰式骤冷器时，可以进一步利用堰式骤冷器的有利尺寸关 系，并且实际上，已经发现在反应器出口与堰式骤冷器之间的另外尺寸关系进一步帮助实 现两者的全部益处。
[0012] 并且因此，在另一方面中，提供一种包含具有拥有一定内径的出口的反应器和具 有拥有一定内径的入口的堰式骤冷器，其中反应器出口内径与堰式骤冷器入口内径之比是 1或1以上。堰式骤冷器包含具有一定内径的入口和包含一定内径的上部腔室，其中入口内 径是上部腔室内径的至少90%。堰式骤冷器进一步包含至少一个具有一定长度和一定内径 的降液管，其中入口内径与降液管内径之比大于或等于2、或大于或等于3、或大于或等于 4。在一些实施例中，入口内径与降液管内径之比小于6,并且可以小于5。至少一个降液管 的内径可以是〇. 5英寸或0. 5英寸以上，并且在一些实施例中，内径可以是1英寸到16英 寸。降液管长度与降液管内径之比宜可以大于1.5、或大于2、或大于3、或大于4。降液管 长度与降液管内径之比宜可以小于20、或小于12、或小于8、或小于5。
[0013] 因为预期本发明反应器为其中利用所述反应器的气态工艺提供时间和成本节约， 所以还提供此类工艺。包含限制性试剂的工艺发现特定益处。
[0014] 在另一方面中，提供用于使来自化学工艺的气态产物物料流骤冷的工艺。所述工 艺包含将气态产物物料流从具有拥有一定内径的出口的反应器中提供到具有拥有一定内 径的入口的堰式骤冷器中。反应器出口内径与堰式骤冷器入口内径之比是至少1。
[0015] 骤冷液流与气态流出物的质量流比是至少1、或至少2、或至少3或至少4。在一些 实施例中，骤冷流与气态流出物的质量流比小于8、或小于7、或小于6、或小于5。堰式骤冷 器可以用于其中流出物流速小于lOft/s或小于Ι/s的工艺。在一些实施例中，骤冷流的温 度大于20°C ;而在其它中，其可以小于250°C。在一些实施例中，骤冷流动的温度是20°C到 250。。。
【附图说明】
[0016] 当参考随附图式阅读以下详细描述时，将更好理解本发明的这些和其它特征、方 面以及优势，其中：
[0017] 图1是堰式骤冷器的一个实施例的示意性表示（不按比例）；
[0018] 图2是堰式骤冷器的另一个实施例的示意性表示（不按比例）；
[0019] 图3A是根据一个实施例的堰式骤冷器的示意性表示，例如具有以非固定方式连 接到具有拥有一定内径（?)的出口的反应器上的拥有一定内径（D i)的入口，其中在反应器 出口内径（?)与堰式骤冷器入口内径（Di)之间的比是1或1以上；
[0020] 图3B是以非固定方式连接到反应器上的常规堰式骤冷器的示意性表示，其中反 应器出口内径（?)与堰式骤冷器入口内径（D i)之比小于1 ;
[0021] 图4提供使用图1中所示堰式骤冷器实施例操作的工艺的等温线；
[0022] 图5提供使用图1中所示堰式骤冷器实施例操作的工艺的气体体积分数等值线 (a)和速度向量（b);以及
[0023] 图6提供图1中所示实施例中，骤冷液流与反应器流出物质量流之比对反应器产 物物料流温度（a)和其与骤冷液体温度差异（b)的作用的图形描绘。
【具体实施方式】
[0024] 本说明书提供某些定义和方法以更好地定义本发明并且引导所属领域的一般技 术人员实践本发明。提供或不提供特定术语或短语的定义不意味着暗示具有任何特定重要 性或缺乏所述重要性。相反地，并且除非另外指出，否则术语应根据相关领域的一般技术人 员的常规使用来理解。
[0025] 如本文所用的术语"第一"、"第二"等并不标示任何次序、数量或重要性，而相反地 用于区分一个要素与另一个要素。另外，术语"一（a/an)"并不标示数量的限制，而但相反 地标示存在至少一个所提及的项目，并且除非另外指出，斗则术语"前部"、"后部"、"底部" 和/或"顶部"仅出于描述便利性而加以使用，而并不打算将所描述的部分限制于任何一个 位置或空间定向。
[0026] 如果揭示范围，那么针对于相同组分或特性的所有范围的端点包括在