專利名稱：連續(xù)制備有機單－或多異氰酸酯的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過相應于單-或多異氰酸酯的單-或多胺與光氣在高溫下反應連續(xù)制備有機單-或多異氰酸酯的方法和裝置，其中胺或光氣可存在于惰性溶劑的溶液中。
DE2153268涉及一種制備有機異氰酸酯的連續(xù)預光氣化法。將處于湍流狀態(tài)的二胺溶液和光氣溶液在從動離心泵中連續(xù)混合。將光氣溶液經(jīng)抽吸連接的多步離心泵通入離心泵中，并將胺溶液通入另外安裝于第一和第二葉輪之間中部的側(cè)入口中，然后將該光氣化溶液借助多步離心泵輸送入下游的熱光氣化步驟中。
EP0291891B1涉及制備異氰酸酯的方法。將伯胺和其鹽的溶液和懸浮液與光氣溶液混合并反應，其中將這兩種物質(zhì)加入具有至少一個轉(zhuǎn)盤的混合區(qū)中。取出所得前體并使形成的初始產(chǎn)品在加熱下進一步反應。當進行混合時，將光氣溶液相對于轉(zhuǎn)盤的軸向加入，并將溶解的胺在距光氣溶液流體一定距離下朝向轉(zhuǎn)盤平行噴入流體中。
在具有包括上述溶液的采用運動部件的混合方法中，因光氣的高毒性，運動部件的支撐點是潛在的危險源，原因在于發(fā)生泄漏時光氣會通過所述點逃逸。因此，試圖尋找在無運動部件下實現(xiàn)單-或多胺混合的工藝。
EP0322647B1公開了連續(xù)制備單-或多異氰酸酯的方法，其中為制備起始混合物，將視需要溶于惰性溶劑中的多胺組分和光氣溶液通過如下方法在一噴嘴中合并將兩種組分中的一種壓縮于該噴嘴中，并將從側(cè)面進入該壓縮體的另一組分以多股部分流形式經(jīng)分布在該壓縮體周邊上的相應數(shù)量的孔加入第一組分的流體中。選取的壓縮體的總長度應使它包括其中游離胺反應基本完成的部件長度。這種排列的缺點是在各個孔中的非常小固體沉積物會導致低流速通過這些小孔。
DE-A12950216公開了用于充分混合兩種液體組分的方法和裝置。將第一種組分在加壓下以扇形噴射流形式加入基本上為圓柱形的混合室中(沿其縱軸流動)。同時將第二種組分在加壓下垂直于該縱軸以至少兩個扇形噴射流形式在第一種組分的流動區(qū)域加入第一種組分的噴射流中。然后，將所得兩種液體組分的混合物從混合室輸送入下游反應區(qū)中。然而，因該方法所需的高初始壓力使得該方法看起來不令人滿意。
SU519129公開了一種制備異氰酸酯的方法。在給出的異氰酸酯生產(chǎn)方法中，將氣態(tài)光氣在其底部在溫度100℃至180℃下加入反應器中。光氣與在反應器上部區(qū)域加入的胺鹽相遇。將胺鹽在溫度40℃至100℃下加入反應器的上部區(qū)域。
從US3,507,626中知道一種文秋里混合裝置。為制備異氰酸酯，設(shè)計這種混合裝置用于混合光氣和胺。它包括第一和第二入口和出口。管的第一部分包括具有合并部分、壓縮部分和分散部分的文秋里段。第二部分與第一部分同軸設(shè)置并起到第一入口的作用。管子的第二部分包括對應于合并部分的斜面。管的第二部分與圍繞管第一部分的文秋里段延伸的混合室相遇。該混合裝置確?；旌喜⒎乐挂蛏筛碑a(chǎn)品導致的阻塞。
DE-AS 17 92 660 B2涉及用于混合并使胺與光氣反應得到異氰酸酯的方法和裝置。在該方法中，將胺和光氣同軸導入并混合，其中胺和光氣的兩種流體為環(huán)形或圓錐形。將它們在銳角橫截面和混合區(qū)域相交。將它們在進入另一反應空間的橫截面區(qū)域之前、之處或之后直接加速，以防止異氰酸酯回流入胺流體中。根據(jù)DE-AS 17 92 660 B2這可通過在T型殼柄的中空部分中設(shè)置光氣入口并在橫向棒的中空部分設(shè)置胺通路的裝置進行。圓柱型單元在其封閉通路的末端包括在殼中的胺通路。該外殼包括用于調(diào)節(jié)胺流速的裝置。該裝置指向反應區(qū)方向的末端包括一縮小截面，該截面與末端區(qū)域相隔預定距離，并指向反應區(qū)的方向。該區(qū)域?qū)妨饕噪x開輪廓截面外表面特定角導入圓柱型單元，然后在沿流體特定角下進入反應段。流經(jīng)通路的胺流體(其被柱型單元末端區(qū)域變窄)與從反應區(qū)以特定角流入的光氣相遇。
