浅析甲苯二异氰酸酯生产过程

刘震

沧州大化股份有限公司聚海分公司 ，河北 沧州 061000Analysis on the Production Process of Toluene Diisocyanate

LIU Zhen

( Juhai Branch of Cangzhou Dahua Co., Ltd., Cangzhou 061000, China)

摘要：论文主要介绍甲苯二异氰酸酯光气化生产工艺，介绍了甲苯二异氰酸酯的性能、主要用途，对甲苯二异氰酸酯的生产工艺流程和工艺原理进行了说明，阐述甲苯二异氰酸酯生产过程中的注意事项及“三废”治理等。 This paper mainly introduces the production process of toluene diisocyanate, introduces the properties and main uses of toluene diisocyanate, explains the production process and principle of toluene diisocyanate, expounds the matters needing attention in the production process of toluene diisocyanate and the treatment of “three wastes”, etc. 关键词：甲苯二异氰酸酯；工艺原理；用途 toluene diisocyanate; process principle; application

【中图分类号】TU561.65 【文献标志码】A 【文章编号】

1 引言

甲苯二异氰酸酯是聚氨酯塑料的主要原料之一，性能优异，用途广泛；用于轻工、建筑、汽车、机电等行业的聚氨酯制品需求增长很快，聚氨酯软泡主要用于沙发、床垫、垫材等家具行业，弹性体主要应用于汽车工业、建筑业、油田、冶金、纺织工业等，合成革浆料主要应用领域是鞋类、箱包、沙发、汽车座椅等，胶粘剂主要分为鞋用胶、复合薄膜胶、通用胶、密封剂等，涂料主要用于木器家具漆、地板漆等；聚氨酯纤维和皮革及织物涂饰剂也是甲苯二异氰酸酯的应用之^[1]。

2 主要物料性质

2.1 甲苯-2,4-二异氰酸酯性质

中文名：甲苯-2,4-二异氰酸酯。

英文名：Toluene-2,4-diisocyanate；2,4-Tolylene diisocyanate

分子式：C₉H₆N₂O₂

分子量：174.16

外观与性状：无色到淡黄色透明液体

主要用途：用于有机合成、生产泡沫塑料、涂料和用作化学试剂

熔点(℃)：13.2

相对密度(水=1)：1.22

沸点(℃)：118/1.33kPa

相对密度(空气=1)：6.0

饱和蒸气压(kPa)：1.33/118℃

溶解性：溶于丙酮、醚

燃烧性：可燃

建规火险分级：丙；闪点(℃)：121

爆炸下限(V%)：0.9；爆炸上限(V%)：9.5

危险特性：遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。遇水或水蒸气分解放出有毒的气体。若遇高热可发生剧烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。

燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳、氧化氮、氰化氢

稳定性：稳定

避免接触的条件：受热、接触潮湿空气

聚合危害：不能出现

禁忌物：强氧化剂、水、醇类、胺类、酸类、强碱

灭火方法：泡沫、砂土、干粉、二氧化碳。禁止使用酸碱灭火剂。

健康危害：本品具有明显的刺激和致敏作用。高浓度接触直接损害呼吸道粘膜，发生喘息性支气管炎，表现有咽喉干燥、剧咳、胸痛、呼吸困难等。重者缺氧紫绀、昏迷。可引起肺炎和肺水肿。蒸气或雾对眼有刺激性；液体溅入眼内，可能引起角膜损伤。液体对皮肤有刺激作用。口服能引起消化道的刺激和腐蚀^[2]。

2.2 工艺原理

MTD+COCL₂→胺基甲酰氯+2HCL （1）

胺基甲酰氯→甲苯二异氰酸酯+2HCL （2）

MTD+2HCL←→胺的盐酸盐 （3）

胺的盐酸盐+COCL₂→甲苯二异氰酸酯+HCL （4）

甲苯二异氰酸酯+MTD→脲 （5）

脲+甲苯二异氰酸酯→缩二脲 （6）

反应（1）和（2）是甲苯二异氰酸酯生成的主要反应，胺的盐酸盐是不溶性固体，它可以在较高的温度下进一步反应生成甲苯二异氰酸酯和HCL,但反应速度较慢，反应（5）（6）都是副反应，是甲苯二异氰酸酯收率降低的主要原因。由于甲苯二异氰酸酯反应的复杂性，光气化必须遵循的工艺条件如下。

光气中氯气要严格控制，氯气会和甲苯二异氰酸酯反应生成副产物。甲苯二异氰酸酯浓度过高副反应增加，因此，应采用甲苯二异氰酸酯低浓度。物料要搅拌分散良好，以防MTD或甲苯二异氰酸酯局部过剩，副反应加剧。系统压力能满足光气溶解即可，过高影响胺基甲酰氯的分解。系统不能有水，水会和甲苯二异氰酸酯反应生成脲类化合物。副反应的进行速度随着MTD浓度的增加而提高，因此，要采用大量ODCB稀释反应物^[3]。

