專利名稱：一種氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明屬于有機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)的設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種用于氨基烷 酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置。
技術(shù)背景-
有機(jī)異氰酸酯是一類重要的化合物，而雙官能團(tuán)的二異氰酸酯在 聚氨酯工業(yè)、涂料工業(yè)、染料和農(nóng)藥等方面具有廣泛的應(yīng)用。通常工 業(yè)上生產(chǎn)異氰酸酯化合物，是有機(jī)胺類經(jīng)光氣化反應(yīng)制得。雖然光氣 有較高的選擇性，但其為極具毒性的氣體，需要嚴(yán)密地控制，而長時 間地制備和使用光氣，其泄漏難以避免。因此，各國均積極研制非光 氣法生產(chǎn)異氰酸酯。目前，制備異氰酸酯的非光氣方法涉及的工藝和 設(shè)備很多，其中有重要影響的易于工業(yè)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(chǎn)生烷基醇，由于烷基醇又會與異 氰酸酯反應(yīng)生成氨基烷酸酯，所以在反應(yīng)過程中需要將反應(yīng)過程中產(chǎn) 生的垸基醇及時轉(zhuǎn)移出體系，但由于異氰酸酯中以雙官能團(tuán)的二異氰 酸酯的應(yīng)用前景最廣，而二異氰酸酯在熱解過程中有中間體產(chǎn)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(yīng)選擇性 差，甚至發(fā)生聚合等其它副反應(yīng)，因此，選擇良好的設(shè)備裝置并控制 好反應(yīng)過程的操作對反應(yīng)非常重要。
現(xiàn)有的專利報道的氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的工藝和設(shè)備 裝置很多，但研究重點(diǎn)不是放在反應(yīng)設(shè)備，就是反應(yīng)的催化劑或者連
續(xù)反應(yīng)上；在美國專利US4349483中，Harder等以填充鋅屑的石英 管為反應(yīng)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(huán)為填料，不銹鋼垂直反 應(yīng)管中加壓分解MDC，得到MDI的收率為89.2%wt;這些技術(shù)都采用 管式反應(yīng)器加壓反應(yīng)，產(chǎn)品收率明顯提高但長期使用管道容易堵塞， 不適合工業(yè)化生產(chǎn)。在美國專利US6639101、US5449817和US5326903、US5914428等報道的氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的工藝中，均采用 連續(xù)熱解工藝，反應(yīng)系統(tǒng)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(dá)92%以上，此連續(xù)熱解工藝設(shè)備 操作復(fù)雜、雙酯含量低、單酯難以回收利用、能耗大、熱載體回收費(fèi) 用高，經(jīng)濟(jì)上不具優(yōu)勢，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，設(shè)計一套結(jié)構(gòu)簡 單、使用壽命長、安全系數(shù)高、生產(chǎn)效率高的設(shè)備裝置來解決氨基烷 酸酯熱解制備異氰酸酯工藝中常出現(xiàn)的易聚合、收率低、設(shè)備安全系 數(shù)低等問題。
本發(fā)明設(shè)備應(yīng)用的氨基烷酸酯熱解過程是個可逆反應(yīng)，反應(yīng)生成 的垸基醇在熱解條件下能與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，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(jīng)歷一個中 間體單異氰酸酯的過程，要使氨基垸酸酯完全轉(zhuǎn)化成二異氰酸酯而不 是單異氰酸酯，其關(guān)鍵在于避免熱解過程中發(fā)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(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本裝置通 過采用在不同的溫度、真空度下使氨基烷酸酯、單異氰酸酯、產(chǎn)品異 氰酸酯和烷基醇在不同的塔柱分離冷凝，即在與反應(yīng)釜相連的下篩板 塔柱內(nèi)使氨基垸酸酯和單異氰酸酯實(shí)現(xiàn)冷凝，返回?zé)峤飧獌?nèi)繼續(xù)熱 解，而產(chǎn)品異氰酸酯和烷基醇離開下篩板塔柱繼續(xù)往上，在中填料塔 柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品異氰酸酯和烷基醇的分離，產(chǎn)品在中填料塔柱內(nèi)冷凝后 通過斜向H蒸餾頭的出料口進(jìn)入到產(chǎn)品接收罐內(nèi)，垸基醇則繼續(xù)往上 在上填料塔柱內(nèi)冷凝通過平向H蒸餾頭的出料口進(jìn)入副產(chǎn)品接收罐 內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)烷基醇的回收；熱解過程生成的產(chǎn)品和垸基醇能夠及時 從反應(yīng)釜中轉(zhuǎn)移出來并在不同位置實(shí)現(xiàn)分離，實(shí)現(xiàn)在提高設(shè)備效率的 同時避免由于異氰酸酯引起的聚合反應(yīng)的發(fā)生。
