摘要：论文主要介绍甲苯二异氰酸酯光气化生产工艺，介绍了甲苯二异氰酸酯的性能、主要用途，对甲苯二异氰酸酯的生产工艺流程和工艺原理进行了说明，阐述甲苯二异氰酸酯生产过程中的注意事项及“三废”治理等。
1 引言
甲苯二异氰酸酯是聚氨酯塑料的主要原料之一，性能优异，用途广泛;用于轻工、建筑、汽车、机电等行业的聚氨酯制品需求增长很快，聚氨酯软泡主要用于沙发、床垫、垫材等家具行业，弹性体主要应用于汽车工业、建筑业、油田、冶金、纺织工业等，合成革浆料主要应用领域是鞋类、箱包、沙发、汽车座椅等，胶粘剂主要分为鞋用胶、复合薄膜胶、通用胶、密封剂等，涂料主要用于木器家具漆、地板漆等;聚氨酯纤维和皮革及织物涂饰剂也是甲苯二异氰酸酯的应用之[1]。
2 主要物料性质
2.1 甲苯-2,4-二异氰酸酯性质
中文名：甲苯-2,4-二异氰酸酯。
英文名：Toluene-2,4-diisocyanate;2,4-Tolylene diisocyanate
分子式：C9H6N2O2
分子量：174.16
外观与性状：无色到淡黄色透明液体
主要用途：用于有机合成、生产泡沫塑料、涂料和用作化学试剂
熔点(℃)：13.2
相对密度(水=1)：1.22
沸点(℃)：118/1.33kPa
相对密度(空气=1)：6.0
饱和蒸气压(kPa)：1.33/118℃
溶解性：溶于丙酮、醚
燃烧性：可燃
建规火险分级：丙;闪点(℃)：121
爆炸下限(V%)：0.9;爆炸上限(V%)：9.5
危险特性：遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。遇水或水蒸气分解放出有毒的气体。若遇高热可发生剧烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。
燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳、氧化氮、氰化氢
稳定性：稳定
避免接触的条件：受热、接触潮湿空气
聚合危害：不能出现
禁忌物：强氧化剂、水、醇类、胺类、酸类、强碱
灭火方法：泡沫、砂土、干粉、二氧化碳。禁止使用酸碱灭火剂。
健康危害：本品具有明显的刺激和致敏作用。高浓度接触直接损害呼吸道粘膜，发生喘息性支气管炎，表现有咽喉干燥、剧咳、胸痛、呼吸困难等。重者缺氧紫绀、昏迷。可引起肺炎和肺水肿。蒸气或雾对眼有刺激性;液体溅入眼内，可能引起角膜损伤。液体对皮肤有刺激作用。口服能引起消化道的刺激和腐蚀[2]。
2.2 工艺原理
MTD+COCL2→胺基甲酰氯+2HCL (1)
胺基甲酰氯→甲苯二异氰酸酯+2HCL (2)
MTD+2HCL←→胺的盐酸盐 (3)
胺的盐酸盐+COCL2→甲苯二异氰酸酯+HCL (4)
甲苯二异氰酸酯+MTD→脲 (5)
脲+甲苯二异氰酸酯→缩二脲 (6)
反应(1)和(2)是甲苯二异氰酸酯生成的主要反应，胺的盐酸盐是不溶性固体，它可以在较高的温度下进一步反应生成甲苯二异氰酸酯和HCL,但反应速度较慢，反应(5)(6)都是副反应，是甲苯二异氰酸酯收率降低的主要原因。由于甲苯二异氰酸酯反应的复杂性，光气化必须遵循的工艺条件如下。
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光气中氯气要严格控制，氯气会和甲苯二异氰酸酯反应生成副产物。甲苯二异氰酸酯浓度过高副反应增加，因此，应采用甲苯二异氰酸酯低浓度。物料要搅拌分散良好，以防MTD或甲苯二异氰酸酯局部过剩，副反应加剧。系统压力能满足光气溶解即可，过高影响胺基甲酰氯的分解。系统不能有水，水会和甲苯二异氰酸酯反应生成脲类化合物。副反应的进行速度随着MTD浓度的增加而提高，因此，要采用大量ODCB稀释反应物[3]。
