專利名稱：制備光氣的反應(yīng)器和方法
制備光氣的反應(yīng)器和方法本發(fā)明涉及一種通過一氧化碳和氯在固態(tài)催化劑存在下的氣相反應(yīng)來制備光氣的反應(yīng)器和方法。在工業(yè)中，光氣是通過一氧化碳和氯在固態(tài)催化劑(優(yōu)選活性炭)存在下的催化氣相反應(yīng)來制備的。所述反應(yīng)劇烈放熱；生成焓為-107.6kJ/mol。所述反應(yīng)一般是在管殼式反應(yīng)器中使用 Ullmanns Enzyklopadieder technischen Chemie,A 19卷，第413-414 頁中所描述的方法進(jìn)行。根據(jù)該參考文獻(xiàn)，粒徑為3至5mm的顆粒催化劑被用于內(nèi)徑為50 至70mm的管中。所述反應(yīng)從40至50°C開始，管中的溫度增加至約580°C并隨后下降。一氧化碳是以小量過量使用，以便確保所有的氯均反應(yīng)并獲得不含氯的光氣。所述反應(yīng)可在大氣壓或超大氣壓下進(jìn)行，經(jīng)常在2至^ar下進(jìn)行，以便能夠用冷卻水來冷凝光氣。在幾乎所有的化學(xué)分支中，光氣是制備中間體和最終產(chǎn)物的重要助劑。就數(shù)量而言，使用的最大領(lǐng)域是聚氨酯化學(xué)的二異氰酸酯的制備，特別是甲苯二異氰酸酯和4，4_ 二異氰酰基二苯基甲烷。為了經(jīng)由催化劑管之間的傳熱介質(zhì)的循環(huán)來更好地移除反應(yīng)熱量，在催化劑管之間安裝有偏轉(zhuǎn)板，以便引導(dǎo)傳熱介質(zhì)橫向地流動至催化劑管上。用于光氣制備的已知的管殼式反應(yīng)器具有全套的管，以實現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)部空間的最大利用。在催化劑管之間，它們具有被保持為相對短的偏轉(zhuǎn)板，即，它們并不伸展至反應(yīng)器偏轉(zhuǎn)區(qū)域中反應(yīng)器的內(nèi)壁，而是留下約25至30%的總的反應(yīng)器橫截面的空間，以便限制傳熱介質(zhì)的壓降，并因此限制用于傳熱介質(zhì)的循環(huán)泵的操作成本。在偏轉(zhuǎn)區(qū)域中，傳熱介質(zhì)在催化劑管周圍的流動形式從在管上的橫向流動改變?yōu)檠刂艿目v向流動。催化劑管的冷卻并不有效，由此導(dǎo)致在偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的催化劑管上出現(xiàn)腐蝕問題。WO 03/072237描述了一種制備光氣的改進(jìn)的反應(yīng)器，其通過避免在偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的催化劑管上出現(xiàn)腐蝕問題而使得比橫截面負(fù)載增加并因此可能具有更高的容量。為此，WO 03/072237提出了一種反應(yīng)器，其具有一束催化劑管和多個偏轉(zhuǎn)板，所述一束催化劑管被布置為在反應(yīng)器的縱向上彼此平行并且它們的末端通過位于反應(yīng)器的兩個端部的每一個處的帽被固定在管板中，所述多個偏轉(zhuǎn)板被布置為垂直于反應(yīng)器的縱向方向并處于催化劑管之間的中間空間內(nèi)，且在反應(yīng)器內(nèi)壁的交替相對側(cè)面上具有開口，其中催化劑管被填充有固態(tài)催化劑，氣態(tài)反應(yīng)混合物從反應(yīng)器的一個端部經(jīng)由帽穿過催化劑管并且從反應(yīng)器的相對端部經(jīng)由第二帽離開，液體傳熱介質(zhì)穿過催化劑管周圍的中間空間，并且反應(yīng)器在開口區(qū)域中不具有管。然而，已發(fā)現(xiàn)，對于具有較大直徑的反應(yīng)器，特別是反應(yīng)器直徑為約:3m以上，隨著反應(yīng)器直徑的增加，在反應(yīng)器橫截面上從位于反應(yīng)器內(nèi)壁處的一個開口至位于反應(yīng)器內(nèi)壁處的相對開口流過殼內(nèi)空間的傳熱介質(zhì)所經(jīng)受的壓降變得太大。此外，傳熱介質(zhì)的損失和因此在由于制造原因而存在的催化劑管的外壁和偏轉(zhuǎn)板之間的間隙上方的壓降也變得太大。因此，用于傳熱介質(zhì)的泵的費用變得太大。此外，在反應(yīng)器的內(nèi)壁上的兩個相對開口之間的反應(yīng)器橫截面上的大的壓降導(dǎo)致在催化劑管和傳熱介質(zhì)之間的界面上的傳熱系數(shù)的較大差異，這可使得在反應(yīng)器橫截面內(nèi)具有良好熱傳遞的區(qū)域和具有較差熱傳遞的區(qū)域之間出現(xiàn)1 2的因數(shù)。