一种混合排气的分离设备及含有轻组分的二异氰酸酯产物的分离方法与流程

本发明涉及化工物料分离的技术领域，特别涉及异氰酸酯反应后的混合排气的分离装置。

背景技术：

在制备异氰酸酯的过程中，氨基甲酰氯分解制备异氰酸酯。而氨基酰氯又是异氰酸酯制备过程中反应液、粗品及、中间品及产品中水解氯的重要组成部分。然而，在异氰酸酯的反应液浓缩、中间品精制的过程中，存在以下平衡过程：

在上述可逆平衡过程中，异氰酸酯的体系中会产生大量水解氯；针对异氰酸酯领域有大量的关于水解氯的研究，主要集中在如何调整降低水解氯，如何处理光化反应的尾气；并没有对异氰酸酯制备过程中产生的混合轻组分的气体对反应装置稳定性做相关的研究。

目前，大部分的异氰酸酯的反应装置会连接精馏塔、深冷器、真空机组以提纯产品。在精馏过程中，会在精馏塔内会富集大量的白色固体，主要成分为酰氯类物质和少量脲类物质。经过一段时间地运行，导致真空机组能耗上升，整体分离塔压力上升，导致分离产品品质和收率下降，无法进行连续化的生产。累积时间较长后，需要装置停车，进行系统清理检修，需要大量的人工时；并且由于固体物料中含有大量的异氰酸酯单体，导致检修作业环境恶劣；与此同时，真空机组及深冷器的内壁上均有明显的腐蚀，严重的有漏水事故，导致装置不能稳定运转，需要投入资金来清洗更换相关管线设备。

随着生产规模不断扩大，亟需一种对含有腐蚀性混合排气进行分离处理的装置，以提高整体装置的运行稳定性，降低人工操作。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题，本发明目的是提供一种混合排气的分离设备，有效地降低了装置检修频率和人工成本，降低混合排气对真空机组等设备的腐蚀。

为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明第一方面提供了一种混合排气的分离设备，所述分离设备包括壳体和设置在壳体内的处理装置；

所述壳体侧壁下方设有混合排气进气口；

所述处理装置包括相互连通的预处理器和吸收保护器；所述预处理器包括定板和动板，所述定板设置在所述壳体的内壁上，所述预处理器的中心轴线上设置有所述动板的转动轴，所述定板与所述动板之间形成所述折流通道，用于将从所述混合排气进气口输入的混合排气输送至所述吸收保护器的进气口；所述吸收保护器包括若干个设置于所述吸收保护器内腔中的吸附管，所述吸附管的顶部和底部分别设有气相组分出口和气相组分进口，所述气相组分进口与所述吸收保护器的进气口连通，所述吸附管的内部盘绕有挡板，用于增加所述吸附管内的混合排气的接触面积；优选地，所述预处理器设置在所述吸收保护器的下方；

所述壳体的顶部设有气体出料口，用于将从所述吸收保护器流出的气相组分输出至所述壳体外；所述壳体的底部设有固体出料口，用于将所述壳体内腔分离得到的固体组分排出至所述壳体外。

本发明提供的分离设备可以用于制备或提纯过程产生混合排气的化合物，当然，本发明的分离设备并没有对化合物本身进行特殊的限制，比如，可用于异氰酸酯化合物，再具体可为甲苯二异氰酸酯、戊二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯、环己基二亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯等中一种或两种或多种的组合，优选苯二亚甲基二异氰酸酯。在一些具体实施方式中，本发明所述的混合排气可以为提纯二异氰酸酯的精馏塔塔顶的混合排气，其中含有二异氰酸酯、水解氯、溶剂、单异氰酸酯或单氯代异氰酸酯中的两种以上的混合物。

在本发明的分离设备中，所述壳体上的混合排气进气口连接至反应器出口的控温管线，比如，所述反应器出口为精馏塔塔顶出口，用于接收由所述反应器出口输出的混合排气，所述控温管线上设置有温控装置，用于将所述混合排气的温度控制在30-100℃；在一些具体的实施方式中，所述控温管线可以采用电伴热或温水夹套、油浴夹套伴热等方式控温，优选采用烷基苯型导热油进行油浴伴热。

本发明分离设备包括两部分，第一部分为预处理器：在预处理器中，定板内部可设置有冷却管道，以控制所述定板的温度为10-80℃，使得从壳体侧壁上混合排气进气口进入的30-100℃的混合排气，与相对较低温度的定板接触冷却；经过热量交换后，混合排气中的部分会在定板的表面上析出。

