一种碳酸亚乙烯酯的合成方法技术

本发明专利技术提供一种碳酸亚乙烯酯的合成方法，属于碳酸亚乙烯酯合成领域。所述碳酸亚乙烯酯的合成方法，由以下步骤组成：预热、闪蒸、脱氢、分离。本发明专利技术的碳酸亚乙烯酯的合成方法，有效避免现有的碳酸亚乙烯酯生产过程中，三乙胺与碳酸亚乙烯酯进一步反应生成聚合物，而导致碳酸亚乙烯酯损失和收率降低的问题；避免在碳酸亚乙烯酯粗精馏过程中，产生焦油状或沥青状聚合物，并沉积于粗精馏设备底部，降低精馏传热效率的问题；以及在满足大规模工业化生产要求的同时，实现碳酸亚乙烯酯的连续化生产。实现碳酸亚乙烯酯的连续化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸亚乙烯酯的合成方法


[0001]本专利技术涉及碳酸亚乙烯酯合成领域，尤其是涉及一种碳酸亚乙烯酯的合成方法。

技术介绍

[0002]碳酸亚乙烯酯（Vinylene Carbonate）又称1,3
‑
二氧杂环戊烯
‑2‑
酮、乙烯碳酸酯，化学式为C3H2O3，为无色透明状液体，是锂离子电池新型有机成膜添加剂与过充电保护添加剂。随着锂离子电池技术的不断发展及应用，对锂离子电池的性能要求也越来越高。为了满足终端用户的需求，在锂离子电池电解液中使用添加剂用来提高锂离子电池的性能是一种重要的解决方案。碳酸亚乙烯酯（简称VC）能够显著提高电池的初始容量，并改善锂离子二次电池充放电效率和循环特征，增强锂电池的使用安全性，提高锂电池的使用寿命。
[0003]目前碳酸亚乙烯酯的生产方法主要原理都是相同的，都是以碳酸乙烯酯为原料，在紫外光照射环境下,与氯气发生反应，合成氯代碳酸乙烯酯；然后在有机溶剂中，氯代碳酸乙烯酯与三乙胺进行反应，脱去氯化氢，生成碳酸亚乙烯酯粗品；然后对得到的碳酸亚乙烯酯粗品进行精馏提纯，最终制得纯度较高的碳酸亚乙烯酯。
[0004]工业生产中，常用的碳酸亚乙烯酯合成方法如下：1、在溶剂中，三乙胺（TEA）和氯代碳酸乙烯酯（CEC）反应，氯代碳酸乙烯酯（CEC）脱去氯化氢，生成碳酸亚乙烯酯（VC）。混合物通过过滤等方法除去不溶的三乙胺盐酸盐，得到含碳酸亚乙烯酯（VC）和溶剂的碳酸亚乙烯酯粗品；2、前述制得的碳酸亚乙烯酯粗品依次通过粗精馏、精馏等处理，除去溶剂和未反应的原料及其他副产物等，得到纯度较高的碳酸亚乙烯酯（VC）。
[0005]专利技术人经研究发现，三乙胺与氯代碳酸乙烯酯反应是典型的脱卤化氢反应，但在反应过程中，三乙胺会和生成的碳酸亚乙烯酯（VC）进一步反应生成聚合物，而导致碳酸亚乙烯酯（VC）的损失和收率的降低。
[0006]同时，在进行碳酸亚乙烯酯（VC）的粗精馏过程中，需在负压环境下，且在较高温度、较长时间条件下，将碳酸亚乙烯酯（VC）汽化后冷凝收集。而在此条件下，碳酸亚乙烯酯（VC）会产生一部分聚合程度不同、呈现焦油状或沥青状的聚合物。特别是在粗精馏工序的后期，粗精馏设备底部会形成粘度较大、数量较多的沥青状聚合物(主要是VC的聚合物)，其不仅影响碳酸亚乙烯酯的纯度，还严重影响精馏设备内壁的传热效率，最终导致精馏工序总传热效率下降。
[0007]进一步的，现有的碳酸亚乙烯酯工业化生产工艺均为间歇式生产工艺，无法在满足大规模工业化生产要求的同时，实现碳酸亚乙烯酯的连续化生产。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种碳酸亚乙烯酯的合成方法，有效避免现有的碳酸亚乙烯酯生产过程中，三乙胺与碳酸亚乙烯酯进一步反应生成聚合物，而导致碳酸亚乙烯酯损失和收率降低的问题；避免在碳酸亚乙烯酯粗精馏过程中，产生
焦油状或沥青状聚合物，并沉积于粗精馏设备底部，降低精馏传热效率的问题；以及在满足大规模工业化生产要求的同时，实现碳酸亚乙烯酯的连续化生产。
[0009]为解决以上技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种碳酸亚乙烯酯的合成方法，由以下步骤组成：预热、闪蒸、脱氢、分离。
[0010]所述预热，将碳酸乙烯酯和混合溶剂混合均匀后，预热至100
‑
150℃，保温，制得预热液；所述预热中，碳酸乙烯酯和混合溶剂的体积比为1:3
‑
4。
[0011]所述闪蒸，在闪蒸压力为5
‑
30kPa条件下，对预热液进行闪蒸处理，制得原料蒸气物料流。
[0012]所述脱氢，原料蒸气物料流流经装填有脱氢催化剂的固定床反应器的脱氢反应区，控制原料蒸气物料流在固定床反应器的脱氢反应区内的停留时间为15
‑
