一种生产甲基二氯化膦的固定床反应器制造技术

本实用新型专利技术是关于一种将甲烷与三氯化磷和引发剂反应生成甲基二氯化膦的固定床反应器。该反应器的主体是由一个合金钢制或带耐酸内衬的筒体构成。反应器的底部有一个筛板，筛板上放有填料，该填料是由合金钢、碳化硅、石墨等导电耐酸材料制成的球型、椭球型、或异型颗粒。反应器的外部安装有导电线圈，线圈中通入交变电流，电感加热反应器内部的填料，填料温度升高后将热量传递给通过其缝隙的介质气体，可以迅速的加热反应气体到指定温度。该反应器的中部设置一定的空床段让反应充分进行，空床段的上部安装有一个冷却器对高温气体进行冷却，将反应气体冷却到100℃－200℃之间。反应气体从气体出口出来后经过一个旋风分离器除去液体和固体的杂质。（*该技术在2021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甲基二氯化膦反应器，是一种固定床反应器，将甲烷和三氯化磷在引发剂引发下反应生成甲基二氯化膦和氯化氢气体的反应器。
技术介绍
甲基二氯化膦是一个基础有机膦化合物，分子式是CH3PC12，纯品为无色透明液体，沸点为81°C。甲基二氯化膦化学性质极其活泼，遇水爆炸，纯品在空气中极易氧化，它不易被贮存，市场上难以买到该化合物。甲基二氯化膦是一种用途极其广泛的有机膦中间体，由它可以合成包括农药、医药、阻燃剂等化学品，在农药领域由它而来的一种产品草铵膦每年在全球就有40亿人民币以上的市场销售，且在不断的增加中。其余的例如阻燃剂等产品用途也很有前景。甲基二氯化膦合成在70 80年代国外研究较多，国内最近10年来研究也较多。它有多种生产路线，其中首推以甲烷和三氯化磷直接气相催化反应合成的工艺路线成本低廉，该路线是将甲烷和三氯化磷在引发剂存在下加热到500°C — 600°C反应，反应停留时间在O. Is - O. 9s之间，然后冷却到一 50°C左右，气液分离后气体除去氯化氢后剩余的主要是甲烷，经过干燥后直接套回反应体系，液体当中含有约10% — 30%的甲基二氯化膦，该液体通过精馏后得到成品甲基二氯化膦，含量可以达到97%以上。在世界上首先是德国赫斯特公司(现被拜耳收购)实现了甲烷路线生产甲基二氯化膦的工业化，赫斯特公司拥有多篇专利，包括德国专利Nos. P2629, 299. 9和P2701, 389. 4，美国专利US4104304，到现在国际上也只有赫斯特公司实现了这一技术路线的工业化。在赫斯特公司的装置中，甲烷和三氯化磷和引发剂在常温下按照一定比例混合，然后经过预热器汽化以后，进入管式反应器进行反应，该管式反应器分成两段，第一段是预热段，采用电炉外加热，从预热段出来后，进入第一个气固分离器，采用特殊的气固分离装置分离其中固体避免堵塞管道，从气固分离器当中出来再进入管式反应器的主反应段，然后再进入第二个气固分离器，从第二气固分离器出来的气体最后进入一个激冷器将它与之前冷却下来的反应物料直接接触冷却，将反应体系冷却到一 50°C以下，这时大部分三氯化磷和甲基二氯化膦都变成了液相，反应物料经过气液分离以后气体进入一个除酸塔，除酸塔使用氢氧化钠来中和反应体系当中的氯化氢，中和掉氯化氢的甲烷气体再加压后经过一个干燥塔，脱除甲烷当中的水分，待水分脱除合格后套回去继续和三氯化磷反应。冷却下来的液体是含有10% - 30%甲基二氯化膦的三氯化磷溶液，该溶液经过精馏得到含量97%的甲基二氯化磷产品。赫斯特的管式反应器的特点是使用的长径比比较长的一种管道，也有较多的弯头，管道放置在电热炉膛内部加热，复杂的气固分离装置占据了较大的空间，对应拜耳2000吨/年甲基二氯化膦产量它需要很长的反应管道，核心的原因是该反应器中是进行的是气相反应，气体的反应温度要达到500°C以上，因为气体的换热系数很小，把气体加热到这么高的温度需要很大的换热面积，所以管式炉中绝大部分面积是用来把反应气体加热用的。在反应体系当中原料三氯化磷和产品甲基二氯化膦都属于热敏性物质，在100°C以上就会分解成黄磷和氯气，氯气和甲烷反应产生氯甲烷等等，甲烷本身在高温下也会分解出碳黑和氢气等等。