尿素合成環(huán)狀碳酸酯連續(xù)反應(yīng)工藝及臥式原料連續(xù)混合器和臥式連續(xù)反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涉及一種制備環(huán)狀碳酸酯的反應(yīng)工藝，具體說(shuō)涉及一種以尿素和多元醇為原料合成環(huán)狀碳酸酯的連續(xù)反應(yīng)工藝及其臥式原料混合器和臥式連續(xù)反應(yīng)器。
技術(shù)背景
[0002]環(huán)狀碳酸酯(碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甘油酯等)是近年來(lái)頗受?chē)?guó)內(nèi)外重視的新型“綠色”化工產(chǎn)品。其中的碳酸乙烯酯是聚丙烯腈、聚氯乙烯的良好溶劑，可用作紡織上的抽絲液，也可直接作為脫除酸性氣體的溶劑及混凝土的添加劑，在醫(yī)藥上可用作制藥的組分和原料，還可用作塑料發(fā)泡劑及合成潤(rùn)滑油的穩(wěn)定劑，在電池工業(yè)上可作為鋰電池電解液的優(yōu)良溶劑；碳酸丙烯酯在電子工業(yè)上可作高能電池及電容器的優(yōu)良介質(zhì)，高分子工業(yè)上可作聚合物的溶劑和增塑劑，也可用作膠黏劑和密封劑的增塑劑，還可用作酚醛樹(shù)脂固化促進(jìn)劑和水溶性膠黏劑顏填料的分散劑，同時(shí)也是化工行業(yè)是合成碳酸二甲酯的主要原料，也可用于脫除天然氣、石油裂解氣中二氧化碳和硫化氫，另外，還可用于紡織、印染等工業(yè)領(lǐng)域；碳酸甘油酯可作為高極性溶劑或高聚物中間體，通過(guò)與對(duì)應(yīng)酸、酯或是酸的衍生物進(jìn)行酯交換反應(yīng)可以用來(lái)制備其它的環(huán)狀碳酸烯酯，也是一種新型氣體分離膜材料的重要組成部分，可作為聚亞氨酯發(fā)泡粒子的組成部分和表面活性劑的原料，可用于多類(lèi)物質(zhì)的新型溶劑和反應(yīng)溶劑，具有不揮發(fā)、無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，可以減少可揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)的使用，還可作為衣料原料，作為涂料工業(yè)的潛在原料。
[0003]環(huán)狀碳酸酯可通過(guò)CO2與相應(yīng)的環(huán)氧烷烴制得，也可通過(guò)尿素與相應(yīng)的多元醇制得，還可通過(guò)碳酸二甲酯與相應(yīng)的多元醇來(lái)制備，以及CO2與多元醇反應(yīng)制得。其中的尿素與相應(yīng)的多元醇反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸酯的方法具有原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，已引起業(yè)界的極大興趣。
[0004]中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1298696C發(fā)明了一種以脂肪族二元醇為循環(huán)劑的尿素醇解合成碳酸二甲酯的方法，該方法中提到了以金屬氧化物，如氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶、氧化鋇、氧化鋁、氧化鉛、氧化銅、氧化鉛、氧化鈦、氧化鋅、氧化錯(cuò)、氧化鉬、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化鑭中的兩種或兩種以上組分為催化劑，但未涉及便于產(chǎn)業(yè)化的反應(yīng)工藝；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN100519506C描述了一種單體有機(jī)碳酸酯的生產(chǎn)方法，在該方法的第一階段中，將尿素、取代的尿素、氨基甲酸的鹽或酯或N位取代的衍生物溶解于聚亞烷基二醇、聚酯多元醇或聚醚多元醇中，或溶解于這些化合物的混合物中，并使