一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统及其应用，涉及催化合成技术领域，该系统包括二氧化碳供给装置、氧化剂供给装置、烯烃供给装置、催化剂混合搅拌釜，所述二氧化碳供给装置的输出端和氧化剂供给装置的输出端连通后与反应器侧壁下部连通，所述烯烃供给装置的输出端和催化剂混合搅拌釜的输出端连通后与反应器侧壁上部连通，所述反应器的顶部与尾气排放管路连通，其底部与第一精馏塔侧壁中部连通，所述第一精馏塔的底部与第二精馏塔侧壁中部连通，所述催化剂混合搅拌釜内存储有由金属卟啉配合物及助催化剂构成的混合物。本发明专利技术反应条件温和，催化剂制备简便、催化剂用量少，并以高转化率和高选择性得到目标产物环碳酸酯。

【技术实现步骤摘要】
一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统及其应用
本专利技术涉及一种催化物合成
，具体为一种环碳酸酯的合成系统和方法。
技术介绍
工业化生产碳酸乙烯酯的传统方法包括酯交换法、光气法、乙烯和二氧化碳合成法、卤代醇法、环氧乙烷和二氧化碳合成法以及尿素法等。目前采用最多的是光气法和环氧乙烷法制备。光气法是最早被用于工业化生产环碳酸酯的方法(广东化工,2019,46,66-68)，由于该反应过程释放酸，对设备腐蚀严重，对环境造成严重污染，不符合绿色化工要求而被淘汰。当前，工业上主要以季铵盐为催化剂，以环氧化物与二氧化碳为原料，通过环加成反应制备环碳酸酯(石化技术,2015,12,145-149；安徽化工,2003,04:25-26)。虽然该工艺不会对环境造成严重影响，但其反应条件苛刻(170～200℃，6.5～8MPa)，设备成本高、能耗大。并且，环氧化物通常由烯烃环氧化制备，其分离纯化过程使工艺流程复杂化，大大增加生产成本。因此，研究学者们期望能够以价廉易得的烯烃为原料，与二氧化碳反应直接合成环碳酸酯。该反应具有原子经济、能量节约且环境友好的特点，但是，目前开发的方法仍存在生产设备复杂、成本高、反应条件苛刻、催化剂与产物分离困难、有机溶剂使用量大等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统及其应用，以解决现有技术中环碳酸酯生产设备复杂、成本高等的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统，该系统包括二氧化碳供给装置、氧化剂供给装置、烯烃供给装置、催化剂混合搅拌釜，所述二氧化碳供给装置的输出端和氧化剂供给装置的输出端连通后与反应器侧壁下部连通，所述烯烃供给装置的输出端和催化剂混合搅拌釜的输出端连通后与反应器侧壁上部连通，所述反应器的顶部与尾气排放管路连通，其底部与第一精馏塔侧壁中部连通，所述第一精馏塔的底部与第二精馏塔侧壁中部连通，所述第二精馏塔顶部与产品收集装置的输入端连接，其底部与循环催化剂储罐的输入端连通，循环催化剂储罐的输出端与催化剂混合搅拌釜的输出端连通，所述催化剂混合搅拌釜内存储有由金属卟啉配合物及助催化剂构成的混合物。进一步，所述催化剂混合搅拌釜内金属卟啉配合物的量与底物的摩尔比为0.01％～0.5％，金属卟啉配合物与助催化剂的摩尔比为0.1～5:1。进一步，氧化剂供给装置内存储的氧化剂具体为氧气。进一步，所述反应器具体为鼓泡塔反应器，所述第一精馏塔和第二精馏塔分别为填料塔、板式塔、填料-板式混合塔中的一种。本专利技术还提供一种利用上述系统进行环碳酸酯生产的方法，该方法包括：首先开启二氧化碳供给装置输出二氧化碳置换系统内的空气，然后开启催化剂混合搅拌釜将其内摩尔比为0.1～5:1的金属卟啉配合物与助催化剂充分混合后获得混合催化剂，开启烯烃供给装置将其内的烯烃与混合催化剂同步输入到反应器内，且金属卟啉配合物的量与底物的摩尔比为0.01％～0.5％，随后二氧化碳供给装置、氧化剂供给装置分别输出压强为0.1～5MPa的氧气和0.1～10MPa的二氧化碳至反应器内，25～150℃反应0.5～24h后降温泄压，反应器内液相物流送入第一精馏塔，第一精馏塔操作压力为常压，利用蒸汽进行直接加热，操作温度为50～140℃，其顶部设冷凝冷却器，轻组分从塔顶流出，其内液相物流送入第二精馏塔，进行减压蒸馏，操作温度为50～150℃，其顶部采出环碳酸酯产品进入与产品收集装置，其内底部残留物流入循环催化剂储罐存储并循环进入反应器继续催化反应。其中，烯烃与二氧化碳和氧气经催化剂混合物催化反应生产环碳酸酯的反应式具体为：烯烃与CO2一步制备环碳酸酯反应式。其中，式中R4、R5独自地选自氢、烷基、烷氧基、芳基、酯基；或R4、R5独自地选自烷基、烷氧基，且R4、R5与它们所连接的原子可形成环。在本专利技术中金属卟啉配合物具有下式所示结构：其中，四齿配位金属卟啉配合物meso位苯环上R1、R2、R3分别选自氢、卤素、脂肪族基团、取代的脂肪族基团、硝基或者氨基中的任意一种基团；所述的X为卤基、-NO3、CH3COO-、-CO、CF3COO-、ClO4、-CN、-BF4中任意一种；所述的金属离子为Fe、Mn、Ru、Co中任意一种；所述助催化剂具体为一系列基于吡啶及其衍生物和含氮有机碱的质子型和非质子型离子液体中一种。