在预处理器的中心轴线上设置固定有动板的转动轴，在壳体外发电机电机带动下，转动轴会带动动板共同转动；在一些具体的实施方式中，转动轴的转速可以控制在10-360rpm，优选为20-120rpm；同时，在转动的过程中预处理器的内腔室中形成动态的折流通道，混合排气在折流通道内流动，也伴有在定板表面上析出固体，析出的固体(比如，酰氯)在动板的剪切、碰撞、摩擦等作用下得到分散，大块的固体迅速破碎，破碎的固体物料通过固体出料口经螺杆输送泵送入用于容纳固体组分的储罐，之后可进行固废处理。

在一些具体的实施方式中，本发明的研究人员发现，定板与动板在轴向上依次交替设置，比如，从上至下为动板，定板，动板，定板依次交替，在一些优选的实施方式中，所述定板与所述动板的个数分别为2-10个，进一步优选为3-6个。所述定板与所述动板在轴向上具有1-10mm的间隙，优选为2-5mm，能够保证转动过程实现的同时，还能够对析出的固体进行研磨、粉碎等预处理，以简化后续的固废处理。

本发明提供的分离设备中，所述壳体内设置有支撑板，且所述支撑板位于所述吸收保护器的底部，所述支撑板上开设有所述吸收保护器的进气口。

本发明分离设备包括两部分，第二部分为吸收保护器：所述吸收保护器中设置有若干个吸附管，所述吸附管可拆卸地连接在吸收保护器的内腔中的支撑板上，所述支撑板上开设有吸收保护器的进气口；在一些具体的实施方式中，所述吸附管的内部固定有挡板，以增加吸附管与混合排气的接触面积。所述挡板以盘绕的方式设置在吸附管内部，在一些优选的实施方式中，挡板为顺时针、逆时针依次交替地盘绕在吸附管的内部。

在一些具体的实施方式中，吸附管的气相组分出口连接有延长管，用于将通过所述吸附管分离后的混合排气输送至所述气体出料口，吸附管与延长管之间可拆卸式地连接。所述延长管的出气口顶端设置有筛孔，所述延长管的管壁上设置有通孔；所述筛孔的孔径优选为5-100目，所述通孔的孔径优选为0.1-10mm，使得混合排气在流经时能够增加其与器壁的接触面积，使得混合排气的其中部分继续析出固体。

本发明中提到的可拆式连接可以采用本领域中熟知的常规技术，比如，法兰连接。

在一些具体的实施方式中，延长管与吸附管的中心轴线相互重合，优选地延长管的内径是吸附管的内径的1/5-3/4，进一步优选为1/3-1/2；在一些具体的实施方式中，吸附管的直径为20-500mm，优选为50-200mm；长度为0.1-3m，优选为0.5-1.5m。

本发明第二方面提供了一种含有轻组分的二异氰酸酯产物的分离方法，所述分离方法包括以下步骤：

1)将二异氰酸酯产物在精馏塔进行精馏，得到含有轻组分的二异氰酸酯产物；

2)将所述含有轻组分的二异氰酸酯产物由所述精馏塔的塔顶出口经控温管线输送至分离设备的混合排气进气口，经所述设备进行分离处理后再输送至冷凝器；其中，所述分离设备为权利要求1-9中任一项所述的分离设备；

优选地，所述精馏的温度为100-150℃，所述精馏的压力为0.1-3kpa，所述含有轻组分的二异氰酸酯产物还包含水解氯、溶剂、单异氰酸酯或单氯代异氰酸酯中的两种以上的混合物。

在一些具体的实施方式中，经分离处理后的组分再输送至深冷器，深冷器连接多级罗茨真空机组，排气在真空尾气处理系统进行后处理。

采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：

在本发明提供的分离设备中，通过将混合排气引入至预处理器中动板、定板形成的折流通道中，在动板的剪切、碰撞、摩擦等作用下，在定板上析出的固体得到分散，大块的固体迅速破碎；同时，混合排气进入吸收保护器后，通过挡板使混合排气的气路曲折，增加了排气与吸收设备的接触面积，未在预处理器吸收的杂质在吸收保护器中进一步析出，减少杂质夹带；脱除了混合排气中易于析出固体的成分，解决了混合排气在后续过程中易造成管路堵塞、腐蚀的问题，能够使后续的深冷器等设备可以长周期运转，也减少了产品各批次间的质量波动，有效提升了品质。

