一种制备碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯的等温合成方法技术

本发明专利技术公开一种制备碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的等温合成方法，属于有机合成技术领域，包括二氧化碳进料分配控制系统粗略控制等温反应器内各区域反应温度、移热等温控制器精准控制等温反应器内各区域反应温度，将反应器内各区域的反应温度均控制在催化剂的最优反应温度窗口内。采用本发明专利技术的碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯等温合成方法，等温反应器内部各处最大温度差小于5℃，反应温度区间窄、温度易于控制恒定，可有效避免反应器的超温超压，副反应产物少，粗产品易于精制，催化剂使用寿命长、催化剂损耗小，将具有广阔的应用前景。将具有广阔的应用前景。将具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯的等温合成方法


[0001]本专利技术涉及一种制备碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯的等温合成方法，属于有机合成


技术介绍

[0002]碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯均是重要的有机化学品，是生产锂离子电池电解液溶剂的重要原料，也是酯交换法制备碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯的重要原料。
[0003]通过二氧化碳与环氧乙烷或环氧丙烷直接催化加成反应，是制备碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的主要方法，主反应方程式为：
[0004]C2H4O(环氧乙烷)+CO2(二氧化碳)
→
C3H4O3(碳酸乙烯酯)
[0005]C3H6O(环氧丙烷)+CO2(二氧化碳)
→
C4H6O3(碳酸丙烯酯)
[0006]行业内，二氧化碳与环氧乙烷或环氧丙烷的加成反应一般采用均相催化剂，反应在2.0～5.5MPa、100～200℃条件下进行，不同催化剂所要求控制的反应温度区间不同。但此类催化剂对反应条件的要求非常苛刻，主要体现在其要求迅速地移出反应热，将反应温度控制在非常窄的窗口范围内，这主要是从以下几方面考虑：
[0007](1)一方面，该反应为体积缩小的强放热反应，但反应充分进行需要的停留时间较长。随着反应的进行，溶解有催化剂的反应液的温度急剧升高，催化剂极易失活、催化剂损耗量大；
[0008](2)另一方面，因原料中不可避免的含有少量水分等杂质，若不能及时移出反应热量，当温度偏离最佳反应温度窗口后，将催化副反应的进行导致大量副产物的生成，进而导致主产物收率和选择性降低、产物的分离精制难度增加。以环氧乙烷和二氧化碳为原料制备碳酸乙烯酯为例，副反应方程式为：
[0009]C2H4O(环氧乙烷)+H2O(水)
→
C2H6O2(乙二醇)
[0010]C2H4O(环氧乙烷)+C2H6O2(乙二醇)
→
C4H
10
O3(二乙二醇)
[0011]C2H4O(环氧乙烷)+C4H
10
O3(二乙二醇)
→
C6H
14
O4(三乙二醇)
[0012]C3H4O3(碳酸乙烯酯)+H2O(水)
→
C2H6O2(乙二醇)+CO2(二氧化碳)
[0013]其中，副产物二乙二醇与碳酸乙烯酯的沸点相当接近，相差仅为3℃，极易导致高纯度的碳酸乙烯酯产品指标不达标；
[0014](3)再者，环氧乙烷、环氧丙烷和二氧化碳的蒸汽压力对温度波动极其敏感，反应器内局部温度升高就将导致该区域反应液内溶解的环氧乙烷或环氧丙烷和二氧化碳迅速气化，破坏反应的有序进行，造成反应液返混、反应失控、反应器超温超压，甚至引发安全事故。
[0015]CN108484565B公开了一种生产碳酸酯的系统及利用该系统生产碳酸酯的方法。该专利技术设置第一鼓泡塔、第二鼓泡塔和换热器，通过换热器对反应循环物料进行冷却来移走反应热量，控制鼓泡塔内的反应温度。但该专利技术存在以下不足之处：为控制鼓泡塔出口端的反应物料温度不超温，仅能通过换热器对循环物料进行冷却，换热器出口的循环物料温度
低，鼓泡塔入口处的反应温度低，第一鼓泡塔和第二鼓泡塔内从入口端到出口端均存在较大温差、反应温度区间较宽，无法将整个反应过程的温度控制在最佳反应温度区间内，进而将导致碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的收率降低、反应副产物多，催化剂失活快、催化剂损失大。
[0016]CN209456353U公开了一种碳酸乙烯酯合成反应装置。该技术设置反应循环泵、循环液冷却器、循环液加热器，第一反应器底部通过循环液冷却器连接到第二反应器底部，循环液加热器的下端通过反应循环泵连接到循环液冷却器。该技术存在的不足之处是：第一反应器的循环液通过反应循环泵强制循环，一旦反应循环泵故障，反应热不能及时移出反应系统，将导致第一反应器和第二反应器超温超压，装置停车；在装置规模较大、反应器尺寸较高的情况下，第一反应器顶部与第一反应器底部的温差较大，不利于将反应温度控制在较窄的催化剂最佳反应温度窗口内，不利于减少反应副产物、提高碳酸乙烯酯的收率、延长催化剂的使用寿命。