用促進(jìn)氨或胺分解的催化劑，使上述原料轉(zhuǎn)化為含有碳酸酯和氨基甲酸酯的混合物，同時(shí)通過(guò)提留氣將游離的氨或胺從反應(yīng)混合物中除去，但未涉及具體的反應(yīng)工藝；中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利CN2873777Y發(fā)明了尿素與丙二醇合成碳酸丙烯酯的生產(chǎn)裝置，該裝置包括:帶攪拌的釜式反應(yīng)器、冷凝接收系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和催化劑離心分離回收系統(tǒng)。該裝置雖然能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，但采用單獨(dú)的釜式間歇反應(yīng)工藝，不便于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。中國(guó)專(zhuān)利CN104059047A發(fā)明了一種尿素合成環(huán)狀碳酸酯連續(xù)反應(yīng)工藝及原料混合器和釜式反應(yīng)器，采用了由帶外強(qiáng)制循環(huán)栗的專(zhuān)用原料混合器、多個(gè)帶有外強(qiáng)制循環(huán)栗的串聯(lián)的專(zhuān)用釜式反應(yīng)器、真空系統(tǒng)、反應(yīng)液加熱系統(tǒng)、反應(yīng)過(guò)程中的氣相冷凝回流系統(tǒng)、真空切換出料罐、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)所組成，該工藝雖能實(shí)現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)，但操作控制較為繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種既方便操作，又便于大規(guī)模工業(yè)實(shí)施的由尿素和多元醇合成環(huán)狀碳酸酯連續(xù)反應(yīng)工藝及其專(zhuān)用臥式原料混合器和臥式連續(xù)反應(yīng)器。
[0006]本發(fā)明工藝是由一臺(tái)或多臺(tái)串聯(lián)而成的帶有外加熱夾套和上/下?lián)醢逡约皵嚢璧呐P式原料混合器、一臺(tái)或多臺(tái)串聯(lián)而成的帶有上/下?lián)醢搴屯饧訜釆A套及內(nèi)置加熱管以及偏心攪拌的臥式連續(xù)反應(yīng)器、冷凝器、溫度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、壓力自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液位自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)所組成。使尿素、多元醇和催化劑的配料過(guò)程連續(xù)化，并能使反應(yīng)過(guò)程中所需的反應(yīng)時(shí)間得到保證，同時(shí)還能及時(shí)移除副產(chǎn)物氨氣，促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到提高轉(zhuǎn)化率和選擇性、易于自動(dòng)化控制和大規(guī)模連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。通過(guò)該工藝過(guò)程合成的環(huán)狀碳酸酯收率達(dá)到90%以上。
[0007]本發(fā)明尿素合成環(huán)狀碳酸酯連續(xù)反應(yīng)工藝，包括如下步驟:
