本發(fā)明屬于絕緣氣體制備領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)保絕緣氣體生產(chǎn)工藝及工業(yè)生產(chǎn)裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及世界人口的增長，化石燃料的大量使用及人類活動(dòng)使得各種溫室氣體的排放引起了全球加速變暖，造成了極大的生態(tài)及環(huán)境造問題。電力行業(yè)目前廣泛應(yīng)用的六氟化硫絕緣氣體的溫室效應(yīng)是二氧化碳的兩萬多倍，為了避免此類溫室氣體的使用，減少對(duì)大氣環(huán)境的影響，保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，對(duì)絕緣氣體提出了更高的要求。全氟五碳酮及全氟四碳腈由于其良好的惰性，高的電氣絕緣性，大氣環(huán)境中很低的降解時(shí)間及溫室效應(yīng)，被視為繼cf4，c2f6之后的新一代可替代sf6的環(huán)保絕緣氣體并受到了廣泛關(guān)注。

這兩種化合物均具有低沸點(diǎn)，高揮發(fā)性，低毒，不燃，絕緣性強(qiáng)，易氣化，吸熱力強(qiáng)的特點(diǎn)。除了可應(yīng)用于電氣絕緣外，還可應(yīng)用于制冷劑，發(fā)泡劑，清洗劑，滅火劑等多種領(lǐng)域。然而現(xiàn)有技術(shù)中，全氟五碳酮及全氟四碳腈反應(yīng)條件復(fù)雜，成本高，尚無法經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保絕緣氣體生產(chǎn)工藝及工業(yè)生產(chǎn)裝置，其反應(yīng)條件簡單，原子經(jīng)濟(jì)性高，成本低廉，連續(xù)且易于規(guī)模化的生產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種環(huán)保絕緣氣體生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

1)、氧氣和對(duì)稱的全氟烯烴于催化劑條件或者無催化劑條件下，在第一固定床反應(yīng)器內(nèi)接觸反應(yīng)；

2)、第一固定床反應(yīng)器流出的氣體產(chǎn)物混入氣體的烯烴后進(jìn)入第二固定床反應(yīng)器，在固定床反應(yīng)器內(nèi)催化劑作用下接觸反應(yīng)；生成全氟酮類化合物或者全氟碳酰氟類化合物；

3)、全氟酮類化合物經(jīng)過洗氣獲得對(duì)應(yīng)的全氟酮類環(huán)保絕緣氣體；全氟碳酰氟類化合物氨解后在脫水劑或者第三固定反應(yīng)器內(nèi)催化劑作用下轉(zhuǎn)化為全氟腈類環(huán)保絕緣氣體。

進(jìn)一步的，對(duì)稱的全氟烯烴為全氟-2-丁烯、四氟乙烯或其它對(duì)稱的全氟烯烴；氣體的烯烴為四氟乙烯、六氟丙烯或其它氣體的烯烴。

進(jìn)一步的，步驟1)中反應(yīng)溫度200-300℃,氧氣和對(duì)稱的全氟烯烴的摩爾比為(0.5～1.5)：1，兩者在第一固定床反應(yīng)器中的接觸時(shí)間為20-200s。

進(jìn)一步的，步驟1)中固定床反應(yīng)器流出氣體中混入1-10當(dāng)量氣體的烯烴。

進(jìn)一步的，步驟2)中反應(yīng)溫度100-250℃，兩者在第二固定床反應(yīng)器中的接觸時(shí)間為20-200s。

進(jìn)一步的，第一固定床反應(yīng)器中使用的催化劑為活性炭負(fù)載的moo3、nio或者ago，催化劑負(fù)載量5-50％；第一固定床反應(yīng)器中所用催化劑的制備方法包括：稱取鉬酸銨、硝酸鎳或硝酸銀配制成0.2-2mol/l的水溶液，向其中按活性炭負(fù)載的催化劑中活性炭的比重加入活性炭，如果采用硝酸鎳、硝酸銀，溶液中還加入等摩爾量naoh溶液；攪拌0.5-3h后，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去水分，在馬弗爐中150-250℃煅燒干燥至恒重獲得活性炭負(fù)載的催化劑。