本发明的分离设备运行稳定性高，操作方便，便于检修，减少人工频繁检修设备泄漏、污染的作业强度，改善现场作业环境环保安全，具有较高的经济效益和环境效益。

本发明提供的含有轻组分的二异氰酸酯产物的分离方法，通过对含有轻组分的二异氰酸酯产物进行多级处理，能够更加稳定地提升所得二异氰酸酯产品质量。

附图说明

图1：本发明提供的分离设备的一种具体结构；

图2：本发明提供的分离设备中吸附管的一种具体结构；

图3：本发明提供的分离设备中吸收保护器的横截面图；

图4：本发明提供的分离设备中延长管的横截面图；

图5：经本发明分离设备处理后的混合排气1的红外图谱；

其中，1、壳体，2、混合排气进气口，3、气体出料口，4、固体出料口，5、定板，6、动板，7、吸附管，8、气相组分出口，9、气相组分进口，10、挡板，11、筛孔，12、延长管，13、储罐，14、螺杆输送泵，15、通孔，16、支撑板。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合本发明一种具体的实施方式进行阐述：

如图1所示，混合排气的分离设备包括壳体1和处理装置；所述壳体1包括壳体内腔，壳体1侧壁设有混合排气进气口2，壳体1的顶部设有气体出料口3，用于将所述吸附管7的气相组分出口8流出的气相组分输出至所述壳体1外；所述壳体1的底部设有固体出料口4，固体出料口4连接有储罐13，用于容纳由所述壳体内腔中沉积下的固体组分，在固体出料口4与储罐13之间设置有螺杆输送泵14。

处理装置包括相互连通的预处理器和吸收保护器；预处理器包括定板5、动板6以及折流通道，定板5设置在壳体1的内壁上，在预处理器的中心轴线上设置有转动轴，转动轴上向外突出有动板6；定板5与动板6在轴向上具有1-10mm，比如，3mm，5mm,7mm的间隙，以形成折流通道，用于将所述混合排气进气口2输入的混合排气输送至吸收保护器的进气口；如图1所示，预处理器中动板有2个，定板有2个。

本发明所提供的预处理器的定板5内部设置有冷却管道，所述冷却管道内通有冷却介质，通过换热使定板5表面上的温度在10-80℃,比如，15-35℃；同时，分离设备的壳体1上的混合排气进气口2连接至反应器出口的控温管线，用于接收由所述反应器出口输出的混合排气，所述控温管线上设置有油浴伴热，用于将从其中经过的混合排气的温度控制在30-100℃之间；比如，50-80℃。

本发明的预处理器中转动轴连接至壳体1外的电机，以带动转动轴和在转动轴上的动板转动。当从混合排气进气口2进入的混合排气自下向上流动时，从定板和动板之间形成的动态变化的折流通道中流经，处于较高温度的混合排气与相对较低温度的定板接触后，混合排气中的部分气体会在定板的表面上析出固体，比如，提纯二异氰酸酯的精馏塔塔顶的混合排气流经折流通道时，会在定板表面上析出酰氯固体；同时，析出的固体会随着动板的剪切、碰撞、摩擦等作用下得到分散，大块的固体迅速破碎，破碎的固体物料通过固体出料口4经螺杆输送泵14送入用于容纳固体组分的储罐13，之后可进行固废处理。

经过预处理器分离的混合排气继续向上流动，到达设置在吸收保护器底部的支撑板16后，穿过设置在支撑板16上的吸收保护器的进气口后进入吸收保护器。

如图3所示，吸收保护器中设置有若干个相互平行的吸附管7，如图2所示，吸附管7的顶部和底部分别设有气相组分出口8和气相组分进口9，气相组分进口9与支撑板16上的进气口相连通，并且吸附管7可拆卸地与吸收保护器的内腔中的支撑板连接。

上述吸附管7的气相组分出口8与壳体1的气体出料口3之间还可拆卸式地连通设置有延长管12，用于将通过吸附管7分离后的混合排气输送至气体出料口3。如图4所示，延长管12的出气口顶端设置有孔径为5-100目的筛孔11，在延长管12的管壁上设置有孔径为0.1-10mm的通孔15。混合排气在流经延长管12能够增加其与器壁的接触面积，使得混合排气的其中部分继续析出固体。

为了增加混合排气与器壁的接触面积，吸附管7的内部盘绕有挡板10，挡板10为顺时针、逆时针依次交替地盘绕的螺旋片。上述的延长管12与吸附管7的中心轴线重合，延长管12的内径为吸附管7的内径的3/4。

