专利名称：一种氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的装置的制作方法
技术领域：
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本发明属于有机化工生产技术的设备领域，涉及一种用于氨基烷 酸酯热解制备异氰酸酯的装置。
技术背景-
有机异氰酸酯是一类重要的化合物，而双官能团的二异氰酸酯在 聚氨酯工业、涂料工业、染料和农药等方面具有广泛的应用。通常工 业上生产异氰酸酯化合物，是有机胺类经光气化反应制得。虽然光气 有较高的选择性，但其为极具毒性的气体，需要严密地控制，而长时 间地制备和使用光气，其泄漏难以避免。因此，各国均积极研制非光 气法生产异氰酸酯。目前，制备异氰酸酯的非光气方法涉及的工艺和 设备很多，其中有重要影响的易于工业化的工艺是氨基烷酸酯热解 法，而氨基烷酸酯在热解过程中都产生烷基醇，由于烷基醇又会与异 氰酸酯反应生成氨基烷酸酯，所以在反应过程中需要将反应过程中产 生的垸基醇及时转移出体系，但由于异氰酸酯中以双官能团的二异氰 酸酯的应用前景最广，而二异氰酸酯在热解过程中有中间体产生，如 果操作控制不好会使二异氰酸酯的含量降低、收率减少、反应选择性 差，甚至发生聚合等其它副反应，因此，选择良好的设备装置并控制 好反应过程的操作对反应非常重要。
现有的专利报道的氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的工艺和设备 装置很多，但研究重点不是放在反应设备，就是反应的催化剂或者连
续反应上；在美国专利US4349483中，Harder等以填充锌屑的石英 管为反应器加压分解MDC，得到76.5moiy。的MDI;而在美国专利 US4547322中，Tomonari等架用锌或铝拉西环为填料，不锈钢垂直反 应管中加压分解MDC，得到MDI的收率为89.2%wt;这些技术都采用 管式反应器加压反应，产品收率明显提高但长期使用管道容易堵塞， 不适合工业化生产。在美国专利US6639101、US5449817和US5326903、US5914428等报道的氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的工艺中，均采用 连续热解工艺，反应系统中的氨基烷酸酯浓度很低， 一般只有0. 1% 8%，而所用溶剂及载体的浓度却高达92%以上，此连续热解工艺设备 操作复杂、双酯含量低、单酯难以回收利用、能耗大、热载体回收费 用高，经济上不具优势，不易实现工业化规模生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，设计一套结构简 单、使用寿命长、安全系数高、生产效率高的设备装置来解决氨基烷 酸酯热解制备异氰酸酯工艺中常出现的易聚合、收率低、设备安全系 数低等问题。
本发明设备应用的氨基烷酸酯热解过程是个可逆反应，反应生成 的垸基醇在热解条件下能与异氰酸酯发生反应，重新生成氨基垸酸 酯；另外，常用的异氰酸酯为二异氰酸酯，二异氰酸酯要经历一个中 间体单异氰酸酯的过程，要使氨基垸酸酯完全转化成二异氰酸酯而不 是单异氰酸酯，其关键在于避免热解过程中发生异氰酸酯与氨基烷酸 酯聚合和异氰酸酯自身聚合等副反应。为了实现上述目的，本装置通 过采用在不同的温度、真空度下使氨基烷酸酯、单异氰酸酯、产品异 氰酸酯和烷基醇在不同的塔柱分离冷凝，即在与反应釜相连的下筛板 塔柱内使氨基垸酸酯和单异氰酸酯实现冷凝，返回热解釜内继续热 解，而产品异氰酸酯和烷基醇离开下筛板塔柱继续往上，在中填料塔 柱内实现产品异氰酸酯和烷基醇的分离，产品在中填料塔柱内冷凝后 通过斜向H蒸馏头的出料口进入到产品接收罐内，垸基醇则继续往上 在上填料塔柱内冷凝通过平向H蒸馏头的出料口进入副产品接收罐 内，从而实现烷基醇的回收；热解过程生成的产品和垸基醇能够及时 从反应釜中转移出来并在不同位置实现分离，实现在提高设备效率的 同时避免由于异氰酸酯引起的聚合反应的发生。
