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Title:
PREPARATION OF ISOCYANATE BY INTERFACE PHOSGENATION REACTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/130907
Kind Code:
A1
Abstract:
A preparation method of isocyanate by interfacial phosgenation reaction is provided, which comprises the following steps: (a) allowing a solution stream of polyamine having the general formula (II) and a liquid stream of phosgene to flow through the respective mixer, then injecting them into a first-stage reactor at a contact angle of 30-180 degree, such that the solution stream of polyamine and the liquid stream of phosgene are contacted and mixed, and performing phosgenation reaction on the interface; (b) adding the obtained phosgenation liquid in a second-stage reactor, continuously performing the phosgenation reaction to obtain phosgenation liquid containing isocyanate; and (c) separating and purifying the phosgenation liquid containing isocyanate to obtain the isocyanate product.

Inventors:
HUA WEIQI (CN)
SUN ZHONGPING (CN)
SHANG YONGHUA (CN)
SHI BIN (CN)
LI JIANFENG (CN)
XUE YONGHE (CN)
SUN HUI (CN)
WANG HAIYING (CN)
WANG LUNPENG (CN)
Application Number:
PCT/CN2010/071967
Publication Date:
October 27, 2011
Filing Date:
April 21, 2010
Export Citation:
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Assignee:
YANTAI WANHUA POLYURETHANES CO (CN)
NINGBO WANHUA POLYURETHANES CO (CN)
HUA WEIQI (CN)
SUN ZHONGPING (CN)
SHANG YONGHUA (CN)
SHI BIN (CN)
LI JIANFENG (CN)
XUE YONGHE (CN)
SUN HUI (CN)
WANG HAIYING (CN)
WANG LUNPENG (CN)
International Classes:
C07C265/14; C07C263/10
Foreign References:
CN101805272A2010-08-18
Other References:
SINKELDAM RENATUS W. ET AL.: "Chiral Alignment of OPV Chromophores: Exploitation of the Ureidophthalimide-Based Foldamer", JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, vol. 128, no. 50, 2006, pages 16113 - 16121
Attorney, Agent or Firm:
BOSS & YOUNG PATENT AND TRADEMARK LAW OFFICE (CN)
北京邦信阳专利商标代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求

1、一种通过界面光气化反应制备如通式( I )所示的异氰酸酯的方法,

R (NCO) n ( I )

R (NH2) n ( I D

其中 R为脂肪族、脂环族或芳香族烃基, 并且至少有两个碳原子排列 在通式(I ) 的任意两个相邻的 (NC0 )之间, 以及 n > 2, 所述方法包括 以下步骤:

(a)具有通式(I I ) 的多胺的溶液流与光气的液流分别流经各自的混 合器后, 以 30-180度的接触夹角注入到第一级反应器中, 使多胺的溶液 流与光气的液流接触、 混合, 并在界面上进行光气化反应;

(b)所得到的光化液进入第二级反应器中, 继续进行光化反应, 得到 含异氰酸酯的光化液;

(c)含异氰酸酯的光化液经分离、 提纯后得到异氰酸酯产品。

2、 按照权利要求 1所述的方法, 其特征在于: 所述多胺的溶液流与 光气的液流流经各自的混合器后, 以 45-135度的接触夹角注入第一级反 应器。

3、 按照权利要求 2所述的方法, 其特征在于: 所述多胺溶液流与光 气液流相接触的水平截面处设置混合分布器; 优选地, 所述混合分布器 为填料分布器、 塔板分布器或塔盘分布器。

4、 按照权利要求 1 - 3 中任意一项所述的方法, 其特征在于: 所述 第一级反应器和第二级反应器为釜式反应器或塔式反应器; 所述第一级 反应器优选为经过以下改进的釜式反应器: 所述釜式反应器配有冷凝换 热器, 且所述冷凝换热器的出口与微负压系统相连。

5、 按照权利要求 4所述的方法, 其特征在于: 在所述釜式反应器内 冷凝换热器回流口的下方设置一个或多个折流板。

6、按照权利要求 5所述的方法,其特征在于: 当设置一个折流板时, 所述折流板固定在冷凝器回流口下方, 同时位于界面反应的液面以下; 当设置多个折流板时, 多个折流板相互平行地水平设置, 且基本平行于 界面反应的液面, 最下面的折流板在界面反应的液面下。 7、 按照权利要求 6所述的方法, 其特征在于: 所述折流板的截面形 状为圆形、 三角形、 矩形、 菱形、 梯形、 等边多边形、 非等边多边形或 椭圆形, 优选圆形、 三角形或矩形; 所述折流板主表面的截面积占第一 级反应器横截面积的 5-15%; 每一折流板上均设有 5-200个开孔, 优选 10-150个开孔。

