一种连续催化氟化反应器

1.一种连续催化氟化反应器，其特征在于：包括内设有催化剂床层的反应器本体，位于催化剂床层上方的反应器本体上设液体进料口和气体出口，位于催化剂床层下方的反应器本体上设气体进口和出料口，催化剂床层包括沿反应器本体轴向依次分布的至少三层填充段，对应每层填充段的反应器本体外均设有夹套。
2.根据权利要求1所述的一种连续催化氟化反应器，其特征在于：所述气体进口通过管道插入催化剂床层内，于管道的出口端设气体分布器。
3.根据权利要求1所述的一种连续催化氟化反应器，其特征在于：所述气体出口上设冷凝器，冷凝器上设尾气出口以及连接反应器本体的回流管。
4.根据权利要求1所述的一种连续催化氟化反应器，其特征在于：所述催化剂床层的填充物料为PTFE负载的二氟化钴催化剂。
5.根据权利要求1所述的一种连续催化氟化反应器，其特征在于：所述反应器本体的长径比≥10︰1。

一种连续催化氟化反应器\n技术领域\n[0001] 本实用新型是一种连续催化氟化反应器，具体涉及一种适用于连续催化氟化不稳定全氟聚醚酰氟/全氟聚醚羧酸以实现端基稳定化的反应系统，属于氟化工设备领域。\n背景技术\n[0002] 在全氟聚醚油的生产过程中，需要将聚醚酰氟或者聚醚羧酸通过氟化处理工艺转化为稳定的分子链端基结构才能满足性能要求。目前，成功应用于氟化处理的工艺技术主要有三种：\n[0003] 一种是Simons电解氟化技术，该技术是以无水氟化氢为溶剂和氟源，待氟化处理物溶解其中并于电解槽中通直流电进行电解氟化实现氟化处理。受限于无水氟化氢的溶解性能，电解氟化技术比较常见应用于对小分子化合物氟化处理。同时，大量无水氟化氢使用也带来较大的安全风险，而且还需要进行复杂的分离纯化处理，因此电解氟化技术在不稳定全氟聚醚端基稳定化处理上的应用存在问题。\n[0004] 第二种是含氟盐催化氟化技术，使用氟盐为CoF3、AlF3、SbF5等氟化剂，过去报道技术一般在270 400℃高温条件下才展示出较好的氟化效果，高温氟化对过程控制以及配套~\n设备投入带来挑战和困难。而且，这些氟化剂价格都较高，分离困难，产品品质难于得到保证。\n[0005] 第三种是采用氟化试剂进行元素氟化，氟化试剂包括氟气、SF4、SF6、BF3等。该技术的优势是所得产品后处理简单、产品品质高。但由于氟化剂如氟气是气体形态，在不稳定全氟聚醚中溶解度低，是气液非均相反应过程，经常存在分散不均匀、气液接触不充分等原因造成氟化剂利用效率较低、常常需要氟气用量是理论用量10倍以上，常见氟化反应时间超长、反应成本高、尾气处理量大、环保压力大等等系列问题。\n[0006] 现有技术中，为提高氟化处理工艺的反应效率，实现连续化的规模生产，公开号为CN210545023U的实用新型专利公开了一种全氟聚醚不稳定端基的鼓泡氟化设备，采用鼓泡塔式反应器，氟气作为氟化剂从塔底以极细小的气泡进入反应器，细小的气泡具有极大的比表面积，大大提高了气液两相反应物料的接触面积和传质能力，从而提高了氟化反应进行的速率；反应器顶端的液相物料被泵送至下端，同时将反应器上端气体通过文丘里射流器带入反应器下端，再次提高了物料的混合程度及氟气的利用效率。\n[0007] 除此之外，公开号为CN106311097A的实用新型专利还公开了气液接触反应装置在氟化全氟聚醚酸方面的应用，在该气液接触反应装置内，采用全氟聚醚酸或其溶液自上而下在反应柱淋下，氟化剂气体自下而上不断通过反应管中的填料缝隙与全氟聚醚酸进行充分接触，达到气液接触的最大化，从而最大程度的实现氟化剂的利用率，并且实现全氟聚醚氟化反应充分、完全。此外，该方法对全氟聚醚进行连续氟化，解决了现有技术中必须单釜氟化的问题,从而简化了操作程序，该方法氟化全氟聚醚副产物少，操作简单，可连续生产，反应安全稳定、适用于工业大规模生产应用。\n实用新型内容\n[0008] 本实用新型的目的是提供一种连续催化氟化反应器，采用分段设计的催化剂床层，结合其夹套结构，可实现分段温度及反应的控制，适用于催化氟化不饱和全氟聚醚酰氟、聚醚羧酸进行氟化反应，可实现饱和全氟聚醚油的规模化高效生产。\n[0009] 本实用新型通过下述技术方案实现：一种连续催化氟化反应器，包括内设有催化剂床层的反应器本体，位于催化剂床层上方的反应器本体上设液体进料口和气体出口，位于催化剂床层下方的反应器本体上设气体进口和出料口，催化剂床层包括沿反应器本体轴向依次分布的至少三层填充段，对应每层填充段的反应器本体外均设有夹套。