在这么高温度下，很多的原料都被分解掉了，导致反应中主要的收率损失是热分解带来的，在分解过程中还会产生大量的固体。其次，甲基二氯化膦产品在生成以后必须尽快的离开体系，否则会继续反应生成二甲基氯化膦和三甲基膦这两种副产品，其中三甲基膦的熔点在一 80°C，沸点在38 - 40°C，而二甲基氯化膦的熔点在76 一 77°C，沸点在240 V左右，黄磷的熔点是44. I °C，沸点在280 V。在物料降温过程中，单质磷和二甲基氯化膦，都会以固体形式析出来堵塞管道和冷凝器，也会粘附在后续设备表面，因此在赫斯特设计的管式反应器当中附带了 2个气固分离器来除去固体，由于氯气的强腐蚀性，在这么高 的温度下设计和制造复杂的管式反应器和气固分离器增加了建设该装置的困难。而使设备需要定期进行检修。对含有高度危险性的甲基二氯化膦等物质的设备和管道进行检修是非常危险和辛苦的。具体的困难还包括由于管式反应器的管壁承担了 2个任务，一个是要求承受住体系的腐蚀，另一个就是要把炉膛的电加热的热量传递到体系当中，在这个体系当中，加热面的温度很难高于600°C，因为如果高于600°C就很难选择到合适的钢材。石墨等无机材料有很强的耐酸腐蚀性，但考虑到体系的带压操作以及复杂的管束连接等问题，这些材料的特性决定了它们只能做内衬，而作为内衬，太薄了不起作用，厚了的话又会影响传热，因此这些材料的使用确实是不方便的。反应物料性质的要求是同等停留时间下要有较大的换热面积以便于迅速完成物料的加热，减少无谓的热分解，这就要求管径越细越好，与此同时出于加工的要求，比如减少焊缝、消除应力等等情况，管径也不可能无限的细，过细的管径面对大通量的气体的时候要形成庞大的管束，一旦损坏很难维修。鉴于这些原因，整个世界上从1978年到目前为止约有30年的时间，只有赫斯特一家公司实现了甲基二氯化膦甲烷路线的工业化，我国众多研究该产品的企业，到目前为止也没能获得成功，因此，如何简化该部分反应装置使其能够变得简单易制且易于操作是一个非常有价值的课题。
技术实现思路
本专利技术是一种生产甲基二氯化膦的固定床反应器，用以实现在苛刻条件下的甲烷与三氯化磷和引发剂反应生成甲基二氯化膦的反应器，该反应器采用装填有静止的固体填充物床层，该反应器由外壳、筛板、填料、空床段、冷却器、旋风分离器、导电线圈构成，该反应器的底部安装有一个筛板，筛板用于支撑反应器内部的填料，反应器的中部设置一定的空床段，空床段的上部安装有一个冷却器，旋风分离器安装在反应器的气体出口，导电线圈安装在外壳的外部。本专利技术所述的一种生产甲基二氯化膦的固定床反应器的外壳是由一个合金钢制筒体组成，合金钢制筒体采用垂直放置，合金钢制筒体内部选择有内衬或者无内衬两种形式。该反应器内部筛板上的填料是由合金钢、碳化硅、石墨等导电耐酸材料制成的球形、椭球形、或不规则形状的颗粒，这些填料是使用电磁感应加热反应气体的媒介物质。本专利技术所述的一种生产甲基二氯化膦的固定床反应器，反应器的部件之一的导电线圈安装在外壳的外部，导电线圈连接中频或高频电源，电源产生交变电流，然后通入线圈中，电感加热反应器内部的填料，填料又将热量传递给通过其缝隙的反应气体，迅速加热反应气体。反应器内部的冷却器采用列管式、热管式、翅片管式等型式，冷媒介质为水，甲苯，或者反应原料气。这个固定床反应器的特点就是可以最大程度的缩短原料的加热升温时间，在同等体积内强化了气体和加热面的接触面积。本反应器使用感应加热与原先的反应器使用的气体燃烧加热或者普通电加热相比，具有显著节能、效率高、构造简单、维修容易、容易实现自动化等显著优点。内置冷却器可以更加迅速的冷却反应液，旋风分离器可以更有效分离汽液混合物，避免堵塞后续分离填料，使后续的分离装置变的更简单。附图说明附图I是一个填充有一半体积合金钢圆球的外壳无内衬的反应器的示意图，如附图I所示，I 一反应器壳体、2 —支撑筛板、3 —合金球填料、4 一感应线圈、5 —线圈内冷水流道、6 —反应器停本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩扶军，
申请(专利权)人：韩扶军，
类型：实用新型
国别省市：