用于六氟环氧丙烷合成的反应装置

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及用于六氟环氧丙烷合成的反应装置。

背景技术

六氟环氧丙烷（HFPO）是重要的含氟环氧化合物，由于其结构特有三元环所具有的化学活性，使其成为制备有机氟材料的重要原料，用于合成特种含氟化合物，如PPVE、PSVE、PEVE、PMVE，合成六氟丙酮、含氟表面活性剂、氟醚油等，在化工、航空航天、电子、医疗等领域应用非常广泛。

目前，制备六氟环氧丙烷的合成方法大都是以六氟丙烯作为起始原料，采用不同的氧化剂来制备六氟环氧丙烷，主要有H

分子氧液相氧化法制备六氟环氧丙烷的反应是在高压反应釜中进行。首先向反应釜中加入六氟环氧丙烷、溶剂等原料，然后再将温度上升至110℃以上，并通入氧气，反应在2.3MPa以上的压力下进行。由于反应在高温、高压的条件下进行，氧化反应过程中会产生大量的热量，而且反应温度越高，反应的速度就越快，单位时间放出的热量也会越多，若该热量未能及时有效移出反应系统，非常容易发生反应釜压力急剧上升导致反应釜爆炸。因此，现有技术在分子氧液相氧化制备六氟环氧丙烷的装置中，通常会在反应釜上端安装爆破片，当反应达到一定的温度和压力时，爆破片被爆破，高压反应釜内的压力迅速泄放，使得反应釜内迅速恢复常压，保障生产安全。如浙江大学陈志荣课题组，其使用1L高压反应釜来研究六氟丙烯氧化制备六氟环氧丙烷，其中在反应釜上端安装有一防爆装置，当反应压力超过标定压力时，防爆装置爆破，反应釜内压力迅速释放。

然而，在生产六氟环氧丙烷的反应釜上，使用爆破片来泄压虽然可以迅速降低反应釜内压力从而起到防爆作用，但仍然存在一些不足之处，例如，爆破片被爆破后，会有大量的物料介质从爆破口迅速泄出，造成物料无法回收利用，导致经济损失巨大，而且由于反应物料中有大量的酰氟类物质，该类物质毒性高，大量泄放后会对环境造成重大污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于六氟环氧丙烷合成的反应装置，该装置克服了现有技术中生产六氟环氧丙烷的反应釜上使用爆破片来泄压防爆所存在的上述缺陷，而提出了一种全新的、将爆破片与安全阀联合使用的方案，既可以起到防爆作用，又可以起到避免物料大量外泄的作用，从而避免了经济损失和环境污染。

本发明采用如下技术方案：

用于六氟环氧丙烷合成的反应装置，包括反应釜，所述反应釜上设置有爆破片和安全阀一，且所述安全阀一与所述爆破片串联，安全阀一位于爆破片的下游。

爆破片与安全阀都是压力容器和管道的重要超压保护装置，在保证压力容器及管道安全运行方面起着非常重要的作用。爆破片能在标定的温度和压力下爆破，超压时泄放压力，保障安全。安全阀是启闭件，阀瓣受外力作用(如重力或弹力)处于常闭状态，当设备和管道内的介质压力升高超过规定值时，安全阀打开，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值，压力下降到一定值，安全阀自动关闭。

在本申请的申请日之前，在分子氧液相氧化合成六氟环氧丙烷的反应装置中，尚无爆破片和安全阀联合使用的报道。

在分子氧液相氧化合成六氟环氧丙烷的反应中，按照行业一般规范，在该反应的反应釜上需要安装爆破片，这是因为：按照本领域对于六氟丙烯与氧气反应的理解，上述反应过程中存在发生爆炸的风险，因而在这种涉及到爆炸的情况下，本领域的惯用做法就是装爆破片，从而避免由于反应剧烈所带来的爆炸危险。这就导致，一直以来在分子氧液相氧化合成六氟环氧丙烷的反应釜上，始终都是单独安装爆破片来进行防爆。

通过进一步对现有技术进行检索也不难发现，现有技术中很少有尝试去对该反应体系的反应釜进行改进，这是因为在高温高压环境下，对反应釜的改进都必需是谨慎的，改动稍有不当，就有可能引起爆炸事故，从而不符合行业和工业规范。

