專利名稱：液相氟化反應裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及液相氟化反應裝置，適用于合成氫氟烴(HFCs)的兩步液相氟化反應 過程。
背景技術：
在金屬氯代物催化劑的作用下，HF和氯代烴液相氟化反應合成氫氟烴是工業上制 備氫氟烴的主要方法。液相氟化反應合成1，1，1，3，3_五氟丙烷、1，1，1，3，3_五氟丁烷等碳 原子大于3的氫氟烴是多步反應，傳統的單級連續氟化反應器無法滿足兩步液相氟化反應 合成氫氟烴的需要。而且，金屬氯代物和HF形成的反應體系具有很強的腐蝕性，并隨著溫 度的增加腐蝕性增強。由于反應系統的強腐蝕性，反應器上難于設置動密封攪拌裝置，反應 溫度也不能太高。在沒有攪拌和反應溫度較低的情況下傳質和傳熱效果差，催化效應不明 顯，反應速度慢。
發明內容
本發明的目的在于克服背景技術中存在的不足，提供一種適用于兩步液相氟化反 應過程、反應速度快的液相氟化反應裝置。本發明的液相氟化反應裝置，包括液相氟化反應器(分為低溫反應區(1)和高溫 反應區(2)兩部分)、回流塔(3)、HF進料混合器(4)、HF預熱器(5)、氯代烴進料混合器 (6)、HF進料管(7)、氯代烴進料管(8)和回流塔塔頂出料管(9)，低溫反應區(1)上部和下 部均與高溫反應區(2)相連通，頂部出口與回流塔(3)的下部氣體進料口相連通；回流塔頂 部出料口與產物出料管(9)連接，底部出料口和HF進料混合器(4)、氯代烴進料混合器(6) 相連通；HF進料混合器(4)通過HF預熱器(5)與高溫反應區(2)的底部進料口相連通；HF 進料管(7)與HF進料混合器(4)的進料口相連，氯代烴進料管(8)通過氯代烴進料混合器 (6)與低溫反應區⑴相連。上述液相氟化反應裝置的工作流程如下所述新鮮HF通過HF進料管(7)進入HF 進料混合器(4)，與回流塔(3)的部分底部物料混合，然后經HF預熱器(5)預熱后從底部 進料口進入液相氟化反應器的高溫反應區(2)，與中間產物發生高溫氟化反應，反應產物從 高溫反應區(2)的上部出口進入低溫反應區(1)；氯代烴通過氯代烴進料管(8)進入氯代 烴進料混合器(6)與回流塔(3)的部分底部物料混合后進入液相氟化反應器的低溫反應區 (2)；氯代烴和HF在低溫反應區(1)中發生低溫氟化反應，反應形成的中間產物從低溫反應 區(1)的下部出料口進入高溫反應區(2)進一步發生高溫氟化反應；高溫氟化反應和低溫 反應形成的目標產物和副產物HCl通過低溫反應區(1)的頂部出料口進入回流塔(3)，回流 塔(3)的頂部餾分主要為HCl和HFCs，通過回流塔塔頂出料管(9)進入后處理系統，底部 餾分主要為HF，一部分通過HF進料混合器(4)循環至高溫反應區(2)，另一部分通過氯代 烴進料混合器(6)循環至低溫反應區(1)。反應過程使用的催化劑提前加入液相氟化反應 器，并在低溫反應區(1)和高溫反應區(2)之間循環運動。
本發明的液相氟化反應裝置中，液相氟化反應器的低溫反應區(1)中的溫度低， 物料密度大，高溫反應區(2)中的溫度高，物料密度小，通過低溫反應區和高溫反應區內反 應物料的密度差形成熱虹吸式運動，不僅使反應物料在低溫反應區(1)和高溫反應區(2) 之間實現了循環運動，而且提高了反應體系的傳質效果，增加了反應速度。新鮮HF和由回流塔(3)底部部分餾分循環的HF，經HF預熱器(5)后進入高溫反 應區(2)，通過控制HF預熱器(5)的出口溫度和HF的流量可控制高溫反應區⑵中的反應 溫度；高溫反應區(2)的反應物料與低溫的氯代烴和回流塔(3)底部部分餾分循環的HF在 氯代烴進料混合器(6)混合、換熱后進入高溫反應區(1)，通過控制氯代烴和回流塔(3)底 部部分餾分循環的HF的流量可控制低溫反應區(1)中的反應溫度。