[0008](I)將多元醇、尿素以及催化劑分別連續(xù)送至臥式原料連續(xù)混合器的混合器多元醇進(jìn)口、混合器尿素進(jìn)口和混合器催化劑進(jìn)口，多元醇、尿素以及催化劑從臥式原料連續(xù)混合器的前部進(jìn)入到臥式原料連續(xù)混合器中，在混合器攪拌、混合器上擋板和混合器下?lián)醢宓淖饔孟?，多元醇、尿素以及催化劑在臥式原料連續(xù)混合器中混合并向后移動(dòng)，并在混合器外加熱夾套加熱到所需要的混合溫度下形成均勻的原料混合液，原料混合液從位于臥式原料連續(xù)混合器后部的混合器出料口流出進(jìn)入臥式連續(xù)反應(yīng)器中；
[0009](2)步驟(I)原料混合液經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量后，從臥式連續(xù)反應(yīng)器的前部的反應(yīng)器原料入口進(jìn)入到臥式連續(xù)反應(yīng)器中，在反應(yīng)器攪拌、反應(yīng)器上擋板和反應(yīng)器下?lián)醢濉⒂煞磻?yīng)器外加熱夾套和反應(yīng)器內(nèi)置加熱管加熱控制的所需要的反應(yīng)溫度下、以及所需要反應(yīng)壓力下，原料混合液在臥式連續(xù)反應(yīng)器中由前向后移動(dòng)，并進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣以及多元醇?xì)怏w通過(guò)置于臥式連續(xù)反應(yīng)器頂部的反應(yīng)器排氣口直接進(jìn)入冷凝器中，被冷凝下來(lái)的多元醇重新回流到臥式連續(xù)反應(yīng)器中，氨氣去真空系統(tǒng)，未被氣化的多元醇、環(huán)狀碳酸酯、催化劑所組成的反應(yīng)液由位于臥式連續(xù)反應(yīng)器后部的反應(yīng)液出料口采出，去后處理工序。
[0010]如上所述的多元醇、尿素及催化劑的混合過(guò)程可根據(jù)配料量的多少由一臺(tái)或多臺(tái)串聯(lián)的臥式原料連續(xù)混合器完成，以確保尿素有充足的溶解時(shí)間并充分溶解。由多臺(tái)串聯(lián)的臥式原料連續(xù)混合器組成時(shí)，其大小可以一致，也可以不一致。
[0011]多臺(tái)串聯(lián)的臥式原料連續(xù)混合器為2-5臺(tái)。
[0012]如上所述步驟(I)混合溫度為25 -1OO0C。加熱溫度由控制熱媒加入量的溫度調(diào)節(jié)閥與臥式原料連續(xù)混合器內(nèi)的溫度檢測(cè)計(jì)連鎖自動(dòng)控制。
[0013]如上所述的多元醇包括乙二醇、丙二醇或甘油等原料；
[0014]如上所述的催化劑可以是碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鎂、碳酸鋅、碳酸鋰、氧化鋯、氧化鎂、氧化媽、氧化鋅、氧化鎖、三氧化二鋁、三氧化二鐵、四氧化三鐵等碳酸鹽和金屬氧化物，或由兩種或三種以上這些碳酸鹽和/或金屬氧化物配制而成的混合物；
[0015]如上所述步驟(I)中多元醇、尿素以及催化劑的加入質(zhì)量比為76— 240:40-60:1
[0016]如上所述步驟(2)的反應(yīng)過(guò)程可由一臺(tái)或多臺(tái)串聯(lián)的臥式連續(xù)反應(yīng)器完成。由多臺(tái)串聯(lián)的臥式原料連續(xù)反應(yīng)器組成時(shí)，反應(yīng)器的大小可以一致，也可以不一致。多臺(tái)臥式原料連續(xù)反應(yīng)器為2-5臺(tái)。
[0017]如上所述步驟(2)的連續(xù)反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)條件為:壓力40 - 600mmHg,溫度120 - 200°C。壓力由臥式連續(xù)反應(yīng)器的壓力檢測(cè)器與壓力調(diào)節(jié)閥連鎖，根據(jù)要求控制與真空系統(tǒng)相連的壓力調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行自動(dòng)控制。加熱溫度由控制熱媒加入量的溫度調(diào)節(jié)閥與臥式連續(xù)反應(yīng)器內(nèi)的溫度檢測(cè)計(jì)連鎖自動(dòng)控制；