2.3 工艺流程
MTD首先进行干燥处理，由储槽来的MTD和ODCB先进行混合，然后进入干燥塔，干燥塔在真空条件下操作，釜液在塔底循环，循环液经过再沸器加热，水在塔顶经冷却器进行冷凝，水定期进行排放。
经过脱水后的MTD在混合器中与大量ODCB进行混合，混合液进入系统后，快速分散于回路中的循环物料中，循环物料与过量的光气反应生成甲苯二异氰酸酯，回路当中有加热器进行加热控制物料温度，由分离器出来的气相进入冷凝器冷却，不凝气体经分离器进入光气吸收塔进行吸收，HCL气体送去盐酸吸收装置进行吸收，反应后的物料进入脱气系统，经再沸器加热后与循环物料一起进入脱气塔，经分离器分离后气相从塔顶进行冷凝，液相在塔中停留，使胺的盐酸盐转化成甲苯二异氰酸酯。来自脱气工序的物料仍含有ODCB、光气、甲苯二异氰酸酯和HCL，HCL需要在气提塔中进一步脱除，脱除HCL的物料进入脱ODCB塔、脱焦塔后进入精制系统进一步提纯，生产出合格的甲苯二异氰酸酯[4]。
压缩系统由压缩机、分离器、冷凝器、密封罐组成，由冷却器来的气体先进入压缩机，气体提压后进入分离器分离，分离系统出来的光气进入光气吸收塔进行吸收，气相HCL经HCL排气冷却器冷却后进入去吸收塔吸收成稀盐酸[5]。
碱破坏装置负责处理系统排出的有毒废气，系统产生的废渣进行焚烧，废水送去污水处理工序进行净化，合格后进行排放，保证装置的安全、环保。
3 主要设备的设计与选型
3.1 光气化反应器
可采用一节直管道，在管道中上部有三根互成角度的喷管，管上均匀分布小孔，溶解了光气的循环物料由底部进入，物料从喷管进入反应器，迅速与循环物料混合，瞬间完成反应[6]。
3.2 脱气塔和干燥塔
脱气塔的作用是将胺的盐酸盐进行转化，内部有一旋风分离器，液体沿器壁经锥体留下，气体由分离内桶排除，脱气塔的下部要有足够大的空间，保证物料在脱气塔内停留足够的时间，由于胺的盐酸盐有很强的腐蚀性，因此应选用耐磨耐腐蚀的高材质合金。
干燥塔利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部分汽化并使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分的分离。是一种传质分离的单元操作，将MTD和ODCB中的水分进行脱除，从而达到物料干燥的目的，同时采用了水在不同压力下沸点不同的原理，干燥塔采用真空条件下操作，使溶液在加热到较低的温度下即可将水分蒸发分离出去，使操作更简单，能耗更低。光气化反应采用化学反应动力学原理，将光气过量，从而加快主反应进行，提高温度获得较快反应速率，有利于甲苯二异氰酸酯的生成和抑制胺的盐酸盐的生成。脱气工序采用不同压力下沸点不同，在较低的压力下，有利于胺的盐酸盐进行分解，同时采用化学反应动力学原理，提高温度有利于分解反应的进行。HCL气体工序采用不同压力、不同温度下气体的溶解度不同，采用低压力、高温度的条件，将溶液中的光气和HCL进行脱出，根据蒸馏原理，溶液喷淋而下与底部上升气相接触，气体被汽提出来。根据不同温度下气体的溶解度不同，将光气在低温下溶解于溶剂当中，同时根据不同气体在不同介质中的溶解度不同，将光气溶解在易于溶解的溶剂中，达到良好吸收的目的，根据不同气体在不同温度下的沸点不同，对混合气体进行冷却分离[7]。
3.3 HCL解析塔
HCL解析塔是一台普通填料塔，从脱气来的物料进入上部进入分配盘，均匀地喷淋到填料床，上升气从塔顶去脱气冷凝器，对该设备的要求是耐HCL腐蚀，采用耐热耐蚀的高材质合金。——论文作者：刘震