进一步，所述金属卟啉配合物催化剂具体为四苯基金属卟啉配位化合物。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术提供了一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统及其应用，以价廉易得的烯烃及二氧化碳为原料，在温和的条件下制备环碳酸酯；将环氧化反应与环氧化物和CO2的环加成反应在一锅中进行，实现了过程集成，简化了反应体系，降低了生产成本，实现了工业化生产。附图说明图1为助催化剂结构示意图；图2为实施例中助催化剂的化学结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本实施例中合成环碳酸酯的具体反应式为：具体的步骤为将末端烯烃、金属卟啉配合物催化剂以及助催化剂加入反应器中，通入二氧化碳及氧气/空气，反应温度为25～150℃，反应0.5～10h，其反应式为式1，为烯烃与CO2一步制备环碳酸酯反应式。其中，式中R4、R5独自地选自氢、烷基、烷氧基、芳基、酯基；或R4、R5独自地选自烷基、烷氧基，且R4、R5与它们所连接的原子可形成环。金属卟啉配合物具有下式所示结构：其中，四齿配位金属卟啉配合物meso位苯环上R1、R2、R3选自氢、卤素、脂肪族基团、取代的脂肪族基团、硝基或者氨基等基团；所述的X为卤基、-NO3、CH3COO-、-CO、CF3COO-、ClO4、-CN、-BF4等；所述的金属离子为Fe、Mn、Ru、Co等；而本专利技术中助催化剂具体为一系列基于吡啶及其衍生物和含氮有机碱的质子型和非质子型离子液体中的一种，具体结构式如图2。为了提供一种简单的制备环碳酸酯的方法，本专利技术利用上述反应原理提供了一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统，结合图1，该系统包括二氧化碳供给装置1(能够稳定输出二氧化碳的装置)、氧化剂供给装置2(能够稳定输出氧气的装置)、烯烃供给装置3(能够稳定输出烯烃的装置)、催化剂混合搅拌釜4(用于混合金属卟啉配合物及助催化剂)，所述二氧化碳供给装置1的输出端和氧化剂供给装置2的输出端连通后与反应器5侧壁下部连通，所述烯烃供给装置3的输出端和催化剂混合搅拌釜4的输出端连通后与反应器5侧壁上部连通，所述反应器5的顶部与尾气排放管路连通，其底部与第一精馏塔6侧壁中部连通，所述第一精馏塔6的底部与第二精馏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统，其特征在于，该系统包括二氧化碳供给装置、氧化剂供给装置、烯烃供给装置、催化剂混合搅拌釜，所述二氧化碳供给装置的输出端和氧化剂供给装置的输出端连通后与反应器侧壁下部连通，所述烯烃供给装置的输出端和催化剂混合搅拌釜的输出端连通后与反应器侧壁上部连通，所述反应器的顶部与尾气排放管路连通，其底部与第一精馏塔侧壁中部连通，所述第一精馏塔的底部与第二精馏塔侧壁中部连通，所述第二精馏塔顶部与产品收集装置的输入端连接，其底部与循环催化剂储罐的输入端连通，循环催化剂储罐的输出端与催化剂混合搅拌釜的输出端连通，所述催化剂混合搅拌釜内存储有由金属卟啉配合物及助催化剂构成的混合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统，其特征在于，该系统包括二氧化碳供给装置、氧化剂供给装置、烯烃供给装置、催化剂混合搅拌釜，所述二氧化碳供给装置的输出端和氧化剂供给装置的输出端连通后与反应器侧壁下部连通，所述烯烃供给装置的输出端和催化剂混合搅拌釜的输出端连通后与反应器侧壁上部连通，所述反应器的顶部与尾气排放管路连通，其底部与第一精馏塔侧壁中部连通，所述第一精馏塔的底部与第二精馏塔侧壁中部连通，所述第二精馏塔顶部与产品收集装置的输入端连接，其底部与循环催化剂储罐的输入端连通，循环催化剂储罐的输出端与催化剂混合搅拌釜的输出端连通，所述催化剂混合搅拌釜内存储有由金属卟啉配合物及助催化剂构成的混合物。


2.根据权利要求1所述的一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统，其特征在于，所述催化剂混合搅拌釜内金属卟啉配合物的量与底物的摩尔比为0.01％～0.5％，金属卟啉配合物与助催化剂的摩尔比为0.1～5:1。


3.根据权利要求2所述的一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统，其特征在于，氧化剂供给装置内存储的氧化剂具体为氧气。


4.根据权利要求3所述的一种烯烃直接制备环碳酸酯的生产系统，其特征在于，所述反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治国，产圣，易敏，郑学根，陈静雯，杨森，鲍宗必，任其龙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：北京;11