本发明的发明人经过长期研究后发现，虽然在分子氧液相氧化制备六氟环氧丙烷的反应釜中使用爆破片能够起到防爆的作用，从而大大降低了反应发生爆炸所带来的危险，但使用爆破片同时也存在着诸多局限性和不足之处，例如，爆破片在瞬间高压的冲击下一旦发生爆破，爆破片通常无法复原，必须重新更换爆破片。爆破片的质量瑕疵也会导致爆破片意外破裂，导致事故发生，这种案例有很多。爆破片爆破的瞬间，由于高压的冲击作用，会导致反应釜内的大量物料介质向外泄放，从而导致反应釜中的反应原料和产品无法得到回收和利用，物料介质的大量泄放一方面会造成经济损失，另一方面，更为重要的是，包含反应物、反应过程中生成的中间产物、副产物以及产物的物料介质通常还可能会有毒性，从而会对环境造成重大污染。

基于上述研究发现，本发明的发明人仔细分析了分子氧液相反应合成六氟环氧丙烷反应爆炸的原因发现：以六氟丙烯为原料、通过分子氧液相氧化合成六氟环氧丙烷反应，虽然有爆炸的风险，但是这一爆炸并不是化学反应或者可燃物质导致的爆炸，而是由于在反应过程中的急剧放热引起压力急剧上升所导致的爆炸，也就是说上述爆炸过程中实质上是一种高压的瞬间释放过程。因此，现有技术中在反应釜上设置爆破片，当反应釜内压力达到预设值时，爆破片被冲破，反应釜内的高压瞬间释放，爆炸风险自此消除，但现有技术仅仅只是意识到利用防爆片来消除爆炸的风险，但并未意识到如何在消除爆炸风险的同时，减少反应物料的损失以及对环境造成重大污染。由此，在分析了该反应的爆炸原因之后，本发明的发明人认为，在合成六氟环氧丙烷的反应釜上安装爆破片的基础上，进一步安装与爆破片联合使用的安全阀，不仅能够消除爆炸的风险，还能最大限度降低反应物料的损失以及对于环境造成的重大污染。

在本发明中，安全阀一与爆破片联合使用，当反应釜内压力上升至爆破片的标定压力时，爆破片发生爆破，进行泄压；与此同时，位于爆破片下游的安全阀接收到压力，如果接收到的压力超过安全阀一的标定压力时，安全阀由关闭状态变成开启状态，释放压力，随着压力在管道内迅速的下降，当压力再次回到安全阀的标定压力时，安全阀自动关闭，重新完成反应釜的封闭，此时反应釜内的物料不会再外泄，从而可以大大减少物料的泄漏，降低了经济损失，减少了对环境的污染。

在本发明中，根据安全阀一与爆破片组合后所需要达到的一个目的，将安全阀一与爆破片以串联的方式安装，爆破片安装在安全阀一上游，这种安装方式下，爆破片对安全阀起保护作用，安全阀也可使容器继续运行，同时可降低因爆破片的破裂而损失大量的工艺物料。

作为优选，安全阀一的设定压力为4.7MPa，且爆破片的标定爆破压力与安全阀一的设定压力相同。

作为优选，在爆破片与安全阀一之间设置有压力表一。

作为优选，该反应装置还包括一个缓冲罐，该缓冲罐连通安全阀一出口。缓冲罐给经过安全阀一释放出来的压力提供一个缓冲，使其迅速降低，而且物料留存在缓冲罐内，不会泄漏出去。为了达到更好的减压效果，在缓冲罐的外设置夹层，夹层内循环流通冷却介质，对缓冲罐进行降温，保证低温的缓冲环境，更有利于减压。夹层开有进口和出口，供冷却介质进、出，冷却介质可以是冷却水或者其它可用于降温的液体介质。