\n[0010] 所述气体进口通过管道插入催化剂床层内，于管道的出口端设气体分布器。\n[0011] 所述气体出口上设冷凝器，冷凝器上设尾气出口以及连接反应器本体的回流管。\n[0012] 所述催化剂床层的填充物料为PTFE负载的二氟化钴催化剂。\n[0013] 所述反应器本体的长径比≥10︰1。\n[0014] 本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：\n[0015] （1）本实用新型采用高长径比例的带夹套的分段式氟化反应器的结构设计，反应器本体内填充PTFE负载的二氟化钴催化剂，不饱和的全氟聚醚酰氟或全氟聚醚羧酸与气态氟化剂设计为上、下逆向加料，可实现传热、传质效率提升，具有缩短反应时长，提升反应效率的特点。\n[0016] （2）本实用新型在填充剂床层中采用PTFE负载的具有多孔结构的二氟化钴催化剂作为填料，适合于连续进料实现对不饱和全氟聚醚酰氟或羧酸的高效端基稳定化处理，是对全氟聚醚油规模化生产瓶颈的突破，可满足规模化生产技术要求。\n附图说明\n[0017] 图1为本实用新型的结构示意图。\n[0018] 其中，1—催化剂床层，2—反应器本体，3—液体进料口，4—气体出口，5—气体进口，6—出料口，7—夹套，8—管道，9—气体分布器，10—冷凝器，11—尾气出口，12—回流管。\n具体实施方式\n[0019] 下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。\n[0020] 实施例：\n[0021] 本实施例是一种连续催化氟化反应器。\n[0022] 如图1结构所示，氟化反应器以反应器本体为主体结构，其内部设有催化剂床层，位于催化剂床层上方的反应器本体上设液体进料口和气体出口，位于催化剂床层下方的反应器本体上设气体进口和出料口。例如，在一个具体的实施方案中，反应器本体采用反应釜，长径比设置为10︰1以上，优选15:1或以上，液体进料口位于釜盖上部，气体出口位于釜盖上部的中心位置，气体进口设于釜底，出料口位于釜底的中心位置。使用时，不饱和的全氟聚醚酰氟/全氟聚醚羧酸由液体进料口进料，氟化剂由气体进口进料，在催化剂床层中，气液两相逆向接触并充分反应合成饱和的全氟聚醚油，由出料口送至产品罐进行储存，可实现全氟聚醚油的连续化生产。\n[0023] 在另一个具体的实施方案中，氟化剂由气体进口进料时，可采用气体分布器以鼓泡方式实现氟化剂间歇或连续加入，例如，在图1所示结构中，将气体进口通过管道插入催化剂床层内，并于管道的出口端设气体分布器，实现氟化剂的鼓泡式加入。氟化剂在催化剂床层中与不饱和的全氟聚醚酰氟/全氟聚醚羧酸反应，反应产生的碳酰氟和釜光气，经气体出口送至冷凝器，控制冷凝温度在‑50℃至‑30℃之间，可将全氟聚醚酰氟/全氟聚醚羧酸以及氟化完成产物冷凝并经回流管返回至反应器内部内，避免物料跑料造成的损失，未被冷凝下来的尾气被送入尾气处理系统进行处理。\n[0024] 进一步的，为提升反应器本体内气液两相反应的传热、传质效率，提高全氟聚醚油的连续化生产效率，本实施例针对催化剂床层采用二氟化钴催化剂作为填充物料，同时采用分段式设计，其中，二氟化钴催化剂为以高强度聚四氟乙烯（PTFE）作为基体树脂的负载多孔结构，使用时，利用二氟化钴在150℃以上的高温条件下通过与元素氟进行原位反应转化为三氟化钴催化活性中心实现对不饱和聚醚酰氟和/或全氟聚醚羧酸的催化氟化。分段式设计即沿反应器本体轴向依次将催化剂床层进行分层划分，包括至少三层填充段，每层填充段的每层填充段对应的反应器本体外均设有夹套，通过不同填充段外夹套的温度控制，可实现分段控温和反应控制。例如，在一个具体的温度控制过程中，可将设计温度控制范围在150‑250℃，如图1所示的A层填充段温度控制为150‑170℃，B层填充段温度控制在\n170‑200℃，C层填充段温度控制在180‑220℃，并对各层填充段的长度无比例要求。\n[0025] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。