一種環(huán)路噴射冷卻器及采用其對(duì)異氰酸酯氣體快速降溫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)化工領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)路噴射冷卻器及利用其對(duì)異氰酸酯氣 體連續(xù)操作實(shí)現(xiàn)快速降溫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣相光氣化過(guò)程是光氣和胺在300~500°C的高溫下進(jìn)行，首先生成中間產(chǎn)物氨基 甲酰氯，而后進(jìn)一步分解生成光氣化產(chǎn)物異氰酸酯。光氣化產(chǎn)物為氣體，而該產(chǎn)物在反應(yīng)器 出口溫度下是熱不穩(wěn)定的，因此需要將氣體快速冷卻至一定溫度，使用液體淬滅劑使反應(yīng) 停止，以避免在驟冷區(qū)發(fā)生副反應(yīng)。冷卻溫度需要滿足兩個(gè)條件：（1)高于氨基甲酰氯的分 解溫度，以使部分未反應(yīng)完全的氨基甲酰氯分解生成產(chǎn)物異氰酸酯；（2)由于異氰酸酯是熱 敏性物料，溫度不能太高，以避免產(chǎn)物異氰酸酯發(fā)生熱敏反應(yīng)，一般控制在80~190°C之間。 因此，避免副反應(yīng)的發(fā)生，提高異氰酸酯的收率等這些問(wèn)題一直是困擾氣相光氣化法生產(chǎn) 異氰酸酯的核心問(wèn)題，光氣化反應(yīng)物料的快速降溫技術(shù)一直是工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的重 點(diǎn)。
[0003] 專利CN201251375報(bào)道了一種兩相流霧化噴射冷卻裝置，該噴射冷卻裝置設(shè)置外 層冷卻水夾套、內(nèi)外層環(huán)形氣體通道，在夾套口和氣體通道口分別設(shè)置噴嘴，使液體和氣體 通過(guò)噴嘴噴射，在混合室內(nèi)混合，實(shí)現(xiàn)高溫氣體的快速冷卻。該裝置優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng) 濟(jì)耐用、霧化冷卻效率高。而缺點(diǎn)在于當(dāng)高溫反應(yīng)氣體通過(guò)噴嘴時(shí)，氣體含有的固體雜質(zhì)容 易堵塞噴嘴，造成快速冷卻的終止，不能使該裝置連續(xù)運(yùn)行。
[0004] 專利US 2004/0068137 Al報(bào)道了帶有噴嘴的驟冷設(shè)備，提出了在氣體混合物從圓 筒形反應(yīng)區(qū)連續(xù)流出并進(jìn)入下游圓筒形淬滅區(qū)時(shí)注入淬滅液體，其中淬滅液體至少兩個(gè)噴 嘴注入，噴嘴沿淬滅區(qū)周邊等距離排列于淬滅區(qū)的入口處，將反應(yīng)氣體快速冷卻到150°C， 冷卻過(guò)程的接觸時(shí)間為0.2~3s，淬滅劑為惰性有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑的混合物。該專利實(shí)現(xiàn) 了反應(yīng)物在足夠短的時(shí)間內(nèi)終止反應(yīng)，但是該裝置淬滅區(qū)為固定區(qū)域，不能有效地調(diào)整高 溫反應(yīng)氣體在反應(yīng)管內(nèi)的停留時(shí)間，導(dǎo)致反應(yīng)不完全或過(guò)完全，最終引起反應(yīng)產(chǎn)物收率的 降低。