作为优选，该反应装置还包括消毒装置，设置于缓冲罐下游，与缓冲罐的顶部通过管道进行连通，当缓冲罐内压力仍然处于高位，此时，需要对缓冲罐内的压力进行进一步减小，以保证缓冲罐的使用安全，消毒装置一方面用于对缓冲罐压力进行进一步降低，另一方面，对释放物质进行消毒，并最终实现无毒释放或收集。在分子氧液相反应合成六氟环氧丙烷反应中，消毒装置主要是对泄漏出来的反应物料中大量的酰氟类物质进行快速分解，消除酰氟类物质毒性。

作为优选，在所述缓冲罐的出口设置有安全阀二。当爆破片被高压爆破，安全阀一的阀门打开，泄漏物料进入到缓冲罐，缓冲罐压力上升，当罐内压力超过安全阀二的设定压力，缓冲罐的阀门打开，气相物料进入到消毒装置进行消毒。

进一步地，安全阀二的设定压力为2MPa。

作为优选，在所述缓冲罐上设置有压力表二，实时监测缓冲罐内的压力值。

作为优选，所述消毒装置为一个喷淋塔，喷淋塔内腔上部设置有喷淋头，当缓冲罐内压力过大至安全阀二开启，气相物料进入到喷淋塔内，启动喷淋，酰氟类的物质遇到水分解，消除毒性。

作为优选，所述消毒装置为一个喷淋塔，在所述喷淋塔的底部连通有水蒸气供给管道，水蒸气消毒方式，对泄漏出来的酰氟类物质进行消毒，酰氟类的物质遇到水分子后，就会很快发生分解，毒性就减低了。借助水蒸气的上行，可以分散排出的物料，促使排出的物料与水接触更充分，酰氟类的物质分解也更充分。

上述喷淋与蒸汽两种消毒方式，可以单独使用，也可以联用，采用水蒸汽和水喷淋的联用方式进行消毒效果更好。

作为优选，在喷淋塔上设置有压力表二，监控喷淋塔内压力。

作为优选，该反应装置还包括一个连锁装置，所述连锁装置根据反应系统内压力控制消毒装置的启停。这里所说到的反应系统压力可以是缓冲罐内的压力，也可以是喷淋塔内的压力，当缓冲罐内压力达到一定值或者喷淋塔内的压力达到一定值，启动连锁装置，触发消毒装置运行，实施消毒。

作为优选，所述喷淋塔的底部连通有收集罐，对喷淋废液进行收集处理。

综上所述，本发明针对分子氧液相氧化合成六氟环氧丙烷这一反应的特点，针对性地对反应釜的防爆结构进行改进，克服了现有技术中认为该反应釜上只能使用爆破片的技术偏见，创造性地在反应釜上将爆破片和安全阀串联使用，并同时配合缓冲罐和“消毒装置”，三者联合使用，既能达到防爆的效果，又能避免物料的外泄，并对外排物料进行解毒，可有效避免物料损失、环境污染等问题。

附图说明

附图1为本发明一实施例所示反应釜的结构示意图。

附图2为本发明一实施例所示反应装置的结构示意图。

附图3为本发明另一实施例所示反应装置的结构示意图。

图中，10-反应釜，20-爆破片，30-安全阀一，40-压力表一，50-喷淋塔，501-水蒸气进入口，502-喷淋头，503-压力表三，60-缓冲罐，70-安全阀二，80-收集罐，90-压力表二。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本下述实施例中，未标注具体结构或型号的设备、部件通常选用化工领域常规的设备或部件，未标注具体连接方式的通常为化工领域常规的连接方式或厂家建议的连接方式。

实施例

一种用于六氟环氧丙烷合成的反应装置，如附图1所示，具体包括反应釜10，在反应釜10内，采用分子氧液相反应，以六氟丙烯和氧气作为原料，合成六氟环氧丙烷。为了防止在反应过程中发生爆炸事故，本实施例在反应釜10的顶部安装防爆管，防爆管通过法兰与反应釜10的顶部相连，方便安装和拆卸，且保证连接强度。防爆管中设置爆破片20和安全阀一30，安全阀一30位于爆破片20的下游，且具有间隔空间。在安全阀一30与爆破片20之间安装有压力表一40。在安全阀一30的出口连接有输送管，连通至泄漏物料回收容器（图中未示出）。

