在气相中制备异氰酸酯的方法技术

本发明专利技术涉及通过使伯胺与光气在气相中反应而制备异氰酸酯的方法。该方法的特征在于胺与光气的反应在反应通道中进行，该反应通道的内部尺寸的宽高比为至少２∶１。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过使伯胺与光气在气相中反应而制备异氰酸酯的方法，其中胺与光气的反应在反应通道、优选板式反应器中进行，其中该反应通道的内部尺寸的宽高比为至少2∶1。从现有技术中已知有各种通过使胺与光气在气相中反应而制备异氰酸酯的方法。EP-A-593 334描述了一种在气相中制备芳族二异氰酸酯的方法，其中二胺与光气的反应在管式反应器中进行，该反应器不具有移动组件，但管壁沿着该管式反应器的纵轴变窄。然而，该方法存在问题，因为起始原料料流仅利用管壁变窄的混合与使用标准混合元件的混合相比所起作用较差。不良混合常常导致形成不希望的大量固体。EP-A-699 657描述了一种在气相中制备芳族二异氰酸酯的方法，其中相关二胺与光气的反应在双区反应器中进行，其中第一区域占总反应器体积的20-80％，该区的混合是理想的，而第二区域占总反应器体积的80-20％，该区的特征是活塞式流动。然而，由于至少20％的反应体积理想地反混，因此导致不均匀的停留时间分布，并且可能导致形成不希望的大量固体。EP-A-289 840描述了通过气相光气化而制备二异氰酸酯，其中根据该专利技术在不具有移动组件的柱形空间中于200-600℃下以湍流进行制备。由于省去了移动组件，降低了光气逸出的危险。利用在柱形空间(管)中的湍流，除管壁附近的流体外，在管中获得较良好的均一流动分布，并因此获得较窄的停留时间分布，这正如EP-A-570 799所述使得固体的形成减少。EP-A-570 799涉及一种在气相中制备芳族二异氰酸酯的方法，其中相关二胺与光气的反应在管式反应器中于该二胺的沸点以上反应，平均接触时间为0.5-5秒。如该出版物所述，太长和太短的反应时间都会导致形成不需要的固体。因此，公开了一种其中与平均接触时间的平均偏差小于6％的方法。该接触时间通过以管式流进行该反应而得以保持，该管式流的特征是雷诺数大于4000或Bodenstein数大于100。EP-A-749 958描述了一种通过使具有三个伯氨基的(环)脂族三胺进行气相光气化而制备三异氰酸酯的方法，其中该三胺与光气在加热至200-600℃的柱形反应空间中以至少3m/s的流速相互连续反应。EP-A-928785描述了在胺的气相光气化过程中使用微结构混合器。使用微结构混合器的缺点在于即使非常少的固体—该固体的形成在异氰酸酯合成中不能完全排除—也会导致混合器堵塞，从而缩短光气化装置的可利用时间。已知的使用柱形反应空间的气相光气化法为以工业规模技术上实现异氰酸酯的制备提供了两种可能方式。首先，反应可在其直径必须适于装置的生产能力的单一管式区域中进行。对于非常大型的装置，这一理念的缺点是料流中心的反应料流(光气和胺)的准确加热不再能通过加热管壁来实现。然而，局部温度的不均一性会在过高温度下导致产物分解或在过低温度下导致起始原料不充分转化成所需的异氰酸酯。在技术上实现的第二种可能方式是将反应混合物分成单独的分料流，分料流随后并行地通过较小的单独的管，这些管由于它们的直径较小而可以更好地被加热。该方法变型的缺点是较容易受堵塞的影响，除非控制每个单独管的体积流。若例如在这些管之一的某点上发生沉积，则流经该管的压力降较大。因此，反应气体自动地向其它管发生更大程度的偏斜。含有沉积物的管具有更小的流量。然而，若在开始发生堵塞的管中的流量变小，则该管中的料流的停留时间更长，这正如EP 570 799中所述导致固体的形成增加。而且，任何固体都可能从慢流中显著更容易地沉积在管壁上，这会加速堵塞。总之，可以说在工业上的气相光气化中，使用大型管存在的问题是整个料流的加热，而使用小得多的管导致不均一流经所述管的危险。两个问题都导致反应不均匀进行，并因而导致形成固体，从而降低装置的适用性。