結(jié)果，在具有較差熱傳遞的區(qū)域中的催化劑管冷卻較差。然而，由于催化劑管具有——取決于所使用的材料(特別是雙煉鋼(duplex steel))——最大操作溫度，該最大操作溫度通常在約160至 2000C的范圍內(nèi)，特別是170至180°C，且不準(zhǔn)被超過，否則材料的腐蝕會極大地增加，所以具有較差熱傳遞的區(qū)域限制通過量并因而限制反應(yīng)器的容量。鑒于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種技術(shù)上簡單且巧妙的方案，其允許用于光氣制備的具有超過ail或甚至超過3. 5m的大反應(yīng)器直徑的工業(yè)反應(yīng)器在比已知反應(yīng)器大的生產(chǎn)量下操作，而不必增加傳熱介質(zhì)的循環(huán)量，同時通過使催化劑管和反應(yīng)器橫截面上的傳熱介質(zhì)之間的界面處的傳熱系數(shù)一致而減少腐蝕問題。所述目標(biāo)是通過用一氧化碳和氯在固態(tài)催化劑存在下的氣相反應(yīng)來制備光氣的反應(yīng)器而實現(xiàn)的，所述固態(tài)催化劑位于催化劑管束的催化劑管中，所述催化劑管在其兩端的每一端處被焊接至管板，其中各自都經(jīng)由帽在催化劑管的上端引入起始材料并在催化劑管的下端排出氣態(tài)反應(yīng)混合物，并且該反應(yīng)器還具有在殼內(nèi)的催化劑管之間的空間中用于液體傳熱介質(zhì)的引入和排出設(shè)備，其中傳熱介質(zhì)在催化劑管之間的中間空間中的流動通過偏轉(zhuǎn)板引導(dǎo)，所述偏轉(zhuǎn)板在反應(yīng)器內(nèi)壁處的相對側(cè)面上具有交替的開口，其中偏轉(zhuǎn)板開口具有弓形的切口，其中反應(yīng)器在開口的區(qū)域中不含有管，其中通過使各自在傳熱介質(zhì)的流動方向上從第一個催化劑管至最后一個催化劑管測量的每個反應(yīng)器橫截面中的傳熱介質(zhì)的流動路徑借由催化劑管的改變的布置而彼此一致，進(jìn)而使得催化劑管和傳熱介質(zhì)之間的界面處的傳熱系數(shù)在每個反應(yīng)器橫截面上相等。已發(fā)現(xiàn)，可將催化劑管和傳熱介質(zhì)之間的界面處的傳熱系數(shù)在反應(yīng)器橫截面上彼此一致至相當(dāng)大的程度，并因此在具有高傳熱系數(shù)(即，具有差的熱傳遞)的關(guān)鍵區(qū)域中通過改變催化劑管的布置而實現(xiàn)大幅減小。對于傳熱介質(zhì)在兩個偏轉(zhuǎn)板之間的反應(yīng)器外部空間中的流動，在反應(yīng)器橫截面內(nèi)，從一個不含管的區(qū)域(開口)至相對的不含管的區(qū)域，在每種情況下，反應(yīng)器的內(nèi)壁處的壓降對于傳熱介質(zhì)的所有流動路徑是相同的。壓降Δ ρ可通過以下方程式描述
權(quán)利要求
1.一種通過一氧化碳和氯在固態(tài)催化劑存在下的氣相反應(yīng)來制備光氣的反應(yīng)器(1)， 所述固態(tài)催化劑位于催化劑管( 束的催化劑管O)中，所述催化劑管( 被布置為在反應(yīng)器(1)的縱向方向上彼此平行并在其兩端的每一端處被焊接至管板(3)，其中各自都經(jīng)由帽在催化劑管O)的上端引入起始材料并在催化劑管O)的下端排出氣態(tài)反應(yīng)混合物， 并且該反應(yīng)器還具有在殼內(nèi)的催化劑管(2)之間的空間(4)中用于液體傳熱介質(zhì)(6)的引入和排出設(shè)備，其中傳熱介質(zhì)(6)在催化劑管( 之間的中間空間中的流動由偏轉(zhuǎn)板(5)引導(dǎo)，所述偏轉(zhuǎn)板在反應(yīng)器內(nèi)壁的相對側(cè)面上具有交替的開口(7)，其中偏轉(zhuǎn)板(5)的開口具有弓形形狀的切口，并且反應(yīng)器(1)在開口(7)的區(qū)域中不含有管，其中通過使各自在傳熱介質(zhì)(6)的流動方向上從第一個催化劑管( 至最后一個催化劑管( 測量的每個反應(yīng)器橫截面中的傳熱介質(zhì)(6)的流動路徑借由催化劑管O)的改變的布置而彼此一致， 進(jìn)而使得催化劑管( 和傳熱介質(zhì)(6)之間的界面處的傳熱系數(shù)在每個反應(yīng)器橫截面上相寸。
2.權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中各自在傳熱介質(zhì)(6)的流動方向上從第一個催化劑管 (2)至最后一個催化劑管( 測量的每個反應(yīng)器橫截面中傳熱介質(zhì)(6)的流動路徑通過安裝啞管(8)而進(jìn)一步彼此一致。
