本發(fā)明屬于氟化工領(lǐng)域，具體涉及一種微通道反應(yīng)管束、連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、六氟環(huán)氧丙烷(hfpo)是有機(jī)氟化學(xué)中的重要中間體，以六氟環(huán)氧丙烷為源頭的含氟精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠瘜W(xué)工業(yè)重要組成部分，六氟環(huán)氧丙烷是多種含氟精細(xì)化學(xué)品的重要原料，從六氟環(huán)氧丙烷可以衍生出多種下游產(chǎn)品，包括全氟丙酰氟，全氟磺?；蚁┗眩榛蚁┗?，全氟聚醚，六氟丙酮等，進(jìn)而通過這些衍生物又可以制備全氟磺酸離子膜，可溶性聚四氟乙烯，含氟表面活性劑，含氟醫(yī)用麻醉劑等產(chǎn)品。六氟環(huán)氧丙烷的下游產(chǎn)品被用在多個(gè)行業(yè)，包括化學(xué)化工，航空航天，電子，醫(yī)藥，環(huán)保，建筑，消防等領(lǐng)域。所以，如何合成高品質(zhì)的六氟環(huán)氧丙烷是含氟精細(xì)化學(xué)品領(lǐng)域的重要課題。

2、杜邦公司在20世紀(jì)60年代第一次報(bào)道了六氟環(huán)氧丙烷的合成方法，隨著全世界對(duì)于六氟環(huán)氧丙烷的需求量逐年增加，對(duì)于合成六氟環(huán)氧丙烷的研究成為氟化工的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，絕大多數(shù)六氟環(huán)氧丙烷的合成工藝是以六氟丙烯(hfp)為原料，通過環(huán)氧化反應(yīng)制備六氟環(huán)氧丙烷，常用的氧化劑包括氣體氧化劑的氧氣和液體氧化劑的次氯酸鈉或雙氧水。

3、氧氣氧化法在高溫高壓，有含氟溶劑的參與下制備六氟環(huán)氧丙烷的方法，該方法雖然氧化劑的成本很低，但是需要加入價(jià)格昂貴的含氟溶劑才能控制反應(yīng)而且會(huì)產(chǎn)生酰氟類的副產(chǎn)物，提純過程比較復(fù)雜，提純過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的廢水。目前采用氧氣氧化法制備六氟環(huán)氧丙烷丙烷的主流工藝為間歇工藝(us3600409，jp9052886，us3536733和jp2003040879)，雖然該工藝中六氟丙烯的轉(zhuǎn)化率和六氟環(huán)氧丙烷的選擇性較高，但是間歇工藝的設(shè)備利用率低，為了保證產(chǎn)能，設(shè)備體積大，導(dǎo)致建造成本高且危險(xiǎn)性高。

4、近年來(lái)，氧氣氧化法制備六氟環(huán)氧丙烷丙烷進(jìn)行了連續(xù)工藝的研究工作。專利cn101157669、cn201692802、以及cn10651357雖然實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，但是該工藝存在危險(xiǎn)性，而且反應(yīng)熱量不易擴(kuò)散。反應(yīng)條件依舊是苛刻，仍然需要在100℃以上的高溫，1.5mpa以上的壓力下進(jìn)行。

5、液體氧化劑主要可以分為雙氧水和次氯酸鈉兩個(gè)氧化體系，雖然液相氧化法會(huì)產(chǎn)生一定量的廢水，但是該方法產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物較為單一，所采用的氧化劑主要包括雙氧水(gb904877，us3858003和jp63027487)和次氯酸鈉(ep2409970，us4902810，us7405312和cn102356072)，液相氧化法的氧化效率高，反應(yīng)速率快，而且反應(yīng)過程中無(wú)有害的酰氟類氣體產(chǎn)生。此外，液體氧化劑的反應(yīng)條件比氧氣氧化較為溫和，危險(xiǎn)性低。所以，將六氟環(huán)氧丙烷的反應(yīng)在溫和條件下，采用連續(xù)法進(jìn)行生產(chǎn)一直是氟化學(xué)行業(yè)內(nèi)追求的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種微通道反應(yīng)管束、連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的裝置及方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種微通道反應(yīng)管束，包括1個(gè)或者多個(gè)并列的微通道反應(yīng)器；每個(gè)所述的微通道反應(yīng)器包括多個(gè)連續(xù)的反應(yīng)單元；每個(gè)所述的反應(yīng)單元包括s型上升段以及豎直下降段。

