专利名称：气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器及操作方法
技术领域：
本发明属于有机化工技术领域，特别是涉及气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器及操作 方法。
背景技术：
聚氨酯为世界六大具有发展前途的合成材料之一，具有耐磨、耐低温、耐油和耐臭氧等 特性，广泛用于泡沫塑料、弹性体、胶粘剂、涂料和纤维等。而作为聚氨酯工业主要原料之 一的甲苯二异氰酸酯，以其自身具有的优异性能和广泛用途，成为异氰酸酯化合物中的重要
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甲苯二异氰酸酯生产方法可以分为光气法和非光气法，光气法又可分为液相光气化和气 相光气化反应技术，而非光气法具有潜在的技术优势，目前工业上都是采用光气法生产异氰 酸酯。液相光气化反应器存在由于固体堵塞导致的运行周期短、单套装置生产能力低等问题 。气相光气化技术具有反应收率高、反应设备投资小、生产效率大、安全可靠等优点。光气
化法制备TDI中包含的主要反应有
RNH2 + C0C12 — RNHC0C1 + HC1 RNH2 + HC1 — RNH2HC1 RNHCOC1 — RNCO + HC1 RNH2HC1 + COCl2 — RNCO + HC1
现有气相光气化技术中，US-A-5391683所述的异氰酸酯的制备方法是芳族二胺与光气在 管式反应器中进行，该反应器管沿着反应器的纵轴变窄，但内部没有移动组件。然而该方法 利用管道变窄促使原料的混合，其效果较差，不良混合易导致大量固体副产物的形成。
EP-A-289840叙述了通过气相光气化制备二异氰酸酯的方法，该发明中气态原料在管式 反应器中反应，通过在其中的筒形空间中形成湍流，除管壁附近的流体外，在管中获得了较 好的均一流体分布，也因此获得了较窄的停留时间分布。EP-A-570799中也采用了相似的混合器型式，在该反应器中，由于没有外加措施，混合进行缓慢，足够长的反应器才能满足要 求。反应物混合缓慢的后果是生成聚合的副产物，副产物的生成易造成反应器壁结焦甚至堵 塞通道，从而縮短反应器的操作周期。
US6225497公开了一种在光气化反应过程中使用的微结构混合器，该方法的缺点是即使 少量的固体副产物，也会使混合器堵塞。
发明内容
本发明的目的是提供通过芳族二胺，特别是甲苯二胺，以气相形式在高温下的光气化作 用，制备芳族二异氰酸酯，特别是TDI的方法，其中反应物混合时间要比已知的方法短，并 且尽管不能彻底防止固体形成，但能延长生产装置的连续操作时间。
本发明的技术方案如下
本发明的气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器，为管式反应器8，在管式反应器中间设 置有中心喷射器，中心喷射器上有锥形折流挡板和喷嘴；管式反应器管壁上设置有折流挡板
本发明的中心喷射器9通过顶盖2固定，气流喷嘴6位于中心喷射器的下部，中心喷射器 9底部安装有锥形折流挡板5，中心喷射器9上面设置有原料入口1，管式反应器8的上部都设 置有原料入口3，锥形挡板7安装在中心喷射器9下方。
中心喷射器9面积占管式反应器8通道面积的50 90%。气流喷嘴6总截面积与中心喷射器 9的截面积比为1:1 1:10。
本发明的气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器的操作方法，进料气流A通过中心喷射器 9的入口1和进入管式反应器8中，进料气流B通过管式反应器8入口3进入，中心喷射器和管式 反应器的环形空间4;气流A和气流B是反应的两种原料。
过量的原料光气与有机胺混合，光气超过氨基的摩尔数为5% 300%。原料有机胺以气态 形式加入到反应器中，原料有机胺加热至260 50(TC;光气在进入管式反应器前加热至260 500。C。
本发明的气态反应物以2 30米/秒的速度通过反应器，反应物在反应器内的停留时间为 0. 1 5秒之间。
原料有机胺单独或在稀释剂载气的存在下引入。稀释剂载气是任何一种对反应物和产品 惰性的稀释剂气体；或采用所用溶剂的蒸汽稀释原料有机胺，所选溶剂为苯、二甲苯、邻二 氯苯或氯苯中的任一种。
本发明提供一种气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器及操作方法，其中采用本发明的反应器，使气体反应物在较低的流速下可以获得湍流状，并促使反应物的混合距离縮短，减少 反应器器壁上固体沉积物的生成。