8、 按照权利要求 1或 7所述的方法, 其特征在于: 界面光气化反应 中所生成的氯化氢和部分过量的光气在微负压的作用下被快速地从第一 级反应器中提走, 经冷凝换热器冷凝后光气被冷凝下来, 并经由冷凝回 流管线返回第一级反应器中。

9、 按照权利要求 8所述的方法, 其特征在于: 经由冷凝回流管线返 回第一级反应器的光气物流滴落到一个或多个开孔的折流板上, 以使回 流的光气物流中所夹带的氯化氢完全挥发。

10、 根据权利要求 1或 9所述的方法, 其特征在于: 第一级反应器 多胺的溶液流与光气的液流界面反应的时间为 10-120秒,优选 30-60秒; 界面反应温度为 60- 160度, 优选 80-130度; 在第二级反应器中的反应 温度为 90- 150度, 优选 110- 130度。

11、 根据权利要求 1或 7所述的方法, 其特征在于: 所述多胺溶液 流的混合器与光气液流的混合器选自: 管式混合器、 文丘里混合器、 环 隙混合器、 喷嘴或微型混合器; 且所述混合器出口的形状为圆形、 三角 形、 椭圆形、 四边形、 长方形或菱形, 优选椭圆形或长方形。

12、 根据权利要求 1 所述的方法, 其特征在于: 所述光气液流以 3-30m/ s , 优选 8- 18m/s的流速自混合器出口注入第一级反应器中; 所述 胺溶液流以 3- 30m/s,优选 8- 18m/ s的流速自混合器出口注入第一级反应 器。

13、 根据权利要求 1 所述的方法, 其特征在于: 经过界面光气化反 应之后的光化液中光气与胺的摩尔比为 3: 1 -4: 1。

14、 根据权利要求 1 所述的方法, 其特征在于: 所述胺选自以下化 合物中的任一种: 1, 4-丁二胺、 1, 6-己二胺、 1 , 4-二胺基环己烷、 卜氨 基- 3, 3, 5-三甲基 -5-氨基甲基环己烷、 4, 4, -二环己基甲烷二胺、 三氨 基壬烷, 异构体比例为 80/20-65/35的 2, 4-/2, 6甲苯二胺混合物或纯的 2, 4-甲苯二胺, 4, 4, -二氨基二环己基甲烷二胺。

15、 根据权利要求 1 所述的方法, 其特征在于: 所述异氰酸酯选自 以下化合物中的任一种: 1, 4-丁二异氰酸酯、 1, 6-己二异氰酸酯、 1, 4- 二异氰酸酯基环己烷、 异佛尔酮二异氰酸酯、 4, 4, -二环己基甲烷二异 氰酸酯、 三异氰酸酯基壬烷、 甲苯二异氰酸酯、 4, 4, -二氨基二环己基 甲烷二异氰酸酯。

16、 根据权利要求 1 所述的方法, 其特征在于: 多胺的溶液流和光 气的液流采用相同的溶剂, 并且该溶剂选自: 甲苯、 二甲苯、 氯苯、 邻 二氯苯或十氢化萘中的一种或多种; 优选氯苯或者邻二氯苯。

Description:
一种通过界面光气化反应制备异氰酸酯的方法 技术领域

本发明涉及异氰酸酯的制备方法, 更具体地说, 是一种通过界面光 气化反应制备异氰酸酯的方法。 背景技术

众所周知, 胺和光气可以制备异氰酸酯, 根据胺的类型, 反应以气 相或液相间歇或连续地进行(W. S ie fken, Lieb igs Ann. 562 , 75 ( 1949 ) )。 从文献报道来看, 光气法制备异氰酸酯主要采用气相法和液相法 两类工 艺, 他们有各自的优势。

气相法制备异氰酸酯是目前开发的重点方法, 早在 20世纪 40年代, 就已有气相光气化法来制备异氰酸酯的 艮道(S iefken, Anna 1 en 562 , 108, 1949 )。 气相反应过程常常在管式反应器内进行。 气相反应工艺是 一快速反应过程, 要求混合速率要快, 同时要尽量避免高温结焦。 在高 温气相光气化反应过程中,胺类及异氰酸酯在 300-500 °C高温下停留时间 过长是极其不稳定的, 会发生诸如脱去 NH 2 、 NC0基团的分解反应。 在气 相法工艺中, 经过高温气相光化工艺后, 仍需经过热反应、 后处理和分 离等工序。