在另一具体实施方式中，在安全阀一30的出口通过管道连通到一个缓冲罐60，参见附图2，一般情况下，缓冲罐60为一个空罐，在安全阀一30被打开进行卸料时，缓冲罐接收泄出来的物料，同时反应釜内压力快速降低，保证物料不外泄。在缓冲罐60上装有压力表二90，监测缓冲罐60内的压力大小。

在另一具体实施方式中，试图用低温来进一步降低压力，在缓冲罐60的外部设置夹层，夹层内可以循环通入冷却介质。

在另一具体实施方式中，在缓冲罐60的下游连通有一个消毒装置，参见附图3所示，在缓冲罐60与消毒装置之间的连通管道上安装有安全阀二70。在本实施方式中，消毒采用的是水蒸气消毒方式，采用一个喷淋塔50，喷淋塔50连通水蒸气发生装置，水蒸气进入口501位于喷淋塔50的下部。泄漏物料的物料入口位于水蒸气喷头上方。物料在下落过程中，与水蒸气相遇，酰氟类物质快速发生分解，消除酰氟类物质的毒性。

在另一具体实施方式中，在喷淋塔50上安装有压力表三503，压力表三503的压力反馈到水蒸汽启动切断阀的控制系统，当喷淋塔50压力达到设定值，例如达到0.01MPa时，喷淋塔50蒸汽气动切断阀和水喷淋切断阀自动开启，对泄露的气体消毒。

在另一具体实施方式中，在喷淋塔50的底部还连通有一个收集罐80，参见附图3所示，该收集罐80用于对喷淋产生的废液进行收集。

在另一具体实施方式中，在消毒装置上增加喷淋水，与水蒸气进行配合，进一步解毒和冷却。具体地参见附图3，在喷淋塔50的顶部安装喷淋头502，连通喷淋用水。喷淋塔50上压力表二503的压力反馈到水蒸汽启动切断阀和水喷淋切断阀的控制系统，当喷淋塔50内压力超过设定值，水蒸汽启动切断阀和水喷淋切断阀自动开启，对泄漏的物料进行消毒。在本实施方式中，消毒采用的是水蒸气和水喷淋相结合的消毒方式。泄漏物料的物料入口位于水蒸气喷头上方、水喷淋头502下方。当消毒装置内压力超过设定值，水蒸汽启动切断阀和水喷淋切断阀自动开启，对泄漏的物料进行稀释吸收。相比单独使用水蒸气进行消毒，效果更好。

在另一具体实施方式中，还具有一个连锁装置，关联缓冲罐60内压力与消毒装置的启停。连锁装置包含有一个数控室，接收缓冲罐60内压力信号，并将信号传至消毒装置启停的控制系统，由此，控制消毒装置的启停。当爆破片20被高压爆破，安全阀一30打开，泄出的物料排进缓冲罐60，此时，随着物料排出量的增大，缓冲罐60内压力逐渐上升，当缓冲罐60内压力值高于安全阀二70的标定压力，连锁装置接收到这一信号，立即触发消毒装置，气动控制喷淋塔50蒸汽气动切断阀和水喷淋切断阀的开启，可以蒸汽和喷淋两个同时开启，或者择一开启，实施消毒。连锁装置还可以设定预先启动，可以通过启动压力略低于安全阀二70的标定压力来实现，在物料达到消毒装置之前，提前开启蒸汽和喷淋，使得消毒更充分。

在另一具体实施方式中，还将喷淋塔50内压力的大小与消毒装置的启停通过连锁装置关联起来，当喷淋塔50压力达到某一值，例如0.01MPa时，连锁装置触发喷淋塔50蒸汽气动切断阀和水喷淋切断阀自动开启，开始喷淋消毒。这一设置，是考虑到安全阀二70本身具有泄漏风险，为了防止缓冲罐60内有部分物料泄漏进入到喷淋塔50内，而此时安全阀二70并未开启，不会触发消毒装置的开启，仅将消毒装置的开启与缓冲罐60内压力关联，并不能确保对安全阀二70泄漏出的物料进行消毒。

本实施例中，在喷淋塔50的底部还连通有一个收集罐80，对喷淋产生的废液进行收集。