一种加热器、该加热器的用途和应用该加热器制备异氰酸酯的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种加热器，该加热器用于将气流中含有的液滴加热气化的用途，还 涉及应用该加热器制备异氰酸酯的方法。
【背景技术】
[0002] 伯胺与光气在气相中反应制备异氰酸酯的方法已为人们所熟知。在该方法中，伯 胺需经过气化后进入气相光气化反应器中，与光气进行反应生成异氰酸酯，而伯胺的气化 效果对于反应产物的影响非常显著。
[0003] 在实际工业生产操作中，伯胺的气化过程容易出现气化不完全的问题，气化后形 成的胺气流中存在未气化的胺液滴。若没有对应的措施消除这些胺液滴，它们将随着胺气 流进入气相光气化反应器中，产生不利后果。一方面由于胺液滴粒径较大，受热不均，液滴 表面的胺分子与光气反应生成异氰酸酯，而内部的胺分子在高温下则发生碳化反应生成积 碳和氨气，而氨气则与氯化氢（胺与光气反应生成的产物之一）反应生成固体氯化铵，积碳 和氯化铵均容易导致反应器及管线堵塞，需经常清理，从而缩短装置的运转周期；另一方面 这些液滴内部的胺分子与液滴表面生成的异氰酸酯之间容易发生不希望的副反应，导致反 应产物中重组分杂质增多，收率下降。
[0004] 目前消除胺气流中含有的胺液滴一般有两种方法，一是通过气液分离除去液滴， 这种方法一般存在较大的压力损失；二是将通过加热的方式将胺液滴气化而获得不含胺液 滴的胺气流，但现有的加热方法存在压力损失大，加热不均匀等问题。消除胺气流中含有的 胺液滴的过程中，若压力损失较大，会导致胺气化过程压力升高，所需的气化温度升高，而 气化温度的升高易导致胺裂解生成氨气；生成的氨气进入光气化反应器后，与氯化氢（胺 与光气反应生成的产物之一）发生反应，生成固体氯化铵，容易导致反应器内壁及后续管 线堵塞，缩短装置运转周期。而采用加热方式通常存在加热温度不均匀问题，容易出现局部 加热温度过高或过低的情况，还可能出现某些局部加热温度过高而另外某些局部加热温度 过低同时存在的情况。局部加热温度过高会导致胺液滴消除过程中胺液滴内部的胺分子发 生碳化反应，生成积碳和氨气，堵塞设备；而局部加热温度过低则易导致胺气流进入光气化 反应器后，部分胺分子由于达不到气相光气化反应所需的温度而与已反应得到的异氰酸酯 反应形成重组分。
[0005] 专利文献EP1935876A1中，在进入反应器前生成基本无液滴的胺气流，使反应器 的连续运转时间明显增加。该专利文献指出，胺气流中胺液滴的消除可以通过在胺气化和 过热系统之间设置液滴分离器，以及/或者气化装置本身也有液滴分离器的功能来实现， 并提及产生较小压力损失的液滴分离器为优选。然而，该方法对于大规模工业化进行气相 光气化反应是不利的，因为液滴分离器的压力损失会随着体积流量的增加而急剧上升，在 同样的压力损失下，在高体积流量下液滴分离器的胺液滴分离率要低于低体积流量，胺液 滴消除效果差；而如果采用增加压力损失的方式增大液滴分离器的胺液滴分离率，又会导 致胺气化过程压力升高，导致上文所述的设备堵塞，缩短装置运转周期。
[0006] 专利文献CN102471242A中提出一种消除胺气化后存在的未气化的液滴的方法， 该方法使气化后的胺气流经过或不经过液滴分离器除去大部分液滴后得到的含有少量液 滴的胺在导向反应器的进料管中过热，并要求过热过程的停留时间大于〇. 01秒，以促使其 中的液滴气化，最终形成完全气化的流股。进料管的加热可通过管束换热器或加热的管道 之类设备进行。但是在实际操作过程中，若使用液滴分离器，将存在较大的压力损失，导致 上文所述的设备堵塞、缩短装置运转周期；若不采用液滴分离器而直接在进料管内过热，由 于贴近进料管管壁的物料比管道中心的温度高得多，加热不均匀，贴近管壁的胺气流中胺 液滴内部的胺分子在高温下发生碳化反应，生成积碳和氨气，而管道中心的胺气流温度若 较低，进入光气化反应器后会生成重组分；另外，为了将胺气流中的胺液滴充分气化，用于 过热的进料管势必较长，因而延长了胺气流在高温下的停留时间，容易引起胺的裂解生成 氨气，进而导致反应器中生成更多的氯化铵而加速下游设备的堵塞，缩短装置运转周期。
[0007] 专利文献CN101912751A公开了一种以惰性无机导电材料制作的胺气化器，其中 惰性无机导电材料具有不规则的微孔通道，液态胺被雾化分散为液滴后进入该胺气化器进 行气化。该气化器用于雾化后的胺液滴的气化，而非用于气化后胺气流中含有的胺液滴的 消除；即使将该气化器用作消除胺气流中含有的胺液滴的加热器，由于该气化器的主体采 用的是微孔通道结构，通道较长，孔隙率低，因而胺液滴气化过程产生的压力损失会比较 大，易导致上文所述的设备堵塞，缩短装置运转周期。