3.權(quán)利要求1或2的反應(yīng)器，其中催化劑管O)的改變的布置通過將催化劑管(2)束的兩個相對的側(cè)向邊界從圓的弦(9)改變?yōu)閳A弧來實現(xiàn)。
4.權(quán)利要求1或2的反應(yīng)器，其中催化劑管(2)束相對的側(cè)向邊界從圓的弦(9)改變?yōu)閮?nèi)接于圓弧的多邊形線。
5.權(quán)利要求1至4中任一項的反應(yīng)器，其中位于偏轉(zhuǎn)板(5)的相對側(cè)上的交替開口(7) 與催化劑管( 束的側(cè)向邊界匹配。
6.權(quán)利要求1至5中任一項的反應(yīng)器，其中干擾流動的內(nèi)部件——特別是穿孔板—— 被設(shè)置在反應(yīng)器(1)的內(nèi)部區(qū)域中。
7.—種通過一氧化碳和氯在固態(tài)催化劑存在下的氣相反應(yīng)(1)來制備光氣的方法，在反應(yīng)器(1)中具有包含固態(tài)催化劑的催化劑管( 束，所述催化劑管( 在其兩端的每一端處被焊接至管板(3)，其中各自都經(jīng)由帽在催化劑管O)的上端引入起始材料并在催化劑管O)的下端排出氣態(tài)反應(yīng)混合物，并且該反應(yīng)器還具有在殼內(nèi)的催化劑管( 之間的空間(4)中用于液體傳熱介質(zhì)(6)的引入和排出設(shè)備，其中傳熱介質(zhì)(6)在催化劑管(2)之間的中間空間中的流動由偏轉(zhuǎn)板(5)引導(dǎo)，所述偏轉(zhuǎn)板在反應(yīng)器內(nèi)壁處的相對側(cè)面上具有交替的開口(7)，其中偏轉(zhuǎn)板(5)的開口具有弓形形狀的切口和反應(yīng)器直徑，其中反應(yīng)器(1)在開口(7)的區(qū)域中不含有管，其中在反應(yīng)器(1)的縱向方向彼此平行的多個催化劑管( 被布置為兩束相同的催化劑管O)，這兩束催化劑管( 通過一個不含有催化劑管的區(qū)域彼此分隔，并且通過使各自在傳熱介質(zhì)(6)的流動方向上從第一個催化劑管(2)至最后一個催化劑管( 測量的每個反應(yīng)器橫截面中的傳熱介質(zhì)(6)的流動路徑借由催化劑管O)的改變的布置和/或安裝啞管(8)而彼此一致，進(jìn)而使得催化劑管( 和傳熱介質(zhì)(6)之間的界面處的傳熱系數(shù)在每個反應(yīng)器橫截面上相等。
8.權(quán)利要求7的方法，其中各自在傳熱介質(zhì)(6)的流動方向上從第一個催化劑管(2) 至最后一個催化劑管( 測量的每個反應(yīng)器橫截面中傳熱介質(zhì)(6)的流動路徑通過安裝 管而進(jìn)一步彼此一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過一氧化碳和氯在固態(tài)催化劑存在下的氣相反應(yīng)來制備光氣的反應(yīng)器(1)，該反應(yīng)器(1)在催化劑管(2)中設(shè)有催化劑管(2)束，所述催化劑管(2)被布置為在反應(yīng)器(1)的縱向方向上彼此平行并在其兩端的每一端處被焊接至管板(3)，其中各自都經(jīng)由帽在催化劑管(2)的上端引入起始材料并在催化劑管(2)的下端排出氣態(tài)反應(yīng)混合物，并且該反應(yīng)器還具有在殼內(nèi)的催化劑管(2)之間的空間(4)中用于液體傳熱介質(zhì)(6)的引入和排出設(shè)備，其中傳熱介質(zhì)(6)在催化劑管(2)之間的中間空間(4)中的流動由偏轉(zhuǎn)板(5)引導(dǎo)，所述偏轉(zhuǎn)板在反應(yīng)器內(nèi)壁處的相對側(cè)面上具有交替的開口(7)，其中偏轉(zhuǎn)板(5)的開口具有弓形形狀的切口，并且反應(yīng)器(1)在開口(7)的區(qū)域中不含有管，其中通過使各自在傳熱介質(zhì)(6)的流動方向上從第一個催化劑管(2)至最后一個催化劑管(2)測量的每個反應(yīng)器橫截面中的傳熱介質(zhì)(6)的流動路徑借由催化劑管(2)的變化布置而彼此一致，進(jìn)而使得催化劑管(2)和傳熱介質(zhì)(6)之間的界面處的傳熱系數(shù)在每個反應(yīng)器橫截面上相等。
文檔編號C01B31/28GK102316970SQ200980156855
公開日2012年1月11日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者G·歐波特, W·格林杰, 金炳淵 申請人:巴斯夫歐洲公司