[发明专利]一种生产碳酸酯的系统及利用该系统生产碳酸酯的方法

说明书

本发明涉及一种生产碳酸酯的系统及利用该系统生产碳酸酯的方法。本发明所述系统包括第一鼓泡塔、第二鼓泡塔和换热器，所述第一鼓泡塔的上部设有原料和催化剂入口以及与换热器顶部出口连通的第一循环入口，所述第一鼓泡塔的下部设有与第二鼓泡塔顶部出口连通的第二循环入口，所述第一鼓泡塔的底部设有与第二鼓泡塔下部连通的产物出口；所述第二鼓泡塔的底部设有气体入口，所述第二鼓泡塔的上部设有溢流出口，所述溢流出口分别与所述换热器的底部以及排料口连通。采用本发明的系统生产碳酸酯，可缩短停留时间和降低反应温度、压力，还可以提升反应效率和提高EO转化率，甚至“零”排放，从而环境友好地以环氧乙烷与二氧化碳制备碳酸乙烯酯。

技术领域

本发明涉及一种生产碳酸酯的系统及利用该系统生产碳酸酯的方法，尤其涉及一种生产碳酸酯的鼓泡塔系统及利用该系统以环氧乙烷和二氧化碳作为原料制备碳酸乙烯酯的方法。

背景技术

二氧化碳是引起全球变暖的最主要温室气体，全球年排放量已达数百亿吨，对其回收、固定以及资源化利用，已成为世界各国密切关注的问题。从资源化角度出发，CO₂是世界上最为丰富和廉价的碳一(7)资源，因此，大力发展CO₂绿色化利用技术，开发绿色、高新的精细化工产业链，提高产品的附加值，具有重要的经济和环境意义。碳酸乙烯酯(EC)是重要的有机合成中间体，用途十分广泛，以环氧乙烷(EO)和CO₂为原料通过催化环化加成制备碳酸乙烯酯是一条环境友好且原子经济的工艺路线,对发展碳一化学也具有重要意义。

碳酸乙烯酯(EC)的生产方法主要有：光气法、碳酸二乙酯和乙二醇的酯交换法、环氧乙烷与二氧化碳加成法等，前两种方法采用剧毒原料，对人体和环境造成严重危害，或工业化技术尚不成熟，或生产成本高，产品质量欠佳。目前国内外生产碳酸乙烯酯(EC)使用最多的方法为环氧乙烷与二氧化碳加成法，该法首先是在联邦德国实现了工业化。环氧乙烷与二氧化碳加成反应制备碳酸乙烯酯为放热、体积缩小的反应，从热力学角度考虑，该反应为放热反应，降低反应温度有利于平衡生成目标产物的方向移动，但从动力学角度考虑，提高反应温度有利于反应物的活化，增加反应速度，并且该反应属于体积缩小的反应，提高压力有利于反应向生成产物的方向进行。所以工艺的优化对提高反应效率起着至关重要的作用。

中国专利申请CN 103980246A提供了一种管式碳酸丙(乙)烯酯合成新技术，包括碳酸丙(乙)烯酯管式合成反应器和附属设备及由该管式合成反应器等形成的管式反应制取碳酸丙(乙)烯酯的生产方法，所用管式合成反应器内环氧丙(乙)烷与二氧化碳混合效果好，传质与传热效果优异，可及时移除反应热，生产过程稳定，易于控制，操作方便、生产效率高、产品质量好。但是，此专利并没有公开该工艺的使用效果，考虑到高温下二氧化碳在碳酸乙烯酯溶液中溶解度有限的因素，必然会导致管式反应器中二氧化碳将大量以气态的形式存在，并且管式反应器塔径较小、采用串联的方式会导致气液分层的现象发生，进而影响气液传质效果，最终导致反应效果不佳。

美国专利US006080897A先令环氧乙烷与二氧化碳发生酯化反应生成含有碳酸乙烯酯的溶液，再水解掉碳酸乙烯酯生成乙二醇。生成的乙二醇和催化剂的分离由精馏实现。该专利所公布技术的优越性在于在将酯化反应催化剂设置于鼓泡塔反应器中，并将环氧乙烷，二氧化碳和水通入鼓泡塔。但是，其原料中含有水，水与环氧乙烷的反应较环氧乙烷与二氧化碳反应的速率要快、彻底得多，其主要产品为乙二醇而并非碳酸酯，该专利无法再不含水条件下快速高效地制备高纯度的碳酸酯。

然而，上述传统环氧乙烷与二氧化碳加成法生产工艺普遍存在停留时间长、反应温度、压力高，产品收率低、催化剂容易失活等问题，并且产品EC色泽较差。

发明内容