[0017]因此，提供一种反应温度区间窄、温度易于控制恒定、有效避免反应器超温超压，副反应产物少，粗产品易于精制，催化剂使用寿命长的碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯等温合成方法，将具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0018]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的反应温度区间宽、反应器易超温超压、反应副产物多、粗产品难以精制合格、催化剂使用寿命短、催化剂消耗高的问题。
[0019]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种制备碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯的等温合成方法，该等温合成方法包括以下步骤：
[0020](1)环氧乙烷和/或环氧丙烷和催化剂经静态混合器混合均匀后，通入等温反应器上部；
[0021](2)二氧化碳经二氧化碳进料分配控制系统分配后，从等温反应器内置的每层二氧化碳分布器下方通入等温反应器；
[0022](3)分别调节等温反应器内置的每台移热等温控制器的冷媒用量，精准控制等温反应器内各区域反应温度均处于催化剂的最优反应温度窗口内；
[0023](4)反应产物从等温反应器底部排出，通入轻组分闪蒸罐进行闪蒸，脱除溶解在反应产物中的轻组分；
[0024](5)闪蒸后的反应产物从轻组分闪蒸罐底部排出，通入催化剂分离回收罐进行产物和催化剂的分离；
[0025](6)分离出的循环催化剂送回静态混合器，分离出的粗产品气通入粗产品冷凝器；
[0026](7)冷凝后的粗产品通入粗产品接收罐，最终送去精制生产高纯度的碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。
[0027]通过上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)通过二氧化碳进料分配控制系统调节通入等温反应器各区域的二氧化碳量，以粗略控制等温反应器内各区域的反应温度；通过调节等温反应器内置的每台移热等温控制器的冷媒用量，精准控制等温反应器内各区域反应温度均处于催化剂的最优反应温度窗口内；反应器内各区域最大温差小于5℃，实现等温反应；
[0029](2)反应产生的副产物少，碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的选择性高、收率高，因此原料消耗低，且有利于粗产品的进一步精制生产高纯碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯；
[0030](3)反应器的温度易于控制恒定，极大的减少了因反应器移热不及时导致的反应器超温超压甚至安全事故的发生。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的制备碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的等温合成系统的一种实施方式的示意图。
[0032]图2为本专利技术的等温反应器内的某一个区域的径向测温器和轴向测温器布置图。
[0033]附图标记说明
[0034]101.二氧化碳稳压罐，102.静态混合器，103.等温反应器，104.轻组分闪蒸罐，105.催化剂分离回收罐，106.粗产品冷凝器，107.粗产品接收罐，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯的等温合成方法，其特征在于，该等温合成方法包括以下步骤：(1)环氧乙烷和/或环氧丙烷和催化剂经静态混合器混合均匀后，通入等温反应器上部；(2)二氧化碳经二氧化碳进料分配控制系统分配后，从等温反应器内置的每层二氧化碳分布器下方通入等温反应器；(3)分别调节等温反应器内置的每台移热等温控制器的冷媒用量，精准控制等温反应器内各区域反应温度均处于催化剂的最优反应温度窗口内；(4)反应产物从等温反应器底部排出，通入轻组分闪蒸罐进行闪蒸，脱除溶解在反应产物中的轻组分；(5)闪蒸后的反应产物从轻组分闪蒸罐底部排出，通入催化剂分离回收罐进行产物和催化剂的分离；(6)分离出的循环催化剂送回静态混合器，分离出的粗产品气通入粗产品冷凝器；(7)冷凝后的粗产品通入粗产品接收罐，最终送去精制生产高纯度的碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。2.根据权利要求1所述的等温合成方法，其特征在于，所述二氧化碳进料分配控制系统与所述等温反应器内各区域的反应温度关联，通过调节进入各反应区域的二氧化碳量，粗略控制等温反应器内各区域反应温度均处于催化剂的最优反应温度窗口内。3.根据权利要求1或2所述的等温合成方法，其特征在于，所述等温反应器内部各处最大温度差小于5℃。4.根据权利要求1或2所述的等温合成方法，其特征在于，所述等温反应器内部各处最大温度差小于3℃。5.根据权利要求1所述的等温合成方法，其特征在于，所述催化剂为均相催化剂。6.根据权利要求1所述的等温合成方法，其特征在于，催化剂与环氧乙烷或环氧丙烷的重量比为1：500
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1000，优选为1：650
‑
800。7.根据权利要求1所述的等温合成方法，其特征在于，环氧乙烷或环氧丙烷的重量与二氧化碳总重量的比值为1：0.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄垒，燕高杰，李兵，冯晓领，邓逍坷，刘开友，
申请(专利权)人：山东麦杰斯技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：