對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

張 瑜 李海濤 王 穎 王海平

（中平能化集團(tuán) 開(kāi)封興化精細(xì)化工股份有限公司，河南 開(kāi)封 47500）

對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯英文簡(jiǎn)稱PTSI，是光氣化下游產(chǎn)品之一，由光氣與對(duì)甲苯磺酰胺反應(yīng)而得。在聚氨酯涂料的制備過(guò)程中作為溶劑、填充料、顏料和瀝青焦油的脫水劑，明顯改善因潮濕而引起的失光、黃變及反應(yīng)泡沫等問(wèn)題；此外還是醫(yī)藥、農(nóng)藥和高分子材料的重要中間體。

1 對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯性質(zhì)介紹

中文別名：對(duì)甲基苯磺酰異氰酸酯；PTSI；英文名稱：p-Toluenesulfonyl isocyanate；分子式:C8H7NO3S；分子量：197.21；密度 1.295Kg/L；沸點(diǎn)：144°C(10 mmHg)；閃點(diǎn)：145℃。

化學(xué)性質(zhì)：低粘度，無(wú)色透明液體,吸濕，有催淚作用。

2 對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯合成路線

將固體對(duì)甲苯磺酰胺加入溶劑氯苯中升溫溶解并分水，再通入光氣進(jìn)行通光反應(yīng)約8～12小時(shí)，反應(yīng)完畢后，通氮趕光，邊趕光邊脫溶劑，溶劑回收套用，將溶劑脫盡后即為產(chǎn)品，冷卻至常溫裝桶。

未參與反應(yīng)的光氣與水在降膜吸收器中的反應(yīng)生成鹽酸：

降膜吸收器中未參與反應(yīng)的光氣用液堿處理：

3 工藝流程改進(jìn)意義

由于生產(chǎn)流程的缺陷，導(dǎo)致副產(chǎn)物鹽酸不合格，導(dǎo)致下游廠家不能使用該鹽酸，給銷售、環(huán)保方面帶來(lái)了極大壓力。此外氯苯的消耗偏高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高，給公司帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)損失。于是公司就此問(wèn)題召開(kāi)了技術(shù)委員會(huì)，旨在找出原因，加以改進(jìn)。會(huì)后技術(shù)骨干通過(guò)試驗(yàn)與探究，找出問(wèn)題的癥結(jié)，并提出解決方案。

4 改進(jìn)方案

在以對(duì)甲苯磺酰胺為原料，以氯苯溶劑，通入光氣生產(chǎn)對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯的過(guò)程中，產(chǎn)生的氯化氫及揮發(fā)的氯苯進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)導(dǎo)致鹽酸質(zhì)量不合格，在減壓蒸餾過(guò)程中，連接到溶劑氯苯接收釜的真空管道會(huì)把揮發(fā)的氯苯抽出，因此原工藝采用兩級(jí)立式水冷凝回流裝置，來(lái)降低氯苯的逸出。而根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際，兩級(jí)立式回流裝置時(shí)解決不了鹽酸質(zhì)量和氯苯消耗高的問(wèn)題，由此根據(jù)沉降分離要求，即沉降室的處理能力只取決于沉降室的底面積，而與高度無(wú)關(guān)，根據(jù)這一結(jié)論，降塵室應(yīng)該設(shè)計(jì)成扁平形狀，或在室內(nèi)設(shè)置多層水平板。因此，我們采取了以下措施：

（1）采用臥式兩級(jí)冷凝器

根據(jù)沉降要求，臥式冷凝器的沉降效果優(yōu)于立式冷凝器，因?yàn)榕P式的“底面積”大于立式放置的“底面積”。

（2）第二級(jí)冷凝器采取冷凍鹽水

由于光氣的沸點(diǎn)為8.2℃，氯苯的沸點(diǎn)131.7℃，氯化氫的沸點(diǎn)為-85℃，為了降低光氣的消耗，二級(jí)冷卻裝置尾氣出口溫度低于8.2℃，回收光氣。

（3）盡量使得水平管道較長(zhǎng)

采用較大直徑的橫管，有利于液體的沉降。

（4）加設(shè)裝內(nèi)盤(pán)管或帶夾套的臥式搪瓷釜

搪瓷釜的設(shè)置使得液滴的沉降量增大，加大了物料的回收再利用。

（5）加設(shè)回流液收集槽

由于尾氣總管位置較高，逐級(jí)冷凝下來(lái)的液體進(jìn)入收集槽，然后自流放到反應(yīng)釜中再次使用。

5 改進(jìn)后的優(yōu)勢(shì)

在合成工序中，氯化氫與氯苯及液化后的光氣得到了有效的分離，通過(guò)真空機(jī)尾氣系統(tǒng)回收的副產(chǎn)鹽酸質(zhì)量得到保證。逐級(jí)冷卻回收的含有液態(tài)光氣的氯苯可以投入下批繼續(xù)使用，氯苯的消耗由原工藝的730kg/（噸產(chǎn)品）降到460kg/（噸產(chǎn)品），光氣的消耗由原工藝的1600kg/（噸產(chǎn)品）降到760kg/（噸產(chǎn)品），并且生產(chǎn)穩(wěn)定。

生成一噸產(chǎn)品參與反應(yīng)的光氣質(zhì)量m參=1000/197.21*99=502kg。

原工藝中光氣的轉(zhuǎn)化率為α原=m參/m總=502/1600=31.4%。

改進(jìn)工藝后光氣的轉(zhuǎn)化率為 α改=m參/m總=502/760=66.1%。

6 總結(jié)與討論

工藝經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，并通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐予以驗(yàn)證，光氣的轉(zhuǎn)化率由原來(lái)的31.4%提高到66.1%，光氣消耗的降低，同時(shí)對(duì)于附加值較低的鹽酸的產(chǎn)量也得以降低，減輕了尾氣處理的壓力；新的捕集冷卻系統(tǒng)的使用成功降低了溶劑氯苯的消耗，將氣態(tài)氯苯與氯化氫氣體分離，解決了副產(chǎn)鹽酸的質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)而解決了副產(chǎn)鹽酸由于質(zhì)量問(wèn)題在銷售環(huán)節(jié)給公司帶來(lái)的負(fù)面影響及環(huán)保壓力。

[1]張海峰主編.危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)全書(shū).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2008.1

[2]天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院主編.腐蝕與防護(hù)手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1

[3]吳德榮主編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社.2012.8

[4]蔣登高主編.精細(xì)有機(jī)合成反應(yīng)及工藝.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2001.8

[5]陳敏恒等編.化工原理.上冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2009.3