气相光气化制备异氰酸酯的过程属于高温光气 化反应, 由于是在气 相状态下反应, 其具有快速和很好的混合, 减少了氯化氢的影响, 减少 副产物脲等高聚物的形成。 然而由于反应速度较快, 氯化氢与胺反应生 成盐酸盐的速度同样加快, 因此, 高温光气化反应容易生成大量的盐酸 盐物质, 导致产品中杂质含量较高。 同样, 由于光气化反应在高温下进 行, 对于所需设备的材质要求非常高。 鉴于上述高温气相法在制备异氰 酸酯方面的局限性, 该方法尚未在光气法制备异氰酸酯领域中得到 广泛 应用, 仅仅是德国拜耳公司和烟台万华有过相关报道 , 相关产品也仅限 于 TDI以及部分 ADI产品。 液相光气法制备异氰酸酯是最为成熟的工艺路 线, 包括成盐液相法、 直接液相法以及加压液相法等工艺路线。 由于光气化反应是快速反应, 液相反应过程中强调了混合和氯化氢的影响。 成盐法主要考虑胺基的保 护, 直接液相法主要考虑了胺基与光气的混合。

GB1142628阐述了盐酸盐制备异氰酸酯的工艺,但 是当盐酸盐转化率 高于 95%时, 所需的反应时间长, 导致收率下降, 成盐转化率低于 30%, 则未反应 HDA多, 虽可缩短反应时间, 但易与 HDI反应生成脲类杂质。

US5523467阐述了采用酯类作为溶剂进行成盐光气 化反应,通过反应 过程中追加氮气, 防止了 HDI 及氨基甲酰氯生成焦油状物质, 提高了光 气化反应的收率, 缩短了反应时间, 使成盐反应逐步具有了工业可行性。 但是由于氮气的增加, 增加了操作费用, 提高了单位产品的成本, 相比 其他工艺方法, 其依然存在收率低、 时效低等缺点。

US4581174 描述了通过混合循环中伯胺的光气化而连续制 备有机单 一和 /或多异氰酸酯, 并部分再循环含异氰酸酯的反应混合物, 再循环 的混合物中 HC 1的比例小于 0. 5 %。 同样, 该异氰酸酯连续地再循环到含 游离胺的反应区中确实也促进了脲的形成. 沉淀的脲危及到该方法的稳 定操作。

CN101056847阐述了采用醚作溶剂, 可与氯化氢形成盐熔体, 以分离 出氯化氢、 提高反应的收率和效率。 其中使用能与氯化氢形成盐熔体并 且能可逆地由其再次释放氯化氢的化合物作为 溶剂。 能与反应中形成的 氯化氢临时形成盐熔体的溶剂为醚和聚醚。

US5136086 描述了利用羧酸酯作为胺与光气反应的溶剂。 该方案的 缺点在于溶剂会与异氰酸酯反应。 在通过相应的胺与光气反应制备异氰 酸酯的过程中, 经常存在的要求是达到反应体系中光气存在量 的减少; 多异氰酸酯制备中经常存在的另一要求是减少 副反应并因此获得较高收 率和具有改进质量的目的产物。 该文献提出, 在胺与光气反应的条件下, 当使用能与所形成的氯化氢临时形成盐熔体的 溶剂时, 该方法的时空收 率提高并且显著抑制副反应。

光气化反应过程中, 在含异氰酸酯的光化液中的光气浓度也是一个 非常重要的影响因素。 CN1163608阐述了采用连续法在 1-30巴的压力下 制备异氰酸酯的方法, 光气溶解在含异氰酸酯的光化液中的浓度较高 , 可获得相应的异氰酸酯。 在此工艺条件下, 胺基周围的光气浓度得到提 高, 使其光气与胺的摩尔比例达到了 3: 1 _4: 1。

综上所述, 在光气法制备异氰酸酯的反应过程中, 氯化氢对反应过 程影响很大, 不但导致产品质量下降, 而且可能导致反应过程中胺基盐 酸盐固体增加, 进而导致反应器堵塞, 并导致了异氰酸酯中副产物的增 加, 光气化收率下降。 因此, 在异氰酸酯制备工艺的研发过程中需要尽 可能控制氯化氢对反应过程的影响。

此外, 光气化界面反应在制备碳酸酯方面已经有了广 泛的研究, 如 CN101235136 阐述了一种采用撞击流反应器进行界面法制备 聚碳酸酯的 方法。 该方法能提高光气与酚盐的反应效率, 缩短反应时间, 降低副反 应产物, 降低生产过程中的能耗。 但光气化界面反应在异氰酸酯领域的 应用尚未见 ·ί艮导。 发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题, 本发明的目的在于提供一种 新型的界面光气法制备异氰酸酯的方法。

