一種氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置的製作方法

2023-10-27 23:59:22 1

專利名稱：一種氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置的製作方法
技術領域：
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本發明屬於有機化工生產技術的設備領域，涉及一種用於氨基烷 酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置。
技術背景-
有機異氰酸酯是一類重要的化合物，而雙官能團的二異氰酸酯在 聚氨酯工業、塗料工業、染料和農藥等方面具有廣泛的應用。通常工 業上生產異氰酸酯化合物，是有機胺類經光氣化反應製得。雖然光氣 有較高的選擇性，但其為極具毒性的氣體，需要嚴密地控制，而長時 間地製備和使用光氣，其洩漏難以避免。因此，各國均積極研製非光 氣法生產異氰酸酯。目前，製備異氰酸酯的非光氣方法涉及的工藝和 設備很多，其中有重要影響的易於工業化的工藝是氨基烷酸酯熱解 法，而氨基烷酸酯在熱解過程中都產生烷基醇，由於烷基醇又會與異 氰酸酯反應生成氨基烷酸酯，所以在反應過程中需要將反應過程中產 生的垸基醇及時轉移出體系，但由於異氰酸酯中以雙官能團的二異氰 酸酯的應用前景最廣，而二異氰酸酯在熱解過程中有中間體產生，如 果操作控制不好會使二異氰酸酯的含量降低、收率減少、反應選擇性 差，甚至發生聚合等其它副反應，因此，選擇良好的設備裝置並控制 好反應過程的操作對反應非常重要。
現有的專利報導的氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的工藝和設備 裝置很多，但研究重點不是放在反應設備，就是反應的催化劑或者連
續反應上；在美國專利US4349483中，Harder等以填充鋅屑的石英 管為反應器加壓分解MDC，得到76.5moiy。的MDI;而在美國專利 US4547322中，Tomonari等架用鋅或鋁拉西環為填料，不鏽鋼垂直反 應管中加壓分解MDC，得到MDI的收率為89.2%wt;這些技術都採用 管式反應器加壓反應，產品收率明顯提高但長期使用管道容易堵塞， 不適合工業化生產。在美國專利US6639101、US5449817和US5326903、US5914428等報導的氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的工藝中，均採用 連續熱解工藝，反應系統中的氨基烷酸酯濃度很低， 一般只有0. 1% 8%，而所用溶劑及載體的濃度卻高達92%以上，此連續熱解工藝設備 操作複雜、雙酯含量低、單酯難以回收利用、能耗大、熱載體回收費 用高，經濟上不具優勢，不易實現工業化規模生產。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在的缺點，設計一套結構簡 單、使用壽命長、安全係數高、生產效率高的設備裝置來解決氨基烷 酸酯熱解製備異氰酸酯工藝中常出現的易聚合、收率低、設備安全系 數低等問題。
本發明設備應用的氨基烷酸酯熱解過程是個可逆反應，反應生成 的垸基醇在熱解條件下能與異氰酸酯發生反應，重新生成氨基垸酸 酯；另外，常用的異氰酸酯為二異氰酸酯，二異氰酸酯要經歷一個中 間體單異氰酸酯的過程，要使氨基垸酸酯完全轉化成二異氰酸酯而不 是單異氰酸酯，其關鍵在於避免熱解過程中發生異氰酸酯與氨基烷酸 酯聚合和異氰酸酯自身聚合等副反應。為了實現上述目的，本裝置通 過採用在不同的溫度、真空度下使氨基烷酸酯、單異氰酸酯、產品異 氰酸酯和烷基醇在不同的塔柱分離冷凝，即在與反應釜相連的下篩板 塔柱內使氨基垸酸酯和單異氰酸酯實現冷凝，返回熱解釜內繼續熱 解，而產品異氰酸酯和烷基醇離開下篩板塔柱繼續往上，在中填料塔 柱內實現產品異氰酸酯和烷基醇的分離，產品在中填料塔柱內冷凝後 通過斜向H蒸餾頭的出料口進入到產品接收罐內，垸基醇則繼續往上 在上填料塔柱內冷凝通過平向H蒸餾頭的出料口進入副產品接收罐 內，從而實現烷基醇的回收；熱解過程生成的產品和垸基醇能夠及時 從反應釜中轉移出來並在不同位置實現分離，實現在提高設備效率的 同時避免由於異氰酸酯引起的聚合反應的發生。