以下各例中采用如下的测试方法：

(1)水解氯的含量测试：

水解氯的含量测试：参照“gb/t12009.4-2016塑料聚氨酯生产用芳香族异氰酸酯第2部分：水解氯的测定”；

(2)腐蚀性测试：

本方法参照“gb/t19291-2003金属和合金的腐蚀腐蚀试验一般性原则，具体实验过程如下：

1)挂片实验前准备

将标准腐蚀挂片用砂纸打磨，清除表面锈迹，用水清洗干净；然后在盐酸溶液中浸泡5min，取出，迅速用水冲洗；立即浸入氢氧化钠溶液中5min，取出，用水冲洗，用滤纸擦拭并吸干；在无水乙醇中浸泡约3min，置于干净滤纸上，用滤纸吸干，烘箱烘干以后置于干燥器中4h以上，称量(精确到0.0002g)；

2)挂片腐蚀实验

将316l、304、哈c-4及smo-254材质的挂片分别置于二级深冷器前和真空机组入口，测试后打开设备管线取出挂片，用水清洗干净，在无水乙醇中浸泡5min，置于干净滤纸上，用滤纸吸干，烘箱烘干以后置于干燥器中4h以上，称量(精确到0.0002g)；

3)腐蚀结果分析

以mm/a表示的腐蚀速率x计算公式为：

其中：

m-试片质量损失，g；

m0-试片酸洗空白试验的质量损失平均值，g；

s-试片的表面积，m²；

ρ-试片的密度，g/cm³；

t-试验时间，h。

将使用气相光气化反应得到的己二异氰酸酯粗品，经重组分脱除后己二异氰酸酯中间体经过精馏塔(理论塔板数为20，操作压力为3kpa，塔釜操作温度155℃)提纯处理，在精馏塔塔顶出口得到混合排气1；

经检测，混合排气1中二异氰酸酯的含量为95.2％(a/a)，水解氯的含量为0.5％(a/a)，单氯代异氰酸酯的含量为1.2％(a/a)；并对精馏塔塔顶的混合排气1进行腐蚀性测试，测试数据见下表1；

将上述精馏塔塔顶出口通过控温管线连接至上述分离设备的混合排气进气口2，对分离设备的气体出料口3的混合排气进行腐蚀性测试，测试数据见下表1；并且对经分离设备处理后的混合排气进行红外分析，具体谱图如图5所示，图中细线为改造处理前，粗线为改造处理后，在波数为2280cm^-1的吸收峰为n＝c＝o的特征吸收峰，波数1730cm^-1处为酰氯的c＝o双键的特征吸收峰，明显看出组成中酰氯含量降低,经检测，经分离设备处理后的混合排气中水解氯含量为300-400ppm。

表1

注：腐蚀性测试的测试时间720h

上述分离设备运转6000h后，精馏塔操作压力为3.8kpa，波动范围约10-50pa；经主动检修未发现明显堵塞点。

将光气化反应得到的苯二亚甲基二异氰酸酯粗品，经重组分脱除后苯二亚甲基二异氰酸酯中间体经过精馏塔(理论塔板数为20，操作压力为2kpa，塔釜操作温度145℃)提纯处理后，在精馏塔塔顶出口得到混合排气2；

经检测，混合排气2中二异氰酸酯的含量为93.4％(a/a)，水解氯的含量为0.2％(a/a)，单氯代异氰酸酯的含量为1.0％(a/a)；并对精馏塔塔顶的混合排气2进行腐蚀性测试，测试数据见下表2；连续运转720h后，检修后发现，管路上有大量白色固体。

将上述精馏塔塔顶出口通过控温管线连接至上述分离设备的混合排气进气口2，对分离设备的气体出料口3的混合排气进行腐蚀性测试，测试数据见下表2。

表2

注：腐蚀性测试的测试时间720h

上述分离设备运转5000h后，精馏塔操作压力为1.8kpa，波动范围约30-80pa；连续运行7000h后主动检修未发现明显堵塞点。

从上述数据对比可知，本发明的分离设备平稳，操作条件波动小，可明显降低检修频率。未经分离设备处理的混合排气对不锈钢304和316l的年腐蚀量在0.2mm以上，这使常规不锈钢设备难以长周期运转，使得各气相管线设备及冷凝器、真空机组等后续设备都需要升级特殊材质，费用高昂。经分离设备对混合排气进行分离优化后，处理后的排气对各种材质基本腐蚀性很小，年腐蚀量都小于0.03mm。经检修发现真空机组、冷凝器等关键设备及管道阀门无明显腐蚀，无需升级材质，减少设备更换费用。

虽然，本发明所揭露的具体实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。