1.1二氟乙烷的制取方法及其生产设备 【技术领域】
本发明涉及一种1.1二氟乙烷的制取方法及其生产设备。适用于制冷剂生产行业。
背景技术
1.1二氟乙烷(CH3CHF2)目前国际通用名HFC-152a，是一种用途广泛的含氟有机化合物，可用作致冷剂、喷雾剂及生产氟塑料的原料，尤其是它的破坏臭氧潜能值(ODP)为0，全球变暖潜能值(GWP)为0.02，因此，它作为CFC的代用品正受到人们越来越多的重视。1.1二氟乙烷的常规生产工艺是利用乙块为原料，在催化剂如：三氟化硼、氟磺酸、五氟化锑的作用下，与氢氟酸反应而制得，其反应式如下：
其工艺流程是经净化、干燥处理后的乙炔，送入装有催化剂(如氟磺酸)和氢氟酸的反应釜中，在一定地压力(0.03mpa～3mpa)、和温度(20～40℃)下发生反应，生成1.1二氟乙烷，经过水洗、硷洗、除酸后，气相的物料经压缩成液相的物料，再经分馏提纯后制得。
反应是半连续的，液体氢氟酸补加入反应器内，而气体乙炔则连续的通入反应器中，直至转化率低于60％(二级反应时，第一级反应器中的转化率)时，停止反应，排出反应器中余料(通常称作残液)，重新加入催化剂和氢氟酸，再次开始反应。
为了尽可能提高反应的转化率，保证乙炔与氢氟酸有足够多的接触时间，反应器的长径比(L/D，L为反应器高度，D为反应器直径)往往≥4。
操作时，温度由冷-热盐水通过气动阀控制，压力由乙炔的进料量通过气动阀控制，反应器中的氢氟酸液位根据液位计指示作间歇式补加。
上述生产工艺的不足之处是：1)为了尽可能提高反应的转化率，反应器的长径比往往大于4，是一种狭长型的反应器。而用作催化剂的氟磺酸、五氟化锑等比重都比原料氢氟酸大得多，氢氟酸比重为1.15，氟磺酸为1.74，五氟化锑为2.34，催化剂往往下沉在反应器的底部，只能在一个小的范围内起到催化作用，而乙炔与氢氟酸直接反应的转化率较低(约在30-40％)，因此在生产过程中催化剂的利用率低，以致反应周期短、单耗高，且残液的排放量大。2)温度的影响，乙炔与氢氟酸的反应是一个放热反应，随着反应速度的变化放出的热量也在变化，在反应前阶段放热量大，不需加热，反而需要冷却；而在反应后阶段又需要加热，故温度控制比较困难。若反应温度偏低，则反应速度慢，装置的生产能力下降，若温度偏高，催化剂失效快，高沸副产物增多，原料消耗增大，二者均不利于生产。3)压力的影响，乙块是一种化学活性极强的物质，在一定的条件下将发生自聚，当反应器中压力高时，乙炔的密度相对增大，将可能产生二聚、三聚及产生其相应的氟化物(高沸物)，增大了单耗，同时也加大了反应器中物料的粘度，于反应不利；若反应压力偏低则影响反应速度，使装置生产能力下降。4)液位的影响，由于反应是连续的，氢氟酸采用补加的方法，乙块则连续加，产物则不断地从顶部移出，反应器中的液位亦在相应的降低，此时，乙块在液相中的密度则在增大(其它条件不变时)，因此，高沸物将增多，于生产不利。5)在整个反应中，既不便于催化剂的补加，更不便于残液的排出，反应过程不能进行调节，至反应结束时，反应器中的乘余物一次性从底部排出。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是：提供一种1.1二氟乙烷的制取方法及其生产设备，设备反应器的长径比小，结构更为合理；催化剂能够循环使用，分布均匀，充分起到催化作用；在反应过程中可根据需要随时排出反应器中的部份失效或低效的催化剂和高沸残液；及时补充催化剂；可使系统反应连续进行，降低原料单耗；有利于系统的改进升级。
本发明所采用的技术方案是：一种制取1.1二氟乙烷的生产设备，具有反应釜、其顶部带有进料管，其特征在于反应釜接有外循环系统，该系统有一个外循环泵，循环泵通过下接管和阀I与反应釜的底部接通，循环泵通过上接管和阀IV与反应釜的中部接通，外循环泵与阀IV之间接有排液管和阀III，在外循环泵和阀I之间的下接管上接有阀II和补加罐，补加罐的顶部接有阀V和催化剂储槽。
下接管设在距反应釜底100毫米处。
上接管设在反应釜的上2/3处。
一种1.1二氟乙烷的制取方法是：
1)反应釜中氢氟酸的初始液位为反应釜容积的60-70％；
2)催化剂为氟磺酸，加入量为氢氟酸重量的30-40％；
3)乙炔的加料速度为每公斤氢氟酸加乙炔0.08-0.12公斤/小时；
4)反应釜中液位变化≤100毫米；