本發明的主體結構包括熱解反應釜、上中下三個塔柱、斜向、平 向二個H蒸餾頭和左中右三個不同用途的接收罐，熱解反應釜頂部與 篩板塔柱的底部通過塔體支座相連，下篩板塔柱的頂部與斜向H蒸餾頭的底部相連通，斜向H蒸餾頭的頂部與中填料塔柱的底部相連，斜 向H蒸餾頭的出料口通過物料管線分別與產品左接收罐、中接收罐相
連通，中填料塔柱的頂端與平向H蒸餾頭的底端相連通，平向H蒸餾 頭的頂部與上填料塔柱的底部相連通，平向H蒸餾頭的出料口通過物 料管線與副產品右接收罐相連通，上填料塔柱的頂部通過真空管線與 冷阱相連通，產品和副產品接收罐分別通過真空管線與冷阱相連通。
由於氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯需要在高溫、高真空下進行， 反應經歷中間體單異氰酸酯過程，而異氰酸酯活性較高，在熱解條件 下易與烷基醇、氨基烷酸酯發生反應，而且產品異氰酸酯自身也會發 生聚合反應，所以在整個熱解過程中烷基醇、單異氰酸酯和產品異氰 酸酯三者通過在不同的塔柱來實現及時分離。整個設備中與物料接觸 部分的不鏽鋼材質均需要進行拋光處理，塔柱根據作用不同其結構也 有所不同，下塔柱主要為篩板塔，其作用是使單異氰酸酯在這裡與產 品和垸基醇分開，單異氰酸酯冷凝回熱解釜繼續熱解，中塔柱、上塔 柱主要為填料塔，中塔柱的作用主要是實現產品與垸基醇的分離，產 品被冷凝而垸基醇被蒸出，上塔柱的作用主要是實現浣基醇的冷凝， 從而實現副產品的回收，常規冷凝器在熱解真空條ft^下無法實現垸基 醇的冷凝，帶夾套的填料塔柱的使用實現了垸基醇的回收。另外兩個 H蒸餾頭的使用使氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯裝置更加完善合理。
本發明的氨基垸酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置，是實現異氰酸酯 綠色合成的一種重要技術手段，以氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯裝置 為主，輔以完善的操作和優化的工藝條件如採用程序升溫和程序減壓 的程序控制方法，再加上優質高效的催化劑，使異氰酸酯的非光氣法 生產得以實現，該工藝既避免了傳統工藝中劇毒物質光氣的使用，又 克服了國外文獻報導中各種氨基垸酸酯熱解設備使用壽命短、產品收 率低、反應選擇性差、產品含量低等工藝問題，使非光氣法工業化生 產成為可能。本發明的氨基垸酸酯熱解製備異氰酸酯裝置，以程序控 制為主，通過控制熱解過程的溫度、壓力和時間，可以使熱解過程產 生的中間體、產品和副產品在不同的塔柱內實現冷凝，達到分離的目的，從而提高氨基垸酸酯的轉化率和反應的選擇性，得到的產品中目 標產物含量較高，副產品的回收實現了綠色合成的目標。


圖l為本發明的結構原理示意圖，包括熱解反應釜l、下篩板塔 柱2、斜向H蒸餾頭3、中填料塔柱4、平向H蒸餾頭5、上填料塔柱 6和左、中、右接收罐7、 8、 9。
具體實施例方式
下面結合附圖並通過實施例作進一步說明。
實施例
本實施例的主體結構包括熱解反應釜1、上中下三個塔柱6、 4 和2、斜向、平向二個H蒸餾頭3和5、左中右三個接收罐7、 8和9; 熱解反應釜1的頂部與下篩板塔柱2的底部通過塔體支座相連通，下 篩板塔柱2的頂部與斜向H蒸餾頭3的底部相連，斜向H蒸餾頭3的 頂部與中填料塔柱4的底部相連，斜向H蒸餾頭3的出料口通過物料 管線分別與產品左接收罐7、中接收罐8相連通，中填料塔柱4的頂 端與平向H蒸餾頭5的底端相連通，平向H蒸餾頭5的頂部與上填料 塔柱6的底部相連通，平向H蒸餾頭5的出料口通過物料管線與副產 品右接收罐相連通，上填料塔柱6的頂部通過真空管線與冷阱A相連 通，產品和副產品接收罐7、 8和9分別通過真空管線與冷阱A相連 通。
本實施例的熱解反應釜1的結構採用閉式反應釜，容積為0. 5m3， 攪拌採用雙端面機械密封，材質採用SUS316L，內壁經拋光處理，由 法蘭與各塔柱及其他組件連接。