本发明基于以下构思: 液相光气化反应过程为气、 液、 固三相体系 的反应, 主要的产物为氨基甲酰氯、 胺基盐酸盐、 氯化氢、 异氰酸酯以 及副产物等。 根据工艺反应所需, 胺基盐酸盐等异氰酸酯的副产物是不 期望的产物, 但是由于光气化反应属于快速反应, 氯化氢与胺基的反应 同样属于快速反应, 因此, 生成胺基盐酸盐这类不期望的产品就在所难 免。 已经有很多专利文献提到, 注意控制光气中的氯化氢含量以及改变 溶剂体系来控制盐酸盐的生成。 本发明就是在现有技术的基础上提供一 种新的工艺方法, 使光气流与胺溶液流进行快速反应, 同时使所生成的 氯化氢能够快速地从反应系统中剔除, 从而尽可能减少氯化氢对于光化 反应的影响; 此外, 光气还能够回流至反应器中继续进行光气化反 应, 应效率得到明显提高。 界面反应通常是指异相 (各环境介质) 间的化学反应。 根据接触表 面的特性及表面上的各种化学物质种类、 含量、 存在状态及性质, 且在 一定的条件下发生的各种化学反应。 两相的界面有液 -液、 固-液、 固-气、 液 -气和固-固 5 种类型。 本发明所述界面光气化反应是指胺与光气液流 在混合分布器的协助下形成界面, 进行的快速反应, 主要发生在反应体 系中的胺溶液流、 光气流以及产生的固体产物之间所形成的界面 上。 本发明所提供的通过界面光气化反应制备如通 式(I ) 所示的异氰酸 酯的方法如下:

R (NCO) n ( I )

R (皿 2 ) n ( I I )

其中 R为脂肪族、脂环族或芳香族烃基, 并且至少有两个碳原子排列 在通式(I ) 的任意两个相邻的 (NC0 )之间, 以及 n > 2, 该方法包括以 下步骤:

(a)具有通式(I I ) 的多胺的溶液流与光气的液流分别流经各自的 混 合器后, 以 30-180度的接触夹角注入到第一级反应器中, 使多胺的溶液 流与光气的液流接触、 混合, 并在界面上进行光气化反应;

(b)所得到的光化液进入第二级反应器中, 继续进行光气化反应, 得 到含异氰酸酯的光化液;

(c)含异氰酸酯的光化液经分离、 提纯后得到异氰酸酯产品。 在本发明所提供的方法中, 优选 R是脂肪族 C2-C50 烃基、 脂环族 C2-C50烃基或芳香族 C6- C50烃基,进一步优选 R是脂肪族 C4- C30烃基、 脂环族 C4-C30烃基或芳香族 C6-C30烃基, 更优选 R是脂肪族 C5-C18烃 基、 脂环族 C5- C18烃基或芳香族 C6- C20烃基。

在本发明所提供的方法中, 优选 n=2-4, 进一步优选 n=2或 3。

在本发明所提供的方法中,所采用的胺原料为 多数具有反应活性的胺 类, 合适的胺类是含有 2-15个碳原子, 优选 3 - 15个碳原子, 进一步优 选 4-13个碳原子的脂肪族、 脂环族或芳香族单胺类、 二胺类、 三胺类、 四胺类或五胺类等。 例如, 合适的脂肪族二胺有 1, 4-丁二胺、 1, 6-己二 胺; 脂环族二胺有 1, 4-二氨基环己烷、 卜氨基- 3, 3, 5-三甲基 -5-氨基甲 基环己烷或 4, 4, -二环己基甲烷二胺等; 合适的脂肪族三胺有 1, 8-二氨 基 -4- (氨甲基)辛烷、 三氨基壬烷等。 其中, 本发明所采用的胺原料优选 1, 6-己二胺、 IPDA、 H 12 MDA及三氨基壬烷。 合适的芳香族胺类有苯二亚甲 基二胺、 甲苯二胺, 二氨基苯, 萘二胺, 2, 4, 或 4, 4, -二苯基甲烷二胺 及其异构体混合物, 例如, 异构体比例为 80/20-65/ 35的 2, 4-/2, 6甲 苯二胺混合物或纯的 2, 4-甲苯二胺。

本发明所述多胺的溶液流为一种或多种胺或胺 的有机溶液; 所述光 气的液流为纯光气液体或光气溶液。 在本发明所述方法中, 可利用惰性 溶剂对胺和光气进行稀释, 以形成胺的溶液流和光气的液流。 所述惰性 溶剂一般选自: 苯、 甲苯、 二甲苯、 氯苯、 十氢化萘、 邻二氯苯、 对二 氯苯、 一氯联苯、 对苯二甲酸二烷基酯或邻苯二甲酸二乙酯中的 一种或 多种; 优选氯苯或者邻二氯苯。