20s，控制固定床反应器的脱氢反应区内温度为300
‑
500℃，压力为500
‑
2000Pa进行脱氢反应，制得含有碳酸亚乙烯酯、氢气和混合溶剂的产物蒸气物料流；所述产物蒸气物料流经冷凝制得碳酸亚乙烯酯、混合溶剂的混合物；所述脱氢中，控制产物蒸气物料流流出固定床反应器的速度为200
‑
300mL/h。
[0013]所述脱氢催化剂的制备方法为，将沸石分子筛HZSM
‑
5、拟薄水铝石、钛铁粉、田菁粉球磨均匀，制得球磨物；球磨物与硝酸混合均匀后，经捏合、挤条，制得条状物；条状物经干燥、焙烧，制得焙烧物；将焙烧物浸渍至至3
‑
5倍体积的负载液中，浸渍3
‑
5h后，滤出，110
‑
130℃保温干燥1
‑
2h后，450
‑
550℃焙烧3
‑
5h，制得脱氢催化剂；所述沸石分子筛、拟薄水铝石、钛铁粉、田菁粉的重量份比值为8
‑
10:2
‑
3:0.8
‑
1:0.5
‑
0.7。
[0014]所述硝酸的浓度为30
‑
35%。
[0015]所述负载液，为将Cu(NO3)2·
3H2O和La(NO3)3·
6H2O溶于去离子水中制得；Cu(NO3)2·
3H2O、La(NO3)3·
6H2O、去离子水的重量份比值为5
‑
7:0.7
‑
1:100
‑
120。
[0016]所述分离，对脱氢步骤中制得的碳酸亚乙烯酯、混合溶剂的混合物进行精馏提纯，制得碳酸亚乙烯酯。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术的碳酸亚乙烯酯的合成方法，能够有效避免传统技术中，三乙胺与生成的碳酸亚乙烯酯进一步反应生产聚合物，而导致碳酸亚乙烯酯损失及收率降低的问题。
[0018]（2）本专利技术的碳酸亚乙烯酯的合成方法，针对脱氢产物的分离步骤中，无需采用粗精馏在负压且较高温度条件下，将碳酸亚乙烯酯（VC）汽化后冷凝收集；有效避免在粗精馏过程中，产生焦油状或沥青状聚合物，降低精馏传热效率的问题。
[0019]（3）本专利技术的碳酸亚乙烯酯的合成方法，能够省略传统技术中的氯化步骤，避免剧毒氯气的使用，有效降低生产危险；同时大大缩短碳酸亚乙烯酯工艺流程，在满足大规模工业化生产要求的同时，实现碳酸亚乙烯酯的连续化生产，实现碳酸亚乙烯酯的安全绿色生产。
[0020]（4）本专利技术的碳酸亚乙烯酯的合成方法，脱氢步骤制得的碳酸亚乙烯酯、混合溶剂的混合物中，碳酸亚乙烯酯收率可达95.7
‑
96.4%。
[0021]（5）本专利技术的碳酸亚乙烯酯的合成方法，经分离步骤制得的电子级碳酸亚乙烯酯
纯度可达99.5
‑
99.7%。
具体实施方式
[0022]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本专利技术的具体实施方式。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳酸亚乙烯酯的合成方法，其特征在于，由以下步骤组成：预热、闪蒸、脱氢、分离；所述预热，将碳酸乙烯酯和混合溶剂混合均匀后，预热至100
‑
150℃，保温，制得预热液；所述闪蒸，在闪蒸压力为5
‑
30kPa条件下，对预热液进行闪蒸处理，制得原料蒸气物料流；所述脱氢，原料蒸气物料流流经装填有脱氢催化剂的固定床反应器的脱氢反应区，进行脱氢反应，制得含有碳酸亚乙烯酯、氢气和混合溶剂的产物蒸气物料流；所述产物蒸气物料流经冷凝制得碳酸亚乙烯酯、混合溶剂的混合物；所述分离，对脱氢步骤中制得的碳酸亚乙烯酯、混合溶剂的混合物进行精馏提纯，制得碳酸亚乙烯酯。2.根据权利要求1所述的碳酸亚乙烯酯的合成方法，其特征在于，所述脱氢中，控制原料蒸气物料流在固定床反应器的脱氢反应区内的停留时间为15
‑
20s，控制固定床反应器的脱氢反应区内温度为300
‑
500℃，压力为500
‑
2000Pa，进行脱氢反应。3.根据权利要求1所述的碳酸亚乙烯酯的合成方法，其特征在于，所述脱氢催化剂的制备方法为，将沸石分子筛HZSM
‑
5、拟薄水铝石、钛铁粉、田菁粉球磨均匀，制得球磨物；球磨物与硝酸混合均匀后，经捏合、挤条，制得条状物；条状物经干燥、焙烧，制得焙烧物；将焙烧物浸渍至负载液中，浸渍一定时间后，滤出，110
‑
130℃保温干燥1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：许学强，张国华，谢传欣，谢博，
申请(专利权)人：山东孚日新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：