5)当转化率低于60％时，排放出30-40％重量的催化剂，补加入相等量的新催化剂，可反复多次；
6)反应温度22-32℃；
7)反应压力0.03-0.3兆帕。
所述反应温度最好在26-28℃。
所述反应压力最好在0.05-0.1兆帕。
本发明的有益效果是：1)反应釜的长径比可以减小，因为乙块与氢氟酸反应的转化率较低(30-40％)，单纯放大长径比意义不大，而本发明可缩小长径比，降低设备材料消耗；2)开启外循环系统后，能使沉于底部的催化剂送到反应釜的上面，使催化剂均匀地分布在整个反应釜中，充分起到催化作用；3)可在适当的时候排出反应釜内部份失效或低效的催化剂和高沸残液；4)同样可在适当的时候将催化剂补加罐中的催化剂加入反应釜中；5)系统反应连续进行，有效地降低了原料和催化剂的单耗；6)有利于设备的升级改进，将手动控制改进为微机控制，如反应温度、压力、液位等参数，由测量仪测出参数转化为电子信号，传递给电动控制仪表，根据计算机的指令进行调节，使温度波动控制在2℃左右，压力控制在0.002兆帕左右，液位波动在50毫米范围内，有效保证反应在最佳条件下进行。
【附图说明】
图1是本发明的系统结构图。
【具体实施方式】
图1所示的是本发明的系统结构图，包括反应釜1、进料管2、出料管3、补加罐3、外循环泵4、下接管5、上接管6、催化剂储槽7、排液管8，阀I(11)、阀II(12)、阀III(13)、阀IV(14)、V(15)。
反应釜1直径600毫米，高度2000毫米，顶部设有进料管2和出料管3，在反应釜的一侧装有外循环系统，该系统有一个外循环泵4，循环泵通过下接管5和阀I(11)与反应釜的底部接通，下接管接在距反应釜底100毫米处；循环泵通过上接管6和阀IV(14)与反应釜的中部接通，上接管接在反应釜的上2/3处。外循环泵4与阀IV(14)之间接有排液管8和阀III(13)。在外循环泵4和阀I(11)之间的下接管5上接有阀II(12)和补加罐3，补加罐的顶部接有阀V(15)和催化剂储槽(7)。
开启外循环系统的步骤为：
1)开启外循环泵4，打开阀I(11)和IV(14)，能将沉于底部的催化剂送到反应釜的上面，使催化剂均匀地分布在整个反应釜中，充分起到催化作用。
2)关闭阀II(12)和IV(14)，打开阀I(11)和阀III(13)，可排出反应釜中部份失效或低效的催化剂和高沸残液。
3)先关闭阀I(11)、阀III(13)、阀II(12)、阀IV(14)，打开阀V(15)，将催化剂储槽7中的催化剂放入补加罐3中，再关闭阀V(15)，打开阀II(12)和阀IV(14)，可将催化剂补加罐3中的催化剂加入反应釜1中。
4)采用上述2、3步骤切换操作，可使系统反应连续进行，且降低了氢氟酸和氟磺酸的单耗。
实施例一，催化剂使用寿命比较：
反应装置：反应釜直径600mm，高度2000mm，本实施例启动外循环系统。
反应条件：温度22-32℃，本例选择28℃，压力0.03-0.3mpa，本例选择0.05mpa(均为手控)，投料量氢氟酸的初始液位为反应釜容积的60-70％，本例选择60％，乙炔的加料速度为每公斤氢氟酸加乙炔0.08-0.12公斤/小时，换算成体积本例选择乙炔10M3/小时，反应应连续进行，待转化率(色谱分析)降到60％时停止反应，得出结论如表1所示：
表1 反应温度(℃) 压力(mpa)氟磺酸用量(Kg) 反应时间(h)原装置 28 0.05 150 196本发明 28 0.05 150 372
实施例二，物料单耗的比较：
反应装置：同实施例一；
反应条件：同实施例一；
得出结论如表2所示：
表2反应温度(℃) 压力(mpa)氟磺酸用量(Kg) HF单耗 乙炔单耗原装置 28 0.05 150 0.77 1.78本发明 28 0.05 150 0.71 1.65
实施例三，催化剂补加比较试验：
反应装置：同实施例一；
反应条件：同实施例一；
第一组反应是不排出残液，不补加催化刘，第二组反应在转化率低到60％时排出反应釜中1/3的残液(液面计指示)，补加相等量的催化剂，其结果如表3所示：
表3反应温度(℃) 压力(mpa)氟磺酸用量(Kg)乙炔投料量(M3/h)反应时间第一组 28 0.05 150 10 363第二组 28 0.05 150 10 358 补加50 512
从上述实验可以得出本发明与现有的装置和工艺相比具有降低原料单耗，延长反应时间，提高反应效率的优点。