在本发明所提供的方法中, 所制备的异氰酸酯可以是含有(除异氰酸 酯官能团中的碳原子以外) 2-15个碳原子,优选 3 - 15个碳原子, 进一步 优选 4-13个碳原子的脂肪族、脂环族或芳香族单异 酸酯、二异氰酸酯、 三异氰酸酯、 四异氰酸酯或五异氰酸酯等。 例如, 脂肪族二异氰酸酯有: 1, 4-丁二异氰酸酯或 1, 6-己二异氰酸酯; 脂环族二异氰酸酯有: 1, 4-环 己烷二异氰酸酯、卜氨基 -3, 3, 5-三甲基 -5-甲基环己烷二异氰酸酯、 4, 4, -二环己基甲烷二异氰酸酯等; 脂肪族三异氰酸酯有: 1, 8-二氨基 -4-辛 烷二异氰酸酯、 三壬烷基异氰酸酯等; 其中, 优选 1, 6-己二异氰酸酯、 IPDI、 H 12 MDI等。 芳香族异氰酸酯有: 苯二亚甲基二异氰酸酯、 甲苯二异 氰酸酯、 对苯二异氰酸酯、 萘二异氰酸酯、 2, 4, 或 4, 4, -二苯基甲烷二 异氰酸酯及其异构体混合物, 例如, 异构体比例为 80/20-65/ 35 的 2, 4-/2, 6甲苯二异氰酸酯混合物或纯的 2, 4-甲苯二异氰酸酯。 在本发明所提供的方法中,所述多胺的溶液流 与光气的液流的接触夹 角是指多胺溶液流的混合器与光气液流的混合 器之间的夹角, 即, 多胺 溶液流与光气液流在接触之前的夹角, 该夹角优选为 45-135度。

在本发明所提供的方法中,优选地,在多胺溶 液流与光气液流两个流 股的接触界面设置混合分布器, 且混合分布器的截面积约占釜式或者塔 式反应器截面积的 1/4一 1 /3。 所述混合分布器采用填料分布器、 塔板分 布器或塔盘分布器等均可, 例如, 天大北洋化工设备有限公司的填料分 布器、 塔板分布器和塔盘分布器等, 以保证混合反应在界面上进行。

在本发明所提供的方法中, 所述第一级反应器也可称为混合反应器, 所述第二级反应器也可称为热反应器。 其中, 所述混合反应器可以是本 领域常用的釜式反应器或塔式反应器, 优选釜式反应器; 进一步优选地, 所述混合反应器(第一级反应器)是在现有反 应器的基础上根据本发明所 提供方法的工艺要求对反应器的内部结构进行 了必要的改进; 具体反应 器结构方面的改进, 请参阅下面具体实施方式部分的介绍。 所述热反应 器(第二级反应器)是用于制备异氰酸酯的常 规反应器, 它也可以是塔式 或釜式反应器, 所述热反应器也可以是单个热反应器或串联的 两个热反 应器。 本发明所述的界面光气化反应发生在液液、 气液以及气固界面上, 充分利用了胺溶液流与光气液流由各自的混合 器中高速喷出时产生的混 合层, 同时, 在混合分布器的辅助下, 更有利于胺溶液与光气液流的混 合。 由于光气化制备异氰酸酯的反应属于快速反应 , 能够在较短的时间 内完成, 因此, 选择在界面上进行反应, 在第一步光气化反应中得到较 高收率的氨基甲酰氯, 保证了界面光化反应生成较少的杂质, 其反应时 间在 10- 120秒范围内, 优选 30- 60秒。

在本发明所提供的方法中, 在第一级反应器(混合反应器)中的界面 反应温度为 60-160度, 优选为 80-130度, 以保证从混合器喷出后的反 应物料在第一级反应器中的第一步光气化反应 能够快速高效的进行。 一

-4: 1。 经过界面光气化反应得到的光化液通过溢流口 进入后续的热反应 器, 进行热光气化反应, 其反应温度为 90- 150度, 优选 110-130度; 由 于在界面反应的过程中已经降低了氯化氢的含 量, 降低了固体胺基盐酸 盐的含量, 从而减少了热反应停留时间, 提高了反应效率和产品的质量; 最终, 光化液通过分离系统得到异氰酸酯产品。 与现有技术相比, 本发明的有益效果主要体现在以下方面:

首先, 由于本发明采用界面光气法制备异氰酸酯, 可以缩短光气化 反应时间, 提高光气化收率和光化液质量。

光化反应得到的异氰酸酯光化液, 其主要为是溶剂、 光气、 氯化氢、 氨基甲酰氯、 异氰酸酯以及胺基盐酸盐等。 采用本发明所得到的光化液 中氯化氢含量非常低, 且由于在界面上进行氯化氢的释放, 在微负压条 件下, 氯化氢在液相中的停留时间非常短, 同时在液相中的残存非常少, 这非常有利于光气化反应制备异氰酸酯的过程 。