4、所述的s段由兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的弧形段連接組成。

5、組成所述的反應(yīng)單元的管路的直徑為1.5-5mm；優(yōu)選為4mm。

6、所述的反應(yīng)單元為1-20個(gè)；優(yōu)選為4-8個(gè)；更優(yōu)選為4個(gè)；所述的反應(yīng)單元的制備材質(zhì)為含氟塑料管。

7、本發(fā)明還包括一種連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的微通道反應(yīng)裝置，包括液體分布器以及所述的微通道反應(yīng)管束；所述的液體分布器包括液體分布器本體以及與所述的液體分布器本體連通的多條管路；每條所述的管路與1個(gè)所述的微通道反應(yīng)器連通。

8、每條所述的管路上設(shè)置有氣體入口與氣體儲(chǔ)存罐連通；所述的液體分布器本體上的液體入口與液體原料配置釜連通；優(yōu)選的，所述的管路為10條。

9、所述的氣體入口與所述的氣體儲(chǔ)存罐之間的氣體通路上設(shè)置有氣體流量控制閥；所述的液體入口與所述的液體原料配置釜之間的液體通路上設(shè)置有反應(yīng)進(jìn)料泵。

10、所述的微通道反應(yīng)管束的出口端與氣液分離罐連通；所述的氣液分離罐設(shè)置有液相出口以及氣相出口；所述的液相出口分別與廢液排放管路以及液體回用管路連通。

11、本發(fā)明還包括一種使用所述的微通道反應(yīng)裝置制備六氟環(huán)氧丙烷的方法，包括下述步驟：在液體原料配置釜內(nèi)配置液體原料；液體原料進(jìn)入液體分布器并與氣體原料混合后進(jìn)入微通道反應(yīng)裝置進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)入氣液分料罐進(jìn)行分離。

12、所述的液體原料包括所述的氧化劑、碳酸鉀、碳酸氫鉀、相轉(zhuǎn)移催化劑以及溶劑；所述的氣體原料為六氟丙烯；

13、優(yōu)選的，所述的氧化劑為次氯酸鈉溶液；所述的次氯酸鈉溶液的有效氯含量為3.8％；所述的溶劑為甲苯，所述的相轉(zhuǎn)移催化劑為三辛基甲基氯化銨；

14、優(yōu)選的，所述的氧化劑、碳酸鉀、碳酸氫鉀、溶劑、相轉(zhuǎn)移催化劑的質(zhì)量比為(200-300)：(1-10)：(1-5)：(10-50)：(0.1-2)；優(yōu)選為260：6:2:35:1。

15、氣體原料進(jìn)入微通道反應(yīng)器的流速為0.3-0.58kg/h；液體原料進(jìn)入微通道反應(yīng)器的流速為36-72kg/h；微通道反應(yīng)裝置的反應(yīng)壓力為0.1-0.4mpa，溫度為-20℃到50℃。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、本申請(qǐng)的微通道反應(yīng)管束由1個(gè)或者多個(gè)并列的微通道反應(yīng)器組成，每個(gè)所述的微通道反應(yīng)器包括多個(gè)連續(xù)的反應(yīng)單元形成長(zhǎng)度不同的反應(yīng)裝置，每個(gè)所述的反應(yīng)單元包括s型上升段以及豎直下降段。氣體和液體在上升階段反應(yīng)單元呈現(xiàn)s型，氣體和液體在下降階段反應(yīng)單元呈現(xiàn)直線型，在整個(gè)微通道反應(yīng)器中，氣體和液體通過時(shí)，氣體一直沿管路方向向前運(yùn)動(dòng)，而液體在經(jīng)過微通道管束反應(yīng)器中垂直于地面的s型上升段中會(huì)由于重力作用而向下運(yùn)動(dòng)，在微通道反應(yīng)器狹小的空間內(nèi)，由于空間限制，加劇了氣液接觸程度，使氣體和液體在垂直于地面的s型上升段做連續(xù)地翻滾運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到氣液充分混合接觸的目的，對(duì)反應(yīng)結(jié)果有益；而豎直下降段為直線型，可以使密度較大的液體更快的到達(dá)豎直的底部，封住微通道有限的空間，便于在下一個(gè)s型的上升段與氣體充分接觸。