進(jìn)一步的，第三固定床反應(yīng)器中使用的催化劑為活性炭/二氧化硅負(fù)載的wo3、al2o3或者分子篩，負(fù)載量20-100％。

進(jìn)一步的，第二固定床反應(yīng)器中使用的催化劑為活性炭負(fù)載的naf、kf、csf或者sbf5，催化劑負(fù)載量5-25％；第二固定床反應(yīng)器中所用催化劑的制備方法包括：稱取naf、kf或csf配制成0.2-2mol/l的水溶液或者sbf5配制成0.2-2mol/l的乙醇溶液，向其中按活性炭負(fù)載的催化劑中活性炭的比重加入活性炭，攪拌0.5-3h；活性炭負(fù)載為sbf5時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑獲得活性炭負(fù)載的催化劑；活性炭負(fù)載為naf、kf、csf時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑后在110-150℃中減壓干燥至恒重獲得活性炭負(fù)載的催化劑。

一種環(huán)保絕緣氣體的工業(yè)生產(chǎn)裝置，包括氧氣罐、對(duì)稱的全氟烯烴罐、第一預(yù)熱混合管路、第一固定床反應(yīng)器、第二固定床反應(yīng)器、氣體的烯烴罐、第二預(yù)熱混合管路和環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；

氧氣瓶的出口連接第一預(yù)熱混合管路的第一入口，對(duì)稱的全氟烯烴罐的出口連接第一預(yù)熱混合管路的第二入口；第一預(yù)熱混合管路的出口連接第一固定床反應(yīng)器的入口，第一固定床反應(yīng)器的出口連接第二預(yù)熱混合管路的第一入口，對(duì)稱的全氟烯烴罐的出口連接第二預(yù)熱混合管路的第二入口；第二預(yù)熱混合管路的出口連接第二固定床反應(yīng)器的入口，第二固定床反應(yīng)器的出口連接環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；

環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)為第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)或第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；

當(dāng)?shù)诙潭ù卜磻?yīng)器中生成產(chǎn)物為全氟酮類化合物時(shí)，第二固定床反應(yīng)器的出口連接第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)包括連接第二固定床反應(yīng)器的出口氣液分離器，氣液分離器的氣體出口通過若干洗氣瓶連接環(huán)保絕緣氣體收集罐；

當(dāng)?shù)诙潭ù卜磻?yīng)器中生成產(chǎn)物為全氟碳酰氟類化合物時(shí)，第二固定床反應(yīng)器的出口連接第二環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；第二環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)包括連接第二固定床反應(yīng)器出口的氨水池，氨水池的出口通過干燥塔和預(yù)熱氣化塔連接第三固定反應(yīng)器的入口，第三固定反應(yīng)器的出口連接環(huán)保絕緣氣體收集罐。

第二固定床反應(yīng)器流出產(chǎn)物通過氣液分離器除去高沸點(diǎn)副產(chǎn)物。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過非均相催化的方法，利用所設(shè)計(jì)的固定床反應(yīng)器裝置，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)的絕緣氣體產(chǎn)物制備，反應(yīng)過程不使用任何溶劑，安全無污染，反應(yīng)原子經(jīng)濟(jì)性高，所需原料廉價(jià)易得，反應(yīng)條件溫和，催化劑無毒易于回收，具有經(jīng)濟(jì)，環(huán)保，節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。該方法可以極大的降低這兩種新型環(huán)保絕緣氣的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)六氟化硫絕緣氣的廉價(jià)替換。

本發(fā)明從全氟丁烯或其它對(duì)稱的全氟烯烴、氧氣及全氟丙烯出發(fā)，以90％以上的原子經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)各種碳數(shù)的新型環(huán)保絕緣氣的工業(yè)化制備，大幅降低其生產(chǎn)成本，減少其生產(chǎn)過程的三廢排放。其制備方法為：首先在一定溫度下，全氟丁烯或其它對(duì)稱的全氟烯烴與氧氣混合后以一定速率通過催化劑填料柱，得到三氟乙酰氟或氟酰氟，在其中進(jìn)一步摻入等當(dāng)量的全氟丙烯原料氣，以一定速率通過另一根催化劑填料柱，可以高效的制備全氟酮和全氟碳酰氟，后者通過氨解在催化劑催化下高溫脫水即可獲得全氟腈。