本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括熱解反應(yīng)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品和副產(chǎn)品接收罐分別通過真空管線與冷阱相連通。
由于氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯需要在高溫、高真空下進(jìn)行， 反應(yīng)經(jīng)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(fā)生反應(yīng)，而且產(chǎn)品異氰酸酯自身也會發(fā) 生聚合反應(yīng)，所以在整個熱解過程中烷基醇、單異氰酸酯和產(chǎn)品異氰 酸酯三者通過在不同的塔柱來實(shí)現(xiàn)及時分離。整個設(shè)備中與物料接觸 部分的不銹鋼材質(zhì)均需要進(jìn)行拋光處理，塔柱根據(jù)作用不同其結(jié)構(gòu)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里與產(chǎn) 品和垸基醇分開，單異氰酸酯冷凝回?zé)峤飧^續(xù)熱解，中塔柱、上塔 柱主要為填料塔，中塔柱的作用主要是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與垸基醇的分離，產(chǎn) 品被冷凝而垸基醇被蒸出，上塔柱的作用主要是實(shí)現(xiàn)浣基醇的冷凝， 從而實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)品的回收，常規(guī)冷凝器在熱解真空條ft^下無法實(shí)現(xiàn)垸基 醇的冷凝，帶夾套的填料塔柱的使用實(shí)現(xiàn)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制備異氰酸酯裝置更加完善合理。
本發(fā)明的氨基垸酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置，是實(shí)現(xiàn)異氰酸酯 綠色合成的一種重要技術(shù)手段，以氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯裝置 為主，輔以完善的操作和優(yōu)化的工藝條件如采用程序升溫和程序減壓 的程序控制方法，再加上優(yōu)質(zhì)高效的催化劑，使異氰酸酯的非光氣法 生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)，該工藝既避免了傳統(tǒng)工藝中劇毒物質(zhì)光氣的使用，又 克服了國外文獻(xiàn)報道中各種氨基垸酸酯熱解設(shè)備使用壽命短、產(chǎn)品收 率低、反應(yīng)選擇性差、產(chǎn)品含量低等工藝問題，使非光氣法工業(yè)化生 產(chǎn)成為可能。本發(fā)明的氨基垸酸酯熱解制備異氰酸酯裝置，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(chǎn) 生的中間體、產(chǎn)品和副產(chǎn)品在不同的塔柱內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷凝，達(dá)到分離的目的，從而提高氨基垸酸酯的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)的選擇性，得到的產(chǎn)品中目 標(biāo)產(chǎn)物含量較高，副產(chǎn)品的回收實(shí)現(xiàn)了綠色合成的目標(biāo)。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖，包括熱解反應(yīng)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(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例