由于胺基盐酸盐与光气反应得到异氰酸酯的速 度较慢, 因而大大降 低了光气化反应的效率。 随着单位体积内氯化氢的减小, 生成胺基盐酸 盐的几率降低。 因此, 本发明是创造了一个不利于氯化氢残留的环境 , 从而提高了光气化反应的效率。

此外, 反应温度的选择对光气化反应过程是相当重要 的。 本发明是 在较高的反应温度下, 使光气与胺发生快速反应, 因而减少了氯化氢对 反应过程的影响, 降低了盐酸盐的含量, 提高了光化反应效率, 最终得 到了较好的反应效果。

由于光气化溶液浓度是决定工艺路线是否具有 工业化价值的重要参 数之一, 高异氰酸酯浓度的光化液可以明显降低溶剂的 使用, 提高光气 化的时空效率, 提高整体光气化反应的附加值。 目前气相法制备异氰酸 酯是发展的重点就在于: 高温气相法得到光化液的异氰酸酯浓度可以达 到 50wt°/。以上。 然而成盐法制备的光化液的异氰酸酯浓度在 5-15wt%, 直 接液相法制备的光化液的异氰酸酯浓度在 15-25wt。/。; 而通过采用本发明 所提供的界面光气化反应得到的光化液的异氰 酸酯浓度可以达到 25 - 40wt%。因此,使得本发明所提供的方法比直接 相法更具有工业化价值。 附图说明

图 1是本发明所提供方法的一种优选实施方式的 意图。

如图 1所示, 1为胺溶液流的混合器, 2为光气液流的混合器, 3为混 合分布器, 4为折流板, 5为冷凝器, 6为微负压系统, 7为釜式反应器。 其中 TG是温度计、 PG是压力计和 M是电动机(马达)。 具体实施方式

下面结合附图, 进一步详细说明本发明所提供的方法, 但本发明并 不因此而受到任何限制。

在本申请中 "胺" 或 "多胺" 或 "胺溶液" 或 "多胺溶液" 可以互 换使用, 因为胺是以溶液的形式进行反应的。

如图 1所示, 多胺的溶液流与光气的液流分别流经各自的混 合器 1 和 2, 以 30-180度的接触夹角注入到釜式反应器 7中, 使多胺的溶液流 与光气的液流在混合分布器 3处(反应液界面处)相互接触、 混合, 并在 界面上进行光气化反应; 所得到的光化液进入下游的热反应器中(图中 未 示出), 继续进行光气化反应, 得到含异氰酸酯的光化液; 含异氰酸酯的 光化液经分离、 提纯后得到异氰酸酯产品。

根据本发明一个优选的实施方案, 所述釜式反应器 7 配有冷凝换热 器 5 (也称作冷凝器), 且所述冷凝换热器的出口与微负压系统 6相连。这 样, 在微负压条件下, 界面光气化反应中所生成的氯化氢可以快速地 被 从釜式反应器中提走, 降低氯化氢对反应的影响。 当然, 在将所生成的 氯化氢从该反应器中抽走的同时, 还会同时抽走部分过量的光气。 由于 配有冷凝器, 光气在冷凝器中被冷凝下来后, 可经回流管线返回釜式反 应器 7。 这样, 不仅避免了光气的挥发, 而且使光气回流后可再参与光气 化反应, 提高反应的效率。 所述微负压系统能够产生有利于从冷凝器中 抽出气体的负压, 一般该负压为 -5至 -30KPa。

才艮据本发明另一个优选的实施方案, 为了改善光气的回流效果, 除 了设置上述冷凝器、 微负压系统以及必要的工艺管线和配件外, 最好在 第一级反应器(釜式反应器 7)内冷凝器回流口的下方设置一个或多个折 流板, 其中最下方的折流板设置在界面反应的液面以 下。 具体而言, 当 仅设置一个折流板时, 所述折流板固定在冷凝器回流口下方, 同时位于 液面以下; 当设置多个折流板时, 多个折流板相互平行地设置, 且基本 平行于界面反应的液面(水平设置),最下方 的折流板在液面下。在第一级 反应器内追加的折流板, 其在功能上类似于蒸馏塔的塔板, 且最好所述 折流板开设有许多穿孔, 使得冷凝回流的光气中的氯化氢完全挥发, 同 时回流的光气可以进入光气化反应过程, 使光气化反应得到较好的完善。

在本发明中, 所述折流板的截面形状为圆形、 三角形、 矩形、 菱形、 梯形、 等边多边形、 非等边多边形或椭圆形等, 优选圆形、 三角形或矩 形。 折流板的位置安装在冷凝器的冷凝液出口的正 下方, 以确保来自冷 凝器的冷凝液不直接落入第一级反应器的液面 上, 而是降落在折流板上。 折流板主表面的截面积(包括开孔面积)约占 第一级反应器横截面积的 5-15%。 在每一个折流板中通常设有 5-2 QQ个开孔, 优选 10-15 Q个开孔。