图l为根据本发明的管式反应器的示意图。
具体实施例方式
本发明提供了制备异氰酸酯，特别是甲苯二异氰酸酯的反应器及操作方法。 如图1所示，中心喷射器9通过顶盖2固定，气流喷嘴6位于中心喷射器的下部，中心喷射
器9底部安装有锥形折流挡板5，在中心喷射器9上面设置有原料入口1，管式反应器8的上部
都设置有原料入口3，锥形挡板7安装在中心喷射器9下方。 进料气流A通过入口 1和中心喷射器9进入管式反应器8中。
中心喷射器9通过顶盖2固定在管式反应器位置上，中心喷射器9下部安装有锥形折流挡 板5，气流喷嘴6位于中心喷射器的下部。
进料气流B通过管式反应器8的上部都设置有原料入口3进入中心喷射器和管式反应器的 环形空间4，管式反应内安装有锥形挡板7以产生湍流，增强混合效果。
本发明的方法能够縮短通过环形空间和通过中心喷射器加入的物料的混合距离。
在本发明的反应器实施例如下喷嘴口6的内径为2 35mm，优选3 15mm，喷嘴总截面 积与中心喷射器9的截面积比为1: 1 1:10，优选l: 2 1:5。喷嘴6的中心线方向与中心喷射器 9的中心线方向成45°角。
在本发明的反应器中，锥形折流挡板5的垂直截面顶角为90°角，两底角为45°角。锥形 挡板7与管式反应器8的管壁夹角为45°角，其中心喷射器面积占管式反应器8通道面积的 50 90%，优选60 85%。锥形挡板7与中心喷射器9底的距离与中心喷射器9和管式反应器8形成 的环形空间4的宽相近为好。
在本发明的方法中，所用反应器的长度与直径的比至少为2.5:1，优选至少为15:1。长 径比的上限取决于反应过程所需的反应体积，原则上没有限制。
采用本发明的反应器气相法制备甲苯二异氰酸酯的示例如下
实施例l，采用的反应器的尺寸是管式反应器长度0.5m，中心喷射器内径160mm，外 管内径225mm，中心喷射器面积占管式反应器8通道面积的50%，喷嘴口内径35mm，喷嘴总截 面积与中心喷射器9的截面积比为1:5 。操作条件压力120kPa，温度50(TC，流量分别为42. 5g/s和25. 5g/s的甲苯二胺和邻二 氯苯预先混合并加热至50(TC，作为气流A，然后通过中心喷射器进入反应器；流量为 103.5g/s的光气预热至50(TC，作为气流B，通过管式反应器的环形空间进入反应器。原料光 气超过氨基的摩尔数为50%，气态反应物以5米/秒的速度通过反应器，反应物在反应器内的 平均停留时间为O. l秒。
以原料甲苯二胺为基准，甲苯二异氰酸酯的收率为87%。
实施例2，采用的反应器的尺寸是管式反应器长度5m，中心喷射器内径70mm，外管内 径100mm，中心喷射器面积占管式反应器8通道面积的50%，喷嘴口内径2mm，喷嘴总截面积与 中心喷射器9的截面积比为1:5。
操作条件压力120kPa，温度260。C，流量分别为17. 8g/s和88. 8g/s的甲苯二胺和邻二 氯苯预先混合并加热至26(TC，作为气流A，然后通过中心喷射器进入反应器；流量为 120.7g/s的光气预热至26(TC，作为气流B，通过管式反应器的环形空间进入反应器。原料光 气超过氨基的摩尔数为300%，气态反应物以10米/秒的速度通过反应器，反应物在反应器内 的平均停留时间为O. 5秒。
以原料甲苯二胺为基准，甲苯二异氰酸酯的收率为92%。
实施例3，采用的反应器的尺寸是管式反应器长度10m，中心喷射器内径160mm，外管 内径200mm，中心喷射器面积占管式反应器8通道面积的64%，喷嘴口内径3mm，喷嘴总截面积 与中心喷射器9的截面积比为1:1 。
操作条件压力120kPa，温度260。C，流量分别为37g/s和97. 7g/s的甲苯二胺和邻二氯 苯预先混合并加热至26(TC，作为气流A，然后通过中心喷射器进入反应器；流量为69.7g/s 的光气预热至26(TC，作为气流B，通过管式反应器的环形空间进入反应器。原料光气超过氨 基的摩尔数为5%，气态反应物以2米/秒的速度通过反应器，反应物在反应器内的停留时间为 5秒。
以原料甲苯二胺为基准，甲苯二异氰酸酯的收率为88%。
实施例4，采用的反应器的尺寸是管式反应器长度3m，中心喷射器内径47mm，外管内 径50mm，中心喷射器面积占管式反应器8通道面积的90%，喷嘴口内径3mm，喷嘴总截面积与 中心喷射器9的截面积比为1:10 。
操作条件压力120kPa，温度30(TC，流量分别为24. 4g/s和122g/s的甲苯二胺和邻二氯 苯预先混合并加热至30(TC，作为气流A，然后通过中心喷射器进入反应器；流量为43.6g/s 的光气预热至30(TC，作为气流B，通过管式反应器的环形空间进入反应器，原料光气超过氨基的摩尔数为5%，气态反应物以30米/秒的速度通过反应器，反应物在反应器内的停留时间 为O. l秒。