本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括熱解反應(yīng)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn) 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(chǎn)品和副產(chǎn)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(shí)施例的熱解反應(yīng)釜1的結(jié)構(gòu)采用閉式反應(yīng)釜，容積為0. 5m3， 攪拌采用雙端面機(jī)械密封，材質(zhì)采用SUS316L，內(nèi)壁經(jīng)拋光處理，由 法蘭與各塔柱及其他組件連接。
本實(shí)施例的塔柱2為帶夾套的塔柱，下篩板塔柱2內(nèi)有3 10塊 塔板，塔體內(nèi)壁和塔板均為SUS316L材質(zhì)，且都經(jīng)過拋光處理，夾套 內(nèi)通140 180。C導(dǎo)熱油，篩板塔柱的篩孔直徑為01O 2Onim;由2 個塔節(jié)組成，每個塔節(jié)長450mm，每個塔節(jié)內(nèi)有三塊塔板，塔內(nèi)徑為C 230mm;塔節(jié)內(nèi)兩個塔板之間的連接采用雙頭螺栓連接，以確保塔板 位置的固定，另一塊塔板固定在兩個塔節(jié)的法蘭連接處每個塔板上有64個孔，孔內(nèi)徑為C 20mm均勻分布在塔板的篩孔區(qū)上。
本實(shí)施例的斜向蒸餾頭3為帶夾套的H型的一個蒸餾頭，結(jié)構(gòu)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 全回流到全采出的控制條件，H蒸餾頭3的夾套里通與篩板塔柱2溫 度一樣的導(dǎo)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(guān)閉來控制采出或回流的量，閥門出口與各產(chǎn)品接 收罐相連，恒壓口直接連閥門后再通過物料管線與產(chǎn)品接收罐相連； 采用SUS316L材質(zhì)，內(nèi)徑為(2 230mm，內(nèi)壁經(jīng)拋光處理，H蒸餾頭通 過法蘭與塔柱及各組件連接。
本實(shí)施例的中填料塔柱4為帶夾套的填料塔柱，夾套內(nèi)通溫度為 40 9(TC的熱水或者熱油，塔體內(nèi)的填料材質(zhì)為玻璃、陶瓷或者不銹 鋼；塔柱4可由不銹鋼或搪瓷塔節(jié)組成；塔柱以一節(jié)長1500mm的塔 節(jié)構(gòu)成，塔節(jié)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(nèi)填料 為e 25mm不銹鋼鮑爾環(huán)填料。
本實(shí)施例的平向H蒸餾頭5的結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)H蒸餾頭5在熱解過 程中沒有回流的要求，在熱解時相當(dāng)于一個汽液分離器的作用，但在 清洗設(shè)備的時候也可以實(shí)現(xiàn)全回流到全采出的要求，另外其局部帶夾 套的結(jié)構(gòu)滿足生產(chǎn)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(chǎn)物不被加熱，恒壓口與閥門連接后再通過物料管 線與副產(chǎn)品接收罐相連，夾套內(nèi)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相連后通過物料管線與副產(chǎn) 品接收罐9相連；采用SUS316L材質(zhì)，內(nèi)徑為(Z:230mm，內(nèi)壁經(jīng)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(shí)施例的填料精餾篩板塔柱6為帶夾套的填料塔柱，塔內(nèi)填充 的填I(lǐng)4較填料篩板塔柱4內(nèi)的小，其材質(zhì)可為不銹鋼或搪瓷；塔頂通 過管線與冷阱相連；塔柱由2個塔節(jié)組成，每個塔節(jié)長1000mm，塔 內(nèi)徑為C230mm，塔節(jié)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(nèi)填料為C16mm不銹鋼鮑爾環(huán)填料；夾套內(nèi)通的是一1(TC的冷凍液。
本實(shí)施例設(shè)有冷阱A的目的是為了使冷卻不完全的垸基醇和異
氰酸酯在這里再次冷卻，從而減少其對設(shè)備和環(huán)境的損害。
權(quán)利要求
1、一種氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括熱解反應(yīng)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品和副產(chǎn)品接收罐分別通過真空管線與冷阱相連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨基垸酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置， 其特征在于熱解反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)采用閉式反應(yīng)釜，容積為0.5m3,攪拌 采用雙端面機(jī)械密封，內(nèi)壁經(jīng)拋光處理，由法蘭與各塔柱及組件連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置， 