因此，低溫反應區(1) 和高溫反應區(2)不需要外部進行加熱，可采用絕熱反應器。本發明采用絕熱反應器，反應器無需外部加熱，可采用內襯聚四氟乙烯的反應器， 不僅解決了傳統液相氟化裝置普遍存在的設備腐蝕問題，而且可進一步提高反應溫度，加 快反應速度，減小反應器體積。本發明的液相氟化反應裝置的另一方案是包括液相氟化反應器(分為低溫反應 區(1)和高溫反應區⑵兩部分)、回流塔(3)、HF進料混合器(4)、HF預熱器(5)、氯代烴 進料混合器(6)、HF進料管(7)、氯代烴進料管(8)、回流塔塔頂出料管(9)、冷卻器(10)、相 分離器(11)和HFCs出料管(12)；其中低溫反應區⑴上部和下部均與高溫反應區(2)相 連通，頂部出口與回流塔(3)的下部氣體進料口相連通；回流塔頂部出料口與產物出料管連接，底部出料口通過冷卻器(10)與相分離器(11)的進料口相連通；相分離器(11)的 上部出料口和HF進料混合器(4)、氯代烴進料混合器(6)相連通，底部出料口和HFCs出料 管(12)相連；HF進料混合器(4)通過HF預熱器(5)與高溫反應區⑵的底部進料口相連 通；HF進料管(7)與HF進料混合器(4)的進料口相連，氯代烴進料管(8)通過氯代烴進料 混合器(6)與低溫反應區(1)相連。上述另一方案液相氟化反應裝置的工作流程如下所述新鮮HF通過HF進料管 (7)進入HF進料混合器(4)，與相分器(11)的部分上部物料混合，然后經HF預熱器(5)預 熱后從底部進料口進入液相氟化反應器的高溫反應區(2)，與中間產物發生高溫氟化反應， 反應產物從高溫反應區(2)的上部出口進入低溫反應區(1)；氯代烴通過氯代烴進料管(8) 進入氯代烴進料混合器(6)與相分器(11)的部分上部物料混合后進入液相氟化反應器的 低溫反應區(1)；氯代烴和HF在低溫反應區(1)中發生低溫氟化反應，反應形成的中間產 物從低溫反應區(1)的下部出料口進入高溫反應區(2)進一步發生高溫氟化反應；高溫氟 化反應和低溫反應形成的目標產物和副產物HCl通過低溫反應區(1)的頂部出料口進入回 流塔(3)，回流塔(3)的頂部餾分主要為HC1，通過回流塔塔頂出料管(9)進入后處理系統， 底部餾分主要為HF和HFCs，經冷卻器(10)冷卻后進入相分離器(11)；相分離器(11)上部 物料為HF，一部分通過HF進料混合器(4)循環至高溫反應區(2)，另一部分通過氯代烴進 料混合器(6)循環至低溫反應區(1)，底部物料為HFCs，通過HFCs出料管(12)進入后處理 系統。反應過程使用的催化劑提前加入低溫反應區(1)和高溫反應區(2)，并在低溫反應區 ⑴和高溫反應區⑵之間循環運動。反應原料HF與目標產物HFCs常常形成共沸物，簡單蒸餾技術難于實現有效分離， 本發明通過相分離器和回流塔的結合實現了 HC1、HF和HFCs三種物料之間的有效分離，實現了 HF的循環。同時通過控制相分離的溫度可控制低溫反應區(1)的反應溫度。本發明的低溫反應區(1)和高溫反應區(2)為絕熱反應器。本發明的低溫反應區(1)和高溫反應區(2)為內襯聚四氟乙烯的反應器。本發明的液相氟化反應裝置主要用于HFCs的兩步液相氟化反應過程，如1，1，1， 3，3-五氟丙烷、1,1,1,3,3-五氟丁烷、1，1，1，2-四氟-2-氯丙烷的液相氟化合成。本發明的液相氟化反應裝置，與現有技術相比，其有益的效果在于(1)液相氟化 反應器設有高溫反應區和低溫反應區，滿足了兩步氟化反應的需要；(2)高溫反應區和低 溫反應區之間，通過反應物料的密度差形成的熱虹吸式運動實現了循環運動，起到了攪拌 的作用，提高了液相氟化反應器的反應體系的傳質效果，增加了反應速度；(3)高溫反應區 和低溫反應區采用絕熱反應器，無需外部加熱，使反應器可以內襯聚四氟乙烯，解決了傳統 液相氟化裝置普遍存在的設備腐蝕問題，使液相氟化反應可在較高溫度下進行，提高了反 應速度，在達到相同產能情況下反應器的體積減小；(4)采用相分離器和回流塔的有效配 合，解決了反應原料HF與目標產物HFCs共沸物的分離問題，實現了 HF的有效循環。