EP0830894A1涉及用于進行反應，特別是伯胺光氣化的混合器-反應器和方法。在該混合器-反應器中，試圖通過將一可替換的針設(shè)置于噴嘴軸方向防止與混合室對稱旋轉(zhuǎn)排列的噴嘴堵塞。然而，光氣反應的反應器中運動部件是潛在的泄露點，應盡量加以避免。
考慮到上述先有技術(shù)的解決方法，本發(fā)明的一個目的是提供一種需要使用很少溶劑和很小的光氣過量并且形成低副產(chǎn)品的胺光氣化方法。
我們已發(fā)現(xiàn)此目的可通過以下方法實現(xiàn)在用于胺光氣化的混合器中混合起始物質(zhì)流，將反應產(chǎn)品在密閉環(huán)路中取出，并且起始物質(zhì)流體可含有有機溶劑，起始物質(zhì)的主流體和/或部分流體相互按照對流原理接觸。
與現(xiàn)有技術(shù)中流行的觀點相反，當起始物質(zhì)噴射流相互直接相對加入時發(fā)生最低程度的副產(chǎn)品形成。借助選取的浸提物胺和光氣流(以液相形式使用)，可獲得最大的混合程度，原因在于兩股相互接觸的浸提物液相噴射流的動量直接轉(zhuǎn)化為混合能量，因此不需要來自外界的進一步的能量供給。借助最大混合強度的快速混合作用遠遠大于被認為是副產(chǎn)品形成原因的反混作用，這樣當兩組分相互撞擊時，極大地消除了形成不合適的副產(chǎn)品的基礎(chǔ)。
在提出的另一作為本發(fā)明基礎(chǔ)的概念中，在以大于90℃的進料角混合起始物質(zhì)流中保持對流原理，這樣軸定向的速度分量在每一情況下在起始物質(zhì)噴射流中是固有的。起始物質(zhì)主流體可在被要混合的相應其它組分的起始物質(zhì)部分流包圍下加入，這樣，例如可建立輕微的光氣過量，這有助于避免在來自進料通道混合區(qū)的反應產(chǎn)品的卸料管線區(qū)域中的沉積物。
第一起始物質(zhì)主流體可被第二起始物質(zhì)的部分流體包圍，與此同時第二起始物質(zhì)的主流體可被第一起始物質(zhì)的部分流體包圍。
通過預先特別選取作為第一起始物質(zhì)流體的胺噴射流的動量與作為第二起始物質(zhì)流體的光氣噴射流的動量比大于1，無論起始物質(zhì)以過量或低于化學計量存在都可避免在進料通道內(nèi)側(cè)上的沉積物。
自進料通道內(nèi)混合區(qū)的反應產(chǎn)品卸料一方面可通過徑向卸料進行，或可經(jīng)傾斜特定角的卸料管線進行。
借助本發(fā)明進一步提出的用于在液相中混合兩種起始物質(zhì)流的裝置，兩種起始物質(zhì)流的主流體可以按可控制的方式相互相對加入，這樣相應的動量可完全轉(zhuǎn)化為混合能量。在裝置的優(yōu)選實施方案中，接受起始物質(zhì)主流體的進料通道可各自被一環(huán)形縫隙包圍。環(huán)形縫隙的口可相互相對設(shè)置，并通向反應產(chǎn)品的卸料區(qū)域。通過借助縮短束縛環(huán)形縫隙口的表面，優(yōu)化該環(huán)形縫隙口，在每一情況下可有效避免起始物質(zhì)在面對起始物質(zhì)流的進料通道的那些表面沉積。
本發(fā)明將參考下面的附圖更詳細解釋。


圖1表示Y-混合器的示意構(gòu)型，圖2表示在所得反應產(chǎn)品軸向卸出情況下的對流混合，圖3表示將起始物質(zhì)流分為起始物質(zhì)主流體和起始物質(zhì)部分流體的對流混合。
圖4表示采用包圍進料通道的環(huán)形縫隙并具有短內(nèi)圓柱體的對流混合，圖5表示在所得反應產(chǎn)品徑向卸出情況下的對流混合。
圖6表示相應的其它組分的起始物質(zhì)部分流包圍該兩種起始物質(zhì)主流體，圖7表示在所得反應產(chǎn)品一般傾斜卸出情況下的對流混合。
圖1表示Y-混合器13的示意排列。第一起始物質(zhì)流1和第二起始物質(zhì)流2以大于90℃的進料角4加入。所得反應產(chǎn)品3在密閉環(huán)路中沿所示混合器構(gòu)型13的下部區(qū)域延空間延伸方向除去。