[0005] 專利CN 101372463 B報(bào)道了一種噴射吸收裝置，設(shè)置液氣噴射吸收器、循環(huán)栗、吸 收槽對(duì)高溫氣體進(jìn)行快速冷卻，其中噴射吸收器設(shè)置在反應(yīng)器尾部，均勻設(shè)置一定數(shù)量的 噴射孔，淬滅劑從噴射孔噴出，且形成一定的真空。該裝置通過(guò)噴射吸收，使從反應(yīng)器排出 的高溫氣體快速冷卻至產(chǎn)品穩(wěn)定的溫度，且同時(shí)為體系反應(yīng)過(guò)程提供負(fù)壓，省去了龐大的 真空系統(tǒng)，但是當(dāng)高溫反應(yīng)氣體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，同樣會(huì)引起噴射吸收器的堵塞，造成快 速冷卻的終止，不能使該裝置連續(xù)運(yùn)行。
[0006] 從上述例子可以看出，可以使用淬滅劑和相對(duì)應(yīng)的設(shè)備使高溫氣體實(shí)現(xiàn)快速降 溫，但是都存在不能有效地減少副反應(yīng)的發(fā)生或者使快速降溫工藝連續(xù)運(yùn)行。因此，需要尋 找一種能使異氰酸酯氣體快速降溫工藝連續(xù)運(yùn)行，并且能夠減少副反應(yīng)發(fā)生的設(shè)備和方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于，提供一種環(huán)路噴射冷卻器，將帶有一定壓力的淬滅劑通過(guò)噴 射孔噴出，促進(jìn)淬滅劑與異氰酸酯氣體的高效混合，并且能夠防止冷卻器被反應(yīng)固體堵塞， 實(shí)現(xiàn)對(duì)異氰酸酯氣體的連續(xù)快速降溫。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種環(huán)路噴射冷卻器，該冷卻器由反 應(yīng)管和霧化器及霧化器套管組成，霧化器與霧化器套管同軸連接，3-20個(gè)霧化器套管在反 應(yīng)管外表面圓周分層呈軸向相對(duì)分布焊接在反應(yīng)管上;霧化器由霧化器內(nèi)管、霧化器噴嘴 及霧化器帽構(gòu)成，霧化器內(nèi)管分別與霧化器噴嘴及霧化器帽同軸連接;異氰酸酯氣體通過(guò) 異氰酸酯氣體入口 Nl 口進(jìn)入反應(yīng)管內(nèi)，淬滅劑通過(guò)淬滅劑入口 N2 口進(jìn)入霧化器內(nèi)管后，通 過(guò)霧化器噴嘴噴射孔及霧化器帽噴射槽噴入反應(yīng)管內(nèi)，與高溫反應(yīng)氣體混合物接觸，對(duì)異 氰酸酯氣體進(jìn)行淬滅。
[0009] 其中，所述環(huán)路噴射器中反應(yīng)管外表面圓周分層呈軸向相對(duì)分布連接有3-20個(gè)霧 化器;霧化器層面間距為5-20cm;每個(gè)霧化器前端連接控制閥門，控制淬滅劑進(jìn)入反應(yīng)管， 以此來(lái)調(diào)整反應(yīng)管驟冷區(qū)。
[0010]所述反應(yīng)管直徑為霧化器內(nèi)管直徑的6-15倍，霧化器噴嘴噴射孔個(gè)數(shù)為2-6個(gè);其 孔徑0.3-0.8mm;噴射孔長(zhǎng)度為噴嘴直徑的0.1-0.5倍;其噴射孔與噴嘴平面形成傾斜角α， 傾斜角為30°-75°，霧化器帽噴射槽徑為對(duì)應(yīng)的霧化器噴嘴噴射孔徑的1-3倍。
[0011]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種采用上述環(huán)路噴射冷卻器對(duì)具有通式R(NCO)n 的異氰酸酯氣體進(jìn)行快速的方法，并且通過(guò)不同位置的霧化器淬滅劑進(jìn)料來(lái)調(diào)整反應(yīng)物在 反應(yīng)管內(nèi)的停留時(shí)間，有效降低副反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)一步提高異氰酸酯的收率。具體技術(shù)方案 如下：