本发明的主体结构包括热解反应釜、上中下三个塔柱、斜向、平 向二个H蒸馏头和左中右三个不同用途的接收罐，热解反应釜顶部与 筛板塔柱的底部通过塔体支座相连，下筛板塔柱的顶部与斜向H蒸馏头的底部相连通，斜向H蒸馏头的顶部与中填料塔柱的底部相连，斜 向H蒸馏头的出料口通过物料管线分别与产品左接收罐、中接收罐相
连通，中填料塔柱的顶端与平向H蒸馏头的底端相连通，平向H蒸馏 头的顶部与上填料塔柱的底部相连通，平向H蒸馏头的出料口通过物 料管线与副产品右接收罐相连通，上填料塔柱的顶部通过真空管线与 冷阱相连通，产品和副产品接收罐分别通过真空管线与冷阱相连通。
由于氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯需要在高温、高真空下进行， 反应经历中间体单异氰酸酯过程，而异氰酸酯活性较高，在热解条件 下易与烷基醇、氨基烷酸酯发生反应，而且产品异氰酸酯自身也会发 生聚合反应，所以在整个热解过程中烷基醇、单异氰酸酯和产品异氰 酸酯三者通过在不同的塔柱来实现及时分离。整个设备中与物料接触 部分的不锈钢材质均需要进行抛光处理，塔柱根据作用不同其结构也 有所不同，下塔柱主要为筛板塔，其作用是使单异氰酸酯在这里与产 品和垸基醇分开，单异氰酸酯冷凝回热解釜继续热解，中塔柱、上塔 柱主要为填料塔，中塔柱的作用主要是实现产品与垸基醇的分离，产 品被冷凝而垸基醇被蒸出，上塔柱的作用主要是实现浣基醇的冷凝， 从而实现副产品的回收，常规冷凝器在热解真空条ft^下无法实现垸基 醇的冷凝，带夹套的填料塔柱的使用实现了垸基醇的回收。另外两个 H蒸馏头的使用使氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯装置更加完善合理。
本发明的氨基垸酸酯热解制备异氰酸酯的装置，是实现异氰酸酯 绿色合成的一种重要技术手段，以氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯装置 为主，辅以完善的操作和优化的工艺条件如采用程序升温和程序减压 的程序控制方法，再加上优质高效的催化剂，使异氰酸酯的非光气法 生产得以实现，该工艺既避免了传统工艺中剧毒物质光气的使用，又 克服了国外文献报道中各种氨基垸酸酯热解设备使用寿命短、产品收 率低、反应选择性差、产品含量低等工艺问题，使非光气法工业化生 产成为可能。本发明的氨基垸酸酯热解制备异氰酸酯装置，以程序控 制为主，通过控制热解过程的温度、压力和时间，可以使热解过程产 生的中间体、产品和副产品在不同的塔柱内实现冷凝，达到分离的目的，从而提高氨基垸酸酯的转化率和反应的选择性，得到的产品中目 标产物含量较高，副产品的回收实现了绿色合成的目标。
图l为本发明的结构原理示意图，包括热解反应釜l、下筛板塔 柱2、斜向H蒸馏头3、中填料塔柱4、平向H蒸馏头5、上填料塔柱 6和左、中、右接收罐7、 8、 9。
具体实施例方式
下面结合附图并通过实施例作进一步说明。
实施例
本实施例的主体结构包括热解反应釜1、上中下三个塔柱6、 4 和2、斜向、平向二个H蒸馏头3和5、左中右三个接收罐7、 8和9; 热解反应釜1的顶部与下筛板塔柱2的底部通过塔体支座相连通，下 筛板塔柱2的顶部与斜向H蒸馏头3的底部相连，斜向H蒸馏头3的 顶部与中填料塔柱4的底部相连，斜向H蒸馏头3的出料口通过物料 管线分别与产品左接收罐7、中接收罐8相连通，中填料塔柱4的顶 端与平向H蒸馏头5的底端相连通，平向H蒸馏头5的顶部与上填料 塔柱6的底部相连通，平向H蒸馏头5的出料口通过物料管线与副产 品右接收罐相连通，上填料塔柱6的顶部通过真空管线与冷阱A相连 通，产品和副产品接收罐7、 8和9分别通过真空管线与冷阱A相连 通。
本实施例的热解反应釜1的结构采用闭式反应釜，容积为0. 5m3， 搅拌采用双端面机械密封，材质采用SUS316L，内壁经抛光处理，由 法兰与各塔柱及其他组件连接。
