一種合成碳酸甲乙酯的方法和專用生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的是一種合成碳酸甲乙酯的方法和專用生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于：在催化劑1作用下環(huán)氧乙烷和二氧化碳反應(yīng)制備碳酸乙烯酯，在催化劑2作用下碳酸乙烯酯與甲醇酯交換反應(yīng)制備碳酸二甲酯和乙二醇，在催化劑3作用下碳酸二甲酯與乙醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)制備碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。
【專利說明】一種合成碳酸甲乙酯的方法和專用生產(chǎn)設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的是一種以環(huán)氧乙烷、二氧化碳、甲醇、乙醇為原料，通過酯交換反應(yīng)合成碳酸甲乙酯的方法和用于規(guī)?；a(chǎn)的反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]碳酸酯系列產(chǎn)品是一種新興的綠色精細(xì)化工原料，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，近十年來該系列產(chǎn)品的研究開發(fā)已經(jīng)成為世界化工研究的熱點(diǎn)之一，伴隨IT產(chǎn)業(yè)和綠色化工材料等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，被稱為面向二十一世紀(jì)的具有戰(zhàn)略意義的最主要的綠色環(huán)保能源之一的鋰離子電池產(chǎn)品也得到了高速發(fā)展，目前世界各國都在大力研發(fā)綠色能源汽車以及替代能源儲(chǔ)存及使用，其中最主要的發(fā)展方向是鋰離子動(dòng)力電池汽車及儲(chǔ)能，這將是今后五至十年世界汽車主要的發(fā)展方向，國務(wù)院已經(jīng)在相關(guān)文件中明確指明了中國電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)劃，相關(guān)行業(yè)將會(huì)在今后的幾年中得到一個(gè)飛速發(fā)展的機(jī)遇。碳酸酯系列產(chǎn)品作為其電解液主要組分得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]碳酸甲乙酯(EMC)是近年來興起的高科技、高附加值的化工產(chǎn)品，英文名EthylMethyl Carbonate,分子式C4H8O3,分子量104.1,無色透明液體，密度1.00g/cm3,熔點(diǎn)-55°C，沸點(diǎn)109°C，閃點(diǎn)23°C，介電常數(shù)2.9c/v.m。碳酯甲乙酯可用于可充電電池，作為金屬鋰離子電池非水溶液電介質(zhì)的共溶劑，可以提高電池的性能，如提高其能量密度，增大放電能力，提高使用穩(wěn)定性及安全性等，同時(shí)碳酸甲乙酯也是特種香料和中間體的溶劑，因此有關(guān)廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種合成效率高，催化劑用量少，反應(yīng)時(shí)間短，可用于規(guī)?；B續(xù)反應(yīng)生產(chǎn)的碳酸甲乙酯的方法。
[0005]本發(fā)明的合成碳酸甲乙酯的工藝方法，包括以下三個(gè)反應(yīng)步驟:
[0006](a)將環(huán)氧乙烷、二氧化碳和催化劑I按一定比例加入管式反應(yīng)器反應(yīng)生成碳酸乙烯酯，反應(yīng)式如下:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種合成碳酸甲乙酯的方法，其特征在于:該方法包括以下三個(gè)反應(yīng)步驟: (a)將環(huán)氧乙烷、二氧化碳和催化劑I加入管式反應(yīng)器反應(yīng)生成碳酸乙烯酯，反應(yīng)式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(a)采用相互串連的二級管式反應(yīng)器，具體操作步驟如下: (a)將作為稀釋劑的碳酸乙烯酯裝入一級管式反應(yīng)器內(nèi)，采用一循環(huán)泵給一級管式反應(yīng)器內(nèi)的物料打循環(huán)，即將一級管式反應(yīng)器內(nèi)底部的物料經(jīng)由循環(huán)泵和一級管式反應(yīng)器外部的管道返回到一級管式反應(yīng)器的上部，于循環(huán)泵與一級管式反應(yīng)器間的連接管路上設(shè)一換熱器，物料經(jīng)換熱器換熱后循環(huán)回至一級管式反應(yīng)器內(nèi)； 所述一級管式反應(yīng)器外壁上設(shè)有加熱夾套，向換熱器通入0.6-0.SMPa低壓飽和蒸汽，把物料溫度升至130~200°C ； (b)將二氧化碳通入一級管式反應(yīng)器中，通過調(diào)整進(jìn)氣速度控制反應(yīng)器壓力穩(wěn)定在6 ~9Mpa ； (C)將環(huán)氧乙烷、催化劑按比例定量加入一級管式反應(yīng)器中反應(yīng)，向換熱器殼程中通入冷卻水，調(diào)整一級管式反應(yīng)器中反應(yīng)物料溫度160~220°C ； 是以四乙基溴化銨為催化劑，加入量為0.1~1.0w/w環(huán)氧乙烷；催化劑用碳酸乙烯酯充分溶解后，用計(jì)量泵定量打入反應(yīng)器中； Cd)當(dāng)一級管式反應(yīng)器溫度達(dá)到180~200°C，液位達(dá)到60~80%，視為系統(tǒng)穩(wěn)定，一級管式反應(yīng)器向二級管式反應(yīng)器出料； (e)在二級管式反應(yīng)器未反應(yīng)完全的環(huán)氧乙烷和二氧化碳繼續(xù)反應(yīng)，得到碳酸乙烯酯餾分； (f)通過控制二級管式反應(yīng)器出料閥門，調(diào)整一級反應(yīng)器內(nèi)液位穩(wěn)定，進(jìn)而保證反應(yīng)器的出料速度與進(jìn)料速度保持一致；(g)碳酸乙烯酯通過連續(xù)減壓蒸餾，得到碳酸乙烯酯粗產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于: 一級管式反應(yīng)器上部設(shè)有催化劑和由循環(huán)泵打循環(huán)的物料入口 ；于循環(huán)管道換熱器之前設(shè)有環(huán)氧乙烷物料入口，即于一級管式反應(yīng)器與換熱器間的連接管路上設(shè)環(huán)氧乙烷物料入口 ；于一級管式反應(yīng)器下部設(shè)有氣體分布器，反應(yīng)過程通入一級管式反應(yīng)器中的二氧化碳經(jīng)氣體分布器分布后，由反應(yīng)器下部均勻分布，上升與物料形成返混； 所述一級管式反應(yīng)器外壁上設(shè)有加熱或冷卻夾套設(shè)置于一級管式反應(yīng)器下部，其為外夾套，可用0.6-0.8MPa低壓飽和蒸汽對反應(yīng)器內(nèi)物料進(jìn)行伴熱升溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:一級管式反應(yīng)器上部設(shè)有液位計(jì)，反應(yīng)出料時(shí)，用于觀察一級管式反應(yīng)器液位的升降，液位升高表示出料速度低于進(jìn)料速度，液位降低表示出料速度高于進(jìn)料速度，通過調(diào)節(jié)出料閥門開度，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)出料平衡的精確控制； 環(huán)氧乙烷加入一級管式反應(yīng)器中的過程為:環(huán)氧乙烷加入至經(jīng)循環(huán)泵給物料打循環(huán)的循環(huán)管道中，環(huán)氧乙烷由循環(huán)管道加入一級管式反應(yīng)器上部，在進(jìn)入一級管式反應(yīng)器反應(yīng)前與循環(huán)稀釋劑或物料進(jìn)行充分接觸，降低了單位濃度，可以避免因環(huán)氧乙烷濃度高造成的自聚合，以及因反應(yīng)速度過快，放熱劇烈等現(xiàn)象； 反應(yīng)器出料量與循環(huán)量之體積比為1:25~50。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于: 所述方法采用的生產(chǎn)設(shè)備包括:一級管式反應(yīng)器、二級管式反應(yīng)器、循環(huán)泵、換熱器、連續(xù)蒸餾塔； 一級管式反應(yīng)器包括密閉的罐體，罐體內(nèi)底部設(shè)有氣體分布器，氣體分布器通過管路與罐體上設(shè)置的二氧化碳進(jìn)口相連，罐體上部設(shè)有物料入口，罐體底部設(shè)有物料出口 ； 二級管式反應(yīng)器包括密閉的罐體，罐體底部設(shè)有物料入口、罐體中部和/或上部設(shè)有物料出口 ； 一級管式反應(yīng)器的物料出口與二級管式反應(yīng)器的物料入口通過管路相連，于一級管式反應(yīng)器的底部設(shè)有循環(huán)物料出口 ；循環(huán)物料出口經(jīng)循環(huán)泵、換熱器與一級管式反應(yīng)器的物料入口相連通，于循環(huán)物料出口與一級管式反應(yīng)器的物料入口間的相連管路上設(shè)有環(huán)氧乙烷加料口 ； 二級管式反應(yīng)器的物料出口經(jīng)一緩沖罐減壓后與連續(xù)蒸餾塔的物料入口相連，連續(xù)蒸餾塔的物料出口直接接一粗產(chǎn)品儲(chǔ)罐。