[发明专利]一种三氯化磷连续合成工艺及设备

说明书

本发明公开了一种三氯化磷连续合成工艺，包括：将熔融态黄磷输入黄磷计量罐，高位水槽的工艺水进入黄磷计量罐，将黄磷从黄磷计量罐压料至反应釜中；液氯汽化，氯气进入到管式反应器热耦合设备和/或反应釜中；反应釜底部液相循环至管式反应器热耦合设备中，黄磷在管式反应器热耦合设备与氯气反应生成三氯化磷，反应物料排入反应釜，或/和黄磷在反应釜中与氯气反应生成三氯化磷，再循环至管式反应器热耦合设备中换热；反应釜顶部气相进入到洗磷塔，三氯化磷洗涤气相，塔顶气相经塔顶冷凝器和三氯化磷气液分离罐，采出三氯化磷产品，余下三氯化磷回流至洗磷塔内，再回流到反应釜中。本发明实现了三氯化磷低能耗、投资少、连续稳定的安全生产。

技术领域

本发明属于属于精细化工领域，具体属于阻燃剂、水处理剂领域，涉及一种三氯化磷连续合成工艺及设备。

背景技术

三氯化磷是合成有机磷产品的重要原料，被广泛用于医药、农药、染料等有机合成领域。三氯化磷的生产工艺主要有3种：1、磷酸盐与氯气反应生成三氯化磷；2、熔融的黄磷直接与氯气反应生成三氯化磷；3、以三氯化磷作为溶剂，氯气氯化溶于三氯化磷中的黄磷来生成三氯化磷。

目前，国内主要采用第3种生产方法^[1]，工艺过程主要包括黄磷计量、液氯汽化、氯化反应、冷凝洗涤几个环节，该方法以熔融态黄磷和氯气为原料，在反应釜中以三氯化磷为母液，主要反应如下^[2]：

P₄+6Cl₂＝4PCl₃

PCl₃+Cl₂＝PCl₅

6PCl₅+P₄＝10PCl₃

总的化学反应方程式如下：P₄+6Cl₂＝4PCl₃

中国专利CN 104787737A将反应釜与洗磷塔相结合起来，采用旋～环流—氯化～精馏塔，外部循环冷却的方式，将反应热合理的调配，虽然达到了节能和提高产能的效果，但也存在以下不足：将塔与反应器相结合起来，增加了设备成本；底部气相直接进入到塔中，无有效分离段，易带出游离态的磷，导致产品质量差；反应器内无磷泥过滤系统，运行一段时间后需停车清泥，连续运行时间短；外部循环冷却器中循环液含有黄磷，采用循环水冷却温度低于40℃，有可能造成黄磷凝固。采用循环水侧压力高于循环液压力，换热器发生漏液时循环水进入到反应设备中，水与三氯化磷反应发生超压爆炸，装置安全性低。

也有采用图1所示的三氯化磷生产工艺，熔融态的原料黄磷进入到黄磷静置槽3中，由黄磷输送泵4直接送至反应釜5，原料液氯进入到液氯汽化器1中，经加热后进入到氯气进料缓冲罐2中送至反应釜5。黄磷和氯气在反应釜三氯化磷母液中发生氯化反应。反应器出来的气相直接进入到洗磷塔6中，塔顶气相经塔顶冷凝器7和分离罐8，高纯度的三氯化磷一部分作为采出至三氯化磷计量罐10，一部分回流至洗磷塔内，将气相中游离的磷洗涤下来回流到反应釜中。该工艺中黄磷与氯气在反应釜内反应，反应热通过蒸发大量反应液，经塔顶冷凝器冷凝后移出，气相流量上升较大、易夹带黄磷，系统回流比较高，能耗较大，产能低。该工艺存在以下问题：1、黄磷直接由泵输送至反应釜中，由流量计直接测得流量，计量误差较大，精确度低，安全性差；2、液氯直接由热水进行加热汽化至指定温度，换热温差较大，氯气温度不宜控制，三氯化氮副产较多，氯气压力波动较大，安全性低。3、氯气与黄磷在反应釜内反应，反应热只能由塔顶冷凝器移除，洗磷塔回流＞5，能耗较高。4、反应釜中传质传热效率差，存在上升气相夹带黄磷问题。5、氯气黄磷进料配比不易控制，过量氯气产生五氯化磷^[3]，五氯化磷遇水反应剧烈，发生燃烧爆炸，系统安全性低。6、装置内无磷泥清理系统，生产周期短。7、装置单套产能低，采用多套重复模式，生产波动大，安全隐患较多，投资成本高。

参考文献：