圖2表示兩種起始物質(zhì)在所得反應產(chǎn)品基本上軸向卸出情況下的對流混合。
在圖2給出的實施方案中，第二起始物質(zhì)的主流體2.1流入進料通道6內(nèi)，同時第一起始物質(zhì)的主流體1.1與主流體2.1流動方向直接相對流入進料通道中。在所示的優(yōu)選實施方案中，兩個進料通道6和7相對于對稱軸10對稱。在分別為起始物質(zhì)1和2的兩主流體2.1和1.1的混合區(qū)中，卸料管線5分叉，該卸料管線一方面被束縛壁6.1和另一方面被第一起始物質(zhì)主流體1.1的進料通道7的隔離壁7.1分出來。卸料管線5基本上在平行于所示的分別為相應起始主流體1.1和2.1的進料通道6和7的軸向延伸，同時卸出由混合兩種起始物質(zhì)主流體1.1和2.1形成的反應產(chǎn)品3。在圖2給出的實施方案中，分別為第一和第二起始物質(zhì)的兩種起始物質(zhì)主流體2.1和1.1的進料角為約180°，這樣，通過這里采用的流動結(jié)果，這兩種流體當相互接觸時它們的動量可用于獲得最大的混合強度并產(chǎn)生最大的混合能量。在將第一起始物質(zhì)主流體1.1的進料通道7與反應產(chǎn)品3的卸料管線5分離的隔離壁7.1上，將反應組分沉積的重要點用字母A和B標記。
圖3給出當一種起始物質(zhì)分成主流和部分流時的對流混合。
根據(jù)用于混合兩種起始物質(zhì)流體的混合裝置的這些實施方案，第一起始物質(zhì)的主流體1.1例如流入進料通道7中，然而，該進料通道7與反應產(chǎn)品3的卸料管線5不按照圖2通過隔離壁，而是通過環(huán)形縫隙8分隔。第二起始物質(zhì)的部分流體2.2流過環(huán)形縫隙8，這樣在本實施方案中可在環(huán)形縫隙8的環(huán)形縫隙口9區(qū)域內(nèi)建立光氣過量。通過在自進料通道6和7的卸料管線5的分叉區(qū)域內(nèi)建立光氣過量，可以避免沉積物在用A標記的環(huán)形縫隙A點(即卸料管線的束縛壁)處累積。已發(fā)現(xiàn)，與第二起始物質(zhì)流體的主流體2.1的動量相比通過提高第一起始物質(zhì)流的主流體1.1的動量，可避免沉積物在B點，即進料通道7的內(nèi)側(cè)上累積?？赏ㄟ^提高第一起始物質(zhì)的主流體1.1的動量，則無論該組分以超過或低于化學計量存在，都可實施避免在標記為B的進料通道7的該點處的沉積物。
此外，在圖3所示的實施方案中，用于第一起始物質(zhì)的主流體1.1和第二起始物質(zhì)的主流體2.1的進料通道6和7相對于對稱軸10對稱。除了進料通道的旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)計外，當然還可以在它們中實現(xiàn)其它橫截面。
圖4表示采用包圍進料通道的環(huán)形縫隙并具有短內(nèi)圓柱體的對流混合。
在圖4所示的實施方案中，基本以根據(jù)圖3的實施方案類似的方式，在反應產(chǎn)品3的卸料管線5與用于第一起始物質(zhì)的主流體1.1的進料通道7之間存在環(huán)形縫隙8。第二起始物質(zhì)的部分流體2.2經(jīng)環(huán)形縫隙8加入分別為起始物質(zhì)1和2的兩個主流體1.1和2.1的混合區(qū)中，這樣，在本實施方案中在混合區(qū)存在過量光氣。通過借助經(jīng)環(huán)形縫隙8加入光氣部分流2.2建立光氣過量，可以避免沉積物在卸料管線5的區(qū)域內(nèi)標記為A的點沉積，同時通過縮短面對對稱軸10的進料通道7的表面設(shè)計，可在環(huán)形口9的區(qū)域內(nèi)標記為B的點處防止沉積物。在根據(jù)圖4的實施方案中，僅圖示給出束縛卸料管線的壁6.1。為優(yōu)化流動條件，可將進料通道6進入卸料管線的過渡段和隨后的卸料管線設(shè)計為提供極小流動阻力的圓形邊。