在本发明中, 通过换热冷凝器得到的氯化氢, 可以采用吸收法制备 工业盐酸, 也可以将得到的氯化氢进行氧化制备氯气, 例如通过电解氧 化法, 从而实现反应过程中分离得到的氯化氢的循环 使用。 通过本发明 得到的氯化氢不影响后期产品的质量。

本发明所提供的界面光气化反应制备异氰酸酯 的方法主要分两个阶 段进行。 在光气化反应的第一阶段中, 胺与光气反应, 得到相应的氨基 甲酰氯、 氯化氢和胺基盐酸盐。 胺与光气之间的反应非常迅速, 并且是 强放热的。 为了最大程度地减少副产物和固体的形成, 胺与光气在溶剂 混合条件下必须迅速混合, 这样第一光气化阶段通常需要采用混合器, 而所述混合器通常是喷嘴。 物料胺和光气经过混合器出口进入反应器中 进行光气化反应。 优选采用的混合器为管式、 文丘里管、 环状环隙喷嘴、 微型混合器等, 这些混合器在光气法制备异氰酸酯的专利文献 中多有报 道。 本发明采用此类混合器, 有利于光气与胺有较好的混合反应, 同时 有利于光气化的反应过程。

在本发明所提供的方法中, 所述光气液流以 3-30m/s, 优选 8-18m/s 的流速自光气液流混合器出口进入到第一级反 应器中; 与此同时, 胺溶 液流以 3- 30m/s,优选 8- 18m/s的流速自胺溶液流混合器出口进入到第一 级反应器中, 从而使光气流和胺流体有非常快的剪切速度, 保证光气化 反应的进行。

除了上面已经提到的可用于本发明的混合器外 , 以下现有技术中已 经披露的新型混合器也可用于本发明: 动态混合器,例如搅拌器、 涡轮或 转子一定子系统; 静态混合器, 例如 Kenic混合器, Schaschl i混合器或 SMV混合器; 喷射混合器, 例如喷嘴或 T混合器。 此外, 可用于本发明的 混合器还包括: 喷嘴, 例如环状狭缝喷嘴、 环状模喷嘴、 平稳喷射混合 喷嘴、鼓风式喷射喷嘴、角喷射室喷嘴、三重 流喷嘴、逆流混合室、 Pi tot 喷嘴和混合喷嘴; 在线混合器、 离心混合泵、 管式反应器或微结构混合 器等等。 上述混合器的出口形状为圆形、 三角形、 椭圆形、 四边形、 长 方形以及菱形等均可, 优选椭圆形或长方形。

以下将通过实施例对本发明进行更为详细的 阐述, 但是以下实施例 不能理解为对本发明内容的限制。

实施例 1

实施例 1 - 3均采用釜式反应器作为第一级反应器, 该反应器配有冷 凝器、 以及与冷凝器相连的微负压系统(选择微负压 为 -l Okpa )和安装 在该反应器内光气冷凝液回流口下方的具有 30个穿孔的折流板(其面积 约占反应器截面积的 7% ), 平行安装三层折流板, 其最低层在液面以下, 所采用的第二级反应器为常规的釜式反应器。

配制浓度为 30wt°/。的甲苯二胺溶液, 由 70重量%的邻二氯苯和 30 重量%的甲苯二胺组成; 流量 100kg/h的甲苯二胺溶液流以 12米 /秒的 速度和 95kg/h的光气液流以 12米 /秒的速度分别经过各自的管式混合 器的出口进入釜式反应器中。 在该反应器内这两个流股在 90度的接触夹 角下高速接触和混合, 在反应温度为约 90度的条件下发生界面反应, 其 反应时间为 40秒; 经过釜式反应器后, 得到了具有一定甲苯二异氰酸酯 浓度的光化液,该光化液经由溢流口进入到 120 °C的热反应器中完成异氰 酸酯的反应; 然后经分离系统提纯, 得到甲苯二异氰酸酯纯品。

通过对于反应过程的监控分析可知, 经过界面反应得到光化液中盐 酸盐含量为 3. 2wt%, 氨基甲酰氯含量为 85. 3wt%, 甲苯二异氰酸酯含量 为 11. 5wt°/。; 在通过热反应器得到的光化液中, 甲苯二异氰酸酯浓度为 41. 9wt% , 最终得到甲苯二异氰酸酯的收率为 97. 9%。 实施例 2