[0018]如上所述步驟⑵的連續(xù)反應(yīng)過(guò)程中，需控制原料混合液的進(jìn)料量，以及臥式連續(xù)反應(yīng)器的液位，臥式連續(xù)反應(yīng)器中的液位不能超過(guò)臥式連續(xù)反應(yīng)器容積的2/3，也不能少于反應(yīng)器容積的1/5。臥式連續(xù)反應(yīng)器中的液位通過(guò)出料調(diào)節(jié)閥和臥式連續(xù)反應(yīng)器液位檢測(cè)計(jì)連鎖自動(dòng)控制。
[0019]如上所述的環(huán)狀碳酸酯是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸甘油酯等產(chǎn)物。
[0020]為了完成本發(fā)明的目的，發(fā)明人設(shè)計(jì)了臥式原料連續(xù)混合器和臥式連續(xù)反應(yīng)器。
[0021]本發(fā)明的臥式原料連續(xù)混合器包括混合器圓筒筒體、混合器前封頭，混合器后封頭、混合器攪拌器、混合器固定支撐架、混合器固定支撐軸承、混合器上擋板、混合器下?lián)醢?、混合器外加熱夾套，其特征在于混合器攪拌器由混合器攪拌電機(jī)、混合器攪拌軸和混合器攪拌器槳葉組成，混合器攪拌軸位于混合器圓筒筒體水平中心軸線(xiàn)上，混合器攪拌器槳葉的直徑大于等于混合器圓筒筒體的半徑，但小于混合器圓筒筒體直徑；混合器上擋板和混合器下?lián)醢鍨楣靶伟?，其高度小于混合器圓筒筒體直徑的3/4，但大于混合器圓筒筒體半徑的1/4，混合器上擋板和混合器下?lián)醢宸謩e在每一個(gè)混合器攪拌槳葉的前后交錯(cuò)排列；混合器攪拌軸由至少I(mǎi)個(gè)混合器固定支撐架進(jìn)行支撐，混合器固定支撐架中心帶有與混合器攪拌軸相連接的軸承；混合器攪拌軸的末端與混合器后封頭相接處有混合器固定支撐軸承；在混合器前封頭的上部設(shè)有混合器多元醇進(jìn)料口、混合器尿素進(jìn)料口和混合器催化劑進(jìn)料口 ；混合器圓筒筒體后部設(shè)有混合器測(cè)壓口和混合器測(cè)溫口，于混合器圓筒筒體后部底端設(shè)有混合器出料口，混合器后封頭上設(shè)有混合器液位計(jì)接口，混合器圓筒筒體上設(shè)有混合器外加熱夾套，混合器外加熱夾套的前部和后部分別設(shè)有混合器熱媒進(jìn)和混合器熱媒出口。
[0022]如上所述的混合器固定支撐架為1-5個(gè)。
[0023]如上所述的在混合器攪拌軸上每隔300 - 4000mm處設(shè)有I個(gè)混合器攪拌槳葉。
[0024]如上所述的混合器攪拌槳葉的形式可以是槳式，或渦輪式，或推進(jìn)式，或框式，或三葉后彎式，或螺帶式，或鋸齒圓盤(pán)式，或門(mén)框式。
[0025]如上所述的混合器圓筒筒體的長(zhǎng)度為2000 - 25000mm，直徑1000 — 20000mm。
[0026]混合器多元醇進(jìn)料口的直徑為Φ 100 - 1000mm，混合器尿素進(jìn)料口(102)的直徑為Φ 200 — 1000mm，混合器催化劑進(jìn)料口的直徑為Φ 100 — 500mm。
[0027]混合器圓筒筒體后部上端設(shè)有混合器測(cè)壓口，混合器測(cè)壓口位于混合器圓筒筒體后部與混合器后封頭相連接的端面的150 - 200_處，混合器測(cè)壓口的直徑為Φ25_ ;在距混合器圓筒筒體后部與混合器后封頭相連接的端面的150 -1lOOmm處設(shè)有混合器出料口，混合器出料口的直徑為Φ250 - 2000mm;在距混合器出料口中心線(xiàn)的左側(cè)的130 —1150mm處設(shè)有混合器測(cè)溫口，混合器測(cè)溫口的直徑為Φ 25mm ；
[0028]混合器液位計(jì)接口的通徑為DN50mm ;混合器液位計(jì)接口位于混合器圓筒筒體的水平中心線(xiàn)的兩側(cè)，距離為800 - 18000mm ；
[0029]混合器外加熱夾套的長(zhǎng)度為1800 - 24800mm ;混合器外加熱夾套的前部底端設(shè)有混合器熱媒進(jìn)，后部頂端設(shè)有混合器熱媒出口，混合器熱媒進(jìn)和混合器熱媒