應注意的是，可在用于第二起始物質(zhì)的主流體2.1的進料通道6中和用于第一起始物質(zhì)的主流體1.1的進料通道7中安裝產(chǎn)生角動量的元件。在混合期間，在角動量降低期間在混合區(qū)中釋放的混合能量可用于加速混合過程。作為產(chǎn)生角動量的元件，例如可以將合股帶或螺線加入用于兩種起始物質(zhì)的主流體2.1和1.1的相應進料通道6和7中。
圖5表示在反應產(chǎn)品徑向卸出情況下的兩種起始物質(zhì)流體的對流混合。
在圖5的實施方案中，分別為兩種起始物質(zhì)1和2的主流體2.1和1.1的進料通道6和7各自相對于對稱軸10旋轉(zhuǎn)對稱。在圖5所示的構(gòu)型中，與用于第一起始物質(zhì)的主流體1.1的進料通道7相比，用于第二產(chǎn)品的主流體2.1的進料通道6具有更大的直徑16。兩個進料通道6和7通往徑向卸料管線，該卸料管線是兩個進料通道的共同卸料管線并與進料通道6和7的對稱軸10精確垂直排列，而且可使反應產(chǎn)品垂直卸料。
圖6表示兩種起始物質(zhì)流體對流混合，其中兩種起始主流體被相應的其它組分的起始物質(zhì)部分流包圍。
與結(jié)合圖3和圖4描述的實施方案類似，反應產(chǎn)品通過其離開混合區(qū)的卸料管線5按照圖6的實施方案被環(huán)形縫隙8分出。環(huán)形縫隙8在每一情況下被外管11和內(nèi)管12束縛，其如實施方案所示通往環(huán)形縫隙口，但外管和內(nèi)管長度相等，并將第二起始物質(zhì)的部分流2.2加入混合區(qū)中。此外，在根據(jù)圖6的實施方案中，進料通道6的外壁也為另一環(huán)形縫隙17形式。該環(huán)形縫隙由外管18和內(nèi)管19構(gòu)成，并從另一方向通向第一環(huán)形縫隙8的環(huán)形縫隙口9，該環(huán)形縫隙出口在環(huán)形縫隙口20處，在相互相對加入的第二起始物質(zhì)的主流體2.1和第一起始物質(zhì)的主流體1.1的混合區(qū)中。另一環(huán)形縫隙17的外管18變?yōu)榉磻a(chǎn)品3的卸料管線5的束縛壁6.1，可以將過渡區(qū)設(shè)計為有利于流動條件的圓形邊緣。
圖7的實施方案示出的是反應產(chǎn)品以一定角度傾斜卸料的對流混合。
同樣在根據(jù)圖7的實施方案中，將第二起始物質(zhì)的主流體2.1經(jīng)進料通道6加入混合區(qū)中，同時將第一起始物質(zhì)的主流體1.1經(jīng)外壁15束縛的進料通道6加入混合區(qū)中。在該混合區(qū)中，反應產(chǎn)品3的卸料管線5分叉出，并可以相對于對稱軸10的角α＝30°排列。如圖7所示，除了卸料管線5傾斜外，可以為根據(jù)附圖2和3的反應產(chǎn)品3的軸向卸料管線與根據(jù)附圖5的徑向卸料管線15之間的中間體形式。
借助上述實施方案中所示混合器構(gòu)型，混合可特別有效使用流動流體的動能進行。該混合方法特別導致起始物質(zhì)之間充分接觸，原因在于起始物質(zhì)噴射流中固有的能量可完全轉(zhuǎn)化為混合能量。所得高混合強度非常明顯抑制副產(chǎn)品形成。借助本發(fā)明提出的用于混合兩種流體的新方法和裝置，帶來的優(yōu)點是高操作安全性、避免使用運動部件和實現(xiàn)高收率?？杀苊夤鈿獯罅窟^量和其中要反應的光氣或胺必須溶解的高溶劑含量，這有利于反應產(chǎn)品起始物質(zhì)的后續(xù)精制。作為例舉，將420kg/h2，4-二甲苯二胺(TDA)以在2450kg/h鄰二氯苯(ODB)中的溶液形式預混，并與8100kg/h65％濃度光氣溶液一起噴入T-混合器中。選取T-混合器的進入直徑，以獲得光氣和胺溶液噴射流的平均進入速率為10m/s。完全光氣化并通過蒸餾精制后，獲得收率96.4％。
在相同的流速和進入速度并使用在兩種物料之間進料角4具有約120°的Y-混合器的情況下，完全光氣化并通過蒸餾精制后，獲得收率95.3％。同樣，在相同的流速和進入速度并使用徑向卸料管線14排放反應產(chǎn)品3的對流混合器的情況下，完全光氣化并通過蒸餾精制后，獲得收率97.4％。