圖1表示本發明的液相氟化反應裝置的結構示意圖。圖2表示本發明的液相氟化反應裝置的另一結構示意3、4表示圖1、2所示液相氟化反應裝置的工作流程示意圖。圖中1、液相氟化反應器的低溫反應區；2、液相氟化反應器的高溫反應區；3、回 流塔；4、HF進料混合器；5、HF預熱器；6、氯代烴進料混合器；7、HF進料管；8、氯代烴進料 管；9、回流塔塔頂出料管，10、冷卻器，11、相分離器，12、HFCs出料管。
具體實施例方式以液相氟化1，1，1，3，3_五氯丙烷(HCC_240fa)合成1，1，1，3，3_五氟丙烷 (HFC-245fa)為例，對本發明進一步詳細說明，但并不限制本發明。實施例1參照附圖1、3對本發明進一步詳細說明。首先將SbCl5液相氟化催化劑加入液相氟化反應器；新鮮HF通過HF進料管(7) 經HF進料混合器(4)、HF預熱器(5)預熱后從底部進料口進入高溫反應區(2)，并從高溫 反應區(2)的上部出料口進入低溫反應區(1)，HF通過低溫反應區(1)的頂部出料口進入 回流塔(3)，作為回流塔(3)的底部餾分，一部分通過HF進料混合器(4)循環至高溫反應 區(2)，另一部分通過氯代烴進料混合器(6)循環至低溫反應區(1)。通過控制HF預熱器 (5)的出口溫度和HF的流量使低溫反應區(1)、高溫反應區(2)的溫度穩定在反應溫度范 圍內，利用低溫反應區和高溫反應區的溫差形成的熱虹吸式運動使HF和SbCl5催化劑在低 溫反應區(1)和高溫反應區(2)之間實現了循環運動。然后，通過氯代烴進料管(8)向低溫反應區(1)通入HCC_240fa，在低溫反應區 (1)與HF反應形成中間產物1，1，1_三氟-2，2-二氯丙烷(HCFC-243)，低溫反應產物從下 部出料口進入高溫反應區(2)進一步發生高溫氟化反應生成HFC-245fa。HFC_245fa和反 應體系中的HF、SbCl5—起循環進入低溫反應區(1)，通過低溫反應區(1)的頂部出料口進
5入回流塔(3)；回流塔(3)的底部餾分為HF，循環至低溫反應區(1)和高溫反應區(2)，回 流塔(3)的頂部餾分主要為HCl、HFC-245fa以及部分HF，進入后處理系統，經水堿洗、精餾 處理后得到目標產物HFC-245fa。根據反應的情況，向該氟化反應裝置補加新鮮的HF和HCC_240fa，維持液相氟化 反應的連續平穩運行。實施例2參照附圖2、4對本發明進一步詳細說明。首先將SbCljf相氟化催化劑加入液相氟化反應器；新鮮HF通過HF進料管(7)經 HF進料混合器(4)、HF預熱器(5)預熱后從底部進料口進入高溫反應區(2)，并從高溫反應 區(2)的上部出料口進入低溫反應區(1)，HF通過低溫反應區(1)的頂部出料口進入回流 塔(3)，作為回流塔(3)的底部餾分經冷卻器(10)冷卻后進入相分器(11)，一部分通過HF 進料混合器(4)循環至高溫反應區(2)，另一部分通過氯代烴進料混合器(6)循環至低溫 反應區(1)。通過控制HF預熱器(5)的出口溫度和HF的流量使低溫反應區(1)、高溫反應 區(2)的溫度穩定在反應溫度范圍內，利用低溫反應區和高溫反應區的溫差形成的熱虹吸 式運動使HF和SbCl5催化劑在低溫反應區(1)和高溫反應區(2)之間實現了循環運動。然后，通過氯代烴進料管(8)向低溫反應區(1)通入HCC_240fa，在低溫反應區 (1)與HF反應形成中間產物1，1，1_三氟-2，2-二氯丙烷(HCFC-243)，低溫反應產物從下 部出料口進入高溫反應區(2)進一步發生高溫氟化反應生成HFC-245fa。