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:一級管式反應(yīng)器上部設(shè)有液位計(jì)； 所述一級管式反應(yīng)器外壁上設(shè)有加熱伴熱保溫夾套； 二級管式反應(yīng)器的物料出口處設(shè)有出料閥門； 采用連續(xù)蒸餾塔脫除碳酸乙烯酯中的催化劑； 所述連續(xù)蒸餾塔設(shè)有2臺(tái)并聯(lián)的塔釜再沸器，物料入口和蒸汽出口采用閥門切換；塔釜再沸器交替操作，塔釜再沸器I蒸餾時(shí)，塔釜再沸器2物料入口和蒸汽出口閥門關(guān)閉，由物料排凈口排出催化劑；塔釜再沸器2蒸餾時(shí)，塔釜再沸器I排催化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于:步驟(b)酯交換反應(yīng)在連續(xù)反應(yīng)精餾塔中進(jìn)行，具體操作步驟如下:(a)把碳酸乙烯酯、甲醇和催化劑按一定比例定量加入反應(yīng)精餾塔中； 酯交換反應(yīng)在連續(xù)反應(yīng)精餾塔中進(jìn)行，碳酸乙烯酯和甲醇的摩爾比為1:4~20 ; 酯交換反應(yīng)是以甲醇鈉為催化劑，催化劑的加入量為0.001~0.03: lw/w(精餾塔中的所有反應(yīng)物料); (b)向塔釜再沸器中通入蒸汽，向塔頂冷卻器中通入冷卻水，控制塔釜溫度在60~150°C，塔頂溫度控制在60~80°C ； (c)系統(tǒng)穩(wěn)定后，塔頂連續(xù)餾出甲醇-碳酸二甲酯共沸物，塔釜餾出乙二醇餾分，調(diào)整出料閥門開度，控制出料速度與進(jìn)料速度一致； Cd)甲醇共沸物經(jīng)加計(jì)量泵加壓后，送入甲醇加壓精餾塔； (e)塔釜再沸器采用導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，通過調(diào)節(jié)塔釜再沸器導(dǎo)熱油流量，控制塔釜溫度在 170 ~250 0C ； (f)系統(tǒng)穩(wěn)定后，塔頂?shù)玫礁呒兌燃状拣s分，用泵回用至步驟(a)的精餾塔中，塔釜得到碳酸二甲酯精產(chǎn)品，用泵送至DMC精制塔； (g)DMC精制塔采用連續(xù)精餾，塔頂?shù)玫郊状?碳酸二甲酯共沸物，塔釜得到碳酸二甲酷粗廣品； (h)步驟(c)乙二醇餾份送至乙二醇精制塔，采用連續(xù)精餾，塔頂?shù)玫郊状拣s份，回用至步驟(a)精餾塔中，在乙二醇精制塔中上部位置設(shè)置側(cè)線出料，采出高純度的乙二醇產(chǎn)品，高沸點(diǎn)物由塔釜間歇采出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于: 酯交換反應(yīng)所需的反應(yīng)壓力為常壓； 甲醇加壓精餾塔所需的反應(yīng)壓力為0.7~3.0Mpa ;DMC精制塔所需的反應(yīng)壓力為常壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(c)酯交換反應(yīng)在間歇反應(yīng)精餾塔中進(jìn)行，具體操作步驟如下: Ca)把碳酸二甲酯、乙醇和催化劑按一定比例定量加入反應(yīng)精餾塔中； 酯交換反應(yīng)是以甲醇鈉為催化劑，催化劑的加入量為0.001~0.03: lw/w(精餾塔中的所有反應(yīng)物料); 碳酸二甲酯和乙醇的摩爾比為1: 1.0~1.4; (b)向塔釜再沸器中通入蒸汽，向塔頂冷卻器中通入冷卻水，控制塔釜溫度在60~150°C，塔頂溫度控制在60~110°C ； (c)系統(tǒng)穩(wěn)定后，塔頂在64.5~100°C依次餾出甲醇-碳酸二甲酯共沸物和EMC粗產(chǎn)品，甲醇共沸物用泵回送至甲醇加壓精餾塔，EMC粗產(chǎn)品送至EMC精制塔； (d)EMC精制塔采用真空間歇精餾方法，塔頂依次得到碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯產(chǎn)品，高沸點(diǎn)組分由塔釜排出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于: EMC反應(yīng)精餾塔所需的反應(yīng)壓力為常壓； EMC產(chǎn)品精制塔所需的反應(yīng)壓力為-0.9~-0.5Mpa ； EMC產(chǎn)品精制塔所需的反應(yīng)溫度為40~80°C ； EMC產(chǎn)品精制塔采用內(nèi)回流精餾塔； 所述內(nèi)回流精餾塔采用CY700不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料；所述內(nèi)回流精餾塔填料高度為8-14m，從上至下每隔2-3m分段設(shè)置有液體收集器和液體再分布器； 所述內(nèi)回流精餾塔從塔頂?shù)贗個(gè)和2個(gè)液體收集器位置設(shè)置2個(gè)側(cè)線出料； 所述內(nèi)回流精餾塔設(shè)有在液`體再分布器位置設(shè)置測溫點(diǎn)。
【文檔編號】C07C68/06GK103664627SQ201210361587
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
【發(fā)明者】劉巖, 石興禹, 許兆石, 程貴剛, 杜天紅, 楊琪 申請人:遼寧港隆化工有限公司