本發(fā)明反應(yīng)條件簡單，原子經(jīng)濟(jì)性高，產(chǎn)物易于分離純化，成本低廉，可連續(xù)規(guī)模化生產(chǎn)c2-c8的全氟酮或全氟腈；有效降低環(huán)保絕緣氣體的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)這兩類化合物的經(jīng)濟(jì)高效制備，為這兩類化合物在電氣絕緣，制冷劑，發(fā)泡劑，清洗劑，滅火劑等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供了有力支撐。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種環(huán)保絕緣氣體工業(yè)生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明另一種環(huán)保絕緣氣體工業(yè)生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為生產(chǎn)工藝的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體說明，相關(guān)研究領(lǐng)域的人員根據(jù)本發(fā)明的基本思想做出的改進(jìn)或變動(dòng)，均在本發(fā)明范圍之內(nèi)。

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明一種環(huán)保絕緣氣體工業(yè)生產(chǎn)裝置，包括氧氣罐、全氟-2-丁烯罐/四氟乙烯(或其它對(duì)稱的全氟烯烴)罐、第一預(yù)熱混合管路11、第一固定床反應(yīng)器1、第二預(yù)熱混合管路12、第二固定床反應(yīng)器2、氣液分離器3、收集罐。

氧氣瓶的出口連接第一預(yù)熱混合管路11的第一入口，全氟-2-丁烯罐/四氟乙烯(或其它對(duì)稱的全氟烯烴)罐的出口連接第一預(yù)熱混合管路11的第二入口；第一預(yù)熱混合管路11的出口連接第一固定床反應(yīng)器1的入口，第一固定床反應(yīng)器1的出口連接第二預(yù)熱混合管路12的第一入口，氣體的烯烴罐的出口連接第二預(yù)熱混合管路12的第二入口；第二預(yù)熱混合管路12的出口連接第二固定床反應(yīng)器2的入口，第二固定床反應(yīng)器2的出口環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)為第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)或第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；當(dāng)?shù)诙潭ù卜磻?yīng)器中生成產(chǎn)物為全氟酮類化合物時(shí)，第二固定床反應(yīng)器的出口連接第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；第一環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)包括連接第二固定床反應(yīng)器的出口氣液分離器3，氣液分離器的氣體出口通過若干洗氣瓶連接環(huán)保絕緣氣體收集罐；當(dāng)?shù)诙潭ù卜磻?yīng)器中生成產(chǎn)物為全氟碳酰氟類化合物時(shí)，第二固定床反應(yīng)器的出口連接第二環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)；第二環(huán)保絕緣氣體分離收集系統(tǒng)包括連接第二固定床反應(yīng)器出口的氨水池，氨水池的出口通過干燥塔和預(yù)熱氣化塔連接第三固定反應(yīng)器的入口，第三固定反應(yīng)器的出口連接環(huán)保絕緣氣體收集罐。

第一固定床反應(yīng)器1中不使用催化劑或者使用活性炭負(fù)載的moo3、nio或ago，催化劑負(fù)載量5-50％(cat1)。

第一固定床反應(yīng)器1制備：稱取鉬酸銨、硝酸鎳或硝酸銀配制成0.2-2mol/l的水溶液，向其中按活性炭負(fù)載的催化劑中活性炭的比重加入活性炭，硝酸鎳、硝酸銀溶液中還需要加入等摩爾量naoh溶液，攪拌0.5-3h后，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去水分，在馬弗爐中150-250℃煅燒干燥至恒重獲得活性炭負(fù)載的催化劑。

氧氣和全氟-2-丁烯(或其它對(duì)稱的全氟烯烴)于催化劑條件(或者無催化劑)在第一固定床反應(yīng)器1內(nèi)接觸反應(yīng)，反應(yīng)溫度200-300℃,氧氣和全氟-2-丁烯(或其它對(duì)稱的全氟烯烴)摩爾比為(0.5～1.5)：1，兩者在反應(yīng)器中的接觸時(shí)間為30-180s。

第二固定床反應(yīng)器2中使用活性炭負(fù)載的naf、kf、csf或者sbf5；催化劑負(fù)載量5-25％(cat2)。

第二固定床反應(yīng)器2催化劑制備：稱取naf、kf或者csf配制成0.2-2mol/l的水溶液或者sbf5配制成0.2-2mol/l的乙醇溶液，向其中按活性炭負(fù)載的催化劑中活性炭的比重加入活性炭，攪拌0.5-3h后，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑，活性炭負(fù)載的naf、kf、csf還需在110-150℃中減壓干燥至恒重獲得活性炭負(fù)載的催化劑。