[0012] a)在溫度為320-450°C的反應(yīng)器內(nèi)，光氣與具有通式R(NH2)n的胺反應(yīng)生成相對(duì)應(yīng) 的異氰酸酯R(NCO)n，該異氰酸酯在320-450°C成氣態(tài)，異氰酸酯氣體與溶劑氯苯氣體從反 應(yīng)器出口流出，經(jīng)過(guò)異氰酸酯氣體Nl 口進(jìn)入反應(yīng)管；
[0013] b)每個(gè)霧化器前端連接控制閥門，控制溫度為40-100°C的淬滅劑進(jìn)入反應(yīng)管，淬 滅劑經(jīng)過(guò)淬滅劑入口 N2后，再通過(guò)反應(yīng)管上部2-10個(gè)霧化器噴入反應(yīng)管內(nèi)，淬滅劑與異氰 酸酯氣體、光氣、溶劑充分混合，快速降溫至120_210°C，在快速降溫前，異氰酸酯氣體與過(guò) 量光氣在反應(yīng)管內(nèi)停留時(shí)間為〇. 1-0.5s，得到一定收率的異氰酸酯；
[0014] c)淬滅劑經(jīng)過(guò)淬滅劑入口N2后，關(guān)閉環(huán)路噴射器上端2-10個(gè)霧化器前端閥門，調(diào) 整使淬滅劑進(jìn)入環(huán)路噴射器下端的1-10個(gè)霧化器噴入反應(yīng)管內(nèi)，淬滅劑與異氰酸酯反應(yīng)氣 體、光氣、溶劑充分混合，快速降溫至120-210°c，在快速降溫前，異氰酸酯反應(yīng)氣體與過(guò)量 光氣在反應(yīng)管內(nèi)停留時(shí)間為0.2-0.8s，得到一定收率的異氰酸酯；
[0015] 其中所述淬滅劑選用與高溫反應(yīng)氣體不發(fā)生反應(yīng)的惰性有機(jī)液體，優(yōu)選苯、甲苯、 乙苯、二甲苯、正丙苯、氯苯、鄰二氯苯。
[0016] 在320-450°C呈氣態(tài)的異氰酸酯優(yōu)選甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸 酯(MDI)、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI)、己二異氰酸酯(HDI)、4,4_二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯 (HMDI)、對(duì)苯基異氰酸酯(Proi)、萘二異氰酸酯(NDI)、甲基環(huán)己基二異氰酸酯(HTDI)、1，4_ 環(huán)己基二異氰酸酯(CHDI)、三甲基己二異氰酸酯(TMDI)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)環(huán)路噴射冷卻器，異氰酸酯氣體以一定流量從異氰酸 酯氣體入口Nl 口進(jìn)入，淬滅劑通過(guò)淬滅劑入口N2 口由分層軸向相對(duì)分布連接的霧化器噴入 反應(yīng)管內(nèi)實(shí)現(xiàn)淬滅劑與異氰酸酯氣體的高效混合，達(dá)到異氰酸酯氣體的快速降溫。該工藝 方法可以使相應(yīng)的胺和光氣在高溫反應(yīng)后通過(guò)淬滅劑對(duì)異氰酸酯氣體進(jìn)行快速冷卻，并且 可以通過(guò)不同位置的霧化器淬滅劑進(jìn)料來(lái)調(diào)整異氰酸酯氣體在反應(yīng)管內(nèi)的停留時(shí)間，有效 降低副反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)一步提高異氰酸酯的收率。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 本發(fā)明共有3幅附圖
[0019] 圖1為環(huán)路噴射冷卻器主視裝配圖
[0020] 圖2為霧化器主視組裝圖
[0021] 圖3為I-I局部放大圖
[0022]圖中1-反應(yīng)管2-霧化器3-霧化器套管4-霧化器內(nèi)管5-霧化器噴嘴6-霧化器 帽7-噴嘴噴射孔8-霧化器帽噴射槽Nl-異氰酸酯氣體入口 N2-淬滅劑入口
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的