本實施例的塔柱2為帶夾套的塔柱，下篩板塔柱2內有3 10塊 塔板，塔體內壁和塔板均為SUS316L材質，且都經過拋光處理，夾套 內通140 180。C導熱油，篩板塔柱的篩孔直徑為01O 2Onim;由2 個塔節組成，每個塔節長450mm，每個塔節內有三塊塔板，塔內徑為C 230mm;塔節內兩個塔板之間的連接採用雙頭螺栓連接，以確保塔板 位置的固定，另一塊塔板固定在兩個塔節的法蘭連接處每個塔板上有64個孔，孔內徑為C 20mm均勻分布在塔板的篩孔區上。
本實施例的斜向蒸餾頭3為帶夾套的H型的一個蒸餾頭，結構簡 單，傾斜部分與水平面保持10 30°的仰角，以滿足熱解工藝中從 全回流到全採出的控制條件，H蒸餾頭3的夾套裡通與篩板塔柱2溫 度一樣的導熱油，其出料口直接接閥門(可裝自動控制或手動控制)， 通過閥門的開啟或關閉來控制採出或回流的量，閥門出口與各產品接 收罐相連，恆壓口直接連閥門後再通過物料管線與產品接收罐相連； 採用SUS316L材質，內徑為(2 230mm，內壁經拋光處理，H蒸餾頭通 過法蘭與塔柱及各組件連接。
本實施例的中填料塔柱4為帶夾套的填料塔柱，夾套內通溫度為 40 9(TC的熱水或者熱油，塔體內的填料材質為玻璃、陶瓷或者不鏽 鋼；塔柱4可由不鏽鋼或搪瓷塔節組成；塔柱以一節長1500mm的塔 節構成，塔節的底部裝有填料支承板，填料以亂堆的方式放置在支承 板上；填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動；塔柱內填料 為e 25mm不鏽鋼鮑爾環填料。
本實施例的平向H蒸餾頭5的結構與斜向H蒸餾頭3相似，其傾 斜部分與水平面成5 10。的俯角，該俯角實現H蒸餾頭5在熱解過 程中沒有回流的要求，在熱解時相當於一個汽液分離器的作用，但在 清洗設備的時候也可以實現全回流到全採出的要求，另外其局部帶夾 套的結構滿足生產過程中無回流的要求的同時，也避免從上填料塔柱 6上冷凝下來的副產物不被加熱，恆壓口與閥門連接後再通過物料管 線與副產品接收罐相連，夾套內通入與填料塔柱4 一樣溫度的熱水或 熱油；平向H蒸餾頭5的出料口與闊門C相連後通過物料管線與副產 品接收罐9相連；採用SUS316L材質，內徑為(Z:230mm，內壁經拋光 處理；平向H蒸餾頭5通過法蘭分別與塔柱4和6及各組件連接。
本實施例的填料精餾篩板塔柱6為帶夾套的填料塔柱，塔內填充 的填I4較填料篩板塔柱4內的小，其材質可為不鏽鋼或搪瓷；塔頂通 過管線與冷阱相連；塔柱由2個塔節組成，每個塔節長1000mm，塔 內徑為C230mm，塔節的底部裝有填料支承板，填料以亂堆的方式放置在支承板上；填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動；塔
柱內填料為C16mm不鏽鋼鮑爾環填料；夾套內通的是一1(TC的冷凍液。
本實施例設有冷阱A的目的是為了使冷卻不完全的垸基醇和異
氰酸酯在這裡再次冷卻，從而減少其對設備和環境的損害。
權利要求
1、一種氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置，其特徵在於主體結構包括熱解反應釜、上中下三個塔柱、斜向、平向二個H蒸餾頭和左中右三個不同用途的接收罐，熱解反應釜頂部與篩板塔柱的底部通過塔體支座相連通，下篩板塔柱的頂部與斜向H蒸餾頭的底部相連通，斜向H蒸餾頭的頂部與中填料塔柱的底部相連，斜向H蒸餾頭的出料口通過物料管線分別與產品左接收罐、中接收罐相連通，中填料塔柱的頂端與平向H蒸餾頭的底端相連通，平向H蒸餾頭的頂部與上填料塔柱的底部相連通，平向H蒸餾頭的出料口通過物料管線與副產品右接收罐相連通，上填料塔柱的頂部通過真空管線與冷阱相連通，產品和副產品接收罐分別通過真空管線與冷阱相連通。
2、 根據權利要求1所述的氨基垸酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置， 其特徵在於熱解反應釜的結構採用閉式反應釜，容積為0.5m3,攪拌 採用雙端面機械密封，內壁經拋光處理，由法蘭與各塔柱及組件連接。