本专利技术的目的是提供一种通过在气相中的光气化而制备异氰酸酯的方法，其中获得大的换热表面，以及尽管不能彻底防止固体形成，但获得生产装置、尤其工业生产装置的非常长的操作时间。我们发现所述目的得以实现，并且令人吃惊的是，若反应在非柱形反应通道、优选板式反应器中进行，则胺在气相中的连续光气化可有利地进行，即例如生产装置的操作小时数显著更多，该反应通道具有的高度优选允许有利地加热反应物并且它的宽度为其高度的至少2倍。本专利技术因此涉及一种通过使伯胺与光气在气相中反应而制备异氰酸酯的方法，其中胺与光气的反应在反应通道中进行，其中该反应通道的内部尺寸的宽高比为至少2∶1。本专利技术此外还涉及板式反应器在通过使伯胺与光气在气相中反应而制备异氰酸酯中的用途，其中该板式反应器的内部尺寸的宽高比为至少2∶1。最后，本专利技术还涉及具有至少两个上述板式反应器的反应器组在通过使伯胺与光气在气相中反应而制备异氰酸酯中的用途。本专利技术中所用的反应通道一般由对光气化反应基本呈惰性的材料组成。此外，该反应通道还应该通常耐受高达10巴、优选高达20巴的压力。合适的材料例如是金属如钢、银或铜，玻璃，陶瓷或其均相或多相混合物。优选使用钢反应器。所用的反应通道优选是基本直的平行六面体。所用反应通道的宽高比为至少2∶1，优选至少3∶1，特别优选至少5∶1，尤其是至少10∶1。宽高比的上限取决于反应通道的所需容量，并且原则上无限制。宽高比不超过5000∶1、优选1000∶1的反应通道证明在技术上是有利的。对反应通道的高度通常无限制。因此，可以例如在高度为例如40cm的高反应通道中进行反应。然而，若要实现与反应器壁更好的换热，则反应可在例如仅仅几厘米或几毫米高的小高度反应通道中进行。一般而言，反应通道的高度为1毫米至50厘米，优选2毫米至20厘米，特别优选3毫米至3厘米。反应通道的长度取决于反应中的所需转化率，并且通常是该反应通道的高度的10倍，优选20倍，尤其是50倍。反应器的长度优选不超过反应通道高度的10000倍，特别优选不超过5000倍，尤其是不超过4000倍。在优选实施方案中，反应通道的长度为至少1米，通常2-50米，优选5-25米，特别优选10-20米。所用反应通道优选是基本直的平行六面体。然而，取决于技术设计，它可以是具有经倒圆的角和/或边。形成直平行六面体的表面可以同样是曲面，而不是平面。若直平行六面体的所有组件的高度、宽度或长度不同，则本说明书和权利要求书中所公开的反应通道的内部尺寸的那些值涉及平均高度、平均宽度或平均长度。反应通道的可能实施方案示于附图说明图1的示意图1-8中。反应通道的壁可以是光滑的或异型的。合适的异型的实例是沟和波纹。本专利技术中所用的反应通道优选是板式反应器。这优选由板状层体构成。特别优选使用矩形板状层体。通常而言，板式反应器可由四种矩形板状材料构成，使得板式反应器优选具有直平行六面体的形状。这样的直平行六面体的各边的角度可以是约90°，但它们另一方面还可以是经倒圆的。还可由两个具有至少1个弯曲约90°的边的板状层体来组装板式反应器，使得形成直平行六面体反应通道。在优选实施方案中，反应通道在进料口处具有分布元件，该分布元件具有将气体料流基本非常均匀地分布在反应通道的总宽度上的合适的偏转元件。所述偏转元件可以例如由弯曲的金属片组成。反应组分胺和光气可事先混合或在反应通道中混合。因此，可将混合单元例如喷嘴安装在反应通道的上游，使含有光气和胺的混合气体料流进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使伯胺与光气在气相中反应而制备异氰酸酯的方法，其中胺与光气的反应在反应通道中进行，该反应通道的内部尺寸的宽高比为至少２∶１。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A韦尔弗特，C米勒，E施特勒费尔，J普法芬格，M韦伯，C克内彻，
申请(专利权)人：巴斯福股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]