第一個(gè)固定床反應(yīng)器1流出的氣體產(chǎn)物，混入1-10倍量氣體的烯烴后在第二個(gè)固定床反應(yīng)器2內(nèi)催化劑作用下接觸反應(yīng)，反應(yīng)溫度100-150℃，兩者在反應(yīng)器中的接觸時(shí)間為30-180s。

固定床反應(yīng)器材質(zhì)為不銹鋼或鎳材質(zhì)，1寸管徑，80cm-100cm長，兩個(gè)固定床反應(yīng)器中催化劑上載量占反應(yīng)器總體積60％-85％。反應(yīng)器反應(yīng)壓力1.2-5.0bar，氣體流速150-1000ml/min。

第二固定床反應(yīng)器2流出物中成分較為復(fù)雜，主產(chǎn)物為全氟酮類化合物或者全氟碳酰氟類化合物，還有過量的未反應(yīng)的氣體的烯烴等原料氣及部分副產(chǎn)物。全氟酮類化合物或者全氟碳酰氟類化合物占反應(yīng)產(chǎn)物總體積的90-97％，全氟酮類化合物經(jīng)過洗氣獲得對(duì)應(yīng)的全氟酮類環(huán)保絕緣氣體；全氟碳酰氟類化合物氨解后在脫水劑或者第三固定反應(yīng)器內(nèi)催化劑作用下轉(zhuǎn)化為全氟腈類環(huán)保絕緣氣體。

實(shí)施實(shí)例1：

請(qǐng)參閱圖1所示，第一固定床反應(yīng)器1為80cm長，1寸管徑，反應(yīng)溫度250℃，活性炭負(fù)載的10％氧化銀作為催化劑，反應(yīng)器中催化劑填充比例50％(400ml)，o2(200ml/min)和全氟-2-丁烯(200ml/min)經(jīng)過預(yù)熱混合管路進(jìn)入第一固定床反應(yīng)器1中反應(yīng)，反應(yīng)壓力為2bar。第一固定床反應(yīng)器1流出氣體摻入1.2當(dāng)量hfp(450ml/min)，進(jìn)入第二固定床反應(yīng)器2。固定床反應(yīng)器2為80cm長，1寸管徑，反應(yīng)溫度125℃，活性炭負(fù)載的10％csf作為催化劑，第二固定床反應(yīng)器中催化劑填充比例75％(400ml)，反應(yīng)壓力為1.5bar，反應(yīng)主產(chǎn)物為(cf3)2cfcocf3，反應(yīng)總產(chǎn)率收率為91.1％。第二固定床反應(yīng)器2的流出物通入氣液分離器3中，除去高沸點(diǎn)產(chǎn)物；(cf3)2cfcocf3及未反應(yīng)烯烴混合氣經(jīng)過進(jìn)一步經(jīng)過洗氣分離制得高純度c5產(chǎn)物(洗氣1為硫酸等酸性液體，吸收多余氨氣，洗氣2為低溫處理，去除濕度)。

實(shí)施實(shí)例2：

請(qǐng)參閱圖2所示，第一固定床反應(yīng)器1為80cm長，1寸管徑，反應(yīng)溫度250℃，活性炭負(fù)載的10％氧化銀作為催化劑，第一固定床反應(yīng)器中催化劑填充比例50％(400ml)，o2(100ml/min)和四氟乙烯(100ml/min)經(jīng)過第一預(yù)熱混合管路進(jìn)入第一固定床反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)壓力為2bar。第一固定床反應(yīng)器1流出氣體摻入1.2當(dāng)量hfp(280ml/min)，進(jìn)入第二固定床反應(yīng)器2。第二固定床反應(yīng)器2為80cm長，1寸管徑，反應(yīng)溫度125℃，活性炭負(fù)載的10％csf作為催化劑，反應(yīng)器中催化劑填充比例50％(250ml)，反應(yīng)壓力為1.2bar，反應(yīng)產(chǎn)物直接導(dǎo)入濃氨水中，得到前驅(qū)體酰胺產(chǎn)物水溶液，反應(yīng)收率為94.3％，將前驅(qū)體酰胺產(chǎn)物分離干燥然后預(yù)熱氣化在300℃下通過wo3填料柱，以97％的收率獲得c4。