本实施例的塔柱2为带夹套的塔柱，下筛板塔柱2内有3 10块 塔板，塔体内壁和塔板均为SUS316L材质，且都经过抛光处理，夹套 内通140 180。C导热油，筛板塔柱的筛孔直径为01O 2Onim;由2 个塔节组成，每个塔节长450mm，每个塔节内有三块塔板，塔内径为C 230mm;塔节内两个塔板之间的连接采用双头螺栓连接，以确保塔板 位置的固定，另一块塔板固定在两个塔节的法兰连接处每个塔板上有64个孔，孔内径为C 20mm均匀分布在塔板的筛孔区上。
本实施例的斜向蒸馏头3为带夹套的H型的一个蒸馏头，结构简 单，倾斜部分与水平面保持10 30°的仰角，以满足热解工艺中从 全回流到全采出的控制条件，H蒸馏头3的夹套里通与筛板塔柱2温 度一样的导热油，其出料口直接接阀门(可装自动控制或手动控制)， 通过阀门的开启或关闭来控制采出或回流的量，阀门出口与各产品接 收罐相连，恒压口直接连阀门后再通过物料管线与产品接收罐相连； 采用SUS316L材质，内径为(2 230mm，内壁经抛光处理，H蒸馏头通 过法兰与塔柱及各组件连接。
本实施例的中填料塔柱4为带夹套的填料塔柱，夹套内通温度为 40 9(TC的热水或者热油，塔体内的填料材质为玻璃、陶瓷或者不锈 钢；塔柱4可由不锈钢或搪瓷塔节组成；塔柱以一节长1500mm的塔 节构成，塔节的底部装有填料支承板，填料以乱堆的方式放置在支承 板上；填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动；塔柱内填料 为e 25mm不锈钢鲍尔环填料。
本实施例的平向H蒸馏头5的结构与斜向H蒸馏头3相似，其倾 斜部分与水平面成5 10。的俯角，该俯角实现H蒸馏头5在热解过 程中没有回流的要求，在热解时相当于一个汽液分离器的作用，但在 清洗设备的时候也可以实现全回流到全采出的要求，另外其局部带夹 套的结构满足生产过程中无回流的要求的同时，也避免从上填料塔柱 6上冷凝下来的副产物不被加热，恒压口与阀门连接后再通过物料管 线与副产品接收罐相连，夹套内通入与填料塔柱4 一样温度的热水或 热油；平向H蒸馏头5的出料口与阔门C相连后通过物料管线与副产 品接收罐9相连；采用SUS316L材质，内径为(Z:230mm，内壁经抛光 处理；平向H蒸馏头5通过法兰分别与塔柱4和6及各组件连接。
本实施例的填料精馏筛板塔柱6为带夹套的填料塔柱，塔内填充 的填I4较填料筛板塔柱4内的小，其材质可为不锈钢或搪瓷；塔顶通 过管线与冷阱相连；塔柱由2个塔节组成，每个塔节长1000mm，塔 内径为C230mm，塔节的底部装有填料支承板，填料以乱堆的方式放置在支承板上；填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动；塔
柱内填料为C16mm不锈钢鲍尔环填料；夹套内通的是一1(TC的冷冻液。
本实施例设有冷阱A的目的是为了使冷却不完全的垸基醇和异
氰酸酯在这里再次冷却，从而减少其对设备和环境的损害。
权利要求
1、一种氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的装置，其特征在于主体结构包括热解反应釜、上中下三个塔柱、斜向、平向二个H蒸馏头和左中右三个不同用途的接收罐，热解反应釜顶部与筛板塔柱的底部通过塔体支座相连通，下筛板塔柱的顶部与斜向H蒸馏头的底部相连通，斜向H蒸馏头的顶部与中填料塔柱的底部相连，斜向H蒸馏头的出料口通过物料管线分别与产品左接收罐、中接收罐相连通，中填料塔柱的顶端与平向H蒸馏头的底端相连通，平向H蒸馏头的顶部与上填料塔柱的底部相连通，平向H蒸馏头的出料口通过物料管线与副产品右接收罐相连通，上填料塔柱的顶部通过真空管线与冷阱相连通，产品和副产品接收罐分别通过真空管线与冷阱相连通。
2、 根据权利要求1所述的氨基垸酸酯热解制备异氰酸酯的装置， 其特征在于热解反应釜的结构采用闭式反应釜，容积为0.5m3,搅拌 采用双端面机械密封，内壁经抛光处理，由法兰与各塔柱及组件连接。