3、 根據權利要求1所述的氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置， 其特徵在於塔柱為帶夾套的塔柱，塔柱內有3 10塊塔板，塔體內壁 和塔板均經拋光處理，夾套內通140 18(TC導熱油，篩板塔柱的篩 孔直徑為01O 2O腿；塔柱由2個塔節組成，每個塔節長450mm，每 個塔節內有三塊塔板，塔內徑為0 230mm;塔節內兩個塔板之間採用 雙頭螺栓連接，以確保塔板位置的固定，另一塊塔板固定在兩個塔節 的法蘭連接處每個塔板上有64個孔，孔內徑為(J20mm均勻分布在塔板的篩孔區上。
4、 根據權利要求1所述的氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置， 其特徵在於斜向H蒸餾頭為帶夾套的H型蒸餾頭，傾斜部分與水平面 保持10 30°的仰角，以滿足熱解工藝中從全回流到全採出的控制 條件，斜向H蒸餾頭的夾套裡通與篩板塔柱溫度一樣的導熱油，其下接口直接接閥門，通過閥門的開啟或關閉來控制採出或回流的量，閥 門出口與各產品接收罐相連，恆壓口直接連閥門後再通過物料管線與 產品接收罐相連；內徑為C230mm，內壁經拋光處理，H蒸餾頭通過法蘭與塔柱及各組件連接。
5、 根據權利要求1所述的氨基垸酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置， 其特徵在於填料塔柱為帶夾套的填料塔柱，夾套內通溫度為40 90x:的熱水或者熱油，塔體內的填料材質為玻璃、陶瓷或者不鏽鋼；塔柱由不鏽鋼或搪瓷塔節組成，塔柱以一節長1500mm的塔節構成，塔 節的底部裝有填料支承板，填料以亂堆的方式放置在支承板上；填 料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動；塔柱內填料為C 25mm不鏽鋼鮑爾環填料。
6、 根據權利要求1所述的氨基垸酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置， 其特徵在於平向H蒸餾頭的結構與斜向H蒸餾頭相似，其傾斜部分與 水平面成5 10。的俯角，該俯角實現平向H蒸餾頭在熱解過程中沒 有回流的要求，在熱解時相當於一個汽液分離器的作用，但在清洗設 備的時候實現全回流到全採出的要求，另外其局部帶夾套的結構滿足 生產過程中無回流的要求的同時，也避免從填料塔柱上冷凝下來的副 產物不被加熱，壓口與闊門連接後再通過物料管線與副產品接收罐相 連，夾套內通入與填料塔柱一樣溫度的熱水或熱油；平向H蒸餾頭的 下接口與閥門C相連後通過物料管線與副產品接收罐相連；內徑為C 230ram，內壁經拋光處理，夾套內通入和填料塔柱相同溫度的導熱油 或熱水；平向H蒸餾頭通過法蘭分別與塔柱及各組件連接。
7、 根據權利要求1所述的氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置， 其特徵在於填料精餾塔柱為帶夾套的填料塔柱，塔內填充的填料較填 料塔柱內的小，其材質為不鏽鋼或搪瓷，夾套內通冷凍劑；塔頂通過 管線與冷阱相連；塔柱由二個塔節組成，每個塔節長IOOO咖，塔內 徑為C230mm，塔節的底部裝有填料支承板，填料以亂堆的方式放 置在支承板上；填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動； 塔柱內填料為^16mm不鏽鋼鮑爾環填料；夾套內通的是一l(TC的冷凍液。
全文摘要
本發明屬於有機化工生產技術領域，涉及一種用於氨基烷酸酯熱解製備異氰酸酯的裝置，主體結構包括熱解反應釜、三個塔柱、二個H蒸餾頭和三個接收罐，熱解反應釜頂部與篩板塔柱的底部通過塔體支座相連通，下篩板塔柱的頂部與斜向H蒸餾頭的底部相連通，斜向H蒸餾頭的頂部與中填料塔柱的底部相連，斜向H蒸餾頭的出料口分別與產品接收罐相連通，中填料塔柱的頂端與平向H蒸餾頭的底端相連通，平向H蒸餾頭的頂部與上填料塔柱的底部相連通，平向H蒸餾頭的出料口與副產品右接收罐相連通，填料上篩板塔柱的頂部和產品接收罐分別與冷阱相連通；其結構簡單，原理可靠，使用操作易控，效率高，反應選擇性強，製造成本低。
文檔編號C07C263/04GK101531619SQ20091001482
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月21日 優先權日2009年4月21日
發明者玉 丁, 張永富, 月 潘, 莉 王, 管憲文, 趙戰如 申請人:山東潤興化工科技有限公司