以原料甲苯二胺为基准，甲苯二异氰酸酯的收率为85%。
实施例5，采用的反应器的尺寸是管式反应器长度6m，中心喷射器内径125mm，外管内 径150mm，中心喷射器面积占管式反应器8通道面积的70%，喷嘴口内径8mm，喷嘴总截面积与 中心喷射器9的截面积比为1:5。
操作条件压力120kPa，温度34(TC，流量分别为39. 3g/s和354. 4g/s的甲苯二胺和邻二 氯苯预先混合并加热至34(TC，作为气流A，然后通过中心喷射器进入反应器；流量为 143g/s的光气预热至34(TC，作为气流B，通过管式反应器的环形空间进入反应器。原料光气 超过氨基的摩尔数为125%，气态反应物以12米/秒的速度通过反应器，反应物在反应器内的 停留时间为O. 5秒。
以原料甲苯二胺为基准，甲苯二异氰酸酯的收率为90%。
本发明公开和揭示的气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器及操作方法可通过借鉴本文公 开内容。尽管本发明的技术已通过较佳实施例进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不 脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的技术改动，更具体地说，所有相类似的替换和 改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中
权利要求
1.气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器，为管式反应器(8)，其特征是管式反应器中间设置有中心喷射器，中心喷射器上有锥形折流挡板和喷嘴；管式反应器管壁上设置有折流挡板。
2. 如权利要求l所述的反应器，其特征是中心喷射器(9)通过顶盖 (2)固定，气流喷嘴(6)位于中心喷射器的下部，中心喷射器底部安装有锥形折流挡板( 5)，在心喷射器(9)上面设置有原料入口 (1)，管式反应器(8)的上部都设置有原料入 口 (3)，锥形挡板(7)安装在中心喷射器(9)下方。
3. 如权利要求1或2所述的反应器，其特征是中心喷射器(9)面积占 管式反应器(8)通道面积的50 90%。
4. 如权利要求1或2所述的反应器，其特征是气流喷嘴(6)总截面积 与中心喷射器(9)的截面积比为1:1 1:10。
5. 权利要求l的气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器的方法，其特征 是进料气流A通过中心喷射器(9)的入口 (1)进入管式反应器(8)中，进料气流B通过 管式反应器(8)入口 (3)进入中心喷射器和管式反应器的环形空间(4);气流A和气流B 是反应的两股原料。
6. 如权利要求4所述的方法，其特征是原料光气超过有机胺中氨基的 摩尔数为5 300%，原料有机胺以气态形式加入到反应器中，原料有机胺加热至260 50(TC; 光气在进入管式反应器前加热至260 50(TC 。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征是气态反应物以2 30米/秒的速 度通过反应器，停留时间为O. 1 5秒。
全文摘要
本发明涉及气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器及操作方法。反应器为管式反应器(8)，在管式反应器中间设置有中心喷射器，中心喷射器上有锥形折流挡板和喷嘴；管式反应器管壁上设置有折流挡板。进料气流A通过中心喷射器(9)的入口(1)和进入管式反应器(8)中，进料气流B通过管式反应器(8)入口(3)进入，中心喷射器和管式反应器的环形空间(4)；气流A和气流B是反应的两种原料。本发明提供一种气相法制备甲苯二异氰酸酯的反应器及操作方法，使气体反应物在较低的流速下可以获得湍流状，并促使反应物的混合距离缩短，从而减少反应物在反应器中的停留时间，减少反应器器壁上固体沉积物的生成。
文档编号C07C263/10GK101670263SQ200910306519
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年9月3日
发明者张旭斌, 张金利, 杨在建, 蔡旺锋, 峰 辛, 郭可宇, 闫少伟, 陆宏玮 申请人:天津大学;赛鼎工程有限公司