圖標號目錄1.第一起始物質(zhì)流體 9環(huán)形縫隙口1.1主流體 10對稱軸1.2部分流體 11外管12內(nèi)管2第二起始物質(zhì)流體 12.1縮短的內(nèi)管2.1主流體 13Y-混合器構(gòu)型2.2部分流體 14徑向卸料15起始物質(zhì)通道7的外壁3反應產(chǎn)品 16起始物質(zhì)通道5的外壁4進料角 17另一環(huán)形縫隙5卸料管線 18外管6用于起始物質(zhì)2的進料通道19內(nèi)管6.1束縛壁 20環(huán)形縫隙口7用于起始物質(zhì)1的進料通道7.2隔離壁8環(huán)形縫隙
權(quán)利要求
1.一種在用于胺光氣化的混合器(13)中混合起始物質(zhì)流體的方法，其中將反應產(chǎn)品(3)在密閉環(huán)路中取出，并且起始物質(zhì)流體(1，2)可含有有機溶劑，其中起始物質(zhì)(1，2)的主流體(1.1，2.1)和/或部分流體(1.2，2.2)相互按照對流原理在進料角(4)大于90℃下接觸，和其中一種主流體(1.1，2.1)的動量高于另一主流體(1.1，2.1)的動量。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中將起始物質(zhì)主流體(1.1，2.1)在起始物質(zhì)部分流體(1.2，2.2)圍繞下加入。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中將第一起始物質(zhì)的主流體(1.1)在第二起始物質(zhì)的部分流體(2.2)圍繞下加入。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中將第二起始物質(zhì)的主流體(2.1)在第一起始物質(zhì)的部分流體(1.2)圍繞下加入。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中第一起始物質(zhì)的主流體(1.1)的動量與第二起始物質(zhì)的主流體(2.1)的動量比為≥1。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中反應產(chǎn)品(3)通過徑向卸料管線(14)卸出。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中反應產(chǎn)品(3)通過軸向卸料管線(5)卸出。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中卸料管線(5)相對于對稱軸(10)以0至90°角度取向。
9.一種用于混合加入混合構(gòu)型(13)的兩種起始物質(zhì)流體(1，2)的裝置，其中起始物質(zhì)(1，2)的主流體(1.1，2.1)在進料通道(6，7)中輸送，該進料通道(6，7)方向相對，并從其分叉出卸料管線(5，14)。
10.如權(quán)利要求9的用于混合的裝置，其中進料通道(6，7)的至少一個通道被環(huán)形縫隙(8，17)包圍。
11.如權(quán)利要求10的用于混合的裝置，其中環(huán)形縫隙(8，17)的出口(9，20)在通向卸料管線(5)的區(qū)域。
12.如權(quán)利要求9的用于混合的裝置，其中環(huán)形縫隙(8，17)在出口(9，20)區(qū)域中具有縮短的壁(12.1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在用于胺光氣化的混合器(13)中混合起始物質(zhì)流體的方法。根據(jù)該方法，將反應產(chǎn)品(3)在密閉環(huán)路中取出，并且起始物質(zhì)流體(1，2)可含有有機溶劑。起始物質(zhì)(1，2)的主流體(1.1，2.1)和/或部分流體(1.2，2.2)相互按照對流原理接觸。
文檔編號B01J19/24GK1434743SQ01809932
公開日2003年8月6日 申請日期2001年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月26日
發(fā)明者A·韋爾弗特, U·彭策爾 申請人:巴斯福股份公司