3、 根据权利要求1所述的氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的装置， 其特征在于塔柱为带夹套的塔柱，塔柱内有3 10块塔板，塔体内壁 和塔板均经抛光处理，夹套内通140 18(TC导热油，筛板塔柱的筛 孔直径为01O 2O腿；塔柱由2个塔节组成，每个塔节长450mm，每 个塔节内有三块塔板，塔内径为0 230mm;塔节内两个塔板之间采用 双头螺栓连接，以确保塔板位置的固定，另一块塔板固定在两个塔节 的法兰连接处每个塔板上有64个孔，孔内径为(J20mm均匀分布在塔板的筛孔区上。
4、 根据权利要求1所述的氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的装置， 其特征在于斜向H蒸馏头为带夹套的H型蒸馏头，倾斜部分与水平面 保持10 30°的仰角，以满足热解工艺中从全回流到全采出的控制 条件，斜向H蒸馏头的夹套里通与筛板塔柱温度一样的导热油，其下接口直接接阀门，通过阀门的开启或关闭来控制采出或回流的量，阀 门出口与各产品接收罐相连，恒压口直接连阀门后再通过物料管线与 产品接收罐相连；内径为C230mm，内壁经抛光处理，H蒸馏头通过法兰与塔柱及各组件连接。
5、 根据权利要求1所述的氨基垸酸酯热解制备异氰酸酯的装置， 其特征在于填料塔柱为带夹套的填料塔柱，夹套内通温度为40 90x:的热水或者热油，塔体内的填料材质为玻璃、陶瓷或者不锈钢；塔柱由不锈钢或搪瓷塔节组成，塔柱以一节长1500mm的塔节构成，塔 节的底部装有填料支承板，填料以乱堆的方式放置在支承板上；填 料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动；塔柱内填料为C 25mm不锈钢鲍尔环填料。
6、 根据权利要求1所述的氨基垸酸酯热解制备异氰酸酯的装置， 其特征在于平向H蒸馏头的结构与斜向H蒸馏头相似，其倾斜部分与 水平面成5 10。的俯角，该俯角实现平向H蒸馏头在热解过程中没 有回流的要求，在热解时相当于一个汽液分离器的作用，但在清洗设 备的时候实现全回流到全采出的要求，另外其局部带夹套的结构满足 生产过程中无回流的要求的同时，也避免从填料塔柱上冷凝下来的副 产物不被加热，压口与阔门连接后再通过物料管线与副产品接收罐相 连，夹套内通入与填料塔柱一样温度的热水或热油；平向H蒸馏头的 下接口与阀门C相连后通过物料管线与副产品接收罐相连；内径为C 230ram，内壁经抛光处理，夹套内通入和填料塔柱相同温度的导热油 或热水；平向H蒸馏头通过法兰分别与塔柱及各组件连接。
7、 根据权利要求1所述的氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的装置， 其特征在于填料精馏塔柱为带夹套的填料塔柱，塔内填充的填料较填 料塔柱内的小，其材质为不锈钢或搪瓷，夹套内通冷冻剂；塔顶通过 管线与冷阱相连；塔柱由二个塔节组成，每个塔节长IOOO咖，塔内 径为C230mm，塔节的底部装有填料支承板，填料以乱堆的方式放 置在支承板上；填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动； 塔柱内填料为^16mm不锈钢鲍尔环填料；夹套内通的是一l(TC的冷冻液。
全文摘要
本发明属于有机化工生产技术领域，涉及一种用于氨基烷酸酯热解制备异氰酸酯的装置，主体结构包括热解反应釜、三个塔柱、二个H蒸馏头和三个接收罐，热解反应釜顶部与筛板塔柱的底部通过塔体支座相连通，下筛板塔柱的顶部与斜向H蒸馏头的底部相连通，斜向H蒸馏头的顶部与中填料塔柱的底部相连，斜向H蒸馏头的出料口分别与产品接收罐相连通，中填料塔柱的顶端与平向H蒸馏头的底端相连通，平向H蒸馏头的顶部与上填料塔柱的底部相连通，平向H蒸馏头的出料口与副产品右接收罐相连通，填料上筛板塔柱的顶部和产品接收罐分别与冷阱相连通；其结构简单，原理可靠，使用操作易控，效率高，反应选择性强，制造成本低。
文档编号C07C263/04GK101531619SQ20091001482
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者玉 丁, 张永富, 月 潘, 莉 王, 管宪文, 赵战如 申请人:山东润兴化工科技有限公司