[0008] 另外，胺气化产生的胺气流中的液滴粒径一般在0.1 mm到Imm之间，在气化效果较 差的情况下还会出现粒径为1mm到2_之间的液滴。而液滴粒径越大，将其加热气化所需 的时间就越长，而长时间的高温加热容易导致胺的裂解，从而导致上述不希望的后果。
[0009] 因此，在气相光气化法制备异氰酸酯的过程中，需要一种压力损失少或基本不损 失压力、且加热温度均匀的用于消除胺气流中的胺液滴的装置。
【发明内容】
[0010] 本发明目的是提供一种加热器，用于在制备异氰酸酯过程中，消除胺气化后胺气 流中含有的未气化的胺液滴，该加热器结构简单，压力损失小，加热均匀，热量利用率高。 [0011] 本发明的另一目的是提供所述加热器用于将气流中的液滴加热气化的用途。
[0012] 本发明的再一目的是提供一种利用所述加热器制备异氰酸酯的方法，该方法可消 除胺气化后胺气流中含有的胺液滴，且在该过程中压力损失小，热量利用率高，使胺气流中 各个位置温度均一，有效提升后续气相光气化反应效果。
[0013] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0014] -种用于将气流中的液滴加热气化的加热器，包括加热器壳体和位于所述加热器 壳体内部的加热器主体，所述加热器壳体上设有气流入口和气流出口，气流通过所述气流 入口进入所述加热器壳体内，流经所述加热器主体，然后通过所述气流出口排出；所述加热 器主体包括一个或多个电加热丝交连形成的立体网状结构。
[0015] 优选地，所述气流是指胺气流，所述液滴是指胺液滴，即所述加热器用于将胺气流 中的胺液滴加热气化。
[0016] 本发明加热器中采用了具有电加热丝交连形成的立体网状结构的加热器主体，在 使用时，含有胺液滴的胺气流在加热器壳体内流经所述加热器主体，胺气流中的胺液滴与 电加热丝直接接触而气化，热量利用率可达95%以上，甚至99%以上。由于采用网状结构， 压力损失极小，从而对胺进行气化的胺气化器中压力和温度均较低，不易发生胺裂解，从而 避免胺气化器内生成固体氯化铵，堵塞设备，使装置的运转周期延长。同时，该立体网状结 构的电加热丝温差小，对胺液滴加热均匀，避免了局部加热温度过高或过低。
[0017] 所述加热器可以为立式或卧式。
[0018] 优选地，所述加热器为立式，胺气流入口位于加热器主体下方的加热器壳体上；胺 气流出口位于加热器主体上方的加热器壳体上，更优选位于加热器壳体的顶部。
[0019] 所述加热器主体与所述加热器壳体的形状相匹配。优选地，所述加热器主体和加 热器壳体均为圆柱状。
[0020] 优选地，所述电加热丝交连形成的立体网状结构通过所述密封绝缘填料与所述加 热器壳体的内壁结合在一起，防止加热器工作时出现短路现象。
[0021] 所述密封绝缘填料可以作为所述加热器主体的一部分，或者作为所述加热器壳体 的一部分，或者作为所述加热器的单独的组成部件，用于将立体网状结构与加热器壳体的 内壁结合在一起。
[0022] 优选地，所述密封绝缘填料包括但不限于聚酯、聚碳酸酯、PVC套管、硅橡胶、聚乙 烯、聚氯乙烯等。
[0023] 作为本发明一种优选的实施方式，所述加热器主体包括一个所述立体网状结构。
[0024] 当加热器主体包括多个所述立体网状结构时，优选地，各立体网状结构在所述加 热器主体的高度方向上互相平行，且相邻的网状结构之间紧密接触或彼此分离。采用这样 的设计，可以根据实际生产需要灵活调整网状结构的数量，从而调整加热器主体的高度，进 而调整加热器主体的加热面积和加热器内的压力降。
[0025] 所述加热器主体的高径比可以根据实际加热需要来确定。优选地，所述加热器主 体的高径比为1:0. 01-100,优选为1:0. 1-10,更优选为1:1-10。采用所述高径比时，可以使 加热器主体在满足加热要求的同时，加热器的压力降较小。
[0026] 需要说明的是，当所述加热器主体采用多个立体网状结构时，加热器主体的高径 比是指各个立体网状结构的高度之和与直径的比例。
[0027] 电加热丝可以通过规则或不规则方式交连形成所述立体网状结构，优选为不规则 方式；所述立体网状结构的网孔可以采用规则或不规则的形状，优选为不规则形状。
[0028] 优选地，所