HFC_245fa和反 應體系中的HF、SbCl5—起循環進入低溫反應區(1)，通過低溫反應區(1)的頂部出料口 進入回流塔(3)；回流塔(3)的頂部餾分主要為HC1，進入后處理系統，底部餾分為HF和 HFC-245fa，經冷卻器(10)冷卻后進入相分離器(11)；相分離器(11)上部物料為HF，循環 至低溫反應區(1)和高溫反應區(2)，下部物料為HFC-245fa，進入后處理系統，經水堿洗、 精餾處理后得到目標產物HFC-245fa。根據反應的情況，向該氟化反應裝置補加新鮮的HF和HCC_240fa，維持液相氟化 反應的連續平穩運行。
權利要求
一種液相氟化反應裝置，包括液相氟化反應器(分為低溫反應區(1)和高溫反應區(2)兩部分)、回流塔(3)、HF進料混合器(4)、HF預熱器(5)、氯代烴進料混合器(6)、HF進料管(7)、氯代烴進料管(8)和回流塔塔頂出料管(9)，其中低溫反應區(1)上部和下部均與高溫反應區(2)相連通，頂部出口與回流塔(3)的下部氣體進料口相連通；回流塔頂部出料口與產物出料管(9)連接，底部出料口和HF進料混合器(4)、氯代烴進料混合器(6)相連通；HF進料混合器(4)通過HF預熱器(5)與高溫反應區(2)的底部進料口相連通；HF進料管(7)與HF進料混合器(4)的進料口相連，氯代烴進料管(8)通過氯代烴進料混合器(6)與低溫反應區(1)相連。
2.一種液相氟化反應裝置，包括液相氟化反應器(分為低溫反應區(1)和高溫反應區 ⑵兩部分)、回流塔⑶、HF進料混合器⑷、HF預熱器(5)、氯代烴進料混合器(6)、HF進 料管(7)、氯代烴進料管(8)、回流塔塔頂出料管(9)、冷卻器(10)、相分離器(11)和HFCs 出料管(12)；其中低溫反應區(1)上部和下部均與高溫反應區(2)相連通，頂部出口與回 流塔⑶的下部氣體進料口相連通；回流塔頂部出料口與產物出料管(9)連接，底部出料口 通過冷卻器(10)與相分離器(11)的進料口相連通；相分離器(11)的上部出料口和HF進 料混合器(4)、氯代烴進料混合器(6)相連通，底部出料口和HFCs出料管(12)相連；HF進 料混合器(4)通過HF預熱器(5)與高溫反應區(2)的底部進料口相連通；HF進料管(7)與 HF進料混合器(4)的進料口相連，氯代烴進料管(8)通過氯代烴進料混合器(6)與低溫反 應區⑴相連。
3.根據權利要求1、2任一所述的液相氟化反應裝置，其特征在于所述低溫反應區(1) 和高溫反應區(2)為絕熱反應器。
4.根據權利要求1、2任一所述的液相氟化反應裝置，其特征在于所述的低溫反應區 ⑴和高溫反應區⑵為內襯聚四氟乙烯的反應器。
全文摘要
本發明提供一種液相氟化反應裝置，包括低溫反應區(1)、高溫反應區(2)、回流塔(3)、HF進料混合器(4)、HF預熱器(5)、氯代烴進料混合器(6)、HF進料管(7)、氯代烴進料管(8)和回流塔塔頂出料管(9)；其中低溫反應區(1)上部和下部均與高溫反應區(2)相連通，頂部出口與回流塔(3)的下部氣體進料口相連通；回流塔頂部出料口與產物出料管(9)連接，底部出料口和HF進料混合器(4)、氯代烴進料混合器(6)相連通；HF進料混合器(4)通過HF預熱器(5)與高溫反應區(2)的底部進料口相連通；HF進料管(7)與HF進料混合器(4)的進料口相連，氯代烴進料管(8)通過氯代烴進料混合器(6)與低溫反應區(1)相連。本發明主要適用于合成氫氟烴的兩步液相氟化反應過程。
文檔編號C07C17/20GK101941884SQ20101027389
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者呂劍, 寇聯崗, 張偉, 曾紀珺, 李鳳仙, 杜詠梅, 袁俊, 馬洋博 申請人:西安近代化學研究所