18、采用本申請(qǐng)的微通道反應(yīng)裝置制備六氟環(huán)氧丙烷，能夠使得反應(yīng)在常溫條件，且較低的壓力條件下，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)法合成。本反應(yīng)是在微通道反應(yīng)器中進(jìn)行，且進(jìn)行了放大實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)能達(dá)到中試規(guī)模。

技術(shù)特征：

1.一種微通道反應(yīng)管束，其特征在于，包括1個(gè)或者多個(gè)并列的微通道反應(yīng)器；每個(gè)所述的微通道反應(yīng)器包括多個(gè)連續(xù)的反應(yīng)單元；每個(gè)所述的反應(yīng)單元包括s型上升段以及豎直下降段。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微通道反應(yīng)管束，其特征在于，所述的s段由兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的弧形段連接組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微通道反應(yīng)管束，其特征在于，組成所述的反應(yīng)單元的管路的直徑為1.5-5mm；優(yōu)選為4mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微通道反應(yīng)管束，其特征在于，所述的反應(yīng)單元為1-20個(gè)；優(yōu)選為4-8個(gè)；更優(yōu)選為6個(gè)；所述的反應(yīng)單元的制備材質(zhì)為含氟塑料管。

5.一種連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的微通道反應(yīng)裝置，其特征在于，包括液體分布器以及權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的微通道反應(yīng)管束；所述的液體分布器包括液體分布器本體以及與所述的液體分布器本體連通的多條管路；每條所述的管路與1個(gè)所述的微通道反應(yīng)器連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的微通道反應(yīng)裝置，其特征在于，每條所述的管路上設(shè)置有氣體入口與氣體儲(chǔ)存罐連通；所述的液體分布器本體上的液體入口與液體原料配置釜連通；優(yōu)選的，所述的管路為10條。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的微通道反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的氣體入口與所述的氣體儲(chǔ)存罐之間的氣體通路上設(shè)置有氣體流量控制閥；所述的液體入口與所述的液體原料配置釜之間的液體通路上設(shè)置有反應(yīng)進(jìn)料泵。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的微通道反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的微通道反應(yīng)管束的出口端與氣液分離罐連通；所述的氣液分離罐設(shè)置有液相出口以及氣相出口；所述的液相出口分別與廢液排放管路以及液體回用管路連通。

9.一種使用權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的微通道反應(yīng)裝置制備六氟環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于，包括下述步驟：在液體原料配置釜內(nèi)配置液體原料；液體原料進(jìn)入液體分布器并與氣體原料混合后進(jìn)入微通道反應(yīng)裝置進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)入氣液分料罐進(jìn)行分離。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備六氟環(huán)氧丙烷的方法，其特征在于，所述的液體原料包括所述的氧化劑、碳酸鉀、碳酸氫鉀、相轉(zhuǎn)移催化劑以及溶劑；所述的氣體原料為六氟丙烯；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于氟化工領(lǐng)域，具體涉及微通道反應(yīng)管束、連續(xù)制備六氟環(huán)氧丙烷的裝置及方法。微通道反應(yīng)管束，包括1個(gè)或者多個(gè)并列的微通道反應(yīng)器；每個(gè)所述的微通道反應(yīng)器包括多個(gè)連續(xù)的反應(yīng)單元；每個(gè)所述的反應(yīng)單元包括S型上升段以及豎直下降段。采用本申請(qǐng)的微通道反應(yīng)裝置制備六氟環(huán)氧丙烷，能夠使得反應(yīng)在常溫條件，且較低的壓力條件下，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)法合成。本反應(yīng)是在微通道反應(yīng)器中進(jìn)行，且進(jìn)行了放大實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)能達(dá)到中試規(guī)模。

技術(shù)研發(fā)人員：冀汝南,白智勇,胡仲嬋,趙禹,白福旺,張志君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津市長(zhǎng)蘆化工新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6