本实施例中, 配制浓度为 20wt°/。的甲苯二胺溶液, 由 80重量%的邻 二氯苯和 20重量%的甲苯二胺组成;流量 100kg/h的甲苯二胺溶液流以 12米 /秒的速度与流量 64kg/h的光气液流以 10米 /秒的速度分别经由 各自的喷嘴式混合器的出口进入到釜式反应器 中, 在该反应器内这两个 流股在 70度的接触夹角下高速接触和混合, 然后在反应温度约为 70度 的条件下进行界面光气化反应, 其反应时间为 42秒, 经过该反应器后, 得到了具有一定异氰酸酯浓度的光化液; 光化液经由溢流口进入到反应 温度为 120度的热反应器中完成异氰酸酯的反应; 然后经分离系统提纯, 得到甲苯二异氰酸酯纯品。

通过对于反应过程的监控分析可知, 经过界面反应得到的光化液中, 其盐酸盐含量在 2. 8 wt% , 氨基甲酰氯含量为 91. 7 wt% , 甲苯二异氰酸 酯含量为 5. 5 wt°/。; 在通过热反应器得到的光化液中, 甲苯二异氰酸酯浓 度为 27. 98wt% , 最终得到甲苯二异氰酸酯的收率为 98. 4%。 实施例 3

在本实施例中, 配制浓度为 18wt°/。的己二胺溶液, 由 82重量%的邻 二氯苯和 18重量%的己二胺组成, 流量 100kg/h的己二胺溶液流以 14 米 /秒的速度和 80kg/h的光气液流以 13. 6米 /秒的速度分别经由各自 的喷嘴式混合器的出口进入到釜式反应器, 在该反应器内这两个流股在 90度的接触夹角下高速接触和混合,在反应温 为 80度的条件下发生界 面光气化反应, 其反应时间为 40秒, 经过该反应器后, 得到了具有一定 异氰酸酯浓度的光化液; 光化液经由溢流口进入到反应温度为 130度的 热反应器中继续进行并完成反应; 然后经分离系统提纯, 得到己二异氰 酸酯纯品。

通过对于反应过程的监控分析可知, 经过界面反应得到光化液中, 其盐酸盐含量在 12. 3wt% , 氨基甲酰氯含量为 84. 9wt% , 己二异氰酸酯含 量为 2. 8wt°/。; 在通过热反应器得到的光化液中, 己二异氰酸酯浓度为 25. 2wt% , 最终得到己二异氰酸酯的收率为 96. 7%。 对比例 1

该对比例采用传统的釜式光气法制备异氰酸酯 。 配制浓度为 30wt% 的甲苯二胺溶液,由 70重量%的邻二氯苯和 30 重量%的甲苯二胺组成, 流量 100kg/h的甲苯二胺溶液流以 12米 /秒的速度和 95kg/h的光气液 流以 12米 /秒的速度进入到釜式反应器进行混合和冷光 化反应, 得到 了具有一定异氰酸酯浓度的光化液, 该光化液连续进入到反应温度分别 为 100度和 120度的两级热反应器, 完成异氰酸酯的反应, 然后经分离 系统提纯, 得到甲苯二异氰酸酯纯品。

通过对于反应过程的监控分析可知, 在冷光气化反应中, 光化液的 粘度非常大, 需要经过清理才能继续反应; 经过冷光气化反应得到的光 化液中, 其盐酸盐含量为 50. 3wt%, 氨基甲酰氯含量为 45. 3wt%, 甲苯二 异氰酸酯含量为 4. 4wt。/。; 通过两级的热反应器后, 所得到的光化液中甲 苯二异氰酸酯的浓度为 39. 08wt%, 最终得到甲苯二异氰酸酯的收率仅为 91. 8%。 对比例 2

该对比例采用传统的釜式光气法制备异氰酸酯 。 配制浓度为 20wt% 的甲苯二胺溶液,由 80重量%的邻二氯苯和 20重量%的甲苯二胺组成, 流量 100kg/h的甲苯二胺溶液流以 12米 /秒的速度和 64kg/h的光气液 流以 10米 /秒的速度进入到釜式反应器进行混合和冷光 化反应, 得到 了具有一定异氰酸酯浓度的光化液, 该光化液连续进入到反应温度分别 100度和 120度的两级热反应器中, 继续进行并完成异氰酸酯的反应后, 光化液经分离系统提纯, 得到甲苯二异氰酸酯纯品。

通过对于反应过程的监控分析可知, 经过界面反应得到的光化液中, 其盐酸盐含量在 47. 23wt%, 氨基甲酰氯含量为 50. 06wt%, 甲苯二异氰酸 酯含量为 2. 71wt°/。; 在通过热反应器得到的光化液中, 其甲苯二异氰酸酯 的浓度为 26. 51wt% , 最终得到甲苯二异氰酸酯的收率为 93. 4%。