2.3 工艺流程

MTD首先进行干燥处理，由储槽来的MTD和ODCB先进行混合，然后进入干燥塔，干燥塔在真空条件下操作，釜液在塔底循环，循环液经过再沸器加热，水在塔顶经冷却器进行冷凝，水定期进行排放。

经过脱水后的MTD在混合器中与大量ODCB进行混合，混合液进入系统后，快速分散于回路中的循环物料中，循环物料与过量的光气反应生成甲苯二异氰酸酯，回路当中有加热器进行加热控制物料温度，由分离器出来的气相进入冷凝器冷却，不凝气体经分离器进入光气吸收塔进行吸收，HCL气体送去盐酸吸收装置进行吸收，反应后的物料进入脱气系统，经再沸器加热后与循环物料一起进入脱气塔，经分离器分离后气相从塔顶进行冷凝，液相在塔中停留，使胺的盐酸盐转化成甲苯二异氰酸酯。来自脱气工序的物料仍含有ODCB、光气、甲苯二异氰酸酯和HCL，HCL需要在气提塔中进一步脱除，脱除HCL的物料进入脱ODCB塔、脱焦塔后进入精制系统进一步提纯，生产出合格的甲苯二异氰酸酯^[4]。

压缩系统由压缩机、分离器、冷凝器、密封罐组成，由冷却器来的气体先进入压缩机，气体提压后进入分离器分离，分离系统出来的光气进入光气吸收塔进行吸收，气相HCL经HCL排气冷却器冷却后进入去吸收塔吸收成稀盐酸^[5]。

碱破坏装置负责处理系统排出的有毒废气，系统产生的废渣进行焚烧，废水送去污水处理工序进行净化，合格后进行排放，保证装置的安全、环保。

3 主要设备的设计与选型

3.1 光气化反应器

可采用一节直管道，在管道中上部有三根互成角度的喷管，管上均匀分布小孔，溶解了光气的循环物料由底部进入，物料从喷管进入反应器，迅速与循环物料混合，瞬间完成反应^[6]。

图1 光气化反应器

3.2 脱气塔和干燥塔

脱气塔的作用是将胺的盐酸盐进行转化，内部有一旋风分离器，液体沿器壁经锥体留下，气体由分离内桶排除，脱气塔的下部要有足够大的空间，保证物料在脱气塔内停留足够的时间，由于胺的盐酸盐有很强的腐蚀性，因此应选用耐磨耐腐蚀的高材质合金。

干燥塔利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部分汽化并使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分的分离。是一种传质分离的单元操作，将MTD和ODCB中的水分进行脱除，从而达到物料干燥的目的，同时采用了水在不同压力下沸点不同的原理，干燥塔采用真空条件下操作，使溶液在加热到较低的温度下即可将水分蒸发分离出去，使操作更简单，能耗更低。光气化反应采用化学反应动力学原理，将光气过量，从而加快主反应进行，提高温度获得较快反应速率，有利于甲苯二异氰酸酯的生成和抑制胺的盐酸盐的生成。脱气工序采用不同压力下沸点不同，在较低的压力下，有利于胺的盐酸盐进行分解，同时采用化学反应动力学原理，提高温度有利于分解反应的进行。HCL气体工序采用不同压力、不同温度下气体的溶解度不同，采用低压力、高温度的条件，将溶液中的光气和HCL进行脱出，根据蒸馏原理，溶液喷淋而下与底部上升气相接触，气体被汽提出来。根据不同温度下气体的溶解度不同，将光气在低温下溶解于溶剂当中，同时根据不同气体在不同介质中的溶解度不同，将光气溶解在易于溶解的溶剂中，达到良好吸收的目的，根据不同气体在不同温度下的沸点不同，对混合气体进行冷却分离^[7]。

3.3 HCL解析塔

HCL解析塔是一台普通填料塔，从脱气来的物料进入上部进入分配盘，均匀地喷淋到填料床，上升气从塔顶去脱气冷凝器，对该设备的要求是耐HCL腐蚀，采用耐热耐蚀的高材质合金。

【参考文献】

[1]王锡玉,刘建中.化工基础[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2]王奇.化工生产基础[M].北京:化学工业出版社,2008.

[3]高占先.有机化学[M].北京:高等教育出版社,2009.

[4]谭天恩,窦梅,周明华.化工原理[M].北京:化学工业出版社,2009.

[5]黄璐,王保国.化工设计[M].北京:化学工业出版社,2009.

[6]陈新志,蔡振云,胡望明,等.化工热力学[M].北京:化学工业出版社,2010.

[7]李绍芬.反应工程[M].北京:化学工业出版社,2010.

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