其特征在于塔柱為帶夾套的塔柱，塔柱內(nèi)有3 10塊塔板，塔體內(nèi)壁 和塔板均經(jīng)拋光處理，夾套內(nèi)通140 18(TC導(dǎo)熱油，篩板塔柱的篩 孔直徑為01O 2O腿；塔柱由2個塔節(jié)組成，每個塔節(jié)長450mm，每 個塔節(jié)內(nèi)有三塊塔板，塔內(nèi)徑為0 230mm;塔節(jié)內(nèi)兩個塔板之間采用 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(jié) 的法蘭連接處每個塔板上有64個孔，孔內(nèi)徑為(J20mm均勻分布在塔板的篩孔區(qū)上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置， 其特征在于斜向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采出的控制 條件，斜向H蒸餾頭的夾套里通與篩板塔柱溫度一樣的導(dǎo)熱油，其下接口直接接閥門，通過閥門的開啟或關(guān)閉來控制采出或回流的量，閥 門出口與各產(chǎn)品接收罐相連，恒壓口直接連閥門后再通過物料管線與 產(chǎn)品接收罐相連；內(nèi)徑為C230mm，內(nèi)壁經(jīng)拋光處理，H蒸餾頭通過法蘭與塔柱及各組件連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨基垸酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置， 其特征在于填料塔柱為帶夾套的填料塔柱，夾套內(nèi)通溫度為40 90x:的熱水或者熱油，塔體內(nèi)的填料材質(zhì)為玻璃、陶瓷或者不銹鋼；塔柱由不銹鋼或搪瓷塔節(jié)組成，塔柱以一節(jié)長1500mm的塔節(jié)構(gòu)成，塔 節(jié)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(nèi)填料為C 25mm不銹鋼鮑爾環(huán)填料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨基垸酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置， 其特征在于平向H蒸餾頭的結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)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(dāng)于一個汽液分離器的作用，但在清洗設(shè) 備的時候?qū)崿F(xiàn)全回流到全采出的要求，另外其局部帶夾套的結(jié)構(gòu)滿足 生產(chǎn)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(chǎn)物不被加熱，壓口與闊門連接后再通過物料管線與副產(chǎn)品接收罐相 連，夾套內(nèi)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相連后通過物料管線與副產(chǎn)品接收罐相連；內(nèi)徑為C 230ram，內(nèi)壁經(jīng)拋光處理，夾套內(nèi)通入和填料塔柱相同溫度的導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求1所述的氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置， 其特征在于填料精餾塔柱為帶夾套的填料塔柱，塔內(nèi)填充的填料較填 料塔柱內(nèi)的小，其材質(zhì)為不銹鋼或搪瓷，夾套內(nèi)通冷凍劑；塔頂通過 管線與冷阱相連；塔柱由二個塔節(jié)組成，每個塔節(jié)長IOOO咖，塔內(nèi) 徑為C230mm，塔節(jié)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(nèi)填料為^16mm不銹鋼鮑爾環(huán)填料；夾套內(nèi)通的是一l(TC的冷凍液。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于氨基烷酸酯熱解制備異氰酸酯的裝置，主體結(jié)構(gòu)包括熱解反應(yīng)釜、三個塔柱、二個H蒸餾頭和三個接收罐，熱解反應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)品右接收罐相連通，填料上篩板塔柱的頂部和產(chǎn)品接收罐分別與冷阱相連通；其結(jié)構(gòu)簡單，原理可靠，使用操作易控，效率高，反應(yīng)選擇性強(qiáng)，制造成本低。
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(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者玉 丁, 張永富, 月 潘, 莉 王, 管憲文, 趙戰(zhàn)如 申請人:山東潤興化工科技有限公司